tesis de modificacion diesel

PROYECTO FIN DE CARRERA

SIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE LAS

PRESTACIONES DE UN VEHCULO A

PARTIR DE ENSAYOS DE BANCO MOTOR

Y DE VEHCULO

AUTOR: BORJA LPEZ FERNNDEZ

MADRID, Junio 2008

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI) INGENIERO INDUSTRIAL

SIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE LAS PRESTACIONES DE UN VEHCULO A PARTIR DE ENSAYOS DE BANCO MOTOR Y VEHCULO

Autor: Lpez Fernndez, Borja. Director: Puente Orench, Isabel y Prieto Mozo, Cayetano Jos. Entidad colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas.

RESUMEN DEL PROYECTO

El automvil es uno de los artefactos ms apreciados por los ciudadanos en las sociedades desarrolladas. La creciente demanda de prestaciones de los vehculos, unida a la necesidad de reducir lo mximo posible los efectos negativos de un uso masivo, ha conducido al desarrollo de una gran cantidad de conocimientos mediante la investigacin de numerosos aspectos relacionados con los automviles. Las mejoras en el automvil pueden ir en dos direcciones, o bien encaminados a obtener una mejora de prestaciones del vehculo o lo que ahora mismo est mucho ms de moda que es buscar un consumo ms ajustado para reducir las emisiones contaminantes. Actualmente las mejoras de los programas informticos ha hecho que las simulaciones estn a la orden del da, y el sector del automvil no poda ser distinto. En este sector se usan diversos programas que permiten simular la mejora de las prestaciones antes de probar en pista el vehculo consiguiendo reducir las pruebas en pista con el consiguiente ahorro que supone para la empresa.

Hoy en da hay muchos nmeros que aparecen en la ficha tcnica de los vehculos y que son interesantes para el comprador para poder decidirse por uno u otro automvil, sin embargo los fabricantes necesitan conocer cuantos ms parmetros mejor para poder evaluar la dinmica de un modelo nuevo que van a sacar al mercado o la mejora de un motor que ya lleva unos aos en el mercado y que se est viendo superado por la competencia.

Debido a todo esto, los fabricantes ven en la informtica una herramienta bsica que les permite y ayuda a poner a punto un vehculo antes de ponerlo en pista. As, se minimizan

las pruebas prcticas, y una vez se llega a una optimizacin con la herramienta de simulacin, se pone a prueba en pista para retocar pequeos detalles que la simulacin no ha llegado a cubrir. En F1 los equipos punteros gastan una parte importante de su presupuesto en potentsimos simuladores que les permiten poner a punto el monoplaza sin tener que ir al circuito y as una vez que ponen el coche en pista los ingenieros tienen un gran conocimiento de cmo se va a comportar el coche y cmo le afectan las diversas variaciones tanto mecnicas como de otros parmetros como suspensiones, relaciones del cambio, El proyecto analiza posibles soluciones que podemos aplicar a los vehculos diesel para mejorar sus prestaciones a partir de diversas simulaciones en ordenador. En el proyecto se analizan dos tipos principales de mejoras, unas a nivel de motor y otras a nivel de vehculo. A nivel de motor se analizan: el avance de la inyeccin, la presin de inyeccin (los sistemas de inyeccin actuales) y la sobrealimentacin (tecnologa del doble turbo). A nivel del vehculo los parmetros son los siguientes: el peso del vehculo, la aerodinmica, la caja de cambios y los neumticos. Primero se analizan estas mejoras a nivel terico y a continuacin se realiza un gran nmero de simulaciones para observar como afectan las variaciones en los parmetros anteriores a las prestaciones reales de diferentes vehculos de similar potencia. Se realizan simulaciones con dos programas, uno para estudiar los parmetros del motor y otro, una vez conocida la curva de potencia del motor, que nos permite estudiar las prestaciones del vehculo usando sencillas pruebas que son las ms utilizadas, como son:

0-100 Km/h

0-1000 m con salida parada

60-120 Km/h en 3 velocidad



Velocidad mxima

Con estas 6 pruebas somos capaces de analizar lo rpido que es el vehculo adems de conocer la elasticidad del motor y la velocidad mxima que puede alcanzar. Se han hecho simulaciones ha 6 vehculos diferentes de similar potencia, entre 50 y 66 KW: Nissan Micra dCi, VW Polo 1.4 TDI, Renault Clio 1.5 dCi, Peugeot 207 1.6 HDI, Opel Corsa 1.3 CDTi y Toyota Yaris 1.4 D.

A cada vehculo partiendo del vehculo base de fbrica, se le han hecho 5 variaciones para comprobar como afectan, las variaciones han sido:

Caja de cambios de 6 velocidades en lugar de 5. Mejora en la inyeccin manteniendo potencia mxima. Aumento del tamao del neumtico.

Mejora en la aerodinmica del vehculo. Implantacin de un doble turbo en lugar del turbo tradicional (20% ms de par

y de potencia mxima). La ltima parte del proyecto consiste en analizar como afectan estas mejoras, en lugar de con pruebas como las anteriores, en un circuito de verdad y ver como varan los tiempos por vuelta del vehculo. Se usar el circuito del Jarama (Madrid) para comprobarlo. Tambin se incluye un estudio econmico que permite conocer si esta herramienta sera rentable a una marca de vehculos para analizar las prestaciones del vehculo sin hacer tantas pruebas en pista, que son mucho ms costosas.

SIMULATION AND OPTIMIZATION THE PERFORMACE OF A VEHICLE FROM BANK ENGINE AND VEHICLE TESTS

Autor: Lpez Fernndez, Borja. Director: Puente Orench, Isabel. Prieto Mozo, Cayetano Jos. Entidad colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas.

ABSTRACT

The car is one of the most appreciable devices for the citizens in the industrialized civilizations. The rising demand of vehicles performance and the necessity of reducing the negative effects of the massive use, it has been leaded the development of a big quantity of knowledge by means of investigation of numerous aspects related with cars. The improvements in the car can be in two directions, and also its aimed at obtaining an improvement in performance of cars or something that nowadays is most fashion that is to find a more little consume and reduce the contaminant emissions. Nowadays the improvements in computer programs have made the simulations are common, and the car sector couldnt be different. In this sector it uses several programs that permit to simulate the improvement of the performance before proving the car on the track obtaining reducing the track-tests which in turn saving for the company. Now there are a lot of numbers that appear in the car specifications and its interesting for the purchaser to select one or other car, however manufactures need to know the more parameters the merrier to evaluate the new model dynamic that they are going to put into market or the improvement of a motor that takes some years in the market and its been beaten by the competitors. As a result of this, manufactures see in computers, a basic tool that allow and help them to be tuned-up a car before making track tests. So, a reduction of track tests is obtained, and when it reaches an optimization with the simulation program, it put the car on the track to

solve small things that the simulation program cant do.

In F1, Top-Teams spend an important part of their Budget on powerful car simulators that allow them to be tuned-up the F1 car without making track tests an so when they put the car into the track the engineers have a big knowledge of how will be cars behaviour and how several changes, suspension, gearbox an others, affect The thesis analyzes possible solutions that we can apply to diesel cars to improve their performance from the several computer simulations.

In the thesis two types of improvements is analyzed, ones a motor level and other a dynamic level. It analyzes next parameters of a motor level: The advance fuel injection, the injection pressure (current injection systems) and the forced induction (twin-turbo technology). The parameters analyze of a dynamic level are: car weight, aerodynamic, gearboxes and tyres.

First these improvements is analyzed in a theoretical level and next its made a lot of simulations to observe how these changes in the previous parameters affect to the real cars performances.

Its made simulations with two programs, one to study motor parameters and other, once you know the power, it allow us to study the car performance using easy test that are the most utilised, like:

0-100 Km/h

0-1000 m in standing start

60-120 Km/h in 3 gear



Top Speed.

With these 6 tests we are able to analyze how fast the car is and know the elasticity of the motor and the top speed which can reach.

Its made simulations to 6 different cars of similar power, between 50 and 66 KW: Nissan Micra dCi, VW Polo 1.4 TDI, Renault Clio 1.5 dCi, Peugeot 207 1.6 HDI, Opel Corsa 1.3 CDTi y Toyota Yaris 1.4 D.

In each test we started with a basic car without any improvement, its made 5 changes to check how the car is affected for these changes, and the changes have been:

6 gearbox instead of 5 gearbox.

Improvement on the injection keeping maximum power. Increase of tyre size.

Improvement on the cars aerodynamic.

Introduction the twin-turbo instead of one turbo (20% more torque and more maximum power).

Last part of the thesis consist on analyze how this improvements affects cars in a track and see how the times change with the improvements. It will use Jarama track (Madrid) to check it.

Its included too an economic study which permit us to know if this tool would be profitable for a car manufacturer to analyze cars performance without making track test, which are more expensive.

NDICE GENERAL

Captulo 1.-Introduccin..........................1 Captulo 2.- Descripcin de las tecnologas6 2.1 Tecnologas actuales 2.2 Tecnologas utilizadas en el proyecto Captulo 3.- Anlisis de resultados..145

3.1.- Simulaciones de inyeccin y prestaciones 3.2.- Simulacin en circuito

Captulo 4.- Anlisis econmico..204 4.1.- Presupuesto

4.2.- Anlisis de viabilidad Captulo 5.- Conclusiones225 5.1 Conclusiones simulaciones 5.2 Conclusiones simulacin en circuito Captulo 6.- Bibliografa...234 Captulo 7.- Apndices.236

CAP 1. INTRODUCCIN

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Simulacin y optimizacin de las prestaciones de un vehculo a partir de ensayos de banco motor y de vehculo

2

NDICE

1. Introduccin o motivacin del proyecto.....3

2. Objetivos del proyecto..4

3. Metodologa de trabajo y recursos a utilizar.5

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1. Introduccin o motivacin del proyecto

El automvil es uno de los inventos ms apreciados por los ciudadanos en las sociedades desarrolladas. La creciente demanda de prestaciones de los vehculos, unida a la necesidad de reducir lo mximo posible los efectos negativos de un uso masivo, ha conducido al desarrollo de una gran cantidad de conocimientos mediante la investigacin de numerosos aspectos relacionados con los automviles.

