Ingeniería Fundamentosde ElMotor de combustión interna.yoWillard W. PulkrabekUniversidad de Wisconsin · .. Platteville

Página 2

Página 3viContenidos2.3 Presión efectiva media, 492.4 de par y potencia, 502-5 dinamómetros, 536.2 Proporción Aire-Combustible y relación aire-combustible, 552-7Consumo específico de combustible, 562-8 eficiencias del motor, 599.2 Eficiencia Volumétrica, 60,2-10 Emisiones, 6211.2 Reducción de Ruido, 622-12 Conclusiones-TrabajoEcuaciones, 63Problemas, 65Los problemas de diseño, 673CICLOS DE MOTOR683-1 Ciclos Aire Standard, 683-2Otto Ciclo, 723-3 Bienes Ciclos del motor Aire-Fuel, 813.4SI Ciclo de motor en la parte del acelerador, 835.3 Proceso de escape, 863.6 Diesel Ciclo, 917.3 Dual Ciclo, 943-8Comparativa de Otto, Diesel y Ciclos dobles, 97

3.9 Ciclo Miller, 1033.10 Comparación del ciclo Miller y Ciclo Otto, 1083-11 ciclos de dos tiempos, 1093.12 Ciclo Stirling, 1113-13 Lenoir Ciclo, 1133-14 Resumen, 115Problemas, 116Los problemas de diseño, 1204TermoquímicaY COMBUSTIBLES1214-1 termoquímica, 1212.4Combustibles-Gasolina Hidrocarburos,1314-3Algunos Componentes comunes de Hidrocarburos, 1344.4Auto-ignición y octano Número, 1394.5 Diesel Fuel, 1484-6 Combustibles alternos, 1504-7Conclusiones, 162Problemas, 162Los problemas de diseño, 165

Página 4Contenidosvii5AIRE Y DE INDUCCIÓN DE COMBUSTIBLE16605.01Colector de admisión, 1665-2Eficiencia Volumétrica de SI Motores, 1685.3Válvulas de admisión, 1735-4Inyectores de combustible, 178

5-5Carburadores, 1815-6Sobrealimentación y turboalimentación, 1905-7Motores de carga estratificaday los motores de combustible dual, 1955.8Ingesta de motores de dos tiempos de ciclo, 1965-9Ingesta de CI Motores, 1995-10 Conclusiones, 201Problemas, 202Los problemas de diseño, 2046MOVIMIENTO DEL FLUIDO EN EL PLAZO DE CÁMARA DE COMBUSTIÓN20606.01Turbulencia, 2066-2Remolino, 2086-3Squish y Tumble, 2136-4Dividido combustión Chambers, 214sesenta y cincoGrieta de flujo y blowby, 2156.6Modelos matemáticos y ordenadorSimulación, 2196.7Internal Combustion Engine SimulaciónPrograma, 2216-8Conclusiones, 225Problemas, 226Los problemas de diseño, 2287COMBUSTIÓN229

1.7La combustión en los motores SI, 2297-2La combustión en los motores de cámara divididaMotores y estratificado de carga, 2433.7O motor? Características Itrating, 2467-4Grabar rápida Moderno combustión Chambers, 2487-5La combustión en los motores de encendido, 25107.06Resumen, 259Problemas, 260Los problemas de diseño, 261

Página 5viiiContenidos8FLUJO DE ESCAPE2628-1 Purga, 2628-2 escape de carrera, 2658-3 válvulas de escape, 2684.8 Temperatura de escape, 2698-5 Colector de escape, 2708-6 turbocompresores, 2727.8 escape de gas de reciclaje-EGR,2738-8 Tubo de escape y silenciador, 2738-9 de dos tiempos de ciclo Motores, 27408.10 Resumen y conclusiones, 274Problemas, 275Los problemas de diseño, 2769EMISIONES Y CONTAMINACIÓN DEL AIRE2771.9 Contaminación del aire, 2779-2 Hidrocarburos (HE), 2789-3 de monóxido de carbono (CO), 285

9-4 Óxidos de Nitrógeno (NOx), 2859-5 Partículas, 2879-6 Otras emisiones, 2909-7 de tratamiento posterior, 2929-8 convertidores catalíticos, 2939-9 IC Motores, 3019-10 Métodos químicos para reducir las emisiones, 3039-11 de escape de gas de reciclaje-EGR,3049-12 Emisiones no escape, 307Problemas, 308Los problemas de diseño, 31110TRANSFERENCIA DE CALOR EN LOS MOTORES31201.10 Distribución de energía, 31310-2 Las temperaturas del motor, 31410.3 Transferencia de Calor en el sistema de admisión, 317Transferencia 10-4 Heat en combustión Chambers, 31810.5 Transferencia de Calor en el sistema de escape, 32410.6 Efecto de las variables de operación del motorde Transferencia de Calor, 32710-7 motores refrigerados por aire, 33410-8 Liquid Cooled Engines, 335

Página 61Aceite como refrigerante, 34010-10 Motores adiabáticos, 34110-11 Algunas Tendencias Modernas de enfriamiento del motor, 34210-12 térmica de almacenamiento, 34310-13 Resumen, 345Problemas, 345Los problemas de diseño, 34811 FRICTIONAND LUBRICACIÓN3491.11 La fricción mecánica y lubricación, 34911-2 fricción del motor, 35111-3 Fuerzas sobre Pistón, 36011-4 Motor Sistemas de lubricación, 36411-5 de dos tiempos de ciclo Motores, 366

06.11 Aceite Lubricante, 36711-7 filtros de aceite, 37311.08 Resumen y conclusiones, 375Problemas, 376Los problemas de diseño, 377ANEXO378AIPropiedades termodinámicas del aire, 379A-2Propiedades de los Combustibles, 380A-3Equilibrio químico Constantes, 381A-4Factores de conversión para los parámetros del motor, 382REFERENCIAS384RESPUESTAS A PROBLEMAS SELECTEDREVIEW392ÍNDICE395

Página 7Este libro fue escrito para ser utilizado como un libro de texto thermoscience aplicarse de unosemestre, a nivel universitario, curso de ingeniería de pregrado en la combustión internamotores. Se proporciona el material necesario para una comprensión básica de la operaciónde motores de combustión interna. Los estudiantes se supone que tienen conocimiento de fundamentaltermodinámica mentales, transferencia de calor y mecánica de fluidos, como requisito previo para obtenermáximo beneficio del texto. Este libro también puede ser utilizado para auto-estudio y / o comoun libro de referencia en el campo de los motores.El contenido incluye los fundamentos de la mayoría de los tipos de combustión internamotores, con un mayor énfasis en los motores alternativos. Tanto de encendido por chispa y

los motores de encendido por compresión están cubiertas, al igual que los que operan en cuatro tiempos yciclos de dos tiempos, y que varían en tamaño desde pequeños motores de aeromodelismo a lagrandes motores estacionarios. Motores de cohetes y motores a reacción no están incluidos. Porquedel gran número de motores que se utilizan en automóviles y otros vehículos, unamayor hincapié en estos.El libro se divide en once capítulos. Los capítulos 1 y 2 dan una introducciónción, la terminología, las definiciones y características de funcionamiento básicas. Esto es seguidoen el capítulo 3 con un análisis detallado de los ciclos básicos del motor. Capítulo 4 comentarios FUn-damental termoquímicaCuando se aplica a la operación del motor y de los combustibles de motor.Los capítulos 5 a 9 siguen la carga de aire-combustible a medida que pasa secuencialmente a través de unmotor, incluyendo la ingesta, el movimiento dentro de un cilindro, combustión, gases de escape, y la emisiónxi

Página 8xiiPrefaciosiones. La transferencia de calor del motor, la fricción y la lubricación se tratan en los capítulos 10 y11. Cada capítulo incluye problemas de ejemplo que resuelve y notas históricas seguidas porun conjunto de problemas no resueltos de revisión. También se incluye al final de cada capítulo seproblemas que requieren la aplicación de diseño limitadas de composición abierta. Esto está en consonancia conla moderna tendencia de la educación en ingeniería de hacer hincapié en el diseño. Estos diseño probabilidadproble- se puede utilizar como un ejercicio semanal menor o como un proyecto de grupo principal. Incluidoel apéndice es una tabla de soluciones a los problemas de revisión seleccionados.Impulsado por la competencia comercial intensa y estricta regulación gubernamentalciones sobre las emisiones y la seguridad, el campo de la tecnología de los motores está siempre cambiando. Es

difícil mantenerse bien informado de todos los avances en el diseño del motor, materiales, con-controles, y el desarrollo de combustible que se viven a un ritmo cada vez mayor. Como laesbozo de este texto evolucionado en los últimos años, los cambios continuos eranrequerido como se produjeron nuevos desarrollos. Esos avances, que están cubiertosen este libro, incluya ciclo de Miller, los motores de combustión pobre, automóvil de dos tiemposmotores, sincronización variable de válvulas y de almacenamiento térmico. Los avances tecnológicos ycambios Cal siguen ocurriendo, y actualización periódica de este texto seránrequerido.La información en este libro representa una acumulación de colaboración general de materialseleccionada por el autor durante un período de años, mientras que la enseñanza de los cursos y el trabajo eninvestigación y desarrollo en el campo de los motores de combustión interna en elDepartamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Wisconsin-Platteville.Durante este tiempo, la información ha sido recopilada de varias fuentes: conferencias,periódicos, comunicación personal, libros, revistas técnicas, de investigación, ductoliteratura UCT, televisión, etc. Esta información se convirtió en la base para el esquema ynotas utilizadas en la enseñanza de una clase acerca de los motores de combustión interna. Estos clasenotas, a su vez, se han convertido en el esquema general de este libro de texto. Una lista de los ciacias de la literatura técnica de la que información específica para este librofue tomada está incluido en el Apéndice en la parte posterior del libro. Esta lista seráse hace referencia en varios puntos a lo largo del texto. Un número de referencia entre corchetesse referirá a esa referencia numeradas en la lista del Apéndice.Varias referencias fueron de especial importancia en el desarrollo de estosnotas y se sugieren para la lectura adicional y más profundo estudio. Para mantener

con información sobre las últimas investigaciones y desarrollo en el automóvil ytecnología de los motores de combustión interna más o menos al nivel técnico adecuado, publicaciónciones por SAE (Society of Automotive Engineers) son muy recomendables;Referencia [11] es particularmente apropiado para esto. Para obtener información general acerca demayoría de los sujetos del motor, se recomienda [40,58,100,116]. En ciertos temas, algunosde ellos entrar en mucha mayor profundidad de lo que es manejable en un de un semestrecurso. Parte de la información es un poco fuera de fecha, pero, en general, estos son muyreferencias informativas. Para información histórica sobre motores y automóviles enen general, [29, 45, 97, 102] se sugieren. Generales de datos, fórmulas, y los principios deTermodinámica técnica y la transferencia de calor se utilizan en varios lugares pasantesun vistazo a este texto. La mayoría de los libros de texto de pregrado sobre estos temas podrían suministrar elinformacion necesaria. Referencias [63] y [90] fueron utilizados por el autor.

Página 9PrefacioxiiiSiguiendo con la tendencia del mundo, las unidades SI se utilizan en todo el libro,menudo complementado con unidades inglesas. La mayoría de la investigación y el desarrollo de motoresse realiza utilizando unidades del SI, y esto se encuentra en la literatura técnica. Sin embargo, en elmercado de consumo no técnica, unidades inglesas son todavía comunes, especialmente conautomóviles. Caballos de fuerza, millas por galón, y el desplazamiento pulgadas cúbicas son algunas dela terminología Inglés todavía se utiliza. Algunos problemas de ejemplo y un poco de opinión probabilidadblemas se realizan con unidades inglesas. Una tabla de conversión de SI y en inglés unidades deparámetros comunes utilizados en el funcionamiento del motor se induded en el apéndice al final de

el libro.Me gustaría expresar mi agradecimiento a las muchas personas que han influido enmí y ayudó en la redacción de este libro. En primer lugar doy las gracias a Dorothy con el amor para siempreestar ahí, junto con John, Tim, y Becky. Doy gracias a mi Ingeniería MecánicaColegas del Departamento de Ross Fiedler y Jerry Lolwing por su ayuda en muchasocasiones. Doy las gracias a los estudiantes de ingeniería Pat Horihan y Jason Marcott para muchos delos dibujos de ordenador que aparecen en el libro. Doy las gracias a las personas que revisaronEl manuscrito del libro original y se ofrecen sugerencias útiles para adiciones ymejoras. Aunque yo nunca los he conocido, estoy en deuda con autores JBHeywood, CR Ferguson, EF Obert, y R. Stone. Los libros de estos hombres tienenescrito acerca de los motores de combustión interna, sin duda han influido en el contenido de laeste libro de texto. Doy gracias a mi padre, que hace muchos años me introdujo en el campo de laautomóviles y generaron un interés de por vida. Agradezco a conde de Ciudad capital AutoEléctrica para el ejercicio de la tradición.AGRADECIMIENTOSEl autor desea agradecer y reconocer a las siguientes organizaciones por personamisión para reproducir fotografías, dibujos y tablas de sus publicaciones eneste texto: Carnot Press, Fairbanks Morse División de Coltec Industries, Ford MotorMotor Company, General Motors, Harley Davidson, Prentice-Hall, Inc., SAE Internacionalnacional, Th. Combustion Institute y Fotografía Tuescher.

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Página 11xviNotaciónCDTCoeficiente de descarga de la garganta del carburadorCIÍndice de cetanoCN

Número de cetanoEGRRecirculación de gas de escape [%]FFuerza [N] [lbf]FfFuerza de fricción [N] [lbf]FrFuerza de la biela [N] [lbf]FxFuerzas de laXdirección[N] [lbf]FyLas fuerzas en la dirección Y[N] [lbf]Fl-2Ver el factorFARelación aire-combustible[kgf / kga][lbmf / lbmla]FSSensibilidad de combustibleYOMomento de inercia[kg m-2][lbm-pie2]IdentificaciónRetardo de encendido [seg]KeQuímica constante de equilibrioMEl peso molecular (masa molar) [kg / kgmole][lbm / lbmmole]LunNúmero de octano Motor

NLa velocidad del motor [RPM]NNúmero de molesNcNúmero de cilindrosNevadaMoles de vaporNuNúmero de NusseltENNúmero de octanoPPresión[kPa] [atm] [psi]PapáPresion de aire[kPa] [atm] [psi]PexLa presión de escape[kPa] [atm] [psi]PevoPresión cuando se abre la válvula de escape[kPa] [psi]PfLa presión de combustible[kPa] [atm] [psi]PiPresión de admisión[kPa] [atm] [psi]PinjLa presión de inyección[kPa] [atm] [psi]PoPresión estándar[kPa] [atm] [psi]PILa presión en la garganta del carburador[kPa] [atm] [psi]PvPresión del vapor

[kPa] [atm] [psi]QTransferencia de calor[kJ] [BTU]QVelocidad de transferencia de calor [kW][CV] [BTU / seg]QHHVCalorífico superior [kJ / kg][BTU / lbm]QHVPoder calorífico del combustible [kJ / kg][BTU / lbm]QLHVBajo valor de calentamiento [kJ / kg][BTU / lbm]RRelación de longitud de la biela manivela compensadoRConstante de los gases[kJ / kg K-][ft-lbf / lbm-OR] [BTU / lbm-OR]ReNúmero de ReynoldsRONOctanosSLongitud de carrera [cm] [en].SgGravedad específica

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Página 14NotaciónxixWTrabajo específico [kJ / kg] [ft-lbf / lbm] [BTU / lbm]WbTrabajo-Brake específica [kJ / kg] [ft-lbf / lbm] [BTU / lbm]

wfTrabajo-fricción específica [kJ / kg] [ft-lbf / lbm] [BTU / lbm]WiTrabajo específico Indicada [kJ / kg] [ft-lbf / lbm] [BTU / lbm]XDistancia[em] [m] [en]. [ft]XexFracción de escapeXrResidual de escapeXvFracción molar del vapor de agualaRelación de presiónlaRelación de las superficies de las válvulas13Relación de corterMomento angular[kg m-2/ seg] [lbm-pie2/ seg]egLa emisividad de gasewLa emisividad de la paredT] cLa eficiencia de la combustión[%]T] fLa eficiencia de conversión de combustible[%]T] mEficiencia mecánica

[%]E] sEficiencia isoentrópica[%]T] tEficiencia térmica[%]TelevisiónLa eficiencia volumétrica del motor[%]9Ángulo del cigüeñal mide desde TDC[0]AceLa eficiencia de cargaAdrRelación de EntregaArcoCarga relativaAseLa eficiencia de barridoAteEficiencia Atrapar/.LViscosidad dinámica [kg / m-seg] [lbm / pie-seg]/.LgLa viscosidad dinámica del gas [kg / m-seg] [lbm / pie-ver]vCoeficientes estequiométricosPDensidad[kg / m3][lbm / pie3]PapáDensidad del aire [kg / m3][lbm / pie3]Po

Densidad del aire en condiciones normales[kg / m3][lbm / pie3]PfDensidad del combustible [kg / m3][lbm / pie3]CJ 'Stefan-Boltzmann constante[W / m2-K4] [BTU / hr-ft2-OR4]TTorque[Nm] [lbf-ft]TsFuerza de corte por unidad de superficie [N / m2][lbf / ft2]<I>Relación de equivalencia<I>Ángulo entre biela y la línea central del cilindrowVelocidad angular del remolino [rev / ver]WvHumedad específica[KGV / kga][grainsv / lbmla]

Página 151Introducción

Este capítulo presenta y define el motor de combustión interna. En él se enumeran las formas declasificación de los motores y la terminología utilizados en la tecnología de motores. Las descripciones sondada de muchos componentes del motor común y de base de cuatro tiempos y de dos tiemposciclos, tanto para motores de encendido por chispa y de encendido por compresión.01.01 INTRODUCCIÓNLosmotor de combustión interna(Ie) es un motor de calor que convierte la energía químicaen un combustible en energía mecánica, por lo general puesto a disposición en un eje de salida giratorio.La energía química del combustible se convierte primero en energía térmica por medio de com-de combustión u oxidación con el aire dentro del motor. Esta energía térmica plantea lala temperatura y la presión de los gases dentro del motor, y el gas de alta presiónluego se expande contra los mecanismos mecánicos del motor. Esta expansión esconvertido por los enlaces mecánicos del motor a un cigüeñal giratorio, que esla salida del motor. El cigüeñal, a su vez, está conectado a una transmisióny / o tren de potencia para transmitir la energía mecánica de rotación a la final deseadausar. Para los motores de esto a menudo será la propulsión de un vehículo (es decir, automóvil, camión,locomotora, buque marino o avión). Otras aplicaciones incluyen estacionaria1

Página 162IntroducciónCap. 1motores para impulsar generadores o bombas y motores portátiles para cosas como la cadenasierras y cortadoras de césped.La mayoría de los motores de combustión interna son motores alternativos con pistonesque correspondo de ida y vuelta en cilindros internamente dentro del motor. Este librose concentra en el estudio termodinámico de este tipo de motor. Otros tipos de IC

motores también existen en mucho menor número, siendo una importante rotativomotor [104]. Estos motores se dará cobertura breve. Tipos de motor no cubiertospor este libro incluyen máquinas de vapor y motores de turbina de gas, que son mejores clasifi-ficado como motores de combustión externa (es decir, la combustión tiene lugar fuera de lasistema de motor mecánico). Además, no se incluye en este libro, pero que podría ser clasi-ficados como los motores de combustión interna, son los motores de cohetes, motores de aviones y armas de fuego.Los motores alternativos pueden tener un cilindro o muchos, hasta 20 o más. Loscilindros pueden disponerse en muchas diferentes configuraciones geométricas. Van Tamañosdesde pequeños motores de aeromodelismo con salida de potencia del orden de 100 vatios paragrandes motores pluricilíndricos estacionaria que producen miles de kilovatios porcilindro.Hay tantos diferentes fabricantes de motores, pasado, presente y futuro,que producen y tienen motores producidos que difieren en tamaño, la geometría, el estilo ycaracterísticas de funcionamiento que ningún límite absoluto puede ser declarada de cualquier gama de motorescaracterísticas (es decir, tamaño, número de cilindros, accidentes cerebrovasculares en un círculo, etc.). Este librotrabajar dentro de los rangos normales de geometrías característicos del motor y para- operativometros, pero siempre puede haber excepciones a estos.El desarrollo temprano de los motores de combustión interna modernos ocurrió en el Lat-ter medio de la década de 1800 y coincidió con el desarrollo del automóvil. Historiaregistros ejemplos anteriores de crudo motores de combustión interna y autopropulsadasvehículos de carretera que se remontan hasta los años 1600 [29]. La mayoría de estos vehículos tempranos eranvapor impulsado prototipos que nunca se convirtieron en vehículos operativos prácticos. Nologíagía, carreteras, materiales y combustibles aún no se han desarrollado lo suficiente. Ejemplos muy tempranas

de motores térmicos, incluyendo tanto de combustión interna y de combustión externa, utilizadapólvora y otros combustibles sólidos, líquidos, y gaseosos. Mayor desarrollo de lamáquina de vapor moderna y, en consecuencia, la locomotora de ferrocarril se produjo en el Lat-ter de la mitad de la década de 1700 y principios de 1800. Por la década de 1820 y 1830, los ferrocarriles estaban presentesen varios países de todo el mundo.HISTÓRICO-ATMOSFÉRICAMOTORESLa mayoría de los motores de combustión interna más tempranas de la 17ªy 18 siglos se pueden clasificar comomotores atmosféricos.Éstas erangrandes motores con un solo pistón y el cilindro, siendo el cilindro abiertoal final. La combustión se inició en el cilindro abierto utilizando cualquiera de losdiversos combustibles que estaban disponibles. La pólvora era de uso frecuente como elcombustible. Inmediatamente después de la combustión, el cilindro estaría lleno de calorgas de escape a presión atmosférica. En este momento, el extremo del cilindro eracerrado y el gas atrapado se dejó enfriar. Como enfría el gas, es creación

Página 17Figura 1-1 La Carta Motor hecho en 1893 en el Beloit obras de Fairbanks,MorseYCompany fue uno de los primeros motores de gasolina con éxito a la venta enlos Estados Unidos. Impreso con permiso, Fairbanks División Motor Morse,Industrias Coltec.ated un vacío dentro del cilindro. Esto causó un diferencial de presiónacrossthe pistón, la presión atmosférica en un lado y un vacío en elotra. A medida que el pistón se trasladó a causa de esta diferencia de presión, que lo haríahacer el trabajo por estar conectado a un sistema externo, como criar a unde peso [29].Algunas máquinas de vapor tempranos también eran los motores atmosféricos. En cambiode la combustión, el cilindro abierto estaba lleno de vapor caliente. El final fue

luego se cierra y el vapor se dejó enfriar y condensar. Esta creaciónated la necessaryvacuum.Además de una gran cantidad de experimentación y desarrollo en Europay los Estados Unidos durante la media media y última de la década de 1800, otros dos tecno-acontecimientos tecnológicos durante este tiempo estimularon el surgimiento de la internamotor de combustión. En 1859, el descubrimiento de petróleo crudo en Pennsylvania finalmente hizodisponible el desarrollo de combustibles fiables que podría ser utilizado en estos reciénmotores desarrollados. Hasta este momento, la falta de buenos combustibles, consistentes era un importanteinconveniente en el desarrollo motor. Combustibles como el aceite de ballena, gas de hulla, aceites minerales, carbón,y pólvora que estaban disponibles antes de este tiempo eran menos que ideal parauso del motor y el desarrollo. Todavía tardó muchos años antes de que los productos de la petroquímicaindustria leum evolucionó a partir del primero de crudo a la gasolina, el combustible del automóvilsiglo 20. Sin embargo, la mejora de productos de hidrocarburos comenzaron a aparecer tan pronto

Página 18Figura 1 · 2 Ford Taurus SHO 3,4 litros (208 en.3),de encendido por chispa, de cuatro tiemposdel motor. El motor tiene una potencia de 179 kW a 6.500 rpm (240 CV) y desarrolla 305 Nmde torque a 4.800 rpm (225Ibf-ft). Es un 60 ° V8 con 8.20 cm de diámetro (3,23 pulg.), 7,95 cmaccidente cerebrovascular (3,13 in.), y una relación de compresión de 10: 1. El motor ha impulsado de cuatro cadenaslevas montadas en cabezas de aluminio con cuatro válvulas por cilindro y bobina situbujía de encendido. Cada bujía tiene una bobina de alta tensión separado y se dispara por Ford deElectrónico sin distribuidorSistema de encendido (ED IS). Cortesía de Ford MotorCompañía.

como la década de 1860 y la gasolina, aceites lubricantes, y el motor de combustión internaevolucionado juntos.La segunda invención tecnológica que estimuló el desarrollo de lamotor de combustión interna fue el neumático de caucho, que se comercializó por primera vezpor John B. Dunlop en 1888 [141]. Esta invención se hizo el automóvil mucho máspráctico y deseable y por lo tanto genera un gran mercado para los sistemas de propulsión,incluyendo el motor de combustión interna.Durante los primeros años del automóvil, la com- motor de combustión internapeted con los motores de la electricidad y el vapor como los medios básicos de propulsión. A principios deel siglo 20, la electricidad y el vapor se desvaneció de automóvil foto-electricidaddebido a la limitada gama que proporciona, y el vapor debido al largo tiempo de puesta en marchasea necesario. Por lo tanto, el siglo 20 es el período del motor de combustión interna y

Página 19Sec. 03.01EngineClassifications5el automóvil propulsado por el motor de combustión interna. Ahora, al final de lasiglo, el motor de combustión interna está nuevamente siendo desafiada por la electricidad yotras formas de sistemas de propulsión para automóviles y otras aplicaciones. Quéque va, vuelve.2.1 HISTORIA TEMPRANADurante la segunda mitad del siglo 19, muchos estilos diferentes de composición internamotores de combustión fueron construidos y probados. Referencia [29] se sugiere como una buena historiade este período. Estos motores funcionan con éxito variable y fiabilidad utilizandomuchos diferentes sistemas mecánicos y ciclos del motor.El primer motor bastante práctico fue inventado por JJE Lenoir (1922-00) yaparecido en escena alrededor de 1860 (Fig. 3.19). Durante la próxima década, varios Hun-

Dred de estos motores fueron construidos con el poder hasta aproximadamente 4,5 kW (6 CV) ymecánica eficiencia de hasta el 5%. El ciclo del motor Lenoir se describe en la Sección3-13. En 1867 el motor Otto-Langen, con eficiencia mejoró a aproximadamente 11%,eraprimero introducido, y varios miles de ellos fueron producidos durante el próximodécada. Este fue un tipo de motor atmosférico con la carrera de potencia propulsado porla presión atmosférica que actúa contra el vacío. Nicolaus A. Otto (1832-1891) yEugen Langen (1833-1895) fueron dos de muchos inventores del motor de este período.Durante este tiempo, los motores que operan en el mismo ciclo de cuatro tiempos básico como elmotor de automóvil moderno comenzó a evolucionar como el mejor diseño. Aunque muchas perso-ple estaban trabajando en el diseño de ciclo de cuatro tiempos, Otto se le dio crédito cuando sumotor prototipo fue construido en 1876.En el motor de combustión interna 1880sthe aparecido primero en automóviles [45].También en esta década el motor de dos tiempos se convirtió en práctica y fue fabricaciónTured en grandes cantidades.En 1892, Rudolf Diesel (1.858-1913) había perfeccionado su encendido por compresiónmotor en básicamente el mismo motor diesel conocido hoy. Esto fue después de años deel trabajo de desarrollo que incluía el uso de combustibles sólidos en su temprana experimentalmotores. Motores de encendido por compresión temprana eran ruidosas, grande, lento, monocilíndricomotores. Eran, sin embargo, generalmente más eficiente que los motores de encendido por chispa. ElloNo fue sino hasta la década de 1920 se hicieron que multicilindro motores de encendido por compresiónlo suficientemente pequeño como para ser utilizado con los automóviles y camiones.

1-3 CLASIFICACIONES DEL MOTORMotores de combustión interna pueden clasificarse en un número de diferentes maneras:1.Tipos de encendido(a) de encendido por chispa (SI).Un motor SI se inicia el proceso de combustión en cadaciclo mediante el uso de una bujía. La bujía da una alta tensión eléctrica

Página 20Figura 1-31955 Chevrolet "bloque pequeño" motor V8 con 265 en.3(4,34 L) desplazamientoción. El ciclo de cuatro tiempos, el motor de encendido por chispa estaba equipado con un carburadory válvulas en cabeza. Derechos de autor de General Motors Corp., que se utiliza con permiso.descarga entre dos electrodos que enciende la mezcla de aire y combustible en elcámara de combustión que rodea el tapón. En el desarrollo motor temprano,antes de la invención de la bujía eléctrica, muchas formas de los agujeros de la antorchase utilizaron para iniciar la combustión de una llama externa.(b) encendido por compresión (CI). El proceso de combustión en un motor CI comienzaCuando la mezcla de aire-combustible auto-inflama debido a la alta temperatura en el com-cámara de combustión causada por alta compresión.Ciclo 2. Motor(a) ciclo de cuatro tiempos. Un ciclo de cuatro tiempos experimenta movimiento de cuatro pistonesmentos más de dos revoluciones del motor para cada ciclo.(b) de dos tiempos. Un ciclo de dos tiempos tiene dos movimientos del pistón más de unrevolución para cada ciclo.

Página 21Figura 1.4 Clasificación del motor de Valve Ubicación. (A) de la válvula en el bloque, cabeza L.Automóviles de más edad y algunos motores pequeños.(b)Válvula en la cabeza, me dirijo. De serie en

los automóviles modernos.(c)Una válvula en la cabeza y uno en el bloque de la válvula, F cabeza. Mayor,automóviles menos comunes.(d)Las válvulas en el bloque en lados opuestos del cilindro, T cabeza.Algunos motores de automóviles históricos.Ciclos ciclos de tres tiempos y de seis tiempos también fueron juzgados en rrollo motor tempranarrollo [29].3.Válvula de Localización (ver Fig. 1-4)(a) Las válvulas en cabeza (válvulas a la cabeza), también llamado motor me Head.(b) Las válvulas en el bloque (cabeza plana), también llamado motor L Head. Algunos históricamotores con válvulas en el bloque tenían la válvula de admisión en un lado de la cilindroder y la válvula de escape en el otro lado. Estos fueron llamados T Cabezamotores.

Página 22PRINCIPALFLATU: E "DE LA KNlGHTMOTORLas funciones de las válvulas son realizadas por dos concéntricos, con puertoMangas, generalmente de hierro fundido, que se insertan entre elCilindro de pared y el pistón.Las mangas se les da un Reciprocat-ing Movimiento por la conexión a un eje excéntrico Expulsados de laCigüeñal a través de la habitual de 2 a 1 Gear, su trazo en elDiseños de edad avanzada por lo menos, ser 1 o 1v ..En.Los 'MangasProyecto del cilindro en la parte inferior y, en la parte superior EllosExte!, D en un espacio anular entre el cilindro de pared a'nd laForma especial de cilindro-cabeza para que, durante la compresióny las carreras de potencia, los gases no entren en contacto conPero el Cilindro de pared están separados de ella por dos capas

de hierro fundido y dos películas de aceite lubricante. El Cilindro, ComoAsí como de cada manga, está provisto de un escape-Porton OneLateral y con una entrada-PortEn el lado opuesto. El pasajeya sea para la entrada o el escape está abierto cuando los tres de TH €.Puertos en lo particularLaterales están en registro con el uno al otroVista la figura 1-5 Seccional de Willy Caballero-motor de válvulas de la manga de 1926. Reproducidocon el permiso de © 1995 revista Ingeniería Automotriz. Sociedad de Automotivo Ingenieros, Inc.(c)Una válvula en la cabeza (por lo general de admisión) y uno en el bloque, también llamadoF Headmotor, lo que es mucho menos común.4.Diseño básico(a) alternativa. motor tiene uno o más cilindros en el que los pistones reciprocidadcado de ida y vuelta. La cámara de combustión está situado en el extremo cerradode cada cilindro. La energía es entregada a un cigüeñal de salida giratorio porenlace mecánico con los pistones.

Página 23Figura 1 · 6 Chevrolet LT4 V8, ciclo de cuatro tiempos, motor de encendido por chispa con 5,7 litrosdesplazamiento. Este motor de válvulas a la cabeza de inyección de combustible era una opción en el1986Corvette. Derechos de autor de General Motors Corp., que se utiliza con permiso.(b) Rotary.El motor está hecha de un bloque (estator) construida alrededor de una gran no con-rotor y el cigüeñal céntrica. Las cámaras de combustión están integradas en elbloque no giratorio.5.Posición y Número de cilindros de motores alternativos (Fig. 1-7)(a) solo cilindro.Motor tiene un cilindro y pistón conectado a la

cigüeñal.(b) En-Línea.Los cilindros se colocan en una línea recta, uno detrás del otrolo largo de la longitud del cigüeñal. Pueden consistir en 2 a 11 cilindros oposiblemente más. En la línea de motores de cuatro cilindros son muy comunes para la automociónbilis y otras aplicaciones. En la línea de seis y ocho cilindros son históricamentemotores de automóviles comunes. En la línea de motores a veces se llamanDerecho(por ejemplo, recta seis o recta ocho).(c) Motor V.Dos bancos de cilindros en un ángulo entre sí a lo largo de un sin-cigüeñal gle. El ángulo entre los bancos de cilindros puede estar en cualquier lugardesde 15 ° a 120 °, con 60 ° -90 ° siendo común. Motores V tienen incluso rofibras de cilindros de 2 a 20 o más. V6 y V8 son comunesmotores de automóviles, con V12s y V16 (histórica) encontraron en alguna de lujoy vehículos de alto rendimiento.(d) Con la oposición del cilindro del motor.Dos bancos de cilindros opuestos entre sí enun solo cigüeñal (un motor de V con un 180 ° V). Estos son comunes en los pequeños

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Página 25Sec. 03.01Clasificaciones del motor11aeronave y algunos automóviles con un número par de cilindros a partir de dosa ocho o más. Estos motores son a menudo llamados motores planos (por ejemplo, planacuatro).(e) W del motor. Igual que un motor V excepto con tres bancos de cilindros en elmismo cigüeñal. No es común, pero algunos han sido desarrollado para las carrerasautomóviles, tanto modernos como históricos. Por lo general, 12 cilindros con alrededor de un60 °ángulo entre cada banco.(1)

Opuesto pistón del motor. Dos pistones en cada cilindro con la combustióncámara en el centro entre los pistones. Un proceso de combustión de un soloprovoca dos carreras de potencia, al mismo tiempo, con cada pistón siendo empujadodistancia del centro y la entrega de potencia a un cigüeñal separado en cadaextremo del cilindro. Potencia del motor es o bien en dos cigüeñales giratorias oen un cigüeñal que incorpora compleja articulación mecánica.(g) Radial Engine. Motor con pistones situados en un plano circular alrededorcigüeñal central. Las bielas de los pistones están conectados auna varilla principal, que, a su vez, está conectado al cigüeñal. Un banco de cilindroders en un motor radial siempre tiene un número impar de cilindros que vandel 3 al 13 o más. Operando en un ciclo de cuatro tiempos, cada otro cilindroder incendios y tiene una carrera de trabajo a medida que gira el cigüeñal, dando un suaveoperación. Muchos de mediano y gran tamaño de uso en aviones de hélicemotores radiales. Para aeronaves de gran tamaño, dos o más bancos de cilindros sonmontados juntos, uno detrás del otro en un solo cigüeñal, haciendode un potente motor, sin problemas. Existen motores muy grandes buques con hasta 54cilindros, seis bancos de 9 cilindros cada uno.HISTÓRICO-RADIALMOTORESHay por lo menos dos ejemplos históricos de motores radiales siendomontada con el cigüeñal fijado al vehículo, mientras que el banco pesadode cilindros radiales girado alrededor de la manivela estacionaria. El SopwithCamel, un avión de combate de gran éxito de la Primera Guerra Mundial, tenía el motor por lomontado con la hélice fijada al banco de rotación de los cilindros. Losfuerzas giroscópicos generados por el gran motor de rotación de masas permitióestos aviones para hacer algunas maniobras que no eran posibles con otraaviones, y los restringidos de algunas otras maniobras. Snoopy tieneestado volando un Sopwith Camel en sus batallas con el Barón Rojo para muchosaños.Los poco conocidos primeros automóviles Adams-Farwell tenían tres ycinco cilindros motores radiales que giran en un plano horizontal con el Station-cigüeñal ary montado verticalmente. Los efectos giroscópicos deben haber dadoEstos automóviles características de dirección muy singular [45].

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Figura 1-8 Supercharger utiliza para aumentar la presión del aire de entrada al motor. Compresores impulsado fuera de cigüeñal del motor, lo que da una respuesta rápida a los cambios de velocidad, pero añadecarga parasitaria de motor.6. Proceso de admisión de aire(a) aspiración natural. Ningún sistema de carga de presión de aire de admisión.(b) Supercharged. La presión del aire de admisión se incrementó con el compresor accionadofuera del cigüeñal del motor (Fig. 1-8).(c) turboalimentado. La presión del aire de admisión aumenta con la turbina-compresorimpulsada por los gases de escape del motor (Fig. 1-9).(d) del cárter comprimido. Motor de ciclo de dos tiempos que utiliza el cártercomo el compresor de aire de admisión. El trabajo de desarrollo Limited también ha sidohecho en el diseño y construcción de motores de ciclo de cuatro tiempos concompresión cárter.7. Método de entrada de combustible para los motores del SI(a) Carbureted.Inyección (b) Multipunto Puerto combustible. Uno o más inyectores en cada cilindrode admisión.Inyección (c) del acelerador de combustible del cuerpo. Inyectores aguas arriba en el colector de admisión.8. Combustible Usado(a) Gasolina.(b) Diesel Oil o Aceite Combustible.(c) Gas, Gas Natural, metano.(d) GLP.(e) Alcohol-etil,Metilo.(f)Combustible Dual. Hay una serie de motores que utilizan una combinación de dos omás combustibles. Algunos lo general grandes motores, CI, utilizan una combinación de metanoy el combustible diesel. Estos son atractivos en los países del tercer mundo en desarrollodebido al alto costo del combustible diesel. Combustibles gasolina-alcohol combinados

Página 27Figura 1-9Turbocompresor utiliza para aumentar la presión del aire de entrada al motor. Turbina queunidades de compresor es accionado por el flujo de escape del motor. Esto añade ninguna carga a lamotor, pero los resultados en el retraso del turbo, una respuesta más lenta a los cambios de velocidad del motor.son cada vez más común como una alternativa a la gasolina recta automociónde combustible del motor bilis.(g) El gasohol. combustible Common que consiste en 90% de gasolina y 10% de alcohol.9. Aplicación(a) de Automóviles, Camiones, Autobuses.(b) de la locomotora.(c) estacionario.(d) de Marina.(e) Las aeronaves.(f)Pequeño, Motosierra, Avión modelo portátil.LO. Tipo de refrigeración(a) refrigerado por aire.(b) Líquido refrigerado, refrigeración por agua.Varias o todas estas clasificaciones pueden ser utilizados al mismo tiempo para identificar unamotor dado. Por lo tanto, un motor moderno podría ser llamado un turbo, alternativo,de encendido por chispa, de cuatro tiempos, válvulas en cabeza, refrigerado por agua, la gasolina, multipuntocon inyección de combustible, motor de automóvil V8.

Página 28Figura 1-10 General Motors 7,4 litros L29, V8, ciclo de cuatro tiempos, de encendido por chispa,motor de camión. El desplazamiento es 454 en.3(7,44 L) con 4,25 pulg. Taladro (10,80 cm) y 4,00en. ictus (10,16 cm). El motor tiene una velocidad máxima de 5000 RPM, con un com-relación de compresión de 9.0: 1, válvulas en cabeza, y la inyección de combustible de puerto multipunto. Esta

motor fue utilizado en varios modelos de 1996 Chevrolet y GMC camiones. Derechos de autorGeneral Motors Corp., que se utiliza con permiso.'-4 TERMINOLOGÍA Y ABREVIATURASLos siguientes términos y abreviaturas se usan comúnmente en la tecnología de motores turalitera- y será utilizado en este libro. Estos deben ser aprendidas para asegurarcomprensión máxima de los siguientes capítulos.Combustión interna(Ie)Chispa de ignición(81) Un motor en el que el proceso de combustión en cada ciclo esiniciado por el uso de una bujía.Encendido por compresión(CI) Un motor en el que el proceso de combustión se inicia cuandola mezcla de aire-combustible auto-inflama debido a la alta temperatura de la combustióncámara causado por alta compresión. Los motores de encendido se llaman a menudoDieselmotores, especialmente en la comunidad no técnica.

Página 29Figura 1-11 potencia y el par de curvasGM 7,4 litros del motor L29 camión muestra enFig. 1-10. El motor tiene una potencia nominalde 290 CV (216 kW) a 4.200 rpm y unpar motor de 410 lb-pie (556 Nm) a3200 RPM. Derechos de autor de General MotorsCorp., utilizada con permiso.Top-Dead-Centro (TDC) Posición del pistón cuando se detiene en el punto máslejos del cigüeñal. Top porque esta posición es en la parte superior de la mayoríamotores (no siempre), y muerto porque el pistón se detiene en este punto. Porqueen algunos motores de la parte superior-de ad-centro no está en la parte superior del motor (por ejemplo, horizontalmotores de conteo oposición, motores radiales, etc.), algunas fuentes llaman a esta posiciónHead-End-Dead-Centro (HEDC). Algunas fuentes llaman esta posición Top-Center(TC). Cuando un suceso ocurre en un ciclo antes del PMS, a menudo es abrevia-ado BTDC o BTE. Cuando la ocurrencia sucede después de TDC, será

abreviada ATDC o comió. Cuando el pistón está en TDC, el volumen en elcilindro es de un mínimo llamado volumen muerto.Bottom-Dead-Centro (BDC) Posición del pistón cuando se detiene en el punto de Closingest al cigüeñal. Algunas fuentes lo llaman Crank-End-Dead-Centro (CEDC)porque no siempre es en la parte inferior del motor. Algunas fuentes lo llamanpunto Bottom-Center (antes de Cristo). Durante un motor de ciclo de cosas pueden suceder antesabajo a punto muerto, BBDC o la BBC, y después de ad-centro de fondo de, ABDC oEBA.Inyección directa (DI) de inyección de combustible a la cámara principal de combustión de undel motor. Los motores tienen ya sea una cámara de combustión principal (cámara abierta)

Página 30IntroducciónCap. 1Válvula de la Figura 1-12 de asiento es primaveracargado cerrado, y empujó por la levala acción en el momento adecuado en el ciclo. La mayoría automáticamotores móviles y otros alternativomotores utilizan válvulas de asiento. Mucho menoscomunes son válvulas de manguito y rotatorioválvulas. Los componentes incluyen: (A) de la válvulaasiento, (B) la cabeza, (C) del tallo, (D) de guía, (E)primavera, (F) del árbol de levas, (G) del colector.o una cámara de combustión dividida compone de una cámara principal y una más pequeñacámara secundaria conectada.Inyección indirecta(IDI)La inyección de combustible en la cámara secundaria de un motorcon una cámara de combustión dividida.AburrirDiámetro del cilindro o el diámetro de la cara del pistón, que es el mismomenos una pequeña holgura.StrokeDistancia de movimiento del pistón de una posición extrema a la otra:TDC a BDC o BDC al TDC.

Volumen LiquidaciónVolumen mínimo en la cámara de combustión con el pistón enTDC.El desplazamiento o desplazamiento de volumenVolumen desplazado por el pistón, ya que trav-els través de un solo golpe. El desplazamiento puede ser dada por un cilindro o para elmotor entero (un cilindro veces número de cilindros). Algunas llamadas literaturaesta cilindrada.Smart EngineMotor con controles informáticos que regulan funcionamiento característicotics tales como relación aire-combustible, la sincronización del encendido, la sincronización de válvulas, control de escape, la ingestaafinación, etc. insumos informáticos provienen de electrónica, mecánica, térmica, ysensores químicos ubicados en todo el motor. Computadoras en algunos automoción

Página 31Sec. 1-4Terminología y abreviaturas17bilis incluso se programan para ajustar el funcionamiento del motor para cosas como el desgaste de la válvulay la cámara de combustión la acumulación de depósitos como las edades de los motores. En los automóvileslos mismos equipos se utilizan para fabricar coches inteligentes mediante el control de la dirección,frenos, sistema de escape, suspensión, asientos, sistemas antirrobo, sonido-entretenimientosistemas Ment, cambiante, las puertas, el análisis de la reparación, la navegación, la supresión del ruido,medio ambiente, confort, etc. En algunos sistemas de la velocidad del motor se ajusta en elinstante en que la transmisión cambia de marcha, lo que resulta en un cambio más suaveproceso. Al menos un modelo de automóvil incluso ajusta este proceso para transmisióntemperatura del fluido sión para asegurar cambios suaves en el arranque en frío.Sistema de gestión del motor (EMS)Informática y electrónica utilizada para el control

motores inteligentes.Regulador completamente abierto (WOT) Motor operado con válvula de mariposa totalmente abierta cuandose desea la máxima potencia y / o velocidad.Retardo de encendido (ID) Intervalo de tiempo entre el inicio de encendido y el inicio realde la combustión.Figura 1-13 Harley-Davidson de dos cilindros, refrigerado por aire, válvulas a la cabeza "Knuckle-"motor de la motocicleta la cabeza por primera vez en 1936. 45 ° V motor tenía desplazamientode 60 pulgadas cúbicas con 3.3125 orificio pulgadas y 3.500 ictus pulgadas. Operando en un cuatrociclo de golpe con una relación de compresión de 7: 1 el motor era clasificado en 40 CV a 4800RPM. Ignición era por el sistema generador-batería de Harley-Davidson. Coraje fotografíatesía de las Harley-Davidson Juneau Avenida Archivos. Reservados todos los derechos. Derechos de autorHarley Davidson.

Página 32Figura 1-14 Harley-Davidson de 1936 impulsado por "Knucklehead"motor mostrado en la Fig. 1-13. La moto tenía una velocidad máxima nominal de 90-95 MPH conuna economía de combustible de 35 a 50 MPG. Fotografía cortesía de la Harley-Davidson JuneauArchivos Avenue. Reservados todos los derechos. Derechos de autor Harley-Davidson.Proporción Aire-Combustible(AF) Relación entre la masa de aire a la masa de entrada de combustible en el motor.Relación aire-combustible(FA) Relación entre la masa de combustible a la masa de la entrada de aire en el motor.Freno Máximo Torque(BMT) Velocidad a la que se produce el par máximo.Válvulas a la cabeza(ORV)Las válvulas montadas en la cabeza del motor.Overhead Cam

(ARC)Árbol de levas montado en la cabeza del motor, dando ción más directacontrol de las válvulas que están montados también en la cabeza del motor.Fuel Injected(FI)'COMPONENTES DEL MOTOR -5La siguiente es una lista de componentes principales se encuentran en la mayoría de vaivén internamotores de combustión (véase Fig. 1-15).BloquearCuerpo de motor que contiene los cilindros, de hierro fundido o aluminio.Enmuchos motores más antiguos, las válvulas y los puertos de la válvula estaban contenidas en el bloque.El bloque de los motores refrigerados por agua incluye una camisa de agua alrededor de la fundicióncilindros. En los motores refrigerados por aire, la superficie exterior del bloque de enfriamiento tienealetas.Árbol de levasRotación de eje utiliza para empujar las válvulas abiertas en el momento adecuado en el motorciclo, ya sea directamente oa través de conexión mecánica o hidráulica (varillas de empuje,

Página 33Figura 1-15Sección transversal de cuatro tiempos del motor S1 ciclo mostrando nente del motornentes; (A) de bloques, (B) del árbol de levas, (C) cámara de combustión, varilla (D) de conexión, (E)cárter, (F) del cigüeñal, (G) del cilindro, (H) colector de escape, (I) la cabeza, (J) la ingestacolector, (K) del cárter de aceite, (L) de pistón, (M) aros de pistón, (N) varilla de empuje, (0) bujía, (P)válvula, (Q) camisa de agua.balancines, empujadores). La mayoría de los motores de los automóviles modernos tienen uno o máslevas montadas en la cabeza del motor (árbol de levas). La mayoría de los motores más antiguos

tenido árboles de levas en el cárter. Árboles de levas se hacen generalmente de acero forjadoo hierro fundido y son expulsados el cigüeñal por medio de una correa o cadena (TIMINGcadena ing). Para reducir el peso, algunas cámaras están hechas de un eje hueco con

Página 3420IntroducciónCap.1las levas de ajuste a presión sobre. En motores de ciclo de cuatro tiempos, el árbol de levas gira amedia la velocidad del motor.CarburadorDispositivo de flujo Venturi que dosifica la cantidad adecuada de combustible en el airefluir por medio de un diferencial de presión. Durante muchas décadas fue el combustible básicosistema de medición en todos los automóviles (y otros) a los motores. Todavía se utiliza en bajacostará motores pequeños como cortadoras de césped, pero es poco común en los automóviles nuevos.Conversor catalíticoCámara montada en el flujo de escape que contiene mater- catalíticaial que promueve la reducción de las emisiones por la reacción química.Cámara de combustiónEl extremo del cilindro entre la cabeza y la cara del pistóndonde se produce la combustión. El tamaño de la cámara de combustión continuamentecambios con respecto a un volumen mínimo cuando el pistón está en TDC a un máximocuando el pistón está en BDC. El término "cilindro" es a veces sinónimo de"cámara de combustión" (por ejemplo, "el motor estaba funcionando a toda máquina"). Un poco demotores tienen abiertas las cámaras de combustión, que consisten en una cámara para cadacilindro. Otros motores han dividido cámaras que consisten en cámaras dualesen cada cilindro conectado por un orificio de paso.BielaBiela del pistón con el cigüeñal giratorio, por lo general

hecha de acero o de aleación de forja en la mayoría de los motores, pero puede ser de aluminio de algunamotores pequeños.Cojinete de bielaTeniendo en biela sujeta al cigüeñal.Aletas de refrigeraciónAletas de metal en las superficies exteriores de los cilindros y la cabeza de un airemotor refrigerado. Estas superficies extendidas enfriar los cilindros por conducción yconvección.Caja del cigüeñalParte del bloque del motor que rodea el cigüeñal giratorio. En muchosmotores, el cárter de aceite es una parte de la carcasa del cárter.CigüeñalEje de rotación a través del cual la producción de trabajo del motor se suministra externamentesistemas nales. El cigüeñal está conectado al bloque del motor con el principalrodamientos. se hace girar por los pistones de movimiento alternativo a través de bielasconectado al cigüeñal, desplazado del eje de rotación. Este desplazamiento esa veces llamado tiro de manivela o radio de manivela. La mayoría de los cigüeñales son deacero forjado, mientras que algunos están hechos de hierro fundido.CilindrosLos cilindros circulares en el bloque del motor en la que los pistones recíprocoscado de ida y vuelta. Las paredes del cilindro han altamente pulido durosuperficies. Los cilindros pueden mecanizarse directamente en el bloque del motor, o un discode metal (acero estirado) manguito puede ser presionado en el bloque de metal más blando. Mangaspuede ser mangas secas, que no entran en contacto con el líquido en la camisa de agua o mojadomangas, que forman parte de la camisa de agua. En unos motores, el cilindroparedes se les da una superficie moleteada para ayudar a mantener una película lubricante en las paredes. Enalgunos casos muy raros, la sección transversal del cilindro no es redonda.

