OBJETIVOS CONTENIDO. L2-3.- Renovación de la carga. L2-3.- Renovación de la carga

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Manuela Redondo Chávez
hace 7 años
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1 L2-3.- enovación de la carga OBJETIVOS Conocer los factores rinciales que afectan el roceso de renovación de la carga en MCIA Comrender los factores que condicionan el diseño de las válvulas Entender la imortancia de otimizar el diagrama de distribución y las ventajas de los sistemas de distribución variable Conocer los fenómenos de ondas en los colectores, y cómo arovecharlos ara el roceso de renovación de la carga mediante el sintonizado de colectores Conocer las articularidades de los motores de 2T de barrido or cárter L2-3.- enovación de la carga CONTENIDO Introducción enovación de la carga en 4T Válvulas Diagrama de distribución Sintonizado de colectores enovación de la carga en 2T esumen

2 L2-3.- enovación de la carga Desde el unto de vista energético, la combustión es el fenómeno resonsable de la entrega de otencia. La combustión recisa la formación de una mezcla aire-combustible Como la inyección de combustible es forzada, la entrada de aire en el motor es el fenómeno limitante Como los MCIA son de ciclo abierto, la entrada de mezcla fresca lleva aarejada la salida de gases de escae enovación de la carga (PC) Definición: roceso mediante el cual los gases roducto de la combustión son desalojados del cilindro y substituidos or mezcla (aire) fresca 4T: realizado durante las carreras de éscae y admisión 2T: realizado en las cercanías del PMI L2-3.- enovación de la carga 4T 2T bar. indeendiente 2T barrido or cárter COMP COMB Evaluación PC: ƞ v y W b. W n =W i (ƞ v ) - W b EX BA

3 L2-3.- enovación de la carga POCESO DE ADMISIÓN IDEAL EN 4T Hiótesis: No existe fricción entre el fluido y las aredes, y la evolución es en todo momento reversible El roceso es adiabático El fluido no tiene inercia y no hay fenómenos dinámicos Todo el combustible está gasificado Las válvulas abren y cierran instantáneamente en los PM no existe cortocircuito de mezcla fresca Los gases de escae están a la misma resión y temeratura que la mezcla de admisión n m V 2 m T m, a v 1 L2-3.- enovación de la carga POCESO DE ADMISIÓN EAL v Variación de los diferentes efectos con el régimen de giro ideal (ƞ v =1) calentamiento aumenta con t c m -1 fricción fluida ( ) válvulas, filtro, silenciador, uniones... aumenta con m a c m comresibilidad taón sónico en válvulas a muy alto m a alto c m inercia (y reflujos) c m sintonizado colectores efectos asociados al flujo no estacionario

L2-3.- enovación de la carga Sección de aso en válvulas sección más estrecha PIPA DE ADMISIÓN PIPA DE ESCAPE Válvula de admisión más crítica ara η v Escae: afecta a la resión de los residuales y a W

4 L2-3.- enovación de la carga Sección de aso en válvulas sección más estrecha PIPA DE ADMISIÓN PIPA DE ESCAPE Válvula de admisión más crítica ara η v Escae: afecta a la resión de los residuales y a W b L2-3.- enovación de la carga m Flujo a través de un conducto convergente Ecuación de continuidad Conservación de la energía Ley de estado Evolución isentróica Ac A m T A T max 2 1 c m Ac cte 2 h c T c 2 cte T cte M m T A

5 L2-3.- enovación de la carga Condiciones del flujo en las válvulas u v c A D 2 V m 2 Aef cd Aref Dv c m C d M v uv a D D v 2 cm ac D v v ~.6 Disersión c ~1 m M v L2-3.- enovación de la carga Diseño: maximizar sección válvulas Aumentar el tamaño Mejorar el diseño de las ias