Las mejoras en el automvil pueden ir en dos direcciones, o bien encaminados a obtener una mejora de prestaciones del vehculo o lo que ahora mismo est mucho ms de moda que es buscar un consumo ms ajustado para reducir las emisiones contaminantes.

Actualmente las mejoras de los programas informticos ha hecho que las simulaciones estn a la orden del da, y el sector del automvil no poda ser distinto. En este sector se usan diversos programas que permiten simular la mejora de las prestaciones antes de probar en pista el vehculo consiguiendo reducir las pruebas en pista con el consiguiente ahorro que supone para la empresa.

Hoy en da hay muchos nmeros que aparecen en la ficha tcnica de los vehculos y que son interesantes para el comprador para poder decidirse por uno u otro automvil, sin embargo los fabricantes necesitan conocer cuantos ms parmetros mejor para poder evaluar la dinmica de un modelo nuevo que van a sacar al mercado o la mejora de un motor que ya lleva unos aos en el mercado y que se est viendo superado por la competencia.

Debido a todo esto, los fabricantes ven en la informtica una herramienta bsica que les permite y ayuda a poner a punto un vehculo antes de ponerlo en pista. As, se minimizan las pruebas prcticas, y una vez se llega a una optimizacin con la herramienta de simulacin, se pone a prueba en pista para retocar pequeos detalles que la simulacin no ha llegado a cubrir.

En F1 los equipos punteros gastan una parte importante de su presupuesto en potentsimos simuladores que les permiten poner a punto el monoplaza sin tener que ir al circuito y as una vez que ponen el coche en pista los ingenieros tienen un gran

conocimiento de cmo se va a comportar el coche y cmo le afectan las diversas

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variaciones tanto mecnicas como de otros parmetros como suspensiones, relaciones del cambio,

El proyecto pretende simular diferentes mejoras en los parmetros claves del vehculo y motor para poder evaluar cuales son ms recomendables e importantes a la hora de obtener las mejores prestaciones dinmicas.

Las conclusiones del proyecto servirn para conocer cuales son los parmetros que ms influyen en la dinmica del vehculo y ver como las diferentes inyecciones que aunque habitualmente se usan para reducir emisiones tambin tienen una influencia importante en la potencia que da el motor.

2. Objetivos del proyecto

Profundizacin en los parmetros de inyeccin del motor

Para un motor turbodiesel que se usa en coches habituales hoy en da en las carreteras, los parmetros a evaluar sern el avance de la inyeccin, el nmero de inyecciones (se usan sobre todo para emisiones, pero afectan tambin a la potencia del motor), la presin de inyeccin y la presin de soplado del turbo, tambin podra interesar como afectan estas mejoras al ruido y a la emisiones, que aunque cuando buscas una mejora en las prestaciones y estos aspectos pasan a un segundo plano, puede ser interesante conocer como varan con las mejoras.

Profundizacin de los parmetros que afectan a la dinmica del vehculo

Se irn haciendo diferentes simulaciones variando los parmetros que ms influencia tienen en la dinmica del vehculo, como son el peso, la aerodinmica (es una forma de evaluar tambin la eficacia de la suspensin), la caja de cambios y las ruedas (nos dan la relacin real de la transmisin). Con ellos conseguimos variar el comportamiento del vehculo, variando la velocidad mxima, las recuperaciones o las aceleraciones segn nos interese para un vehculo determinado, segn sea un vehculo deportivo o urbano.

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Aplicacin prctica de la mejora de la dinmica del automvil

Despus de las diversas simulaciones esta parte ser la que dar una visin ms prctica al proyecto, ya que se intentar evaluar cmo afectan esas mejoras realmente. Esta aplicacin podra hacerse o bien con un circuito determinado viendo como vara el tiempo con las mejoras o bien sometiendo a diferentes pruebas dinmicas al vehculo y viendo como vara su comportamiento.

3. Metodologa de trabajo y recursos a utilizar

Para la recogida de informacin acadmica, se recurrir a Internet, a artculos cientficos que aborden el tema de las mejoras posibles en motores diesel a algunas revistas especializadas del motor (para la simulacin en circuito) y tambin a los apuntes de la asignatura de MCIA y el libro Arias Paz.

Los modelos matemticos se implantarn en un programa de simulacin de vehculos, para la simular la dinmica del vehculo ( aceleracin, velocidad punta,) y en diversas hojas de Excel, con la que se simular la potencia del motor y que permite la simulacin con un aceptable grado de precisin tanto de prestaciones dinmicas del vehculo como de potencia del motor, la elaboracin de grficas de parmetros del motor (Potencia-Revoluciones, Par-Revoluciones) y tambin de dinmica del vehculo (Aceleracin-Tiempo, Velocidad-Tiempo,), que resultarn bsicas a la hora de la ltima parte del proyecto que ser la ms prctica.

Se har una aplicacin prctica a las diferentes simulaciones que se hagan y ver as la utilidad real para los fabricantes de automviles evitando las costosas pruebas en pista, que aunque siempre sern necesarias para afinar al mximo los ltimos

detalles si que es importante minimizarlas. La aplicacin prctica ser una simulacin en circuito.

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CAP 2. DESCRIPCIN DE LAS TECNOLOGAS

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2.1 Tecnologas actuales

NDICE

1. INTRODUCCIN A LOS MCIA 1.1 MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA ALTERNATIVOS..10 2. LOS MOTORES DIESEL 2.1 GENERALIDADES DE LOS MOTORES DIESEL..12 2.2 EL GASOIL..15 2.3 CICLO DE TRABAJO.....17 3. PARMETROS DEL MOTOR 3.1. EL AVANCE...19

3.1.1 AVANCE A LA INYECCIN19 3.1.2 VARIACIN DEL AVANCE MECNICO.20

3.1.2.1 FUNCIN..21 3.1.2.2 CONSTRUCCIN22 3.1.2.3 FUNCIONAMIENTO...24

3.1.2 VARIACIN DEL AVANCE ELECTRNICO..25 3.1.3 REGULACIN ELECTRNICA EN DIESEL...27 3.1.3.1 EXIGENCIAS27 3.1.3.2 RELACIN GENERAL DEL SISTEMA...29 3.1.3.3 BLOQUES DEL SISTEMA..32 3.1.3.3.1 SENSORES.32 3.1.3.3.2 UNIDAD DE CONTROL...34 3.1.3.3.3 ELEMENTOS ACTUADORES36

3.2 LA PRESIN DE INYECCIN.38 3.2.1 INTRODUCCIN...38

3.2.2 UNA TCNICA DE PRECISIN..40 3.2.3 SISTEMAS DE INYECCIN.41 3.2.4 EL EQUIPO DE INYECCIN...44

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3.2.5 SISTEMAS ACTUALES DE INYECCIN..45 3.2.6 EL COMMON RAIL.......49

3.3. FUNDAMENTOS DE LA SOBREALIMENTACIN.55 3.3.1 GENERALIDADES.56 3.3.2 EL COMPRESOR57 3.3.3 EL TURBOCOMPRESOR.59

3.3.3.1 EL FUNCIONAMIENTO.61 3.3.3.2 LA FIABILIDAD...63 3.3.3.3 LAS VENTAJAS DE UN TURBOCOMPRESOR.63

3.3.5 TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRA VARIABLE.65 3.3.6 TECNOLOGA BITURBO EN DIESEL...71 3.3.7 EL INTERCOOLER74

4. PARMETROS DE LA DINMICA VEHICULAR 4.1 PESO75

4.1.1 FUERZAS SOBRE LOS NEUMTICOS75 4.1.2 LA ESTABILIDAD.86 4.1.2.1 TEOREMA DE GRAZ-MLLER......89

4.2 AERODINMICA...92 4.2.1 LAS FUERZAS AERODINMICAS92 4.2.2 HISTORIA DE LA AERODINMICA96 4.2.3 HISTORIA DE LA AERODINMICA EN CARRERAS...98

4.3 CAJA DE CAMBIOS.100 4.3.1 INTRODUCCIN.............100

4.3.2 LA IMPORTANCIA DE LAS CAJA DE CAMBIOS102 4.3.3 FUNCIONAMIENTO DE LA CAJA ELEMENTAL107

4.3.4 CLASIFICACIN DE LAS CAJAS DE CAMBIOS..112 4.4 RUEDAS Y NEUMTICOS..118 4.4.1 GENERALIDADES...............118 4.4.2 LAS LLANTAS..............120 4.4.3 EL NEUMTICO..121 4.4.3.1 EL CAUCHO...124

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4.4.3.2 LA CUBIERTA...125 4.4.3.2 NEUMTICOS RADIALES/DIAGONALES.125 4.4.3.3 NEUMTICOS SIN CMARA.127

4.4.3.4 RUEDAS Y NEUMTICOS..129 4.4.4 EL SISTEMA PAX DE MICHELIN130

4.4.5 LA ESTABILIDAD Y LAS CUBIERTAS...134 4.4.5.1 FUERZA CENTRFUGA...134 4.4.5.2 VIENTO LATERAL...135 4.4.5.3 REPARTO DE PESO..136 4.4.5.4 PRESIN DE INFLADO...137 4.4.6 DURACIN DE LOS NEUMTICOS137

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1. INTRODUCCIN A LOS MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA ALTERNATIVOS (MCIA)

1.1 MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA ALTERNATIVOS

Los motores de combustin interna alternativos, vulgarmente conocidos como

motores de explosin (gasolina) y motores diesel, son motores trmicos en los que

los gases resultantes de un proceso de combustin empujan un mbolo o pistn,

desplazndolo en el interior de un cilindro y haciendo girar un cigeal, a travs de

un mecanismo biela-manivela obteniendo finalmente un movimiento de rotacin.

