SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE LAS PRESTACIONES DE UN VEHÍCULO A PARTIR DE ENSAYOS DE BANCO MOTOR Y DE VEHÍCULO

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1 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERO INDUSTRIAL PROYECTO FIN DE CARRERA SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE LAS PRESTACIONES DE UN VEHÍCULO A PARTIR DE ENSAYOS DE BANCO MOTOR Y DE VEHÍCULO AUTOR: BORJA LÓPEZ FERNÁNDEZ MADRID, Junio 2008

2 SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE LAS PRESTACIONES DE UN VEHÍCULO A PARTIR DE ENSAYOS DE BANCO MOTOR Y VEHÍCULO Autor: López Fernández, Borja. Director: Puente Orench, Isabel y Prieto Mozo, Cayetano José. Entidad colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas. RESUMEN DEL PROYECTO El automóvil es uno de los artefactos más apreciados por los ciudadanos en las sociedades desarrolladas. La creciente demanda de prestaciones de los s, unida a la necesidad de reducir lo máximo posible los efectos negativos de un uso masivo, ha conducido al desarrollo de una gran cantidad de conocimientos mediante la investigación de numerosos aspectos relacionados con los automóviles. Las mejoras en el automóvil pueden ir en dos direcciones, o bien encaminados a obtener una mejora de prestaciones del o lo que ahora mismo está mucho más de moda que es buscar un consumo más ajustado para reducir las emisiones contaminantes. Actualmente las mejoras de los programas informáticos ha hecho que las simulaciones estén a la orden del día, y el sector del automóvil no podía ser distinto. En este sector se usan diversos programas que permiten simular la mejora de las prestaciones antes de probar en pista el consiguiendo reducir las pruebas en pista con el consiguiente ahorro que supone para la empresa. Hoy en día hay muchos números que aparecen en la ficha técnica de los s y que son interesantes para el comprador para poder decidirse por uno u otro automóvil, sin embargo los fabricantes necesitan conocer cuantos más parámetros mejor para poder evaluar la dinámica de un modelo nuevo que van a sacar al mercado o la mejora de un motor que ya lleva unos años en el mercado y que se está viendo superado por la competencia. Debido a todo esto, los fabricantes ven en la informática una herramienta básica que les permite y ayuda a poner a punto un antes de ponerlo en pista. Así, se minimizan

3 las pruebas prácticas, y una vez se llega a una optimización con la herramienta de simulación, se pone a prueba en pista para retocar pequeños detalles que la simulación no ha llegado a cubrir. En F1 los equipos punteros gastan una parte importante de su presupuesto en potentísimos simuladores que les permiten poner a punto el monoplaza sin tener que ir al circuito y así una vez que ponen el coche en pista los ingenieros tienen un gran conocimiento de cómo se va a comportar el coche y cómo le afectan las diversas variaciones tanto mecánicas como de otros parámetros como suspensiones, relaciones del cambio, El proyecto analiza posibles soluciones que podemos aplicar a los s 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. A nivel de motor se analizan: el avance de la inyección, la presión de inyección (los sistemas de inyección actuales) y la sobrealimentación (tecnología del doble turbo). A nivel del los parámetros son los siguientes: el peso del, la aerodinámica, la caja de cambios y los neumáticos. Primero se analizan estas mejoras a nivel teórico y a continuación se realiza un gran número de simulaciones para observar como afectan las variaciones en los parámetros anteriores a las prestaciones reales de diferentes s de similar potencia. Se realizan simulaciones con dos programas, uno para estudiar los parámetros del motor y otro, una vez conocida la curva de potencia del motor, que nos permite estudiar las prestaciones del usando sencillas pruebas que son las más utilizadas, como son: Km/h m con salida parada Km/h en 3º velocidad Km/h en 4º velocidad Km/h en 5º velocidad Velocidad máxima

