camaras de combustion diese6
TRANSCRIPT
CRITERIOS QUE DETERMINAN LA CLASIFICACIÓN DE LAS
CÁMARAS DE COMBUSTIÓN
INTRODUCCIÓN
La clasificación de los motores diesel, según las
modalidades del sistema de combustión que lo caracteriza,
ha sido discutida muy a menudo, desde la aparición del
motor Diesel hasta nuestros días.
En efecto, los numerosos criterios que permiten
determinar esta clasificación son objeto de variantes
que, cuando se aplican simultáneamente, conducen a
complejos procesos que no pueden pertenecer, salvo en
determinados puntos, a sistemas bien determinados
Como quiera que el cometido esencial de la cámara de
combustión es el de poner en contacto el aire con el
combustible a fin de asegurar la formación intima de la
mezcla se ha realizado distintos procedimientos para
lograr este fin.
El combustible puede ser inyectado y pulverizado, bien en
una masa de aire sensiblemente en reposo contenida en la
cámara (inyección directa sin turbulencia auxiliar), bien
en una cámara de precombustión atravesada por el
combustible antes de atravesar la cámara de combustible
propiamente dicha, o bien en una cámara de turbulencia en
al que una gran parte del aire comburente se encuentra
con el combustible.
Estos procedimientos pueden hallarse combinados en las
formas más diversas, y conduciendo a las soluciones de
uso más corriente en la actualidad.
Aunque se aprovecha la penetración de los chorros para
obtener una mezcla correcta, casi siemrep es necesario
activar la agitación por medio de movimientos de aire
generados por las cavidades o cámaras auxiliares en
comunicación con el cilindro.
De la disposición de estas cámaras y de los movimientos
del pistón (el volumen situado encima de éste es variable
y el de la cámara fijo), resultan importantes movimientos
de gas que debidamente controlados permiten modificar el
proceso de combustión.
En la inyección directa en la que, en principio, no es
posible ninguna subdivisión del espació muerto, se confía
en los azares de la turbulencia espontánea o se activa
ésta, creando un movimiento turbulento del aire antes de
su admisión en los cilindros, y durante ellas, como
veremos más adelante.
De lo que precede, resulta que aunque pueden todavía
admitirse las cuatro categoría clásicas de los motores
Diesel:
- Motores de inyección directa
- Motores con cámara de precombustión
- Motores con cámara de turbulencia
- Motores con cámara auxiliar de reserva de aire,
llamadas también células de energía, o cámaras de
acumulación.
Puede igualmente, considerarse una quinta categoría para
los motores que nos e pueden clasificar entre las cuatro
precedentes debido a incorporar disposiciones
particulares.
TIPOS DE CÁMARAS DE COMBUSTIÓN DIESEL
1. CÁMARAS DE COMBUSTIÓN
En todos los motores de combustión interna, la carga de
aire y combustible debe mezclarse adecuadamente para
asegurar una combustión completa y la máxima eficiencia.
En el motor diesel, el combustible se pulveriza dentro
del cilindro después de que se haya comprimido el aire.
Para proporcionar a cada partícula de combustible
suficiente aire para quemar, debe producirse en la cámara
de combustible suficiente aire para quemar, debe
producirse en la cámara, de combustión un movimiento
violento, denominado turbulencia. La inyección de
combustible por si misma produce alguna turbulencia, pero
la forma de la cámara de combustión es crítica para
efectuar este movimiento de turbulencia y asegurar la
adecuada mezcla aire-combustible para el tiempo de
combustión. Se utilizan varios tipos de cámaras de
combustión.
2. MOTORES DE INYECCIÓN DIRECTA
De hecho, esto motores que se caracterizan por la
inyección directa del combustible en la cámara de
combustión tiene numerosas variantes. La inyección puede
tener lugar en un medio relativamente tranquilo en el
momento en que se produce (inyección directa sin
turbulencias), o bien en una corriente de aire creada en
la cámara de combustión a fin de facilitar la difusión de
la carga de combustible en el aire comburente (inyección
directa con turbulencia). En el primer caso, como todo el
trabajo de reparto del combustible recae sobre el sistema
de inyección, el inyector necesita por lo tanto, una
posición muy estudiada, teniendo en cuenta que debido a
su proximidad inmediata con la cámara, es difícil de
refrigerar. En el segundo caso de genera un torbellino de
aire alrededor del eje del cilindro o se provoca un
desplazamiento radial en dirección de dicho eje. A veces,
se aplica la combinación de ambos movimientos.
El ligero aumento de las perdidas que pueden resultar de
la turbulencia está compensado con creces por la mejor
calidad de la combustión obtenida. Según los motores, el
grado de compresión varia de 14/1 a 15/1, es decir, tiene
un valor medio de 16/1. La presión de inyección e
aproxima a los 175 kg/cm2, pero puede alcanzar en ciertos
casos 250 kg/cm2 y aún más.