Página 35Sec. 15Componentes del motor

21Colector de escapeSistema de tuberías que transporta los gases de escape lejos del motorcilindros, generalmente hechas de hierro fundido.Escapesistema de flujo del sistema para la eliminación de gases de escape de los cilindros, tratamientoing ellos, y agotarlos a los alrededores. Se compone de un tubo de escapecolector que transporta los gases de escape del motor, una térmica oconvertidor catalítico de reducción de emisiones, un silenciador para reducir el ruido del motor, yun tubo de escape para llevar a los gases de escape lejos del habitáculo.AdmiradorLa mayoría de los motores tienen un ventilador accionado por el motor para aumentar el flujo de aire a través de la radiaciónator y a través del compartimiento del motor, lo que aumenta la eliminación de calor de residuosdesde el motor. Los aficionados pueden ser conducidos mecánicamente o eléctricamente, y se puede ejecutarcontinua o ser usado sólo cuando es necesario.VolanteRotación de masa con un gran momento de inercia conectado al cigüeñaleje del motor. El propósito del volante de inercia es para almacenar energía y amueblarun momento angular grande que mantiene el motor que gira entre el poderaccidentes cerebrovasculares y suaviza el funcionamiento del motor. En algunos motores de aeronaves el pro-peller sirve como el volante, al igual que la cuchilla giratoria en muchas cortadoras de césped.Inyector de combustibleUna boquilla a presión que pulveriza el combustible en el aire que entra en el SImotores o en el cilindro en motores de CI. En los motores SI, inyectores de combustible sonsituado en los puertos de la válvula de admisión en los sistemas de inyección multipunto y puertosaguas arriba en el colector de admisión de entrada en sistemas de inyección del cuerpo del acelerador. En ununos motores SI, inyectores de pulverización directamente en la cámara de combustión.Bomba de combustible

Eléctricamente o mecánicamente impulsado bomba para suministrar combustible a partir del combustibledepósito (reservorio) para el motor. Muchos automóviles modernos tienen un combustible eléctricabomba montada sumergida en el tanque de combustible. Algunos pequeños motores y principiosautomóviles no tenían la bomba de combustible, basándose en la alimentación por gravedad.BOMBAS HISTÓRICO-COMBUSTIBLEAl carecer de una bomba de combustible, fue necesario realizar una copia de Fords modelo T(1909-1927)hasta cerros de alta pendiente becauseofthelocation Ofthe rel- tanque de combustibleAtive al motor.Bujía incandescenteCalentador Pequeño resistencia eléctrica montado dentro de la cámara de combustiónbre de muchos motores de encendido, utiliza para precalentar la cámara lo suficiente para que la combustiónse producirá cuando se empieza un motor frío. La bujía incandescente se apaga después de lase pone en marcha el motor.CabezaLa pieza que cierra el extremo de los cilindros, que normalmente contiene parte deel volumen de holgura de la cámara de combustión. La cabeza está echada generalmente hierroo aluminio, y tornillos al bloque del motor. En algunos motores de menos comunes, la

Página 3622IntroducciónCap.1la cabeza es de una sola pieza con el bloque. La cabeza contiene las bujías en SImotores y los inyectores de combustible en los motores de encendido y algunos motores del SI. Más modernamotores tienen las válvulas en la cabeza, y muchos tienen el árbol de levas (s) colocadohay también (válvulas en cabeza y árbol de levas).

Junta de culataJunta que sirve como un sellador entre el bloque del motor y la cabezadonde se atornillan juntos. Se hacen generalmente en la construcción de bocadillometal y materiales compuestos. Algunos motores usan juntas de culata líquidos.Colector de admisiónSistema de tuberías que suministra el aire que entra a los cilindros, por lo generalde fundición de metal, plástico o material compuesto. En la mayoría de los motores SI, el combustible esañadido al aire en el sistema colector de admisión, ya sea por los inyectores de combustible o con unacarburador. Algunos colectores de admisión se calientan para mejorar la evaporación del combustible.El tubo individual a un solo cilindro se llama un corredor.Rodamiento principalLos cojinetes conectados al bloque de motor en el que el cigüeñalgira. El número máximo de cojinetes principales sería igual al númerode pistones más uno, o uno entre cada conjunto de pistones más los dos extremos. Enalgunos motores menos potentes, el número de los cojinetes principales es inferior a estemáxima.Colector de aceiteDepósito de petróleo normalmente atornillado a la parte inferior del bloque del motor, lo que representaparte del cárter. Hechos como el cárter de aceite para la mayoría de los motores.Bomba de aceiteBomba utiliza para distribuir el aceite del cárter de aceite para la lubricación necesariapuntos. La bomba de aceite puede ser accionado eléctricamente, pero es más comúnmente meca-camente accionado por el motor. Algunos motores pequeños no tienen una bomba de aceite yestán lubricados por la distribución de bienvenida.Cárter de aceiteDepósito para el sistema de aceite del motor, comúnmente parte de lacárter. Algunos motores (aviones) tienen un depósito cerrado separada llamadacárter seco.PistónLa masa de forma cilíndrica, que se mueve alternativamente hacia atrás y adelante en el cilindro

der, la transmisión de las fuerzas de presión en la cámara de combustión a la rotacióncigüeñal. La parte superior del pistón se denomina corona y los lados se llamanla falda. La cara de la corona constituye una de las paredes de la cámara de combustióny puede ser una superficie plana o altamente contorneada. Algunos pistones contienen unatazón de sangría en la corona, que representa un gran porcentaje de la liquidaciónvolumen. Pistons están hechos de hierro fundido, acero o aluminio. Hierro y acero Pis-toneladas pueden tener esquinas más agudas debido a su mayor resistencia. También tienenbaja expansión térmica, lo que permite tolerancias más estrechas y menos grietavolumen. Pistones de aluminio son más ligeras y tienen inercia menos masa. A vecesmateriales sintéticos o compuestos se utilizan para el cuerpo del pistón, con solamentela corona hecha de metal. Algunos pistones tienen un revestimiento cerámico en la cara.Anillos de pistónAnillos de metal que encajan en ranuras circunferenciales alrededor del pistón yformar una superficie deslizante contra las paredes del cilindro. Cerca de la parte superior del pistón están

Página 37Sec. 15EngineComponents23por lo general dos o más anillos de compresión hechas de cromo duro altamente pulidode acero. El propósito de estos es para formar un sello entre el pistón y el cilindroparedes y para restringir los gases de alta presión en la cámara de combustión defuga pasado el pistón en el cárter (blowby). Por debajo de la compresiónanillos en el pistón es al menos un anillo de aceite, lo que ayuda a lubricar el cilindroparedes der y raspaduras el exceso de grasa para reducir el consumo de petróleo.Varillas de empujeConexión mecánica entre el árbol de levas y válvulas de válvulas a la cabezamotores con el árbol de levas en el cárter. Muchas barras de empuje tienen conductos de aceitea través de su longitud como parte de un sistema de lubricación a presión.

RadiadorIntercambiador de calor líquido-aire de la construcción de nido de abeja utiliza para eliminarel calor del refrigerante del motor después de que el motor se ha enfriado. El radiador esmontado generalmente en frente del motor en el flujo de aire como el automóvilse mueve hacia adelante. Un ventilador accionado por el motor se utiliza a menudo para aumentar el flujo de aire a travésel radiador.BujíaDispositivo eléctrico utilizado para iniciar la combustión en un motor SI por creat-ing una descarga de alto voltaje a través de una separación de los electrodos. Las bujías son por lo generalhecho de metal rodeado de aislamiento cerámico. Algunas bujías modernashan incorporado sensores de presión que abastecen a una de las entradas en el motorcontrol.Velocidad de control de crucerocontrolSistema de control eléctrico-mecánico automático quemantiene el automóvil que funciona a una velocidad constante mediante el control de motorvelocidad.Motor de arranqueVarios métodos se utilizan para iniciar motores de combustión interna. La mayoría se iniciaron mediante el uso de unmotor eléctrico (de arranque) orientado al volante del motor. La energía se suministra desdeuna batería eléctrica.En algunos motores muy grandes, como los encontrados en los tractores grandes y con-equipos de construcción, arrancadores eléctricos tienen un poder insuficiente y pequeña ICLos motores se utilizan como titulares de los grandes motores de combustión interna. En primer lugar el motor pequeño escomenzó con el motor eléctrico normal y entonces el pequeño motor de engranajes se acoplación en el volante del motor grande, convirtiéndolo hasta que arranque el motor grande.Motores de aviación temprana a menudo se empezaron a mano girar la hélice,

que también sirvió como el volante del motor. Muchos pequeños motores de cortadoras de céspedy equipo similar se inició la mano tirando de una cuerda enrollada alrededor de unpolea conectada al cigüeñal.El aire comprimido se utiliza para iniciar algunos motores grandes. Liberación Cilindroválvulas se abren, lo que mantiene la presión de compresión creciente en elgolpes Sión. El aire comprimido se introduce a continuación en los cilindros, los cualeshace girar el motor en una marcha libre de modo. Cuando la inercia de rotación es esta-cado, las válvulas de escape están cerradas y el motor se dispara.

Página 3824IntroducciónCap. 1HISTÓRICO-STArtersLos primeros motores de automóviles se iniciaron con la mano que da cuerdaconectado con el cigüeñal del motor. Esta fue una difícil y peli-proceso groso, a veces resulta en dedos rotos y los brazos cuando elmotor dispararía y encaje backthe manivela. Los primeros arranques eléctricosaparecido en los automóviles 1912Cadillac, inventado por C. Kettering, quienfue motivado cuando su amigo fue asesinado en el proceso de arranque manoun automóvil [45].SuperchargerCompresor mecánico apagado del cigüeñal, que sirve para com-presione aire de entrada del motor.ThrottleVálvula de mariposa montada en el extremo aguas arriba del sistema de admisión, utilizadopara controlar la cantidad de flujo de aire en un motor SI. Algunos pequeños motores ymotores de velocidad constante estacionarios tienen ningún acelerador.TurbocompresorTurbina-compresor usado para comprimir el aire que entra en el motor.La turbina es impulsado por el flujo de escape del motor y por lo tanto se toma muypoco trabajo útil del motor.

Válvulas utilizadas para permitir el flujo dentro y fuera del cilindro en el momento adecuado en elciclo. La mayoría de los motores utilizan válvulas de asiento, que están cargados por resorte de cierre yempujado abierta por la acción del árbol de levas (Fig. 1-12). Las válvulas están hechas principalmente de forjadode acero. Superficies contra el que cerrar las válvulas se llaman asientos de válvula y están hechas deendurecido de acero o cerámica. válvulas rotativas y válvulas de manguito se utilizan a veces,pero son mucho menos comunes. Muchos motores de ciclo de dos tiempos tienen puertos (slots) enel lado de las paredes del cilindro en lugar de válvulas mecánicas.Camisa de aguaSistema de pasajes de flujo de líquido que rodean a los cilindros, por lo generalconstruido como parte del bloque del motor y la cabeza. Los flujos de refrigerante del motora través de la camisa de agua y mantiene las paredes del cilindro de sobrecalentamiento. Losrefrigerante es por lo general una mezcla de glicol de etileno-agua.Bomba Bomba de agua utilizada para hacer circular el refrigerante del motor a través del motor y radiacióntor. Por lo general, se ejecuta mecánicamente fuera del motor.Wrist pin pasador de sujeción la barra de conexión al pistón (también llamado el pasador de pistón).16CICLOS motor básicoLa mayoría de los motores de combustión interna, tanto de encendido por chispa y de encendido por compresión,operar ya sea en un ciclo de cuatro tiempos o un ciclo de dos tiempos. Estos ciclos básicos sonbastante estándar para todos los motores, con variaciones solamente leves se encuentran en diseños individuales

Página 39Sec. 16Ciclos de motor básico25De cuatro tiemposSI ciclo del motor (Fig. 1-16)1. Primera carrera: carrera de admisión o de inducción

El pistón se desplaza desde TDC aBDC con la válvula de escape abierta y la válvula de admisión cerrada. Esto crea una crecientevolumen en la cámara de combustión, que a su vez crea un vacío. La resultantediferencial de presión a través del sistema de admisión de la presión atmosférica en elexterior para el vacío en el interior hace que el aire sea empujado dentro del cilindro. Como laEl aire pasa a través del sistema de admisión, se añade combustible a la misma en la cantidad deseada porlos medios de inyectores de combustible o un carburador.2. Segunda carrera: carrera de compresión Cuando el pistón alcanza BDC, elválvula de admisión se cierra y el pistón se desplaza de nuevo a TDC con todas las válvulas cerradas. Estacomprime la mezcla de aire-combustible, aumentando tanto la presión y la temperatura en elcilindro. El tiempo finito necesario para cerrar la válvula de admisión significa que com- realcompresión no se inicia hasta que en algún ABDC. Cerca del final de la compresiónaccidente cerebrovascular, la bujía se dispara y la combustión se inicia.3. La combustiónLa combustión de la mezcla aire-combustible se produce en un tiempo muy corto, perolongitud finita de tiempo con el pistón cerca del TDC (es decir, casi a volumen constante com-combustión). Se inicia cerca del final de la carrera de compresión ligeramente BTDC y duraen la carrera de potencia ligeramente ATDC. La combustión cambia la composición de lamezcla de gas a la de los productos de escape y aumenta la temperatura en el cilindroder a un valor muy alto pico. Esto, a su vez, eleva la presión en el cilindro a unamuy alto valor de pico.4. Tercera carrera: carrera de expansión o Power Stroke Con todas las válvulas de cierre,la alta presión creado por el proceso de combustión empuja el pistón lejos deTDC. Este es el accidente cerebrovascular que produce la salida de trabajo del ciclo del motor. Como larecorridos de pistón de TDC a BDC, volumen del cilindro se incrementa, causando presión y

la temperatura baje.5. escape PurgaA última hora de la carrera de trabajo, se abre la válvula de escapey purga de escape se produce. La presión y la temperatura en el cilindro son todavíaalta en relación con el entorno en este punto, y se crea un diferencial de presióna través del sistema de escape, que está abierto a la presión atmosférica. Esta presióndiferencial provoca gran parte del gas de escape caliente para ser empujado fuera del cilindro ya través del sistema de escape cuando el pistón está cerca de BDC. Este gas de escape llevade distancia una alta cantidad de entalpía, lo que reduce la eficiencia térmica del ciclo. Aperturala válvula de escape antes del PMI reduce el trabajo obtenido durante la carrera de trabajopero se requiere debido al tiempo finito necesario para la purga de escape.6. Cuarta Carrera: carrera de escapeEn el momento en que el pistón alcanza BDC,purga de escape es completa, pero el cilindro está todavía lleno de gases de escape apresión aproximadamente atmosférica. Con la válvula de escape que queda abierta, elpistón ahora viaja de BDC al TDC en la carrera de escape. Esto empuja la mayor parte de larestante gases de escape fuera del cilindro en el sistema de escape a aproximadamente atmós-presión at-, dejando sólo que atrapado en el volumen de holgura cuando el pistónalcanza el TDC. Cerca del final de la carrera de escape BTDC, la válvula de admisión empieza a

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Página 41Sec. 16Ciclos BasicEngine27abrir, de manera que es totalmente abierta a TDC cuando la nueva carrera de admisión se inicia la siguienteciclo. Cerca de TDC la válvula de escape empieza a cerrar y, finalmente, está totalmente cerrada en algún momento

ATDC. Este periodo en el que tanto la válvula de admisión y la válvula de escape están abiertas se llamala superposición de válvulas.De cuatro tiemposCI Cycle Engine1. Primera carrera: carrera de admisión La misma que la carrera de admisión en un motor SIcon una diferencia importante: no se añade combustible al aire entrante.2. Segunda carrera: carrera de compresión Al igual que en un motor SI excepciónque sólo el aire se comprime y la compresión es a presiones más altas y la temperatura.Al final de la carrera de compresión del combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión,donde se mezcla con el aire muy caliente. Esto hace que el combustible se evapore y la auto-ignite,provocando la combustión empezar.3. La combustiónLa combustión está completamente desarrollado por TDC y continúa enpresión sobre constante hasta que se haya completado la inyección de combustible y el pistón ha empezadohacia BDC.4. Tercera Carrera: Power StrokeLa carrera de trabajo continúa como la combustiónfinaliza y el pistón se desplaza hacia BDC.5. escape PurgaIgual que con un motor de SI.6. Cuarta Carrera: Escape Stroke Igual que con un motor SI.De dos tiemposSI ciclo del motor (Fig. 1-17)1. CombustiónCon el pistón en el PMS de combustión se produce muy rápidamente, el perchadoing la temperatura y la presión a valores de pico, casi a volumen constante.2. Primera carrera: carrera de expansión o Power Stroke muy alta presión creaciónlización creada por el proceso de combustión fuerza al pistón hacia abajo en la carrera de trabajo. Losla expansión de volumen de la cámara de combustión hace que la presión y la temperatura paradisminuir a medida que el pistón se desplaza hacia BDC.

3. escape PurgaA eso de las 75 ° BBDC, la válvula de escape se abre ypurga se produce. La válvula de escape puede ser una válvula de resorte en la culata, opuede ser una ranura en el lado del cilindro que está al descubierto cuando el pistónse acerca BDC. Después de la purga del cilindro permanece lleno de gas de escape enmenor presión.4. Admisión y Scavenging Cuando purga es casi completa, a unos 50 °BBDC, la ranura de admisión en el lado del cilindro está descubierto y aire-combustible ingestaentra bajo presión. El combustible se añade a la del aire, ya sea con un carburador o inyección de combustibleción. Esta mezcla entrante empuja gran parte de los gases de escape que quedan fuera delválvula de escape abierta y llena el cilindro con una mezcla combustible de aire-combustible, unproceso llamado de barrido. El pistón pasa BDC y muy rápidamente cubre elorificio de admisión y luego el puerto de escape (o la válvula de escape se cierra). La presión más alta

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Página 43Sec. 16Ciclos BasicEngine29Seguro a la que el aire entra en el cilindro se establece en una de dos maneras. Ampliación de dosmotores de ciclo de brazada generalmente tienen un compresor, mientras que los pequeños motores de admisiónel aire a través del cárter. En estos motores el cárter está diseñado para servir comoun compresor además de servir a su función normal.5. Segunda carrera: carrera de compresión Con todas las válvulas (o puertos) cerrado, elpistón se desplaza hacia TDC y comprime la mezcla de aire-combustible a una presión mayorSeguro y temperatura. Cerca del final de la carrera de compresión, la bujía estádespedido; en el momento en que el pistón llega a IDC, la combustión se produce y el siguiente motor

comienza ciclo.De dos tiempos de ciclo IC del motorEl ciclo de dos tiempos para un motor de CI es similar a la del motor SI, a excepción dedos cambios. No se añade combustible al aire entrante, por lo que la compresión se lleva a cabo en el airesolamente. En lugar de una bujía de encendido, un inyector de combustible se encuentra en el cilindro. Cerca del finalFigura 1-18 1996 de General Motors L67 3800 Serie II de encendido por chispa, de cuatro tiemposciclo, válvulas a la cabeza, 3,8 litros, motor V6. Este motor sobrealimentado tiene dos válvulaspor cilindro y tiene potencia y torque de 240 CV (179 kW) a 5.200 rpm y280 lbf-pie (380 Nm) a 3600 rpm. Derechos de autor de General Motors Corp., que se utiliza conpermiso.

Página 44Figura 1-19 Ford 3,0 litros V6 de Vulcan, de encendido por chispa, el motor de cuatro tiempos. Estaera el motor estándar de los automóviles 1996Ford Taurus y Mercury Sable. Ellotiene una potencia de 108 kW a 5.250 rpm y desarrolla 230 Nm de par a 3.250 rpm.Cortesía de Ford Motor Company.de la carrera de compresión, el combustible se inyecta en el aire comprimido caliente y combustiónción se inicia por auto-ignición.'EMISIONES DE LOS MOTORES -7 y la contaminación atmosféricaLos gases de escape de los automóviles es uno de los principales contribuyentes a la atmósfera del mundo ticaproblema lución. La investigación y el desarrollo reciente ha realizado importantes reducciones enemisiones de los motores, sino una población creciente y un mayor número de automóvilessignifica que existirá el problema durante muchos años por venir.Durante la primera mitad de la década de 1900, las emisiones de automóviles no fueron reconocidos comoun problema, principalmente debido al menor número de vehículos. Como el número de automociónbilis creció junto con más centrales eléctricas, hornos de hogar, y la población en general,

la contaminación del aire se convirtió en un problema cada vez mayor. Durante la década de 1940, el problema erapor primera vez en el área de Los Angeles debido a la alta densidad de personas y automociónBiles, así como las condiciones climáticas únicas. Por la década de 1970, la contaminación del aire erareconocido como un problema importante en la mayoría de ciudades de los Estados Unidos, así como en muchasgrandes zonas urbanas de todo el mundo.Se aprobaron leyes en los Estados Unidos y en otros países industrializadosque limitar la cantidad de diversas emisiones de escape que se permiten. Esto puso unimportante restricción en el desarrollo de motores de automóviles durante los años 1980 y 1990.

Página 45Figura 1 · 20 de General Motors NorthstarVBmotor utilizado en 1995 Cadillac automociónbilis. Este ciclo de cuatro tiempos, de encendido por chispa, 32 válvulas, doble árbol de levas del motortiene un desplazamiento de 4.6 L y la inyección de combustible de puerto multipunto. Si el sistema de refrigeración deeste motor tiene una fuga, el automóvil puede ser conducido a una velocidad moderada durante un máximo decincuenta millas sin fluido refrigerante, sin daños en el motor. Derechos de Autor generalMotors Corp., utilizada con permiso.Aunque las emisiones nocivas producidas por los motores se han reducido en más del 90%desde la década de 1940, son stili un grave problema ambiental.Cuatro grandes emisiones producidas por motores de combustión interna son hidrocarburosbons (He), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx) y partículas sólidas.Los hidrocarburos son moléculas de combustible que no se queman y menor nonequilibri-partículas um de combustible parcialmente quemado. El monóxido de carbono se produce cuando no es suficienteel oxígeno está presente para reaccionar completamente todo el carbono a CO2

o la mezcla de aire-combustible cuando incompletosse produce debido al tiempo de ciclo del motor muy corto. Los óxidos de nitrógeno son creados en unmotor cuando las altas temperaturas de combustión causan algún normalmente estables N2a diso-CIATE en monoatómico nitrógeno N, que luego se combina con la reacción de oxígeno. Sólidolas partículas se forman en los motores de encendido por compresión y se ven como el humo negroen el escape de estos motores. Otras emisiones se encuentran en los gases de escape de los motoresincluyen aldehídos, azufre, plomo y fósforo.Dos métodos se utilizan para reducir las emisiones del motor dañinas. Una de ellas esmejorar la tecnología de motores y combustibles de manera que se produce una mejor combustión ymenos emisiones se generan. El segundo método es de postratamiento de los gases de escapegases. Esto se hace mediante el uso de convertidores térmicos o los convertidores catalíticos que promuevenreacciones químicas en el flujo de escape. Estas reacciones químicas convierten la harm-emisiones ful a CO aceptable2,H20,y N2 •En el capítulo 2, se introducirán métodos de clasificación de las emisiones. Capítulo 9emisiones de estudios y métodos de tratamiento posterior en detalle.

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Página 47Cap. 1Problemas33PROBLEMAS

01.01. Lista cinco diferencias entre los motores SI y los motores de encendido.1-2. Un motor de ciclo alcalde de cuatro tiempos no puede tener una carga de presión (compresor, turbinasbocharger) en el sistema de admisión. ¿Por qué tiene un motor de ciclo de dos tiempos siempre tienen unimpulso de presión de admisión?03.01. Enumere dos ventajas de un motor de dos tiempos en un motor de ciclo de cuatro tiempos. Listados ventajas de un motor de ciclo de cuatro tiempos en un motor de ciclo de dos tiempos.1-4. (a) ¿Por qué la mayoría operan muy pequeños motores en un ciclo de dos tiempos? (b) ¿Por qué más hacermuy grandes motores operan en un ciclo de dos tiempos? (c) ¿Por qué la mayoría de los motores de los automóvilesoperar en un ciclo de cuatro tiempos? (d) ¿Por qué sería deseable operar automóvilmotores en un ciclo de dos tiempos?15. Un motor atmosférica vertical, de un solo cilindro con un diámetro 1,2 m y un pistón de 2700 kgmasa se utiliza para levantar un peso. Presión en el cilindro después de la combustión y enfriamiento es 22kPa, mientras que la presión ambiente es de 98 kPa. Supongamos movimiento del pistón es sin fricción.El resultado:(a) Masa que puede ser levantada si el vacío es en la parte superior del cilindro yel pistón se mueve hacia arriba. [kg](b) Masa que puede ser levantada si el vacío es en la parte inferior del cilindroy el pistón se mueve hacia abajo. [kg]16. Un motor atmosférico temprana tiene un solo cilindro horizontal con un diámetro de 3,2 pies, 9,0 piesderrame cerebral, y sin volumen muerto. Después de una carga de pólvora se pone en marcha en el abiertocilindro, las condiciones en el cilindro son la presión ambiente y una temperatura de540 ° F. El pistón está ahora bloqueado en posición y el extremo del cilindro está cerrado. Despuésenfriamiento a temperatura ambiente, el pistón está desbloqueado y se deja mover. Loscarrera de potencia es a temperatura constante y dura hasta que se obtiene un equilibrio de presión.

Suponga que el gas en el cilindro es aire y el movimiento del pistón es sin fricción. Condiciones ambientalesnes son 700P y 14,7 psia.El resultado:(a) Posible fuerza de elevación al inicio de la carrera de trabajo. [libra £](b) Duración de la carrera de trabajo efectivo. [ft](c) el volumen del cilindro al final de la carrera de trabajo. [m3]1.7. Dos motores de automóviles tienen el mismo volumen de desplazamiento total y el mismo totalpotencia producida dentro de los cilindros.Enumerar las posibles ventajas de: (a) Un V6 más de un seis en línea.(b) A lo largo de un V8 V6.(c) A lo largo de un V6 V8.(d) Un opuso cuatro cilindros más de un cuatro partidos seguidos.(e) en la línea de seis más de una en línea de cuatro.1-8. Un niño de nueve cilindros, de cuatro tiempos, motor SI radial funciona a 900 RPM.El resultado:(a) ¿Con qué frecuencia se produce la ignición, en grados de rotación del motor.(b) ¿Cuántos poder golpes por revolución.(c) ¿Cuántas carreras de potencia por segundo.

Página 4834IntroducciónCap. 1DISEÑOPROBLEMAS1-10.Diseño de un motor atmosférico de un solo cilindro capaz de levantar una masa de 1000 kg a unaaltura de tres metros. Asumir los valores razonables de temperatura del cilindro y presiónSeguro después de la combustión. Decida qué dirección se moverá el cilindro, y dar ladiámetro, distancia de recorrido del pistón, la masa del pistón, el material del pistón, y el volumen de liquidación. Darun boceto de la articulación mecánica para levantar la masa.1.20.

Diseñar un motor de combustible alternativo que se utilizará en un camión grande mediante la designación de todos los motoresclasificaciones utilizadas en la Sección 3.1.1-30.Diseño de un ciclo de cuatro tiempos para un motor SI utilizando compresión cárter. Dibujaresquemas de los seis procesos básicos: admisión, compresión, combustión, expansión,purga y escape. Describa completamente la entrada de aire, combustible y aceite.

Página 49Este capítulo examina las características de operación de composición interna de vaivénmotores de combustión. Estos incluyen los parámetros de salida mecánicas de trabajo, esfuerzo de torsión,y el poder; los requisitos de entrada de aire, combustible, y la combustión; eficiencia; ymedición de las emisiones de escape del motor.PARÁMETROS DEL MOTOR 2- 'Para un motor con agujero B (véase Fig. 2-1), Manija compensar una, longitud de carrera S, que gira a unala velocidad del motor deN:S=2a(2-1)Velocidad media del pistón es:Arriba=2SN(2-2)Nis da generalmente en RPM (revoluciones por minuto),Arribaen m / s (ft / sec), yB,a, y S en m o cm (ft o in.).La velocidad media para todos los motores de pistón estará normalmente en el intervalo de 5 a 15m / s (15 a 50 pies / seg), con grandes motores diesel en la gama baja y alta ren-

motores de automóviles Mance en el extremo superior. Hay dos razones por qué los motores35

Página 50operar en este intervalo. En primer lugar, se trata del límite de seguridad que puede ser tolerado porla resistencia del material de los componentes del motor. Para cada revolución del motor, cadapistón es dos veces acelera desde la parada a una velocidad máxima y de nuevo a parar. En unala velocidad del motor típico de 3.000 RPM, cada revolución tiene una duración de 0.02 segundos (0.005 segundos a 12.000RPM). Si los motores de funcionar a velocidades más altas, no habría un peligro de materialfracaso en los pistones y las bielas medida que el pistón se acelera y desaceleraated durante cada carrera. A partir de la Ec. (2-2) se puede ver que este rango aceptable develocidades de pistón coloca una gama de velocidades del motor aceptables también, dependiendo del motortamaño. Hay una fuerte correlación inversa entre el tamaño del motor y la velocidad de funcionamiento.Muy grandes motores con diámetros del orden de 0,5 m (1,6 pies) por lo general operan enla gama de 200 a 4OO-RPM, mientras que los motores muy pequeños (modelo de avión) conorificios del orden de 1 cm (0,4 in.) operar a velocidades de 12.000 RPM y superior.Tabla 2-1 da los valores representativos de velocidades del motor y otras variables que operande distintos tamaños motores. Motores de automóvil suelen operar en un rango de velocidad de500 a 5.000 rpm, con crucero a aproximadamente 2000 RPM. Bajo ciertas condiciones de usomateriales y diseño especiales, motores experimentales de alto rendimiento han sidooperada con pistón promedio una velocidad de hasta 25 m / seg.La segunda razón por la máxima velocidad media del pistón es limitada es debidoel flujo de gas dentro y fuera de los cilindros. Velocidad del émbolo determina la instantánea

tasa de aire-combustible fluya en el cilindro durante la admisión y el escape de flujo del cilindroder durante la carrera de escape. Velocidades de pistón más altas requeriría válvulas más grandes a

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Página 54Para un volumen de desplazamiento dado, una carrera más larga permite un agujero más pequeño(bajo cuadrado), que resulta en menos superficie en la cámara de combustión y pondientepondientemente menor pérdida de calor. Esto aumenta la eficiencia térmica de combustión dentro de lacámara. Sin embargo, los resultados de trazo más largos en una mayor velocidad de pistón y fricción más altosción pérdidas que reducen la potencia de salida que se puede obtener del cigüeñal. Sila carrera se acorta, el orificio debe incrementarse y el motor será de más decuadrado. Esto disminuye las pérdidas por fricción, pero aumenta las pérdidas de transferencia de calor. Más modernamotores de automóviles son cerca de la plaza, con un poco de un poco más de la plaza y algunasligeramente por debajo de la plaza. Este es dictada por compromisos de diseño y de la técnicafilosofía del fabricante. Muy grandes motores tienen carreras largas con stroke-proporciones tan altas como 4-a aburrir: 1.Volumen mínimo cilindro se produce cuando el pistón está en TDC y se llama lavolumen de holgura Vc ·

Página 55La relación de compresión de un motor se define como:re=VBDC / VTDC=(V

e+Vd) / Ve(2-12)Moderno de encendido por chispa (SL) motores tienen relaciones de compresión de 8 a 11, mientras queencendido por compresión (Cl) motores tienen relaciones de compresión en el rango de 12 a 24.Los motores con compresores o turbocompresores suelen tener relaciones de compresión más bajosque los motores de aspiración natural. Debido a las limitaciones en los materiales del motor, tecno-logía, y la calidad del combustible, primeros motores tenían relaciones de compresión bajas, del ordende 2 a 3. La Figura 2.5 muestra cómo los valores de re aumentaron con el tiempo para el rango 8-11utilizado en motores de automóviles de encendido por chispa modernos. Este límite se impone de 8 a 11principalmente por las propiedades del combustible de gasolina (véase la Sección 4.4) y las limitaciones de fuerza permitidosen motores de alta velocidad más pequeñas.Varios intentos se han hecho para desarrollar motores con una composición variable derelación de compresión. Uno de estos sistemas utiliza un pistón de división que se expande debido al cambio depresión hidráulica causada por la velocidad del motor y la carga. Algunos motores de ciclo de dos tiemposse han construido las cuales con una válvula de tipo manguito que cambia la abertura de la ranura en ellumbrera de escape. La posición en la que el orificio de escape está completamente cerrada se puede ajustarvarios grados de rotación del motor. Esto cambia la relación de compresión efectiva deel motor.

Página 56Figura 2.5 Promedio Relación de compresión del automóvil encendido por chispa de Américalos motores en función de años. Durante los primeros cuarenta años relaciones de compresión lentamente

aumentó de 2.5 a 4.5, limitada principalmente por bajos números de octano del disponiblescombustibles. En 1923TEL se introdujo como un aditivo de combustible y esto fue seguido por una rápidaaumento de ratios de compresión. No hay automóviles fueron fabricados durante 1942-1945, cuando la producción se convirtió en vehículos de guerra durante la Segunda Guerra Mundial. Una rápidaaumento de los ratios de compresión se produjo durante la década de 1950 cuando los coches del músculo se convirtieron emergenteular. Durante el TEL 1970 fue eliminado como un aditivo para el combustible, las leyes de contaminación eranpromulgada, y la gasolina se convirtió caro debido a un embargo de petróleo impuesto por un poco de aceitelos países productores. Estos dieron lugar a relaciones de compresión más bajas durante este tiempo. Enla tecnología de 1980 y combustibles 19908better y la cámara de combustión está permitiendomayores relaciones de compresión. Adaptado de [5].

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Página 60Figura 2-7 1996 de General Motors motor de encendido por chispa V6 Vortec 4300 L35. Losmotor tiene inyección de combustible multipunto puerto y válvulas en cabeza con una cilindrada de4.3 L (262 in.3),diámetro de 10.160 cm (4,00 pulg.) y carrera de 8.839 cm (3,48 pulg.). De Autorderecho de General Motors Corp., que se utiliza con permiso.Si P representa la presión dentro de la cámara de combustión del cilindro, entonces la ecuación.(2-22) y las áreas mostradas en la fig. 2-9 hacerle el trabajo dentro de la cámara de combustión.Se llamael trabajo indicado.El trabajo entregado por el cigüeñal es menor que la indicada

trabajar debido a la fricción mecánica y cargas parasitarias del motor. Cargas parasitariasincluir la bomba de aceite, compresor, compresor del aire acondicionado, el alternador, etc.Trabajo real disponible en el cigüeñal se llamatrabajo de frenos wb 'Unidades de concretotrabajo será kJ / kg o BTU / lbm.wb=Wi -wt(2-23)dónde:Wi =trabajo específico indicado generada dentro de la cámara de combustiónen peso=trabajo específico pierde debido a la fricción y parasitarias cargasEl bucle superior del ciclo del motor en la fig. 2-9 consiste en la compresión ycarreras de trabajo donde se genera el trabajo de salida y se denomina brutotrabajo indicada(áreas A y C en la Fig. 2-9). El bucle inferior, que incluye la admisión y escape

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Página 62la disminución de la velocidad del motor a cero en condiciones de ralentí, cuando hay trabajo se lo llevan fuera delcigüeñal.Se debe tener cuidado cuando se utilizan los términos "trabajo bruto" y "trabajo neto".Enun poco de literatura más antigua y libros de texto, el trabajo neto (o potencia neta) significó la salida de unmotor con todos los componentes, mientras que el trabajo bruto (o el poder bruto) significó la salida delel motor con ventilador y sistema de escape eliminado.

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Página 65Sec. 2.4Par y la potencia51En estas ecuaciones, BMEP y el freno de trabajo Wbse utilizan porque el par esmedido del cigüeñal de salida.Muchos motores de automóviles modernos tienen un par máximo en el 200 y 300Gama Nm a velocidades de motor por lo general alrededor de 4.000 a 6.000 rpm. El punto de maxi-par mamá se llama velocidad de par de frenado máximo (MBT). Un objetivo importante en eldiseño de un motor de automóvil moderno esaplanarla curva de par-contra-velocidadse muestra en la Fig. 2.11, y tienen un alto par a alta y baja velocidad. Los motores de encendidogeneralmente tienen un mayor par motor que los motores SI. Motores grandes a menudo tienen muy altavalores de par con MBT a una velocidad relativamente baja.La potencia se define como la tasa de trabajo del motor. Si n=número de revoluciónciones por ciclo, y N=la velocidad del motor, entonces:

Página 66La potencia del motor puede variar desde unos pocos vatios en pequeños motores de aeromodelismo amiles de kW por cilindro en grandes múltiples cilindros motores estacionarios y de la nave.Hay un gran mercado comercial para motores en el 1,5 a 5 kW (7/2 HP) Rangode cortadoras de césped, sierras de cadena, quitanieves, etc. Poder para motores fuera de borda(motores) para pequeñas embarcaciones típicamente varía de 2 a 40 kW (de 3-50 hp), con mucho

los más grandes disponibles. Motores de automóviles modernos van mayormente 40-220 kW(50 a 300 hp). Es interesante observar que un automóvil de tamaño mediano aerodinámico modernosólo requiere alrededor de 5 a 6 kW (7.8 hp) a velocidad de crucero de 55 mph en la carretera de nivel.Tanto par y la potencia son funciones de la velocidad del motor. A baja velocidad, el paraumenta a medida que aumenta la velocidad del motor. Como la velocidad del motor aumenta aún más, el paralcanza un máximo y luego disminuye como se muestra en las Figs. 2-8 y 2-11. Torquedisminuye porque el motor es incapaz de ingerir una carga completa de aire a velocidades más altas.Aumenta la potencia indicada con velocidad, mientras que aumenta la potencia de frenado a un máximoy luego disminuye a velocidades más altas. Esto es debido a las pérdidas por fricción aumentan convelocidad y llegar a ser el factor dominante a velocidades muy altas. Para muchos automóvilesmotores, la potencia máxima de frenado se produce en alrededor de 6000 a 7000 RPM, cerca de uno y unaveces mitad de la velocidad de par máximo.Mayor potencia puede ser generado por el aumento de los desplazamientos, mep, y / ovelocidad. Aumento de desplazamiento aumenta la masa del motor y ocupa espacio, tanto deque son contrarias a las tendencias de diseño de automóviles. Por esta razón, más modernaLos motores son más pequeños, pero funcionan a velocidades más altas, y son a menudo turbo o super-con cargo a aumentar mep.Otras formas que a veces se utilizan para clasificar los motores se muestran en las Ecs.(2-51) - (2-54).potencia específicaSP=Wb /Ap

(2-51)producción por desplazamientoOPD=Wb / Vd(2-52)

Página 67Sec. 2-5Dinamómetros53volumen específicoSV=Vd /Wb(2-53)peso específicoSO=(motor de peso) / Wb(2-54)donde: Wb=la fuerza de frenadoAp=pistón área de la cara de todos los pistonesVd=volumen de desplazamientoEstos parámetros son importantes para los motores utilizados en los vehículos de transportetales como barcos, automóviles y aviones, especialmente en mantener el peso a una minería

imo es necesario. Para grandes motores estacionarios, el peso no es tan importante.Motores de automóviles modernos tienen generalmente potencia de frenado por desplazamientoMent en el intervalo de 40 a 80 kW / L. El Honda ocho válvulas por cilindroV4motor de la motocicleta genera alrededor de 130 kW / L, un ejemplo extremo de un alto ren-motor de carreras miento [22]. Una razón principal para el desarrollo continuo de volver ade dos tiempos motores de automóviles ciclo es que tienen hasta un 40% mayor salida de potenciapuesto por unidad de peso.HISTÓRICO Y OCHO-VALVES por cilindroMOTOR DE LA MOTOCICLETAA principios de 1990, Honda produjo una motocicleta de carreras con un V4del motor, de los cuales cada cilindro tiene cuatro válvulas de admisión y de escape de cuatroválvulas. El motor fue desarrollado mediante la modificación de un motor V8 de manera que lamotocicleta podría corrió bajo las reglas que restringen motores cuatro cilindroders. Un cilindro de cuatro válvulas porBloque del motor V8 se modificó mediante la eliminaciónel metal entre cada conjunto de dos cilindros. Pistones especiales fueron construidos paraencajar en los no redondas, cilindros oblongos resultantes. Esto dio como resultado en cadacilindro que tiene ocho válvulas y un pistón con dos bielas usandoun pasador de pistón común.El producto final era una motocicleta muy rápido, muy caro con unabloque de aluminio, 90 ° V4 motor que tiene una cilindrada de 748 cm3.Se pro-producido 96 kW a 14.000 rpm y un par máximo de 71 Nm a 11.600RPM [22, 143].2-5 DINAMOMETROSDinamómetros se utilizan para medir el par y la potencia durante el funcionamiento del motorgamas de velocidad y carga. Lo hacen mediante el uso de diversos métodos para absorber el

la salida de energía del motor, todos los cuales finalmente termina en forma de calor.Algunos dinamómetros absorben la energía en un freno de fricción mecánica (pronyfreno). Estos son los dinamómetros simples pero no son tan flexibles y preciso comootros en los niveles más altos de energía.

Página 6854Características de funcionamientoCap. 2Dinamómetros de fluidos o hidráulicosabsorber la energía del motor en agua o aceite bombeadoa través de orificios o disipada con pérdidas viscosas en una combinación de rotor-estator.Grandes cantidades de energía pueden ser absorbidas de este modo, haciendo de este un atractivotipo de dinamómetro para el más grande de los motores.Eddy dinamómetros actualesutilizar un disco, accionado por el motor se está probando,que gira en un campo magnético de fuerza controlada. Los rotativos actos de disco como un elec-conductor eléc- el corte de las líneas de flujo magnético y la producción de corrientes de Foucault enel disco. Con ningún circuito externo, la energía de las corrientes inducidas se absorbeen el disco.Uno de los mejores tipos de dinamómetros es eldinamómetro eléctrico,cualabsorbe energía con la salida eléctrica de un generador conectado. Además deque tiene una forma precisa de la medición de la energía absorbida, la carga es fácilmente variadacambiando la cantidad de resistencia en el circuito conectado al generadorde salida. Muchos dinamómetros eléctricos también pueden funcionar a la inversa, con el géneroerator utilizado como un motor para accionar (o motor) un motor sin cocer. Esto permite al motorpara hacerse la prueba de pérdidas por fricción mecánica y las pérdidas de bombeo de aire, cantidades que son

difícil de medir en un funcionamiento despedido del motor; véase la Sección 11-2.PROBLEMA EJEMPLO2-2El motor en el Ejemplo Problema 2-1 está conectado a un dinamómetro que da unafreno de lectura par de salida de 205 Nm a 3.600 rpm. A esta velocidad el aire entra en lacilindros a 85 kPa y 60 ° C, y el rendimiento mecánico del motor es 85%.El resultado:

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Página 73Sec. 2-8Eficiencias del motor59utilizar el inverso de esto, con (L / lOO km) siendo una unidad común. Para disminuir la contaminación del aireción y el agotamiento de los combustibles fósiles, se han promulgado leyes que requieren un mejor vehículoel ahorro de combustible. Desde principios de la década de 1970, cuando la mayoría de los automóviles llegaron a menos de 15 millas por galón(15.7 L / lOO km) utilizando gasolina, grandes avances se han hecho en la mejora nomía de combustiblenomía. Muchos automóviles modernos ahora obtienen entre 30 y 40 millas por galón (7,8 y 5,9 L / lOOkm), con algunos pequeños vehículos de hasta 60 millas por galón (3,9 L / lOO km).2-8 EFICIENCIA DEL MOTOREl tiempo disponible para el proceso de combustión de un motor de ciclo es muy breve, yno todas las moléculas de combustible pueden encontrar una molécula de oxígeno con el que combinar, o latemperatura local puede no favorecer a una reacción. En consecuencia, una pequeña fracción de combustible

no reacciona y sale con el flujo de escape. LAeficiencia de la combustiónTJCse definepara tener en cuenta la fracción de combustible que se quema.TJCnormalmente tiene valores en el rango0.95 a 0,98 cuando un motor está funcionando correctamente. Para un ciclo de motor de un solo cilindro ender, el calor adicional es:

Página 742-9 eficiencia volumétricaUno de los procesos más importantes que regula la cantidad de energía y Perfor-miento se puede obtener de un motor es conseguir la máxima cantidad de aire enel cilindro durante cada ciclo. Más aire significa más combustible se puede quemar y mucho másla energía puede ser convertida en potencia de salida. Conseguir el volumen relativamente pequeño decombustible líquido en el cilindro es mucho más fácil que conseguir el gran volumen de gaseosaaire necesario para reaccionar con el combustible. Idealmente, una masa de aire igual a la densidad detiempos de aire atmosférico el volumen de desplazamiento del cilindro debe ser ingeridopara cada ciclo. Sin embargo, debido al tiempo de ciclo corto disponible y el flujo derestricciones presentadas por el filtro de aire, el carburador (si existe), colector de admisión, yválvula de admisión (s), menos de esta cantidad ideal de aire entra en el cilindro.VolumétricaeficienciaSe define como:

Página 75Sec.2-9Eficiencia volumétrica61A veces (menos común) la densidad del aire en las ecuaciones. (2-69) y (2-70) se evalúaen las condiciones en el colector de admisión inmediatamente antes de que entre en el cilindro. Los

condiciones en este punto por lo general será más caliente y con una presión más baja que rodeaing condiciones atmosféricas.Los valores típicos de eficiencia volumétrica para un motor con el acelerador totalmente abierto(WOT) se encuentran en el rango de 75% a 90%, bajando a valores mucho más bajos que el del aceleradorTLE está cerrada. La restricción de flujo de aire en un motor (cerrando el acelerador) es la primarialos medios de control de potencia para un motor de encendido por chispa.PROBLEMA EJEMPLO 2.3El motor en el Ejemplo Problema 2-2is corriendo con una relación aire-combustible AF=15, un combustiblecalefacción valueOf 44,000kJ / kg, y un 97% combustionefficiencyof.El resultado:

Página 762-10 EMISIONESLos cuatro emisiones de escape del motor principales que deben ser controlados son óxidos dede nitrógeno (NOx), monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HE), y las partículas sólidas(parte). Dos métodos comunes de medición de las cantidades de estos contaminantes sonlas emisiones específicas(SE) y laíndice de emisiones(EI). Emisiones específicas normalmente tieneunidades de g / kW-h, mientras que el índice de emisiones tiene unidades de emisiones de fluir por el combustiblefluir.REDUCCIÓN DE RUIDO 2-11Enlos últimos años una gran cantidad de investigación y desarrollo se ha dirigido hacia reducciónción del motor y el ruido de escape. Esto se puede hacer en una de tres maneras: pasiva,semi-activo, o. activa la reducción de ruido se realiza pasivamente correcto diseño

y el uso de materiales adecuados. El uso de costillas y refuerzos, materiales compuestos,

Página 77Sec.2.12Conclusiones-TrabajoEcuaciones63y la construcción sándwich es ahora rutina. Este tipo de construcción reduce el ruidovibraciones en los diversos componentes del motor.Hidráulica se utilizan a menudo en los sistemas de reducción del ruido semiactivos. Un poco demotores están equipados con volantes que tienen pasajes hidráulicos a través del cualflujos de fluidos. En la operación de velocidad constante en reposo y otro, el sistema está diseñado paradarle el volante de la rigidez adecuada para absorber las vibraciones del motor para las frecuencias enesa condición. Cuando se produce la aceleración de los flujos de fluido volante a otros lugares,el cambio de la rigidez global del volante de inercia y lo que es más absorbente a lanueva frecuencia de vibración. Algunos automóviles tienen soportes de motor hidráulicos conectadosing el motor a la carrocería del automóvil. Líquido en estos montes actúa para absorber yamortiguar las vibraciones del motor y aislarlos del compartimiento de pasajeros.Soportes del motor utilizando fluido electrorreológico se están desarrollando lo que permitirámejor amortiguación de las vibraciones en todas las frecuencias. La viscosidad de estos fluidos puede sercambiado por tanto como un factor de 50: 1 con la aplicación de un voltaje externo.El ruido del motor (vibración) es detectada por los acelerómetros que alimentan esta informaciónen el sistema de gestión del motor (EMS). Aquí se analiza la frecuencia, yvoltaje adecuado se aplica a la soportes de motor para amortiguar mejor que la frecuencia [38].El tiempo de respuesta es del orden de 0,005 segundos.