4 Con estas 6 pruebas somos capaces de analizar lo rápido que es el además de conocer la elasticidad del motor y la velocidad máxima que puede alcanzar. Se han hecho simulaciones ha 6 s diferentes de similar potencia, entre 50 y 66 KW: Nissan Micra dci, VW Polo 1.4 TDI, Renault Clio 1.5 dci, Peugeot HDI, Opel Corsa 1.3 CDTi y Toyota Yaris 1.4 D. A cada partiendo del base de fábrica, 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 inyección manteniendo potencia máxima. Aumento del tamaño del neumático. Mejora en la aerodinámica del. Implantación de un doble turbo en lugar del turbo tradicional (20% más de par y de potencia máxima). La última 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 varían los tiempos por vuelta del. Se usará el circuito del Jarama (Madrid) para comprobarlo. También se incluye un estudio económico que permite conocer si esta herramienta sería rentable a una marca de s para analizar las prestaciones del sin hacer tantas pruebas en pista, que son mucho más costosas.

5 SIMULATION AND OPTIMIZATION THE PERFORMACE OF A VEHICLE FROM BANK ENGINE AND VEHICLE TESTS Autor: López Fernández, Borja. Director: Puente Orench, Isabel. Prieto Mozo, Cayetano José. 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 it s 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 couldn t 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 it s 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 it s 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 can t do.

6 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 car s 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 it s made a lot of simulations to observe how these changes in the previous parameters affect to the real car s performances. It s 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: Km/h m in standing start Km/h in 3º gear Km/h in 4º gear Km/h in 5º 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.

7 It s 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 HDI, Opel Corsa 1.3 CDTi y Toyota Yaris 1.4 D. In each test we started with a basic car without any improvement, it s 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 car s 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. It s included too an economic study which permit us to know if this tool would be profitable for a car manufacturer to analyze car s performance without making track test, which are more expensive.

8 ÍNDICE GENERAL Capítulo 1.-Introducción...1 Capítulo 2.- Descripción de las tecnologías Tecnologías actuales 2.2 Tecnologías utilizadas en el proyecto Capítulo 3.- Análisis de resultados Simulaciones de inyección y prestaciones Simulación en circuito Capítulo 4.- Análisis económico Presupuesto Análisis de viabilidad Capítulo 5.- Conclusiones Conclusiones simulaciones 5.2 Conclusiones simulación en circuito Capítulo 6.- Bibliografía Capítulo 7.- Apéndices.236

9 CAP 1. INTRODUCCIÓN

10 2 ÍNDICE 1. Introducción o motivación del proyecto Objetivos del proyecto Metodología de trabajo y recursos a utilizar.5 Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

11 3 1. Introducción o motivación del proyecto El automóvil es uno de los inventos más apreciados por los ciudadanos en las sociedades desarrolladas. La creciente demanda de prestaciones de los s, unida a la necesidad de reducir lo máximo posible los efectos negativos de un uso masivo, ha conducido al desarrollo de una gran cantidad de conocimientos mediante la investigación de numerosos aspectos relacionados con los automóviles. Las mejoras en el automóvil pueden ir en dos direcciones, o bien encaminados a obtener una mejora de prestaciones del o lo que ahora mismo está mucho más de moda que es buscar un consumo más ajustado para reducir las emisiones contaminantes. Actualmente las mejoras de los programas informáticos ha hecho que las simulaciones estén a la orden del día, y el sector del automóvil no podía ser distinto. En este sector se usan diversos programas que permiten simular la mejora de las prestaciones antes de probar en pista el consiguiendo reducir las pruebas en pista con el consiguiente ahorro que supone para la empresa. Hoy en día hay muchos números que aparecen en la ficha técnica de los s y que son interesantes para el comprador para poder decidirse por uno u otro automóvil, sin embargo los fabricantes necesitan conocer cuantos más parámetros mejor para poder evaluar la dinámica de un modelo nuevo que van a sacar al mercado o la mejora de un motor que ya lleva unos años en el mercado y que se está viendo superado por la competencia. Debido a todo esto, los fabricantes ven en la informática una herramienta básica que les permite y ayuda a poner a punto un antes de ponerlo en pista. Así, se minimizan las pruebas prácticas, y una vez se llega a una optimización con la herramienta de simulación, se pone a prueba en pista para retocar pequeños detalles que la simulación no ha llegado a cubrir. En F1 los equipos punteros gastan una parte importante de su presupuesto en potentísimos simuladores que les permiten poner a punto el monoplaza sin tener que ir al circuito y así una vez que ponen el coche en pista los ingenieros tienen un gran conocimiento de cómo se va a comportar el coche y cómo le afectan las diversas Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