Fig.1. Esquema de un MCIA

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Clasificacin de los MCIA

Se pueden emplear diversos criterios para la clasificacin de los MCIA. Estos

criterios son:

*Segn el combustible empleado:

-Motores de gas

-Motores de gasolina

-Motores de aceites pesados (gasleo o fuel oil)

*Segn la forma en que se realiza la combustin:

-Motores de explosin.- Son aquellos en los que la combustin se realiza gracias a

una chispa que inflama el combustible comprimido.

-Motores diesel.- Son aquellos en los que la combustin se realiza por medio de la

compresin del combustible.

*Segn la relacin explosiones-giro del cigeal:

-Motores de dos tiempos.- Este motor, realiza las cuatro etapas de un ciclo

termodinmico (admisin, compresin, expansin y escape) en dos movimientos

lineales del pistn (una vuelta del cigeal).

-Motores de cuatro tiempos.- Este motor, realiza las cuatro etapas de un ciclo

termodinmico en cuatro movimientos lineales del pistn (dos vueltas del cigeal).

*Segn el nmero de cilindros:

-Monocilndricos.

-Policilndricos.

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2. LOS MOTORES DIESEL

En este proyecto se trabajar con datos de motores diesel por lo que ahora se har

una pequea descripcin del principio de funcionamiento y de algunas caractersticas

de los motores diesel.

Fig.2. Motor Diesel actual

2.1 GENERALIDADES DE LOS MOTORES DIESEL

Desde 1930 los motores Diesel, tambin llamados de aceite pesado o de

combustin, han tenido una aplicacin cada vez mayor en el automovilismo. Aunque

inicialmente fueron empleados en vehculos industriales y hasta mediados de la

dcada de los 60 no apareci primer turismo con motor diesel, hoy en da su uso se

ha generalizado. La organizacin de sus elementos es la misma que en los motores de

explosin, pero en los de combustin, hay algunas diferencia sensibles en su

funcionamiento.

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Para que el gasoil entre en el cilindro, inyectado en el aire tan fuertemente

comprimido y caliente es necesario es necesario que a su vez se enve a una presin

elevada en forma de un pequesimo chorro para cada carrera de combustin; esto

se consigue con un equipo compuesto por una bomba que dosifica, da presin y

enva el gasoil al cilindro correspondiente, y un inyector que le da entrada a la

cmara de combustin.

Cuando el acelerador est sin pisar no se inyecta nada de combustible; cuando se

pisa a fondo pasa a quemarse la mxima cantidad de combustible que, puede hacerlo

Diferencias Motor de explosin Motor de combustin

Tipo de ciclo Otto Diesel

Queman Gasolina Gasoil

Se introduce la mezcla

de

Aire y gasolina

pulverizada(Inyeccin

indirecta)

Slo aspira aire puro

Inflaman por Chispa Se inflama por presin

Sistema de encendido Si No

Relacin de compresin 6,5-11 12-22

Explosin/Combustin De toda la mezcla A medida que entra gasoil

Equipo de inyeccin A veces Siempre

Construccin Ligera y simple Pesada y robusta

Velocidad de giro 5000-9000rpm(coches de

calle)

2000-5500rpm

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con el aire que cabe en el cilindro, aproximadamente en la proporcin 1 gramo de

gasoil por 18 o 20 de aire (un litro de gasoil necesita unos 15000 litros de aire, un 30

% ms que la gasolina); pero obsrvese que el aire aspirado por el motor puede ser el

mximo y el gasoil, a diferencia de los motores de gasolina, el diesel siempre trabaja

con mezcla pobre, salvo a plena carga, por lo que no tiene prdidas por bombeo.

Aunque el gasoil llegue a costar tanto como la gasolina, los motores diesel

seguirn siendo ms econmicos no slo porque el consumo es menor, si no porque

su rendimiento es superior a la de estos ltimos, en los motores de gasolina a la

salida del cigeal slo se dispone de un 24 por 100 de la energa latente en el

combustible. En los diesel se llega al 34 por 100, porque no se pierde tanta energa

en los gases de escape y en el sistema de refrigeracin.

No obstante, los motores diesel son ms caros de adquirir. En primer lugar,

porque el motor ha de ser mucho ms robusto y pesado (mayor peso por unidad de

potencia), especialmente las piezas mviles por la fuerte compresin y mayores

presiones de trabajo. En segundo lugar como la combustin completa se consigue

gracias al exceso de aire con el que constantemente funcionan los diesel, resulta que

los cilindros son en proporcin mayores; y en tercer lugar, la bomba de inyeccin de

gasoil y los inyectores modernos son un sistemas muy complicados que requieren

gran precisin y mucho ms caros que un sistema de inyeccin de gasolina.

Las dificultades que existen para poder inyectar el gasoil a grandes velocidades,

se aaden a las dos razones primeras para que los Diesel tengan que ser ms lentos

(giren a menos revoluciones) que los motores de gasolina. Aunque la razones

fundamentales son las elevadas presiones y temperaturas que se alcanzan en la zona

MEMORIA


15

de potencia mxima, que obligan a limitar el rgimen y la cantidad de combustible

inyectado.

En otras palabras, si no se limitara la inyeccin de combustible para proteger el

motor, un diesel podra girar a mayor nmero de revoluciones.

2.2 EL GASOIL

El combustible empleado en un motor diesel es el gasoil, producto ms denso que

la gasolina que tiene algo ms de poder calorfico para el mismo volumen.

Ha sido creencia vulgar durante mucho tiempo que el gasoil era un combustible

de clase inferior, ms basto que la gasolina, siendo la realidad presente ms bien la

contraria.

El gasoil no slo es un producto refinado, sino que ha de estar muy bien filtrado,

pues las impurezas fsicas ms pequeas perturban el funcionamiento del equipo de

inyeccin construido con ajustes del orden de la milsima del milmetro para poder

inyectar a una gran presin unos milmetros cbicos de combustible, miles de veces

por minuto. Luego, entre el gasoil y la gasolina hay diferencias notables como su

densidad, poder calorfico, refinado y obligada limpieza.

La composicin qumica del combustible, segn el predominio de hidrocarburos

aromticos, parafnicos o naftalnicos, que son los tres principales, influye de modo

opuesto en el funcionamiento de ambas clases de motores. Ello es porque hay una

diferencia fundamental en el ciclo: en un motor de gasolina se provoca la explosin

de la mezcla con una chispa, evitando por todos los medios fsicos, qumicos, forma

de culata, etc., que lo haga por su cuenta (detonacin, autoencendido); mientras que

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16

el funcionamiento del diesel se basa, justamente en la inflamacin espontnea del

combustible.

Por todo ello, se deduce que el gasoil ha de cumplir requisitos ms exigentes que

la gasolina, pues as como a sta puede ser modificada fcilmente para hacerla

antidetonante, pasa lo contrario con el gasoil, para el que todava no se ha encontrado

ningn producto prctico predetonante que aadirle.

E1 grado detonante (auto inflamacin) del gasoil se mide por el nmero de

cetano), que conviene que sea entre 40 y 70 (anlogo y al contrario que el de octano

en la gasolina).

Las caractersticas ms importantes del gasoil son las siguientes:

No debe contener ms de un 1% de azufre.

Poder calorfico es de 10.000 caloras por litro.

Tener que ser muy voltil, su curva de destilacin debe estar entre los 260

y 370 C.

Buen ndice de cetano.

Tener un punto de congelacin que permita utilizarlo en tiempo fro.

Buen rendimiento.

Tiene cierto poder lubricante.

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2.3 CICLO DE TRABAJO

E1 ciclo de trabajo en un motor de cuatro tiempos Diesel, es el siguiente (Fig.3):

- 1 Media vuelta: Admisin

Se abre la vlvula A de entrada aire al cilindro; el pistn al bajar lo aspira a travs

del filtro del colector de admisin, sin mariposa que grade la cantidad (que debe ser

siempre la mxima posible), de modo que el cilindro queda lleno de aire.

- 2 Media vuelta: Compresin

Al subir el mbolo comprime el aire hasta dejarlo reducido a un volumen de 12 a

24 veces menor, con lo que alcanza una temperatura cercana a los 600 C, que

permitir la auto inflamacin, a una presin de 36 a 45MPa., mientras que en los de

gasolina(inyeccin indirecta) esta presin se queda en los 15MPa.

- 3 Media vuelta: Combustin

Por el inyector B penetra en el cilindro el pequeo chorro de gasoil cuya

inyeccin controlada por el pedal del acelerador, dura ms o menos tiempo segn la

mayor o menor cantidad necesaria. Dada la gran presin a la que entra y a la forma

del inyector, el gasoil se pulveriza en finsimas partculas (niebla), cuyas primeras

gotas en contacto con el aire a una temperatura muy elevada, se vaporizan y se

inflaman, comunicndose el fuego al resto del gasoil a medida que entra. El calor

desarrollado dilata los gases y eleva la presin de trabajo hasta 50 a 90 MPa, segn la

forma de la culata (el doble que el los motores de explosin).

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- 4 Media vuelta: Escape

Se abre la vlvula de escape C y por ella son expulsados al exterior los gases

residuales de la combustin

Fig.3. Esquema de ciclo de trabajo de un MCIA.

MEMORIA


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3. PARMETROS DEL MOTOR Una vez establecida esta pequea descripcin del funcionamiento de los motores

diesel, se va a explicar cada uno de los apartados que se van a variar para llevar a

cabo las simulaciones, empezando por lo parmetros que tienen relacin directa con

el motor y que son el avance, la sobrealimentacin y la presin de inyeccin.