Reducción del ruido activo se logra mediante la generación antirruido para cancelarmotor o el ruido de escape. Esto se realiza mediante la detección del ruido con un receptor, analizandola frecuencia del ruido, y luego generar ruido de igual frecuencia, pero fuera defase con el ruido inicial. Si dos ruidos están en la misma frecuencia pero 1800fuerafase, los frentes de onda se anulan entre sí y el ruido se elimina. Este métodofunciona bien con los motores de velocidad constante y otros equipos rotativos pero sólo esun éxito parcial con motores de automóviles de velocidad variable. Se requiere adicionalequipos electrónicos (receptor, analizador de frecuencia, transmisor) que el utilizado conordenadores normales EMS. Algunos automóviles tienen receptores y transmisoresmontado debajo de los asientos en el habitáculo como el ruido del motor activosistema de reducción. Sistemas similares se utilizan cerca del final del tubo de escape, un importantefuente de ruido relacionado con el motor.La reducción de ruido ha sido tan exitoso que algunos automóviles son ahoraequipado con un interruptor de seguridad en el arranque. Cuando el ralentí, el motor es tan silenciosoque se requiere que el interruptor de seguridad para mantener a los conductores de intentar arrancar el motor cuandoya se está ejecutando.2.12CONCLUSIONES DE TRABAJO ECUACIONESEn este capítulo ecuaciones que relacionan los parámetros de trabajo de funcionamiento del motor tienenhan desarrollado, herramientas que dan por los que estos parámetros pueden utilizarse para el motordiseño y caracterización. Mediante la combinación de las ecuaciones anteriores desde el capítulo, else obtienen las ecuaciones de trabajo adicionales. Estos se dan como en generalecuaciones y ecuaciones como específicos para ser utilizados ya sea con unidades SI o con Inglés

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Página 8066Características de funcionamientoCap. 2El resultado:(la)Tasa de combustible de hidrocarburos sin quemar que es expulsado en el escapesistema. [kg / h](b)Emisiones específicas deÉl.[(g / kW-hr](c)Índice de EmisionesÉl.2-9. Un vehículo de la construcción tiene un motor diesel de ocho cilindros de diámetro 5,375 pulgadas yAccidente cerebrovascular 8,0 pulgadas, operando en un ciclo de cuatro tiempos. Ofrece 152 caballos de fuerza del eje en-1000 RPM, con una eficiencia mecánica de 0,60.El resultado:(la)Desplazamiento total del motor. [pulg3](b)Presión media efectiva. [psia](c)Torque a 1.000 rpm. [lbf-ft](d)Caballos de fuerza indicada.(e) caballos de fuerza de fricción.2-10. A 1500 cm-3,ciclo de cuatro tiempos, motor de encendido de cuatro cilindros, que funciona a 3000 RPM, pro-duces 48 kW de potencia de freno. La eficiencia volumétrica es de 0,92 y la relación aire-combustible AF=21: 1.El resultado:(a) Tasa de flujo de aire en el motor. [kg / ver]

consumo específico de combustible (b) de freno. [/ kW-hr g](c) la tasa de flujo de masa de escape. [kg / h](d) la producción de frenos por el desplazamiento. [kW / L]2-11. Una camioneta tiene un niño de cinco litros, motor V6, SI operando a 2.400 rpm. La compresiónrelación rc=10.2: 1, la eficiencia volumétricaTlv=0.91, y el diámetro y carrera sonrelacionados con un accidente cerebrovascular S=0.92B.El resultado:(a) Longitud de carrera. [em](b) La velocidad media del pistón. [rnlsec]volumen (c) Liquidación de un cilindro. [cm3](d) Aire caudal en el motor. [kg / ver]2-12. Una pequeña monocilíndrico, ciclo del motor de dos tiempos SI funciona a 8.000 rpm con uneficiencia volumétrica deTlv=0.85. El motor es cuadrada (orificio=accidente cerebrovascular) y tiene una dis-colocación de 6.28 em3.La relación aire-combustible FA=0.067.El resultado:(a) La velocidad media del pistón. [m / seg](b) Caudal de aire en el motor. [kg / ver](c) Caudal de combustible en el motor. [kg / ver](d) de entrada de combustible para un ciclo. [kg / ciclo]2-13. Un solo cilindro, cuatro tiempos motor de encendido por ciclo con 12,9 cm de diámetro y 18,0 cm de accidente cerebrovascular,

que opera a 800 RPM, utiliza 0.113 kg de combustible en cuatro minutos, mientras que el desarrollo de un parof76 Nm.El resultado:(a) el consumo de combustible específico del freno. [grnlkW-hr](b) presión media efectiva. [kPa](c) de potencia de freno. [kW](d) de potencia específica. [kW / cm2](e) La producción por el desplazamiento. [kW / L](f)Volumen específico. [L / kW]2-14. A 302-in.3desplazamiento, V8, de cuatro tiempos del motor SI ciclo hidráulico montado en unadinamómetro tiene una potencia de 72 CV a 4.050 rpm. El agua absorbe la energía de salidael motor a medida que fluye a través del dinamómetro a una velocidad de 30 galones por minuto. Losdinamómetro tiene una eficiencia del 93% y el agua entra a una temperatura de 46 ° F.El resultado:(a) temperatura de salida del agua. [DE]

Página 81Cap.2Problemas Diseño67(b)Salida de par del motor en esta condición. [lbf-ft](c)¿Cuál es BMEP en esta condición? [psia]2-15.Un 3.1 litros, cuatro cilindros, motor de dos tiempos SI ciclo está montado sobre una generación eléctricadinamómetro ator. Cuando el motor está funcionando a 1200 RPM, la salida del 220 voltiosGenerador de corriente continua es 54.2 amperios. El generador tiene una eficiencia del 87%.El resultado:

(la)La potencia de salida del motor en kW y CV.(b)De par motor. [Nm](c)¿Cuál es BMEP del motor? [kPa]2-16. Un SI, de seis litros, motor V8 del coche de carreras opera a máxima aceleración en un ciclo de cuatro tiempos en 6000RPM usando nitrometano estequiométrica. Combustible entra en el motor a una velocidad de 0,198 kg / segy la eficiencia de combustión es 99%.El resultado:(la)La eficiencia volumétrica del motor. [%](b)Tasa de flujo de aire en el motor. [kg / s](c)El calor añadido por ciclo por cilindro. [kJ](d)La energía química del combustible sin quemar en el escape. [kW]DISEÑOPROBLEMAS10.2. Del diseño de un motor de coche de carreras de seis litros que funciona en un ciclo de cuatro tiempos. Decida lo que elvelocidad de diseño será, y luego dar el número de cilindros, diámetro interior, accidente cerebrovascular, vástago del pistónlongitud, velocidad media del pistón, IMEP, el par del freno, combustible utilizado, AF, y la potencia de frenado, todo avelocidad de diseño. Todos los valores de los parámetros deben estar dentro de los valores típicos, razonables ydebe ser coherente con los demás valores. Estado lo suposiciones que hacen (por ejemplo,eficiencia mecánica, eficiencia volumétrica, etc.)20.2. Del diseño de un motor de seis caballos de fuerza para un quitanieves. Decidir sobre la velocidad de funcionamiento,número de golpes en el ciclo, carburador o inyectores de combustible, y el desplazamiento total. Darel número de cilindros, diámetro interior, accidente cerebrovascular, longitud de la biela, la velocidad media del pistón,par de frenado, y la potencia de frenado. ¿Qué consideraciones especiales debe hacerse saber

que este motor debe empezar con tiempo muy frío? Todos los valores de los parámetros deben estar dentrovalores típicos, razonables y deben ser coherentes con los otros valores. Estado de todosupuestos que realice.30.2. Diseño de un pequeño motor diesel de cuatro tiempos para producir 50 kW de potencia de frenado envelocidad de diseño cuando se instala en una pequeña camioneta. Velocidad media del pistón no debeexceder de 8 m / s en condiciones de diseño. Dar a la velocidad de diseño, el desplazamiento, el número decilindros, diámetro interior, accidente cerebrovascular, BMEP, y par motor. Todos los valores de los parámetros deben estar dentrovalores típicos, razonables y deben ser coherentes con los otros valores. Estado de todosupuestos que realice.

Página 82Este capítulo estudia los ciclos básicos utilizados en movimiento alternativo de combustión internamotores, tanto de cuatro tiempos y dos tiempos. El más común de cuatro tiempos SI y CIciclos se analizan en detalle utilizando análisis aire-estándar. Ciclos menos utilizadas, incluyendoalgunos histórica, se analizan con menos detalles.CICLOS DE AIRE ESTÁNDAR 3- 'El ciclo experimentado en el cilindro de un motor de combustión interna es muy com-plex. En primer lugar, el aire (motor de encendido) o el aire mezclado con combustible (motor SI) se ingiere y se mezclancon la ligera cantidad de residual de escape restante del ciclo anterior. Estamezcla se comprime y se quema, el cambio de la composición de agotamientoproductos constituidos por gran parte de Coz, Hz 0 y Nz con muchos otros en menor nentenentes. Entonces, después de un proceso de expansión, se abre la válvula de escape y este gasmezcla es expulsado al entorno. Por lo tanto, es un ciclo abierto con el cambio de com-posición, un sistema difícil de analizar. Para hacer el análisis del ciclo de motor muchomás manejable, el ciclo de bienes se aproxima con un ideal

ciclo de aire estándarque difiere de la actual por el siguiente:68

Página 83Sec. 3-1Ciclos Aire estándar691. La mezcla de gas en el cilindro se trata como aire durante todo el ciclo, y Propie-los valores de propie- de aire se utilizan en el análisis. Esta es una buena aproximación durantela primera mitad del ciclo, cuando la mayoría del gas en el cilindro es aire con solamentehasta vapor de combustible alrededor del 7%. Incluso en la segunda mitad del ciclo, cuando el gascomposición es principalmente CO2,H20, y N2,utilizando las propiedades del aire no creagrandes errores en el análisis. Aire será tratado como un gas ideal con constantecalores específicos.2. El ciclo abierto verdadero se cambia en un ciclo cerrado suponiendo que los gasessiendo agotado son alimentados de nuevo en el sistema de admisión. Esto funciona con aire idealesciclos estándar, como los dos gases de admisión y los gases de escape de aire. El cierre de laciclo simplifica el análisis.3. El proceso de combustión se sustituye con un plazo de adición de calorQinde igualvalor energético. Aire sí sola no puede quemar.4. El proceso de escape abierta, que transporta una gran cantidad de entalpía fuera de lasistema, se sustituye por un proceso de rechazo de calor sistema cerradoQoutde igual

valor energético.Procesos S. motor real se aproximan a los procesos ideales.(a) Los trazos de admisión y escape casi constante la presión se supone que sonpresión constante. En WOT, la carrera de admisión se supone que es a una presiónPo de una atmósfera. En parcialmente acelerador cerrado o cuando sobrealimentado,presión de entrada será un valor constante que no sea una atmósfera. Losde escape de presión accidente cerebrovascular se supone constante a una atmósfera.(b) carreras de compresión y trazos de expansión se aproximan mediante isen-procesos trópico. Para ser verdaderamente isentrópico requeriría estos golpes para serreversible y adiabática. Hay una cierta fricción entre el pistón yparedes de los cilindros, pero, debido a que las superficies son muy pulida y lubricada,esta fricción se mantiene a un mínimo y los procesos están cerca de friccióny reversible. Si esto no fuera cierto, los motores de automóviles se desgastanmucho antes de los 150-200 mil millas que ahora duran si adecuadamentemantenido. También hay fricción del fluido debido al movimiento de gas dentro delos cilindros durante estos trazos. Esto también es mínima. La transferencia de calor porictus nadie será despreciable debido al muy corto tiempo implicadopara ese único proceso. Por lo tanto, casi reversible y casi adiabáticaproceso puede ser aproximado con bastante precisión con un proceso isentrópico.(c) El proceso de combustión es idealizado por un proceso a volumen constante (SIciclo), un proceso de presión constante (ciclo de CI), o una combinación de ambos (CICiclo dual).(d) de purga de escape se aproxima mediante un proceso a volumen constante.(e) Todos los procesos se consideran reversible.En los ciclos de aire estándar, el aire es considerado un gas ideal de tal manera que la siguienterelaciones de gases ideales se pueden utilizar:

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Página 85m=

mezcla de todos los gasesPara el análisis termodinámico de los calores específicos de aire pueden ser tratados como funciónciones de temperatura, que son, o pueden ser tratados como constantes, los cualessimplifica los cálculos en una ligera pérdida de precisión.Eneste libro de texto, específica constantese utilizó el análisis de calor. Debido a las altas temperaturas y la temperatura grandegama experimentó durante un ciclo de motor, los calores y la relación de concreto específicascalores k varían por una buena cantidad (ver Tabla AI en el Apéndice). En la baja temperaturatura final de un ciclo durante la ingesta y el inicio de la compresión, un valor de k=1.4 escorrecta. Sin embargo, al final de la combustión la temperatura ha aumentado de tal manera quek=1.3 sería más exacto. Un valor medio constante entre estos dos extremosse encuentra para dar mejores resultados que una condición estándar (25 ° C) de valor, tal como se utiliza a menudoen los libros de texto de primaria termodinámica. Al analizar lo que ocurre dentro demotores durante el flujo de ciclo y de escape operativo, este libro utiliza la siguiente airevalores de la propiedad:

Página 862.3 CICLO OTTOEl ciclo de cuatro tiempos, SI, motor atmosférico en WOT se muestra en la Fig.2-6. Este es el ciclo de la mayoría de los motores de automóviles y otros motores SI de cuatro tiempos.Para el análisis, este ciclo se aproxima por el ciclo de aire estándar se muestra en la Fig. 3-l.Este ciclo de aire estándar ideal se llama un ciclo de Otto, el nombre de uno de los principiosdesarrolladores de este tipo de motor.La carrera de admisión del ciclo Otto comienza con el pistón en el PMS y es una

proceso de presión constante a una presión de entrada de una atmósfera (proceso 6-1 en la Fig.3-1). Esta es una buena aproximación al proceso de entrada de un motor real en WOT,que en realidad estar a una presión ligeramente menor que la atmosférica debido a la presiónpérdidas en el flujo de aire de entrada. La temperatura del aire durante la carrera de entrada esaumentado como el aire pasa a través del colector de admisión caliente. La temperatura a lapunto 1 será generalmente del orden de 25 ° a 35 ° C más caliente que el aire circundantela temperatura.La segunda carrera del ciclo es la carrera de compresión, que en el Ottociclo es una compresión isoentrópica del BDC al TDC (proceso 1-2). Este es un buenaproximación a la compresión en un motor real, excepto para el principio yel final de la carrera. En un motor real, el principio de la carrera se ve afectada porla válvula de admisión no ser totalmente cerrada hasta que esté ligeramente después de BDC. El final de compresiónsión se ve afectado por el despido de la bujía antes del PMS. No sólo hay unaaumentar la presión durante la carrera de compresión, pero la temperatura dentro de lacilindro se incrementa sustancialmente debido a la calefacción a la compresión.La carrera de compresión es seguida por un proceso de entrada de calor a volumen constante2-3 en el PMS. Esto reemplaza el proceso de combustión del ciclo del motor real, lo cualocurre en cerca de condiciones de volumen constante. En un verdadero motor de combustión escomenzó poco antes del PMS, alcanza su velocidad máxima cerca del TDC, y se termina un

Página 87poco ATDC. Durante la combustión o la entrada de calor, se añade una gran cantidad de energía parael aire dentro del cilindro. Esta energía eleva la temperatura del aire a muy altovalores, dando temperatura del ciclo de pico en el punto 3. Este aumento de la temperatura durante

un cerrados los resultados del proceso a volumen constante en un aumento de presión grande también. Por lo tanto, el picoTambién se alcanza la presión de ciclo en el punto 3.Los valores de presión y entalpía muy altos dentro del sistema de TDC generanla carrera de trabajo (o carrera de expansión) que sigue a la combustión (proceso 3-4).De alta presión sobre la cara del pistón obliga al pistón hacia atrás hacia BDC y produceel rendimiento en el trabajo y la potencia del motor. La carrera de trabajo del ciclo del motor realesse aproxima con un proceso isentrópico en el ciclo Otto. Esta es una buena aproxi-Imation, con sujeción a los mismos argumentos que la carrera de compresión de estarsin fricción y adiabática. En un motor real, el comienzo de la carrera de potencia esafectada por la última parte del proceso de combustión. El final de la carrera de potencia esafectados por la válvula de escape se abre antes del PMI. Durante la carrera de potencia,valores de la temperatura y la presión dentro del cilindro como el volumen disminuciónaumenta de TDC a BDC.

Página 8874Ciclos de motorCap. 3Cerca del final de la carrera de potencia de un ciclo del motor real, la válvula de escape esabrió y el cilindro experimenta purga de escape. Una gran cantidad de gases de escapegas es expulsado del cilindro, reduciendo la presión a la del colector de escapedoblar. La válvula de escape se abre BBDC para permitir el tiempo finito de purga aocurrir. Es deseable que la purga sea completa por BDC por lo que no hay altopresión en el cilindro para resistir el pistón en la siguiente carrera de escape. Soplar-por lo tanto, en un motor real es casi, pero no del todo, de volumen constante. Un gran

cantidad de entalpía es arrastrado con los gases de escape, lo que limita la eficiencia térmicaeficiencia del motor. El ciclo Otto reemplaza el sistema abierto de purga de escapeproceso del ciclo real con una reducción de la presión a volumen constante, sistema cerradoprocesar 4-5. Pérdida de entalpía durante este proceso se sustituye con el rechazo de calor en elel análisis del motor. La presión dentro del cilindro al final de la purga de escape tieneha reducido a aproximadamente una atmósfera, y la temperatura ha sido sustancialmentereducida por el enfriamiento de expansión.La última carrera del ciclo de cuatro tiempos ahora se produce cuando el pistón se desplaza desdeBDC al TDC. Proceso de 5 a 6 es la carrera de escape que se produce a una presión constante deuna atmósfera debido a la válvula de escape abierta. Esta es una buena aproximación a lacarrera de escape real, que se produce a una presión ligeramente más alta que la rodeapresión debido a la caída de presión pequeña través de la válvula de escape y en el escapesistema.Al final de la carrera de escape del motor ha experimentado dos revoluciones,el pistón se encuentra de nuevo en el PMS, la válvula de escape se cierra, la válvula de admisión se abre, y unainicia nuevo ciclo. 'Al analizar un ciclo Otto, es más conveniente trabajar con específicapropiedades dividiendo por la masa dentro del cilindro. Figura 3-2 muestra el Ottociclo de Pv y Ts coordina. No es raro encontrar el ciclo de Otto mostradocon los procesos de 1/6 y 5/6 a la izquierda de la figura. El razonamiento para justificar esto es queestos dos procesos se anulan entre sí termodinámicamente y no son necesarios enanalizar el ciclo.

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Página 953-3 VERDADERO AIRE-COMBUSTIBLE ciclos del motorEl ciclo real experimentado por un motor de combustión interna no es, en el verdaderosentido, un ciclo termodinámico. Un ciclo termodinámico ideales al aire estándar Ocurreen un sistema cerrado de composición constante. Esto no es lo que realmente sucede en unMotor de combustión interna, y por esta razón el análisis aire-estándar da, a lo sumo, aproximaciónciones a ACTL; lalconditions y salidas. Las principales diferencias son:1. Los motores reales operan en un ciclo abierto con el cambio de composición. No solono la composición del gas de entrada difieren de lo que sale, pero a menudo la velocidad de flujo de masa esno el mismo. Esos motores que agregan combustible en los cilindros después de la inducción de aire es(motores de encendido y algunos motores SI) completos cambian la cantidad de masa en el gascomposición forma parte a través del ciclo. Hay una masa gaseosa que sale de la mayormotor en el escape de lo que entró en el proceso de inducción. Esto puede ser en elorden de varios puntos porcentuales. Otros motores llevan gotas de combustible líquido con el aire de entradaque están idealizadas como parte de la masa gaseosa en el análisis de aire estándar. Durante com-combustión, la masa total se mantiene sobre las mismas pero molares cambios de cantidad. Finalmente,hay una pérdida de masa durante el ciclo debido al flujo grieta y blowby allá de la Pis-toneladas. La mayor parte del flujo grieta es una pérdida temporal de la masa del cilindro, sino porquees mayor al comienzo de la carrera de potencia, un poco de trabajo de salida se pierde durante la expan-

sión. Blowby puede disminuir la cantidad de masa en los cilindros por tanto como 1%durante la compresión y la combustión. Esto se discute con mayor detalle en el capítulo 6.2. Análisis de Aire estándar trata el flujo de fluido a través de todo el motor como el airey se aproxima el aire como un gas ideal. En un flujo de entrada verdadero motor puede ser todo el aire, opuede ser aire mezclado con hasta 7% de combustible, ya sea gaseoso o líquido como gotitas, o ambos.Durante la combustión de la composición se cambia entonces a una mezcla de gas en su mayoríaCoz, Hz 0 y Nz, con menores cantidades de CO y vapor de hidrocarburos. En CImotores también habrá partículas de carbono sólido en el gas de productos de combustión mezclatura. La aproximación de productos de escape como el aire simplifica el análisis pero introduce algunoserror.Incluso si todo el fluido en un ciclo del motor fuera aire, algunos errores se introduciría porsuponiendo que sea un gas ideal con calores específicos constantes en el análisis de aire estándar. A

Página 9682Ciclos de motorCap. 3las bajas presiones de entrada y de escape, aire con precisión pueden ser tratados como un gas ideal,pero a las presiones más altas durante la combustión, el aire se desviará de compor- gas idealior. Un error más grave se introduce al asumir calores específicos constantes para elanálisis. Calores específicos de un gas tienen una bastante fuerte dependencia de la temperatura ypuede variar tanto como 30% en el rango de temperatura de un motor (para el aire, cp=1,004

kJ / kg-K a 300 K ycp=1.292kJ / kg-K a 3000 K [73]); consulte Revisión Problema 3-5.3. Hay pérdidas de calor durante el ciclo de un motor real, que se descuidanen el análisis de aire estándar. La pérdida de calor durante la combustión reduce temperatura máxima realtura y la presión de lo que se predijo. La carrera de trabajo real, por lo tanto, comienzaa una presión inferior, y la producción de trabajo durante la expansión disminuye. Transferencia de calorcontinúa durante la expansión, y esto reduce la temperatura y la presión por debajo de laproceso isentrópico ideal hacia el final de la carrera de trabajo. El resultado del calortransferencia es una eficiencia térmica indicada menor de lo previsto por lisis-aire estándarsis. La transferencia de calor también está presente durante la compresión, que se desvía del proceso dedesde isentrópico. Sin embargo, esto es menos que durante la carrera de expansión debido a latemperaturas más bajas en este momento.4.La combustión requiere un tiempo corto pero finita que se produzca, y la adición de calor esno instantánea en el PMS, como aproximar en un ciclo Otto. Una llama rápido pero finitala velocidad es deseable en un motor. Esto resulta en una tasa finita de aumento de presión en elcilindros, un aumento de fuerza constante en la cara del pistón, y un ciclo de motor suave. LAdetonación supersónica daría además el calor casi instantánea a un ciclo, peroresultaría en ciclo a.rough y la destrucción rápida del motor. Debido a la finitatiempo requerido, la combustión se inicia antes del PMS y termina después de IDC, no al con-volumen constante como en el análisis de aire estándar. Por combustión a partir BTDC, cilindroaumenta la presión finales en la carrera de compresión, que requieren mayor trabajo negativo en

que el accidente cerebrovascular. Debido a que la combustión no se completa hasta ATDC, algún poder se pierde enel inicio de la carrera de expansión (véase Fig. 2-6). Otra pérdida en la combustiónproceso de un motor real se produce porque la eficiencia de combustión es inferior a 100%.Esto sucede debido a menos que la mezcla perfecta variaciones locales en la temperaturay aire-combustible debido a la turbulencia, de extinción de la llama, etc. motores SI tendrán generalmenteuna eficiencia de combustión de aproximadamente 95%, mientras que los motores de encendido son generalmente de aproximadamente 98%eficiente.5. El proceso de purga requiere un tiempo real finito y un tiempo de ciclo finito, yno se produce a volumen constante como en el análisis de aire-estándar. Por esta razón, laválvula de escape debe abrir40 °a60 °BBDC, y la producción de trabajo en la última final deexpansión se pierde.6. En un motor real, la válvula de admisión no se cierra hasta después de fondo-de ad-centro en el extremo de la carrera de admisión. Debido a la restricción de flujo de la válvula, el airetodavía está entrando en el cilindro en BDC, y la eficiencia volumétrica sería menor si elválvula cerrada aquí. Debido a esto, sin embargo, la compresión real no empieza enBDC pero sólo después del cierre de la válvula de entrada. Con el encendido y luego se produzca antes de láminas superiorpunto muerto, la temperatura y la presión del aumento antes de la combustión es menos de lo previstopor análisis de aire estándar.

Página 97Sec.3-4SI Motor Cycleat PartThrottle83

7. válvulas del motor requieren un tiempo finito para accionar. Idealmente, las válvulas se abriríany cerca instantáneamente,pero esto no es posible cuando se utiliza un árbol de levas. Ción Camarchivos deben permitir una interacción fluidacon el seguidor de leva, y esto se traduce en rápidopero accionamiento de la válvula finito. Para asegurar que la válvula de admisión está completamente abierto en el inicio dela carrera de admisión, debe empezar a abrir antes del PMS. Del mismo modo, la válvula de escapedebe permanecer completamente abierta hasta el final de la carrera de escape, con el cierre definitivo ocurran,sonar después del PMS. El período de solapamiento de la válvula resultante provoca una desviación del idealciclo.Debido a estas diferenciasciclos que verdadero aire de combustible tienen del idealciclos, resultados de aire estándarEl análisis tendrá errores y se desviará delas condiciones reales. Curiosamente,Sin embargo, los errores no son grandes, y va- propiedadues de temperaturay la presiónson muy representativosde los valores reales del motor,dependiendo de la geometría y las condiciones del verdadero motor en funcionamiento. Cambiandooperativovariables tales como la temperatura de entraday / o presión, compresiónratio,temperatura máxima,etc., en el análisis del ciclo Otto, buenas aproximacionesPuede ser obtenidopara los cambios de salida que se producirá en un motor real como se cambian estas variables.Buena aproximaciónde la producción de energía, la eficiencia térmica y mep se puede esperar.Eficiencia térmica indicada de un verdadero motor de chispa de cuatro tiempos es siempre un tantomenos de lo aire estándar

Análisis del ciclo Otto predice. Esto es causado por el calorpérdidas ,. la fricción, tiempo de encendido, la sincronización de válvulas, el tiempo finito de combustióny sopladoabajo, y la desviacióndel comportamiento de gas ideal del motor real. Referencia[120]muestra que a través de una amplia gama de variables de funcionamiento de la indicada eficiencia térmicade un SI de cuatro tiempos realesmotor de ciclo se puede aproximarpor;(1JT) real= 0,85(1JT) OTTO(3-32)Este será correcto dentro de un pequeño tanto por ciento para las grandes gamas de equivalencia de aire-combustiblerelación lencia, el tiempo de encendido, la velocidad del motor, la compresiónrelación, la presión de entrada, de escapepresión, y la sincronización de válvulas.3.4 81 MOTOR CICLO EN PARTE DEL ACELERADORCuando una de cuatro tiemposciclo de motor de la IS se ejecuta en condiciones menos que WOT,aire-combustiblede entrada se reduce cerrando parcialmente la válvula reguladora (válvula de mariposa) en la ingesta matem. Esto crea una restricción de flujoy la consiguientecaída de presión en el entranteaire. De entrada de combustible se reduce a continuación, también para que coincida con la reducción de aire. Baja presión enel colector de admisión durante la carrera de admisión y la presión más baja que resulta en lacilindro en el comienzo de la compresiónaccidente cerebrovascular se muestran en la Fig. 3-4. Aunque elexperiencias aireuna expansión de enfriamiento debido a la caída de presión en el del aceleradorválvula de TLE, la temperaturadel aire que entra en los cilindros es de aproximadamente el mismo que enWOT porque primero fluye a través del colector de admisión caliente.

Figura 3-4 muestra que la red indicada trabajo para el motor de ciclo Otto serámenos el acelerador parte que en WOT. El bucle superior del ciclo compuesto por el com-

Página 98compresión y carreras de potencia representa la salida de trabajo positivo, mientras que el bucle inferiorque consiste en los trazos de escape y admisión es trabajo negativo absorbida de la giratoriaing cigüeñal. Cuanto más cerrada la posición del acelerador, menor será la presióndurante la carrera de admisión y mayor será el trabajo de la bomba negativo. Dos factores principalescontribuir al trabajo neto reducido en un funcionamiento medio gas. La presión más baja enel inicio de los resultados de compresión en presiones más bajas en todo el resto del cicloa excepción de la carrera de escape. Esto reduce mep y trabajo en red. Además, cuando menosaire se ingiere en los cilindros durante la ingesta debido a esta presión más baja, el combustibleentrada mediante inyectores o carburador también se reduce proporcionalmente. Esto se traduce en menosenergía térmica de la combustión en los cilindros y menos resultante se resuelve. ElloCabe señalar que a pesar de Qin se reduce, el aumento de temperatura en el proceso de 2-3 enFig. 3-4 es aproximadamente la misma. Esto es porque la masa de combustible y la masa de aire que seclimatizada están tanto reducirá en la misma proporción.

Página 99Si un motor está equipado con un compresor o turbocompresor el estándar de aireciclo se muestra en la Fig. 3-5, con la presión de admisión superior a la presión atmosférica.Esto da como resultado más aire y combustible en la cámara de combustión durante el ciclo, yse incrementa el trabajo indicado neto resultante. Mayor presión de admisión aumenta todospresiones aunque el ciclo, y el aumento de aire y combustible dan mayor Qin en el proceso de

2-3. Cuando el aire se comprime a una presión más alta por un compresor o turbocompresor,la temperatura también se incrementa debido al calentamiento de compresión. Esto aumentaríala temperatura del aire en el inicio de la carrera de compresión, que a su vez eleva todo tem-turas en el ciclo restante. Esto puede hacer que la auto-ignición y problemas que golpeanen la última parte de la compresión o durante la combustión. Por esta razón, com- motorcompresores pueden ser equipados con un refrigerador posterior para bajar de nuevo el comprimido

Página 10086Ciclos de motorCap.3la temperatura del aire entrante. Postenfriadores son intercambiadores de calor que a menudo utilizan fueraaire como fluido de enfriamiento. En principio, postenfriadores son deseables, pero el coste y el espaciolimitaciones a menudo hacen poco prácticos en los motores de automóviles. En lugar, los motoresequipado con un compresor o turbocompresor por lo general tienen una compresión más bajarelación sión para reducir golpeando problemas.Cuando un motor se hace funcionar a WOT, se puede suponer que la presión de aire enel colector de admisión es Po=una atmósfera. A medio gas el parcialmente cerradaválvula de mariposa crea una restricción de flujo, resultando en una presión de entrada inferior Pi en elcolector de admisión (punto 6 bis en la Fig. 3-4). El trabajo realizado durante la carrera de admisión es,por lo tanto,PROCESO 3-5 ESCAPEEl proceso de extracción consiste en dos pasos: movimiento de purga y escape. Cuando ella válvula de escape se abre cerca del final de la carrera de expansión (punto 4 en la Fig. 3-6), la

gases de alta temperatura están repente sometidos a una disminución de la presión como el resultantepurga se produce. Un gran porcentaje de los gases de la cámara de combustión dejadurante este proceso de purga, impulsado por el diferencial de presión a través del abiertoválvula de escape. Cuando finalmente se iguala la presión a través de la válvula de escape, latodavía cilindro se llena de gases de escape a la presión de colector de escape de aproximadamente unaatmósfera. Estos gases son entonces empujados fuera del cilindro a través de la todavía abiertoválvula de escape por el pistón a medida que viaja de BDC al TDC durante la carrera de escape.

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Página 10288Ciclos de motorCap.3Temperatura de los gases de escape se enfría mediante refrigeración por expansión cuando elpresión se reduce de repente durante la purga. Aunque esta expansión no esreversible, la relación isoentrópica gas ideal entre la presión y la temperaturasirve como un buen modelo para aproximar la temperatura de escape T7 en el hipotéticoprocesar 4-7 de la fig. 3-6.T7=T4(P7 / P4)(kl) / k=T3(P7 / P3) (kl) / k(3-37)=

T4(Pex / P4)(kl) / k=T4(Po / P4) (kl) / kdonde: P7=Pex=PoPex=presión de escape, que por lo general se puede considerar igual a superficiepresión redondeoP7es la presión en el sistema de escape y es casi siempre muy cerca de unoambiente en valor.Gas que sale de la cámara de combustión durante el proceso de purga será tambiéntener energía cinética debido a la alta velocidad de flujo a través de la válvula de escape. Esta cinéticaenergía willvery rápidamente se disipa en el colector de escape, y habrá un sub-sequent aumento de la entalpía y la temperatura. Los primeros elementos de gas que sale delcámara de combustión tendrá la mayor velocidad y por lo tanto se llega a la altaest temperatura cuando se disipa esta velocidad (punto 7a en la Fig. 3-6). Cadaelemento posterior de gas tendrá menos velocidad y por lo tanto experimentará menos tem-aumento tura (puntos 7b, 7c, etc.). Los últimos elementos de gases que salen de la combustióncámara durante la purga y el gas expulsado durante la carrera de escape serátienen relativamente poca energía cinética y tendrán una temperatura muy cerca de T7.Flujo estrangulado (velocidad del sonido) se experimentará a través de la válvula de escape al inicio

de purga, y esto determina la velocidad del gas resultante y energía cinética. Si posi-posible, es deseable para montar la turbina de un turbocompresor muy cerca de los gases de escapecolector. Esto se hace para que la energía cinética de escape puede ser utilizado en la turbina.El estado del gas de escape durante la carrera de escape es mejor aproximada poruna presión de una atmósfera, una temperatura de T7 dada en la ecuación. (3-37), y una específicavolumen se muestra en el punto 7 de la Fig. 3-6. Se observará que esto es incompatible con la Fig.3-6 para el proceso de carrera de escape 5-6. La cifra sugiere que el volu- específicaume v cambios durante el proceso de 5.6. Esta inconsistencia se produce porque Fig. 3-6 utiliza unmodelo de sistema cerrado para representar un proceso de sistema abierto, la carrera de escape. También,debe tenerse en cuenta que el punto 7 es un estado hipotético y corresponde a no realla posición del pistón física.Al final de la carrera de escape, todavía hay un residual de los gases de escape atrapadoen el volumen de holgura del cilindro. Esta residual de escape se mezcla con elnueva carga entrante de aire y combustible y se realiza en el nuevo ciclo. Resi- escapeUAL se define como:Xr=mex / mm(3-38)donde mex es la masa del gas de escape realizado en el próximo ciclo y mm es la masade la mezcla de gas dentro del cilindro durante todo el ciclo. Los valores de residual de escape

Página 103Sec. 3-5Proceso de escape89rango de 3% a 7% a plena carga, el aumento de hasta un 20% en la luz-medio gas

cargas. Los motores de encendido por lo general tienen menos residual de escape debido a su mayor com-relaciones pression les dan volúmenes de despacho relativos más pequeños. Además devolumen de holgura, la cantidad de residual de escape se ve afectada por la ubicación de laválvulas y la cantidad de solapamiento de la válvula.En la Fig. 3-6, si el proceso de purga 4 a 7 se modela como una expansión isoentrópica,después:P4 / P7=(V7 / V4) k=P4 / Pex=P4 / Po(3-39)P3 / P7=(V7 / V3) k=P3 / Pex=P3 / Po(3-40)Misa de escape en el cilindro después de purga, pero antes de la carrera de escapesera:m7=VS / vex=VS / v7=Vt! V7(3-41)Masa de escape en el cilindro al final de la carrera de escape será:mex=V6 / V7=

VZ/ v7(3-42)dóndev7se calcula utilizando la ecuación. (3-39) o (3-40) y representa la constantevolumen específico de los gases de escape dentro del cilindro para toda la carrera de escape 5-6.La masa de la mezcla de gases en la ecuación. (3-38) se puede obtener a partir de:mm=Vt! V1=V2Ivz=V3 / V3=V4 / V4=V7 / V7(3-43)Combinando esto con las ecuaciones. (3-38) y (3-42):Xr=(Vz / V7) / (V7 / V7)=Vz / V7(3-44)V7es el volumen hipotético de mm amplió aPodespués de la combustión. Usando las ecuaciones.(3-42) y (3-43), el residual de escape también se puede escribir como:Xr=(V6 / V7) / (V4 / V4)

=(V6 / V4) (V4 / V7)=(1 / rc) (viv7)(3-45)=(1 / rc) [(RT4 / P4) / (RT7 / P7)]Xr=(1 / rc) (T4 / Tex) (Pex / P4)(3-46)dónde:rc=índice de compresiónPex=P7=Po=una atmósfera bajo la mayoría de condicionesTex=T7 de la ecuación. (3-37)y T4 yP4son las condiciones en el cilindro cuando se abre la válvula de escapeCuando se abre la válvula de admisión, una nueva carga de aire de entrada ma entra en el cilindroy se mezcla con el residual de escape restante del ciclo anterior. El mezcladose produce de tal manera que la entalpía total permanece constante y:+ =dóndehexagonal, ja,yhmson los valores de entalpía específicas de escape, el aire y la mezcla,todos los cuales son tratados como el aire en el análisis de aire estándar. Si los valores de entalpía específicos son

referenciado a valor cero a un valor de la temperatura absoluta de cero, entonces h=cpT y:

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Página 105PROBLEMA EJEMPLO 3.3El motor en el Ejemplo problemas 3-1 y 3-2 es ahora dirigido a medio gas de forma que elpresión de admisión es de 50 kPa. Calcular la temperatura en el cilindro en el comienzo de lacarrera de compresión.La temperatura del aire de admisión se puede suponer que ser el mismo aunqueha experimentado una expansión de reducción de presión al pasar la válvula de mariposa. Este esporque todavía fluye a través del mismo colector de admisión caliente después de que el acelerador. Sin embargo,la temperatura de la residual de escape se reducirá debido a la expansión de refrigeración sesufre cuando se abre la válvula de admisión y la presión en el cilindro cae a 50kPa. La temperatura de la residual de escape después de la expansión se puede aproximarusando Fig. 3-4 y el modelo de expansión isoentrópica tal que:3.6CICLO DIESELLos primeros motores de encendido inyectan el combustible en la combustióncámara de muy tarde en la com-accidente cerebrovascular pression, lo que resulta en el diagrama indicador se muestra en la Fig. 3-7. Debido a la igniciónretrasar y requirió el tiempo finitopara inyectar el combustible, la combustióndurado en elcarrera de expansión. Esto mantuvo la presión en los niveles máximos y últimos TDC. Esta com-proceso de combustión es mejor aproximarcomo una presión constantela entrada de calor en unaaire estándar

ciclo, resultando en laCiclo Dieselse muestra en la Fig. 3-8. El resto deciclo es similar a la del estándar de aireCiclo Otto. El ciclo diesel a veces se llama un· Ciclo de presión constante.

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Página 108Si los números reptesentative se introducen en la ecuación. (3-73), se encontró que lavalor del término entre paréntesis es mayor que uno. Cuando se compara esta ecuacióncon la ecuación. (3-31), puede verse que para una relación de compresión dada la eficiencia térmicaeficiencia del ciclo Otto sería mayor que la eficiencia térmica de la Dieselciclo. De combustión de volumen constante en el PMS es más eficiente que a presión constantecombustión. Sin embargo, se debe recordar que los motores CI operan con mucharelaciones de compresión más alta que los motores SI (12 a 24 frente a 8 a 11) y por tanto tienenmayores eficiencias térmicas.7.3 CICLO DUALSi las Ecs. (31.3) y (3-73) se comparan, se puede ver que para tener lo mejor de ambosmundos, un motor ideal sería encendido por compresión, pero operarían en laCiclo Otto. Encendido por compresión operaría en la composición superior más eficienterelaciones de pression, mientras que a volumen constante de combustión del ciclo Otto daríauna eficacia más alta para una relación de compresión dada.El motor CI de alta velocidad moderna logra esto en parte por una sencillael cambio de funcionamiento de los motores diesel tempranos. En lugar de inyectar el combustible al final de lacarrera de compresión cerca del TDC, como se hizo en los primeros motores, los motores modernos IC empiezanpara inyectar el combustible mucho antes en el ciclo, en algún lugar alrededor de 20 ° BTDC. El primero

a continuación, se enciende el combustible al final de la carrera de compresión, y algunos de la combustión se producecasi a volumen constante en el PMS, al igual que el ciclo Otto. Un diálogo indicador típicogramo para un motor de CI moderno se muestra en la Fig. Presión 3-9.Peak sigue siendo alta en

Página 109la carrera debido al tiempo finito necesario para inyectar el combustible de expansión. El último de loscombustible todavía se está inyectando en el TDC, y la combustión de este combustible mantiene la presión altaen la carrera de expansión. El ciclo resultante se muestra en la Fig. 3.9 es un cruce entre unCiclo de motor de SI y los ciclos de CI temprana. El ciclo de aire estándar utilizado para analizar estaciclo de motor de encendido moderna se llamaCiclo dual,o, a veces unaCiclos de presión limitada(Fig. 3-10). Es un ciclo dual porque el proceso de entrada de calor de combustión puede ser mejoraproximada por un proceso dual de volumen constante seguido de presión constante. ElloTambién se puede considerar un ciclo de Otto modificado con una presión superior limitada.TermodinámicaAnálisis de Aire-Standard Dual CicloEl análisis de un ciclo de doble aire estándar es el mismo que el del ciclo de Dieselexcepto para el proceso de entrada de calor (combustión) 2-x-3.

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Página 1118.3 COMPARACIÓN DE OTTO, DIESEL, Y CICLOS DUALFigura 3.11 compara Otto, Diesel y ciclos duales con las mismas condiciones de entraday las mismas relaciones de compresión. La eficiencia térmica de cada ciclo se puede escribircomo:TIt

=1 -IqoutI / I Iqin(3-90)El área bajo las líneas de proceso en el TS coordina es igual a la transmisión de calorfer, por lo que en la Fig. 3-11 (b) las eficiencias térmicas se pueden comparar. Para cada ciclo,qoutes el mismo (proceso 4-1).qinde cada ciclo es diferente, y el uso de la Fig. 3-11 (b) y la Ec.(3-90) se encontró para estas condiciones:(TIt) OTIO>(TIt) DUAL>(TIt) DIESEL(3-91)Sin embargo, esta no es la mejor manera de comparar estos tres ciclos, porqueno opere en la misma relación de compresión. Motores de encendido por compresión queoperar en el ciclo o ciclo Diesel Dual han relaciones de compresión mucho más altos queno provocar motores de encendido que operan en el ciclo Otto. Una forma más realista para com-pare estos tres ciclos sería tener la misma presión de un pico-diseño reallimitación en los motores. Esto se hace en la Fig. 3-12. Cuando esta cifra se compara conEq. (3-90), se encuentra:(TIt) DIESEL>(TIt) DUAL>

(TIt) OTIO(3-92)La comparación de las ideas de las ecuaciones. (3-91) y (3-92) sugiere que lo más eficienciaciente motor de combustión tendría tan cerca como sea posible a volumen constante perosería encendido por compresión y operar a las mayores relaciones de compresión queque requiere. Esta es un área donde se necesita más investigación y desarrollo.PROBLEMA EJEMPLO 4.3Un pequeño camión tiene un cuatro cilindros, motor de encendido por cuatro litros que opera en el estándar de aireCiclo dual (Fig. 3-10) utilizando combustible diesel ligero con una relación aire-combustible de 18. La compresiónrelación del motor es de 16: 1 y el diámetro de orificio del cilindro es 10,0 cm. Al comienzo de lacarrera de compresión, las condiciones en los cilindros son 60 ° C y 100 KPa con un 2%de escape residual. Se puede suponer que la mitad de la entrada de calor de la combustión esañadido a volumen constante y medio a presión constante.El resultado:1. temperatura y presión en cada estado del ciclo

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Página 1173.9 MILLER CICLOLosCiclo Miller,el nombre de RH Miller (1890-1967), es una modificación moderna deel ciclo de Atkinson y tiene una relación de expansión mayor que la relación de compresión.

Esto se logra, sin embargo, de una manera muy diferente. Mientras que un motordiseñado para funcionar en el ciclo de Atkinson necesita una articulación mecánica complicadasistema de algún tipo, un motor de ciclo Miller utiliza sincronización de válvulas única para obtener elmismos resultados deseados.Entrada de aire en un ciclo Miller es sin estrangulación. La cantidad de aire aspirado en cadacilindro se controla a continuación mediante el cierre de la válvula de admisión en el momento adecuado, mucho antes

Página 118Ciclo Miller Figura 3-14 Aire estándarpara sin estrangulación cuatro aspiración naturalciclo de carrera del motor SI. Si el motor tienecierre de la válvula de admisión temprana, el ciclo será6-7-1-7-2-3-4-5-7-6. Si el motor tiene finescierre de la válvula de admisión, el ciclo será 6-7-5-7-2-3-4-5-7-6.BDC (punto 7 en la Fig. 3-14). A medida que el pistón continúa entonces hacia BDC durante el Lat-ter parte de la carrera de admisión, la presión del cilindro se reduce a lo largo de proceso 7-1. Cuando elpistón alcanza BDC y comienza de nuevo hacia TDC presión del cilindro se incrementa de nuevodurante el proceso de 1-7.The resultante ciclo es 6-7-1-7-2-3-4-5-6.The trabajo producido en elprimera parte del proceso de admisión 6-7is cancelada por parte de la carrera de escape 7-6, proceso1.7 isCanceled por el proceso de 1-7, y el trabajo neto indicado es el área dentro del bucle 7-2-3-4-5-7. Esencialmente no hay trabajo de la bomba. La relación de compresión es:rc=V7/ V2(3-93)y la relación de expansión más grande es:re

=V4/ V2=V4/ V3(3-94)La carrera de compresión más corta que absorbe trabajo, combinado con elcarrera de expansión ya que produce el trabajo, da lugar a una mayor neto indicadotrabajar por ciclo. Además, permitiendo que el aire fluya a través del sistema de admisiónsin estrangulación, una importante pérdida experimentada por la mayoría de los motores SI se elimina. Esto es espe-cialmente cierto en medio gas, cuando un motor de ciclo Otto experimentaría baja presiónen el colector de admisión y una correspondiente alta de trabajo de la bomba negativo. El Miller

Página 119Sec.3-9Ciclo Miller105motor de ciclo esencialmente no tiene trabajo de la bomba (idealmente ninguno), al igual que un motor de encendido.Esto se traduce en una mayor eficiencia térmica.La eficiencia mecánica de un motor de ciclo Miller sería aproximadamente la misma quela de un motor de ciclo Otto, que tiene un sistema de articulación mecánica similar. UnMotor de ciclo Atkinson, por otra parte, requiere un mucho más complicadosistema de conexión mecánica, lo que resulta en la eficiencia mecánica inferior.Otra variación de este ciclo se puede obtener si el aire de admisión es sin estrangulacióny la válvula de admisión se cierra después de BDC. Cuando se hace esto, el aire se ingiere durantetoda la carrera de admisión, pero algunos de los que luego se ve obligado de nuevo en el colector de admisión

antes de la válvula de admisión se cierra. Esto se traduce en ciclo 6-7-5-7-2-3-4-5-6 en la Fig. 3-14. Losel trabajo se indica neto es de nuevo el área dentro del bucle 7-2-3-4-5-7, con la compresióny relaciones de expansión dados por las ecuaciones. (3-93) y (3-94).Para cualquiera de variación del ciclo para trabajar de manera eficiente, es extremadamente importanteser capaz de cerrar la válvula de admisión en el momento correcto precisa en el ciclo (punto 7).Sin embargo, este punto donde la válvula de admisión debe cerrar cambios como la velocidad del motory / o la carga se cambia. Este control no fue posible hasta la distribución variable fueperfeccionado y ha introducido. Automóviles con motores de ciclo Miller fueron primero cadoketed en la segunda mitad de la década de 1990. Un valor típico de la relación de compresión es de aproximadamente8: 1, con una relación de expansión de aproximadamente 10: 1.Los motores de automóviles primera producción que operan en ciclos Miller utilizan tantométodos de cierre de la válvula de admisión temprana y métodos de cierre de la válvula de admisión tardía. Variostipos de sistemas de distribución variable se han probado y se están desarrollando. AActualmente, ninguno de ellos ofrecen una flexibilidad total, y todavía se necesitan mejoras importantes.Si la válvula de admisión se cierra BBDC, a menos de volumen de desplazamiento completo de lacilindro está disponible para la ingestión de aire. Si la válvula de admisión se cierra ABDC, el display completovolumen de colocación se llena de aire, pero algunos de los que se expulsa de nuevo antes de que elválvula está cerrada (proceso de 5 a 7 en la Fig. 3-14). En cualquier caso, menos aire y combustible terminan en elcilindro en el inicio de la compresión, lo que resulta en la producción bajo por desplazamiento ybajo indica la presión media efectiva. Para contrarrestar esto, los motores de ciclo Miller sonusualmente sobrealimentado con turbocompresor o con presiones de colector de admisión máximo deDe 150-200 kPa. Fig. 3-15 muestra un ciclo de motor de Miller sobrealimentado.