12 4 variaciones tanto mecánicas como de otros parámetros como suspensiones, relaciones del cambio, El proyecto pretende simular diferentes mejoras en los parámetros claves del y motor para poder evaluar cuales son más recomendables e importantes a la hora de obtener las mejores prestaciones dinámicas. Las conclusiones del proyecto servirán para conocer cuales son los parámetros que más influyen en la dinámica del y ver como las diferentes inyecciones que aunque habitualmente se usan para reducir emisiones también tienen una influencia importante en la potencia que da el motor. 2. Objetivos del proyecto Profundización en los parámetros de inyección del motor Para un motor turbodiesel que se usa en coches habituales hoy en día en las carreteras, los parámetros a evaluar serán el avance de la inyección, el número de inyecciones (se usan sobre todo para emisiones, pero afectan también a la potencia del motor), la presión de inyección y la presión de soplado del turbo, también podría 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 varían con las mejoras. Profundización de los parámetros que afectan a la dinámica del Se irán haciendo diferentes simulaciones variando los parámetros que más influencia tienen en la dinámica del, como son el peso, la aerodinámica (es una forma de evaluar también la eficacia de la suspensión), la caja de cambios y las ruedas (nos dan la relación real de la transmisión). Con ellos conseguimos variar el comportamiento del, variando la velocidad máxima, las recuperaciones o las aceleraciones según nos interese para un determinado, según sea un deportivo o urbano. Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

13 5 Aplicación práctica de la mejora de la dinámica del automóvil Después de las diversas simulaciones esta parte será la que dará una visión más práctica al proyecto, ya que se intentará evaluar cómo afectan esas mejoras realmente. Esta aplicación podría hacerse o bien con un circuito determinado viendo como varía el tiempo con las mejoras o bien sometiendo a diferentes pruebas dinámicas al y viendo como varía su comportamiento. 3. Metodología de trabajo y recursos a utilizar Para la recogida de información académica, se recurrirá a Internet, a artículos científicos que aborden el tema de las mejoras posibles en motores diesel a algunas revistas especializadas del motor (para la simulación en circuito) y también a los apuntes de la asignatura de MCIA y el libro Arias Paz. Los modelos matemáticos se implantarán en un programa de simulación de s, para la simular la dinámica del ( aceleración, velocidad punta, ) y en diversas hojas de Excel, con la que se simulará la potencia del motor y que permite la simulación con un aceptable grado de precisión tanto de prestaciones dinámicas del como de potencia del motor, la elaboración de gráficas de parámetros del motor (Potencia-Revoluciones, Par-Revoluciones) y también de dinámica del (Aceleración-Tiempo, Velocidad-Tiempo, ), que resultarán básicas a la hora de la última parte del proyecto que será la más práctica. Se hará una aplicación práctica a las diferentes simulaciones que se hagan y ver así la utilidad real para los fabricantes de automóviles evitando las costosas pruebas en pista, que aunque siempre serán necesarias para afinar al máximo los últimos detalles si que es importante minimizarlas. La aplicación práctica será una simulación en circuito. Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

14 6 CAP 2. DESCRIPCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

15 7 2.1 Tecnologías actuales ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN A LOS MCIA 1.1 MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVOS LOS MOTORES DIESEL 2.1 GENERALIDADES DE LOS MOTORES DIESEL EL GASOIL CICLO DE TRABAJO PARÁMETROS DEL MOTOR 3.1. EL AVANCE AVANCE A LA INYECCIÓN VARIACIÓN DEL AVANCE MECÁNICO FUNCIÓN CONSTRUCCIÓN FUNCIONAMIENTO VARIACIÓN DEL AVANCE ELECTRÓNICO REGULACIÓN ELECTRÓNICA EN DIESEL EXIGENCIAS RELACIÓN GENERAL DEL SISTEMA BLOQUES DEL SISTEMA SENSORES UNIDAD DE CONTROL ELEMENTOS ACTUADORES LA PRESIÓN DE INYECCIÓN INTRODUCCIÓN UNA TÉCNICA DE PRECISIÓN SISTEMAS DE INYECCIÓN EL EQUIPO DE INYECCIÓN...44 Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

