DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
MOTORES ESPECIALES
TEMA:
“ BARRIDO DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA”AUTOR:
ANDRÉS SEBASTIÁN MORENO CONSTANTE
LATACUNGA
2016
CONTENIDO“ BARRIDO DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA”..........................................................................1
1. TEMA: Barridos de los motores de combustión Interna............................................................................4
2. AUTOR: Andrés Sebastián Moreno Constante...........................................................................................4
3. INTRODUCCIÓN.........................................................................................................................................4
4. RESUMEN..................................................................................................................................................4
PALABRAS CLAVES:.......................................................................................................................................5
5. ABSTRACT..................................................................................................................................................5
6. TEXTO DE PRESENTACIÓN.........................................................................................................................7
7. MATRIZ DE COMPARACION DE 2T Y 4T.....................................................................................................7
8. TIPOS DE BARRIDOS.................................................................................................................................10
8.1. CLASIFICACIÓN DEL BARRIDO SEGÚN LA BOMBA DE BARRIDO.....................................................10
8.2. CLASIFICACIÓN DEL BARRIDO SEGÚN EL DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN.......................................11
8.3. Clasificación del barrido según la forma de corriente de barrido..................................................12
8.3.1. Barrido transversal......................................................................................................................12
8.3.2. Barrido uniflujo...........................................................................................................................12
8.3.3. Barrido por lazo...........................................................................................................................13
9. MANERAS DE COMBATIR EL FENÓMENO DETERMINADO COMO CORTOCIRCUITO EN MOTORES DE DOS TIEMPOS..........................................................................................................................................................15
9.1. PARÁMETROS QUE CARACTERIZAN EL PROCESO DE RENOVACIÓN DE LA CARGA.......................15
9.2. RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO.......................................................................................................15
9.3. TASAS RESIDUALES Y DE CORTOCIRCUITO.....................................................................................15
9.4. TRABAJO DE BOMBEO Y TRABAJO NETO.......................................................................................16
10. EFECTO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA. INFLUENCIA EN EL DISEÑO DE PIPAS Y VÁLVULAS..................16
11. DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN.............................................................................................................17
13. CRUCE DE VÁLVULAS...........................................................................................................................19
13.1. RETRASO AL CIERRE DE LA VÁLVULA DE ADMISIÓN (RCA)........................................................19
14. CONCLUSIONES...................................................................................................................................20
15. BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................................21
lustración 1: Comparación entre 2T y 4T.....................................................................................10
lustración 2: Motor de 2T de barrido por cárter, con lumbrera de transferencia de cárter a
cilindro y admisión por láminas....................................................................................................11
lustración 3:Esquema de dos diagramas de distribución de motores de 2............................11
lustración 4: Tipos de barridos y geometría de las lumbreras asociadas para motores de
2T......................................................................................................................................................13
lustración 5: Barrido por lazo obtenida con CFD.......................................................................14
lustración 6: Mapas de velocidad axial en el cilindro de un motor de 2T de barrido por lazo
.......................................................................................................................................................... 14
lustración 7: Rendimiento Volumétrico........................................................................................15
lustración 8: Diseño de pipas en función del diámetro de las válvulas a) pipas de admisión
b) pipas de escape.........................................................................................................................17
lustración 9: Representación gráfica de los eventos del diagrama de distribución...............18
lustración 10: Situaciones de Flujo que se pueden producir durante el cruce de válvulas..19
lustración 11: Gasto instantáneo en la válvula de admisión a bajo régimen de giro (a) y
allto régimen de giro (b) para dos valores distintos de RCA....................................................20
Del contenido de la presente tarea, se responsabiliza el autor.
Andrés Sebastián Moreno Constante
CI: 1722582754
1. TEMA: Barridos de los motores de combustión Interna
2. AUTOR: Andrés Sebastián Moreno Constante
3. INTRODUCCIÓNLos motores de 2T a diferencia de los de 4T realizan su ciclo de funcionamiento en una
vuelta del cigüeñal o dos carreras del pistón, esto se consigue realizando en la carrera
ascendente del pistón simultáneamente los procesos de admisión y compresión por un
lado, y los de combustión- expansión y de escape durante la carrera descendente.