En cualquiera de las dos concepciones, las válvulas de
cabeza desembocan verticalmente encima del pistón.
El inyector puede estar dispuesto verticalmente en el eje
de cilindro, o en posición oblicua si se desea una
pulverización especialmente orientada en la cavidad del
pistón. Esta última disposición permite, además, la
colocación de válvulas de mayor diámetro y favorece la
realización de un turbulencia eficaz. En ciertos tipos de
motores de inyección directa, el inyector está situado
horizontal y lanza su chorro tangencialmente a la pared
del cilindro o en la cámara dispuesta, encima de éste, en
la culata.
CÁMARAS DE COMBUSTIÓN DISPUESTAS EN EL PISTÓN
La mayoría de los motores diesel de inyección directa,
tienen la cámara de combustión dispuesta en una cavidad
mecanizada en la parte superior del pistón. Esta cavidad
puede tener distintas formas: garganta circular más o
menos profunda, esférica, troncocónica, lenticular, etc.
En éstas cámaras y encima de ellas, antes de que el
pistón alcance el PMS, comunica al aire un movimiento
turbulento. Este movimiento se logra mediante un adecuado
diseño de los colectores de admisión de aire, por un
perfil bien estudiado de la cámara o por una o dos
válvulas de admisión provistas de deflector.
VENTAJAS DE LA INYECCIÓN DIRECTA
- El rendimiento térmico de un motor diesel de Inyección
directa, es aproximadamente, un 10% más elevado que el
de los motores con cámara de precombustión, lo que
representa un menor consumo de combustible. Los
arranques son fáciles y no necesitan precalentamiento
cuando el motor está frío.
- La potencia específica de estos motores es muy alta,
es más fácil de construir que la de precombustión o de
turbulencia.
- Desde el punto de vista de realización la cámara de
inyección directa es más fácil de construir que la de
precombustión o de turbulencia.
INCONVENIENTES DE LA INYECCIÓN DIRECTA
El avance a la inyección de este tipo de motores debe
estar minuciosamente ajustado, pues son muy sensibles a
él. Un avance excesivo provoca un rápido desgaste de las
piezas móviles del motor. Los motores de inyección
directa son muy ruidosos (ruido de combustión y golpeteos
en el momento de acelerar). Es necesario indicar, no
obstante, que se ha conseguido atenuar estos ruidos en
los últimos años gracias a los estudios realizados sobres
los tiempos de encendido. Los motores de inyección
directa necesitan una técnica de fabricación muy
depurada, principalmente en el mecanizado de la culata.
Como el grado de compresión no es muy elevado, los
segmentos los segmentos deben encontrarse siempre en buen
estado, ya que la menor pérdida de compresión hace
difíciles los arranques.
3. MOTORES CON CÁMARAS DE PRECOMBUSTIÓN
Los motores con cámara de precombustión no deben
confundirse con los provistos de cámara de turbulencia,
con los que les unen ciertas analogías. En efecto, en
abos casos, la cámara de combustión se en
El motor con cámara de combustión, ésta sólo representa
una acción del 25 al 40% (un tercio, aproximadamente) de
la totalidad de la cámara
Con la cámara de turbulencia se busca una mezcla íntima
de combustible y aire por medio de una fuerte
turbulencia.
Se utilizan, generalmente, inyectores de aguja de un solo
orificio que prácticamente no se obstruyen nunca.
VENTAJAS
- Puede utilizarse distintos combustibles. Combustibles
relativamente inferiores pueden ser usados
frecuentemente sin que produzcan humo
- Fácil para mantener la presión de inyección del
combustible debido a que la presión es relativamente
baja y el motor es comparativamente insensible a los
cambios en la sincronización de inyección.
- Debido al uso de boquillas de inyección de tipo de
aceleración, el sonido del diesel es reducido y el
motor opera más tranquilamente.
DESVENTAJAS
- Alto Costo de construcción debido al complejo diseño
del cilindro.
- Se requiere de un arrancador grande por la dificultad
del arranque, debe usarse bujías incandescentes.
- Relativamente alto consumo de combustible.
4. MOTORES CON CÁMARA DE TURBULENCIA
La cámara de turbulencia se distingue esencialmente de la
cámara de precombustión, primero por su forma y luego,
por su volumen, que representaba en las primeras
versiones la casi totalidad del espacio muertos, mientras
que en la realizaciones actuales se ha reducido a un 60%
aproximadamente.
- Su comunicación con la cámara de combustión,
propiamente dicha, se realiza por una tobera de forma
aerodinámica, cuya sección es mucho mayor que en el
caso anterior.
- La disposición del inyector que en principio ya no se
encuentra en el eje de la cámara y al orientación más
o menos directa hacia las paredes del cilindro del
chorro o de los chorros de inyección, caracterizan
también a la cámara de turbulencia.
Esta cámara de forma esférica o cilíndrica a veces, por
su comunicación con el espacio situado encima del pistón,
provoca al efectuarse loa comprensión, un movimiento
turbulento del aire, a gran velocidad.