Se van a describir cada uno de estos parmetros, para una mejor comprensin,

con ms detalle en las siguientes pginas del proyecto.

3.1. EL AVANCE

3.1.1 AVANCE A LA INYECCIN La turbulencia que se busca con los diversos sistemas de inyeccin para lograr

una mezcla ms homognea y de mejor calidad no anula el retraso a la inflamacin

del gasoil, logra disminuirlo, pero hay una parte del retraso que persiste. Adems las

tuberas desde la bomba a los inyectores tienen una pequea elasticidad que, unida a

la compresibilidad del gasoil, hace que entre la embolada de la bomba y la salida por

el inyector transcurra un tiempo reducidsimo, pero aadido al citado remanente del

retardo a la inflamacin, suman de una a dos milsimas de segundo durante las

cuales el cigeal gira del orden de 15 a 45, segn que vaya el motor a 1000 3000

rpm. Esa cantidad, dependiente del nmero de revoluciones, es la que debe poderse

corregir mediante el avance variable de la inyeccin, pues los 30, poco ms o menos

de diferencia, haran que la combustin se produjera con tal retraso sobre el mbolo

que el rendimiento del motor se vera reducido notablemente.

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20

Como la bomba es movida por el rbol de levas que gira a mitad de revoluciones

que el cigeal, el avance en aqulla ser la mitad. En la prctica, bastan unos 8 en

los motores corrientes de camin (velocidad mxima de giro de 2000 rpm) y es

suficiente con 12-16 en los motores de turismo.

3.1.2 VARIACIN DEL AVANCE MECNICO El variador de avance (Fig.4.) de la bomba rotativa de la inyeccin permite

adelantar el comienzo de la inyeccin en relacin con la posicin del cigeal del

motor y de acuerdo con el rgimen para compensar los retardos de la inyeccin e

inflamacin. El sistema de variador de avance que se muestra es un sistema

mecnico que hasta que apareci el uso de la electrnica en el automvil era el

sistema que usaban todos los fabricantes.

Hoy en da con la llegada y el desarrollo de la electrnica se utilizan sistemas

mucho ms complejos con mltiples sensores electrnicos que permiten mayor

precisin, al poder controlar muchos parmetros de funcionamiento del motor, que

los antiguos sistemas totalmente mecnicos como el que se muestra a continuacin.

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21

Fig.4. Variador de avance de la bomba rotativa de inyeccin

3.1.2.1 FUNCIN Durante la fase de bombeo, la apertura del inyector se produce mediante una onda

de presin que se propaga a la velocidad del sonido por la tubera de inyeccin. El

tiempo invertido en ello es independiente del rgimen; sin embargo, el ngulo descrito

por el cigeal entre el comienzo de la alimentacin y el de la inyeccin aumenta con

el rgimen. Esto obliga por tanto, a introducir una correccin adelantando el comienzo

de la alimentacin. El tiempo de la inyeccin y la velocidad del sonido es aprox.

1500m/seg. en el gasleo. A este tiempo se le denomina retardo de la inyeccin (Fig.6)

y el comienzo de la inyeccin esta por consiguiente retrasado respecto al comienzo de la

MEMORIA


22

alimentacin. Debido a este fenmeno, a regmenes altos el inyector abre en trminos

referidos a la posicin del pistn, ms tarde que a regmenes bajos.

Despus de la inyeccin, el gasleo necesita un cierto tiempo adems, para pasar al

estado gaseoso y formar parte con el aire de la mezcla inflamable.

Este tiempo de preparacin de la mezcla es independiente del rgimen del motor. El

intervalo necesario para ello entre el comienzo de la inyeccin y el de la combustin se

denomina, en los motores Diesel, retraso a la inflamacin (Fig.6) y depende de la

inflamabilidad del gasleo, indicada por su ndice de cetano, la relacin de presin, la

temperatura del aire y la pulverizacin del combustible (presin de inyeccin). Por lo

general la duracin del retraso de inflamacin es del orden de 1 milisegundo. Siendo el

comienzo de la inyeccin constante y el rgimen del motor ascendente.

Como la combustin favorable y la ptima potencia del motor Diesel slo se

consiguen con una posicin determinada del cigeal o del pistn, a medida que

aumenta el rgimen debe adelantarse el comienzo de la alimentacin de la bomba de

inyeccin para compensar el desplazamiento temporal condicionado por el retraso de la

inyeccin e inflamacin. Esta es la funcin que tiene el variador.

3.1.2.2 CONSTRUCCIN El variador de avance por control hidrulico va montado en la parte inferior del

cuerpo de la bomba rotativa de inyeccin, perpendicular a su eje longitudinal. El

mbolo del variador de avance (Fig.5) es guiado por el cuerpo de la bomba, que va

cerrado con tapas (6) a ambos lados. En el mbolo del variador de avance hay un

orificio (5) que posibilita la entrada de combustible, mientras que en el lado contrario va

dispuesto un muelle de compresin (9). El mbolo del variador de avance va unido al

anillo de rodillos (2) mediante una pieza deslizante (8) y un perno (4).

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23

Fig.6. Evolucin de la combustin

Fig.5.Funcionamiento

MEMORIA


24

3.1.2.3 FUNCIONAMIENTO

La posicin inicial del mbolo del variador de avance de la bomba de inyeccin

rotativa la mantiene el muelle tarado del variador (9). Durante el funcionamiento, la

presin del combustible en el interior de la bomba la regula, en proporcin al

rgimen, la vlvula de control de presin junto con el estrangulador de rebose. Por

consiguiente, la presin del combustible creada en el interior de la bomba se aplica

por el lado del mbolo opuesto al muelle del variador de avance.

La presin del combustible (presin en el interior de la bomba) slo vence la

resistencia inicial del muelle y desplaza el mbolo del variador de avance, a partir de

un determinado rgimen (300rpm) en la Fig.7 hacia la izquierda. El movimiento

axial del mbolo se transmite al anillo de rodillos montado sobre cojinete por medio

de la pieza deslizante (8) y el perno (4). Esto hace que la disposicin del disco e

levas con respecto al anillo de rodillos vare de forma que los rodillos del anillo

levanten, con cierta antelacin, el disco de levas en giro. El disco de levas y el

mbolo distribuidor estn, por tanto, desfasados un determinado ngulo de rotacin

con respecto al anillo de rodillos. El valor angular puede ser hasta 12 de ngulo de

leva (24 de ngulo de cigeal).

MEMORIA


25

Fig.7. Funcionamiento del variador.

3.1.3 VARIACIN DEL AVANCE ELECTRNICO El ajuste de inyeccin de hace por medio del variador de avance que es muy

similar a los utilizados en las bombas mecnicas. Esta compuesto por un embolo que

se mueve en el interior de un cilindro empujado por un lado por un muelle y por el

otro lado por la presin del gas-oil que se encuentra en el interior de la bomba, la

presin en el interior de la bomba depende del nmero de rpm del motor cuanto

mayor es ste mayor es la presin. El movimiento axial del mbolo se transmite al

anillo porta rodillos lo cual hace que la situacin del disco de levas respecto al anillo

porta rodillos se modifique, de forma que los rodillos del anillo levanten con cierta

MEMORIA


26

antelacin el disco de levas consiguiendo un adelanto en el comienzo de la

inyeccin.

Este adelanto o avance puede ser hasta 12 grados de ngulo de leva, lo que

supone en un motor de cuatro tiempos 24 grados de ngulo de cigeal.

Fig.8. Avance a la inyeccin electrnico

La electrovlvula es el elemento que diferencia el variador de avance de una

bomba electrnica de una bomba mecnica. Esta vlvula esta controlada

electrnicamente por medio de la ECU y se encarga de controlar la presin que hace

el gasoil sobre el embolo del variador. Cuando la vlvula esta en reposo es decir no

recibe seales de la ECU permanecer cerrada y se produce un adelanto en el

comienzo de la inyeccin. Cuando la vlvula reciba ordenes de la ECU de abrirse, la

MEMORIA


27

presin sobre el embolo disminuye y por lo tanto se produce un retraso en el

comienzo de la inyeccin.

Fig.9. Vista en corte del variador de avance

3.1.3 REGULACIN ELECTRNICA EN DIESEL El control electrnico moderno del motor diesel permite una configuracin

exacta y diferenciada de las magnitudes de inyeccin. nicamente as es posible

cumplir las muchas exigencias que se le plantean a un motor diesel moderno. La

regulacin electrnica diesel (EDC-Electronic Diesel Control) se divide en tres

bloques de sistema Sensores y transmisores de valor terico, Unidad de control y

Elementos actuadores.

3.1.3.1 EXIGENCIAS

La disminucin del consumo de combustible y las emisiones contaminantes con

un aumento simultneo de la potencia o del par motor, y una reduccin de ruido y

humo emitidos determina el desarrollo actual en el sector de la tcnica diesel. Esto

MEMORIA


28

condujo en los ltimos aos a una creciente aplicacin de motores de inyeccin

directa diesel (actualmente nico sistema usado), en los cuales la relacin consumo-

prestaciones es muy superior a los antiguos modelos de inyeccin indirecta con

cmara auxiliar o precmara.

Esta tecnologa consigue una mejor mezcla de aire y gasoil, adems de producir

menos hidrocarburos (HC) no quemados en los gases de escape. Debido a la

formacin de mezcla mejorada y a la ausencia de prdidas de carga entre precmara

y cmara el consumo de combustible se reduce un 10-15% respecto a los motores de

inyeccin indirecta.

Adems influyen las elevadas exigencias, con respecto al confort de marcha, que

se plantean a los motores modernos. Pero tambin, con respecto a las emisiones de

ruido y otros contaminantes (NOx, CO y partculas) que son ms exigentes cada vez.