6 L2-3.- enovación de la carga - CULATAS MULTI Bujía Inyect I E I E Bujía Inyect I E I E I Bujía Inyect E I L2-3.- enovación de la carga Y ELACIÓN S/D elación carrera-diámetro S/D ermite aumentar D v, ero aumenta el cortocircuito emeora el llenado a bajo régimen Motores deortivos: bajos valores de S/D Mayor régimen (c m =2 S n) Mayor sección de válvulas

7 L2-3.- enovación de la carga DE Debido a la existencia de inercia, el flujo a través de las válvulas no es nulo en los PM Los fenómenos de inercia aumentan con el régimen de giro del motor El diagrama de distribución se modifica ara arovechar estos efectos L2-3.- enovación de la carga DE Diagrama de distribución real Levantamiento válvulas (mm) Avance a la Aertura del Admisión (AAA) etraso al Cierre de la Admisión (CA) CUCE Avance a la Aertura del Escae (AAE) etraso al Cierre del Escae (CE) CUCE DE ón e n c s i i l e in d P rro CA AAA PMS CE AAE Tiemo / Angulo PMI APETUA ESCAPE APETUA ADMISIÓN EXPANSIÓN ESCAPE ADMISIÓN COMPESIÓN

8 L2-3.- enovación de la carga DE etraso del cierre de la admisión EFLUJOS a bajo régimen CA CA Arovecha EFECTOS de INECIA a alto régimen L2-3.- enovación de la carga DE Avance de aertura del escae AAE ótimo: Poca érdida de trabajo de exansión, menor trabajo de bombeo Si n AAE (condiciones sónicas) Variaciones de AAE no modifica otros ángulos.

9 L2-3.- enovación de la carga DE Cruce de válvulas (AAA+CE = 1º-2º + 15º-3º): Permite arovechar los efectos dinámicos en el colector de escae ara mejorar el llenado del cilindro Motores sobrealimentados: si adm es mayor que esc uede utilizarse cruces imortantes ara barrer los gases de escae y refrigerar las válvulas de escae L2-3.- enovación de la carga DE Valores característicos del diagrama de distribución a) Valores límite MEP-MEC turismo b) Valores habituales MEP- MEC turismo c) MEC sobrealimentado gran tamaño d) MEP altas restaciones

L2-3.- enovación de la carga DE Los ángulos ótimos (reflujos/inercia) deenden del unto de funcionamiento: sistemas de distribución variable Prácticamente todos los MEP actuales de automoción

10 L2-3.- enovación de la carga DE Los ángulos ótimos (reflujos/inercia) deenden del unto de funcionamiento: sistemas de distribución variable Prácticamente todos los MEP actuales de automoción resentan algún sistema de distribución variable Algunos ermiten variar el desfase, levantamiento, erfil, etc. L2-3.- enovación de la carga DE Sistemas de distribución variable: Sistemas mecánicos

11 L2-3.- enovación de la carga DE Sistemas de distribución variable: desfasadores hidráulicos L2-3.- enovación de la carga DE Sistemas de distribución variable: sistema cameless hidráulico Permite reducir necesidad mariosa PLENA CAGA a max n PLENA CAGA a CAGA baja n PACIAL, CAGA PACIAL ALENTÍ UBANO htt://

12 L2-3.- enovación de la carga EFECTOS DINÁMICOS Comortamiento ulsante del motor Comortamiento alternativo (f=z n/2) Alta resión en el cilindro a la aertura del escae: escae esontáneo Movimiento del istón: escae forzado Pulsaciones de resión y velocidad en las válvulas y colectores [bar] cilindro A escae A admisión [º] Velocidad del gas en la ia de escae alta carga media carga S [m 2 ] L2-3.- enovación de la carga EFECTOS DINÁMICOS Ejemlos de resiones en los colectores rm P 3 [bar] [º] 25 rm