PROBLEMA EJEMPLO 3.5El cuatro cilindros, 2,5-literSI automóvil engineof ExampleProblem 3-1isconvertedpara operar en una al aire estándar Millercyclewithearly valveclosing (cycle6-7-1-7-2-3-4-5-6 Fig. 3-15) .Se tiene una relación de compresión de 8: 1 y una relación de expansión de 10: 1.Asupercargador isadded que cylinderpressure givesa de 160KPa cuando la válvula de admisióncierra, como shownin Fig.3-15.The isagain60 temperatura ° Cat thispoint.The samefuely AF se utilizan withcombustionefficiency17c=100%.El resultado:1. La temperatura y la presión en Allpoints en el ciclo2. Eficiencia térmica indicada3. effectivepressure indicatedmean4. exhausttemperature

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Página 1223.10 COMPARACIÓN DE MILLER Y CICLO OTTO CICLOCuando el motor de ciclo Otto del Ejemplo Problemas 3-1 y 3-2 se compara con unamotor similar que opera en un ciclo de Miller como en el problema 3-5, la superioridaddad del ciclo Miller puede ser visto. Tabla 3-1 da tal comparación.Las temperaturas en los dos ciclos son aproximadamente los mismos, a excepción de los gases de escapela temperatura. Es importante que la temperatura en el comienzo de la combustiónya sea para el ciclo será baja lo suficiente para que la auto-ignición y golpear no se ponen de mablemas. La temperatura de escape más baja del ciclo Miller es el resultado de una mayorrefrigeración de expansión que se produce desde la esencia misma temperatura de ciclo máximo

tura. Baja temperatura de escape significa menos energía se pierde en el escape, con másde la misma utiliza como salida de trabajo en la carrera de expansión más largo. Las presiones en todo elCiclo Miller son más altos que los de ciclo Otto el, principalmente debido a la super-entrada cargada. Los parámetros de salida de IMEP, eficiencia térmica, y el trabajo son todossuperior para el ciclo de Miller, que muestra la superioridad técnica de este ciclo. Algo dese perderá el trabajo indicado y eficiencia térmica indicada del ciclo Millerdebido a la necesidad de conducir el sobrealimentador. Incluso con esta considerado, sin embargo,trabajo de freno y la eficiencia térmica del freno será sustancialmente mayor que en unMotor de ciclo Otto. Si un turbocompresor se utiliza en lugar de un sobrealimentador, fuera de frenoponer valores de los parámetros sería aún mayor. Uno de los costos de esta salida más alta es lamayor complejidad del sistema de válvulas del motor de ciclo Miller, y el dientepondiente aumento de los costos de fabricación.MESA3-1COMPARACIÓNOtto y Miller CICLOSCiclo MillerCiclo de OttoTemperatura en el inicio de la combustión Tz:689K707 KPresión al inicio de la combustión Pz:2650kPa1826kPaTemperatura máxima de T3:3908 K3915 KMáxima presión P3:15,031kPa10,111kPaTemperatura de escape:1066K

1183KTrabajo neto Indicado por cilindropor ciclo para el mismo Qin:1.380kJ1.030kJIndicado eficiencia térmica:56.6%52.9%Indicado presión media efectiva:2208kPa1649kPa

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Página 124110Ciclos de motorCap. 3Procesar 3-4-5-admisión, y la compactación de escape.Puerto de escape puerto abierto y la ingesta abierta:Entrada del aire de admisión a una presión absoluta del orden de 140-180 rellenos kPay neutraliza el cilindro. Scavenging es un proceso en el que el aire empuja fuera la mayorde la residual de escape restante del ciclo anterior a través del escape abiertopuerto en el sistema de escape, que es de aproximadamente una atmósfera de presión. El pistóndescubre la lumbrera de admisión en el punto 3, alcanza BDC en el punto 4, invierte la dirección, yde nuevo se cierra la lumbrera de admisión en el punto 5. En algunos motores de combustible se mezcla con el incom-ing aire. En otros motores el combustible se inyecta más tarde, después de que el orificio de escape está cerrada.Muchos motores de encendido por compresión, especialmentegrandes los de operarel de dos tiemposciclos. Estos ciclos pueden ser aproximadas por el ciclo de aire estándar se muestra en la Fig.3-17. Este ciclo es el mismo que el ciclo de SI de dos tiempos, excepto para la entrada de combustible y

proceso de combustión. En lugar de añadir más leña al aire de admisión o temprano en la compresiónproceso sión, se añade combustible con inyectores tarde en el proceso de compresión, lo mismo quecon motores de encendido por ciclo de cuatro tiempos. La entrada de calor o la combustión pueden ser aproximadaspor un proceso de dos pasos (dual).•

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Página 126existido desde 1816, y si bien no es un verdadero motor de combustión interna, esincluido aquí brevemente porque es un motor de calor usado para propulsar vehículos como uno de susaplicaciones. El motor básico utiliza un doble efecto pistón flotante con un gascámara en ambos extremos del cilindro. La combustión no se produce dentro del cilindroder, pero el gas de trabajo se calienta con un proceso de combustión externa. La entrada de calorTambién puede provenir de fuentes solares o nucleares. Potencia del motor es generalmente una rotacióneje [8].Un motor Stirling tiene un proceso de regeneración interna utilizando un intercambiador de calor.Idealmente, el intercambiador de calor utiliza el calor rechazado en el proceso de 4-1 frente a precalentar elfluido de trabajo interno en el proceso de adición de calor 2-3. Las únicas transferencias de calor cona continuación, se producen los alrededores con un proceso de adición de calor 3-4 en una temperatura máximaturaMuslo,y A 1-2 proceso de rechazo de calor a una temperatura mínimaTlow.Silos procesos en el ciclo de aire estándar en la fig. 3-18 se puede considerar reversible, eleficiencia térmica del ciclo será:(1JT) Stirling=

1 -(Tlow / muslo)(3-116)Esta es la misma eficiencia térmica como un ciclo Carnot y es el teóricomáxima posible. Aunque un motor real no puede operar de manera reversible, bien unamotor Stirling diseñado puede tener una muy alta eficiencia térmica. Esta es una de lasatracciones que está generando interés en este tipo de motor. Otras atraccionesincluir las emisiones bajas sin convertidor catalítico y la flexibilidad de los muchos posibles

Página 127Sec. 3-13Ciclo Lenoir113combustibles que se pueden utilizar. Esto es debido a la entrada de calor es a partir de un estado estacionario continuola combustión en una cámara externa a una temperatura relativamente baja alrededor de 1000 K.Los combustibles utilizados incluyen gasolina, combustible diesel, combustible de aviación, alcohol y gas natural. Enalgunos motores, el combustible se pueden cambiar sin ajustes necesarios.Problemas con los motores Stirling incluyen sellado, tiempo de calentamiento necesario, y altocosto. Otras posibles aplicaciones incluyen la refrigeración, energía estacionaria y calorción de edificios.HISTÓRICO-LENOIRMOTORUno Ofthe primeros motores exitosas desarrolladas durante la segunda mitadde la década de 1800 fue el motor de Lenoir (fig. 3-19). Varios cientos de ellosfueron construidos en la década de 1860. Funcionaron en una de dos tiemposciclo y teníaeficiencias mecánicas hasta 5% y potencia de salida de hasta 4,5 kW (6 hp).Los motores eran de doble efecto, con la combustión que ocurre en ambos extremosdel pistón. Esto le dio dos golpes de poder por revolución de un solocilindro [29].3-13 LENOIR CICLOLos

Lenoirciclo se aproxima por el ciclo de aire estándar se muestra en la Fig. 3-20. Losprimera mitad del primer accidente cerebrovascular fue de admisión, con aire-combustible que entra en el cilindro en atmós-

Página 128presión at- (proceso 1-2 en la Fig. 3-20). Aproximadamente a la mitad del primer golpe,la válvula de admisión se cerró y la mezcla de aire-combustible se encendió sin ningún com-compresión. La combustión eleva la temperatura y la presión en el cilindro casi alvolumen constante en el motor de movimiento lento (proceso 2-3). La segunda mitad de laprimer golpe se convirtió entonces en el proceso de poder o expansión 3-4. Cerca de BDC, el escapeválvula de purga se abrió y se produjo (4-5). Esto fue seguido por la carrera de escape5-1 de completar el ciclo de dos tiempos. No hubo esencialmente ningún volumen de holgura.TermodinámicaAnálisis de Ciclo Lenoir Aire-StandardEl proceso de la ingesta de 1-2 y la segunda mitad del proceso de carrera de escape 2-1 cancelarentre sí termodinámicamente en PV coordenadas y se puede dejar fuera de la lisissis del ciclo de Lenoir. El ciclo se convierte entonces en 2-3-4-5-2.

Página 1293-14 RESUMENEn este capítulo se revisó los ciclos básicos utilizados en motores de combustión interna.Aunque se han desarrollado muchos ciclos del motor, por más de un siglo la mayoría automáticamotores móviles han operado en el SI de cuatro tiempos básico desarrollado en el1870 por Otto y otros. Esto se puede aproximar y analizados mediante el idealaire estándar de ciclo Otto. Muchos motores SI pequeñas operan en un ciclo de dos tiempos, alguienveces (erróneamente) llaman un ciclo Otto de dos tiempos.Motores de encendido por cuatro tiempos tempranos operados en un ciclo que se puede aproximar porel ciclo Diesel de aire-estándar. Este ciclo se ha mejorado en los motores de encendido modernos de la

tipo utilizado en automóviles y camiones. Cambio de la sincronización de la inyección resultó en una

Página 130116Ciclos de motorCap.3motor más eficiente que opera en un ciclo mejor aproximar por un estándar de aireCiclo dual. La mayoría de los motores de encendido por pequeños y motores de encendido por muy grandes operan en una de dos tiemposciclo.En la actualidad, la mayoría de los motores de automóviles operan en el ciclo Otto de cuatro tiempos,pero importante de investigación y desarrollo está resultando en dos ciclos adicionales para módemvehículos. Varias empresas han realizado importantes obras de desarrollo para tratar de crear unamotor de automóvil que operaría en un ciclo de dos tiempos SI. A lo largo de his-toria, motores de automóviles ciclo de dos tiempos han aparecido periódicamente con diferentesel éxito. Estos ofrecen una mayor potencia por unidad de peso, pero ninguno pasarían módemlas normas de emisión. El desarrollo reciente se ha concentrado en la producción de un motorque satisfaga a las leyes de contaminación. El cambio tecnológico importante es la entrada del combustiblepor inyección directamente en la cámara de combustión después de escape y de admisión de aire soncompletado. Si este trabajo de desarrollo tiene éxito, habrá automóviles en lamercado con motores de ciclo de dos tiempos.Los avances en la tecnología de distribución, incluyendo sincronización variable, han llevado a laintroducción de motores de ciclo Miller. El ciclo Miller mejora en la chispa de cuatro tiemposCiclo Otto cerrando la válvula de admisión en un momento más oportuno, ya sea temprano o tarde.Esto da lugar a una relación de expansión que es mayor que la relación de compresión y repre-resiente el más módem de ciclos del motor.PROBLEMAS

3-1. Condiciones del cilindro en el inicio de la compresión en un motor SI que operan a WOT en unaaire estándar de ciclo Otto son 60 ° C y 98 kPa. El motor tiene una relación de compresión de9,5: 1 y utiliza gasolina con AF=15.5. Eficiencia de combustión es 96%, y puede serasume que no hay residual de escape.El resultado:(a) la temperatura en todos los estados en el ciclo.[0C](b) La presión en todos los estados en el ciclo. [kPa](c) el trabajo específico realizado durante la carrera de trabajo. [kJ / kg](d) El calor añadido durante la combustión. [kJ / kg](e) de trabajo específico neto hecho. [kJ / kg](£)Indicado eficiencia térmica. [%]3.2. El motor en el problema 3.1 es un motor V6 de tres litros que funciona a 2400 RPM. En esteacelerar la eficiencia mecánica es 84%.El resultado:(a) de potencia de freno. [kW](b) de par. [Nm](c) presión media efectiva. [kPa]potencia (d) La fricción perdió. [kW]consumo específico de combustible (e) de freno. [/ kW-hr g](£)La eficiencia volumétrica. [%](g) La producción por el desplazamiento. [kW / L]

Página 131Cap.3Problemas1173-3. La presión de escape del motor en el problema 3-2 es de 100 kPa.El resultado:(la)Temperatura de escape. [0C](b)Residual de escape real. [%](c)

Temperatura de los cilindros de aire que entra desde el colector de admisión. [0C]3-4. El motor de Problemas 2.3 y 3.3 funciona a medio gas con la presión de admisión de75 kPa. Temperatura de colector de admisión, la eficiencia mecánica, residual de escape, yrelación aire-combustible de todo siguen siendo los mismos.El resultado:(a) Temperatura en el cilindro al comienzo de la carrera de compresión. [0C](b) la temperatura en el cilindro en el inicio de la combustión. [0C]3-5. Un motor SI operando a máxima aceleración en un ciclo de aire estándar de cuatro tiempos tiene condición de cilindrociones en el inicio de la compresión de 100 ° F y 14.7 psia. Relación de compresión es rc = 10,y el calor añadido durante la combustión esqin =800 BTU / lbm. Durante la compresión delrango de temperatura es tal que un valor para la relación de calores específicos k = 1,4 seríacorrecta. Durante la carrera de potencia del rango de temperatura es tal que un valor dek=1.3sería correcta. Utilice estos valores para la compresión y expansión, respectivamente, cuandoanalizar el ciclo. Utilice un valor de calor específico delCv=0,216 BTU / lbm-o, lo que mejorcorresponde al intervalo de temperatura durante la combustión.El resultado:(a) La temperatura en todos los estados en el ciclo. [DE](b) La presión en todos los estados en el ciclo. [psia](c) Valor medio deklo que le daría la misma eficiencia térmica indicadavalor de eficiencia como el análisis de las partes (a) y (b).3-6. Un motor de encendido por operar en el ciclo Diesel de aire-estándar tiene condiciones de los cilindros en el

inicio de la compresión de 65 ° C y 130 kPa. Gasóleo ligero se utiliza en una equivalenciarelación desi>=0.8 con una eficiencia de combustiónTic=0.98. Relación de compresión esrc=19.El resultado:(a) La temperatura en cada estado del ciclo. [0C](b) La presión en cada estado del ciclo. [kPa](c) Relación de corte.(d) Se indica la eficiencia térmica. [%](e) El calor perdido en el escape. [kJ / kg]3 · 7. Un motor de encendido por compresión de un pequeño camión es operar en una doble aire estándarciclo con una relación de compresión de rc=18. Debido a las limitaciones estructurales, máximopresión admisible en el ciclo será 9000 kPa. Combustible diesel ligero se utiliza a una de combustible-airerelación de FA=0.054. La eficiencia de la combustión puede considerarse 100%. Condición Cilindrociones en el inicio de la compresión son 50 ° C y 98 kPa.El resultado:(a) máxima indica la eficiencia térmica es posible con estas condiciones.[%](b) la temperatura del ciclo de pico en las condiciones de la parte (a). [0C](c) Mínimo indicó eficiencia térmica es posible con estas condiciones.[%]temperatura del ciclo (d) Pico en las condiciones de la parte (c). [0C]3-8. Un motor de encendido en la línea de seis, 3.3 litros utilizando combustible diesel luz a una relación aire-combustible de la FA=20

opera en un ciclo de doble aire estándar. La mitad del combustible puede ser considerado quemado en con-volumen constante, y la otra mitad a presión constante con una eficiencia de combustiónTic=100%.Condiciones del cilindro en el inicio de la compresión son 60 ° C y 101 kPa. Compresiónrelación rc=14: 1.

Página 132118Ciclos de motorCap.3El resultado:(a) La temperatura en cada estado del ciclo. [K](b) La presión en cada estado del ciclo. [kPa](c) Relación de corte.(d) Relación de presión.(e) Se indica la eficiencia térmica. [%](f)El calor añadido durante la combustión. [kJ / kg](g) Neto indicó el trabajo. [kJ / kg]3-9. El motor en el problema 3-8 produce 57 kW de potencia de frenado a 2000 RPM.El resultado:(a) de par. [Nm](b) la eficiencia mecánica. [%](c) presión media efectiva. [kPa](d) indicó el consumo específico de combustible. [gmlkW-hr]3-10. Un motor de ciclo Otto SI con una relación de compresión de rc=9 tiene temperatura del ciclo de picoy la presión de 2.800 K y 9.000 kPa. La presión del cilindro cuando se abre la válvula de escapees 460 kPa, y la presión del colector de escape es de 100 kPa.El resultado:(a) la temperatura de escape durante la carrera de escape. [0C]

(b) residual de escape después de cada ciclo. [%](c) la velocidad de la válvula de escape cuando la válvula se abre por primera vez. [mlsec](d) temperatura máxima teórica momentánea en el escape. [0C]3-11. Un motor SI opera en una de cuatro tiempos de ciclo Otto-aire estándar con turboalimentación.Aire combustible entra en los cilindros de 70 ° C y 140 kPa, y el calor de combustión por igualesqin= 1,800 kJ / kg. Índice de compresiónrc= 8 y la presión de escape Fex = 100 kPa.El resultado:(a) La temperatura en cada estado del ciclo. [0C](b) La presión en cada estado del ciclo. [kPa](c) El trabajo producido durante la carrera de expansión. [kJ / kg](d) El trabajo de la carrera de compresión. [kJ / kg](e) el trabajo de bombeo Net. [kJ / kg](f)Indicado eficiencia térmica. [%](g) Comparar con Problemas 03/12 y 03/13.3-12. Un motor SI opera en una de cuatro tiempos de ciclo Miller al aire estándar con turboalimentación.Las válvulas de admisión se cierran tarde, lo que resulta en el ciclo 6-7-8-7-2-3-4-5-6 en la Fig. 3-15. Aire-combustibleentra en los cilindros a 70 ° C y 140 kPa, y calor en por iguales de combustiónqin =1800kJ / kg. Relación de compresión rc = 8, relación de expansión re = 10, y la presión de escape Fex =100 kPa.El resultado:(a) La temperatura en cada estado del ciclo. [0C](b) La presión en cada estado del ciclo. [kPa](c) El trabajo producido durante la carrera de expansión. [kJ / kg](d) El trabajo de la carrera de compresión. [kJ / kg](e) el trabajo de bombeo Net. [kJ / kg](f)Indicado eficiencia térmica. [%](g) Comparar con problemas 3-11 y 3-13.

3-13. Un motor SI opera en una de cuatro tiempos de ciclo Miller al aire estándar con turboalimentación.Las válvulas de admisión se cierran temprano, lo que resulta en el ciclo 6-7-1-7-2-3-4-5-6 en la Fig. 3-15. Aire-combustibleentra en los cilindros a 70 ° C y 140 kPa, y calor en por iguales de combustiónqin =1800

Página 133Cap. 3Problemas119kJ / kg. Índice de compresiónrc=8, relación de expansiónre=10, y la presión de escapePex=100 kPa.El resultado:(a) La temperatura en cada estado del ciclo. [0C](b)La presión en cada estado del ciclo. [kPa](c) El trabajo producido durante la carrera de expansión. [kJ / kg](d)Obra de la carrera de compresión. [kJ / kg](e)El trabajo de bombeo Net. [kJ / kg](YO)Indicado eficiencia térmica. [%](g)Comparar con problemas 03.11 y 12.03.3-14.Un niño de seis cilindros, ciclo de motor de la nave CI de dos tiempos con agujero B=35 cm y accidente cerebrovascular S=

105cm produce 3.600 kW de potencia de frenado a 210 RPM.El resultado:(a) Torque a esta velocidad. [kN-m](b) el desplazamiento total. [L](c) presión media efectiva. [kPa](d)Velocidad media del pistón. [mlsec]3-15.Un solo cilindro, de dos tiempos motor del aeroplano modelo de ciclo con un 7,54 cm3desplazamientoproduce 1,42 kW de potencia de frenado a 23.000 RPM usando la ignición de la bujía incandescente. La plazamotor (diámetro=accidente cerebrovascular) utiliza 31,7 gmlmin de ricino aceite-metanol-nitrometanocombustible enuna relación aire-combustible AF=4.5. Durante la ingesta de barrido, 65% del aire-combustible entrantemezcla se queda atrapada en el cilindro, mientras que el 35% de ellos se pierde con los gases de escape antes de lalumbrera de escape se cierra. La eficiencia de la combustión'Tic=0.94.El resultado:(a) el consumo de combustible específico del freno. [/ kW-hr g](b)Velocidad media del pistón. [mlsec](c) el combustible sin quemar agotado a la atmósfera. [g / min](d) de par. [Nm]3-16.Un motor histórico de un solo cilindro con un rendimiento mecánicoTim=5% opera a 140

RPM en el ciclo Lenoir muestra en la Fig. 3-20. El cilindro tiene un pistón de doble efectocon un 12-in. diámetro y un 36-in. accidente cerebrovascular. El combustible tiene un poder caloríficoQLHV=12000BTU / lbm y se utiliza en una relación aire-combustible AF=18. La combustión se produce en volu- constantea mitad de camino a través ume la carrera de admisión potencia cuando las condiciones de los cilindros son iguales a 70 ° F y14.7 psia.El resultado:(la)Temperatura en cada estado del ciclo. [DE](b)La presión en cada estado del ciclo. [psia](c)Indicado eficiencia térmica. [%](d) de potencia de freno. [CV](e)Velocidad media del pistón. [ft / sec]3-17.Condiciones del cilindro en el inicio de la compresión de un motor de SI ciclo de cuatro tiempos son 27 ° Cy 100 kPa. El motor tiene una relación de compresión derc=8: 1, y el calor de adicióncombustión esqin =2000 kJ / kg.El resultado:(a) La temperatura y la presión en cada estado del ciclo, utilizando aire estándarAnálisis del ciclo Otto con calores específicos constantes. [OC, kPa](b)Eficiencia térmica se indica en la parte (a). [%](c) La temperatura y la presión en cada estado del ciclo, utilizando cualquier Stan-

mesas de aire Dard que se basan en la variable específica calienta como funcionesde la temperatura (por ejemplo, la referencia [73]). [OC, kPa](d) la eficiencia térmica indicadas en la parte (c). [%]

Página 134120Ciclos de motorCap.3DISEÑOPROBLEMAS3-1D. Diseñar un motor SI para operar en un ciclo de seis golpes. Los primeros cuatro golpes del cicloson los mismos que un ciclo Otto de cuatro tiempos. Esto se siguió con un sólo aire adicionalcarrera de admisión y una carrera de escape de sólo aire. Dibuja esquemas simples, y explicar ella velocidad y el funcionamiento de los árboles de levas cuando las válvulas se abren y cierran. Asimismo, explicar lael control del proceso de encendido.3 · 2D. Diseño de un sistema de conexión mecánica para un ciclo de cuatro tiempos, motor alternativo de SI aoperar en el ciclo de Atkinson (es decir, carrera de compresión normal y una carrera de potenciaque se expande hasta la presión del cilindro es igual a la presión ambiente). Explicar el uso sencillodibujos esquemáticos.3-3d. Un motor SI operando en un ciclo de aire estándar de cuatro tiempos el uso de gasolina estequiométricalínea es tener una presión del cilindro máximo de 11.000 kPa a WOT. La presión de entrada puedeser 100 kPa sin sobrealimentación, o puede ser tan alta como 150 kPa con un sobrealimentador.Elija una combinación relación de compresión y la presión de entrada para dar la máxima indicadaeficiencia térmica. Elija una relación de compresión y la presión de entrada para dar la máxima IMEP.

Página 1354Termoquímicay Combustibles

Este capítulo revisa los principios básicos Termoquímica aplicados a motores de combustión interna. Elloestudia las características de ignición y combustión en motores, el número de octano de la IScombustibles, y el número de cetano de los combustibles Ci. La gasolina y otros posibles combustibles alternativosse examinan.4-1 termoquímicaReacciones de combustiónLa mayoría de los motores de combustión interna obtienen su energía de la combustión de un combustible de hidrocarburocon el aire, que convierte la energía química del combustible al interior de la energía en los gases dedentro del motor. Hay muchos miles de combustible de hidrocarburos diferentes compo-nentes, que consisten principalmente de hidrógeno y carbono, pero también pueden contener oxígeno(alcoholes), nitrógeno y / o azufre, etc. La cantidad máxima de energía químicaque puede ser lanzado (calor) del combustible es cuando reacciona (combusts) con un stoi-chiometric cantidad de oxígeno. Oxígeno estequiométrico (a veces llamado teóricooxígeno) es suficiente para convertir todo el carbono en el combustible a C02 y todos hidrógeno a121

Página 136122Termoquímica y CombustiblesCap.4H20, sin oxígeno sobrante. La equilibradaecuación químicade las más simpleshidrocarburocombustible, el metano CH4, ardiendo con estequiométricaoxígeno es:CH4+2 02C02+

2 H20Se necesitan dos moles de oxígeno para reaccionar con un mol de combustible, y esto le da a unomol de dióxido de carbono y dos moles de vapor de agua. Si isooctano es la composición de combustiblecomponente, la estequiométrica equilibradacombustióncon el oxígeno sería:C8H18+12.5 O28 C02+9 H20Las moléculas reaccionan con las moléculas,por lo que en el equilibrio de una ecuación química,molarcantidades(número fijode moléculas)se utilizan y no cantidades masivas.Unokgmole de una sustancia tiene una masa en kilogramos iguales en número al molecularpeso (masa molar) de esa sustancia. En las unidades inglesas se utiliza el lbmmole.rn=! VAl(4-1)Los componentesen el lado izquierdo de una ecuación de reacción química que son pre-enviado antes de la reacción se llamanreactivos,mientras que los componentes en el lado derecho dela ecuación que están presentes después de la reacción se llamanproductoso escape.Muy pequeños motores potentes podrían construir si el combustible se quema con oxi puragen. Sin embargo, el coste de utilización de oxígeno puro sería prohibitivo,y por lo tanto no es

hecho. El aire se usa como la fuente de oxígeno para reaccionar con el combustible. Atmosféricaaire se hacede sobre:78% de nitrógeno en moles21% de oxígeno1% De argónrastros de C02, Ne, CH4, Él, H20, etc.

Página 137Sec. 4-1Termoquímica123El nitrógeno y argón son esencialmente químicamente neutro y no reaccionan en elproceso de combustión. Su presencia, sin embargo, sí afecta a la temperatura y presiónSeguro en la cámara de combustión. Para simplificar los cálculos, sin causar ningún granerror, el argón neutral en el aire se supone que está combinado con el nitrógeno neutral,y aire atmosférico a continuación, puede ser modelada como se componían de 21% de oxígeno y 79%nitrógeno. Para cada 0,21 moles de oxígeno también es de 0,79 moles de nitrógeno, o paraun mol de oxígeno hay 0,79 / 0,21 moles de nitrógeno. Por cada mol de oxígenonecesario para la combustión, 4,76 moles de aire deben ser suministrados: un mol de oxígeno más3,76 moles de nitrógeno.Combustión estequiométrica de metanoairees entonces:CH4+2 O2+2 (3,76) N2 C02+2 H20+

2 (3,76) N2y de isooctano con el aire es:C8H18+12.5 02+12,5 (3,76) N2 8 C02+9 H20+12,5 (3,76) N2Es conveniente equilibrar ecuaciones de reacción de combustión para una kgmole decombustible. La energía liberada por la reacción tendrá así unidades de energía por kgmolede combustible, que se transforma fácilmente a la energía total cuando el caudal de combustible esconocido. Esta convención será seguido en este libro de texto. Los pesos moleculares pueden serque se encuentra en la Tabla 4-1 y la Tabla A-2 en el Apéndice. El peso molecular de 29 voluntadser utilizado para el aire. La combustión puede ocurrir, dentro de límites, cuando más de estequiométricael aire está presente (magra) o cuando menos estequiométrica aire está presente (rico) para un determinadocantidad de combustible. Si el metano se quema con aire estequiométrico 150%, el exceso de oxi-generación termina en los productos:

Página 138

Página 139Incluso cuando el flujo de aire y combustible en un motor se controla exactamente en stoi-condiciones chiometric, la combustión no será "perfecta", y componentes que no seanCoz, Hz0, y Nz se encuentran en los productos de escape. Una de las principales razones de esto esel extremadamente corto tiempo disponible para cada ciclo del motor, que a menudo significa que menosque la mezcla completa del aire y el combustible se obtiene. Algunas moléculas de combustible no lo hacen

encontrar una molécula de oxígeno para reaccionar con, y pequeñas cantidades de combustible y el oxígeno tantoterminar en el escape. Capítulo 7 entra en más detalles sobre esta y otras razones queno se obtiene la combustión ideal. Los motores SI tienen una eficiencia de combustión en elgama de 95% a 98% para las mezclas magras y valores más bajos para las mezclas ricos, dondeno hay suficiente aire para reaccionar todo el combustible (véase la Fig. 4-1). Los motores de encendido operan magraen general y típicamente tienen una eficiencia de combustión de aproximadamente 98%.

Página 140Figura 4-1 eficiencia de combustión en función de la relación de equivalencia de combustible. Eficienciapara los motores que operan magra es generalmente del orden de 98%. Cuando una operación del motorcombustible ates rico, no hay suficiente oxígeno para reaccionar con todo el combustible, y la combustióndisminuye la eficiencia. Motores de encendido por operar magra y por lo general tienen una alta combustiónla eficiencia. Adaptado de [58].Las constantes de equilibrio para muchas reacciones se pueden encontrar en termodinámicalibros de texto o manuales químicos, tabulados en forma logarítmica (En o 10glO) 'Antabla abreviada se puede encontrar en el Apéndice de este libro (Tabla A-3).Ke es muy dependiente de la temperatura, el cambio de muchos órdenes de magnitudsobre el rango de temperatura experimentada en un motor de IC. Como Ke se hace más grande, briobrio es más hacia la derecha (productos). Esta es la maximización de la entropía. Porcombustibles de hidrocarburos reaccionan con oxígeno (aire) a temperaturas altas del motor, el equi-Librium constante es muy grande, lo que significa que hay muy pocos reactivos (combustible yaire) dejó en equilibrio final. Sin embargo, a estas altas temperaturas otro producto químicofenómeno tiene lugar que afecta el proceso de combustión en el motor en general

y lo que termina en el escape del motor.El examen de las constantes de equilibrio de la Tabla A-3 muestra que la disociaciónde normalidad componentes estables willoccur a estas temperaturas altas del motor. COz dis-sociates a CO y0,Oz se disocia para monoatómico0,Nz disocia para monoatómicoN, etc. Esto no sólo afecta a la combustión química, pero es una causa de uno de los principalesproblemas de emisiones de motores de combustión interna. El nitrógeno diatómico como Nz no reacciona con otrasustancias, pero cuando se disocia para nitrógeno monoatómico a alta temperatura sereacciona fácilmente con el oxígeno para formar óxidos de nitrógeno, NO y Noz, un contaminante importante

Página 141Sec.4-1Termoquímica127de los automóviles. Para evitar la generación de grandes cantidades de óxidos de nitrógeno, la combustióntemperaturas en motores de automóviles se bajan, lo que reduce la disociación deNz. Desafortunadamente, esto también reduce el rendimiento térmico del motor.Escape Rocío TemperaturaCuando se enfrían los gases de escape de un motor de IC por debajo de su temperatura de punto de rocío,vapor de agua en el escape comienza a condensarse a líquido. Es común ver a aguagotas salen de un tubo de escape de automóviles con el motor en marcha y primerala tubería está fría. Muy rápidamente el tubo se calienta por encima de la temperatura del punto de rocío,y condensar agua se ve sólo en forma de vapor cuando el escape caliente se enfría porel aire circundante, mucho más notable en el invierno frío.

Página 142donde: N

yo=número de moles del componente iHola=(h'j) i+ilhih'F=entalpía de formación, la entalpía necesaria para formar un mol de esecomponente en condiciones estándar de 25 ° C y 1 atmilhi=el cambio de entalpía de temperatura estándar para el componente iQ será negativo, lo que significa que el calor está dada por los gases de reacción. Valoresde h'j y ILH son cantidades específicas molar y se pueden encontrar en la mayoría termodinámicolos libros de texto.Tabla A-2 da valores de calentamiento para una serie de combustibles. CaloríficoQHVes elnegativo del calor de reacción por una unidad de combustible, y por lo tanto es un número positivo. Ellose calcula asumiendo tanto los reactivos y los productos son a 25 ° C. El cuidado debe serutilizado al utilizar los valores de calefacción, que casi siempre se dan en unidades de masa (kJ / kg),mientras que los calores de reacción se obtienen utilizando cantidades molares que en la ecuación. (4-5). Dosvalores de poder calorífico se dan en la tabla; alto valor calorífico se utiliza cuandoagua en los productos de escape se encuentra en estado líquido, y el poder calorífico inferior se utilizacuando el agua en los productos es vapor. La diferencia es el calor de vaporización delagua:QHHV = QLHV+ILH

vap(4-6)Calorífico superior normalmente se cotiza en recipientes de combustible, el número más altohaciendo que el combustible parece más atractivo. Para el análisis del motor, el valor calorífico inferior es

Página 143Sec.4-1Termoquímica129el valor lógico a utilizar. Todo el intercambio de energía en la cámara de combustión se produce enalta temperatura, y sólo en algún lugar del proceso de escape, donde puede noya afectar el funcionamiento del motor, no el gas del producto Descargue enfría hasta el punto de rocíola temperatura. El calor en el motor que consigue convierte en trabajo de salida se puede darcomo:Suponiendo que se conocen las condiciones de entrada de los reactivos, es necesarioencontrar la temperatura de los productos de tal manera que esta ecuación será satisfecho. Este esla temperatura de llama adiabática.Temperatura adiabática de llama es la temperatura máxima teórica idealesque se puede obtener de una mezcla de combustible y aire dado. La temperatura máxima realen un ciclo del motor será de varios cientos de grados menos que esto. Hay algo de calorpérdida incluso en el muy corto tiempo de un ciclo, la eficiencia de combustión es menor que 100%por lo que una pequeña cantidad de combustible no se quema, y algunos componentes se disocian enlas altas temperaturas del motor. Todos estos factores contribuyen a que el pico realtemperatura del motor algo menor que la temperatura adiabática de llama.

Página 144Análisis de escape del motorEs una práctica común para analizar el escape de un motor IC. El sistema de control de una

moderna inteligente motor de automóvil incluye sensores que monitorean continuamente laescape que salen del motor. Estos sensores determinan la composición química deel escape caliente por varios química, electrónica y métodos térmicos. Esta informaciónción, junto con la información de otros sensores, es utilizado por la gestión del motorsistema (EMS) para regular el funcionamiento del motor mediante el control del aire-combustiblerelación, el tiempo de encendido, el ajuste de entrada, sincronización de válvulas, etc.Talleres de reparación y estaciones de verificación carretera también analizan rutinariamente automóvilde escape para determinar las condiciones de funcionamiento y / o las emisiones. Esto se hace tomandouna muestra de los gases de escape y se ejecuta a través de un analizador externo. Cuandoesto se hace, hay una alta probabilidad de que el gas de escape se enfría por debajo de su rocíotemperatura del punto antes de que esté completamente analizada, y el agua de condensación cambiarála composición del gas de escape. Para compensar esto, un análisis seca se puede realizarformado por la eliminación de primera todo el vapor de agua del tubo de escape, por lo general por algunossignifica termoquímica.PROBLEMA EJEMPLO 4.4El motor de cuatro cilindros de una camioneta propiedad de una empresa de servicio público ha sido con-verted para funcionar con combustible de propano. Un análisis seco del escape del motor da la siguienteporcentajes volumétricos:

Página 1454-2 HIDROCARBUROS COMBUSTIBLES-GASOLINAEl combustible principal para los motores SI es la gasolina, que es una mezcla de muchos hidrocarburoscomponentes y se fabrica a partir del petróleo crudo. El petróleo crudo fue el primer descubri-

Ered en Pennsylvania en 1859, y la línea de productos de combustible generado a partir de lo desarrolladojunto con el desarrollo del motor de IC. El petróleo crudo está compuesto casi en su totalidadde carbono e hidrógeno con algunas trazas de otras especies. Esto varía de 83% a87% de carbono y 11% a 14% de hidrógeno en peso. La lata de carbono e hidrógenocombinar de muchas maneras y formar muchos compuestos moleculares diferentes. Una de las pruebas deuna muestra de crudo identificó más de 25.000 componentes de hidrocarburos diferentes [93].La mezcla de petróleo crudo que se toma de la planta se separa en com-productos Ponent por agrietamiento y / o destilación usando métodos térmicos o catalíticos enuna refinería de petróleo. El agrietamiento es el proceso de romper grandes componentes moleculares encomponentes más útiles de peso molecular más pequeño. Destilación preferencialutilizado para separar las mezclas en sus componentes individuales o intervalos más pequeños de compo-nentes. Generalmente, cuanto mayor sea el peso molecular de un componente, el superior es su

Página 146132Termoquímica y CombustiblesCap.4temperatura de ebullición. Componentes de temperatura de baja temperatura (menor molecularpesos) se utilizan para disolventes y combustibles (gasolina), mientras que la temperatura de ebullición altocomponentes con sus grandes pesos moleculares se utilizan para alquitrán y asfalto ovuelto al proceso de refinación para el craqueo más. La mezcla de los componentes de laproceso de refinación se utiliza para muchos productos, incluyendo:la gasolina del automóvilcombustible diesella gasolina de avionescombustible del jetel combustible de calefacción del hogarcombustible para calefacción industrial

gas naturalaceite de lubricaciónasfaltoalcoholcauchopintarplásticaexplosivosLa disponibilidad y el costo de la gasolina, entonces, es el resultado de un mercado de competenciación con muchos otros productos. Esto se hace más crítico con el agotamiento de lalas reservas de petróleo crudo de la tierra, que se cierne en el horizonte.El crudo obtenido de diferentes partes del mundo contienen diferentes cantidadesy combinaciones de especies de hidrocarburos. En los Estados Unidos, dos clasificación de conjuntocationes se identifican: crudo Pennsylvania y crudo occidental. Crudo Pennsylvaniatiene una alta concentración de parafinas con poco o nada de asfalto, mientras que el crudo occidentaltiene una base de asfalto con poca parafina. El petróleo crudo de algunos campos de petróleo enel Medio Oriente se compone de mezclas de componentes que podrían ser utilizados inmediatamente paraDe combustible del motor IC con poco o ningún refino.Figura 4-2 muestra una temperatura de vaporizacióncurva para un mezcla típica de gasolinatura. Los diversos componentes de diferentes pesos moleculares en vaporizardiferentes temperaturas, pesos moleculares pequeños que hierven a baja temperatura ypesos moleculares más grandes en una temperatura más alta. Esto hace que un combustible muy deseable. LASe necesita pequeño porcentaje de componentes que se vaporizan (hervir) a baja temperatura paraasegurar el arranque de un motor frío; combustible debe vaporizarse antes de que pueda quemar. Sin embargo,demasiado de esta volatilidad de front-end puede causar problemas cuando el combustible se evapora demasiadorápidamente. La eficiencia volumétrica del motor se reducirá si el vapor de combustible reemplaza el aire

demasiado temprano en el sistema de admisión. Otro grave problema es que esto puede causar el bloqueo de vapor,que ocurre cuando el combustible se vaporiza en las líneas de suministro de combustible o en el carburador en elcompartimiento del motor caliente. Cuando esto sucede, el suministro de combustible se corta y el

Página 147motor se para. Un gran porcentaje de combustible debe ser vaporizado en la ingesta normal maTEM temperatura durante el corto tiempo del proceso de admisión. Para maximizareficiencia volumétrica, parte del combustible no debe vaporizar hasta altas horas de la com-ictus compresión e incluso en el inicio de la combustión. Es por esto que algunoscomponentes de alto peso molecular-se incluyen en las mezclas de gasolina. Si demasiado deesta volatilidad alta gama se incluye en la gasolina, sin embargo, parte del combustible que nuncaconsigue vaporizado y termina como la contaminación de escape o se condensa en las paredes de los cilindrosy diluye el aceite lubricante.Una manera en que a veces se utiliza para describir una gasolina es utilizar tres tempera-Atures: la temperatura a la cual 10% se vaporiza, en el que 50% se vaporiza, yen el cual el 90% se evapora. La gasolina en la Fig. Por lo tanto, 4-2 podrían clasificarse como57-81-103 ° C.Si se comparan diferentes marcas comerciales de la gasolina, se encontró quepoca diferencia en las curvas de volatilidad de una temporada y el lugar en el país.Por lo general, alrededor de un 5 ° C se desplazan hacia abajo de la temperatura en la curva de vaporizacióninvierno de la gasolina en comparación con el verano.Si la gasolina se aproxima como combustible de un solo componente de hidrocarburo, que lo haríatener una estructura molecular de aproximadamenteCSH15y un peso molecular correspondiente de

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Termoquímica y CombustiblesCap.4111. Estos son los valores que se utilizarán en este libro de texto. A veces, la gasolina esaproximado por el componente de hidrocarburos reales isooctano CgHlg, que mejorpartidos de su estructura de componentes y propiedades termodinámicas. Tabla A-2 se enumeranpropiedades de la gasolina, isooctano, y algunos otros combustibles comunes.3.4 ALGUNOS COMPONENTES DE HIDROCARBUROS COMÚNLos átomos de carbono forman cuatro enlaces en estructuras moleculares, mientras que el hidrógeno tiene un solobonos. LAsaturadomolécula de hidrocarburo no tendrá carbono-a-doble o triplebonos de carbono y tendrán un número máximo de átomos de hidrógeno. Uninsaturadomolécula tendrá dobles o triples enlaces carbono-carbono.Un número de diferentesfamiliasde moléculas de hidrocarburos han sido identificados;algunos de los más comunes se describen.ParafinasLa familia de parafina (a veces llamados alcanos) son moléculas de cadena con una car-combinación bon-hidrógenoCnH2n +2,n es cualquier número. El miembro más simplede esta familia, y la más simple de todas las moléculas de hidrocarburos estables, es el metano(CH4),que es el componente principal del gas natural. Puede ser descrito como:

Página 149El isobutano también puede ser llamado metilpropano-propanoporque tiene tresátomos de carbono en la cadena principal y uno de metiloradical,CH

3,la sustitución de una de lasátomos de hidrógeno. Las moléculas sin sucursales en su cadena a veces se llamannormales; por lo tanto butano a veces se llama de butano normal o n-butano. Aunqueisobutano y n-butano tienen la misma fórmula química, C4HlO,y casi identificaciónpesos moleculares Cal, tienen diferentes propiedades térmicas y físicas. Este escierto para cualquier par de especies químicas que tienen diferentes estructuras moleculares, aunque seaque tienen la misma fórmula química.Hay muchas maneras de cadenas químicas pueden ser ramificados, dando una muy grandenúmero de posibles especies químicas. Isooctano (CSH1S)tiene la siguiente molecularestructura:

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Página 152Aromáticos generalmente hacen buenos componentes del combustible de gasolina, con alguna excepciónciones debido a la contaminación de escape. Ellos tienen altas densidades en estado líquido y por lo tantotienen un alto contenido de energía por unidad de volumen. Aromáticos tienen alta solvencia ca-cas, y la atención se deben utilizar en la selección de materiales para el sistema de suministro de combustible (por ejemplo,que se disuelven o se hinchan algunos materiales de junta). Aromatics se disolverán una mayor

Página 1534.4 AUTO-ENCENDIDO Y octanaje

Características Auto-ignición de combustiblesSi la temperatura de una mezcla de aire-combustible se eleva lo suficientemente alta, la mezcla se auto-encender sin la necesidad de una bujía de encendido u otro externo. La temperaturapor encima del cual esto ocurre se denominatemperatura de inflamación espontánea(SENTAR). Este es el básicoprincipio de encendido en un motor de encendido por compresión. La relación de compresión es altalo suficiente para que la temperatura se eleva por encima SIT durante la carrera de compresión. Auto-ignición entonces se produce cuando se inyecta combustible en la cámara de combustión. En elPor otra parte, la auto-ignición (o pre-ignición, o auto-ignición) no es deseable en un SImotor, donde se utiliza una bujía de encendido para encender el aire-combustible en el momento adecuado en elciclo. Las relaciones de compresión de los motores SI a gasolina se limitan a alrededor de 11: 1para evitar la auto-ignición. Cuando la auto-ignición se produce en un motor de SI mayor quedeseable, se generan impulsos de presión. Estos pulsos de alta presión pueden causar daños

Página 154Figura 4-3 características auto-igniciónde combustibles. Si la temperatura de un combustible eslevantado por encima de la temperatura de inflamación espontánea(SIT), el combustible espontáneamente incendiarsedespués de un retraso de encendido corto (ID) tiempo. Losmás por encima de SIT que el combustible se calienta,el más corto habrá ID. Retardo de encendido esgeneralmente del orden de milésimas desegundo. Adaptado de [126].edad para el motor y muy a menudo se encuentran en la gama de frecuencias audible. Este menoenon a menudo se llama golpe o ping.Figura 4-3 muestra el proceso básico de lo que sucede cuando se produce la auto-ignición. Si

una mezcla combustible de aire-combustible se calienta a una temperatura de menos de SIT, no igniciónse producirá y la mezcla se enfríe. Si la mezcla se calienta a una temperaturapor encima de la ITE, autoencendido se producirá después de un retardo de tiempo corto llamado retardo de encendido (ID).Cuanto mayor es el aumento inicial temperatura por encima de SIT, más corto será ID. Los valorespara SIT y el ID de una mezcla de aire-combustible dado son ambiguos, dependiendo de muchos variableables que incluyen temperatura, presión, densidad, turbulencia, remolino, la relación de aire-combustible,presencia de gases inertes, etc. [93].Retardo del encendido es generalmente una fracción muy pequeña de un segundo. Durante este tiempo,se producen reacciones de preignición, incluyendo la oxidación de algunos componentes de combustible e inclusoagrietamiento de algunos componentes de hidrocarburos grandes en moléculas más pequeñas HC. Estasreacciones preignición elevan la temperatura en puntos locales, que a su vez promueve Ademásreacciones cionales hasta que, finalmente, la reacción de combustión real ocurre.Figura 4-4 muestra la historia en tiempo de presión dentro de un cilindro de un SI típicadel motor. Sin autoencendido la fuerza de presión sobre el pistón sigue una suavecurva, lo que resulta en funcionamiento suave del motor. Cuando la auto-ignición ocurre, la presiónfuerzas sobre el pistón no son lisas y golpeteo del motor se produce.

Página 155Por motivos ilustrativos, una cámara de combustión puede ser visualizado esquemáticamentecomo un tubo largo y hueco, que se muestra en la Fig. 4-5. Obviamente, esto no es la forma de una verdaderacámara de combustión del motor, sino que permite la visualización de lo que sucede durante la com-combustión. Estas ideas pueden ser extrapolados a las formas del motor de combustión real.Antes de la cámara de combustión se divide en cuatro unidades de masa iguales, cada una ocupandoun volumen igual. La combustión se inicia en la bujía de encendido en el lado izquierdo, y la llama

frontal se desplaza de izquierda a derecha. Como se produce la combustión, la temperatura del quemadogases de isincreased a un valor alto. Esto, a su vez, eleva la presión de los gases quemadosy se expande el volumen de la masa como se muestra en la Fig. 4-5 (b). Los gases no quemados endelante del frente de llama se comprimen por esta mayor presión, y la compresión

Página 156Figura 4-5 SI cámara de combustión del motor visualizado esquemáticamente como cilindro hueco largacon la bujía situada en el extremo izquierdo. (a) Masa de aire-combustible se distribuye por igual como la bujíase dispara para iniciar la combustión. (b) Por lo que se mueve a través del frente de llama, cámara de mezcla no quemada enfrente de llama se comprime en menor volumen. (c) frente a la llama sigue comprimirmezcla no quemada en un volumen más pequeño, lo que aumenta su temperatura y presión. Si com-compresión aumenta la temperatura del gas final por encima de SIT, autoencendido y llamo puede ocurrir.de calentamiento eleva la temperatura del gas. La temperatura del gas no quemado es fur-Ther criado por calentamiento por radiación de la llama, y esto, entonces aumenta la presión inclusomás alto. La transferencia de calor por conducción y convección no son importantes durante esteproceso debido al intervalo de tiempo muy corto en cuestión.El frente de la llama en movimiento a través de la segunda masa de aire-combustible lo hace a unritmo acelerado debido a la temperatura y presión más altas, lo que aumenta lavelocidad de reacción. Esto, a su vez, nuevas compresas y calienta los gases no quemados delantede la llama como se muestra en la Fig. 4-5 (c). Además, la liberación de energía en la combustiónproceso de plantea más la temperatura y la presión de los gases quemados detrásel frente de llama. Esto ocurre tanto por calentamiento a la compresión y la radiación. Por lo tanto, lafrente de la llama continúa su recorrido a través de una mezcla no quemada que es progresivamente

mayor en temperatura y presión. En el momento de la llama llega a la última porción degas no quemado, este gas es a muy alta temperatura y presión. En este gas finalcerca del final del proceso de combustión es donde se producen la auto-ignición y llamar. Aevitar la detonación, es necesario que la llama pase a través y consumirá a todos sin quemarlos gases que han subido por encima de la temperatura de auto-ignición antes de que el retardo de encendido

Página 157Sec.4-4Auto-ignición y OctaneNumber143que transcurre el tiempo. Esto se hace mediante una combinación de control de las propiedades del combustible y el diseño degeometría de la cámara de combustión.Al final del proceso de combustión, la región más caliente en el cilindro está cercala bujía, donde se inició la combustión. Esta región se convirtió en caliente al iniciode la combustión y luego continuó aumentando en la temperatura debido a la compresiónla calefacción y la radiación como el frente de llama pasa a través del resto de la combustióncámara.Al limitar la relación de compresión en un motor SI, la temperatura en el extremode la carrera de compresión donde comienza la combustión es limitado. El peratura reducidaratura en el inicio de la combustión a continuación, reduce la temperatura a lo largo del todoproceso de combustión, y el golpe se evita. Por otro lado, una alta compresiónrelación dará lugar a una temperatura más alta al comienzo de la combustión. Esto hará que todostemperaturas durante el resto del ciclo para ser más altos. La temperatura más alta delgas final será crear un time ID corta, y llamo ocurrirá.Octano Número y golpeteo del motorLa propiedad de combustible que describe qué tan bien va o no auto-ignite se llama un combustible

el número de octano o simplemente octanaje. Se trata de una escala numérica generada por la comparaciónlas características de auto-ignición del combustible a la de combustibles estándar en una prueba específicadel motor en condiciones de funcionamiento específicas. Los dos combustibles de referencia estándar utilizados sonisooctano (2,2,4 trimetilpentano), que se da el número de octano (ON) de 100,y n-heptano, que se da el EN de O. Cuanto mayor sea el número de octano de un combustible,es menos probable que se auto-encender. Los motores con bajas relaciones de compresión pueden utilizar combustiblescon números de octano inferiores, pero los motores de alta compresión deben utilizar combustible de alto octanajepara evitar la auto-ignición y llamar.Hay varias pruebas diferentes que se utilizan para los números de octanaje, cada una de ellasdará un valor ON ligeramente diferente. Los dos métodos más comunes de calificacióncombustibles de gasolina y otra SI automóviles son el método del motor y de la InvestigaciónMétodo. Estos dan el número de octano motor (hombre) y el número de octano de investigación(RON). Otro método menos común es el Método de la aviación, que se utiliza paracombustible de aviación y da un octanaje Número de Aviación (AON). El motor usado paramedir hombre y RON fue desarrollado en la década de 1930. Se trata de un solo cilindro, excesomotor de válvulas cabeza que opera en el ciclo Otto de cuatro tiempos. Tiene una variablerelación de compresión que se puede ajustar de 3 a 30. Las condiciones de ensayo para medirHombre Y RON se dan en la Tabla 4-3.Para encontrar el EN de un combustible, se utiliza el siguiente procedimiento de ensayo. El motor de pruebase ejecuta en condiciones específicas utilizando el combustible se está probando. Relación de compresión esajusta hasta que se experimenta un nivel estándar de golpe. Se sustituye a continuación, el combustible de ensayocon una mezcla de los dos combustibles estándar. El sistema de admisión del motor está diseñado

de tal manera que la mezcla de los dos combustibles estándar se puede variar a cualquier ciento de todoisooctano para todo n-heptano. La mezcla de combustibles es variada hasta que la misma golpee ca-cas se observan como con el combustible de prueba. El porcentaje de isooctano en la mezcla de combustible

Página 158es la EN dado al combustible de ensayo. Por ejemplo, un combustible que tiene el mismo ca- golpecarac- como una mezcla de 87% de isooctano y 13% de n-heptano tendrían un EN de 87.En las bombas de combustible en una estación de servicio de automóvil se encuentra elantidetonanteÍndice:AKI=(Lun.+RON) j2(4-9)Esto se refiere a menudo como el número de octano del combustible.Debido a que el motor de prueba tiene una cámara de combustión diseñado en la década de 1930 yporque las pruebas se llevan a cabo a baja velocidad, el número de octano obtenida no lo harásiempre correlacionar totalmente con la operación en los motores modernos de alta velocidad. Ro octanobros no deben tomarse como absoluto en la predicción de golpear características para un determinadodel motor. Si hay dos motores con la misma relación de compresión, pero con diferentegeometrías de cámara de combustión, no se podría golpearse el uso de un combustible dado, mientras que elotros pueden experimentar problemas de detonación graves con el mismo combustible.Condiciones de funcionamiento utilizados para medir MON son más graves que las que se utilizanpara medir RON. Algunos combustibles, por lo tanto, tendrán un RON mayor que MON (ver

Tabla A-2). La diferencia entre ellos es el llamadosensibilidad de combustible:FS=RON - lun(4-10)Sensibilidad de combustible es una buena medida de las características de picado cómo sensibles de uncombustible será a la geometría del motor. Un número bajo FS suele significar que golpecaracterísticas de que el combustible son insensibles a la geometría del motor. Números FS generalvariar desde 0 a 10.Para la medición de índices de octano por encima de 100, aditivos de combustible se mezclan con isooc-tane y otros puntos estándar se establecen. Un aditivo común utilizado para muchosaños para aumentar el número de octano de un combustible se tetraetilo de plomo (TEL).Números de octano Común (índice antidetonante) para los combustibles de gasolina utilizados encoches van desde 87 hasta 95, con valores más altos disponibles para especiales de alta per-motores de rendimiento y de carreras. Motores de aviación alternativa SI suelen utilizar bajo plomocombustibles con números de octano en el rango de 85 a 100.