En los motores de dos tiempos la renovación de la carga se lo realiza en la carrera ascendente y descendente del pistón.Al descubrir el pistón la lumbrera de escape, la presión en el cilindro es muy superior a la
atmosférica, con lo que los gases procedentes de la combustión son libreados al exterior a
pesar de que el pistón tiene un movimiento hacia bajo y se sigue expandiendo la carga del
cilindro, esta fase se conoce como escape espontaneo.
4. RESUMEN La característica importante en los motores de 2 tiempos es el modo en el cual se lleva
a cabo la renovación de la carga en el cilindro. A este proceso se le denomina barrido, ya
que los gases son introducidos a presión en el cilindro y de esta manera los gases frescos
desalojan a los gases quemados.
El barrido es el periodo en que los conductos de admisión y de escape se encuentran
simultáneamente abiertos y se lleva a cabo la sustitución de los gases quemados por
mezcla fresca
Durante el proceso de barrido la presión en el cilindro suele caer por debajo de la presión
del escape durante algunos grados debido a la inercia de los gases. Esto ayuda al ingreso
de gases frescos y a la salida de gases residuales.
El ángulo en el que están abiertos los conductos de escape y admisión a la vez se
llama ángulo de barrido y tiempo correspondiente de barrido.
La presión necesaria para realizar este barrido se obtiene, en los motores Otto,
comprimiendo los gases frescos en el cárter que posteriormente pasaran al cilindro.
En los motores diesel el barrido se hace introduciendo aire a presión que generalmente
proviene de un compresor volumétrico o un turbocompresor.
La admisión y el escape se realizan por lumbreras situadas en el cilindro, cuya apertura
y cierre es controlada por el desplazamiento del pistón.
Los motores de 2 tiempos pueden funcionar siguiendo el ciclo Otto o bien el Diesel,
Actualmente la mayoría de motores de 2 tiempos empleados en automoción son de ciclo
Otto y se montan en motocicletas donde se requiere una mecánica sencilla y unos costes
de fabricación relativamente bajos, factores estos muy importantes.
PALABRAS CLAVES: Barrido
Motor de 2T
Motor de 4T
Cortocircuito
Lumbreras
5. ABSTRACT
The important feature in the 2-stroke engines is the way in which is performed the
renewal of the charge in the cylinder. This process is called scan, since the gases are
introduced into the cylinder and pressure thus fresh gases evict the burnt gases.
The sweep is the period in which the intake and exhaust are simultaneously open
and is carried out replacing the burnt gases by fresh mix
During the scanning process the pressure in the cylinder tends to fall below the
exhaust pressure for a few degrees due to the inertia of the gases. This helps the entry
of fresh gases and the wastegate.
The angle at which are open exhaust and intake ducts at once is called sweep angle
and corresponding sweep time.
The pressure necessary to perform this sweep is obtained, in Otto engines,
compressing the fresh gases in the crankcase which subsequently pass into the
cylinder.
In diesel engines the scanning is done by introducing pressurized air usually comes
from a volumetric compressor or turbocharger.
The intake and exhaust ports are performed by located in the cylinder, the opening
and closing is controlled by the piston displacement.
The 2-stroke engines can operate according to the Otto cycle or diesel, currently
most 2-stroke engines used in automotive are Otto cycle and mounted on motorcycles
where a simple mechanical and costs relatively low manufacturing is required, these
very important factors.
Keywords:
• Sweep
• Motor 2T
• 4T Engine
•Breakdown voltage
• Lumbreras
6. TEXTO DE PRESENTACIÓN
7. MATRIZ DE COMPARACION DE 2T Y 4T
DETALLE 2 TIEMPOS 4 TIEMPOS
DIFERENCIAS DE CONSTRUCCIÓN
Ambas caras del
pistón realizan una función
simultáneamente
El cárter del cigüeñal debe estar
sellado y cumple la función de
cámara de precompresión
En el motor de 4 tiempos
solo es activa la
cara superior del pistón
El cárter sirve de
depósito de lubricante
LUBRICACIÓN Se realiza mezclando el aceite con
el combustible, en una
proporción que varía de 50:1
o 25:12
Se realiza a través del cárter
TIPO DE ALIMENTACIÓN AIRE COMBUSTIBLE
Lumbreras Válvulas
El motor de dos tiempos es
altamente contaminante ya
que en su combustión se
A diferencia del motor
de 4 cuatro tiempos ya que
la combustión se
VENTAJAS quema aceite continuamente, y
nunca termina de quemarse la
mezcla en su totalidad.