Esto conduce a un aumento de los requisitos al sistema de inyeccin y a su

regulacin con respecto a:

Altas presiones de inyeccin.

Conformacin del desarrollo de inyeccin.

Comienzo de la inyeccin variable.

Preinfeccin y postinyeccin.

Caudal de inyeccin, presin de sobrealimentacin y comienzo de inyeccin

adaptados a todos los estados de servicio.

Caudal de arranque dependiente de la temperatura.

Regulacin del rgimen de ralent independiente de la carga.

Regulacin de la velocidad de marcha.

MEMORIA


29

Retroalimentacin regulada por los gases de escape.

Tolerancias reducidas del momento y del caudal de inyeccin, y a la alta

precisin durante toda la vida til (comportamiento a largo plazo).

La regulacin mecnica de revoluciones convencional registra con diversos

dispositivos de adaptacin los distintos estados de servicio y garantiza una gran

calidad de la preparacin de la mezcla. Sin embargo, se limita a un circuito regulador

sencillo en el motor y no puede registrar diversas magnitudes de importante

influencia, o no las registra con suficiente rapidez.

El sistema EDC evolucion, a medida que aumentaban las exigencias, de un

sistema sencillo con eje actuador activado elctricamente a un complejo control

electrnico del motor que tiene que procesar un gran nmero de datos en tiempo real.

3.1.3.2 RELACIN GENERAL DEL SISTEMA La regulacin electrnica diesel (EDC) moderna es capaz de cumplir la

exigencias antes mencionadas, gracias al rendimiento de clculo fuertemente

incrementado durante los ltimos aos de los microprocesadores disponibles.

Contrariamente a los vehculos diesel con bombas convencionales de inyeccin

reguladas mecnicamente, en un sistema EDC, el conductor no tiene ninguna

influencia directa sobre el caudal de combustible inyectado a travs del pedal del

acelerador y un cable de traccin. El caudal de inyeccin se determina, por el

contrario, a travs de diversas magnitudes de influencia. Estas son:

Deseo del conductor (posicin del pedal del acelerador).

Estado de servicio.

MEMORIA


30

Temperatura del motor.

Efectos sobre las emisiones de contaminantes.

El caudal de inyeccin es calculado en la unidad de control a partir de estas

magnitudes. Tambin puede variarse el momento de inyeccin. Esto requiere un

extenso concepto de seguridad que reconoce las desviaciones que se producen y

aplica las correspondientes medidas conforme a sus efectos (limitar el par motor, por

ejemplo). El sistema EDC contiene por ello varios circuitos reguladores.

La regulacin electrnica diesel permite tambin el intercambio de datos con

otros sistemas electrnicos como por ejemplo el ABS o el ESP. Con ello se puede

integrar el control del motor en el sistema total del vehculo.

El sistema EDC est completamente integrado en el sistema de diagnstico del

vehculo.

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31

Tabla de la relacin de un sistema EDC para un turismo con bomba inyector.

MEMORIA


32

3.1.3.3 BLOQUES DEL SISTEMA

La regulacin electrnica diesel EDC se divide en tres bloques de sistema:

1. Sensores y transmisores de valor terico. Detectan las condiciones de

servicio (por ejemplo, nmero de revoluciones del motor) y los valores

tericos (por ejemplo, la posicin del pedal del acelerador). stos transforman

magnitudes mecnicas en seales elctricas.

2. La unidad de control. Procesa las informaciones de los sensores y

transmisores de los valores tericos conforme a determinados procesos de

clculo matemticos (algoritmos de clculo). La misma activa los elementos

actuadores mediante seales de salida elctricas. La unidad de control viene a

ser adems la interfaz hacia los dems sistemas para el diagnstico del

vehculo.

3. Elementos actuadores. Transforman las seales elctricas de salida de la

unidad de control en magnitudes mecnicas (por ejemplo, de la electrovlvula

para la inyeccin o del imn del mecanismo actuador).

3.1.3.3.1 SENSORES

Los sensores y transmisores de valor terico detectan las condiciones de servicio

(por ejemplo, nmero de revoluciones del motor) y los valores tericos (por ejemplo,

la posicin del pedal del acelerador). stos transforman magnitudes mecnicas en

seales elctricas. La materializacin de todos los controles y reguladores modernos

no sera posible sin sensores que reaccionan con precisin y exactitud.

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33

Los sensores y actuadores forman una interfaz entre el vehculo con sus

funciones complejas de accionamiento, frenado, tren de rodaje y carrocera(ESP,

regulacin dinmica de la marcha,..) y las unidades electrnicas de control como

unidades de procesamiento. Por regla general hay en el sensor un circuito de

adaptacin que imparte las seales de una forma idnea para ser procesadas por la

unidad de control.

Los sensores llevan frecuentemente una vida retirada porque suelen estar

montados en lugares escondidos del motor o del vehculo, sin saltar a la vista a causa

de sus dimensiones cada vez menores. Adems se comprueba hoy en da, una

tendencia encaminada a esconder los sensores en mdulos, para dar mayor valor al

componente mediante su funcin sensorial, reducindose a su vez el coste total. Unos

ejemplos son el mdulo del pedal del acelerador con sensor de valor de pedal

integrado, el mdulo estanqueizante del cigeal con sensor de revoluciones o el

mdulo de aspiracin con medidor de la masa de aire de pelcula caliente.

En contraposicin se exige que los sensores cumplan unas exigencias crecientes

en lo que a funciones y coste se refiere. Se necesitan cada vez sensores ms precisos

ya que sus seales de salida influyen directamente en la potencia y el para motor, el

comportamiento en marcha, la seguridad as como la emisiones del vehculo.

Para cumplir con estas exigencias de tolerancia, los sensores futuros se vuelven

ms inteligentes, se les integran en su electrnica, algoritmos de evaluacin y

procesos de clculo con funciones ms refinadas de calibracin.

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34

3.1.3.3.2 UNIDAD DE CONTROL

Mediante la tcnica digital moderna se abren mltiples posibilidades en cuanto al

control del automvil. Hay muchas magnitudes influyentes que se pueden integrar

simultneamente de modo que los sistemas puedan operarse de manera ptima. La

unidad de control recibe las seales de los sensores y los transmisores de valor

terico, las evala y calcula las seales de activacin para los elementos actuadores.

El programa de control est almacenado en una memoria. De la ejecucin del

programa se encarga un microcontrolador.

A la unidad de control se le plantean exigencias en lo referente a:

La temperatura del entorno en condiciones de marcha (40-90 C)

La resistencia a los consumibles (aceite, combustible,).

La humedad del entorno.

Los esfuerzos mecnicos como vibraciones del motor.

Igualmente son muy altas las exigencias a la compatibilidad electromagntica y a

la limitacin de la irradiacin de seales perturbadoras de alta frecuencia, que

podran estropear medidores o falsear sus medidas con el consiguiente problema en

el automvil.

La unidad de control se encuentra dentro de una carcasa metlica como se puede

ver en la figura. Los sensores, los actuadores y la alimentacin de corriente, estn

conectados a la unidad de control a travs de un conector multipolar (1). Los

componentes de potencia para la activacin directa de los actuadores estn integrados

en la carcasa de la unidad de control, de tal forma que se garantiza una buena

disipacin de calor hacia la carcasa.

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35

Casi todos los componentes electrnicos estn ejecutados con la tcnica SMD

(Surface Mounted Devices, componentes montados en superficie). Slo hay unos

pocos componentes de potencia que estn cableados, as como los enchufes. Esto

permite una construccin idnea para ahorrar espacio y peso.

Fig.10. Estructura de la unidad de control.

Las seales elctricas de los sensores son conducidas a la unidad de control a

travs de cables y conectores. Estas seales pueden tener diferentes formas:

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36

1. Seales analgicas. Pueden adoptar cualquier valor dentro de un rango,

ejemplos son la medida del caudal del aire de admisin, la presin de

sobrealimentacin o la tensin de la batera

2. Seales digitales. Tienen solamente dos estados High o Low

3. Seales pulsatorias. Vienen de sensores inductivos con informacin sobre

el nmero de revoluciones del motor.

La unidad de control es la central de mando para el desarrollo de las funciones.

En el microcontrolador se ejecutan algoritmos de mando y regulacin. Las seales de

entrada puestas a disposicin por los sensores, transmisores de valor terico e

interfaces hacia otros sistemas, sirven de magnitudes de entrada. En el procesador se

vuelven a someter a un examen de plausibilidad. Las seales de salida se calculan

con la ayuda del programa y de las curvas y campos caractersticos.

3.1.3.3.3 ELEMENTOS ACTUADORES

Los elementos actuadores transforman las seales elctricas de salida de la

unidad de control en magnitudes mecnicas como por ejemplo la vlvula de

retroalimentacin de los gases de escape o la mariposa (que ajusta la cantidad de aire

al motor):

Los actuadores se pueden clasificar bsicamente en dos tipos:

Convertidores electro-neumticos.

Sistemas de freno permanente.

Los sistemas electro-neumticos consisten en actuadores que transforman la seal

elctrica que les llega de la unidad de control en una actuacin neumtica como son

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37

la apertura de diferentes vlvulas en el motor, ya sean de admisin, de control de

sobrepresin del turbo,

Los sistemas de freno permanente pueden disminuir la velocidad del vehculo,

pero no hasta detenerlo completamente. Son sobre todo muy tiles en vehculos

pesados ayudndoles a desgastar menos los frenos en pendientes prolongadas. Los

sistemas de freno permanente estn activados por la unidad de control del motor.

Algunos ejemplos de estos actuadores son: el freno motor, el decelerador o

sistemas de ayuda al arranque.

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38

3.2 LA PRESIN DE INYECCIN 3.2.1 INTRODUCCIN

La presin de inyeccin es otro de los parmetros fundamentales en un motor ya

sea diesel o de gasolina.