Página 159Sec. 4.4Auto-ignición y Número de Octano145El número de octano de un combustible depende de un número de variables, algunas de las cualesno se entienden completamente. Las cosas que afectan SOBRE son geometría de la cámara de combustión,turbulencia, remolino, temperatura, gases inertes, etc. Esto se puede ver por la diferencia deRON y el hombre para algunos combustibles, provocada por diferentes características de funcionamientodel motor de prueba. Otros combustibles tendrán idéntica RON y lun Cuanto mayor sea el

velocidad de la llama en una mezcla de aire-combustible, mayor será el número de octano. Esto es porque,con una velocidad de la llama superior, la mezcla de aire-combustible que se calienta por encima de SIT será con-consumida durante el tiempo de retardo de encendido, y llamo será evitado.Generalmente hay una alta correlación entre la relación de compresión y laSOBRE del combustible de un motor requiere para evitar golpes (fig. 4-6).Si se mezclan varios combustibles de EN conocido, una buena aproximación de la mezclanúmero de octano es:ENmezclar=(%OFA) (ONLA)+(%de B.) (ONB)+(% OFC) (ONC)(4-11)dónde%=ciento en masa.Combustibles crudos tempranas para automóviles tenían un número muy bajo octanaje que requeríanbaja relación de compresión. Esto no fue un serio obstáculo a principios de los motores, querelaciones necesarias bajas de compresión debido a la tecnología y los materiales de ese día.Altas relaciones de compresión generan mayores presiones y fuerzas que no podían ser tol-nerada en los primeros motores.

Página 160146Termoquímica y CombustiblesCap.4

Componentes de combustible con moléculas de cadena larga en general tienen menor mero octanajebros: el más largo de la cadena de la menor es la ON. Componentes con más cadenas lateralestienen números de octano superiores. Para un compuesto con un número dado de carbono yátomos de hidrógeno, más estos átomos se combinan en cadenas laterales y no en unos pocoslargas cadenas, mayor será el número de octano. Componentes de combustible con moles anillocules tienen números de octano superiores. Los alcoholes tienen números de octano altos a causa desu llama alta acelera.Hay una serie de aditivos de la gasolina que se utiliza para elevar el octanajenúmero. Durante muchos años el aditivo estándar era TEL tetraetilo de plomo, (C2Hs) 4PB.A pocos mililitros de TEL en varios litros de gasolina podrían elevar el en variaspuntos de una manera muy predecible (Fig. 4-7).Cuando se utilizó TEL primero, se mezcla con la gasolina en el local de combustibleestación de servicio. El proceso consistía en verter TEL líquido en el tanque de combustible y luego añadirla gasolina, lo que se mezcle con el TEL debido a la turbulencia natural de lavertido. Esto no era una forma segura de manejar TEL, que tiene vapores tóxicos y esincluso nocivo en contacto con la piel humana. Poco después de esto, TEL se mezcló en ella gasolina en las refinerías, lo que hizo mucho más seguro de manejar. Sin embargo, esta creaciónated una necesidad de tanques de almacenamiento y bombas de gasolina adicional en la estación de servicio.Combustibles octano alto y de bajo octanaje eran ahora dos gasolinas diferentes y no pueden sermezclados en la estación de servicio de una base de la gasolina común.Figura 2-5 muestra cómo se incrementaron las relaciones de compresión de los motores de automóvilesdespués de la introducción de TEL en la década de 1920.El principal problema con TEL es el plomo que termina en el escape del motor.El plomo es una emisión de motor muy tóxico. Durante muchos años, el problema de las emisiones de plomo

no se consideró grave sólo se debe a los números más bajos de los automóviles. Sin embargo,a finales de la década de 1940 y en la década de 1950 el problema de la contaminación de escape de los automóviles era

Página 161Sec.4-4Auto-ignición y Número de Octano147reconocido, por primera vez en el área de la cuenca de Los Ángeles de California. La razón de que concienciadad del problema comenzó aquí fue una combinación de una alta densidad de automóvilesy las condiciones climáticas únicas en la cuenca. En los años 1960 y 1970, como el meroBER de coches proliferó tanto en los Estados Unidos y en el resto de lamundo, se reconoció que el plomo ya no podía ser tolerada en gasolina. Enla década de 1970 bajo el plomo y sin plomo gasolinas estaban siendo comercializados, ya principios del1990 plomo en el combustible era ilegal en los Estados Unidos para la mayoría de los vehículos.La eliminación del plomo de la gasolina ha creado un problema para los automóviles más viejosy otros motores más antiguos. Cuando TEL se consume en el proceso de combustión en elcilindro de un motor, uno de los resultados es ser plomo depositado sobre las paredes de laCámara de combustión. Este plomo reacciona con las paredes calientes y forma una superficie muy duracara. Cuando se fabricaron motores más antiguos, se utilizaron aceros más blandos en el cilindroparedes, cabezales y asientos de válvulas. A continuación, se espera que cuando estos motores eranoperado utilizando combustible con plomo, estas partes se convertirían en tratamiento térmico y se endurecedurante el uso. Ahora, cuando estos motores se accionan con combustible sin plomo, no lo hacenexperimentar este tratamiento de endurecimiento con posibles problemas de desgaste a largo plazo. Losdesgaste que se produce en los asientos de las válvulas es la más crítica, y no ha sido catastrófico

fallos de motor cuando los asientos de válvula llevaban a través. Hay ahora lideran sustitutos disponiblespoder que se puede añadir a la gasolina para las personas que deseen operar mayoresautomóviles para longitudes de tiempo prolongados. Aditivos que ahora se utilizan en la gasolina aelevar el octanaje incluyen alcoholes y compuestos organomanganese.Como un motor de edades, los depósitos se acumulan en las paredes de la cámara de combustión. Estaaumenta golpe problemas de dos maneras. En primer lugar, hace que el volumen de holgura más pequeñay en consecuencia aumenta la relación de compresión. En segundo lugar, los depósitos actúan como un ter-barrera mal y aumentar las temperaturas durante todo el ciclo del motor, incluyendotemperatura máxima. Requisitos Octane pueden subir como un motor de edades, con un promedioincremento de la edad necesaria de unos tres o cuatro para los motores más antiguos.Elimine por lo general ocurre en WOT cuando el motor se carga (por ejemplo, el inicio rápido osubiendo una colina). Problemas graves de picado se pueden reducir retardando el encendidodespertar y comenzar la combustión poco más tarde en la carrera de compresión. Muchos mo-motores inteligentes ern tienen noquear detección para ayudar a determinar óptima de funcionamientocondiciones. Estos suelen ser los transductores que detectan noquear pulsos de presión. Un poco debujías están equipados con transductores de presión para este propósito. El oído humanoes un buen detector de golpe.Detonación del motor también puede ser causada por el encendido de superficie. Si existe algún lugar caliente localen la pared cámara de combustión, esto puede encender la mezcla de aire-combustible y provocar que elmismo tipo de pérdida de control de combustión de ciclo. Esto puede ocurrir sobre los depósitos superficiales demotores más antiguos, con válvulas de escape calientes, sobre electrodos de la bujía caliente, en cualquier aguda

esquina en la cámara de combustión. El peor tipo de inflamación de la superficie es de pre-encendidoción, que se inicia la combustión demasiado pronto en el ciclo. Esto hace que el motor funcionemás caliente, lo que provoca puntos calientes más superficiales, lo que provoca más de ignición superficie. Enproblemas de encendido de superficie extrema, cuando las paredes de la cámara de combustión son demasiado caliente,de gestión en que ocurrirá. Esto significa que el motor seguirá funcionando después de que el encendido por chispaha sido desactivado.

Página 162COMBUSTIBLE DIESEL 05.04El combustible diesel (aceite diesel, aceite combustible) se puede obtener en una amplia gama de pesos molecularesy las propiedades físicas. Se utilizan varios métodos para clasificar, algunos usando nume-escalas iCal y algunos designándolo para diversos usos. En términos generales, la mayorel refinado realizado sobre una muestra de combustible, menor es su peso molecular, menor essu viscosidad, y cuanto mayor es su coste. Escalas numéricas por lo general van de uno (1)a cinco (5) o seis (6), con subcategorías utilizando letras alfabéticas (por ejemplo, AI, 2D, etc).Los números más bajos tienen los pesos moleculares más bajos y menor viscosidad. Estasson los combustibles que se utilizan normalmente en los motores de encendido. Combustibles numeradas Superior se utilizan en la residenciadencial unidades de calefacción y hornos industriales. Los combustibles con los números más grandes son muyviscoso y sólo se puede utilizar en unidades de calefacción grandes, masivas. Cada clasificación tienelímites aceptables establecidos en diversas propiedades físicas, como punto de viscosidad, flash,punto de fluidez, el número de cetano, el contenido de azufre, etc.Otro método de clasificación de combustible diesel para ser utilizado en la combustión internamotores es para designarlo para su uso previsto. Estas designaciones incluyen autobuses, camiones,

ferrocarril, marítimo, y el combustible estacionarias, al pasar de peso molecular menor a mayor.

Página 163Sec.4-5Combustible diesel149Para mayor comodidad, los combustibles diesel para motores de combustión interna se pueden dividir en dos extremoscategorías. Combustible diesel ligero tiene un peso molecular de aproximadamente 170 y puede ser aproxi-imated por el C12.3H22.2 fórmula química (véase la Tabla A-2). Combustible diesel pesado tiene unapeso molecular de aproximadamente 200 y se puede aproximar como C14.6H24.8.Most dieselcombustible utilizado en motores caben en este rango. Combustible diesel Luz será menos viscosa ymás fácil de la bomba, por lo general inyectará en gotas más pequeñas, y será más costoso.Combustible diesel pesado en general se puede utilizar en motores más grandes con mayor presión de inyecciónSures y sistemas de admisión con calefacción. A menudo, un automóvil o camioneta pueden utilizar una menorcostoso combustible más pesado en el verano, pero debe cambiar a un combustible más ligero, menos viscoso enclima frío debido a problemas de arranque y de bombeo de la línea de combustible fríos.Número de cetanoEn un motor de encendido por compresión, la auto-ignición de la mezcla aire-combustible es una necesidad.El combustible correcto debe ser elegido que se auto-ignición a su debido tiempo preciso enel ciclo del motor. Por tanto, es necesario tener un conocimiento y control del encendidoción tiempo de retardo del combustible. La propiedad que cuantifica esto se llama el cetanonúmero. Cuanto mayor sea el número de cetano, cuanto más corto es el ID y la más rápida es lacombustible se auto-ignición en el entorno de la cámara de combustión. Un bajo número de cetanosignifica que el combustible tendrá un largo de identificación.

Al igual octanaje calificación número, números de cetano se establecen comparando elcombustible de prueba a dos combustibles de referencia estándar. El n-cetano componente de combustible (hexade-caña), C16H34, se le da el valor de número de cetano de 100, mientras que heptametilnonano(HMN), C12H34, se le da el valor de 15. El número de cetano (CN) de otros combustibles sea continuación, obtenido mediante la comparación del ID de ese combustible a la ID de una mezcla de mezcla de lados combustibles de referencia conCN de combustible=(por ciento de n-cetano)+(0.15) (porcentaje de HMN)(4-12)Un motor de prueba CI especial se utiliza que tiene la capacidad de tener el com-relación de compresión ha cambiado, ya que opera. Combustible siendo clasificación se inyecta en el motorcilindro al final de la carrera de compresión a 13 ° BTDC. La relación de compresión es entoncesvariada hasta que la combustión se inicia en el PMS, dando una ID de 13 ° de rotación del motor. Con-a cabo el cambio de la relación de compresión, el combustible de ensayo se sustituye con una mezcla de los doscombustibles de referencia. El uso de dos tanques de combustible y dos controles de flujo, la mezcla de los combustibles esvariada hasta que la combustión se obtiene de nuevo en el TDC, un ID de13 °.La dificultad de este método, además de requerir un motor de prueba costoso, esser capaz de reconocer el momento preciso cuando se inicia la combustión. El aumento muy lentoen la presión en el inicio de la combustión es muy difícil de detectar.Rango de número de cetano normal es alrededor de 40 a 60. Para una inyección motor dadomomento y tasa, si el número de cetano del combustible es bajo el ID será demasiado largo. Cuandoesto ocurre, más combustible que, deseable será inyectado en el cilindro antes de la

partículas primer combustible encienden, causando una muy grande, aumento de la presión rápido en el inicio de com-combustión. Esto se traduce en una baja eficiencia térmica y un motor de áspera correr. Si el CN

Página 1644-6 COMBUSTIBLES ALTERNATIVOSEn algún momento durante el siglo 21, los productos de petróleo y sus derivados de crudo se convertiránmuy escaso y costoso encontrar y producir. Al mismo tiempo, es probable que haya unaaumento en el número de automóviles y otros motores de combustión interna. Aunque nomía de combustiblenomía de los motores se mejora en gran medida del pasado y probablemente siga siendomejorado, números solos dictan que habrá una gran demanda de combustible en elpróximas décadas. Gasolina será escaso y costoso. Tecnología de combustible alternativo,la disponibilidad y uso debe y va a ser más comunes en las próximas décadas.Aunque siempre ha habido algunos motores de combustión interna alimentados con no-gasolinao los combustibles de petróleo diesel, su número ha sido relativamente pequeña. Debido al alto costode productos derivados del petróleo, algunos países del tercer mundo desde hace muchos años se utilizafabricado de alcohol como combustible principal vehículo.Muchas estaciones de bombeo en las tuberías de gas natural utilizan la tubería de gas para alimentar elmotores de conducir las bombas. Esto resuelve un problema de otra manera complicada de deliv-Ering combustible a las estaciones de bombeo, muchos de los cuales están en regiones muy aisladas. Un poco demotores de gran cilindrada se han fabricado especialmente para el trabajo de tuberías.Estos consisten en un banco de cilindros del motor y un banco de cilindros de compresoresconectado a la misma cigüeñal y contenida en un solo bloque motor similar a unaMotor V-estilo.Otra razón motivadora el desarrollo de combustibles alternativos para el IC

motor es la preocupación por los problemas de emisiones de los motores de gasolina. Combinado conotros sistemas de aire contaminante, el gran número de automóviles es un importante contribuyenteal problema de la calidad del aire del mundo. Grandes mejoras se han hecho enreducción de las emisiones emitidas por un motor de automóvil. Si una mejora del 30% esrealizado durante un período de años y durante el mismo tiempo, el número de automóviles enel mundo aumenta en un 30%, no hay ganancia neta. En realidad, la mejora neta en

Página 165Sec.4-6Combustibles Alternos151limpieza de escape de los automóviles desde 1950, cuando el problema se hizo aparenteent, es superior al 95%. Sin embargo, es necesaria una mejora adicional debido a lanúmero de automóviles cada vez mayor.Una tercera razón para el desarrollo de combustible alternativo en los Estados Unidos y otrapaíses industrializados es el hecho de que un gran porcentaje de petróleo crudo debe serimportado de otros países que controlan los yacimientos de petróleo más grandes. En los últimos años, hastaa un tercio del déficit comercial exterior de Estados Unidos ha sido desde la compra depetróleo crudo, decenas de miles de millones de dólares.Listado siguientes son los principales combustibles alternativos que han sido y están siendo consi-Ered y probado para un posible uso de alto volumen en el automóvil y otros tipos de ICmotores. Estos combustibles se han utilizado en cantidades limitadas en automóviles y pequeñacamiones y furgonetas. Muy a menudo, la flota de vehículos se han utilizado para las pruebas (por ejemplo, taxis,furgonetas, camiones de la empresa de servicios públicos). Esto permite la prueba de comparación con simi-

vehículos a gasolina lar, y simplifica el abastecimiento de combustible de estos vehículos.Hay que recordar que, en casi todas las pruebas de combustible alternativo, los motoresusados se modifican los motores que fueron diseñados originalmente para el abastecimiento de combustible de gasolina. Ellosson, por lo tanto, no el diseño óptimo para los otros combustibles. Sólo cuando extensala investigación y el desarrollo se lleva a cabo durante un período de años será Perfor- máximomiento y la eficiencia se dieron cuenta de estos motores. Sin embargo, la investigación yel desarrollo es difícil de justificar hasta que los combustibles son aceptados como viable para grandes merobros de los motores (el problema de la gallina y el huevo).Algunos motores diesel están comenzando a aparecer en el mercado que utilizan combustible dual.Ellos usan metanol o gas natural y una pequeña cantidad de combustible diesel que se inyecta enel momento adecuado para encender ambos combustibles.La mayoría de los combustibles alternativos son muy costosos en la actualidad. Esto es a menudo debido a lacantidad utilizada. Muchos de estos combustibles costará mucho menos si la cantidad de su usollega al mismo orden de magnitud como la gasolina. El costo de fabricación, distri-lución, y la comercialización de todo sería menos.Otro problema Withalternate combustibles es la falta de puntos de distribución (servicioestaciones) donde el combustible está disponible al público. El público será reacio a propósitoperseguir un automóvil a menos que haya una red a gran escala de las estaciones de serviciodisponibles en combustible para automóviles que se pueden comprar. Por otro lado, esdifícil de justificar la construcción de una red de estas estaciones de servicio hasta que no lo suficienteautomóviles para que sean rentables. Algunas ciudades están empezando a poner a disposición ununos puntos de distribución de algunos de estos combustibles, como el propano, gas natural, y

metanol. El traslado de un importante tipo de combustible a otro será un proceso lento, costoso,y el proceso a veces doloroso.A continuación, algunos de los inconvenientes de un combustible en particular puede llegar a sermenos de un problema si se utilizan grandes cantidades de que el combustible (es decir, coste, distribución, etc.).AlcoholLos alcoholes son un combustible alternativo atractivos debido a que se pueden obtener a partir de un meroBER de fuentes, tanto naturales como fabricados. El metanol (alcohol metílico) y

Página 166152Termoquímica y CombustiblesCap. 4etanol (alcohol etílico) son dos tipos de alcohol que parecen más prometedores y que tienentenido la mayor parte del desarrollo como combustible del motor.Las ventajas de alcohol como combustible incluyen:1. se puede obtener de un número de fuentes, tanto naturales como fabricados.2. ¿Es alto octanaje del combustible con números de índice antidetonantes (octanaje en el combustiblebomba) de más de 100 números de octano alto resultado, al menos en parte, de la altavelocidad de la llama del alcohol. Motores que utilizan combustible de alto octanaje se pueden ejecutar de manera más eficientemediante el uso de mayores relaciones de compresión.3. Emisiones Generalmente menos general en comparación con la gasolina.4. Cuando se quema, se forma más moles de escape, lo que da una mayor presión ymás poder en la carrera de expansión.5. ¿Ha alta enfriamiento evaporativo(HFG)que resulta en un proceso de admisión más frío ycarrera de compresión. Esto plantea la eficiencia volumétrica del motor yreduce la entrada de trabajo requerido en la carrera de compresión.6. bajo contenido de azufre en el combustible.Las desventajas de combustibles de alcohol incluyen:1. El contenido de energía baja del combustible como se puede ver en la Tabla A-2. Esto significa eso

casi el doble de la cantidad de alcohol que la gasolina debe ser quemado para dar el mismoentrada de energía al motor. Con eficiencia térmica igual y motor similarUso de salida, el doble de combustible tendría que ser comprado, y la distanciaque podría ser conducido con un volumen de tanque de combustible dado se reduciría a la mitad. Losmisma cantidad de uso del automóvil requeriría el doble de capacidad de almacenamiento enel sistema de distribución, el doble del número de instalaciones de almacenamiento, el doble del volumende almacenamiento en la estación de servicio, el doble de los camiones cisterna y las tuberías, etc.Incluso con el contenido de energía más bajo de alcohol, la potencia del motor para un determinado dis-colocación sería de alrededor de la misma. Esto es debido a la menor relación de aire-combustiblesea necesario por el alcohol. El alcohol contiene oxígeno y por lo tanto requiere menos aire para stoi-combustión chiometric. Más de combustible se puede quemar con la misma cantidad de aire.2. Más aldehídos en el escape. Si el combustible lo más alcohol se consume como gasolinalínea, las emisiones de aldehídos sería un grave problema de contaminación de escape.3. El alcohol es mucho más corrosivo que la gasolina en el cobre, latón, aluminio,caucho y muchos plásticos. Esto pone algunas restricciones en el diseño y Hombre-ufacturing de motores para ser utilizado con este combustible. Esto también se debe considerarcuando se utilizan combustibles de alcohol en los sistemas de motor diseñado para ser utilizado con gasolinala línea. Las líneas de combustible y tanques, juntas, e incluso las piezas del motor de metal pueden deteriorarcon el consumo de alcohol a largo plazo (lo que resulta en las líneas de combustible agrietadas, la necesidad de una especialdepósito de combustible, etc). El metanol es muy corrosivo sobre los metales.4. Pobres características arranque en clima frío debido a la baja presión de vapor yevaporación. Motores de alcohol como combustible en general tienen dificultades a partir de temperatura

peraturas por debajo de 10 ° C. A menudo se añade una pequeña cantidad de gasolina al alcohol

Página 167Sec. 4-6Combustibles Alternos153combustible, lo que mejora en gran medida el arranque en frío-clima. La necesidad de hacer esto, sinnunca, reduce en gran medida el atractivo de cualquier combustible alternativo.5.Pobres características de ignición en general.6.Los alcoholes tienen llamas casi invisibles, que se considera peligroso cuandomanejo de combustible. Una vez más, una pequeña cantidad de gasolina elimina este peligro.7.Peligro de inflamabilidad tanque de almacenamiento debido a la baja presión de vapor. El aire puede filtrarseen tanques de almacenamiento y crear una mezcla combustible.8.Las bajas temperaturas de llama generan menos emisiones de NOx, pero el resultado más bajo de escapetemperaturas toman más tiempo para calentar el catalizador a un operativo eficienteing temperatura.9.Muchas personas encuentran el fuerte olor a alcohol muy ofensivo. Los dolores de cabeza ymareos han experimentado al repostar un automóvil.10.Vapor bloqueo en sistemas de suministro de combustible.MetanolDe todos los combustibles que se están considerando como una alternativa a la gasolina, el metanol es uno de losmás prometedor y ha experimentado mayor investigación y desarrollo. Purametanol y mezclas de metanol y gasolina en diversos porcentajes han sidoampliamente probado en los motores y vehículos para un número de años [88, 130]. El másmezclas comunes son M85 (85% de metanol y 15% de gasolina) y M10 (10%

metanol y 90% de gasolina). Los datos de estas pruebas, que incluyen el rendimiento y lalos niveles de emisión se comparan con gasolina pura (MO) y metanol puro (M100).Algunos inteligentecombustible flexibles(ocombustible variable)Los motores son capaces de utilizar cualquier aleatoriacombinación mezcla de metanol y gasolina que van desde metanol puro a puragasolina. Dos tanques de combustible se utilizan y varias velocidades de flujo de los dos combustibles pueden serbombeado al motor, pasando a través de una cámara de mezcla. Utilizando la información desensores en la admisión y escape, el SME se ajusta a la relación aire-combustible adecuada, encendidola sincronización, sincronización de la inyección, y la sincronización de la válvula (cuando sea posible) para la mezcla de combustiblesiendo usado. , Cambios abruptos rápidos en combinaciones de mezcla de combustible deben ser evitados apermitir estos ajustes se produzcan problemas.Un problema con mezclas de gasolina-alcohol como combustible es la tendencia de alco-hol para combinar con cualquier agua presente. Cuando esto sucede, los separa de alcohollocalmente desde el de la gasolina, lo que resulta en una mezcla no homogénea. Esto hace que elmotor funcione de forma errática debido a las grandes diferencias de AF entre los dos combustibles.Al menos una empresa de automóviles ha estado experimentando con un triple de combustiblevehículo que puede utilizar cualquier combinación de gasolina-metanol-etanol[11].El metanol se puede obtener de muchas fuentes, tanto fósiles como renovables.Estos incluyen el carbón, el petróleo, el gas natural, la biomasa, la madera, los vertederos, e incluso elocéano. Sin embargo, cualquier fuente que requiere una amplia fabricación o elaboracióneleva el precio del combustible y requiere un aporte de energía de nuevo en el ambiente globalla imagen del medio, tanto poco atractivo.

Página 168154Termoquímica y CombustiblesCap.4En algunas partes del país, combustible MLO (10% de metanol y 90% de gasolina) esahora se vende en algunas estaciones de servicio locales en lugar de gasolina. Es aconsejable leer ela veces la letra pequeña en la bomba de combustible para determinar el tipo de combustible que se estáutilizado en su automóvil.Las emisiones de un motor que utilizan combustible MLO son casi lo mismo que los que utilizangasolina. La ventaja (y desventaja) de la utilización de este combustible es principalmente el 10%disminución en el consumo de gasolina. Con el combustible M85 hay una disminución medible en HC yLas emisiones de escape CO. Sin embargo, hay un incremento en NOx y una gran (= 500%)aumento en la formación de formaldehído.El metanol se utiliza en algunos motores de encendido de doble combustible. El metanol por sí mismo no es un buenCI de combustible debido a su alto índice de octano, pero si se utiliza una pequeña cantidad de aceite dieselpara la ignición, que puede ser utilizado con buenos resultados. Esto es muy atractivo para los del tercer mundopaíses, donde metanol a menudo se puede obtener mucho más barato que el gasóleo.Motores de los autobuses IC mayores han sido convertidos para funcionar con metanol en las pruebas de con-canalizado en California. Esto dio lugar a una reducción global de las emisiones nocivasen comparación con los motores usados que operan con combustible diesel [115].EtanolEl etanol se ha utilizado como combustible para automóviles durante muchos años en diversas regiones de lamundo. Brasil es probablemente el principal usuario, donde a principios de 1990, 4,5 millonesvehículos que presten servicio en los combustibles que estaban etanol 93%. Para un número de años

gasoholha estado disponible en las estaciones de servicio en los Estados Unidos, sobre todo en el Medio Oesteestados productores de maíz. Gasohol es una mezcla de 90% de gasolina y etanol 10%. Comocon metanol, el desarrollo de sistemas que utilizan mezclas de gasolina y etanolcontinúa. Dos combinaciones de mezcla que son importantes son E85 (etanol 85%) yEI0 (gasohol). E85 es básicamente un combustible de alcohol con un 15% de gasolina añadió eliminaralgunos de los problemas de alcohol puro (es decir, el arranque en frío, la inflamabilidad tanque, etc.).ElO reduce el uso de gasolina sin ninguna modificación necesaria para el automóvildel motor. Motores de combustible flexible se están probando que puede funcionar en cualquier relación deetanol-gasolina [122].El etanol se puede hacer de etileno o de la fermentación de granos y azúcar.Gran parte de ella se hace a partir del maíz, la remolacha azucarera, caña de azúcar, e incluso de celulosa (madera ypapel). En los Estados Unidos, el maíz es la principal fuente. El costo actual de etanol esalta debido a la fabricación y de procesamiento requerida. Esto se reduciría siSe utilizaron cantidades más grandes de este combustible. Sin embargo, muy alta producción crearíaun concurso de combustibles de alimentos, con el consiguiente aumento de los costos para ambos. Algunos estudios muestran queen la actualidad en los Estados Unidos, las cosechas cultivadas para la producción de etanol consumemás energía en el arado, la siembra, la cosecha, fermentación, y la entrega de lo que esen el producto final. Esta derrota a una razón principal para el uso de un combustible alternativo [95].El etanol tiene menos emisiones de HC que la gasolina, pero más de metanol.PROBLEMA EJEMPLO 6.4Un taxi está equipado con un flexible de combustible de cuatro cilindros del motor de la IS se ejecuta en una mezclade metanol y gasolina en una relación de equivalencia de 0,95. ¿Cómo debe la relación aire-combustible

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Página 171Sec.4-6Combustibles Alternos1571. Bajas emisiones. Esencialmente no CO o HC en el escape ya que no hay carbonoen el combustible. La mayoría de escape sería H20y N2 •2. disponibilidad de combustible. Hay un número de diferentes formas de hacer hidrógeno,incluyendo la electrólisis del agua.3. Combustible fugas de medio ambiente no es un contaminante.4. El alto contenido de energía por volumen cuando se almacena como un líquido. Esto daría unamplia gama de vehículos para una capacidad de depósito de combustible dado, pero ver lo siguiente.Desventajas del uso de hidrógeno como combustible:1. Pesado, almacenamiento de combustible voluminosos, tanto en vehículo y en la estación de servicio. Hydro-Gen se puede almacenar ya sea como un líquido criogénico o como un gas comprimido. Si se almacenacomo un líquido, que tendría que estar bajo presión a una temperatura muy baja.Esto requeriría un depósito de combustible térmicamente super-aislante. Almacenar en un gasfase requeriría un recipiente a presión pesado con capacidad limitada.2. Difícil de repostar.3. pobre eficiencia volumétrica del motor. Cada vez que un combustible gaseoso se utiliza en un motor,el combustible desplazará a una parte del aire de entrada y la eficiencia volumétrica más pobre seráresultado.4. Costo de combustible sería alto en la tecnología de hoy en día y la disponibilidad.5. Altas emisiones de NOx debido a la alta temperatura de la llama.6. ¿Puede detonar.Al menos una empresa de automóviles (Mazda) ha adaptado un Wankel rotatorio

motor funcione con combustible de hidrógeno. Se razonó que este es un buen tipo de motor paraeste combustible. La admisión de combustible está en el lado opuesto de la combustión del motor desde dondeción se produce, disminuyendo la posibilidad de pre-ignición de un bloque motor caliente; hidrógenocombustible se inflama fácilmente. Este mismo coche experimental utiliza un almacenamiento de combustible de metal-hidrurosistema [86].NaturalGas-metanoEl gas natural es una mezcla de componentes, que consiste principalmente de metano (un 60-98%)con pequeñas cantidades de otros componentes de combustibles de hidrocarburo. Además, contienediversas cantidades de N2,Colorado2,Él, y trazas de otros gases. Su contenido de azufrevaría de muy poco (dulce) para cantidades más grandes (amargo). Se almacena como comprimidoel gas natural (GNC) a presiones de 16 a 25 MPa, o en forma de gas natural licuado (GNL)a presiones de 70 a 210 kPa y una temperatura de alrededor de -160 ° C. Como combustible, sefunciona mejor en un sistema de motor con un inyector de combustible de un solo cuerpo del acelerador. Esto daun tiempo de mezcla más largo, que es necesaria por este combustible. Las pruebas que utilizan GNC en Varios-vehículos de tamaño siguen siendo llevada a cabo por las agencias gubernamentales y privadasindustria [12, 94, 101].

Página 172158Termoquímica y CombustiblesCap. 4Ventajas del gas natural como combustible incluyen:1. Número de Octano de 120, lo que hace que sea una muy buena de combustible del motor SI. Una razón

para este número de alto octanaje es una velocidad de llama rápido. Motores pueden operar con unaalta relación de compresión.2. Bajas emisiones del motor. Menos aldehídos que con metanol.3. El combustible es bastante abundante en todo el mundo con mucha disponible en los Estados Unidos. Ellose puede hacer a partir de carbón, pero esto haría más costosa.Desventajas de gas natural como combustible del motor:1. densidad energética baja resultando en un rendimiento bajo del motor.2. Baja eficiencia volumétrica del motor, ya que es un combustible gaseoso.3. Necesidad de gran tanque de almacenamiento de combustible a presión. La mayoría de los vehículos de prueba tienen una gama desólo alrededor de 120 millas. Existe cierta preocupación de seguridad con un combustible presurizadotanque.4. propiedades del combustible inconsistente.5. Echar combustible es proceso lento.Algunos muy grandes motores de encendido fijas operan en una combinación de combustible demetano y diesel. El metano es el principal combustible, que asciende a más del 90% deel total. Se suministra al motor como un gas a través de tuberías de alta presión. Una pequeñacantidad de alto grado, el combustible diesel de bajo azufre se utiliza para fines de ignición. La redresultado es los motores de funcionamiento muy limpias. Estos motores también serían buenas plantas de energíapara los grandes buques, salvo que la alta presión de tuberías de gas son indeseables en los buques.Histórico-AUTOBUSESFuncionen con gas naturalEn algunos países de Asia oriental y meridional, los autobuses que utilizan gas naturalcomo combustible tienen un sistema de depósito de combustible único. El gas se almacena a aproximadamente unapresión atmosférica en un gran diafragma de goma inflable en el techo deel autobús. Con una carga completa de combustible, el autobús es aproximadamente el doble de la altura como cuandoque no tiene combustible. No se necesita ningún indicador de combustible en estos autobuses.Propano

Propano ha sido probado en vehículos de la flota para un número de años. Es una buena altocombustible y motor de octanaje SI produce menos emisiones que la gasolina: alrededor del 60% menos de CO,30% menos de HC, y 20% menos de NOx.El propano se almacena como un líquido bajo presión y se entrega a través de una alta presiónSeguro de línea al motor, donde se vaporiza. Siendo un combustible gaseoso, que tiene ladesventaja de menor rendimiento volumétrico del motor.

Página 173Sec. 4-6Combustibles Alternos159Gasolina reformuladaGasolina reformulada es de tipo normal de gasolina con una formulación ligeramente modificaday aditivos para ayudar a reducir las emisiones del motor. Incluido en el combustible son la oxidacióninhibidores, inhibidores de corrosión, desactivadores de metales, detergentes y control de depósitosaditivos. Los compuestos oxigenados, tales como éter metil butilo terciario (MTBE) y alcoholes sonagregó, de manera que no es de 1-3% de oxígeno en peso. Esto es para ayudar a reducir el CO en elde escape. Los niveles de benceno, compuestos aromáticos, y los componentes de alto punto de ebullición se reducen, como sees la presión de vapor. Reconociendo que los depósitos del motor contribuyen a las emisiones,aditivos de limpieza están incluidos. Algunos aditivos carburadores limpias, un poco de combustible limpioinyectores, y algunas válvulas de admisión limpias, cada una de las cuales a menudo no limpia otracomponentes.En el lado positivo es que todos los motores a gasolina, antiguos y nuevos, pueden utilizar estacombustible sin modificación. En el lado negativo es que sólo la emisión moderadase realiza la reducción, el costo se incrementa, y el uso de productos derivados del petróleo no es

reducida. [121].Carbón-Water SlurryEn the1atter mitad de la década de 1800, antes de combustibles derivados del petróleo se perfeccionaron, muchosotros combustibles fueron probados y utilizados en motores de combustión interna. Cuando Rudolf Diesel estaba desarrollandosu motor, uno de los combustibles que utilizaba era una lechada de agua polvo de carbón. Las partículas finas decarbón (carbón) se dispersaron en agua y se inyecta y se quema en diesel tempranamotores. Aunque esto nunca se convirtió en un combustible común, un número de experimentalmotores que utilizan este combustible se han construido en los últimos cien años. Incluso hoy,algunos se sigue trabajando en esta tecnología de combustible. La principal mejora en este tipo dede combustible ha sido la reducción del tamaño medio de partícula de carbón. En 1894 el promedio de par-tamaño tículo era del orden de 100JL(1JL=1micron=10-6m).Esta se redujo asobre 75JLen el periodo 1940-1970 y redujo adicionalmente a aproximadamente 10JLa principios del1980. La suspensión típica es de aproximadamente 50% de carbón y 50% de agua en masa. Una de las principalesproblema con este combustible es la abrasividad de las partículas sólidas, que se manifiestaen inyectores desgastados y anillos de pistón [27].El carbón es un combustible atractivo debido a la gran suministro que está disponible. Cómo-

nunca, como combustible de motores, otros métodos de uso parece más factible. Éstas incluyenlicuefacción o gasificación del carbón.PROBLEMA EJEMPLO 4.8Una suspensión al 50% de agua de carbón (50% carbón y 50% de agua en peso) se quema en stoichiomet-aire ric.El resultado:1. la relación aire-combustibleJ2. calorífico del combustible1) carbón Suponiendo es carbono, la mezcla de combustible en cantidades molares consistirá en unamol de carbono (12/18) moles de agua.

Página 174Otros CombustiblesLos intentos de utilizar muchos otros tipos de combustible se han tratado a lo largo de la historia deMotores de combustión interna. A menudo, esto se hizo por necesidad o para promover la ganancia financiera poralgún grupo. En la actualidad, se están evaluando una serie de combustibles de biomasa, principalmente enEuropa. Estos incluyen el aceite CI combustible hecho a partir de madera, cebada, soja, semillas de violación,e incluso sebo de vacuno. Ventajas de estos combustibles generalmente incluyen disponibilidad ybajo costo, bajo contenido de azufre, y bajas emisiones. Las desventajas incluyen bajo contenido de energía(valor calorífico) y el consumo específico de combustible de alta correspondiente.HISTÓRICO-ALAUTOMÓVILES RAN EN CARBÓNA finales del 1930sand productos 1940spetroleum temprano se hicieron muy escasos,especialmente en Europa, debido a la Segunda Guerra Mundial. Casi todos los productos de gasolinafueron reclamados por el ejército alemán, dejando sin combustible para automóviles civilesusar. Aunque esto era un inconveniente para la población civil, lo hizoNo dejen de usar sus automóviles queridos [44].

Las personas emprendedoras en varios países, sobre todo Suecia y Alemaniamuchos, desarrollado una forma de operar sus automóviles que utiliza combustibles sólidos comocarbón, madera o carbón. Utilizando la tecnología investigada primero 20 años auricular puedelier, convirtieron sus vehículos mediante la construcción de una cámara de combustión enel maletero del coche o en un pequeño remolque tirado por el coche. En este combustióncámara de, carbón, madera, u otro combustible sólido o residuos se queman conun suministro limitado de oxígeno (aire), Esto generó un suministro de carbonomonóxido de carbono, que a continuación se canaliza al motor y se utiliza para alimentar el

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Página 176162Termoquímica y CombustiblesCap. 4Esto, sin embargo, se reduce debido a CO es un combustible gaseoso que desplaza una parte del aireen el sistema de admisión. Para cada kgmole de oxígeno (4,76 kgmoles de aire) en el consumo de maTEM, habrá [2+2 () (3,76)]=5,76 kgmoles de combustible gaseoso. Para el mismo totalvelocidad de flujo volumétrico de gas, solamente (4,76) / [(4,76)+(5,76)]=0.452 será la fracción quees nuevo aire de entrada. Por lo tanto:Qin= (565,6 MJ) (0,452) = 255,7 MJPérdida porcentual de calor es entonces:% De pérdida de Qin={[(406.2) - (255.7)] / (406,2)} (100)=

Pérdida de 37,1%Suponiendo la misma eficiencia térmica y la eficiencia mecánica con el mismo motordos combustibles da salida de potencia de freno:(BM) co=62,9% (Wb) de gasolinaEstos cálculos se basan en reacciones ideales. Un generador real del motor-COsistema operado en estas condiciones experimentaría muchas pérdidas adicionales,incluyendo menos que ideal reacciones, impurezas sólidas y los problemas de filtración y de combustiblecomplicaciones en el parto. Todo esto sería reducir significativamente la salida real del motor.4-7 CONCLUSIONESDurante la mayor parte del siglo 20, los dos combustibles principales que se han utilizado en internomotores de combustión han sido la gasolina (motores SI) y el fuel oil (aceite diesel para CImotores). Durante este tiempo, estos combustibles han experimentado una evolución de la composición dey aditivos de acuerdo con las necesidades contemporáneas de los motores y el medio ambiente.En la última parte del siglo, combustibles de alcohol hechas de diversos productos agrícolas yotras fuentes han vuelto cada vez más importante, tanto en los Estados Unidosy en otros países. Con los problemas de contaminación del aire cada vez mayores y una petroleraescasez que se avecina en el horizonte, los principales programas de investigación y desarrollo sonestá llevando a cabo en todo el mundo para encontrar combustibles alternativos adecuados para el suministromotor necesita para las próximas décadas.PROBLEMAS4-1. C4Hs se quema en un motor con una relación aire-combustible rica en combustible. Análisis seco del escapeda los siguientes porcentajes de volumen: COz=14,95%, C4Hs=

0,75%, CO=0%,Hz=0%, Oz=0%, siendo el resto Nz. Poder calorífico superior de este combustible esQHHV=46,9 MJ / kg. Escribe la ecuación química balanceada para un mol de este combustible en estoscondiciones.El resultado:(la)La relación aire-combustible.(b)Relación de equivalencia.(c) Valor inferior calentamiento del combustible. [MJ / kg]

Página 177Cap.4Problemas163(d) energía liberada cuando uno kg de este combustible se quema en el motor con unaeficiencia de la combustión de 98%. [MJ]4-2. Dibuje la fórmula estructural química de 2-metil-2,3-etilbutano. Este es un isómero delo que la familia química? Escribe la ecuación de la reacción química balanceada para un mol deeste combustible en llamas con una relación de equivalencia de ¢=0.7. Calcular la estequiométrica AFde este combustible.4-3. Dibuje la fórmula estructural química de (a) 3,4-dimetilhexano, (b) 2,4-diethylpen-tane, (c) 3-metil-3-etilpentano. Estos son isómeros de qué otras moléculas?4-4. El hidrógeno se utiliza como combustible en un motor experimental y se quema con estequiométrica

oxígeno. Los reactantes entran a una temperatura de 25 ° C y la combustión completa se produce apresión constante. Escribe la ecuación de la reacción química equilibrada.El resultado:(a) relación aire-combustible (combustible-oxígeno).relación (b) Equivalencia.(c) Teóricatemperatura maximade esta combustión.(usarlos valores de entalpía de un libro de texto la termodinámica) [K]temperatura del punto (d) Rocío de escape si la presión de escape es de 101 kPa. [0C]4-5. Isooctano se quema con aire en un motor con una relación de equivalencia de 0,8333. Suponiendocombustión completa, escribir la ecuación de la reacción química equilibrada.El resultado:(a) la relación aire-combustible.(b) ¿Cuánto exceso de aire se utiliza. [%](c) AKI y FS de este combustible.4-6. Un coche de carreras quema nitrometano con el aire a una relación de equivalencia de 1.25. Excepto porcombustible no quemado, todo el nitrógeno termina como Nueva Zelanda. Escribe la ecuación química balanceada.El resultado:(a) Porcentaje de aire estequiométrico. [%](b) la relación aire-combustible.4-7. El metanol se quema en un motor con aire a una relación de equivalencia de ¢=0.75. Escapela presión y la presión de entrada son 101 kPa. Escribe la ecuación química balanceada para estereacción.El resultado:(a) la relación aire-combustible.(b) la temperatura del punto de rocío de los gases de escape si el aire de entrada es seco. [0C](c) la temperatura de punto de rocío de los gases de escape si el aire de entrada tiene un parientehumedad de 40% a 25 ° C. [0C]

(d) Antiknock índice de metanol.4-8. Calcular la potencia indicada generada en WOT por una de tres litros, cuatro cilindros, cuatrociclo de carrera del motor SI funciona a 4800 RPM usando gasolina o metanol. Porcada caso, el colector de admisión se calienta de tal manera que todo el combustible se evapora antes de lapuertos de admisión, y la mezcla de aire-combustible entra en los cilindros a 60 ° C y 100 kPa. Comisiónrelación de compresión rc = 8.5, relación de equivalencia de combustible ¢ = 1.0, la eficiencia de combustión'T / c= 98%,y la eficiencia volumétrica'Televisión=100%. Calcular el consumo específico de combustible indicadación para cada combustible. [/ kW-hr g]4-9. Un motor de SI de cuatro cilindros con una relación de compresiónrc=10 funciona con un estándar de aireCiclo Otto a 3000 RPM usando alcohol etílico como combustible. Las condiciones en los cilindros en elinicio de la carrera de compresión son 60 ° C y 101kPa. La eficiencia de la combustión'T / c=97%.Escribe la ecuación química estequiométrica equilibrada para este combustible.El resultado:(a) AF si el motor funciona a una relación de equivalencia ¢=1.10.(b) la temperatura pico en el ciclo de la parte (a). [0C](c) la presión pico en el ciclo de la parte (a). [kPa]

Página 178164Termoquímica y CombustiblesCap.4

4-10. Tim 1993 Buick tiene un seis cilindros, cuatro tiempos motor SI ciclo con puerto multipuntoinyectores de combustible que operan en un ciclo Otto en WOT. Los inyectores de combustible se establecen para entregarun AF de tal manera que la gasolina se quema en condiciones estequiométricas. (gasolina aproximadalínea usando propiedades isooctano)El resultado:(la)Relación de equivalencia de la mezcla aire-gasolina.(b) Relación de equivalencia si la gasolina se sustituye con etanol sin reajusteing del AF entregado por los inyectores de combustible.(c) aumento o disminución de la fuerza de frenado el uso de alcohol en lugar de gasolinaEn estas condiciones, con el mismo caudal de aire y la misma térmicala eficiencia. Asumir el etanol se quema en estas condiciones con lamisma eficiencia de la combustión. [%]4-11. Para el caudal de aire sarlte, ¿cuál sería el porcentaje de aumento en la potencia del motor sigasolina estequiométrica se sustituye con nitrometano estequiométrica? Asumir la mismaeficiencia térmica y la misma eficiencia de la combustión. [%]4-12. Comparar la potencia indicada generada en un motor a gasolina estequiométrica, estomaichiometric metanol, nitrometano o estequiométrica. Asumir la misma combustióneficacia, eficiencia térmica, y el flujo de aire tarifa para todos los combustibles.4-13. Isodecano se utiliza como combustible.El resultado:(a) el índice antidetonante.(b) si MON 0,2 gmlL de TEL se añade al combustible.(c) ¿Cuántos galones de buteno-1 debe añadirse a 10 galones de isode-bastón para dar una mezcla de lun 87.4-14.Un niño de seis litros, ocho cilindros, ciclo SI motor de coche de carreras de cuatro tiempos funciona a 6000 RPMutilizando nitrometano stoicl1iometric como combustible. Eficiencia de combustión es 99%, y el combustibletasa de entrada es 0,198 kg / seg.El resultado:(a) La eficiencia volumétrica del motor. [%]

(b) Caudal de aire en el motor. [kg / s](c) El calor generado en cada cilindro por ciclo. [kJ](d) ¿Cuánta energía química que hay en el combustible sin quemar en el escape.[kW]4-15. (a) Dé tres razones por las que el metanol es un buen combustible alternativo para automóviles. (b) Dartres razones por las que no es un buen combustible alternativo.4-16. Cuando un medio mol de oxígeno y un medio mol de nitrógeno se calientan a 3000 K a unapresión de 5000 kPa, algo de la mezcla reaccionará para formar NO por la reacción ecuaciónción! O2+! N2NO. Supongamos que estos son los únicos componentes que reaccionan.El resultado:(a) Química constante de equilibrio para esta reacción a estas condicionesutilizando la Tabla A-3.(b) Número de moles de NO en el equilibrio.(c) Número de moles de O2en el equilibrio.(d) Número de moles de NO en el equilibrio si se duplica presión total.(e) número de moles de NO en el equilibrio si había originalmente uno-mediamol de oxígeno, de un medio mol de nitrógeno, y un mol de argón a5000 presión total kPa.4-17. Una mezcla de combustible consiste en 20% de isooctano, 20% de triptano, 20% isodecano, y 40%tolueno en moles. Escribe la fórmula de reacción química para la combustión estequiométricación de un mol de este combustible.El resultado:(a) la relación aire-combustible.1 \

Página 179Cap.4DesignProblems165

(b)Octanos.(c)Poder calorífico inferior de la mezcla de combustible. [kJ / kg]4.18. Un vehículo de combustible flexible, funciona con una mezcla de combustible estequiométrica de un tercio isooc-tane, un tercio de etanol, y un tercio metanol, en masa.El resultado:(a) la relación aire-combustible.(b) El hombre, RON, FS, y AKI.19.4. Se desea encontrar el número de cetano de un aceite de combustible que tiene una densidad de 860 kg / m3yuna temperatura de ebullición punto medio de 229 ° C. Cuando se probó en el motor de prueba estándar, elde combustible se encuentra que tiene las mismas características de ignición como una mezcla de 23% hexadecanoy el 77% heptametilnonano.El resultado:(a) El número de cetano del combustible.(b) Porcentaje de error si el índice de cetano se utiliza para aproximar el mero cetanober. [%]4.20. Un motor de encendido funcionando a 2400 RPM tiene un retardo de encendido de los 15 ° de rotación del cigüeñal.¿Cuál es la ID en cuestión de segundos?4-21. Una mezcla de combustible tiene una densidad de 720 kg / m3y una temperatura de punto medio de ebullición (temperaturatura a la que el 50% se evapora) de 91 ° C. Calcular el índice de cetano.4.22. El combustible que un generador de monóxido de carbono a carbón suministra a un automóvilmotor consta de CO+!(3,76) Nz.El resultado:(a) HHV y PCI del combustible. [kJ / kg](b) relación aire-combustible estequiométrica.

(c) la temperatura del punto de rocío de los gases de escape. [0C]DISEÑOPROBLEMAS4-10. Utilizando datos de la tabla de datos A-2 y el punto de ebullición de los manuales de química, diseño unmezcla de gasolina de tres componentes. Dar una clasificación de tres temperatura de su mezclay trazar una curva de vaporización similar a la Fig. 4-2. ¿Qué es RON, el hombre y la IRA desu mezcla?4.20. Un automóvil utilizará hidrógeno como combustible. Diseñar un combustible del tanque (es decir, un sistema de almacenamiento de combustiblepara el vehículo) y un método para entregar el combustible desde el depósito hasta el motor.4.30. Un automóvil utilizará propano como combustible. Diseñar un combustible del tanque (es decir, un sistema de almacenamiento de combustiblepara el vehículo) y un método para entregar el combustible desde el depósito hasta el motor.