16 SISTEMAS ACTUALES DE INYECCIÓN EL COMMON RAIL FUNDAMENTOS DE LA SOBREALIMENTACIÓN GENERALIDADES EL COMPRESOR EL TURBOCOMPRESOR EL FUNCIONAMIENTO LA FIABILIDAD LAS VENTAJAS DE UN TURBOCOMPRESOR TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE TECNOLOGÍA BITURBO EN DIESEL EL INTERCOOLER PARÁMETROS DE LA DINÁMICA VEHICULAR 4.1 PESO FUERZAS SOBRE LOS NEUMÁTICOS LA ESTABILIDAD TEOREMA DE GRAZ-MÜLLER AERODINÁMICA LAS FUERZAS AERODINÁMICAS HISTORIA DE LA AERODINÁMICA HISTORIA DE LA AERODINÁMICA EN CARRERAS CAJA DE CAMBIOS INTRODUCCIÓN LA IMPORTANCIA DE LAS CAJA DE CAMBIOS FUNCIONAMIENTO DE LA CAJA ELEMENTAL CLASIFICACIÓN DE LAS CAJAS DE CAMBIOS RUEDAS Y NEUMÁTICOS GENERALIDADES LAS LLANTAS EL NEUMÁTICO EL CAUCHO Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

17 LA CUBIERTA NEUMÁTICOS RADIALES/DIAGONALES NEUMÁTICOS SIN CÁMARA RUEDAS Y NEUMÁTICOS EL SISTEMA PAX DE MICHELIN LA ESTABILIDAD Y LAS CUBIERTAS FUERZA CENTRÍFUGA VIENTO LATERAL REPARTO DE PESO PRESIÓN DE INFLADO DURACIÓN DE LOS NEUMÁTICOS 137 Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

18 10 1. INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVOS (MCIA) 1.1 MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVOS Los motores de combustión interna alternativos, vulgarmente conocidos como motores de explosión (gasolina) y motores diesel, son motores térmicos en los que los gases resultantes de un proceso de combustión empujan un émbolo o pistón, desplazándolo en el interior de un cilindro y haciendo girar un cigüeñal, a través de un mecanismo biela-manivela obteniendo finalmente un movimiento de rotación. Fig.1. Esquema de un MCIA Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

19 11 Clasificación de los MCIA Se pueden emplear diversos criterios para la clasificación de los MCIA. Estos criterios son: *Según el combustible empleado: -Motores de gas -Motores de gasolina -Motores de aceites pesados (gasóleo o fuel oil) *Según la forma en que se realiza la combustión: -Motores de explosión.- Son aquellos en los que la combustión se realiza gracias a una chispa que inflama el combustible comprimido. -Motores diesel.- Son aquellos en los que la combustión se realiza por medio de la compresión del combustible. *Según la relación explosiones-giro del cigüeñal: -Motores de dos tiempos.- Este motor, realiza las cuatro etapas de un ciclo termodinámico (admisión, compresión, expansión y escape) en dos movimientos lineales del pistón (una vuelta del cigüeñal). -Motores de cuatro tiempos.- Este motor, realiza las cuatro etapas de un ciclo termodinámico en cuatro movimientos lineales del pistón (dos vueltas del cigüeñal). *Según el número de cilindros: -Monocilíndricos. -Policilíndricos. Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