Si inyectamos la enorme gota del dibujo de la izquierda de la Fig. 11 puede que

para cuando el combustible del interior de la gota se encuentre con oxgeno (cuando

ya se haya quemado lo que ahora est en rojo) las condiciones dentro del cilindro ya

no sean las que necesitamos para que se produzca una buena combustin (las

condiciones de temperatura y presin ideales para la combustin). Y esto se debe a

que la combustin dentro de los motores diesel es relativamente lenta por eso hay

que utilizar complejos sistemas de inyeccin de muy alta presin para poder reducir

el tamao de las partculas de gasoil que van a formar para de la combustin.

Fig.11. Diferencias entre gota y pulverizacin

MEMORIA


39

Por tanto es necesario pulverizar en finsimas gotas: de esta manera podemos

inyectar la misma cantidad de combustible, pero ahora todo l est en condiciones de

reaccionar (dibujo de la derecha). Para pulverizar es imprescindible inyectar a muy

alta presin: as el combustible entra en la cmara a altsima velocidad por unos

orificios muy pequeos. De esta manera el gasoil lquido pasa a ser prcticamente

gaseoso al pasar por esos agujeritos a esa altsima velocidad y por rozamiento con el

aire con el que entra en contacto una vez sale del inyector y pasa a la cmara de

combustin. Para que el proceso se lleve a cabo de forma ptima necesitamos

presiones superiores a los 1200bar (actualmente se llega a 2000bar) que

proporcionan los nuevos sistemas de inyeccin diesel.

Si tenemos en cuenta que, para que la combustin se produzca tenemos que

inyectar el gasoil cuando el aire dentro del motor est a alta temperatura y presin

(que es cuando el tiempo de retraso es menor, que es lo que interesa), es decir al final

de la carrera de compresin. Y en ese instante si, por ejemplo, nuestro motor diesel

tiene una relacin de compresin de 20:1, est sobrealimentado a 1.4bar y el aire de

admisin (despus del intercooler) entra al motor a 50 C, el aire contra el que

inyectamos el gasoil es 20 veces ms denso que el que nosotros respiramos. Y ese

aire es tanto ms denso cuanto:

Mayor es la relacin de compresin, que cuanto ms alta ms rendimiento

tiene el motor.

Mayor es la sobrealimentacin (la presin que proporciona el compresor),

que cuanto ms alta es ms la potencia que se puede conseguir; y si queremos

MEMORIA


40

podemos sacrificar parte de esa potencia extra en beneficio de un menor

consumo.

Mayor es el intercooler: o lo que es lo mismo cuanto ms fro entre el aire en

el motor. Aire que cuanto ms fro entra ms potencia proporciona, pero a

costa de un mayor consumo.

Por todo esto y en busca de combustiones ptimas (alta pulverizacin) y de

mayores potencias y menores consumos (combinacin, cualitativa y bsicamente, de

las tres variables: relacin de compresin, sobrealimentacin y postenfriamiento), es

necesario el uso de enormes presiones de inyeccin. Presiones que estn disponibles

desde que se generaliz el uso de los Common Rail y de los Bomba Inyectores (est

en declive), y que permiten continuar una escalada de potencia y reduccin de

consumos y partculas contaminantes, que iniciaron los "primitivos" sistemas de

inyeccin directa. Ambos sistemas son capaces de llevar el combustible a presiones

superiores a los 1600bar. A partir de esa presin aproximadamente el gasoil deja de

comportarse como un lquido y pasa a comportarse como un gas (pero sigue siendo

lquido), y aprovechando esta particularidad son capaces de lanzar el combustible a

ms de 2000bar.

3.2.2 UNA TCNICA DE PRECISIN Hablndose de motores Diesel, muchos piensan en mquinas burdas, no en

mecnica de precisin. Los componentes modernos de la inyeccin Diesel constan

sin embargo, de piezas de alta precisin que estn expuestas a esfuerzos extremos.

El inyector es la interfaz entre el sistema de inyeccin y el motor. Tiene que abrir

y cerrar con exactitud durante toda la vida til del motor. Estando cerrado no deben

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41

aparecer fugas ya que empeorara el consumo, aumentara las emisiones

contaminantes e incluso podra daar el motor.

Para que los inyectores puedan estanqueizar de forma segura a pesar de las

altsimas presiones de inyeccin de los sistemas modernos (2000bar), stos requieren

un diseo contractivo especial y una fabricacin muy exacta. He aqu unos ejemplos:

Para que un inyector asegure un cierre hermtico la superficie del cuerpo del

inyector cuenta con unas tolerancias mximas de 1m.

El juego que tiene la aguja del inyector dentro de la gua de su propio cuerpo

asciende a 2-4 m.

Los finos agujeros de los inyectores se fabrican con procesos de electroerosin

para garantizar sus tolerancias consiguiendo taladros muy exactos con un dimetro

de unos 0.1mm.

Si los sistemas de fabricacin requieren una gran precisin, no poda ser de otra

forma con los sistemas de medicin que se usan, como medidoras pticas

tridimensionales, interferometra por lser.

As pues la fabricacin de los componentes de inyeccin de los Diesel actuales es

alta tecnologa en grandes series.

3.2.3 SISTEMAS DE INYECCIN En la Fig.20 se pueden ver los distintos campos de aplicacin de los sistemas de

alimentacin Diesel del fabricante Bosch:

-Accionamientos de grupos electrgenos mviles (hasta 10KW por cilindro).

- Motores de funcionamiento rpido para turismos y vehculos industriales

ligeros (hasta 50KW por cilindro).

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42

-Motores para los sectores de construccin, agrcola, forestal (hasta 50KW

por cilindro).

-Motores para vehculos industriales pesados, autobuses y tractores (hasta

80KW por cilindro).

-Motores estacionarios, para grupos electrgenos de emergencia (hasta

160KW por cilindro).

-Motores de locomotoras y barcos (hasta 1000KW por cilindro).

Fig.12. Campos de aplicacin de los sistemas Bosch.2004

M, MW, A, P, ZWM, CW: son bombas de inyeccin en lnea de tamao constructivo ascendente.PF: bombas de inyeccin individuales. VE: bombas de inyeccin rotativas de mbolo axial. VR: bombas de inyeccin rotativas de mbolos radiales. UPS: unidad de bomba-tubera-inyector. UIS: unidad de bomba-inyector. CR: Common Rail.

En la tabla A se exponen los datos y caractersticas ms importantes de los diferentes sistemas de alimentacin.

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43

Inyeccin Datos relativos al motor Sistemas de inyeccin ejecucin

Caudal inyeccin por carrera

Presin max. (bar)

m e em MV

DI IDI

VE NE

n cilindros

n r.p.m

Potencia max. x cilindro (kW)

Bombas de inyeccin en linea M 60 550 m, e IDI - 4....6 5000 20 A 120 750 m DI/IDI - 2....12 2800 27 MW 150 1100 m DI - 4.....8 2600 36 P 3000 250 950 m, e DI - 4....12 2600 45 P 7100 250 1200 m, e DI - 4....12 2500 55 P 8000 250 1300 m, e DI - 6....12 2500 55 P 8500 250 1300 m, e DI - 4....12 2500 55 H 1 240 1300 e DI - 6.....8 2400 55 H 1000 250 1350 e DI - 5.....8 2200 70 Bombas de inyeccin rotativas VE 120 1200/350 m DI/IDI - 4.....6 4500 25 VE...EDC 70 1200/350 e, em DI/IDI - 3.....6 4200 25 VE...MV 70 1400/350 e, MV DI/IDI - 3.....6 4500 25 Bombas de inyeccin rotativas de mbolos axiales VR..MV 135 1700 e, MV DI - 4, 6 4500 25 Bombas de inyeccin de un cilindro

PF(R)... 150.... 18000 800... 1500 m, em DI/IDI - cualquiera

300... 2000

75...... 1000

UIS 30 2) 160 1600 e, MV DI VE 8 3a) 3000 45 UIS 31 2) 300 1600 e, MV DI VE 8 3a) 3000 75 UIS 32 2) 400 1800 e, MV DI VE 8 3a) 3000 80 UIS-P1 3) 62 2050 e, MV DI VE 8 3a) 5000 25 UPS 12 4) 150 1600 e, MV DI VE 8 3a) 2600 35 UPS 20 4) 400 1800 e, MV DI VE 8 3a) 2600 80 UPS (PF(R) 3000 1400 e, MV DI VE 6.....20 1500 500 Sistema de inyeccin de acumulador Common Rail

CR 5) 100 1350 e, MV DI VE(5a)/NE 3......8 5000 5b) 30

CR 6) 400 1400 e, MV DI VE(6a)/NE 6......16 2800 200 Tabla A. Datos de los diferentes sistemas de alimentacin.2004.

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44

Tipo de regulacin: m mecnicamente; e electrnicamente; em electrmecnicamente; MV

electrovlvula.DI: inyeccin directa; IDI: inyeccin indirecta. VE: inyeccin previa; NE: inyeccin

posterior.

2) UIS unidad de bomba-inyector para vehculos industriales; 3) UIS para turismos; 3a) con dos

unidades de control es posible tambin nmero mayor de cilindros; 4) UPS unidad de bomba-tubera-

inyector para vehculos industriales y autobuses; 5) CR Common Rail 1 generacin para turismos y

vehculos industriales ligeros; 5a) hasta 90 kW (cigeal) antes del PMS elegible libremente; 5b)

hasta 5500 rpm en marcha con freno motor; 6) CR para vehculos industriales, autobuses y

locomotoras diesel; 6a) hasta 30 kW antes del PMS.

3.2.4 EL EQUIPO DE INYECCIN Antes de hablar del equipo de inyeccin conviene citar el circuito de

alimentacin del combustible, que se compone de un circuito de baja presin y de

otro de alta presin.