13 L2-3.- enovación de la carga DE Pulsaciones de resión (gasto y temeratura) en los colectores roblema de flujo no estacionario EC. CONTINUIDAD CONS. MOMENTO CONS. ENEGÍA EC. ESTADO A ca t x 2 ca 2 c c da c A A f D t x 2 c dx 2 2 c c A ca q A t 1 2 x 1 2 T L2-3.- enovación de la carga DE Dicha dinámica afecta a la velocidad de deslazamiento del: Gas 2a c 1 Perturbaciones c r a 1 c a c c r x c r a ante equeñas erturbaciones

14 L2-3.- enovación de la carga DE eflexión de ondas de resión: Extremo cerrado arefacción en extremo abierto L2-3.- enovación de la carga DE Diseño de colectores de admisión (4T): c r a L 4 n 4 n Onda reflejada PMS PMI C A Angulo Tiemo 9 12º Arovechando la dinámica de ondas, se ueden conseguir incrementos del 25% en v

15 L2-3.- enovación de la carga DE Diseño de colectores de escae (4T): L c r a 4 n 4 n 18 º AAE CE Angulo PMI PMS Tiemo 9 º º 18º Si la rarefacción llega durante el cruce de válvulas, uede aumentarse el rendimiento volumétrico en torno a un 5% L2-3.- enovación de la carga DE Motores olicilíndricos (4T): 4 en

16 L2-3.- enovación de la carga DE Sintonizado. Decisión en el diseño: L2-3.- enovación de la carga DE Colectores de admisión de geometría variable: L 9º a 36º 2 n

17 L2-3.- enovación de la carga DE Colectores de admisión de geometría variable: L2-3.- enovación de la carga DE Colectores de escae de geometría variable:

L2-3.- enovación de la carga DE BAIDO PO CÁTE Problemática esecífica: Suministrar la máxima mezcla Evitar el cortocircuito Exulsar los gases de escae Evitar la mezcla entre la mezcla fresca y los

18 L2-3.- enovación de la carga DE BAIDO PO CÁTE Problemática esecífica: Suministrar la máxima mezcla Evitar el cortocircuito Exulsar los gases de escae Evitar la mezcla entre la mezcla fresca y los gases de escae L2-3.- enovación de la carga DE BAIDO PO CÁTE Diseño esecífico del colector de escae con cono y contracono: El cono crea una rarefacción que ayuda a la entrada de mezcla fresca entre AT y CT El contracono crea una sobreresión que debe evitar el cortocircuito entre CT y CE égimen de giro: X rm Influencia del régimen de giro en el roceso de barrido égimen de giro: X/2 rm

19 L2-3.- enovación de la carga DE BAIDO PO CÁTE Ejemlo de sintonizado: Motor de 5 cm 3 Plena carga Presión medida en la lumbrera de escae 55 rm 85 rm 5. PA (Nm) égimen de giro (rm) L2-3.- enovación de la carga ESUMEN El roceso de renovación de la carga es clave ara el correcto funcionamiento del motor El PC influye sobre las restaciones y el rendimiento En los motores de 4T el rendimiento volumétrico suele ser menor que 1. El rendimiento volumétrico es afectado or numerosos factores de carácter comlejo El sintonizado de colectores y la otimización del diagrama de distribución ermite la mejora del rendimiento volumétrico (ara n fijo) Los sistemas de geometría variable ermiten obtener esas ventajas en mayores rangos de régimen de giro La renovación de la carga en los motores de 2T de barrido or cárter tiene comlejidad adicional al roducirse rocesos de mezcla y cortocircuito

20 L2-3.- enovación de la carga BIBLIOGAFÍA F. Payri y J.M. Desantes "Motores de Combustión Interna Alternativos" (Ca. 8, 9 y 1) J.B. Heywood "Internal Combustion Engine Fundamentals" (Ca. 6). Stone "Introduction to Internal Combustion Engines" (Ca. 6 y 7). van Basshuysen y F. Schäfer "Internal Combustion Engine Handbook: Basics, Comonents, Systems and Persectives" (Ca. 1)

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