quema la mezcla
aire – Combustible y es
medio contaminante
POTENCIA Nonos del doble Mayor potencia
RENDIMIENTO Mayor rendimiento Menor rendimiento
CONTAMINACIÓN Mayor contaminación Menor contaminación
CICLOSEs un motor de combustión
interna que realiza las 4
etapas del ciclo termodinámico
en 2 movimientos lineales del
pistón, es decir una vuelta de
cigüeñal
Realiza las 4 etapas
en 2 vueltas de
cigüeñal
SONORO Menor sonoro Mayor sonoro
GRADOS DE GIRO DEL CIGÜEÑAL
180 grados un ciclo
completo
360 grados un ciclo
completo
LLENADO DECILINDRO
Malo Bueno
ESFUERZOS Mayores Menores
CONCLUSIÓN
Ambos son óptimos, por un
lado, el motor de dos tiempos
tiene mayor reacción, pero es
muy contaminante y vibrante
Mientras que el de 4
tiempos genera
menos
contaminación, aunque
también tiene un
mantenimiento más
costoso, y si se rompe
será más costosa su
reparación que un
motor de 2 tiempos.
Tabla 1: Comparación entre 2T y 4T.
Fuente: Motores de combustión interna alternativos
lustración 1: Comparación entre 2T y 4T.
Fuente: Motores de combustión interna alternativos
8. TIPOS DE BARRIDOS
8.1. CLASIFICACIÓN DEL BARRIDO SEGÚN LA BOMBA DE BARRIDO
El sistema de pistón - cárter puede utilizarse como bomba de barrido, llamándose
barrido por cárter. La admisión se hace al cárter a través de la lumbrera de admisión y
existe un conducto de transferencia del cárter al cilindro que tradicionalmente se le llama
lumbrera de transferencia o transfer. Interesa que el volumen del cárter sea lo más
pequeño posible conseguir una elevada presión en el momento de la carrera descendente
del pistón, cuando se descubren las lumbreras de transferencia. El uso dl propio cárter
como bomba de barrido se extiende en los motores MEP de baja cilindrada.
Las ventajas de este tipo de barrido es un sistema muy económico y la segunda que
se puede eliminar el sistema de engrase, puesto que solo necesitan lubricación los
soportes del cigüeñal, la cabeza y el pie de biela y el pistón, por lo que puede realizarse la
lubricación por mezcla de aceite en el combustible.
Los MEC grandes 2T equipan sin excepción un elemento auxiliar como bomba de
barrido independiente, con lo que la presión de barrido no esta tan limitada en el diseño.
lustración 2: Motor de 2T de barrido por cárter, con lumbrera de transferencia de cárter a cilindro y admisión por láminas.
Fuente: Motores de combustión interna alternativos
8.2. CLASIFICACIÓN DEL BARRIDO SEGÚN EL DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN.
Si la apertura y el cierre de las lumbreras esta comendada únicamente al pistón, el
barrido es simétricamente respecto al PMS. Los diagramas circulares de la distribución
para motores construidos de esta forma tiene el aspecto de la figura siguiente:
lustración 3:Esquema de dos diagramas de distribución de motores de 2.
Fuente: Motores de combustión interna alternativos
Este tipo de distribución tiene el grave inconveniente de que el escape cierra después
que la admisión. Para evitar este inconveniente una solución es la ya apuntada de
disponer una válvula de escape en la culata. Otra solución adicional es mantener el
sistema de lumbreras, es dotar al motor de una válvula rotativa en el escape, de la forma
que la apertura esta sincronizada con el pistón, mientras que el cierre lo realiza la válvula
rotativa antes de que el pistón obture la lumbrera. Entonces decimos que el motor tiene
barrido asimétrico.