Página 180En este capítulo se describen los sistemas de admisión de los motores-howaire y combustible se entreganen los cilindros. El objeto del sistema de admisión es entregar la cantidad apropiada deaire y combustible con precisión y por igual a todos los cilindros en el momento adecuado en el motorciclo. El flujo en un motor se pulsaba como las válvulas de admisión se abren y cierran, pero puede ge-ralmente ser modelado como el flujo de estado cuasi-estacionario.El sistema de admisión consiste en un colector de admisión, una válvula reguladora, las válvulas de admisión, yya sea inyectores de combustible o un carburador para añadir combustible. Los inyectores de combustible pueden ser montados por elválvulas de admisión de cada cilindro (inyección multipunto), el puerto de la entrada del colector(acelerador de inyección del cuerpo), o en la culata (motores de encendido y moderna de dos tiemposciclo y algunos motores de ciclo de cuatro tiempos SI automóviles).05.01 colector de admisiónLoscolector de admisión

es un sistema diseñado para suministrar aire al motor a través de tuberíasa cada cilindro, llamado corredores. El diámetro interior de los corredores debe ser grandelo suficiente para que una alta resistencia al flujo y la eficiencia volumétrica baja resultantesno se producen. Por otro lado, el diámetro debe ser lo suficientemente pequeña para asegurar la alta airevelocidad y turbulencia, lo que mejora su capacidad de llevar a gotas de combustible yaumenta la evaporación y la mezcla de aire-combustible.166

Página 181Sec.5-1IntakeManifold167La longitud de un corredor y su diámetro debe ser dimensionado para igualar juntos, comotanto como sea posible, la cantidad de aire y combustible que se entrega a cada cilindro separadoder. Algunos motores tienen colectores de admisión activas con la capacidad de cambiarlargo de los tallos y el diámetro para diferentes velocidades del motor. A velocidades bajas, el aire esdirigido a través de, corredores de menor diámetro más largos para mantener la velocidad alta yasegurar una mezcla correcta de aire y combustible. A altas velocidades del motor, más corto, mayor diámetrose utilizan los corredores, lo que minimiza la resistencia a fluir, pero aún mejora la mezcla adecuada.La cantidad de aire y combustible en un largo de los tallos es acerca de la cantidad que recibe deliv-Ered a un cilindro de cada ciclo.Para minimizar la resistencia al flujo, los corredores no deben tener curvas cerradas, y lasuperficie de la pared interior debe ser lisa sin protuberancias tales como el borde de unajunta.Algunos colectores de admisión se calientan para acelerar la evaporación del combustible

gotitas en el flujo de la mezcla aire-combustible. Esto se realiza mediante el calentamiento de las paredes con agua calienteflujo de refrigerante del motor, mediante el diseño del colector de admisión para estar en contacto térmico cercacon el colector de escape caliente, o, a veces con calefacción eléctrica.En los motores SI, la tasa de flujo de aire a través del colector de admisión está controlado por unaplaca del acelerador (válvula de mariposa) que normalmente se encuentra en el extremo superior. El acelerador esincorporado en el carburador de los motores así equipados.Se añade combustible a la entrada de aire en algún lugar de la ingesta sistema antesel colectorplegar, en el colector, o directamente en cada cilindro. El río arriba el combustible esañadido, más tiempo hay que evaporar el gotas de combustible y para obtener mezcla adecuadación del vapor de aire y combustible. Sin embargo, esto también reduce la eficiencia volumétrica del motordesplazando el aire entrante con vapor de combustible. Adición de combustible temprana también hace que sea másEs difícil conseguir una buena consistencia cilindros y el cilindro AF debido a la asimetríade las longitudes múltiples y diferentes de los corredores.Se ha encontrado que cuando se añade combustible temprano en el sistema de admisión, el flujo de combustiblea través del colector se produce en tres maneras diferentes. El vapor del combustible se mezcla con elaire y fluye con él. Pequeñas gotas de combustible líquido muy son transportadas por el flujo de aire,gotitas más pequeñas siguientes las líneas de corriente mejor que gotas más grandes. Con una mayorinercia de masa, las partículas líquidas no siempre fluir a la misma velocidad que el aire yno fluirá por las esquinas tan fácilmente, gotas más grandes desviarse más pequeñoqueridos. La tercera forma de combustible fluye a través del colector se encuentra en una delgada película de líquido a lo largo delparedes. Esta película se debe a la gravedad separa algunas gotas de la corriente, y

cuando otras gotas golpean la pared donde el corredor realiza una esquina. Estos últimosdos tipos de flujo de combustible líquido hacen que sea difícil para entregar la misma relación de aire-combustible acada uno de los cilindros. La longitud de un corredor a un cilindro dado y las curvas en ellainfluirá en la cantidad de combustible que se deja llevar por una tasa de flujo de aire dado. El líquidocine en las paredes del colector también hace que sea difícil tener control de aceleración preciso.Cuando la posición del acelerador se cambia rápidamente y los cambios en la tasa de flujo de aire, el tiempo detasa de cambio de flujo de combustible será más lenta debido a esta película pared líquido.Componentes de la gasolina se evaporan a diferentes temperaturas y en diferentestasas. Debido a esto, la composición del vapor en el flujo de aire no será exactamentemismo que el de las gotas de combustible transportadas por el aire o la película de líquido en el colector

Página 182168Aire y combustible InducciónCap. 5paredes. La mezcla de aire-combustible que luego se entrega a cada cilindro puede ser bastante dife-ferente, tanto en composición como en la relación de aire-combustible. Un resultado de esto es que laposibilidad de problemas de detonación será diferente en cada cilindro. El combustible mínimonúmero de octano que puede ser utilizado en el motor es dictado por el peor cilindro (es decir,el cilindro con el mayor problema de detonación). Este problema se complica aún máspor el hecho de que el motor es operado en un rango de posiciones del acelerador. A parte del aceleradorTLE hay una presión total más baja en el colector de admisión, y esto cambia elvelocidad de evaporación de los diversos componentes de combustible. La mayoría de estos problemas sonreducido o eliminado mediante el uso de puerto de inyección de combustible multipunto, con cada cilindro

recibiendo su propia entrada individual de combustible.5-2 eficiencia volumétrica de los motores SIEs deseable tener la máxima eficiencia volumétrica en la ingesta de cualquier motor.Esto variará con la velocidad del motor, y la fig. 5-1 representa la curva de eficiencia de unamotor típico. Habrá una cierta velocidad del motor a la que la eficiencia volumétricaeficiencia es máxima, disminuyendo en ambas velocidades más altas y más bajas. Hay muchosvariables físicas y de operación que dan forma a esta curva. Estos serán examinados.CombustibleEn un motor de aspiración natural, la eficiencia volumétrica siempre será menor que 100%porque también se está añadiendo combustible y el volumen de vapor de combustible desplazará algunosaire entrante. El tipo de combustible y cómo y cuándo se agrega determinará cómotanto la eficiencia volumétrica se ve afectada. Los sistemas con carburadores o cuerpo del aceleradorinyección de echar más leña al principio del flujo de admisión y generalmente tienen menor volumet- generaleficiencia ric. Esto es porque el combustible se iniciará inmediatamente para evaporar y combustible

Página 183Sec.5-2Eficiencia Volumétrica de SI Motores169vapor desplazará aire entrante. Inyectores multipunto de combustible que se suman a la entradapuertos de la válvula tendrán una mayor eficiencia porque no hay aire se desplaza hasta después de lacolector de admisión. La evaporación del combustible no se produce hasta que el flujo está entrando en el cilindroder a la válvula de admisión. Esos motores que inyectan el combustible directamente en los cilindros después dela válvula de admisión se cierra experimentará ninguna pérdida de eficiencia volumétrica debido al combustible

evaporación. Colectores con adición de combustible finales pueden ser diseñados para aumentar aún máseficiencia volumétrica por tener corredores de mayor diámetro. De alta velocidad y turbulenciaLence promover la evaporación no son necesarios. También pueden ser operados más fresco,lo que resulta en un flujo de aire de entrada más densa.Esos combustibles con una relación aire-combustible más pequeños, como el alcohol, experimentarán un mayorpérdida en la eficiencia volumétrica. Los combustibles con alto calor de vaporización recuperarán algunos deesta pérdida de eficiencia debido a la mayor evaporación de enfriamiento que se producirá con estoscombustibles. Este enfriamiento va a crear un flujo de aire-combustible más denso para una presión dada, lo que permitemás aire para entrar en el sistema. El alcohol tiene un alto calor de vaporización, por lo que algunos eficienciaciencia pierde debido a la FA se gana de nuevo.Los combustibles gaseosos como el hidrógeno y el metano desplazan más aire entrante que quidocombustibles uid, que sólo se evaporan parcialmente en el sistema de admisión. Esto debe seren cuenta al tratar de modificar los motores fabricados para el combustible de gasolina para funcionar con estoscombustibles gaseosos. Se puede suponer que la presión de vapor de combustible en el sistema de admisión esentre 1% y 10% de presión total cuando se usa combustible de tipo gasolina líquida.Cuando se está utilizando combustibles gaseosos o alcohol, la presión de vapor de combustible es a menudo mayordel 10% del total. Colectores de admisión pueden funcionar mucho más fresco cuando gaseosase utiliza combustible, no se requiere la vaporización. Esto recuperar algo perdido volumétricala eficiencia.Cuanto más tarde que el combustible se vaporiza en el sistema de admisión, mejor es la volumétricola eficiencia. Por otro lado, cuanto antes de que el combustible se vaporiza, mejor son la mezclaING proceso de distribución y consistencia-cilindro a cilindro.

En los motores de automóviles con carburador mayores, alrededor de 60% de la evaporacióndel combustible en el colector de admisión se consideraba deseable, con el resto de la evapo-oración que tiene lugar durante el proceso de la carrera de compresión y combustión. Si el combustible esevaporada demasiado tarde en el ciclo, un pequeño porcentaje del peso molecular alto com-componentes puede no vaporizar. Algunos de este combustible no vaporizado termina en el cilindroparedes, donde se pone por los anillos del pistón y diluye el aceite lubricante en el cárter.Transferencia de alta HeatTemperaturaTodos los sistemas de admisión son más calientes que la temperatura del aire circundante y se conse-consiguiente calentar el aire entrante. Esto reduce la densidad del aire, lo que reduceeficiencia volumétrica. Colectores de admisión para los sistemas de carburador o cuerpo del aceleradorsistemas de inyección se calientan a propósito para mejorar la evaporación del combustible. Al motor más bajovelocidades, el caudal de aire es más lento y el aire permanece en el sistema de admisión para unamás tiempo. Por lo tanto, se calienta a temperaturas más altas a bajas velocidades, lo que disminuyela curva de eficiencia volumétrica en la Fig. 05.01 en el extremo de baja velocidad.

Página 184170Aire Y FuelInductionCap.5Algunos sistemas se han probado que inyectan pequeñas cantidades de agua en elcolector de admisión. Esto es para mejorar la eficiencia volumétrica mediante el aumento de ladando como resultado el enfriamiento por evaporación que se produce. Probablemente el uso más exitoso de esteprincipio era con grandes motores de aviones de alto rendimiento de la Segunda Guerra Mundial. Poder

se aumentó en cantidades sustanciales cuando se añadió la inyección de agua a algunas deestos motores.Válvula OverlapEn TDC al final de la carrera de escape y el comienzo de la carrera de admisión,admisión y válvulas de escape están abiertas de forma simultánea por un breve momento. Cuandoesto sucede, algunos gases de escape puede conseguir empujado a través de la válvula de admisión abierta hacia atrásen el sistema de admisión. El escape luego se deja llevar de nuevo en el cilindro con lacarga de aire-combustible de admisión, desplazando una parte del aire entrante y la reducción volumétricala eficiencia. Este problema es mayor a bajas revoluciones, cuando el tiempo real de la válvulasolapamiento es mayor. Este efecto reduce la curva de eficiencia en la Fig. Por 5-1 en la baja del motorvelocidad punta. Otros factores que afectan a este problema son la válvula de admisión y escapeubicación y relación de compresión del motor.Las pérdidas de fricción de fluidosAire en movimiento a través de cualquier paso de flujo o más allá de cualquier restricción de flujo se somete a una presiónSeguro gota. Por esta razón, la presión del aire que entra en los cilindros es de menos dela presión del aire atmosférico circundante, y la cantidad de aire que entra en el cilindroder se reduce posteriormente. La fricción flujo viscoso que afecta el aire a medida que pasaa través del filtro de aire, carburador, la placa de estrangulación, colector de admisión y válvula de admisiónreduce la eficiencia volumétrica del sistema de admisión del motor. Arrastre viscoso, quehace que la pérdida de presión, aumenta con el cuadrado de la velocidad del flujo. Esto resulta enla disminución de la eficiencia en el extremo de alta velocidad Ofthe curva de la Fig. 5-1. Mucho rrollotrabajo desa- se ha hecho para reducir las pérdidas de presión en los sistemas de admisión de aire. Smoothparedes en el colector de admisión, la evitación de esquinas agudas y curvas, la eliminación

del carburador, y ajustada alineación partes sin salientes junta todoscontribuir a disminuir la pérdida de presión de admisión. Una de las mayores restricciones de flujo esel flujo a través de la válvula de admisión. Para reducir esta restricción, el flujo de la válvula de admisiónárea se ha incrementado en la construcción de motores multiválvulas que tienen dos o incluso tresválvulas de admisión por cilindro.El flujo de aire-combustible en los cilindros se desvía generalmente en una PAT- flujo rotacionalgolondrina de mar dentro del cilindro. Esto se hace para mejorar la evaporación, la mezcla, y la llamaacelerar y se explicará en el siguiente capítulo. Este patrón de flujo se lleva a cabola configuración de los conductos de admisión y el contorno de la superficie de las válvulas y puertos de la válvula.Esto aumenta la restricción de flujo de entrada y disminuye la eficiencia volumétrica.Si se aumenta el diámetro de los corredores colector de admisión, la velocidad del flujo sese disminuyeron y las pérdidas de presión se reducirá. Sin embargo, una disminución en la velocidad

Página 185Sec. 5-2Eficiencia volumétrica de 51 motores171dará como resultado más pobre mezcla del aire y el combustible y el cilindro-a-cilindro menos precisadistribución. Los compromisos en el diseño se deben hacer.En algunos de bajo rendimiento, motores de alto consumo de combustible, las paredes de la ingestacolector se hizo áspera para mejorar la turbulencia para conseguir una mejor mezcla de aire-combustible. Altorendimiento volumétrico no es tan importante en estos motores.Flujo estranguladoEl caso extremo de restricción de flujo es cuando se produce flujo estrangulado en alguna ubicación enel sistema de admisión. Como el flujo de aire se incrementa a velocidades más altas, con el tiempo alcanza

velocidad sónica en algún momento en el sistema. Este flujo estrangulado condición es la maxi-velocidad de flujo madre que se puede producir en el sistema de admisión independientemente de cómose cambian las condiciones de control. El resultado de esto es una disminución de la eficienciacurva en el extremo de alta velocidad en la Fig. 5-1. Flujo estrangulado ocurre en el más restringidopaso del sistema, por lo general en la válvula de admisión o en la garganta del carburador en aquellosmotores con carburadores.Cierre la válvula de entrada Después de BDCEl momento del cierre de la válvula de admisión afecta a la cantidad de aire termina en elcilindro. Cerca del final de la carrera de admisión, la válvula de admisión está abierta y el pistón estápasar de TDC hacia BDC. El aire se introduce en el cilindro a través del abiertoválvula de admisión debido al vacío creado por el volumen adicional siendo desplazado porel pistón. Hay una caída de presión en el aire a medida que pasa a través de la válvula de admisión,y la presión dentro del cilindro es menor que la presión fuera del cilindro enel colector de admisión. Este diferencial de presión todavía existe en el instante en que el pistónalcanza BDC y el aire todavía está entrando en el cilindro. Por ello, el cierre de laválvula de admisión está programado para ocurrir abdc. Cuando el pistón alcanza BDC, se inicia la espaldahacia TDC y al hacerlo comienza a comprimir el aire en el cilindro. Hasta el airese comprime a una presión igual a la presión en el colector de admisión, aire contingenciaues para entrar en el cilindro. El momento ideal para que la válvula de admisión para cerrar es cuando esteigualación de la presión se produce entre el aire dentro del cilindro y el aire en elcolector. Si se cierra antes de este punto, el aire que todavía estaba entrando en el cilindro esse detuvo y una pérdida de eficiencia volumétrica se experimenta. Si la válvula se cierra después deeste punto, el aire se comprime por el pistón forzará un poco de aire a salir delcilindro, de nuevo con una pérdida en la eficiencia volumétrica.Este punto de la válvula de cierre automático en el ciclo del motor, en el que la presión dentro de la

cilindro es la misma que la presión en el colector de admisión, es altamente dependiente dela velocidad del motor. A velocidades altas del motor, hay una mayor caída de presión a través de laválvula de admisión debido a la mayor tasa de flujo de aire. Esto, más el tiempo de ciclo es menos real ende alta velocidad, lo ideal sería cerrar la válvula de admisión en una posición ciclo posterior. En elPor otro lado, a baja velocidad del motor la presión diferencial a través de la válvula de admisión esmenos, y compensación de presión se produciría antes después de BDC. Idealmente, la válvuladebe cerrar en una posición anterior en el ciclo a bajas revoluciones.

Página 186172Aire y combustible InducciónCap. 5La posición en la que la válvula de admisión se cierra en la mayoría de los motores está controlada por unaárbol de levas y no se puede cambiar con la velocidad del motor. Por lo tanto, la posición en el ciclo de cierre esdiseñado para una velocidad del motor, dependiendo del uso para el que el motor está diseñadofirmado. Este isno problema para un motor industrial de una sola velocidad, pero es un compromiso paraun motor de automóvil que funciona en un rango de velocidad grande. El resultado de esta solasincronización de válvulas posición es reducir la eficiencia volumétrica del motor tanto a altasy bajas velocidades. Este es un argumento sólido para control de válvula de sincronización variable.Ingesta de sintonizaciónCuando el gas fluye en una manera pulsada, como en el colector de admisión de un motor, la presiónondas se crean que viajan a lo largo del paso de flujo. La longitud de ondade estas ondas depende de la frecuencia del pulso y la velocidad de flujo de aire o velocidad. Cuandoestas ondas llegan al final del corredor o una obstrucción en el corredor, creanuna onda de presión reflejada a lo largo del corredor. Los pulsos de presión de la primaria

ondas y las ondas reflejadas pueden reforzar o anulan entre sí, en función desi están en o fuera de fase.Si la longitud del corredor colector de admisión y el caudal son tales que elondas de presión refuerzan en el punto donde el aire entra en el cilindro a través de laválvula de admisión, la presión empujando el aire será ligeramente superior, y un poco másaire entrará en el cilindro. Cuando esto sucede, el sistema essintonizadoy volumétricaeficiencia se increãed. Sin embargo, cuando la tasa de flujo de aire es tal que la reflejaimpulsos de presión están fuera de fase con los impulsos primarios, la presión empujando el aireen el cilindro se reduce ligeramente y la eficiencia volumétrica es menor. Todo mayoresmotores y muchos motores modernos tienen pasiva constante largo de los tallos ingesta masistemas que pueden ser sintonizados para una velocidad del motor (es decir, la longitud del corredor diseñados para unacierta tasa de flujo de aire y el tiempo de pulso). En otras velocidades el sistema estará fuera demelodía, y la eficiencia volumétrica será menor en ambas velocidades del motor más altas y más bajas.Algunos motores modernos tienen sistemas activos de admisión que se pueden sintonizar el colectoren un rango de velocidades del motor. Esto se realiza cambiando la longitud de la ingesta de ejecuciónners para que coincida con el caudal de aire en diferentes condiciones de funcionamiento del motor. Variosmétodos se utilizan para lograr esto. Algunos sistemas tienen finalistas de trayectoria única quepuede ser cambiado en longitud durante el funcionamiento por varios métodos mecánicos. Otrossistemas tienen corredores de doble trayectoria con válvulas de control y / o secundaria del aceleradorplatos. A medida que cambia la velocidad del motor, el aire se dirige a través de longitud de ejecución diferentesners que mejor precisión el flujo de esa velocidad. Todos los sistemas activos son controlados por elEMS.

Escape residualDurante la carrera de escape, no todos los gases de escape alcanzan empujado fuera del cilindropor el pistón, un pequeño ser residual atrapado en el volumen de holgura. La cantidad deeste residual depende de la relación de compresión, y algo de la ubicación de laválvulas y la superposición de válvulas. Además de desplazar un poco de aire entrante, este escape

Página 187Sec. 5.3Admisión Válvulas173residual de gas interactúa con el aire de otras dos maneras. Cuando las mezclas de gas muy calientecon el aire entrante se calienta el aire, disminuye la densidad del aire, y disminuye volumet-eficiencia ric. Esto se contrarresta ligeramente, sin embargo, por el vacío parcial creadoen el volumen de holgura cuando el gas de escape caliente se enfría a su vez por el entrantepair.EGREntodos los motores de los automóviles modernos y en muchos otros motores, un poco de gas de escape esreciclado (EGR) en el sistema de admisión para diluir el aire entrante. Esto reduce com-temperaturas de combustión en el motor, lo que resulta en menos óxidos de nitrógeno en elde escape. Hasta aproximadamente un 20% de los gases de escape se desviará de nuevo en la ingestacolector, dependiendo de cómo está siendo operado el motor. Esto no sólogas de escape desplazar un poco de aire entrante, sino que también calienta el aire entrante y disminuyesu densidad. Ambas de estas interacciones bajar el rendimiento volumétrico del motor.En adición, cárteres de motores se ventilan en los sistemas de admisión, desplazandouna parte del aire entrante y la reducción de la eficiencia volumétrica. Gases forzada

a través del cárter puede ascender a cerca de 1%del flujo total de gas a través deldel motor.5-3 válvulas de admisiónLas válvulas de admisión de la mayoría de los motores de combustión interna son válvulas de asiento que son resorte de cierre yabrió en el momento adecuado del ciclo por el árbol de levas del motor, que se muestra de forma esquemáticaen la Fig. 1-12. Mucho más raros son válvulas rotativas o válvulas de manga, que se encuentran en algunos motores.La mayoría de las válvulas y asientos de válvulas contra el cual se cierran están hechas de aleación duraacero o, en algunos casos más raros, de cerámica. Están conectados por hidromecánico oconexión mecánica al árbol de levas. Idealmente, tendrían abrir y cerrar casiinstantáneamente en los momentos adecuados. Esto es imposible en un sistema mecánico, yaperturas y cierres lentos son necesarios para evitar el desgaste, ruido y vibración. Loslóbulos en un árbol de levas están diseñados para dar apertura rápida pero suave y con- cerrarrebote a cabo en la interfaz mecánica. Esto requiere un cierto compromiso en la velocidadde accionamiento de la válvula.Los motores anteriores tenían levas montadas cerca del cigüeñal y las válvulasmontado en el bloque del motor. Como la tecnología de cámara de combustión avanzaba,válvulas fueron trasladados a la culata (válvulas en cabeza), y un largo mecánicaSe requiere sistema de enlace (varillas de empuje, balancines, empujadores). Esto se mejoróTambién por montar el árbol de levas en la cabeza del motor (es decir, los motores de árbol de levas). La mayoríamotores de automóviles modernos han montado uno o dos árboles de levas en la cabeza de cada unobanco de cilindros. Cuanto más cerca del árbol de levas se monta en los tallos de las válvulas, lamayor es la eficiencia mecánica del sistema.La distancia que se abre una válvula (dimensión I en la Fig. 5-2) se llamaelevación de la válvulay es generalmente del orden de unos pocos milímetros a más de un centímetro,

Página 188

Página 189Sec. 5.3Válvulas de admisión175Ai es el área de la válvula de entrada total de un cilindro, si tiene uno, dos, otres válvulas de admisión.En muchos nuevos motores con válvulas en cabeza y pequeña rápida quema de combustióncámaras, a menudo no hay suficiente espacio de pared en las cámaras de combustión para adaptarsela bujía y la válvula de escape y todavía tienen espacio para una válvula de admisión grandesuficiente para satisfacer la ecuación. (5-4). Por esta razón, la mayoría de los motores de ahora se construyen con másde una válvula de admisión por cilindro. Dos o tres válvulas de admisión más pequeños dan másárea y menos resistencia al flujo de flujo de una válvula más grande, tal como se utiliza en motores más antiguos.Al mismo tiempo, estas dos o tres válvulas de admisión, junto con por lo general dos de escapeválvulas, pueden ser mejor ajuste a un tamaño de la cabeza cilindro dado con suficiente espacio paramantener la resistencia estructural requerida; véase la fig. 5-3.Válvulas múltiples requieren una mayor complejidad del diseño con más árboles de levasy conexiones mecánicas. A menudo es necesario disponer de cilindro de forma especialcabezas y pistón empotrado enfrenta sólo para evitar válvula a válvula o válvula a pistóncontacto. Estos diseños sería difícil, si no imposible sin el uso de com-diseño asistido por ordenador-(CAD). Cuando se utilizan en lugar de uno, los dos o más válvulasválvulas serán más pequeños y ligeros. Esto permite el uso de resortes más ligeros y reducefuerzas en la articulación. Válvulas más ligeros también pueden abrirse y cerrarse rápidamente. MayorvoluIlli <tricefficiency de múltiples válvulas eclipsa el coste añadido de manufactureroING y la complejidad añadida y la ineficiencia mecánica.

Algunos motores con múltiples válvulas de admisión están diseñados de manera que sólo una ingestaválvulas por cilindro funciona a baja velocidad. A medida que aumenta la velocidad, menos tiempo por ciclo esdisponible para toma de aire, y el segundo (y, a veces tercio) de la válvula se acciona, dandoárea de flujo de entrada adicional. Esto permite un mayor control del flujo de aire dentro deel cilindro a distintas velocidades, lo que resulta en una combustión más eficiente. En algunosde estos sistemas, las válvulas tendrán diferentes momentos. La válvula de baja velocidad se cerraráen un punto ABDC relativamente temprana. Cuando se opera, la válvula (s) de alta velocidad será entoncesFigura 5 · 3 posibles arreglos de válvulas para un motor de válvulas a la cabeza moderna. Paradado el tamaño cámara de combustión, dos o tres válvulas de admisión más pequeños darán mayorárea de flujo de una válvula más grande. Para cada cilindro, el área de flujo de la ingestala válvula (s) es generalmente de aproximadamente 10 por ciento mayor que el área de flujo del gas de escapela válvula (s).(8)La mayoría de los motores de válvulas a la cabeza tempranas (1950s-1980s) y algunos modernosmotores.(b)La mayoría de los motores de los automóviles actuales.(c)Algunos modernos de alta ren-motores de automóviles Mance.

Página 190estrecha en una posición más tarde (hasta 20 ° más adelante) para evitar la reducción de la eficiencia volumétrica,como se explica en la Sección 5.2.Flujo másico a través de la válvula de admisión en un cilindro se muestra en la Fig. 5-4. Reverseflujo puede resultar cuando se produce la superposición de válvulas cerca del TDC. El caudal de retorno del cilindro

der también ocurrir a bajas velocidades del motor como la válvula de admisión se cierra ABDC, comoexplicado anteriormente.Las válvulas de admisión normalmente empiezan a abrir en algún lugar entre 10 ° y 25 ° APMSy debe estar totalmente abierta por TDC para obtener el flujo máximo durante la carrera de admisión.Cuanto mayor sea la velocidad para la que está diseñado el motor, cuanto antes en el ciclo de lase abre la válvula de admisión. En la mayoría de los motores de sincronización de válvulas está configurado para una velocidad del motor,con pérdidas que se producen a la velocidad de cualquier menor o mayor velocidad. En menor que la velocidad de diseñola válvula de admisión se abre demasiado pronto, la creación de la superposición de válvulas que es más grande de lo necesario.Este problema se agrava debido a bajas velocidades del motor en general tienen baja ingestapresiones múltiples. A mayores que las velocidades de diseño, la válvula de admisión se abre demasiado tardey flujo de admisión no se ha establecido plenamente en el PMS, con una pérdida en la eficiencia volumétricadeficiencia. Motores de automóvil funcionan a muchas velocidades diferentes, con juego de sincronización de válvulas

Página 191Sec.5-3Válvulas de admisión177para la optimización en una sola velocidad. Motores industriales que operan en un solovelocidad, obviamente, puede haber puesto su sincronización de válvulas para esa velocidad. Automóvil modernomotores tienen superposición de válvulas más tiempo debido a su velocidad de funcionamiento más altas.Las válvulas de admisión normalmente terminan cerrando sobre40 ° -50 °ABDC para motores operativoing en un ciclo Otto. Una vez más, el punto de cierre correcto se puede diseñar por sóloun solo velocidad del motor, con aumento de las pérdidas, ya sea en mayor o menor que la velocidad de diseño.

Se están desarrollando diversas formas de obtener la distribución variable de automotores móviles. Estos permiten la apertura de la válvula de admisión y cierre de cambiar con el motorvelocidad, dando una mejor eficiencia del flujo en un rango de velocidades. Algunos motores utilizan unasistema hidráulico-mecánico que permite un ajuste en el vínculo entreel árbol de levas y válvulas. Lo hace con aceite de motor y sangrar agujeros que requierentiempo de ciclo más largo (en tiempo real igual) para cambiar las dimensiones de vinculación a medida que aumenta la velocidad.Con un diseño adecuado, la válvula de admisión se puede hacer para abrir más temprano y cerrar más tarde comose aumenta la velocidad del motor.Algunos motores tienen árboles de levas con lóbulos dobles para cada válvula. Como la velocidad del motorcambios, el seguidor que cabalga los cambios de leva de un lóbulo a otro, cambiandosincronización de válvulas. Esto le da un mejor rendimiento del motor a un costo de complejidad mecánicay el coste añadido [9, 133].Te sistema de sincronización variable de válvulas más flexible es actuadores electrónicos en cadaválvula y sin árbol de levas. Esto se ha hecho experimentalmente en los motores pero en la actualidades demasiado costoso y ocupa demasiado espacio para ser práctico en los automóviles. No solohace este tipo de sistema dan variación esencialmente infinita en el tiempo, sino que también permitepara el cambio de elevación de la válvula y da apertura mucho más rápido y cerrar veces de las queque se puede obtener con un árbol de levas [36].Si elevación de la válvula se puede controlar, el funcionamiento más eficiente se puede obtener en todos losmotores de velocidades. Flujo resistencia y patrones de flujo de masa se pueden cambiar para mejordar características de funcionamiento deseadas a velocidades diferentes.PROBLEMA EJEMPLO 1.5Un 2.8 litros de cuatro cilindros del motor cuadrado (orificio=ACV) con dos válvulas de admisión por cilindro

der está diseñado para tener una velocidad máxima de 7500 RPM. Temperatura de entrada es de 600C.El resultado:

Página 1925-4 inyectores de combustibleLos inyectores de combustible son boquillas que inyectan un chorro de combustible en el aire de admisión. Son nor-Mally controlado electrónicamente, pero inyectores que son cam controlado mecánicamenteaccionada también existe. Una cantidad dosificada de combustible está atrapado en el extremo de la boquilla de lainyector, y una alta presión se aplica a la misma, por lo general por una compresión mecánicaproceso de algún tipo. En el momento adecuado, la boquilla se abre y el combustible esrociado en el aire circundante.La mayoría de los motores SI automóviles modernos tienen multipunto inyectores de combustible de puerto. En estetipo de sistema, uno o más inyectores están montados por la válvula de admisión (s) de cadacilindro. El spray de combustible en la región directamente detrás de la válvula de admisión, a vecesdirectamente sobre la parte posterior de la cara de la válvula. Póngase en contacto con la superficie de la válvula relativamente calientemejora la evaporación del combustible y ayuda a enfriar la válvula. Los inyectores son generalmenteprogramado para pulverizar el combustible en el aire casi estacionaria justo antes de la válvula de admisiónabre. Alta velocidad de pulverización de líquido es necesario para asegurar la evaporación y la mezcla conEl aire. Debido a que la inyección se inicia antes de la válvula de admisión está abierta, hay una momentáneatario pausa en el flujo de aire y la velocidad del aire no promueve la mezcla necesariay mejora la evaporación. Cuando la válvula se abre, el vapor de combustible y líquidosgotitas se realizan en el cilindro por la avalancha de aire, a menudo con el inyector

Página 193Sec. 5-4

Inyectores de combustible179continua para rociar. Cualquier flujo de retorno del gas de escape residual caliente que se produce cuando elválvula de admisión se abre también aumenta la evaporación de las gotas de combustible. Cada cilindro tienesu propio inyector o conjunto de inyectores que dan una entrada de combustible en ciclo-a-bastante constanteciclo y cilindro a cilindro, dependiendo de la calidad de la marca de lapartes del inyector. Incluso con un perfecto control del flujo de combustible, todavía habría variaciónciones en la FA debido al ciclo de ciclo-de-flujo de aire imperfecta y cilindro a cilindro.Sistemas de inyección multipunto puerto son mejores que los carburadores o inyectores cuerpo del aceleradorsistemas de entrega dando AF consistente. Algunos sistemas multipunto tienen un Ademásinyector auxiliar cional o inyectores montados aguas arriba en el colector de admisión adar combustible añadido cuando se necesitan mezclas ricas para el arranque, ralentí, aceleración WOTción, o la operación de alta RPM.Porque hay una corta duración tales (tiempo y duración) después de la inyección de combustible parala evaporación y la mezcla que se produzca, es esencial que los inyectores de boca de pulverización muy pequeñagotitasdecombustible. Idealmente, gotitatamañopodríavariar con la velocidad del motor,menoravelocidades más altas, cuando en tiempo real es más corto.Sistemas de admisión con inyectores multipunto se pueden construir con una mejor volumétricala eficiencia. No hay garganta venturi para crear una caída de presión como con un carburador.Debido a que poca o ninguna mezcla de aire-combustible se produce en la mayor parte del colector de admisión, alta veloc-

dad no es tan importante, y los corredores de mayor diámetro con una menor pérdida de presión puede serutilizado. Tampoco hay desplazamiento del aire entrante con vapor de combustible en el colector.Algunos sistemas tienen una bomba de combustible individual (common rail) el suministro de todos los cilindros oun banco de cilindros. El combustible puede ser suministrado a alta presión con los inyectores únicaactuando como un dispositivo de dosificación. Algunos sistemas de suministro de combustible a los inyectores a bajapresión, y el inyector a continuación, deben aumentar la presión y el flujo metros. Otrossistemas tienen una bomba de combustible para cada cilindro, con la bomba a veces construido como un pecadoGLE unidad con el inyector. La cantidad de combustible inyectado en cada ciclo y la inyecciónpresión están controlados por el SME. La presión de inyección es generalmente del orden de200 a 300 kPa absolutos, pero puede ser mucho más alto. Las condiciones de funcionamiento del motor yinformación de los sensores en el sistema motor y el escape se utilizan para continuamenteajustar AF y la presión de inyección. Los motores con sistemas de bombas y controles en cadacilindro se puede ajustar con más precisión que los que tienen los sistemas de bomba única para elmotor de toda o banco de cilindros.Bombas de inyección entregan aliado volumétrica de combustible y deben ser controlados para com-compensar la expansión térmica del combustible a diferentes temperaturas, y paracompresibilidad a diferentes presiones. Tiempo promedio del flujo de combustible en un motor endiferentes condiciones de operación pueden variar por tanto como un factor de 50.La cantidad de combustible inyectado en cada ciclo se puede ajustar el tiempo de inyección,que es del orden de15a10Sra. Esto corresponde a una rotación del motor de

100a 300 °, dependiendo de las condiciones de operación inmediatos. La duración de la inyección esdeterminado por la retroalimentación de los sensores del motor y escape. Sintiendo la cantidad deoxígeno en el escape es una de las evaluaciones más importantes de inyección ajustandoduración de la relación aire-combustible adecuada. Esto se hace mediante la medición de la presión parcial deel oxígeno en el colector de escape. Otros parámetros de retroalimentación incluyen motorvelocidad, temperaturas, caudal de aire, y la posición del acelerador. Arranque del motor cuando un

Página 194180Aire y combustible InducciónCap.5Se necesita mezcla más rica está determinada por la temperatura del refrigerante y el motor de arranqueinterruptor. Varias formas de determinar la tasa de flujo de aire de admisión incluyen medi- caída de presiónsensores de medi- y flujo de hilo caliente. Sensores de hilo caliente determinan el caudal de aire por elefecto sobre resistencias eléctricas calientes de refrigeración.Hay varios tipos de inyectores de combustible están disponibles. La mayoría funcionan atrapando una pequeñacantidad de combustible detrás del orificio de la boquilla. La boquilla está cerrada por una válvula de aguja sostenidacontra su asiento por un resorte o fuerza magnética. En boquillas de presión más bajos, la inyección esiniciado por el aumento de presión y abriendo la válvula, permitiendo el flujo que se produzca.En boquillas de alta presión, el flujo se inicia por el levantamiento de la aguja de la válvula fuera de su asiento poracción de un solenoide eléctrico. Pulverizar la duración, y algunas veces la presión, es generalmentecontrolado electrónicamente.Algunos sistemas de añadir aire al combustible en frente de los inyectores, y la inyección real

ción consiste en una mezcla de aire-combustible. Esto mejora en gran medida la evaporación yprocesos de mezcla después de la inyección. Experimental automóvil ciclo de dos tiempos Modernmotores utilizan este proceso para asegurar una mezcla adecuada en el muy corto tiempo disponibleentre la inyección y la combustión.Para simplificar el sistema de suministro de combustible, al menos un tipo de motocicleta de dos tiemposmotor de ciclo utiliza gas de alta presión golpeó fuera de la cámara de combustión para proporcionarla presión necesaria para los inyectores de combustible [50]. Esta puede ser una manera de mantener el costoen motores de tipo cortadora smalllawn en la próxima transición de carburadorespara alimentar la inyección.Sistemas de inyección de combustible Som, incluyendo las más tempranas, consisten en el aceleradorinyección cuerpo. Este se compone de uno o más inyectores montados cerca de la entrada de lacolector de admisión, por lo general justo aguas abajo de la placa del acelerador. Este inyector o conjunto deinyectores suministra combustible para todos los cilindros, lo que permite la distribución sea controlada porel colector de admisión. Esta es la tecnología más simple que la inyección multipunto y una feriaascender más barato de fabricar. Se necesitan menos inyectores y boquillas gruesas pueden hacerloser utilizado, ya que hay una duración de flujo más en evaporarse y mezclar el combustible más grandegotitas. A mayor variación en el cilindro a cilindro AF se puede esperar. Controlesson más simples, con algunos inyectores dando una pulverización continua bajo alguna operativocondiciones. Tiempo de respuesta del acelerador es más lento con la inyección del cuerpo del acelerador que coninyección de puerto.Algunos todos los sistemas de inyección de combustible del motor IC SI y tienen los inyectores montados enla culata y se inyectan directamente en la cámara de combustión. Esto da muyentrada de combustible constante ciclo-a-ciclo y cilindro a cilindro. Experimental moderna

motores de automóviles ciclo de dos tiempos utilizan este sistema para evitar la pérdida de combustible fuera de lasistema de escape durante la compactación y la válvula de solapamiento. Este tipo de sistema requiereinyectores muy precisas que dan muy finas gotitas de combustible. Se añade combustible durante elcarrera de compresión, lo que permite un período de tiempo extremadamente corto para la evaporacióny la mezcla, menos de 0,008 segundos a 3000 rpm. De alta turbulencia y remolinos son tambiénimportante.Inyectores que rocían directamente en la cámara de combustión debe operar conpresiones mucho más altas que los inyectores que rocían en el sistema de admisión (algunos tan altocomo 10 MPa). El aire en el que se debe inyectar el combustible es a presiones mucho más altas

Página 1955-5 CARBURADORESDurante varias décadas, se utilizaron los carburadores en la mayoría de los motores SI como el medio deañadiendo leña al aire de admisión. El principio básico sobre el que trabaja el carburador esmuy simple, pero por los años 1980, cuando los inyectores de combustible, finalmente reemplazados como la principalsistema de entrada de combustible, se había convertido en un complicado y sofisticado, ma carotem. Carburadores todavía se encuentran en unos pocos coches, pero la gran mayoría de cochemotores utilizan los sistemas de inyección de combustible más simples, mejor controlados, más flexibles. Mayoríamotores pequeños como los de cortadoras de césped y modelos de aviones todavía utilizar carburadores,aunque otras mucho más simples que las que encuentran en los motores de los automóviles de la1960 y 1970. Esto es para mantener el costo de estos motores de abajo, carburadores simplesser barato de fabricar, mientras que los inyectores de combustible requieren sistemas de control más costosos.Incluso en algunos de estos pequeños motores, carburadores están siendo reemplazados con inyección de combustible

res como las leyes de contaminación cada vez más estrictas.Figura 5-5 muestra que el carburador básico es un tubo venturi (A) montado conuna placa del acelerador (B) (válvula de mariposa) y un tubo capilar para combustible de entrada (C). Es no baja dealiado montado en el extremo aguas arriba del colector de admisión, con todo el aire que entra en elmotor pasa primero a través de este tubo de Venturi. La mayoría del tiempo, habrá un airefiltro montado directamente en el lado de aguas arriba del carburador. Otras partes principales deel carburador son el depósito de combustible (D), la válvula de aguja de medición principal (E), la velocidad de ralentíde ajuste (F), la válvula de vacío (G), y el estrangulador (H).Cuando el aire entra en el motor debido a la diferencia de presión entre la superficieredondeo aire atmosférico y el vacío parcial en los cilindros durante la ingestaaccidentes cerebrovasculares, que se acelera a gran velocidad en la garganta del venturi. Por Bernoulli deprincipio, esto hace que la presión en la garganta P2 se reduzca a un valor inferior ala presión circundante Pi, que es aproximadamente una atmósfera. La presión por encimael combustible en el depósito de combustible es igual a la presión atmosférica como el depósito estáventilación a los alrededores (P3=Pi>P2) .No es, por lo tanto, una presión diferencialTIAL través del tubo capilar de suministro de combustible, y esto fuerza el flujo de combustible en el venturigarganta. A medida que el combustible fluye fuera del extremo del tubo capilar, se rompe en muy pequeñagotitas que se dejan llevar por el aire a alta velocidad. Estas gotitas luego evapo-

Página 196orate y mezclar con el aire en el siguiente colector de admisión. Como la velocidad del motor esaumentado, la velocidad de flujo más alto de aire creará una presión incluso menor en el venturi

garganta. Esto crea un mayor diferencial de presión a través del tubo capilar de combustible,que aumenta el caudal de combustible para mantenerse al día con la mayor tasa de flujo de aire yla demanda del motor. Un carburador bien diseñado puede suministrar el AF correcta en todovelocidades del motor, desde el ralentí a WOT. Hay una válvula dosificadora principal (E) en el combustibletubo capilar para el ajuste de velocidad de flujo.

Página 197Sec. 5-5Carburadores183El nivel en el depósito de combustible está controlado por un flotador de cierre. Combustible proviene deun tanque de combustible suministrado por una bomba eléctrica de combustible en la mayoría de los automóviles modernos, por unabomba de combustible mecánica impulsada en los automóviles más antiguos, o incluso por la gravedad de algunosmotores pequeños (cortadoras de césped) y automóviles históricos.El acelerador controla el caudal de aire y por lo tanto la velocidad del motor. Hay unajuste de ralentí (tope del acelerador) que fija la posición del acelerador cerrado de tal manera queun poco de aire puede fluir incluso con el acelerador totalmente cerrado. Este ajuste, que es generalmenteacerca 50_150 de rotación de la placa del acelerador, controla la velocidad del motor funcionará al ralentícondiciones. Debido a que el caudal de aire a través de la garganta Venturi será mínimo encondiciones de ralentí cuando el acelerador está cerrado, la presión en la garganta sólo seránligeramente inferior a la presión atmosférica. El diferencial de presión a través del combustibletubo capilar será muy pequeño, lo que resulta en una velocidad de flujo de combustible de baja y muy pobre flujocontrol. Se añade una válvula de vacío (G), que permite un mejor control del flujo de combustible al ralentí ycasi cerrada la posición del acelerador. Cuando el acelerador está cerrado o casi cerrado, hay

un gran diferencial de presión a través de la placa del acelerador, y la presión en la ingestasistema de aguas abajo del acelerador (B) es muy baja. Hay, por lo tanto, una sustancialcaída de presión a través de la válvula de inactividad, lo que permite el control de flujo adecuado y una mayortasa de combustible fluya. Los motores son generalmente funcionan con una mezcla más rica de aire-combustible a baja yvelocidades en vacío para evitar fallos de encendido causadas por un gran residuales de escape procedentes de la válvulasolapamiento.Otra válvula de mariposa llamado el estrangulador (H) está posicionado aguas arriba de lagarganta venturi. Esto es necesario para iniciar los motores fríos. En realidad no es la relación aire-combustibleque es importante para la consideración de la combustión, pero la relación aire-vapor; único combustible quese vaporiza reacciona en un proceso de combustión. Cuando un motor está frío (como en un auto-móvil sentado toda la noche en el norte de Minnesota en enero), un porcentaje muy pequeño decombustible se vaporizará en los procesos de admisión y de compresión. El combustible está frío y muchomás viscoso, creando un caudal menor y gotas más grandes que vaporizar másdespacio. Las partes metálicas del motor son fríos e inhiben la vaporización. Incluso en el com-ictus compresión, que calienta la mezcla aire-combustible, las paredes de los cilindros fríos absorben el calory reducir la vaporización. La lubricación del motor es frío y más viscoso, por lo que lamotor gire más lentamente en el proceso de arranque. A medida que el motor gira lentamente conel motor de arranque, sólo una muy pequeña flujo de aire se genera a través del carburador. Esta creaciónAtes sólo una muy pequeña diferencia de presión a través del tubo capilar de combustible y una muybajo caudal. En condiciones de arranque, el acelerador está completamente abierto, por lo que no sustancialdiferencial de presión se establece a través de la válvula de ralentí. Todo esto crea muy tura

la evaporación del combustible TLE, y si se utiliza la acción normal del carburador, no habríavapor de combustible suficiente en el cilindro para crear la combustión y obtener el motor comenzó.Por esta razón, se añadió el estrangulador a los carburadores. Al arrancar el motor en frío,el primer paso es cerrar el estrangulador. Esto restringe el flujo de aire y crea un vacío en eltodo el sistema de admisión aguas abajo de la obstrucción, incluso en los caudales de aire muy bajasencontrado en el inicio. Existe, por tanto, un gran diferencial de presión a través de ambosel tubo capilar de combustible y la válvula de ralentí, causando un gran flujo de combustible se mezcle con elflujo de aire de baja. Esto le da una rica mezcla de aire-combustible entra en los cilindros, hasta AF=1: 1 para arranques muy fríos. Con sólo un pequeño porcentaje de evaporación de combustible, un com-

Página 198184Aire Y FuelInductionCap.5se crea la mezcla de aire-vapor de bustibles, se produce la combustión y el motor arranca. SóloSe requieren unos ciclos del motor antes de que todo empieza a calentarse y más nor-mal funcionamiento se produce. A medida que el motor se calienta, el estrangulador se abre y no tiene ningún efectoen operación final de estado estacionario.No requiere temperaturas frías de invierno para crear la necesidad de un estranguladorpara arrancar un motor. Cualquiera que haya intentado alguna vez para iniciar un césped sin estárter baratopodadora en Looe estará de acuerdo con esto.La mayoría de los carburadores de automóviles posteriores fueron equipados con chokes automáticas.Estos estarían cerradas por el operador del vehículo antes de intentar el arranque en frío,

generalmente por pisar el pedal del acelerador hasta el piso. Después de que se arranca el motor, laestrangulador abriría lentamente de forma automática cuando la temperatura del motor aumenta, con-controlado por medios térmicos y / o de vacío. Motores de tipo cortadora Smalllawn y mayoresmotores de automóviles han bobinas controlado manualmente.Muchos motores de bajo costo pequeños no tienen estrangulador. Algunos motores de velocidad constante comoaquellos para los modelos de aviones o algunas aplicaciones industriales no tienen acelerador.Otra característica adicional de carburadores automóviles modernos es un aceleradorbombear. Cuando se desea una rápida aceleración, el acelerador se abre rápidamente para WOT, yel aire y el combustible que fluye hacia el motor se incrementan rápidamente. El aire gaseoso yvapor de combustible reaccionan a esta aceleración muy rápidamente debido a su baja inercia. Loscombustible que todavía es líquido en gotas más grandes y en la película a lo largo de las paredes de la ingestacolector tiene una densidad mucho mayor y la inercia de masas y, por lo tanto, acelera muchoMás lento. El motor experimenta una deficiencia momentánea de combustible y una reducción importanteción en la relación combustible-aire. Esto provoca una vacilación indeseable en la aceleración de lala velocidad del motor a la posible extrema de cale el motor. Para evitar esto, unabomba de aceleración se añade que inyecta una cantidad adicional de combustible en el flujo de airecuando el acelerador se abre rápidamente. En lugar de experimentar una magra momentáneamezcla aire-combustible, el motor experimenta una mezcla rica momentánea que ayuda a laproceso de aceleración.