El circuito de baja presin, que no precisa de ninguna toma de aire, se compone

de: el depsito. La bomba de alimentacin, los filtros del combustible y los

conductos correspondientes.

El circuito de alta presin consta de la bomba de inyeccin, los inyectores y unas

canalizaciones especiales(a causa de las variaciones de presin) todas de la misma

longitud (para tener los mismos tiempos de inyeccin).

El conjunto de la instalacin se muestra en la Fig.13. El gasoil lo lleva el

vehculo en un depsito (21) con tapn de llenado (1) por el que entra en contacto

con la atmsfera, y de vaco (22) para la necesaria limpieza interior del agua e

impurezas. De (2) parte el cable 5 para el indicador elctrico del nivel en el tablero

de instrumentos.

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45

La bomba de alimentacin (15), aspira el gasoil del depsito por el tubo (18) y lo

enva por el conducto 17 al filtro principal (4). De ste sale a travs de la llave de

cierre (20) y tubo 9 al segundo filtro (10), del que sigue por el tubo 12 a la bomba de

inyeccin (14), que lo manda por los tubos 13, a presin y dosificado, a los

inyectores de los cilindros.

El gasoil que rebosa de stos vuelve por los tubos 11, 8 y 7 hasta el filtro

principal para seguir por la tubera 19 a reintegrarse en el depsito.

Fig.13. Sistema de inyeccin de bomba rotativa Bosch.2004

3.2.5 SISTEMAS ACTUALES DE INYECCIN Ahora se van estudiar los distintos sistemas de alimentacin de combustible de

los modernos motores diesel (TDI, Common Rail), as como la gestin electrnica

que los controla.

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46

La Gestin Electrnica Diesel se utiliza hoy en da en los famosos motores de

"inyeccin directa"

Fig.14.Sistema common-rail de Bosch

Dentro de los motores de inyeccin directa hay que distinguir tres sistemas

diferentes a la hora de inyectar el combustible dentro de los cilindros.

1) Mediante bomba de inyeccin rotativa.

2) Common Rail.

3) Inyector-bomba.

Actualmente los dos primeros sistemas estn en desuso y el sistema ms habitual

y que permite cumplir con las normas anticontaminacin, reduciendo ruidos y que se

puede usar en motores grandes (6 cilindros o ms) es el Common Rail. En la Fig.15

vemos los 3 diferentes sistemas a la hora de inyectar

MEMORIA


47

Fig.15.Sistemas de inyeccin electrnicos de Bosch

1). Sistema que utiliza la tecnologa tradicional de los motores diesel de "inyeccin

indirecta" basado en una bomba rotativa (por ejemplo la bomba "tipo VE" de

BOSCH) que dosifica y distribuye el combustible a cada uno de los cilindros del

motor. Esta bomba se adapta a la gestin electrnica sustituyendo las partes

mecnicas que controlan la "dosificacin de combustible" as como la "variacin de

avance a la inyeccin" por unos elementos electrnicos que van a permitir un control

mas preciso de la bomba que se traduce en una mayor potencia del motor con un

menor consumo. Este sistema es utilizado por los motores TDI del grupo

Volkswagen y los DTI de Opel y de Renault, as como los TDdi de FORD.

2). Sistema de conducto comn (common-rail) en el que una bomba muy distinta a

la utilizada en el sistema anterior, suministra gasoil a muy alta presin a un conducto

comn o acumulador donde estn unidos todos los inyectores. En el momento

preciso una centralita electrnica dar la orden para que los inyectores se abran

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suministrando combustible a los cilindros. Esta tecnologa es muy parecida a la

utilizada en los motores de inyeccin de gasolina con la diferencia de que la presin

en el conducto comn o acumulador es mucho mayor en los motores diesel (1800bar)

que en los motores gasolina. Este sistema es utilizado actualmente por todos los

fabricantes.

Fig.16.Sistema Common Rail de Bosch

3). Sistema de Bomba-inyector en el que se integra la bomba y el inyector en el

mismo cuerpo con eso se consigue alcanzar presiones de inyeccin muy altas (2000

Bares), con lo que se consigue una mayor eficacia y rendimiento del motor. Existe

una bomba-inyector por cada cilindro. Este sistema era utilizado por el grupo

Volkswagen en sus motores TDI de segunda generacin, pero estn siendo

sustituidos por los Common Rail en sus ltimos motores debido a su mayor coste y a

su mayor ruido.

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Fig.17.Sistema Bomba-Inyector de Bosch

En la figura de arriba tenemos todos los componentes que forman un sistema de

alimentacin para motores TDi de 4 y de 3 cilindros del grupo VW que era el

fabricante que los usaba.

3.2.6 EL COMMON RAIL

Hablar de common-rail es hablar de Fiat ya que esta marca automovilstica es la

primera en aplicar este sistema de alimentacin en los motores diesel de inyeccin

directa. Desde 1986 cuando apareci el Croma TDI, primer automvil diesel de

inyeccin directa del mundo. Se daba el primer paso hacia este tipo de motores de

gasleo que tenan una mayor eficacia de combustin.

Gracias a este tipo de motores, que adoptaron posteriormente otros fabricantes,

los automviles diesel podan garantizar mayores prestaciones y menores consumos

simultneamente. Quedaba un problema: el ruido excesivo del propulsor a bajos

regmenes de giro y en los "transitorios".

Y es aqu donde comienza la historia del Unijet o mejor dicho, el estudio de un

sistema de inyeccin directa ms evolucionado, capaz de reducir radicalmente los

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50

inconvenientes del excesivo ruido de combustin. Esta bsqueda llevar algunos

aos ms tarde al Unijet, alcanzando mientras tanto otras ventajas importantes en

materia de rendimiento y consumo.

Para resolver el problema, solamente existan dos posibilidades: conformarse con

una accin pasiva y aislar despus el motor para impedir la propagacin de las ondas

sonoras, o bien, trabajar de modo activo para eliminar el inconveniente en la fuente,

desarrollando un sistema de inyeccin capaz de reducir el ruido de combustin.

Decididos por esta segunda opcin, los tcnicos del Grupo Fiat se concentraron

inmediatamente en la bsqueda del principio del "Common-Rail", descartando

despus de anlisis cuidadosos otros esquemas de la inyeccin a alta presin.

Nacido del trabajo de los investigadores de la Universidad de Zurich, nunca

aplicado anteriormente en un automvil, el principio terico sobre el que se inici el

trabajo era simple y genial al mismo tiempo. Continuando con la introduccin de

gasleo en el interior de un depsito, se genera presin dentro del mismo depsito,

que se convierte en acumulador hidrulico ("rail"), es decir, una reserva de

combustible a presin disponible rpidamente.

El proyecto se cedi posteriormente a Robert Bosch para la parte final del

trabajo, es decir, la conclusin del desarrollo y la industrializacin.

As, once aos despus del Croma TDI, en octubre de 1997, lleg al mercado

otro automvil de rcord: el Alfa 156 JTD equipado con un revolucionario

turbodiesel que aseguraba resultados impensables hasta ese momento. Los

automviles equipados con este motor son increblemente silenciosos, tienen una

respuesta tan brillante como la de los propulsores de gasolina y muestran, respecto a

un motor de precmara anlogo, una mejora media de las prestaciones del 12%,

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51

adems de una reduccin de los consumos del 15%. El xito de los Alfa 156 con

motor JTD fue inmediato y rpidamente, adems de ser empleado en otros modelos

de Fiat Auto, muchas otras marcas automovilsticas adoptaron propulsores similares.

Ahora llega la segunda generacin de los motores JTD, en los Multijet. El

principio tcnico sobre el que se basa el desarrollo del Multijet es simple. En los

motores de tipo "Common Rail" (Unijet) se divide la inyeccin en dos fases una

preinyeccin, o inyeccin piloto, que eleva la temperatura y la presin en el cilindro

antes de hacer la inyeccin principal para permitir as una combustin ms gradual, y

resultando un motor ms silencioso.

El sistema Multijet evolucion del principio "Common Rail" que aprovecha el

control electrnico de los inyectores para efectuar, durante cada ciclo del motor, un

nmero mayor de inyecciones respecto a las dos del Unijet. De este modo, la

cantidad de gasleo quemada en el interior del cilindro sigue siendo la misma, pero

se reparte en ms partes; de esta manera, se obtiene una combustin ms gradual. El

secreto del Multijet se basa en las caractersticas del diseo de centralita e inyectores

que permiten realizar una serie de inyecciones muy prximas entre s. Dicho proceso

de inyeccin, desarrollado por los investigadores de Fiat Auto, asegura un control

ms preciso de las presiones y de las temperaturas desarrolladas en la cmara de

combustin y un mayor aprovechamiento del aire introducido en los cilindros.

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Fig.18. Multijet vs Unijet.

El sistema de inyeccin de acumulador "Common Rail" ofrece una flexibilidad

destacadamente mayor para la adaptacin del sistema de inyeccin al funcionamiento

motor, en comparacin con los sistemas propulsados por levas (bombas rotativas).

Esto es debido a que estn separadas la generacin de presin y la inyeccin. La

presin de inyeccin se genera independientemente del rgimen del motor y del

caudal de inyeccin. El combustible para la inyeccin esta a disposicin en el

acumulador de combustible de alta presin "Rail". El conductor preestablece el

caudal de inyeccin, la unidad de control electrnica (ECU) calcula a partir de

campos caractersticos programados, el momento de inyeccin y la presin de

inyeccin, y el inyector (unidad de inyeccin) realiza las funciones en cada cilindro

del motor, a travs de una electrovlvula controlada. La instalacin de un sistema

"Common Rail" consta de los siguientes elementos que podemos ver en el esquema

de la Fig.19:

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Fig.19.Sistema Common-Rail

La ECU registra con la ayuda de sensores el deseo del conductor (posicin del

pedal del acelerador) y el comportamiento de servicio actual del motor y del

vehculo. La ECU procesa las seales generadas por los sensores y transmitidas a

travs de lneas de datos. Con las informaciones obtenidas, es capaz de influir sobre

el vehculo y especialmente sobre el motor, controlando y regulando. El sensor de

revoluciones del cigeal mide el nmero de revoluciones del motor, y el sensor de

revoluciones del rbol de levas determina el orden de encendido (posicin de fase).