20 12 2. LOS MOTORES DIESEL En este proyecto se trabajará con datos de motores diesel por lo que ahora se hará una pequeña descripción del principio de funcionamiento y de algunas características de los motores diesel. Fig.2. Motor Diesel actual 2.1 GENERALIDADES DE LOS MOTORES DIESEL Desde 1930 los motores Diesel, también llamados de aceite pesado o de combustión, han tenido una aplicación cada vez mayor en el automovilismo. Aunque inicialmente fueron empleados en s industriales y hasta mediados de la década de los 60 no apareció primer turismo con motor diesel, hoy en día su uso se ha generalizado. La organización de sus elementos es la misma que en los motores de explosión, pero en los de combustión, hay algunas diferencia sensibles en su funcionamiento. Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

21 13 Diferencias Motor de explosión Motor de combustión Tipo de ciclo Otto Diesel Queman Gasolina Gasoil Se introduce la mezcla de Aire y gasolina pulverizada(inyección indirecta) Sólo aspira aire puro Inflaman por Chispa Se inflama por presión Sistema de encendido Si No Relación de compresión 6, Explosión/Combustión De toda la mezcla A medida que entra gasoil Equipo de inyección A veces Siempre Construcción Ligera y simple Pesada y robusta Velocidad de giro rpm(coches de calle) rpm 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 envíe a una presión elevada en forma de un pequeñísimo chorro para cada carrera de combustión ; esto se consigue con un equipo compuesto por una bomba que dosifica, da presión y envía el gasoil al cilindro correspondiente, y un inyector que le da entrada a la cámara de combustión. Cuando el acelerador está sin pisar no se inyecta nada de combustible; cuando se pisa a fondo pasa a quemarse la máxima cantidad de combustible que, puede hacerlo Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

22 14 con el aire que cabe en el cilindro, aproximadamente en la proporción 1 gramo de gasoil por 18 o 20 de aire (un litro de gasoil necesita unos litros de aire, un 30 % más que la gasolina); pero obsérvese que el aire aspirado por el motor puede ser el máximo 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 pérdidas por bombeo. Aunque el gasoil llegue a costar tanto como la gasolina, los motores diesel seguirán siendo más económicos no sólo porque el consumo es menor, si no porque su rendimiento es superior a la de estos últimos, en los motores de gasolina a la salida del cigüeñal sólo se dispone de un 24 por 100 de la energía latente en el combustible. En los diesel se llega al 34 por 100, porque no se pierde tanta energía en los gases de escape y en el sistema de refrigeración. No obstante, los motores diesel son más caros de adquirir. En primer lugar, porque el motor ha de ser mucho más robusto y pesado (mayor peso por unidad de potencia), especialmente las piezas móviles por la fuerte compresión y mayores presiones de trabajo. En segundo lugar como la combustión completa se consigue gracias al exceso de aire con el que constantemente funcionan los diesel, resulta que los cilindros son en proporción mayores; y en tercer lugar, la bomba de inyección de gasoil y los inyectores modernos son un sistemas muy complicados que requieren gran precisión y mucho más caros que un sistema de inyección de gasolina. Las dificultades que existen para poder inyectar el gasoil a grandes velocidades, se añaden a las dos razones primeras para que los Diesel tengan que ser más 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 Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

23 15 de potencia máxima, que obligan a limitar el régimen y la cantidad de combustible inyectado. En otras palabras, si no se limitara la inyección de combustible para proteger el motor, un diesel podría girar a mayor número de revoluciones. 2.2 EL GASOIL El combustible empleado en un motor diesel es el gasoil, producto más denso que la gasolina que tiene algo más de poder calorífico para el mismo volumen. Ha sido creencia vulgar durante mucho tiempo que el gasoil era un combustible de clase inferior, más basto que la gasolina, siendo la realidad presente más bien la contraria. El gasoil no sólo es un producto refinado, sino que ha de estar muy bien filtrado, pues las impurezas físicas más pequeñas perturban el funcionamiento del equipo de inyección construido con ajustes del orden de la milésima del milímetro para poder inyectar a una gran presión unos milímetros cúbicos de combustible, miles de veces por minuto. Luego, entre el gasoil y la gasolina hay diferencias notables como su densidad, poder calorífico, refinado y obligada limpieza. La composición química del combustible, según el predominio de hidrocarburos aromáticos, parafínicos o naftalénicos, 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 explosión de la mezcla con una chispa, evitando por todos los medios físicos, químicos, forma de culata, etc., que lo haga por su cuenta (detonación, autoencendido); mientras que Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