8.3. Clasificación del barrido según la forma de corriente de barrido.
8.3.1. Barrido transversal
En este tipo de barrido, las lumbreras de admisión y escape se encuentran situadas en
posiciones diametralmente opuestas. La tendencia al cortocircuito que tiene esta
disposición se contrarresta bien con deflectores en el pistón o bien con una geometría
adecuada de cabeza del pistón, ligeramente convexa, y unos ángulos adecuados en la
lumbrera de admisión. Este barrido es sencillo de ejecución y diseño, pero poco frecuente
en la actualidad por su escaso rendimiento.
8.3.2. Barrido uniflujo
Este tipo de barrido es el que cumple sus objetivos de forma más perfecta. La
disposición de lumbreras de admisión y escape en los extremos opuestos del cilindro
permite reducir al mínimo el cortocircuito y la mezcla de los productos quemados con la
carga fresca de la admisión. Las lumbreras de admisión dirigen el fluido hacia el interior
del cilindro, con componentes tangenciales y axiales de velocidad con objeto de producir
un vórtice que avance verticalmente barriendo completamente los productos quemados.
El escape se puede realizar por medio de lumbreras o bien con válvulas. En el primer
caso es necesario emplear pistones opuestos o bien correderas , siendo esta última
solución desaconsejable desde el punto de vista mecánico. La disposición constructiva
con pistones opuestos presentan inconvenientes respecto de la accesibilidad del motor
por lo que en la actualidad está abandonada , a pesar del éxito de antiguas realizaciones
lustración 4: Tipos de barridos y geometría de las lumbreras asociadas para motores de 2T
Fuente: Motores de combustión interna alternativos
8.3.3. Barrido por lazo
Este tipo de barrido consiste esencialmente en dirigir hacia atrás la corriente de
admisión según un plano diametral al cilindro, dando origen a tres ejecuciones
características.
El barrido Schnurle es muy frecuente en motores de pequeña cilindrada, habiendo
desplazado casi totalmente el barrido transversal. Normalmente aparece asociado a una
tercera o quinta, si es que hay cuatro laterales en lugar de dos lumbrera diametral opuesta
a la de escape, con un ángulo tal que dirige el flujo hacia la parte alta del cilindro.
El barrido Curtis es similar al anterior, pero con un mayor número de lumbreras, tanto
de admisión como de escape.
El barrido tipo MAN, adoptado por la empresa del mismo nombre en motores de gran
tamaño, la lumbrera de escape se encuentra encima de la lumbrera de admisión.
lustración 5: Barrido por lazo obtenida con CFD
Fuente: Motores de combustión interna alternativos
lustración 6: Mapas de velocidad axial en el cilindro de un motor de 2T de barrido por lazo
Fuente: Motores de combustión interna alternativos
9. MANERAS DE COMBATIR EL FENÓMENO DETERMINADO COMO CORTOCIRCUITO EN MOTORES DE DOS TIEMPOS
9.1. PARÁMETROS QUE CARACTERIZAN EL PROCESO DE RENOVACIÓN DE LA CARGA
El objetivo de este proceso es garantizar carga fresca en los cilindros al comienzo del
ciclo cerrado. Para evaluar si éste se lleva a cabo de forma adecuada se definen unos
parámetros que lo caracterizan cuantitativamente y cualitativamente, y que básicamente
son el rendimiento volumétrico, la tasa de residuales y de cortocircuito y de trabajo de
bombeo.
9.2. RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO
Es el parámetro más útil para cuantificar el proceso de llenado del cilindro en motores
de cuatro tiempos. El rendimiento volumétrico se calcula como el cociente entre el gasto
real de la carga fresca admitida por el motor y un cierto gasto que alcanzaría en
condiciones de referencia.
lustración 7: Rendimiento Volumétrico
Fuente: Motores de combustión interna alternativos
9.3. TASAS RESIDUALES Y DE CORTOCIRCUITO
Tanto la tasa de residuales como la de cortocircuito son extremadamente difíciles de
determinar experimentalmente, de ahí que no se reflejan en la definición del rendimiento
volumétrico. Afortunadamente, esto no es crítico en los motores de cuatro tiempos, pues
tienen una carrera expresamente dedicada a vaciar el cilindro de gases quemados y otra
a llenarlo de carga fresca.