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Página 200186Aire Y FuelInductionCap.5

Esta ecuación se puede usar para el tamaño de la garganta del carburador necesario para un motor.La ecuación (5-8) se puede usar entonces para establecer el área de la sección transversal de la cap- combustibletubo IllaryAcen relación con otros parámetros.Afortunadamente se ha encontrado que, una vez que los diámetros de la garganta del carburador ytubo capilar de combustible se establecen, carburadores pueden ser construidos que dará correctamezclas de aire-combustible en un amplio rango de condiciones de operación. Estos incluyen de partida,WOT, cruceros y desaceleración súbita. Características de arranque en frío del motor de una car-carburador ya se han explicado.WOT se utiliza para la operación de alta velocidad y / o cuando se acelera bajo carga.Aquí el carburador suministra una mezcla rica que da la máxima potencia a un costo dela economía de combustible más pobre.Al cruzar el estado de equilibrio, un carburador ofrece una mezcla pobre (AF=16) el cualda menos potencia pero buena economía de combustible. Un automóvil de tamaño mediano moderna requieresólo alrededor de 5 a 6 kW (7.8 hp) a velocidad de crucero de 55 millas por hora en una carretera de nivel.Cuando un motor está funcionando a alta velocidad y el acelerador se cierra de repentepara desacelerar el automóvil, una mezcla ligeramente más rica será entregado por la radorretor. La combinación de un acelerador cerrado y de alta velocidad del motor va a crear un altovacío en el sistema de admisión aguas abajo de la placa del acelerador. Esto causarámuy poco flujo de combustible en la garganta del carburador pero causará un flujo a través del ralentíla válvula. Este combustible, se mezcla con el caudal de aire de baja, le dará a la mezcla rica necesaria para

mantener una buena combustión. Con el alto vacío en el sistema de admisión, una muy granderesidual de escape se producirá durante la superposición de válvulas, y una mezcla rica se necesita paramantener la combustión. Fallos de encendido son comunes durante este tipo de deceleración. Combustibleinyectores dan lechera mejor control AF en desaceleración rápida.Cuando el aire fluye a través de una boquilla venturi, la presión disminuye a medida que el aire es aceleraciónnerada a través de la garganta y luego se eleva de nuevo como la velocidad del aire se reduce más allá de lagarganta. Siempre hay una pérdida de presión neta a través de un venturi, con la presión aguas abajoSeguro que nunca igualando la presión aguas arriba. Para un caudal dado, menor es la gargantade diámetro, mayor será esta pérdida neta de presión. Esta pérdida reduce directamente laeficiencia volumétrica del motor. Esto sugeriría que el diámetro de la garganta deel carburador se debe hacer grande. Sin embargo, una gran área de la garganta tendría bajola velocidad del aire y un pequeño diferencial de presión a través del tubo capilar de combustible, causandopeor control AF, grandes gotas de combustible, y más pobre de mezcla de aire y combustible. Estasería especialmente cierto a velocidades de motor bajas y las bajas tasas de flujo de aire correspondientes.En general, sería deseable disponer de carburadores a gran garganta en alta ren-motores Mance, que por lo general operan a altas velocidades y donde la economía de combustible es unaprioridad secundaria. Motores de la economía de pequeños que no necesitan alta potencia tendríacarburadores pequeña garganta.Una forma de evitar comprometer el diámetro de la boca es utilizar unade dos gargantascarburador(es decir, dos por separado diámetro, más pequeño, boquillas venturi montado en paraleloun solo cuerpo del carburador). A bajas velocidades del motor, sólo se utiliza un carburador.Esto da una diferencia de presión superior a un mejor control de flujo de combustible de mezcla y con-

sin causar una gran pérdida de presión a través del carburador. A velocidades más altas del motor

Página 201Figura 5-6 Garganta del carburador conventuri secundario. La pequeña secundariaventuri da una caída de presión grande ybuen control de flujo de combustible, mientras que el más grandegarganta primaria ofrece menos resistencia a laflujo de aire principal.y caudales de aire superiores, se utilizan los dos cañones, dando al mismo mejor control de con-una gran pérdida de presión.Otro tipo de carburador utiliza un venturi secundario montado dentro de la pri-mary venturi más grandes, como se muestra en la Fig. 5-6. El gran diámetro del venturi primariaevita una pérdida de presión grande, mientras que el pequeño diámetro del venturi secundaria daun diferencial de presión más alta para un buen control del flujo de combustible y mezcla. Todavía otrotipo de carburador cambia el área de flujo de aire en la garganta, aumentando a alta velocidady disminuyéndola a baja velocidad. Varios métodos de hacer esto en varios carburadoresse han ensayado con su mayoría resultados menos que ideales. Incluso ha habido algún éxitoproceso en la fabricación de un tubo capilar de diámetro variable para el flujo de combustible. Cuando modernacontroles electrónicos se utilizan para las diferentes operaciones de un carburador, una más

Página 202188Aire Y FuelInductionCap.5sistema fiable, precisa y flexible se dio cuenta. Sin embargo, junto con la genciagencia de controles electrónicos llegó un mejor sistema de entrada de combustible: los inyectores de combustible.Cuando un motor de ciclo de cuatro tiempos está en funcionamiento, cada cilindro tiene ocurran, ingestaanillo alrededor de una cuarta parte del tiempo. Un solo carburador puede, por lo tanto, suministrar una

mezcla aire-combustible para un máximo de cuatro cilindros sin la necesidad de la ampliación de laárea de la garganta. En lugar de suministrar un caudal dado de forma intermitente una cuarta parte de latiempo para un cilindro, el mismo carburador puede suministrar el mismo caudal a cuatrocilindros en casi flujo de estado estable si los ciclos de los cilindros se dispersan uniformemente sobrela rotación del motor, el modo normal de funcionamiento de un motor. El mismo carburador tamañotor sería correcto para dos o tres cilindros también, con el flujo que ocurre encendido y apagado.Si cinco o más cilindros están conectados a un solo carburador, el área de la garganta haríatiene que ser más grande para acomodar los caudales más altos cuando más de un cilindroder está tomando en el aire y el combustible, que se produciría al menos una parte del tiempo.Cuando los motores de automóviles de ocho cilindros fueron populares durante la década de 1950a través de la década de 1980, los carburadores de dos y cuatro barriles eran bastante comunes. Cada negociaciónrel de un carburador de dos gargantas se utilizaría para suministrar cuatro cilindros en alrededorestado estable flujo de aire. También se utilizaron los carburadores de cuatro barriles, con cada una de las cuatro cilindroders siendo suministrados por dos barriles. A bajas revoluciones, sólo un barril de cada conjuntode cilindros (dos barriles en total) estaría en funcionamiento. A altas velocidades, los cuatro bar-se utilizarían de barriles.Una corriente descendente carburador (tubo venturi vertical con el aire que fluye de arriba a abajotom) es mejor en ese ayuda de la gravedad para mantener las gotitas de combustible que fluye en la mismadirección que el flujo alt. Un corredor de fondo (paso entre el acelerador y el colector de admisiónveces) que permite una mayor distancia y el tiempo para la evaporación y mezcla también es bueno.Estos dos conceptos eran aceptables en automóviles tempranos, que tenía gran motor

compartimientos y en la que un alto Hood era deseable para atractivo snob. Como automociónbilis se construyeron más baja y el motor compartimentos más pequeños, lo que compromete eranecesario y carburadores fueron construidos con los barriles y los corredores más cortos. Para profundizarreducir la altura del compartimiento del motor, lado-proyectos de carburadores fueron desarrollados con el aireque fluye horizontalmente. Estos por lo general tienen velocidades de flujo más altas para mantener el combustiblegotitas suspendidas en el flujo de aire, y con velocidades más altas vienen mayor presiónpérdidas. Por razones especiales de espacio y / o otras consideraciones, algunos motores sonequipado con corrientes ascendentes carburadores. Estos necesitan velocidades bastante altas de flujo para llevar a lagotas de combustible en suspensión en contra de la acción de la gravedad.Cuando un carburador está diseñado para un motor de avión, una consideración especialdebe darse al hecho de que el vehículo no siempre volar horizontalmente, sino de mayobanco o incluso ir en vuelo invertido. Además de la posibilidad de que el flujo de airesiendo arriba, abajo, u horizontal, es necesario diseñar el depósito de combustible para estoscondiciones también. Otra diferencia de un motor ligado a la tierra es que la entradala presión será menor que una atmósfera, dependiendo de la altitud del aireartesanía. Esto aumenta la dificultad de mantener la AF correcta en todo momento. Mayoríamotores de los aviones están sobrealimentados, lo que minimiza este problema. Incluso más tarde auto-carburadores móviles fueron diseñados para evitar el hambre de combustible que el vehículo gira un

Página 203Sec. 5-5Carburadores189esquina aguda y chapotea el combustible en el depósito, un problema que no ocurre

con inyectores de combustible.Un problema encontrado a veces con carburadores es la formación de hielo, que por lo generalse produce en la placa del acelerador. El vapor de agua en el aire se congela cuando se enfría el airea bajas temperaturas. El enfriamiento se produce por dos razones: hay un enfriamiento de expansión debidoa la reducción de la presión experimentada por el aire a medida que fluye a través del carburador,y no hay enfriamiento evaporativo debido a las gotas de combustible simplemente añadido en la garganta deel venturi. Aditivos de combustible y el calentamiento del carburador son dos soluciones posibles aeste problema.Otro problema de los carburadores es la división del flujo de aire alrededor de laplaca del acelerador inmediatamente después de que el combustible se ha añadido. Esto hace que sea muy difícilpara obtener una mezcla homogénea y es una razón importante por la que la mezcla de aire-combustible entregadoa los cilindros es a menudo no uniforme. Este problema es más serio con corto más tardebarril, carburadores corto corredor.En condiciones distintas de WOT, la caída de presión importante en un sistema de admisiónestará en la placa del acelerador del carburador. Esto puede ser tanto como 90% de lacaída de presión total, o mayor. El flujo puede ser ahogado (velocidad del sonido) a unaacelerador parcialmente cerrada. Cuando la posición del acelerador se cambia de repente, se necesitavarias revoluciones del motor para restablecer el flujo de estado estable a través del carburador.EXAMtLE PROBLEMA 5-2Un niño de seis cilindros, 3,6-literSI isdesignedto motor tiene un maximumspeed de 6000rpm.A esta velocidad el rendimiento volumétrico del motor es 0,92. El motor seráequipado con un carburador de dos gargantas, un barril de lowspeeds y dos cañones paraalta velocidad. Gasolinedensitycan ser consideredto ser 750 kg / m3.El resultado:

Página 2045-6-sobrealimentaciónY turbocompresorCompresoresCompresores y turbocompresores son compresores montados en el sistema de admisión yutilizado para elevar la presión del aire entrante. Esto se traduce en más Enterprise aire y combustibleing cada cilindro durante cada ciclo. Esto agregó aire y combustible crea más poderdurante la combustión, y la salida de potencia neta del motor se incrementa. Presiónaumento puede estar en cualquier lugar de 20 a 250 kPa, con la mayoría de los motores en el extremo inferior deesta escala.

Página 205Sec. 5-6Sobrealimentación y turboalimentación191Compresores son impulsados mecánicamente directamente en el cigüeñal del motor. Ellosson compresores de desplazamiento generalmente positivas funcionando a velocidades de alrededor de la mismacomo la velocidad del motor (Fig. 1-8). El poder para accionar el compresor es una carga parasitaria enla potencia del motor, y este es uno de los principales inconvenientes en comparación con un tur-bocharger. Otras desventajas incluyen mayor costo, mayor peso, y el ruido. LAlas principales ventajas de un compresor es respuesta muy rápida al acelerador cambios. Serunido mecánicamente al cigüeñal, cualquier cambio de velocidad del motor es inmediatamentetransferido al compresor.Algunos de alto rendimientomotores de automóviles y casi todos los grandes CImotores están sobrealimentados. Todos los motores de ciclo de dos tiempos que no son cártercomprimido (una forma de sobrealimentación) debe ser sobrealimentados o turboalimentados.

Cuando se aplica la primera ley de la termodinámica que el aire que fluye a través de uncompresor de sobrealimentación,Wsí=ma (Hout - hin)=MACP (Tout - Tin)(5-13)donde: Wsí=potencia necesaria para impulsar el supercargadormamá=tasa de flujo de masa de aire en el motorcp=calor específico del aireh=entalpía específica'"T=temperaturaEsto supone que la transferencia de calor del compresor, los términos de energía cinética, ytérminos de energía potencial son despreciables, es cierto para la mayoría de los compresores. Todos los com-compresores tienen eficiencias isoentrópicas inferior al 100%, por lo que el poder real necesitaba voluntadser mayor que la ideal. En la Fig. 5-7, proceso 1.2srepresenta com- isentrópico idealespression, mientras que el proceso 1 a 2LAes el proceso real con un aumento en la entropía. Loseficiencia isoentrópica

TJsdel sobrealimentador compresor es:

Página 206192Aire Y FuelInductionCap.5(17s) sc=Wisen / Wact=[nia (HZS - h1)] / [nia (HZA- Hola)](5-14)=[niacp (Tzs - TI)] / [niacp (TZA- TI)]=(Tzs - TI) / (TZA- TI)Si la temperatura de entrada y la presión son conocidos, así como la salida diseñadala presión, la relación isoentrópica gas ideal se puede utilizar para encontrar Tzs:Tzs=Tl (PZ / PI) (kl) / k(5-15)La temperatura real de salida TZAluego puede ser calculada a partir de la Ec. (5-14) sise conoce el rendimiento isoentrópico. Cuando se usa la ecuación. (5-15), un valor de k=1.40 debeser utilizados debido a la temperatura más baja en este punto.También hay una eficiencia mecánica de menos de 100% entre el podertomada desde el motor y lo que se entrega al compresor:17m=(Wact) sc / Wfrommotor

(5-16)Para una potencia de salida del motor añadido, es deseable tener el aire de entrada superiorla presión suministrada por el sobrealimentador. Sin embargo, el sobrealimentador también plantea laTemperatura de entrada de aire por calentamiento a la compresión, como se puede ver en la Ec. (5-15). Este esindeseable en los motores SI. Si la temperatura en el inicio de la carrera de compresiónes más alto, todas las temperaturas en el resto del ciclo también será mayor. A menudo, esto lo harácausar auto-ignición y problemas que golpean durante la combustión. Para evitar esto, muchoscompresores están equipados con un refrigerador posterior que enfría el aire comprimido hacia atrása una temperatura más baja. El refrigerador posterior puede ser o bien un intercambiador de calor aire-aire oun intercambiador de calor aire-líquido. El fluido refrigerante puede ser aire que fluye a través de lacompartimiento del motor, o puede ser refrigerante líquido del motor en un sistema más complejo.Algunos compresores se componen de dos o más etapas de compresor con una después del horarioenfriador siguiente cada etapa. Postenfriadores no son necesarios en compresores utilizados enLos motores de encendido porque no hay preocupación por los problemas de Knock. Postenfriadores soncostosos y ocupan espacio en el vano motor. Por estas razones, la super-cargadores de algunos automóviles no tienen postenfriadores. Estos motores en generaltener relaciones de compresión reducida para evitar problemas de auto-ignición y llamar.Los turbocompresoresEl compresor de un turbocompresor es accionado por una turbina montada en el escapeflujo del motor (Figs. 1-9 y 5-8). La ventaja de esto es que ninguna de laseje de salida del motor se utiliza para accionar el compresor, y sólo desperdicio de energía en else utiliza de escape. Sin embargo, la turbina en el flujo de escape provoca una más restringida

fluir, resultando en una presión ligeramente superior en el puerto de escape del cilindro. Esto reducela potencia de salida del motor muy ligeramente. Motores turbo generalmente tienen menortasas específicas de consumo de combustible. Producen más poder, mientras que la potencia de la fricciónperdida sigue siendo casi el mismo.Máxima presión en un sistema de escape del motor es muy poco por encima de atmós-férica, por lo que sólo puede ser una muy pequeña caída de presión a través de la turbina. Porque

Página 207de este, es necesario hacer funcionar la turbina a velocidades muy altas para que el poder es lo suficientementeproducido para ejecutar el compresor. Envío de 100.000 a 130.000 RPM son comunes.Estas altas velocidades, y el hecho de que los gases de escape es un ambiente caliente, corrosivo,exigir materiales especiales y la preocupación por la fiabilidad a largo plazo.Una desventaja de los turbocompresores es el retraso del turbo, que se produce con una repentinacambio del acelerador. Cuando el acelerador se abre rápidamente para acelerar un automóvil,el turbocompresor no responderá tan pronto como un compresor. Lleva variosrevoluciones del motor para cambiar la velocidad de flujo de escape y para acelerar el rotor de laturbina. Turbo retraso se ha reducido en gran medida mediante el uso de rotores de cerámica ligeros quepuede soportar las altas temperaturas y que tienen muy poca inercia. Turbolag también se puede reducir mediante el uso de un colector de admisión más pequeño.La mayoría de los turbocompresores, como compresores, están equipadas con un refrigerador posterior ade nuevo bajar la temperatura del aire comprimido. Muchos también tienen un bypass que permitelos gases de escape sean encaminados alrededor del turbocompresor cuando una presión del aire de entradaNo es necesario impulso. Algunas turbinas modernas se están desarrollando las cuales con una variable

ángulo de la hoja poder. Como se cambia la velocidad del motor o de la carga, el ángulo de la hoja puede serajustada para dar la máxima eficiencia en cada caudal.Compresores centrífugos de flujo radial, que giran a alta velocidad, se utilizan generalmenteen los motores de automóviles de tamaño. Por muy grandes motores, se utilizan compresores de flujo axialdebido a su mayor eficiencia en los caudales de aire superiores. La eficiencia isoentrópicaeficiencia de un compresor se define como:

Página 208

Página 2095-7 MOTORES carga estratificada Y MOTORES DE DOBLE COMBUSTIBLEMientras que muchos motores SI están diseñados para tener una mezcla homogénea de aire y combustiblea lo largo de la cámara de combustión, algunos motores de carga estratificada modernos son de-firmado para tener una relación aire-combustible diferente en diferentes lugares de la combustióncámara. Una mezcla rica que enciende fácilmente se desea alrededor de la bujía, mientrasel mayor volumen de la cámara de combustión se llena con una mezcla muy pobre queda buena economía de combustible. Sistemas de admisión especiales son necesarios para suministrar este no ho-mezcla mogeneous. Las combinaciones de múltiples válvulas y múltiples inyectores de combustible,junto con la válvula flexible y sincronización de la inyección, se utilizan para lograr la deseada re-resultados. Algunos de carga estratificada motores SI se operan sin acelerador, lo que plantea laeficiencia volumétrica. Velocidad iscontrolled por medir el tiempo y la cantidad de entrada de combustible adecuado.Por diversas razones técnicas y financieras, algunos motores están diseñados paraoperar utilizando una combinación de dos combustibles. Por ejemplo, en un tercer mundo paísintenta motores de doble combustible se utilizan debido a los altos costos de combustible diesel. Gran CI

Página 210196Aire y combustible InducciónCap. 5motores se ejecutan en una combinación de metano y aceite diesel. El metano es el principalcombustible porque es más barato disponible. Sin embargo, el metano no es un buen combustible CI poren sí, ya que no fácilmente auto-encienden (debido a su alto número de octanos). Una pequeñacantidad de aceite diesel se inyecta en el tiempo de ciclo apropiado. Esto se inflama en una normal deforma y inicia la combustión en la mezcla de metano-aire que llena el cilindro.Se necesitan combinaciones de sistemas de entrada de combustible en estos tipos de motores.5.8 ADMISIÓN PARA MOTORES DE CICLO DE DOS TIEMPOSDel aire de entrada en motores de ciclo de dos tiempos se debe introducir a una presión superior a atmósferaesférica. Después de la purga, al inicio del proceso de admisión del cilindro es todavíalleno de gas de escape a presión atmosférica. No hay tiempo de escape. Airea presión entra en el cilindro y empuja la mayor parte de la resi- de escape restanteual el puerto de escape aún abierta. Se llamabarrido.Cuando la mayoría de lagas de escape está fuera, el puerto de escape se cierra y el cilindro se llena de aire. En partepresión de entrada del acelerador es bajo, y esto se traduce en los basureros más pobre.Hay dos métodos generales de colocar aire a los cilindros: a través de nor-válvulas de admisión mal, o por medio de ranuras de admisión en las paredes del cilindro. El aire de admisión espresurizado usando un sobrealimentador, turbocompresor, o compresión cárter.Motores de ciclo de dos tiempos tienen cámaras de combustión abierta. Podría serextremadamente difícil conseguir compactación adecuada en un cilindro con una cámara dividida.Algunos motores de automóviles de ciclo de dos tiempos experimentales modernos utilizan Stan-

compresores de tipo dard y entrada de aire a través de las válvulas de admisión sin combustible añadido.El aire comprimido scavenges el cilindro y la deja llena de aire y una pequeñacantidad de residual de escape. Después se cierra la válvula de admisión, el combustible se inyecta directamenteen la cámara de combustión por los inyectores montados en la cabeza del cilindro. Está hechopara evitar la contaminación del HC de combustible que pasa en el sistema de escape cuando ambos escapey válvulas de admisión están abiertas.Enalgunos motores de automóviles, se inyecta aire con el combustible.Esto acelera la evaporación y mezcla, que se requiere debido a la muy cortatiempo de la carrera de compresión. Presión de inyección de combustible es del orden de 500 a 600kPa, mientras que la presión de inyección de aire es ligeramente inferior a aproximadamente 500 kPa. Para los motores SI de combustiblela inyección se produce al principio en la carrera de compresión, inmediatamente después de la válvula de escapese cierra. En los motores de encendido de la inyección se produce al final de la carrera de compresión, un tiempo cortoantes de que comience la combustión.Otros motores de automóviles modernos, y casi todos los pequeños de dos tiemposmotores, debido a los costos, utilizan la compresión del cárter para forzar aire dentro y limpian lacilindros. En estos motores, se introduce aire a presión atmosférica en el cilindroder por debajo del pistón a través de una válvula unidireccional cuando el pistón está cerca del TDC. Loscarrera de trabajo empuja el pistón hacia abajo y comprime el aire en el cárter, queha sido diseñado para este doble propósito. El aire comprimido pasa a continuación a través de unacanal de entrada en las cámaras de combustión.Enmotores de los automóviles modernos, else añade combustible con inyectores, como con motores sobrealimentados.Enmotores pequeños, lacombustible se añade normalmente con un carburador para el aire que entra en el cárter. Este es

Página 211Sec. 5.8Ingesta Para motores de dos tiempos de ciclo197hecho para mantener el costo de pequeños motores, carburadores simples ser barato aconstruir. Como las leyes de contaminación se vuelven más estrictas, los inyectores de combustible probablemente convertidomás común en los motores pequeños.Purga de escape se produce en alrededor de 100 ° a 110 ° ATDC cuando la válvula de escapese abre o cuando se descubren las ranuras de escape en las paredes del cilindro. Ligeramentemás tarde, en torno a 50 ° BBDC, la ingesta se produce por medio de válvulas de admisión o ranuras situadas unacorta distancia por debajo de las ranuras de escape en las paredes del cilindro. Cualquiera de aire o un aire-combustiblemezcla entra en el cilindro a una presión de 1,2 a 1,8 atmósferas, como se explica pre-riormente. El aire a presión empuja hacia fuera la mayor parte del gas de escape restante a travésLas válvulas de escape o ranuras todavía abierta. Idealmente, el aire de entrada obligará a la mayoría de laslos gases de escape fuera del cilindro sin mezclarse con él y sin demasiado aire-combustiblesalir de la válvula de escape abierta. Algunos de mezcla ocurrirá y un poco de combustible se perderála válvula de escape. Esto hará que menor consumo de combustible y la contaminación en el HCde escape. Para evitar esto, sólo el aire se introduce y se utiliza para barrido en experiencia modernamotores mentales automóviles ciclo de dos tiempos. Se añade combustible con inyectores después de laválvula de admisión se cierra.Aceite lubricante debe ser añadido a la entrada de aire en esos motores que utilizancompresión cárter. El cárter del cigüeñal en estos motores no se puede utilizar como el aceitereservorio como con la mayoría de otros motores. En cambio, la superficies de los componentes del motor

son lubricados por vapor de aceite transportado por el aire de admisión. En algunos motores, aceite lubricantese mezcla directamente con el combustible y se vaporiza en el carburador junto con el combustible.Otros motores tienen un depósito de aceite separado y se alimentan lubricante directamente en elflujo de aire de admisión. Dos resultados negativos se producen debido a este método de lubricación.En primer lugar, algo de vapor de aceite entre en el flujo de escape durante el cruce de válvulas y contribuyedirectamente a HC emisiones de escape. En segundo lugar, la combustión es menos eficiente debido a lamás pobre calidad del combustible del aceite. Los motores que utilizan compresores o turbocompresoresen general, utilizar sistemas de lubricación a presión estándar, con el cárter que sirve comoel depósito de aceite.Para evitar un exceso de escape residuales, sin bolsillos de flujo estancado o muertoszonas pueden ser permitidos en el proceso de eliminación. Esto es controlado por el tamaño y laposición de las ranuras o válvulas de admisión y de escape, por la geometría de las ranuras de lapared, y por deflectores de flujo contorneados en la cara del pistón. Figura 5-10 muestra variosconfiguraciones geométricas de barrido que se utilizan.Cross rescatados ranuras de admisión y de escape ranuras están situadas en lados opuestos de lapared del cilindro. Un diseño adecuado es necesario para asegurar que el aire de admisión se desvíasincortocircuitosy dejando un bolsillo estancada de gas de escape en laextremo de la cabeza del cilindro.Loop CompactarPuertos de admisión y de escape están en el mismo lado del cilindropared, y el aire entrante fluye en un bucle.UnittowScavengedo de pasoPuertos de admisión son rescatados en el cilindro

paredes y válvulas de escape en la cabeza (o válvulas de admisión están en la cabeza ypuertos de escape están en la pared, que es menos común). Este es el más eficientesistema de barrido, pero requiere que el coste añadido de válvulas.

Página 212Figura 5-10 geometrías de barrido comunes para motores de ciclo de dos tiempos. (una cruzscavenged con los puertos de admisión y puertos de escape en los lados opuestos del cilindro.(b)Loop con barrido con los puertos de admisión y puertos de escape en el mismo lado del cilindroder.(c)UBij10wscavenged (o de paso rescatados) con puertos de admisión en el cilindroparedes y válvula de escape en la cabeza. Otras variaciones y combinaciones de estos tiposexistir, dependiendo de la colocación de ranuras y / o válvulas.Por la misma generación de energía, se requiere más de entrada de aire en una de dos tiemposmotor de ciclo que en un motor de ciclo de cuatro tiempos. Esto es porque una parte del aire se pierdeen el período de solapamiento del proceso de barrido. Un número de la ingesta diferente yeficiencias de rendimiento están definidos para el proceso de admisión de un ciclo de dos tiemposdel motor. La eficiencia volumétrica de un motor de ciclo de cuatro tiempos puede ser sustituido por cualquiera de lasrelación de entrega o la eficiencia de carga:Relación de Entrega=Adr=mmi / VDPA(5-21)Eficiencia de carga=Ace=

mmtlVdPa(22/05)dónde:mmi=masa de mezcla de aire y combustible en el cilindro ingeridommt=masa de aire-combustible atrapado en el cilindro después de que todas las válvulas están cerradasVd=volumen de desplazamiento (volumen barrido)Papá=densidad del aire en condiciones ambientalesvalores típicos:0.65<Adr<0.950.50<Ace<0.75Relación de entrega es mayor que la eficiencia de carga, porque algunos de los aire-combustiblemezcla ingerida en el cilindro se pierde fuera de la lumbrera de escape antes de que se cierre.Para los motores que inyectan el combustible después de que las válvulas están cerradas, la masa de la mezcla enestas ecuaciones deben ser reemplazados con la masa de aire que se ingiere. A veces, ambient

Página 2135-9 ADMISION PARA MOTORES DE ENCENDIDOLos motores de encendido se operan sin estrangulación, con la velocidad del motor y la potencia controlada por la

cantidad de combustible inyectado durante cada ciclo. Esto permite una alta eficiencia volumétricaen todas las velocidades, con el sistema de admisión diseñado para muy poco restricción de flujo de laaire incomipg. Elevando aún más la eficiencia volumétrica es el hecho de que no hay combustible esañadido hasta el final de la carrera de compresión, después de la toma de aire está completamente terminada. EnAdemás, muchos motores de encendido están turboalimentados, que mejora la toma de aire aún más.El combustible se añade al final de la carrera de compresión, comenzando en alguna parte alrededor de 20 °BTDC. Inyectores montados en la cabeza del cilindro se inyectan directamente en la combustióncámara, donde se produce la auto-ignición debido a la alta temperatura del aire causada porcalefacción compresión. Se necesita un corto período de tiempo para que el combustible se evapore, mezclarcon el aire, y luego auto-ignite, por lo que la combustión se inicia poco antes del PMS. En este momentoTodavía se está inyectando combustible, lo que mantiene la combustión ocurre así en el poderaccidente cerebrovascular. Es importante que el combustible con el número de cetano correcta ser utilizado en un motor depor lo que la auto-ignición inicia el inicio de la combustión en la posición del ciclo apropiado. LAdistribución de tamaños de las gotitas de combustible es deseable de modo que el inicio de la combustión de todospartículas de combustible no es simultánea, pero se extiende sobre un corto período de tiempo de ciclo.Esto ralentiza el inicio del pulso de presión sobre el pistón y da más suave del motoroperación. Tiempo de duración de la inyección en un motor de CI es menor que en los motores SI.La presión de inyección para motores de CI debe ser mucho mayor que la requerida paraLos motores SI. La presión del cilindro en el que el combustible se inyecta primero es muy alta cercael final de la carrera de compresión, debido a la alta relación de compresión de los motores de encendido.

En el momento en que se inyecta el combustible final, la presión pico durante la combustión está siendo rienciamentado. La presión debe ser lo suficientemente alto como para que el spray de combustible penetrará a través de latoda cámara de combustión. Presiones de inyección de 200 a 2.000 atmósferas soncomún, con el combustible tamaño medio de gota generalmente disminuye con el aumento de presiónSeguro. Orificio tamaño del agujero de los inyectores está típicamente en el intervalo de 0,2 a 1,0 mm de diámetro.Durante la inyección, la tasa de flujo de masa de combustible a través de un inyector es:liendre=CDAnV2Pt6.P(5-26)

Página 214Para satisfacer esta puede requerir una presión muy alta del inyector a las velocidades más altas del motor.En algunos inyectores modernos, área de flujo de orificio Una puede variar un poco para permitir una mayorfluir a velocidades más altas., Motores lentos grandes con grandes cámaras de combustión abiertas tienen movimiento de aire de baja.. • ..y la turbulencia dentro del cilindro. El inyector está montado cerca del centro de lacámara, a menudo con cinco o seis orificios para rociar sobre la totalidad de la cámara. Porquela turbulencia baja, la evaporación y la mezcla son el tiempo más lento y real entre iniciode inyección y comienzo de la combustión es más largo. Sin embargo, la velocidad del motor es más lenta, por lo quesincronización de la inyección en el tiempo de ciclo es aproximadamente la misma. Motores grandes deben tener muy altapresión de inyección y la velocidad alta de pulverización. Con menor movimiento del aire y la turbulencia,

se necesita una alta velocidad de pulverización de líquido para mejorar la evaporación y mezcla. También, altase necesita velocidad para asegurar que un poco de spray llega plenamente a través de la gran combustióncámara de. Inyectores con múltiples orificios requieren una mayor presión para obtener elmisma velocidad de inyección y la distancia de penetración. Velocidad de combustible dejando el inyectorpuede ser tan alta como 250 m / seg. Sin embargo, la fricción viscosa y la evaporación reducen este mismorápidamente.Para la viscosidad óptima de combustible y la penetración de pulverización, es importante tener combustiblea la temperatura correcta. A menudo, los motores están equipados con sensores de temperaturay los medios de calefacción o de refrigeración del combustible entrante. Muchos motores de camiones grandes sonequipado con filtros de combustible con calefacción. Esto permite el uso de combustible más barato que tiene menos viscontrol de viscosi-.Pequeños motores de alta velocidad de evaporación necesitan mucho más rápido y mezcla del combustibledebido a la más corta disponible en tiempo real durante el ciclo. Esto ocurre debido a laalta turbulencia y el movimiento dentro del cilindro causado por la alta velocidad del motor. Comose aumenta la velocidad, el nivel de turbulencia y movimiento del aire aumenta. Esto aumentaevaporación y mezclado y acorta retardo del encendido, lo que resulta en menos constantesincronización de la inyección para todas las velocidades. Parte de la pulverización de combustible a menudo se dirige contra caliente

Página 2155-10 CONCLUSIONESCorrecta inducción, consistente de aire y combustible en un motor es uno de los más importanciatante y procesos difíciles de obtener en el diseño del motor. Alta eficiencia volumétrica desistemas de admisión, de un caudal máximo de aire, es importante para suministrar el oxígeno

necesaria para reaccionar con el combustible. Lo ideal sería que el motor debe recibir una cantidad consistentede aire del cilindro-a-cilindro y ciclo-a-ciclo. Esto no sucede debido a la turbulencialencia y otras inconsistencias de flujo, y el funcionamiento del motor deben limitarsepromedios estadísticos.Igualmente importante e igualmente difícil es el suministro de la cantidad correctade combustible al motor. Una vez más, el objetivo es suministrar una cantidad igual a cada cilindrosin ciclo de ciclo-de-variación. Esto está limitado por la calidad y el control del combustibleinyectores o carburador.

Página 216202Aire Y FuelInductionCap.5El aire se suministra a través de un colector de admisión, con caudal controlado en SI en-gines por una válvula de mariposa del acelerador y no controlada en los motores de encendido. La presión del aire de entrada esambiente o se incrementa con un compresor, un turbocompresor, o compresión cártersión. Combustible se añade en los motores SI con inyectores cuerpo de mariposa situadas aguas arriba en lacolector de admisión, con inyectores de puertos en la válvula de admisión, o (en casos más raros) por inyeccióndirectamente en el cilindro. Los carburadores se utilizan para la entrada de combustible en muchos pequeños, menosmotores costosos y en la mayoría de los motores de automóviles de mayor edad. Motores de encendido por inyectar combustible directamenteen la cámara de combustión y el control de la velocidad del motor por la cantidad de inyección.Motores Lean-quema, motores de carga estratificada, motores de doble cámara, de doblemotores de combustible, y motores de automóviles ciclo de dos tiempos tienen única y mássistemas de inducción complicado. Estos requieren combinaciones y diseño de los especiales

carburadores, inyectores de combustible, válvulas, y sincronización de la válvula.PROBLEMAS5-1. A cinco cilindros, de cuatro tiempos del motor SI ciclo tiene una relación de compresiónTc=11: 1, agujeroB=5,52 cm, accidente cerebrovascular S=5,72 cm y longitud de la bielaT=11.00 cm. Cilindro de entradalas condiciones son 63 ° C y 92 kPa. La válvula de admisión se cierra a 41 ° ABDC y la bujíase dispara at'1: 5 ° BTDC.El resultado:(la)La temperatura y la presión en el cilindro en el encendido, asumiendo Ottoanálisis del ciclo (es decir, asumir la válvula de admisión se cierra a las BDC y el encendidoestá en el PMS). [K, kPa](b) relación de compresión efectiva (es decir, la compresión real del aire-combustiblemezcla antes de la ignición).(c) Temperatura real y la presión en el cilindro en el encendido. [K, kPa]5-2. Dos opciones de motor son para ser ofrecido en un nuevo modelo de automóvil. Un motor es naturalmenteaspirado con una relación de compresión de 10,5: 1 y entrada del cilindro condiciones de 60 ° C y 96kPa. Motor B está sobrealimentado con posenfriamiento y tiene condiciones de entrada del cilindro de80 ° C y 130 kPa. Para evitar golpear problemas, es deseable que la temperatura de aire-combustibleratura en el inicio de la combustión en el motor B a ser el mismo que en el motor de A.El resultado:(a) Temperatura en el inicio de la combustión en el motor A, usando aire estándarAnálisis del ciclo Otto. [0C]

(b) Relación de compresión del motor B que daría a la misma temperaturaen el inicio de la combustión.(c) la reducción de la temperatura en el refrigerador posterior del motor B si la compresiónsor tiene un rendimiento isoentrópico del 82% y las condiciones de entrada son laigual que en el motor de A. [0C]5-3. El aire entra en el colector de admisión a 74 ° F y 14.7 psia en un motor V12 con aviónla inyección del cuerpo del acelerador, el uso de gasolina en una relación de equivalencia de ¢=0.95. Puede sersupone que todo el combustible se evapora en el colector de adiabático.El resultado:(a) La temperatura de la mezcla aire-combustible después de la evaporación de combustible [DE](b) la pérdida o ganancia por ciento en la eficiencia volumétrica del motor debido a la evaporación de combustibleración. [%]

Página 217Cap.5Problemas203(c) Temperatura en el cilindro en el comienzo de la compresión, después de la entradaaire-combustible se mezcla con los gases de escape 5% residual del ciclo anterior,que es al 900 ° R. [DE]5-4. La inyección de agua se añade al motor en el problema 3.5 que entrega 1 Ibm de agua paracada 30 Ibm de la gasolina utilizada. El calor de vaporización del agua hfg=1.052 BTU / lbm.El resultado:(a) temperatura de la mezcla aire-combustible después de la evaporación del combustible yagua. [DE](b) la pérdida o ganancia por ciento en la eficiencia volumétrica del motor debido a la evaporación

de combustible y agua. [%]5-5. (a) ¿Por qué es la relación de compresión de un motor de SI a menudo se reduce cuando el motor estárediseñado para ser utilizado con un turbocompresor? (b) ¿Es la fuerza de frenado aumenta o disminuye?(c) se aumenta la eficiencia térmica? (d) ¿Por qué no es la reducción de la relación de compresión comoimportante cuando se añade un turbocompresor a un diseño de motor de encendido?5-6. A 2A-litros, motor de cuatro cilindros está equipado con inyección de combustible multipunto puerto, teniendoun inyector por cilindro. Los inyectores son dispositivos constante de flujo, por lo que el caudal de combustibleen el motor se controla por la duración del pulso de inyección. La potencia máxima se obtiene aWOT cuando duración de la inyección es continua. En esta condición, la velocidad del motor es 5800RPM con gasolina estequiométrico y una presión de entrada de 101 kPa. En estado de reposo,la velocidad del motor es de 600 RPM con gasolina estequiométrico y una presión de entrada de30 kPa. La eficiencia volumétrica se puede considerar 95% en todas las condiciones.El resultado:(a) el caudal de combustible a través de un inyector. [kg / s](b) Inyección de duración de pulso en segundos en condiciones de ralentí.(c) Inyección de duración del pulso en grados de rotación del motor en ralentícondiciones.5-7. A seis cilindros, de cuatro tiempos del motor SI ciclo con la inyección de combustible multipunto tiene un desplazamientoción de 204 litros y un rendimiento volumétrico de 87% a 3000 RPM, y opera enalcohol etílico con una relación de equivalencia de 1,06. Cada cilindro tiene un inyector de puertoque suministra el combustible a una tasa de 0,02 kg / seg. El motor también tiene un inyector auxiliaraguas arriba en el colector de admisión, que suministra el combustible a una velocidad de 0.003 kg / seg para cambiarla relación aire-combustible y dar una mezcla más rica cuando sea necesario. Cuando está en uso, el auxiliarinyector funciona de forma continua y suministra todos los cilindros.El resultado:

(a) de tiempo de un pulso de inyección para un cilindro durante un ciclo. [seg](b) AF si no se está utilizando el inyector auxiliar.(c) AF si se está utilizando el inyector auxiliar.5 · 8. A medida que aumenta la velocidad en un motor con inyección de combustible del cuerpo del acelerador, lo hace la temperaturade la mezcla de aire-combustible en el colector de admisión aumento salida o disminuir? Explica queparámetros afectan su respuesta.5-9. A 6,2 litros, V8, de cuatro tiempos del motor SI ciclo está diseñado para tener una velocidad máxima de6500 RPM. A esta velocidad, la eficiencia volumétrica es 88%. El motor está equipado con uncarburador de cuatro gargantas, cada barril tiene un coeficiente de descarga de CDt=0.95. Loscombustible utilizado es la gasolina en AF=15: 1 (densidad de la gasolinaPg=750 kg / m3).El resultado:(a) diámetro de la garganta mínimo necesario en cada venturi del carburador. [cm](b) el diámetro del tubo capilar de combustible necesario para cada garganta venturi si dis- tubocargo coeficiente CDc=0,85 y la altura diferencial tubo capilares pequeño. [mm]5-10. (a) Explique cómo se inicia un motor de automóvil con carburador en una fría mañana de invierno;decirle lo que debe hacerse, por qué y cómo. (b) ¿Por qué hay una bomba de aceleración en una

Página 218204Aire Y FuelInductionCap.5

carburador de automóvil? (c) Explique lo que sucede en los cilindros del motor cuando elacelerador en un carburador de repente se cierra para desacelerar un automóvil que viaja a altavelocidad.5-11. Un motor V8 con 7,5 cm taladros se rediseñó a partir de dos válvulas por cilindro con cuatro válvulaspor cilindro. El diseño de edad tenía una válvula de entrada de 34 mm de diámetro y uno de escapeválvula de 29 mm de diámetro por cilindro. Esto se sustituye con dos válvulas de entrada de 27 mmde diámetro y dos válvulas de escape de 23 mm de diámetro. Elevación de la válvula máxima es igual a 22% deel diámetro de la válvula para todas las válvulas.El resultado:(a) Aumento de la superficie de flujo de entrada por cilindro cuando las válvulas están totalmente abiertas.[em2](b) Dar ventajas y desventajas del nuevo sistema.5-12. Un motor de encendido con agujero B=8,2 em tiene los inyectores de combustible montados en el centro de lacabeza de cilindro. Los inyectores tienen un diámetro de boquilla de 0,073 mm, un coefi- de descargaciente de 0,72, y una presión de inyección de 50 MPa. Presión media cilindro durantela inyección puede ser considerado 5000 kPa. Densidad del combustible diesel es de 860 kg / m3.El resultado:(a) velocidad media del chorro de combustible a medida que sale del inyector. [mIsec](b) Tiempo para una partícula de combustible para llegar a la pared del cilindro si viajó en promediovelocidad de salida edad. [ver]5-13. Un 3.6 litros, motor V6 SI está diseñado para tener una velocidad máxima de 7000 rpm. Ya estádos válvulas de admisión por cilindro, y la elevación de la válvula es igual a un cuarto diámetro de la válvula. Aburriry los accidentes cerebrovasculares están relacionados como S=

1.06B.Temperatura de diseño de la mezcla aire-combustible Enterpriseing los cilindros es de 60 ° C.Calculat (:!. (A) diámetro de la válvula teórico Ideal [em]. (b) La velocidad máxima del flujo a través de la válvula de admisión. [mIsec](c) ¿Los diámetros de válvulas y el tamaño del agujero parecen compatibles?5-14. El volumen de la gotita medio de combustible diesel en el Problema Ejemplo 4.5 es 3X10-14m3.La relación de compresión del motor es 18: 1. Como una aproximación, puede serasumido que todas las gotas de combustible tienen el mismo volumen y están igualmente espaciados a lo largola cámara de combustión en TDC. Densidad del combustible diesel esp=860 kg / m3El resultado:(a) Número de gotas de combustible en una sola inyección.(b) La distancia aproximada entre las gotas en la cámara de combustión aTDC. [mm]DISEÑOPROBLEMAS5-10. Una en línea, directamente motor SI ciclo 8, de cuatro tiempos tiene la inyección de combustible del cuerpo del acelerador usandodos inyectores. Cada inyector suministra combustible para cuatro de los cilindros. El orden de encendido deel motor es 1-3-7-5-8-6-2-4. Diseñar un colector de admisión para este motor con consideraciónpara mantener la AF consistente para cada cilindro y la suavidad general ciclo del motor.5.20. Un motor de 2.5 litros, ciclo de SI de cuatro tiempos el uso de la inyección de combustible multipunto puerto tiene un ralentívelocidad de 300 RPM (AF=

13,5 yTJv=0,12) y una velocidad máxima de 4800 WOTRPM (AF=12 yTJv=0,95). Inyectores tienen una tasa de flujo de masa constante a toda condiciónciones. Diseñar un sistema de inyección para este motor, dando el número de inyectores porcilindro y la velocidad de flujo a través de cada inyector en kg / s. ¿Cuál es la duración de la inyecciónción para un ciclo, y cuando debe comenzar respecto a la abertura válvula de admisión inyección?

Página 219Cap.5DesignProblems205Dé a sus respuestas en cuestión de segundos, en grados de rotación del motor en ralentí, y en WOT. Estadotodas las suposiciones que hacen.05.30. Diseño de un sistema de admisión de combustible para un gran motor de encendido de doble combustible para ser utilizado en una mala comprensiónpaís desarrollado. El motor es utilizar solamente aceite diesel suficiente para promover la ignición,durante el uso de un poco de combustible principal menos costoso. Dibuja un esquema y dar valores de motor de dis-colocación, velocidad y eficiencia volumétrica. Elija una principal combustible apropiado y darlos caudales de ambos combustibles. ¿Cuál es la relación global de aire-combustible? Estado todas las suposiciones lehacer.

Página 220Este capítulo trata de aire, combustible, y el movimiento de gases de escape que se produce dentro del cilindro

ders durante la carrera de compresión, combustión y carrera de potencia del ciclo. Esimportante tener este movimiento para acelerar la evaporación del combustible, para mejorar de aire-combustiblela mezcla, y para aumentar la velocidad y eficiencia de la combustión. Además de lo normalturbulencia deseado, un movimiento de rotación llamadaremolinose genera en el aire-combustible mezclatura durante la ingesta. Cerca del final de la carrera de compresión, dos masa adicionalmovimientos se generan:squishysecadora.Squish es un movimiento radial hacia ellínea central del cilindro, mientras que caída es un movimiento de rotación alrededor de una circunferenciaeje cial. Un movimiento de flujo adicional será discutido: el de flujo grieta yblowby. Este es el flujo en las pequeñas grietas de la cámara de combustión debidoa las muy altas presiones generadas durante la compresión y la combustión.06.01 TURBULENCIADebido a las altas velocidades implicadas, todos los flujos dentro, fuera, y dentro de los cilindros del motorson flujos turbulentos. La excepción a esto son los flujos en las esquinas y los pequeñosgrietas de la cámara de combustión, donde la proximidad de las paredes amortiguaturbulencia cabo. Como resultado de la turbulencia, las tasas de transferencia termodinámicas dentro de unamotor se incrementa en un orden de magnitud. La transferencia de calor, la evaporación, la mezcla,206

Página 221Sec.6-1Turbulencia207y las tasas de combustión de todo aumento. A medida que aumenta la velocidad del motor, el flujo de las tasas de aumento,

con un aumento correspondiente en remolino, desplazamiento de la mezcla, y la turbulencia. Esto aumenta latasa en tiempo real de la evaporación del combustible, la mezcla de vapor de combustible y aire, y la combustión.Cuando el flujo es turbulento, las partículas experimentan fluctuaciones aleatorias en movimientosuperpuesto a su velocidad principal a granel. Estas fluctuaciones se producen en todas las direcciones,perpendicular al flujo y en la dirección de flujo. Esto hace que sea imposible pre-dict las condiciones de flujo exactas en cualquier momento y posición dada. Promedio estadísticodurante muchos ciclos motor da condiciones de flujo promedio precisos, pero no se puede predecirel flujo exacto de ciclo cualquiera. El resultado es variaciones cíclicas en la operación de parámetrotros dentro de un motor (por ejemplo, la presión del cilindro, la temperatura, el ángulo de quemar, etc.).Un número de diferentes modelos para la turbulencia se puede encontrar en la mecánica de fluidosliteratura, que puede ser usado para predecir las características de flujo [59]. Un modelo simpleutiliza velocidades de fluctuación deu 'en la dirección X de coordenadas,v 'en la dirección Y,yw 'en la dirección Z. Estos se superponen a las velocidades aparente media deu, v, ywen el X, Y, y Z, respectivamente. El nivel de turbulencia es entoncescalcula tomando la media de la raíz cuadrada media de u ', v', y w '. El promedio linealedad de u ', v', ow 'será cero.Hay muchos niveles de turbulencia dentro de un motor. Turbulencia a gran escalaocurre con remolinos en el orden del tamaño del paso de flujo (por ejemplo, apertura de la válvula,Diamer

del corredor de la ingesta, la altura del volumen de separación, etc.). Estas fluctuaciones sonal azar, pero tienen una direccionalidad controlada por el paso del flujo. En el otroextrema, la turbulencia pequeña escala es totalmente aleatoria y homogénea, sindireccionalidad y controlado por disipación viscosa. Hay todos los niveles de turbulenciaentre estos extremos, con características que van desde las de turbinas de pequeña escalabulence a los de la turbulencia a gran escala. Referencia [58] examina el papel deturbulencia en motores de combustión interna con gran detalle y es muy recomendablepara un estudio más a fondo de este tema.La turbulencia en un cilindro es alta durante la ingesta, pero luego disminuye a medida que el flujotasa disminuye cerca BDC. Aumenta de nuevo durante la compresión como remolino, aplastar, ysecadora aumento cerca del TDC. Remolino hace turbulencia más homogénea a lo largoel cilindro.La alta turbulencia cerca TDC cuando se produce la ignición es muy deseable para com-combustión. Se rompe y se extiende el frente de llama muchas veces más rápido que el de unallama laminar. El aire-combustible se consume en un tiempo muy corto, y la auto-ignición ynoquear se evitan. Velocidad de la llama local depende de la turbulencia inmediatamentefrente de la llama. Esta turbulencia se ve reforzada por la expansión del cilindrogases durante el proceso de combustión. La forma de la cámara de combustión esextremadamente importante en la generación de turbulencia máxima y el aumento del deseadocombustión rápida.Intensidad de turbulencia es una fuerte función de la velocidad del motor (Fig. 6-1). Como la velocidad esaumentaron, aumenta la turbulencia, y esto aumenta la velocidad de evaporación, la mezcla,y la combustión. Un resultado de esto es que todas las velocidades del motor tienen aproximadamente la mismaángulo de quemar (es decir, el ángulo del cigüeñal a través del cual el motor se vuelve como la combustión tiene

lugar). La única fase de este proceso que no se cambió totalmente por el aumento de

Página 222turbulencia es de retardo del encendido. Esto es compensado por el avance de la chispa de encendidose incrementa de temporización (iniciar-la chispa antes) como la velocidad del motor.Para maximizar la eficiencia volumétrica, la superficie interior de la mayoría de los colectores de admisiónse hace lo más suave posible. Una excepción a este concepto se aplica a la ingestacolectores de los motores de algunos vehículos economía donde el alto poder nodeseada. Las superficies interiores de estos colectores se desbastadas para promover una mayorniveles de turbulencia para mejorar la evaporación y la mezcla de aire-combustible.Un lugar turbulencia es perjudicial está en el proceso de eliminación de un período de dosmotor de ciclo de brazada. Debido a la turbulencia, el aire entrante se mezcla más con elgases de escape, y una mayor residual de escape permanecerán en el cilindro. Otraresultado negativo se produce durante la combustión cuando alta turbulencia mejora la con-convección de transferencia de calor a las paredes en la cámara de combustión. Esta mayor pérdida de calorreduce la eficiencia térmica del motor.6-2 REMOLINOEl principal movimiento de masas macro dentro del cilindro es un movimiento de rotación llamado remolino.Es generado por la construcción del sistema de admisión para dar un componente tangencial ael flujo de admisión, ya que entra en el cilindro (véase Fig. 6-2). Esto se hace mediante la conformación ycontornear el colector de admisión, puertos de la válvula, ya veces incluso la cara del pistón.Remolino mejora en gran medida la mezcla de aire y combustible para dar una mezcla homogénea enel muy corto tiempo disponible para ello en los motores modernos de alta velocidad. También es un principal

mecanismo para la difusión muy rápida del frente de llama durante la combustiónproceso.

Página 223Relación Remolinoes un parámetro adimensional que se utiliza para cuantificar el movimiento rotacionaldentro del cilindro. Se define de dos maneras diferentes en la literatura técnica:(SR) l=(velocidad angular) j (velocidad del motor)=wjN(6-1)(SR) z=(remolino velocidad tangencial) j (velocidad media del pistón)(6-2)=utiArribaLos valores promedio de cualquiera de la velocidad angular o la velocidad tangencial se deben utilizarEn estas ecuaciones. Movimiento angular es muy no uniforme dentro del cilindro, siendo unamáximo de distancia de las paredes y de ser mucho menos cerca de las paredes debido al arrastre viscoso.La no uniformidad es tanto en la dirección radial, debido a arrastrar con las paredes del cilindro,y en la dirección axial, debido al arrastre con la cara del pistón y la culata.Figura 6-3 muestra cómo remolino relación cambia a través de un ciclo del motor.Durante el consumo es alto, disminuyendo después de BDC en la carrera de compresión, debido a

Página 224Figura 6 · 3 Promedio Relación remolino cilindro en función del ángulo del cigüeñal para un SI típicadel motor. Remolino es alta durante el proceso de admisión, con un máximo cerca del TDC. Es entoncesreducido en un arrastre viscoso durante la carrera de compresión. Hay un segundo máximo

neare final de la compresión cuando el radio de giro se reduce cerca del TDC yla expansión de la combustión se produce. Arrastre viscoso con las paredes del cilindro durante elcarrera de expansión reduce rápidamente esto de nuevo antes de que ocurra purga.arrastre viscoso con las paredes del cilindro. La combustión se expande los gases y los aumentosgirar a otra forma máxima parte en la carrera de trabajo. La expansión de los gasesy arrastre viscoso reducir rápidamente este nuevo antes de que ocurra la purga. Máximarelación de remolino tal como se define por la ecuación. (6-1) puede estar en el orden de 5 a 10 para un modernodel motor. Un cuarto a un tercio del momento angular se perderá durante elcarrera de compresión.Una forma sencilla de remolino cilindro modelado es laRueda de paletasmodelo [58] .Elvolumen dentro del cilindro es idealizado para contener una rueda de paletas imaginaria queno tiene masa. A medida que las vueltas de la rueda de paletas, el gas entre las cuchillas gira con él,resultando en un cilindro de gas que gira todo en uno velocidad angular. En el momento en masade inercia de este cilindro de gas es:1 = mB2j8(6-3), dónde:m=masa de mezcla de gas en el cilindroB=aburrir=diámetro de masa en rotaciónEl momento angular es:r=Iw(6-4)

dóndew=de cuerpo sólido velocidad angular

Página 225Figura 6 · 4 Combustión geometría de la cámara de motores de automóviles modernos, conla mayor parte del volumen de separación cerca de la línea central del cilindro. Esto aumentaaplastar y violento, y disminuye la distancia de recorrido de la llama para la mayoría de la combustiónproceso de. Los motores pueden ser construidos con (a) el volumen de espacio libre en el cilindrocabeza, (b) como un tazón de la corona de la cara del pistón, o como una combinación de estos.Las cámaras de combustión de la mayoría de los motores modernos tienen la forma de los de la Fig.6-4, con la mayor parte del volumen de separación cerca de la línea central del cilindro. La razónpara esto es para reducir la distancia de recorrido de la llama durante la mayor parte de la mezcla de aire-combustible, ya quearden en cerca de TDC. El volumen de separación puede estar en la cabeza del cilindro como en la Fig.6-4 (a), en la corona del pistón como en la figura. 6-4 (b), o en una combinación de los dos.Con este tipo de cámara de combustión, como el pistón se acerca TDC el radio de larotación del cilindro de aire-combustible se reduce repentinamente en gran medida. Esto resulta en una granaumento en la velocidad angular debido a la conservación del momento angular. Es com-mon tener aumento de velocidad angular por un factor de tres a cinco en punto muerto superior, inclusoaunque arrastre viscoso con las paredes es muy grande en este punto. Velocidad angular de alta enTDC es muy deseable, ya que se extiende frente de la llama a través de la combustióncámara muy rápidamente. En algunos motores, tiempo de combustión se reduce mediante la colocación de la

la bujía para que sea desplazado del centro para tomar ventaja de la alta turbulencia.En motores de ciclo de dos tiempos con puertos de admisión en las paredes del cilindro, remolino es ge-nerada por la configuración de los bordes de los puertos y dirección de los conductos de admisión. Remolinoreduce en gran medida los puntos muertos en el proceso de eliminación, sino que también aumenta la mezcla de latoma de carga con residual de escape. La conformación de los orificios de entrada y corredores para pro-remolino mote reduce la eficiencia volumétrica de todos los motores.