Añadido a la energía cinética del chorro de combustible
en el momento de la inyección, este movimiento inicia una
mezcla intima y rápida del aire y del combustible
inmediatamente antes del principio de la combustión, que
se produce casi enteramente en la cámara de turbulencia y
que justifica así su capacidad.
- La combustión se efectúa con un mínimo de exceso de
aire y por consiguiente con una elevada presión media
eficaz. En regímenes altos elevados, la duración de la
combustión se acorta debido a una mejor mezcla del
aire y del combustible, produciéndose así un
interesante fenómeno de autoavance.
En esta cámara de forma esférica o cilíndrica a veces,
por su comunicación con el espacio situado encima del
pistón, provoca al efectuarse la comprensión, un
movimiento turbulento del aire, a gran velocidad.
VENTAJAS DE LA CÁMARA DE TURBULENCIA
A pesar de tener un grado de compresión superior al
adoptado en la inyección directa, la presión de inyección
directa, es menos elevada y por consiguiente, las
presiones de combustión menos brutales, lo que representa
un funcionamiento más suave y una menor solicitación del
equipo de inyección y de los órganos móviles del motor,
que pueden construirse más ligeros.
Los motores de pequeñas cilindradas destinados a equipar
turismos, sacan buen partido de estas ventajas.
La cámara de turbulencia permite grandes velocidades de
rotación (5.000 r.p.m. e incluso más), con una menor
formación de humos en las represes. Presenta, además, un
evidente interés en la realización de motores
policarburantes.
INCONVENIENTES DE LA CAMARA DE TURBULENCIA
Él consumo especifico es un poco más elevado que en los
motores de inyección directa, ya que está en proporción
con el grado de compresión.
Es necesario disponer de un sistema de precalentamiento
para los arranques en frío, a base de bujías o
resistencias que descargan la batería.
Finalmente, el diseño de la culata y la disposición de la
cámara de turbulencia han sido siempre más delicados de
realizar, siendo todavía hoy objeto de investigaciones y
pruebas muy prometedoras. Es necesario disponer de un
sistema de precalentamiento para los arranque s en frío.
El diseño de la culata y la disposición de la cámara de
turbulencia han sido siempre más delicados de realizar.
MOTORES CON CÁMARA DE ACUMULACIÓN DE AIRE
También conocida con el nombre de motores de célula de
energía, estos motores se caracterizan por una cámara de
compresión, una de cuya partes se halla encima del
pistón, parcialmente en el mismo o dispuesta en l culta,
y otra constituida por una cámara separad, en cuyo
interior el aire comprimido puede penetrar por un
orificio, o por un canal de pequeña sección. Esta cámara
puede, asimismo, esta subdividida en dos más pequeñas,
que se comunican entre si por un estrangulamiento. El
inyector, contrariamente a las disposiciones utilizada en
los motores de cámara de precombustión o de cámara de
turbulencia, desemboca en el exterior de la cámara
auxiliar.
Generalmente orientado de forma que el chorro esté total
o parcialmente dirigido hacia la entrada de la cámara
auxiliar, después de haber atravesado la cámara de
compresión propiamente dicha (sistema Aero-Saurer y
Lanova), el inyector puede también formar con los
orificios de la cámara de aire un ángulo bastante agudo,
como en el caso del motor MAN. Se encuentran en él
ciertos puntos comunes con la inyección directa, pues la
reserva de aire no tiene otro papel que el de crear la
turbulencia, sea esta debida a combustión previa o a la
expansión del aire que se ha almacenado durante la
compresión.
VENTAJAS E INCONVENIENTES
Los Motores Diesel con cámara de acumulación de aire
tienen sensiblemente las mismas ventajas e inconvenientes
que los provistos de cámaras de precombustión, excepto en
lo que concierne al sistema de precalentamiento para los
arranques en frío, que resulta totalmente innecesario en
algunos tipos de motores.
MOTORES DE CABEZA CALIENTE
El tractor con motor semidiesel fue considerado hace unos
años como el más apto para la agricultura. Posteriormente
fue desbancado por los pequeños motores Diesel régimen
elevado. No obstante, el dispositivo de cabeza caliente
merece alguna consideración: la culta separada del
cilindró por un estrangulamiento, tiene en su parte
inferior una zona no refrigerada o cabeza caliente
prolongada por un telón, también sin refrigerar. El
inyector, de tipo abierto y baja presión, esta colocado
en la parte alta de la culta y dirige un chorro de
gotitas sobre la cabeza caliente, la cual, cuando el
motor está funcionando, se pone al rojo. La cabeza actúa
en dos tiempos bien distintos: la carburación de la
gotitas y luego su encendido.
VÁLVULA DE INYECCIÓN Y PRECÁMARA DE COMBUSTIÓN
CATERPILLAR
TÍPICA CÁMARA DE PRECOMBUSTIÓN