9.4. TRABAJO DE BOMBEO Y TRABAJO NETO
Se define pues el trabajo de bombeo como aquel que realiza el motor para poder
evacuar los gases quemados y succionar los gases frescos El trabajo de bombeo se
puede expresar mediante la presión instantánea en el cilindro para el ángulo 𝛼 girado por
el cigüeñal. Otro parámetro que se expresa el trabajo de bombeo es la presión media de
bombeo (pmb).
10. EFECTO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA. INFLUENCIA EN EL DISEÑO DE PIPAS Y VÁLVULAS
La pérdida de carga en los elementos del sistema de admisión y escape repercute
tanto sobre el rendimiento volumétrico como sobre el trabajo de bombeo del motor. Cabe
señalar que esta pérdida de carga se verá especialmente afectada por el régimen de giro
del motor, ya que, cuanto mayor es éste mayor será el gasto másico trasegado. Por tanto,
mayor es la velocidad del flujo por las válvulas y otros elementos del motor, y como el flujo
es turbulento, las pérdidas de carga van a crecer en proporción al cuadrado de la
velocidad.
La zona correspondiente a las válvulas es la que presenta mayores limitaciones de
diseño para reducir las pérdidas de carga. La razón estriba, en que la sección de salida en
el plano de contracción de vena es pequeña frente a la sección del pistón. Por tanto
puede considerarse que se dan condiciones de descarga libre, y que el fluido se frena a
presión constante perdiendo ahí gran parte de su presión dinámica.
El diseño geométrico de las válvulas de admisión está no sólo orientado a una
reducción de las pérdidas de carga sino también y más importante a una optimización del
llenado, para lo cual son de gran relevancia los fenómenos de compresibilidad del fluido.
En la figura se muestran unos ejemplos de válvulas y pipas de admisión y de escape para
motores de cuatro tiempos y se dan unas sencillas guías en función del diámetro de las
válvulas.
lustración 8: Diseño de pipas en función del diámetro de las válvulas a) pipas de admisión
b) pipas de escape
Fuente: MOTORES DE COMBUSTION INTERNA ALTERNATIVOS M. Muñoz, F
11. DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN
El diagrama de distribución determina los momentos de apertura y cierre de las válvulas
de admisión y de escape durante el ciclo del motor de cuatro tiempos. Tal como se va a
mostrar, en tres de los cuatro eventos característicos del diagrama, los efectos
relacionados con la inercia que tiene el flujo en las pipas de admisión y escape.
Es habitual representar gráficamente el diagrama de distribución mediante un esquema
de las dos vueltas que constituyen el ciclo del motor de cuatro tiempos en el que se
marcan los momentos de apertura y cierre de las válvulas como se muestra en la figura
lustración 9: Representación gráfica de los eventos del diagrama de distribución
Fuente: Motores de combustión interna
12.AVANCE A LA APERTURA DE LA VÁLVULA DE ESCAPE (AAE)
Se compara una apertura avanzada con otra en que la válvula se abre en el PMI, indicado
en línea continua, con el diagrama presión-volumen. Se aprecia cómo la apertura
adelantada disminuye la presión en el cilindro durante la última parte de la carrera de
expansión, debido a la salida de los gases quemados del cilindro. Esto hace que la
presión durante la carrera de expansión sea menor y que el trabajo de bombeo se
reduzca.
Para cada condición de funcionamiento existe un avance a la apertura del escape que
optimiza el trabajo neto del ciclo. En particular, el avance óptimo varía en función del
régimen de giro, ya que al aumentar éste, se reduce el tiempo en el que se realiza el ciclo.
.