24 16 el funcionamiento del diesel se basa, justamente en la inflamación espontánea del combustible. Por todo ello, se deduce que el gasoil ha de cumplir requisitos más exigentes que la gasolina, pues así como a ésta puede ser modificada fácilmente para hacerla antidetonante, pasa lo contrario con el gasoil, para el que todavía no se ha encontrado ningún producto práctico predetonante que añadirle. E1 grado detonante (auto inflamación) del gasoil se mide por el número de cetano), que conviene que sea entre 40 y 70 (análogo y al contrario que el de octano en la gasolina). Las características más importantes del gasoil son las siguientes: No debe contener más de un 1% de azufre. Poder calorífico es de calorías por litro. Tener que ser muy volátil, su curva de destilación debe estar entre los 260 y 370 C. Buen índice de cetano. Tener un punto de congelación que permita utilizarlo en tiempo frío. Buen rendimiento. Tiene cierto poder lubricante. Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

25 CICLO DE TRABAJO E1 ciclo de trabajo en un motor de cuatro tiempos Diesel, es el siguiente (Fig.3): - 1º Media vuelta: Admisión Se abre la válvula A de entrada aire al cilindro; el pistón al bajar lo aspira a través del filtro del colector de admisión, sin mariposa que gradúe la cantidad (que debe ser siempre la máxima posible), de modo que el cilindro queda lleno de aire. - 2º Media vuelta: Compresión Al subir el émbolo comprime el aire hasta dejarlo reducido a un volumen de 12 a 24 veces menor, con lo que alcanza una temperatura cercana a los 600º C, que permitirá la auto inflamación, a una presión de 36 a 45MPa., mientras que en los de gasolina(inyección indirecta) esta presión se queda en los 15MPa. - 3º Media vuelta: Combustión Por el inyector B penetra en el cilindro el pequeño chorro de gasoil cuya inyección controlada por el pedal del acelerador, dura más o menos tiempo según la mayor o menor cantidad necesaria. Dada la gran presión a la que entra y a la forma del inyector, el gasoil se pulveriza en finísimas partículas (niebla), cuyas primeras gotas en contacto con el aire a una temperatura muy elevada, se vaporizan y se inflaman, comunicándose el fuego al resto del gasoil a medida que entra. El calor desarrollado dilata los gases y eleva la presión de trabajo hasta 50 a 90 MPa, según la forma de la culata (el doble que el los motores de explosión). Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

26 18-4º Media vuelta: Escape Se abre la válvula de escape C y por ella son expulsados al exterior los gases residuales de la combustión Fig.3. Esquema de ciclo de trabajo de un MCIA. Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

27 19 3. PARÁMETROS DEL MOTOR Una vez establecida esta pequeña descripción 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 parámetros que tienen relación directa con el motor y que son el avance, la sobrealimentación y la presión de inyección. Se van a describir cada uno de estos parámetros, para una mejor comprensión, con más detalle en las siguientes páginas del proyecto EL AVANCE AVANCE A LA INYECCIÓN La turbulencia que se busca con los diversos sistemas de inyección para lograr una mezcla más homogénea y de mejor calidad no anula el retraso a la inflamación del gasoil, logra disminuirlo, pero hay una parte del retraso que persiste. Además las tuberías desde la bomba a los inyectores tienen una pequeña 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 reducidísimo, pero añadido al citado remanente del retardo a la inflamación, suman de una a dos milésimas de segundo durante las cuales el cigüeñal gira del orden de 15º a 45º, según que vaya el motor a 1000 ó 3000 rpm. Esa cantidad, dependiente del número de revoluciones, es la que debe poderse corregir mediante el avance variable de la inyección, pues los 30º, poco más o menos de diferencia, harían que la combustión se produjera con tal retraso sobre el émbolo que el rendimiento del motor se vería reducido notablemente. Simulación y optimización de las prestaciones de un a partir de ensayos de banco motor y de

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