Un potencimetro como sensor del pedal acelerador comunica con la ECU, a travs

de una seal elctrica, la solicitud de par motor realizado por el conductor. El

medidor de masa de aire entrega informacin a la ECU sobre la masa de aire actual,

con el fin de adaptar la combustin conforme a las prescripciones sobre emisiones de

humos. En motores equipados con turbocompresor el sensor de presin de turbo

mide la presin en el colector de admisin. En base a los valores del sensor de

temperatura del liquido refrigerante y de temperatura de aire, a temperaturas bajas y

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motor fri, la ECU puede adaptar a las condiciones de servicio los valores tericos

sobre el comienzo de inyeccin, inyeccin previa y otros parmetros.

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3.3.FUNDAMENTOS DE LA SOBREALIMENTACIN

La expresin matemtica de la potencia para un MCIA es la siguiente:

e

atv ginV

= 1We

Donde:

- v , es el rendimiento volumtrico.

- tV , es la cilindrada del motor.

- n, es la velocidad de giro del motor.

- i, es una variable que toma el valor 1 o 2 segn sea el motor de uno o dos tiempos.

- a , es la densidad del aire aspirado por el motor.

- , es el dosado.

- eg , es el consumo especfico.

As vemos que para aumentar la potencia podemos actuar sobre las distintas

variables de la ecuacin:

v : Actualmente un parmetro que se puede variar si no se quiere recurrir a la

sobrealimentacin, se recurre a sistemas de distribucin variable y

multivlvulas que mejoran significativamente la potencia del motor y que hoy

en da tienen un precio competitivo.

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Vt: El aumento de cilindrada trae consigo un incremento de tamao, peso, de

los rozamientos del motor y del consumo. Es, no obstante, un procedimiento

muy habitual para incrementar la potencia.

n: La velocidad de combustin y la necesidad de buenos v limitan el

cremento del rgimen de giro trae consigo un aumento del ruido y de la

friccin, y un acortamiento de la vida del motor.

y ge: No cabe esperar mejoras cualitativamente importantes en estos

aspectos, pues es tecnolgicamente muy complicado.

La utilizacin de la sobrealimentacin se fundamenta en una mejora en la

combustin del motor debido al mejor llenado de los cilindros, mejorando el

consumo especfico y reduciendo la contaminacin.

La sobrealimentacin puede desempear dos funciones bsicas:

- En altitud, compensar la disminucin de la densidad del aire, con el objetivo

de que el motor conserve sus prestaciones; es el caso de la aviacin.

- Incrementar la cantidad de aire que se suministra al motor para aumentar sus

prestaciones; es el caso de la automocin.

3.3.1 GENERALIDADES

Aunque parece que es una tcnica muy reciente, no lo es, ya que desde hace ya

algunas dcadas se empezaron a soplar los diesel a base de compresores accionados

por medio de correas, cadenas, etc., utilizando para ello el giro de la polea del

cigeal. Posteriormente, aparecieron los turbocompresores que se utilizaban para

mquinas de rgimen constante y grandes potencias (barcos, locomotoras,..). Estos

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turbocompresores eran enormes y con un peso y un precio muy elevados, giraban a

un rgimen muy lento y tenan una altsima inercia, obtenindose su rendimiento en

el rgimen mximo del motor.

En la era de los 60 comienzan a emplearse de forma generalizada en los grandes

motores de la automocin dedicados al transporte; es el comienzo de la reduccin de

tamao, pero an son pesados y de alta inercia con regmenes de giro de 40000 y

60000 rpm. A partir de entonces comienza la era de la sobrealimentacin, en la que

todos los fabricantes de motores se interesan por la aplicacin de esta tecnologa con

el fin de obtener mejores rendimientos de los actuales motores. En la actualidad se

obtienen velocidades de giro superiores a las 200000 rpm en algunos casos.

La crisis energtica y la necesidad imperiosa de evitar la contaminacin en las

ciudades, no hacen sino imponer como solucin, la implantacin del turbocompresor

de forma generalizada en los motores diesel y tambin en los pequeos motores de

gasolina.

La sobrealimentacin se puede llevar a cabo mediante dos mtodos

fundamentalmente, el compresor (volumtrico), cuya energa la obtienen a partir del

cigeal o mediante turbocompresores, que la obtienen a partir de la energa de los

gases de escape.

3.3.2 EL COMPRESOR

El compresor es una bomba movida por el motor que toma aire de la atmsfera y

lo comprime, con el objeto de aumentar la densidad del aire que entra al motor

obligndole a quemar una mayor cantidad de combustible por ciclo.

Un compresor se define por las siguientes caractersticas:

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La relacin de la presin del aire a la salida del compresor P2, con respeto a

la presin del aire a la entrada del compresor P1.

El rendimiento, que es mejor cuanto ms cercana sea la temperatura del aire

comprimido a la salida con respeto a la temperatura terica procedente de las

leyes de termodinmica.

El flujo, que es la cantidad de aire comprimido que suministra el compresor.

El rgimen del compresor, pues a un dbil rgimen habr una dbil

sobrealimentacin y un menor rendimiento.

Los compresores que se usaron en un principio eran de tipo volumtrico, cuya

energa de bombeo la obtenan del cigeal del propio motor a travs de una

transmisin mecnica y tenan el problema de que actuaban en un margen muy

estrecho de regmenes del motor.

Este problema se solucion con los compresores tipo Rootes capaces de dar una

presin de admisin casi constante en cualquier rgimen.

Su principio de funcionamiento es comparable al de las bombas volumtricas, en

las que el elemento giratorio crea un aumento de volumen a la entrada del compresor,

lo cual origina una depresin que aspira aire del exterior. Hacia la salida del

compresor el volumen disminuye expulsando el aire a presin.

En este modelo, el flujo de aire es proporcional al rgimen de rotacin, y la

presin de salida depende nicamente de las caractersticas del circuito posterior y

del flujo de aire.

Pueden suministrar presiones de 0,6 a 0,8 bares para regmenes de giro tpicos de

motor, es decir, 4000-6000 rpm, pero si se trata de que el motor gire a mayores

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velocidades para tener mejores prestaciones presentan problemas de temperatura y

resistencia.

A plena potencia absorben bastantes caballos del cigeal.

Fig.20. Secuencia de compresin volumtrica.

3.3.3 EL TURBOCOMPRESOR

La distribucin de la energa absorbida por un motor trmico es de un tercio en

calor no aprovechable, otro tercio es utilizable como energa mecnica, y otro en

rozamientos. Por tanto los gases de escape se descargan muy parcialmente,

expansionados, con gran temperatura y gradiente de presin, lo cual supone:

Que el sistema de escape trabaje muy caliente y con necesidad de amortiguar

mucho ruido, por ello resultan costosos, pesados y de corta duracin.

Se pierde gran cantidad de energa por el escape, y por consiguiente, los

consumos aumentan.

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La sobrepresin en la admisin es muy limitada en la prctica. La energa

necesaria para mover el compresor absorbe una parte del incremento de la

potencia obtenida.

El sistema de transmisin mecnica para mover el compresor resulta costoso

de diseo y fabricacin.

Por estas razones se busc aprovechar la energa desperdiciada por los gases de

escape, adoptando como solucin la instalacin de una turbina en el escape.

Una ventaja del turbocompresor, que no comparte con el compresor de mando

mecnico, es su poca sensibilidad a la altura. Esto ocurre incluso en el

turbocompresor simple, que tiende a aumentar de rgimen y de relacin de

compresin, cuanto ms denso es el aire del ambiente, provocando un efecto

tampn. El turbocompresor con vlvula de descarga, al tender a un soplo

constante, es an menos sensible.

En la siguiente figura podemos ver un turbocompresor seccionado pudiendo as

apreciar todos sus componentes.

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Fig.21. Esquema de un turbocompresor.

3.3.3.1 EL FUNCIONAMIENTO

Un motor sobrealimentado presenta dos fases de funcionamiento: una

atmosfrica y otra sobrealimentada. Para llegar a esta ltima fase (presin de

admisin superior a la presin atmosfrica), el turbo debe haber alcanzado un

rgimen determinado.

Aparente sencillez de su funcionamiento tiene como base el aprovechamiento de

la velocidad de los gases de escape del motor antes de salir a la atmsfera, para

convertirla en movimiento, obligando a los gases a pasar por la garganta de la

carcasa de la turbina y as aprovechar su energa para hacer girar a sta y una vez que

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han cedido su temperatura y presin, salir expulsados al exterior a travs del sistema

de escape.

La turbina que es accionada por los propios gases, va unida solidariamente por un

eje a la rueda del compresor, al que mueve, cuya finalidad consiste en mandar a

presin al colector de admisin el aire tomado del exterior, filtrado previamente por

el purificador de esta manera hacia el turbocompresor, que consta de tres partes

fundamentales: la turbina, el cojinete central y el compresor.

La presencia de la turbina en la canalizacin del escape crea cierta contrapresin

al escape, lo cual es muy importante.

El cojinete central tiene dos misiones esenciales: 1, soportar el eje que gira a una

alta velocidad (ms de 150.000 rpm) y 2, servir de pantalla trmica entre la turbina y

el compresor, adems realiza otra

tesis de modificacion diesel

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