13.CRUCE DE VÁLVULAS
Se entiende por cruce de válvulas el periodo en que las válvulas de admisión y escape están
abiertas simultáneamente. Los fenómenos de trasiego de gases durante el cruce de válvulas
están controlados por las presiones que existen en ese momento en el cilindro y en las pipas
de admisión y de escape.
lustración 10: Situaciones de Flujo que se pueden producir durante el cruce de válvulas
Fuente: MOTORES DE COMBUSTION INTERNA ALTERNATIVOS M. Muñoz,
F. Payri pág.
El cruce de válvulas óptimo para un motor depende de muchos factores. En primer lugar
depende,
como se ha mencionado, de la relación entre las presiones instantáneas de escape y
admisión durante el cruce. Esta precisión es muy importante, ya que pueden dar situaciones
en las que las presiones medias de admisión y escape durante el ciclo sean muy diferentes
de las que hay instantáneamente durante la fase de cruce de válvulas.
Por otra parte, si la presión de escape es muy superior a la de admisión es habitual reducir
el cruce para evitar reflujos y tasas de residuales elevadas. Si la presión de admisión es muy
superior a la de escape se puede aumentar el cruce de para aumentar el barrido.
13.1. RETRASO AL CIERRE DE LA VÁLVULA DE ADMISIÓN (RCA)
El retraso al cierre de la válvula de admisión (RCA) hace que éste se produzca durante la
carrera de compresión. Esto se hace así porque al final de la carrera de admisión, aun
cuando la velocidad del pistón se reduce al acercarse al PMI, el cilindro se sigue llenando si
los gases entrantes por la pipa de admisión tienen suficiente velocidad.
Así a mayor régimen de giro es mejor tener RCA elevados para poder aprovechar los
efectos de inercia. Sin embargo, a bajo régimen de giro es idóneo reducir el RCA para evitar
reflujos hacia la admisión.
En la figura 8 se muestra la evolución del gasto instantáneo en la válvula de admisión para
dos valores distintos del RCA
lustración 11: Gasto instantáneo en la válvula de admisión a bajo régimen de giro (a) y allto régimen de giro (b) para dos valores distintos de RCA
Fuente: MOTORES DE COMBUSTION INTERNA ALTERNATIVOS M. Muñoz, F.
Payri
14.CONCLUSIONES
Los motores de 2T a diferencia de los de 4T realizan su ciclo de funcionamiento en
unavuelta del cigüeñal o dos carreras del pistón, esto se consigue realizando en la
carrera ascendente del pistón simultáneamente los procesos de admisión y
compresión por un lado, y los de combustión- expansión y de escape durante la
carrera descendente.
La característica importante en los motores de 2 tiempos es el modo en el cual se
lleva a cabo la renovación de la carga en el cilindro. A este proceso se le denomina
barrido, ya que los gases son introducidos a presión en el cilindro y de esta manera
los gases frescos desalojan a los gases quemados.
El barrido es el periodo en que los conductos de admisión y de escape se
encuentran simultáneamente abiertos y se lleva a cabo la sustitución de los gases
quemados por mezcla fresca
El sistema de pistón - cárter puede utilizarse como bomba de barrido, llamándose
barrido por cárter. La admisión se hace al cárter a través de la lumbrera de admisión y
existe un conducto de transferencia del cárter al cilindro que tradicionalmente se le
llama lumbrera de transferencia o transfer
En este tipo de barrido, las lumbreras de admisión y escape se encuentran situadas
en posiciones diametralmente opuestas. La tendencia al cortocircuito que tiene esta
disposición se contrarresta bien con deflectores en el pistón o bien con una geometría
adecuada de cabeza del pistón, ligeramente convexa, y unos ángulos adecuados en
la lumbrera de admisión
15.BIBLIOGRAFÍA
Motores de Combustión Interna Alternativos. M. Muñoz, F. Payri,
Servicio de Publicaciones E.T.S.I.I. de Madrid, 1989.
Espacio motores. (29 de 05 de 2016). slideshare. Obtenido de
http://es.slideshare.net/shoyas/tema09-renovacion-de-la-carga-en-2-tiempos
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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA DECEM CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ ENSAYO COMPRAR TIRAR COMPRAR ABRIL – AGOSTO 2016