Página 226

Página 2276-3 SQUISH Y SECADORACuando el pistón se aproxima a TDC al final de la carrera de compresión, el volumenalrededor de los bordes exteriores de la cámara de combustión se reduce repentinamente a un nivel muyvalor pequeño. Muchos diseños modernos cámara de combustión tienen la mayor parte del espacio librevolumen cerca de la línea central del cilindro (Fig. 6-4). A medida que el pistón se acerca al TDC,la mezcla de gas que ocupa el volumen en el radio exterior del cilindro es forzadoradialmente hacia el interior ya que este volumen exterior se reduce a cerca de cero. Este radial hacia adentroel movimiento de la mezcla de gas se llamasquish.Se suma a otros movimientos de masas dentro de lacilindro para mezclar el aire y el combustible, y se extendió rápidamente el frente de llama. Máximavelocidad de desplazamiento de la mezcla por lo general ocurre en aproximadamente 10 ° BTDC.Durante la combustión, la carrera de expansión comienza y el volumen de la com-aumentos cámara de combustión. A medida que el pistón se mueve lejos de TDC, los gases de combustiónson impulsados radialmente hacia fuera para llenar el volumen exterior ahora creciente a lo largo delcilindro. paredes. Estasquish inversa

ayuda a difundir el frente de llama durante la últimaparte de la combustión.A medida que el pistón se acerca TDC, movimiento squish genera un flujo de rotación secundariallamadosecadora.Esta rotación se produce alrededor de un eje circunferencial cerca del borde exteriorde la taza del pistón como se muestra en la Fig. 6-6.

Página 228214Movimiento de fluidos Dentro cámara de combustiónCap.66-4 CÁMARAS DE COMBUSTIÓN DIVIDIDOSAlgunos motores han dividido cámaras de combustión, por lo general con aproximadamente 80% de lavolumen de holgura en la cámara principal por encima del pistón y alrededor de 20% en volumen de laume como una cámara secundaria conectada a través de un pequeño orificio (Fig. 6-7).La combustión se inicia en la cámara secundaria pequeña, y la llama pasa entoncesa través del orificio, donde se enciende la cámara principal. Remolino de admisión no es tan impor-tant en la cámara principal de este tipo de motor, por lo que el sistema de admisión puede ser diseñadopara una mayor eficiencia volumétrica. Es deseable que tenga muy alta en el remolinocámara secundaria, y el orificio entre las cámaras está conformada para suministrar este;a menudo, la cámara secundaria se llama una cámara de turbulencia. Como los gases en el sectorcámara secundaria son consumidos por la combustión, las subidas de presión y gas en llamasexpande de nuevo a través del orificio y actúa como un encendido de la antorcha de la cámara principal.El gas que se expande corriendo hacia atrás a través del orificio crea un gran remolino secundariaen la cámara principal, lo que mejora la combustión allí. Creación de un orificio que

puede hacer todo esto es un reto de diseño importante.A menudo, un motor de cámara dividida también será un motor de carga estratificada. Lossistema de admisión está diseñado para suministrar una mezcla rica en la cámara secundaria y unaFigura 6.7 cámara de combustión dividida de un motor SI. Cámara secundariatípicamente contienen alrededor de 20% del volumen de aclaramiento total. La combustión es generalmenteiniciado en la cámara secundaria por posicionamiento de la bujía. El aire principalmezcla de combustible en la cámara primaria es encendido por encendido de la antorcha mientras la llama se expandea través del orificio entre las cámaras. A menudo, la cámara de combustión divididamotores también se estratifican los motores de carga, con una rica carga en la cámara de secundariaber para bien de ignición y una carga magra en la cámara principal de buen combustibleeconomía.

Página 229Sec.6-5CreviceFlow y blowby215mezcla pobre en la cámara principal. La mezcla rica con muy alta turbulencia en el sectorcámara secundaria se enciende con facilidad y quemar muy rápidamente. Los gases de fuegoampliando de nuevo a través del orificio entonces encender la mezcla magra en el principalcámara, una mezcla a menudo tan magra que sería difícil de encender con una bujíasolo. El resultado neto es un motor que tiene una buena ignición y la combustión, sin embargo operaciónates mayoría magras para dar buena economía de combustible. La colocación y el calendario de las válvulas de admisióny los inyectores para suministrar el aire y el combustible adecuado a todas las partes de este motor sonextremadamente importante.Una variación de este tipo de cámara de combustión en algunos motores de CI es uno con

una cámara secundaria totalmente pasiva, con todas las válvulas y los inyectores ubicados en los principalescámara. Cuando se produce la combustión en la cámara principal, las fuerzas de gas de alta presióna través del orificio muy pequeño y eleva la presión en la cámara secundaria también.Cuando se reduce la presión en la cámara principal durante la carrera de potencia, lagases de alta presión en la cámara secundaria fluyen de nuevo en la cámara principal.Esto se mantiene la presión en la cámara principal a un nivel superior por un corto tiempo yda un ligeramente mayor fuerza suave, sobre el pistón durante la carrera de potencia. Estatipo de cámara secundaria por lo general se compone de aproximadamente 5-10% del volumen de espacio libre.sesenta y cincoCREVICEahoraY blowbyEn la cámara de combustión de un motor, hay pequeñas grietas que se llenan de aire, combustible,y el escape de gas durante el ciclo del motor. Estas grietas incluyen la holguraentre el pistón y las paredes del cilindro (cerca de 80% del total), en forma imperfecta en elroscas de los huecos de las bujías o inyectores de combustible (5%), en la junta entre la cabeza ybloque (10-15%), y esquinas redondeados en el borde de la cámara de combustión yalrededor de los bordes de las caras de la válvula. Aunque este volumen es del orden de sólo el 1-3%del volumen aclaramiento total, el flujo dentro y fuera de la misma afecta en gran medida la generalciclo del motor.En un motor SI mezcla de aire-combustible es forzado en estas grietas, primero durante com-compresión y más aún durante la combustión cuando se aumenta la presión del cilindro.Durante la combustión, cuando la presión del cilindro es muy alta, los gases son forzados en la

grietas y la presión será aproximadamente la misma que la presión del cilindro. En esosregiones de distancia de la bujía delante del frente de llama (claro- pistón-cilindroANCE), una mezcla de aire y combustible se verá obligado en la grieta. Detrás de la llamafrontal (roscas de la bujía), los gases forzados en la grieta será ducto de escapeductos. Debido a que el volumen de la grieta es tan pequeño y está rodeado por una gran masa de metala la temperatura de la pared de cámara de combustión, los gases forzados en la grietaTambién se mantendrá alrededor de la temperatura de la pared. El aire-combustible dentro de la grieta no lo haráquemar debido a la proximidad de las paredes. Llama no puede propagarse a través minúsculapasajes de metal. El calor liberado por la llama se lleva a cabo fuera de las paredes de metalrápido de lo que puede ser generado por el frente de llama pequeña. No hay suficiente energía paramantener la combustión que ocurre, y la llama muere.

Página 230216Movimiento de fluidos dentro de la cámara de combustiónCap.6Dado que la presión en las grietas es alta y la temperatura es aproximadamente la mismacomo la de las paredes mucho más frías, la densidad en las grietas es muy alta. Por lo tanto, inclusocon un volumen de grieta igualando sólo un pequeño porcentaje del volumen total, tanto como20% de la masa total de aire-combustible puede ser atrapado en las grietas en la presión pico (verRevise Problema 6-3). Como se produce la carrera de potencia y la presión se reduce en elcilindro, los gases de las fuerzas de presión alta grieta en la grieta de nuevo en la combustióncámara de donde parte del combustible atrapado se quema. Algunos de los revertidoflujo grieta se produce más tarde en la carrera de trabajo, después de la combustión se ha detenido, y esto

combustible no se quema. Parte del combustible, por lo tanto, termina en el escape del motor,que contribuye a las emisiones de hidrocarburos y la reducción de la eficiencia de combustión yeficiencia térmica del motor. Debido a que el combustible no se añade hasta inmediatamente antes de com-combustión en un motor de encendido, menos combustible se introduce en el volumen grieta y éstos resultantese reducen problemas.La mayoría de los pistones tienen dos o más anillos de compresión y al menos un anillo de aceite.Anillos de compresión sellar el espacio de separación entre las paredes de pistón y cilindro.Están hechas de acero al cromo altamente pulido y son por resorte contra el, paredes de los cilindros pulidos duras. Como el pistón se mueve hacia TDC en la compresiónaccidente cerebrovascular, los anillos de compresión se ven obligados a la superficie inferior de las ranuras de los anillos,y algunos gases se filtran en la ranura en la parte superior (Fig. 6-8). Entonces, como el pistóncambia de dirección y se inicia en la carrera de trabajo, los anillos de compresión se ven obligadosa la parte superior de las ranuras de los anillos, y el gas atrapado puede fluir hacia fuera de la ranura ymás a lo largo del pistón. El segundo anillo de compresión es dejar algunos de los gasesque se han filtrado a pasar el primer anillo. Otra ruta desde la que los gases se escapan más allá de la Pis-Figura 6-8 Esquema que muestra cómo se produce blowby cuando la cámara de combustiónlos gases son forzados más allá de los anillos de compresión de un pistón. A medida que el pistón se mueve hacia arriba enla carrera de compresión los anillos de compresión se ven obligados a la parte inferior del anillo deranuras, y el gas es forzado en el volumen grieta entre el pistón y el cilindroparedes y en las ranuras de los anillos de pistón. Cuando el pistón invierte la dirección para lacarrera de potencia los anillos del pistón se ven obligados a la parte superior de las ranuras y el gas en elranuras pueden fluir pasado el pistón. El gas también escapa más allá de los anillos del pistón a través de la

hueco donde los extremos se encuentran.

Página 231anillos de toneladas es la brecha donde los dos extremos se encuentran. Figura 6-9 muestra varios configuraciónciones para minimizar este flujo. El anillo de aceite es para la lubricación y no ofrece resistencia afuga de gas. Sin embargo, además de lubricante, la película de aceite entre el pistóny las paredes del cilindro es un importante flujo de gas restringir sellador de gas más allá del pistón. La gasolinaque sufre es totalmente más allá del pistón y termina en el cárter se llamablowby.Figura 6-10 muestra cómo la presión en la cámara de combustión, entre laanillos de compresión, y en el cárter varía con ángulo de cigüeñal en un ciclo del motor.Hay un retardo de tiempo en el cambio de presión desde una cámara a la siguiente debido ael paso de flujo restringido creado por los anillos de compresión. A última hora de la potenciaaccidente cerebrovascular, cuando se abre la válvula de escape, la presión entre los anillos de compresiónser mayor que en la cámara de combustión, y algunos gases se verán obligados de nuevo enla cámara. Se llamablowby inversa.Idealmente, el volumen de grieta debe mantenerse a un mínimo. Los motores modernos contolerancias más estrechas y un mejor control de calidad tienen volúmenes hendiduras más pequeñas. En elmismo tiempo, sin embargo, los volúmenes de despacho son también más pequeños debido a la alta compresiónlas proporciones, y el volumen grieta por ciento sigue siendo casi el mismo. Pistones de hierro puedetienen tolerancias más estrechas que los pistones de aluminio debido a su expansión térmica más bajasión. El anillo superior del pistón de compresión debe estar lo más cerca posible estructuralmentela parte superior del pistón.Blowby eleva la presión en el cárter y contamina el aceite con el combustibley gases de escape. Tanto como 1

%del combustible es forzado en el cárter de algunamotores. Para mantener la presión del cárter hacia abajo, debe ser ventilado. En los motores más antiguosel cárter se ventiló a los alrededores, desperdiciando combustible y contaminar el ficieredondeos con vapor de combustible. Todos los motores de los automóviles modernos ventilar el cárterde nuevo en el sistema de admisión, evitar estos problemas. Algunos motores pequeños todavía tienencárter de ventilación para el aire circundante. Debido a la contaminación por petróleocausada por blowby, sistemas de filtros de aceite y los cambios de aceite más frecuentes son necesarios.

Página 232Figura 6-10Presiones del motor como una función del ángulo del cigüeñal, que muestra la presión de cilindroSeguro (PI), la presión entre los anillos de compresión del pistón (Pz), y la presión en elcrank.case (P3).Hay un retardo de tiempo para el cambio de presión de una cámara a lapróximo debido al paso de restricción de flujo más allá de los pistones. Cuando la válvula de escapese abre y se produce la purga, la presión en la cámara de combustión disminuye rápidamentey Pz>Puede ocurrir PI. Esto es cuando se produce blowby inversa. La necesidad de cárterla ventilación puede ser visto por la acumulación de presión en el cárter. Adaptado de [105].

Página 2336.6 MATEMÁTICOMODELOS Y SIMULACIÓN DEL ORDENADORMath.nnaticalModelosSe han desarrollado muchos modelos matemáticos para ayudar a entender, correlacionar y

analizar el funcionamiento de ciclos del motor. Estos incluyen modelos de combustión, modelos depropiedades físicas, y modelos de flujo hacia, a través y fuera de los cilindros. Inclusoaunque los modelos a menudo no pueden representar a los procesos y propiedades hasta el último detalle,son una herramienta poderosa para la comprensión y el desarrollo de motores yciclos del motor. Con el uso de modelos y equipos en el diseño de nuevos motoresy los componentes, grandes ahorros se hacen en tiempo y costo. Históricamente, nuevo diseñofue un costoso, consume mucho tiempo la práctica de prueba y error, lo que requiere nuevas partes con-construcción y pruebas para cada cambio. Ahora cambios de motor y nuevos diseños son primerodesarrollado en la computadora usando los muchos modelos que existen. A menudo, sólo después de unacomponente se ha optimizado en el equipo es una parte realmente construido y probado.En general, solamente pequeñas modificaciones deben entonces ser hechas al componente real.Los modelos van desde simple y fácil de usar, a muy complejo y que requieremayor uso de la computadora. En general, los modelos más útiles y precisos son bastantecompleja. Modelos para ser utilizados en el análisis del motor se desarrollan utilizando relación empíricarelacio- y aproximaciones, ya menudo tratan ciclos como los procesos de equilibrio cuasi-estatales.Ecuaciones de flujo de líquido normal se utilizan a menudo.Algunos modelos tratar todo el flujo a través del motor como una unidad, algunosdividirá el motor en secciones, y algunos subdividir cada sección (por ejemplo, dividirla cámara de combustión en varias zonas quemadasy la capa no quemado, límitecerca de la pared, etc.). La mayoría de los modelos se ocupan sólo de un cilindro, lo que elimina cualquierla interacción de multicylinders que pueden ocurrir, sobre todo en el sistema de escape.

Página 234220

Movimiento de fluidos dentro de la cámara de combustiónCap.6Modelos para la dirección de proceso de combustión de encendido, propagación de la llama, llamaterminación, quemar tasa, quemado y zonas no quemadas, transferencia de calor, emisiones de generaciónación, llamad, y la cinética química [51, 85, 114]. Están disponibles para SI y CImotores, ya sea con la inyección directa o inyección indirecta. Los valores de las propiedades sonobtenida a partir de las ecuaciones termodinámicas estándar de Estado y de relaciones parapropiedades termofísicas y de transporte.Los modelos están disponibles para el flujo hacia dentro y fuera de la cámara de combustiónber. Estos incluyen modelos de turbulencia [16, 91, 118, 119, 127]; modelos del flujo deremolino, aplastar, y caer en los cilindros [6, 18, 21, 54, 55, 60, 66, 72, 109, 128, 129,134142]; y los modelos de aspersión de inyección de combustible [7, 17, 53, 137].Simulación ComputacionalPor lo menos tres métodos de uso de la computadora se utilizan en la operación, pruebas ydesarrollo de motores. Motores de automóvil están equipadas con su propio control-equipo ling que optimiza suavidad de funcionamiento, el consumo de combustible, emisionescontrol, diagnóstico, y un número de otras facetas de la operación. Esto se hace como unrespuesta a las aportaciones de térmica, eléctrica, química, mecánica, óptica y sen-sores ubicados en todo el motor.Prueba para el mantenimiento o la experimentación se realiza mediante la conexión del motora un ordenador externo, a menudo más grande y con el equipo de detección más elaboradoy instt:! l mentación. Esto se puede hacer con el motor montado en el automóvilo en una prueba externa de pie. La cantidad y la utilidad de la información recopiladadepende de muchos factores. Estos incluyen el número de canales en la adquisición de datos

equipos ción, resolución de los datos, frecuencia de muestreo, y la cantidad de datos (tamaño decomputadora).Para el trabajo de desarrollo, elaborar modelos matemáticos se utilizan a menudo encomputadoras para simular el funcionamiento real del motor. La complejidad y la exactitud de lamodelo a menudo depende del tamaño de la computadora, algunos modelos que requiere muy grandeunidades. El software comercial está disponible para muchas operaciones dentro de un motor, algunoshecho específicamente para motores de combustión interna y otros desarrollados para un uso más general (por ejemplo,la transferencia de calor, cinética química, valor de las propiedades, análisis de combustión [6,49,52,54,67, 75, 96, 117]). Con una computadora adecuada de tamaño y software disponible, detalladaanálisis de combustión se puede hacer, incluyendo el análisis de la velocidad de combustión, la disociación, cambiandocomposición, análisis de liberación de calor, transferencia de calor, equilibrio químico, y precisapropiedades termodinámicas y de transporte para los gases quemadas y no quemadas. Referencia[40] da los programas de ordenador para un número de procesos del motor.Compañías de automóviles utilizan programas muy elaborados en su desarrollo motorobra ambiente. Por lo general, éstos se han generado internamente y son altamente confidencial.Permiten mucho más rápido desarrollo de nuevos motores y modificaciones ymejoras en los diseños existentes. Como ejemplo de lo que estos programas son capacidadesble de hacer, uno de esos programas se discute en la siguiente sección. Esto se reduce unaversión de un programa utilizado por General Motors que ha sido liberado para su uso por educacióninstituciones educati-. Una cita de la guía del usuario para esta simulación del motor

Página 235Sec.6-7Programa EngineSimulation Combustión Interna

221programa pone el modelado y el uso del ordenador en su perspectiva adecuada [87]: "Algunas per-ple no creen modelos de computadora en absoluto. Confío en que no es uno de ellos. Otrosla gente cree modelos de ordenador completo. Confío en que no es uno de ellos. Lossimulación de motor es sólo tan buena como sus supuestos y los datos de entrada USTED PRO-vide. Siempre sospechar de los datos de entrada, siempre pregunte a la pregunta "¿Es este un buenproblema para abordar con la simulación? Y, sobre todo, asegúrese de hacer estas preguntasciones antes de sacar conclusiones. El mayor peligro de los modelos informáticos complejoses que pueden dar resultados plausibles pero incorrectos ".6.7 combustión interna PROGRAMA DE SIMULACIÓN DEL MOTORLos análisis de combustión interna Programa de Simulación del motor General Motorslo que se produce dentro del sistema de cámara de combustión y de escape durante un motorciclo, a partir del cierre de la válvula de admisión y de proceder a través de la compresión,de combustión, y en el proceso de escape. Es aplicable a los motores monocilíndricosoperando en una de cuatro tiempos, de encendido por chispa, ciclo de carga homogénea. Se ha limitadola capacidad de analizar los efectos de diferentes geometrías de la cámara de combustión. Serescrito para motores monocilíndricos no lo permite estudiar los efectos de ajuste de laexhau! sistema de interacciones entre múltiples cilindros.Ámbito de aplicación del programaEl programa utiliza la primera ley de la termodinámica mediante la integración de diversos modelos paracombustión, transferencia de calor y de flujo de válvula de tarifas, métodos utilizando integración de[111]. Integración procede por la posición de ángulo del cigüeñal, lo que permite diversos combustibles,proporciones de aire-combustible, EGR u otro gas inerte para la dilución de carga, y / o de apertura de válvula

perfiles. El programa se divide en tres secciones principales: la compresión, combustiónción y el intercambio de gases.Compresión: La integración comienza en el cierre de la válvula de admisión y procedehasta que se alcanza el ángulo de calado del encendido. Los gases residuales de la ciclo anteriorse incluye en la mezcla de gas del cilindro, y se llevan a cabo una serie de iteracioneshasta que el porcentaje de contenido y química de los gases residuales permanecer en un estacionariovalor de estado después de cada ciclo.Combustion: se asume un frente de llama esférica, extendiéndose hacia fuera desde elPunto de ignición. Esto divide el cilindro en zonas quemadas y no quemadas. Loszona quemada se divide en un núcleo adiabática y una subzona de la capa límitedonde la transferencia de calor se produce. La transferencia de calor a las paredes también se produce desde el no quemadozona. Cuando se abre la válvula de escape, las dos zonas ya no distinguido y sontodos los gases se consideran mixto. Como la integración continúa, los valores de las propiedadesse encuentran el uso de los métodos de cálculos de combustión de [96].Intercambio de gases: Tres masas de control se consideran durante este proceso: cilindrolos gases der, los gases de escape aguas abajo de la válvula de escape y gases que contraflujoen el sistema de admisión a través de la válvula de admisión abierta. Cuando los gases de reflujo son car-

Página 236222Movimiento de fluidos Dentro cámara de combustiónCap.6ried de nuevo en la cámara de combustión, que vuelve a ser parte del cilindrogases. Bajo algunas condiciones no hay flujo de retorno. Estos cálculos requieren válvulacoeficientes de descarga y elevación de la válvula frente a los datos del ángulo del cigüeñal.Cantidades de entradaEl programa lee un archivo de entrada de datos de parámetros del motor y de operación. Esta lista

muestra la amplia gama de lo que puede ser seleccionado para la ejecución simulada:Sección Entrada 1:Título Línea de identificación del motor Geometríaaburrirgolpecompensado pasador del pistónlongitud de la bielaíndice de compresióndiámetros de cabeza de la válvulaángulos de asiento de válvulasuperficie de pistón / área de perforaciónárea de superficie de la cabeza / área de perforaciónÁrea de TDC Wail / área de perforaciónidentificación de combustibleselección de la tabla de combustióncalor cálculo transferencia multiplicadorlímite del factor ponderado de zona para el modelo de tres zonasSección de entrada2:Mesasrelación rockero para el tren de válvula de admisiónposición de apertura válvula de admisiónposición de cierre la válvula de admisiónángulos de cigüeñal frente a ascensores de levas de admisiónrelación rockero para el tren de válvula de escapeescape posición de apertura de la válvulaescape posición de cierre de la válvulaángulos de cigüeñal frente a ascensores de excéntrica de escapeelevación de la válvula / diámetro frente coeficiente de descarga para el consumoelevación de la válvula / diámetro frente coeficiente de caudal de escaperelaciones de volumen quemadas frente a relaciones de área húmedas (ver ecuaciones después de la lista)fracción de ángulo del cigüeñal de combustión frente a la fracción de masa quemada

Página 237Sec.6-7Programa EngineSimulation Combustión Interna223Sección de entrada

3: Condiciones de funcionamientola velocidad del motorrelación aire-combustibletolerancia a la integraciónmedidas de ángulos de manivela para la salidanúmero de ciclos para ejecutarpresión de admisiónpresión de escapecambiar las válvulas de admisión ascensorescambiar ascensores válvula de escapetemperatura de entrada de mezcla aire-combustibletemperatura de EGRfracción de masa de EGRángulo del cigüeñal en el encendidoeficiencia de la combustiónduración de la combustión en grados del ángulo del cigüeñaltiro o ir en coche de motor•... •.Pistón temperatura de la superficietemperatura de la cabezatemperatura de la pared del cilindrotemperatura de la válvula de admisióntemperatura de la válvula de escaperelación de volumen quemado=(volumen quemado detrás de la llama) j (volumen total del cilindro)relación de área mojada=(área de superficie del cilindro detrás de la llama) j (superficie total del cilindro)Archivo de salidaVariables de salida de interés, como la temperatura, la presión, el volumen, la masa quemada,etc., son todos los que figuran en función del ángulo del cigüeñal. El usuario puede especificar el tamaño del paso de ángulo del cigüeñalpara la salida, excepto durante la combustión, cuando los pasos angulares unidad de manivela (todos los grados)son usados. En ciertos ángulos de manivela, el programa muestra los componentes de la combustióngas ción. CO y NO los datos se den cuando la válvula de admisión se cierra y cuando el

se abre la válvula de escape. Indicado, freno, y el poder de fricción se dan. Para referencia,el archivo de salida también incluye el archivo de entrada.El archivo de salida se puede leer en un programa de hoja de cálculo que puede ser usado paragenerar tablas o curva de trazado. Figuras 6-11 a 6-14 muestran los resultados de uncorrida demostración. Figura 6-11 muestra el efecto de cambiar la presión de admisión enel diagrama indicador de presión-volumen resultante. Figura 6-12 muestra cómo la generaciónación de NO y CO se ven afectados por la relación de entrada de aire-combustible. Figura 6-13 parcelas

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Página 2396-8 CONCLUSIONESEl funcionamiento eficiente de un motor depende de alta turbulencia en los flujos de aire-combustible,más importante generado flujos a granel de remolino, salpicadura, salpicadura revertir, y caer. Turbulencialencia mejora de mezcla, la evaporación, la transferencia de calor, y la combustión. Alta turbulenciadurante la combustión es deseable, y parte del diseño de la geometría cámara de combustión espromover esto. Remolino es el movimiento de rotación generada en el cilindro durantede admisión y de compresión, desplazamiento de la mezcla es el movimiento radial hacia dentro que se produce cuando el pistónacerca TDC y caída se crea por el movimiento squish y la forma de la liquidaciónvolumen. Todos estos movimientos mejorar el funcionamiento correcto del motor.Flujo grieta es otro movimiento de flujo que se produce durante el funcionamiento del motor, elfluir en las pequeñas grietas de la cámara de combustión. Aunque la grieta volu-ume es sólo un pequeño porcentaje del volumen total de la cámara de combustión, el flujo haciay fuera de ella afecta motores de explosión y las emisiones. Algunos de flujo de gas en elgrieta entre las paredes de pistón y cilindro consigue más allá del pistón en el cárter.

Aquí se plantea la presión del cárter y contamina el aceite lubricante.

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Página 241Cap.6Problemas227El resultado:(la)Velocidad angular del remolino en el PMS. [rev / ver](b)Velocidad tangencial en el borde exterior de la cubeta en el PMS. [rn / s](c)Relación de remolino tal como se define por la ecuación. (6-2) en el PMS.6-2. A 150-in.3,cuatro cilindros, de cuatro tiempos, motor de encendido de alta turbulencia está funcionando a 3600RPM. Diámetro y carrera están relacionadas por S=0.95B.Durante la carrera de compresión, laaire del cilindro tiene una relación de remolino, tal como se define por la ecuación. (6-2), de 8.El resultado:(la)Agitar velocidad tangencial. [ft / sec](b)Velocidad angular de aire del cilindro utilizando el modelo de rueda de paletas. [rev / ver](c)Relación de remolino tal como se define por la ecuación. (6-1).6-3. Un 3.3 litros, motor V6 de SI con una relación de compresión de 10,9: 1operates en un ciclo Otto en2600 RPM usando gasolina estequiométrica. Volumen Grieta, lo que equivale a 2,5% delvolumen de holgura, tiene una presión igual a la presión en la cámara de combustión, perose mantiene en la temperatura de la pared del cilindro de 190 ° C. Las condiciones en el inicio de la compresión

sión son 65 ° C y 98 kPa. Asumir la combustión completa.El resultado:(la)Porcentaje de masa mezcla de gas que se encuentra en el volumen grieta en el iniciode la combustión.(b)Porcentaje de masa mezcla de gas que se encuentra en el volumen grieta en el extremode la combustión.6-4. Un 6.8 litros, en línea, motor de encendido por ocho cilindros tiene una relación de compresiónrc=18,5 y unagrieta volumen igual al 3% del volumen de holgura. Durante la presión ciclo del motorill.the volumen grieta es igual a la presión de la cámara de combustión sin dejar de ser en elcilindro temperatura de pared de 190 ° C. Condiciones del cilindro en el inicio de la compresión son75 ° C y 120 kPa, y la presión pico es 11.000 kPa. Relación de corte esf3=2.3.El resultado:(la)Grieta volumen de un cilindro. [em3](b)Porcentaje de mezcla de aire-combustible en el volumen grieta en el extremo de com-compresión. [%](c)Porcentaje de mezcla de aire-combustible en el volumen grieta en el extremo de com-combustión. [%]sesenta y cinco. A 292-in.3,V8, de cuatro tiempos motor de encendido por ciclo opera a 1800 RPM, utilizando diesel ligerocombustible en AF

=24 y una eficiencia volumétrica del 94%. Regulación de la inyección es de 22 ° APMSa 4 ° ATDC. Relación Remolino, tal como se define por la ecuación. (6-1), es igual a 2,8 durante la inyección de combustible.El resultado:(la)Tiempo de una inyección. [ver](b)Periodo de remolino (una vuelta). [ver](c)Número de agujeros de orificios necesarios en cada inyector, con un solo inyector porcilindro.6-6. Un 2.6 litros, cuatro cilindros, motor de carga estratificada SI con una relación de compresión de 10.5: 1opera en un ciclo Otto. El motor ha dividido a las cámaras de combustión, con unacámara secundaria que contiene 18% del volumen de holgura en cada cilindro. A 1-cm2orificio conecta la cámara secundaria con la cámara de combustión principal. AF=13.2en la cámara secundaria donde se encuentra la bujía, y AF=20.8 en el principalcámara. El combustible es gasolina con una eficiencia de combustión 98%. Cuando se opera a2600 RPM, las condiciones en ambas cámaras en el inicio de la combustión son 700 K y2100 kPa. La combustión puede ser modelado como una adición de calor instantáneo en el sec-cámara secundaria, seguido de una expansión de gas en la cámara principal, que tiene una duración decerca de 7 ° de rotación del motor. Calor adicional se añade a continuación a partir de la combustión en el principalcámara.El resultado:(la)En general AF.(b)

Temperatura pico y la presión en la cámara secundaria. Roc, kPa]

Página 242228Movimiento de fluidos dentro de la cámara de combustiónCap.6(c) velocidad aproximada de flujo de gas en la cámara principal inmediatamentedespués de la combustión en la cámara secundaria. [m / seg]DISEÑOPROBLEMAS6-10. Un automóvil tiene una de tres litros V6 SI. A velocidades del motor lentas se deseatienen baja turbulencia del cilindro para reducir la velocidad de la llama durante la combustión. Al motor rápidovelocidades se desea alta turbulencia. Para lograr esto, los cilindros tendrán cada uno dos (otres) válvulas de admisión, utilizando sólo una a bajas velocidades y todas las válvulas a altas velocidades. Diseñoel colector de admisión, sistema de válvulas, cámaras de combustión, y del árbol de levas (s) para estedel motor. Describir el funcionamiento a velocidades bajas y altas.6-20. Se ha sugerido que para reducir el volumen grieta en un cilindro, el pistón superior com-anillo de compresión debe estar situado en la parte superior del pistón (es decir, la parte superior de la compresiónanillo está a ras de la cara del pistón). Diseñar un sistema de pistón-ring-ranura en la que se trata deposible. Preste la debida atención a la reducción del volumen grieta y blowby.6.30. Diseñar un método para medir la turbulencia en el cilindro de un motor de funcionamiento.

Página 243En este capítulo se examina el proceso de combustión que se produce en la combustión cámara debre de un motor de combustión interna. La combustión en un motor es un proceso muy complejo que no escompletamente entendido. Se utilizan modelos simplificados para describir este no tan sencillafenómeno. Aunque estos modelos no siempre explican los detalles finos de laproceso de combustión, que hacen un trabajo bastante precisa de la correlación de la importante amplio

parámetros de funcionamiento como la presión, temperatura, combustible, toc, la velocidad del motor, etc.La combustión en un motor SI es bastante diferente de la combustión en un motor de CI, ylos dos tipos se estudian por separado.7-1 MOTORES DE COMBUSTION EN SIEl proceso de combustión de los motores SI se puede dividir en tres regiones generales: (1)de encendido y el desarrollo de la llama, (2) propagación de la llama, y (3) la terminación de la llama.El desarrollo de la llama generalmente se considera el consumo de la primera 5% de lamezcla de aire-combustible (algunas fuentes utilizan el primer 10%). Durante el desarrollo de la llamaperíodo, se produce la ignición y la combustión se inicia, pero muy poco aumento de presiónes notable y poco o ningún trabajo útil se produce (Fig. 7-1). Casi todo lo útiltrabajo producido en un ciclo de motor es el resultado del período de propagación de la llama de laproceso de combustión. Este es el período en el que la mayor parte de la masa de combustible y aire esquemado (es decir, 80-90%, dependiendo de cómo se define). Durante este tiempo, la presión en el229

Página 244cilindro se incrementa en gran medida, y esto proporciona la fuerza para producir un trabajo en elcarrera de expansión. La final de 5% (algunas fuentes utilizan 10%) de la masa de aire-combustible quequemaduras se clasifica como la terminación de la llama. Durante este tiempo, la presión disminuye rápidamentey la combustión se detiene.Enun motor de combustión SI idealmente consta de una llama subsónica exotérmicaprogresando a través de una mezcla de aire-combustible homogénea premezclada. La propagación de lafrente de llama se incrementa en gran medida por la turbulencia inducida, remolino, y desplazamiento de la mezcla dentro de lacilindro. La combinación correcta de las características del combustible y de operación es tal que

noquear se evita o casi evitado.Desarrollo de ignición y la llamaLa combustión se inicia por una descarga eléctrica entre los electrodos de una chispaenchufe. Esto ocurre en cualquier lugar de 10 ° a 30 ° antes del PMS, dependiendo de la geometríade la cámara de combustión y las condiciones de funcionamiento inmediatas del motor.Esta alta temperatura del plasma de descarga entre los electrodos enciende el aire-combustiblemezcla en las inmediaciones, y la reacción de combustión se propaga hacia afueradesde allí. La combustión se inicia muy lentamente debido a las altas pérdidas de calor a la rel-tivamente fría bujía y mezcla de gases. Llama se puede detectar generalmente a aproximadamente 6 °de rotación del cigüeñal después de la cocción de la bujía.Disipación de energía en función del tiempo a través de los electrodos de una bujía típica esse muestra en la Fig. 7-2. Potencial aplicado es generalmente 25,000-40,000 voltios, con un maxi-actual momia del orden de 200 amperios que dura unos 10 nanosegundos (ns 1=10-9sec).

Página 245CifraTensión enchufe 7-2 Spark y actualalquilar como una función del tiempo para la ignición en unaSI motor típico. Tensión máxima posibleser mayor que 40.000 voltios, con un maxi-actual momia del orden de 200 amperiosuna duración de aproximadamente 10-8segundos. El totalenergía entregada durante una descarga esgeneralmente de aproximadamente 30 a 50 mJ. Reproducido conpermiso de Elsevier Science Inc. desde"Iniciación y Propagación

de la llamaFrentes en Lean CH4Mezclas -aire por laTres modos de encendido de chispa ", por Malyy Vogel, derechos reservados 1976 por la Comisióncombustión Instituto, Ref. [83].Esto le da una temperatura máxima del orden de 60.000 descargas K. En general chispadura alrededor de 0,001 segundos, con una temperatura media de unos 6000 K. Una stoichio-mezcla de métrica de combustible de hidrocarburo requiere alrededor de 0,2 mJ (0,2X10-3J) de energíapara encender la combustión autosostenida. Esto varía tanto como 3 mJ por falta de stoichio-mezclas métricas. La descarga de una bujía entrega 30 a un 50 mJ de energía, la mayoríade los cuales, sin embargo, se pierde por transferencia de calor.Varios métodos diferentes se utilizan para producir el potencial de alto voltajenecesaria para provocar la descarga eléctrica a través de electrodos de la bujía. Una ma comúnTEM es una combinación de la batería de la bobina. La mayoría de los automóviles utilizan un sistema eléctrico de 12 voltios,incluyendo una batería de 12 voltios. Esta baja tensión se multiplica muchas veces por la bobina quesuministra el muy alto potencial entregado a la bujía. Algunos sistemas utilizan unacondensador se descargue a través de los electrodos de la bujía en el momento adecuado. La mayoríapequeños motores y algunos más grandes utilizan un magneto conducido fuera del cigüeñal del motorpara generar la tensión de la bujía sea necesario. Algunos motores tienen una alta tensión separadasistema de generación de edad para cada bujía, mientras que otros tienen un solo sistema con undistribuidor que cambia de un cilindro a la siguiente.

Página 246232CombustiónCap.7La distancia de separación entre los electrodos de una bujía moderno es aproximadamente 0,7 a1,7 mm. Lagunas más pequeñas son aceptables si hay una rica mezcla de aire-combustible o si la presiónSeguro es alta (es decir, de alta presión de entrada por la turboalimentación o una alta relación de compresión).La temperatura normal-constante cuasi-estado de los electrodos de las bujías entre disparosdebe ser alrededor de 650 ° a 700 ° C. Una temperatura superior a 950 ° C en riesgo la posibilidad decausando la ignición de la superficie, y una temperatura inferior a 350 ° C tiende a promover superficieensuciamiento con el tiempo prolongado.Para los motores mayores con anillos de pistón desgastados que queman el exceso de aceite, bujías más calientesse recomiendan para evitar el ensuciamiento. La temperatura de una bujía es controladopor la pérdida de calor camino fabricado en el enchufe. Tapones más calientes tienen un calor superiorresistencia a la conducción de hacer tapones más fríos.Bujías modernos están hechos con materiales de mejor calidad, más caros, y tienenuna mayor esperanza de vida que los de hace una década. Algunas bujías calidad conelectrodos con punta de platino están hechos para durar 160.000 kilometros (100.000 millas) o más.Una razón esto es deseable es la dificultad de reemplazar los tapones de alguna modernamotores. Debido a la mayor cantidad de equipamiento del motor y motor más pequeñocompartimientos, es muy difícil cambiar las bujías. En algunos casos extremos enlos automóviles modernos, el motor se deben retirar parcialmente para cambiar las bujías.Voltaje, corriente, material de electrodo, y tamaño de la separación deben ser compatibles para toda la vidatapones (por ejemplo, demasiado alto de una corriente lucirá electrodos de la bujía).

Amole! a los incendios de las bujías, la descarga de plasma enciende la mezcla aire-combustibleentre y cerca de los electrodos. Esto crea un frente de llama esférica que propa-puertas hacia el exterior en la cámara de combustión. Al principio, el frente de llama se mueve muylentamente debido a su pequeño tamaño original. No genera suficiente energía paracalentar rápidamente los gases que rodean y por lo tanto se propaga muy lentamente. Esto a su vez,no aumenta la presión del cilindro muy rápidamente, y muy poco de calentamiento de compresiónse experimenta. Sólo después de que se quemó el primer 5-10% de la masa de aire-combustible hace elvelocidad de la llama alcanza valores superiores con el correspondiente aumento rápido de la presión, laregión de propagación de la llama.Es deseable tener una rica mezcla de aire-combustible alrededor de los electrodos de la chispaenchufe en el encendido. Una mezcla rica enciende más fácilmente, tiene una velocidad más rápida de la llama, yda una mejor comienzo para el proceso de combustión en general. Las bujías son generalmentesituado cerca de las válvulas de admisión para asegurar una mezcla más rica, especialmente al iniciar unmotor frío.Trabajar para desarrollar mejores sistemas de encendido continúa. Las bujías con varioselectrodos y dos o más destellos simultáneos ya están disponibles. Estos dan unaignición más consistente y un desarrollo más rápido de llama. Uno experimental modernasistema da un arco continuo después de la descarga inicial. Se razonó que este Ademáscional chispa acelerar la combustión y dar una combustión más completa que lamezcla de aire-combustible se arremolinaba a través de la cámara de combustión. Este sistema es bastantesimilar a los métodos intentaron hace más de cien años. El trabajo de desarrollo ha sidohecho para crear una bujía con un tamaño separación de los electrodos variable. Esto permitiría a flexiónbilidad en ignición para diferentes condiciones de funcionamiento. Al menos un automóvil

Página 247fabricante está experimentando con motores que utilicen un punto en la parte superior del pistóncomo uno de los electrodos de encendido [70] .Using este sistema, de encendido por chispa se puede iniciartravés de las brechas de 1,5 a 8 mm, con un reportaron disminución del consumo de combustible ylas emisiones.Llama propagación en 51 MotoresEn el momento en el primero 5-10% de la masa de aire-combustible se ha quemado, la combustiónproceso está bien establecido y el frente de llama se mueve muy rápidamente a través de la com-cámara de combustión. Debido a la turbulencia inducida, remolino, y desplazamiento de la mezcla, la propagación de la llamavelocidad es unas 10 veces más rápido que si había un frente de llama laminar en movimientoa través de una mezcla de gas estacionario. Además, el frente de llama, que se expandiría

Página 248234CombustiónCap.7esférica de la bujía en el aire inmóvil, se distorsiona en gran medida y se extendió porestos movimientos.Como las quemaduras mezcla de gases, la temperatura, y por consiguiente la presión,se eleva a valores altos. Gases quemados detrás del frente de llama son más caliente que ellos gases no quemados antes de la frente, con todos los gases a aproximadamente la misma presión. Estadisminuye la densidad de los gases quemados y los expande para ocupar un mayorpor ciento del volumen total de la cámara de combustión. Figura 7-3 muestra que cuando sólo se30% de la masa de gas se quema los gases quemados ya ocupar casi el 60% de lavolumen total, comprimiendo 70% de la mezcla que todavía no se quema en 40% de

el volumen total. La compresión de los gases no quemados plantea los su temperatura porcalefacción compresión. Además, el calentamiento radiación emitida desde la reacción de la llamazona, que está a una temperatura del orden de 3.000 K, se calienta aún más los gases en lacámara de combustión, no quemado y quemado. Un aumento de la temperatura de la radiación entoncesaumenta aún más la presión. La transferencia de calor por conducción y convección son menoresen comparación con la radiación, debido a la muy corto tiempo real implicado en cada ciclo. Comola llama se mueve a través de la cámara de combustión, que se desplaza a través de un entorno

Página 249Sec. 1.7La combustión en los motores SI235ción que está aumentando progresivamente en la temperatura y la presión. Esto hace que elreacción química tiempo para disminuir la velocidad y el frente de la llama a aumentar, un deseableresultado capaz. Debido a la radiación de la temperatura de los gases no quemados detrás de lafrente de llama sigue aumentando, alcanzando un máximo al final de la combustiónproceso. Temperatura de los gases quemados no es uniforme en toda la combustióncámara de pero es más alta cerca de la bujía, donde comenzó la combustión. Este esporque el gas aquí ha experimentado una mayor cantidad de entrada de energía de la radiaciónde la reacción de llama más tarde.Lo ideal sería que la mezcla de aire-combustible debe ser aproximadamente dos terceras partes quemadas en el PMS ycasi completamente quemado en alrededor de 15 ° ATDC. Esto hace que la temperatura máximay la presión máxima del ciclo que se produzca en alguna parte entre 5 ° y 10 ° ATDC,

sobre óptima para un motor de SI ciclo de cuatro tiempos. Utilizando la Ec. (2-14) a 15 ° ATDC yun R valor de 4 da V / Vc=1.17. Por lo tanto, la combustión en un verdadero ciclo de chispa de cuatro tiemposdel motor es casi, pero no exactamente, un proceso a volumen constante, como aproximar por laciclo Otto de aire-estándar ideal. Cuanto más cerca el proceso de combustión es en volumen constanteume, mayor será la eficiencia térmica. Esto se puede ver en la comparación delas eficiencias térmicas de los ciclos Otto, Dual, y Diesel en el Capítulo 3. Sin embargo,en un ciclo del motor real, de volumen constante de combustión no es la mejor manera de operar.La Figura 7-1 muestra cómo la presión aumenta con la rotación del motor para bien diseñado un período de cuatromotor de ciclo de brazada. Durante la combustión, un aumento de presión máxima de aproximadamente 240 kPapor degl '€ e de rotación del motor es deseable para una transferencia suave de la fuerza a la cara deel pistón [58] .TRUE combustión de volumen constante daría la una curva de presiónpendiente ascendente infinita en el PMS, con un funcionamiento del motor en bruto correspondiente.Una tasa de aumento de presión menor da menor eficiencia térmica y el peligro de golpe(es decir, un aumento más lento de la presión de combustión más lenta significa y la probabilidad degolpe). El proceso de combustión es, por lo tanto, un compromiso entre la más alta ter-eficiencia posible mal (volumen constante) y un ciclo de motor suave con alguna pérdidade la eficiencia.Además de los efectos de la turbulencia, remolino, y desplazamiento de la mezcla, la velocidad de la llamadepende del tipo de combustible y la relación aire-combustible. Mezclas pobres tienen la llama lentavelocidades, como se muestra en la Fig. 7-4. Ligeramente mezclas ricas tienen las mayores velocidades de llama,

con el máximo para la mayoría de los combustibles que se producen en una relación de equivalencia cerca de 1,2. Escapegases de escape residual y reciclado reduce la velocidad de la llama. Aumenta la velocidad de la llama conla velocidad debido a la mayor turbulencia, remolino, y desplazamiento de la mezcla (Fig. 7-5) del motor.La típicaángulo de quemar,el ángulo a través del cual gira el cigüeñal durantecombustión, es de unos 25 ° para la mayoría de los motores (Fig. 7-6). Si la combustión es ser com-completado a 15 ° ATDC, después del encendido debe ocurrir en alrededor de 20 ° BTDC. Si el encendido es demasiadotemprano, la presión del cilindro aumentará a niveles indeseables antes del PMS, y el trabajoserá en vano en la carrera de compresión. Si el encendido es tarde, pico de presión no lo haráse producen a tiempo, y el trabajo se perderá en el inicio de la carrera de trabajo debido a lamenor presión. Tiempo de encendido real es típicamente entre 10 ° a 30 ° BTDC,dependiendo del combustible utilizado, la geometría del motor, y la velocidad del motor. Para cualquier dadamotor, la combustión se produce más rápido a mayor velocidad del motor. En tiempo real para la combustiónproceso de es por lo tanto menos, pero el tiempo real para el ciclo del motor es también menor, y el

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Página 251Figura 7-6 Burn ángulo en función de la velocidad del motor para un moderno típico motor de 51con cámaras de combustión rápida de quemaduras. Ángulo Burn es el ángulo a través del cual lacigüeñal gira durante la combustión. El aumento en el ángulo de la ignición yperíodo de desarrollo de la llama (5% quemadura) se debe principalmente a la hora real casi constantedel proceso de encendido por chispa. Durante propagación de la llama (5% a 95% quemar quemadura)tanto la velocidad de combustión y el aumento de la velocidad del motor, resultando en una quemadura bastante constante

ángulo de aproximadamente 25 ° para la parte principal de la combustión. Adaptado de [61].ángulo de quemar se cambia sólo ligeramente. Este pequeño cambio es corregido por el avance de lase incrementa chispa como la velocidad del motor. Esto inicia la combustión poco antes endel ciclo, con el pico de temperatura y presión que queda a unos 5 ° a 10 ° ATDC.A medio gas, el tiempo de encendido es avanzado para compensar la que resulta más lentavelocidad de la llama. Los motores modernos se ajustan automáticamente la sincronización del encendido con electrónicacontroles. Estos no sólo utilizan la velocidad del motor para ajustar la sincronización, pero también sienten y hacen bienajuste por golpe y las emisiones de escape incorrectos. Los motores anteriores utilizaron unsistema de ajuste de temporización mecánica que consistía en un encendido de resortedistribuidor que cambió con la velocidad del motor debido a las fuerzas centrífugas. Tiempo de encendidoen muchos motores pequeños se fija en una posición media sin ajuste posible.Terminación de la llamaA unos 15 ° a 20 ° ATDC, el 90-95% de la masa de aire-combustible se ha quemado y lafrente de llama ha llegado a las esquinas extremas de la cámara de combustión. Figura 7-3muestra el último 5% o 10% de la masa ha sido comprimido en un pequeño porcentaje de lavolumen de la cámara de combustión por la expansión quema los gases detrás del frente de llama.Aunque en este punto el pistón ya se ha alejado de TDC, la combustiónvolumen de la cámara ción sólo ha aumentado del orden de 10 a 20% de lo muy pequeñovolumen de holgura. Esto significa que la última masa de aire y combustible reaccionará de una manera muy

Página 252238CombustiónCap. 7

pequeño volumen en las esquinas de la cámara de combustión y a lo largo de la cámara deparedes.Debido a la cercanía de las paredes de la cámara de combustión, el último de gas final quereacciona lo hace a un ritmo muy reducido. Cerca de las paredes, la turbulencia y el movimiento de masas dela mezcla de gas se han humedecido, y hay una capa límite estancada.La gran masa de las paredes metálicas también actúa como un disipador de calor y lleva a cabo gran parte de lejosla energía que se libera en la llama de reacción. Ambos de estos mecanismos reducirla velocidad de reacción y la velocidad de la llama, y los extremos de combustión por muriendo lentamente de distancia.Aunque muy poco trabajo adicional es entregado por el pistón durante esta llamaperíodo de terminación debido a la velocidad de reacción lenta, es todavía un hecho deseable.Debido a que el aumento de la presión del cilindro va disminuyendo lentamente hacia cero durante ter- llamaminación, las fuerzas transmitidas al pistón también disminuir lentamente, y suaveresultados de operación del motor.Durante el período de la terminación de la llama, la auto-ignición a veces se producen en elterminar de gas delante del frente de llama, y la detonación del motor va a producir. La temperatura delos gases no quemados delante del frente de llama sigue aumentando durante la combustiónproceso de, alcanzando un máximo en el último gas fin. Esta temperatura máxima es dea menudo por encima de la temperatura de auto-ignición. Debido a que el frente de llama se mueve lentamente en estetiempo, los gases son a menudo no se consumen durante el tiempo de retardo del encendido, y la auto-igniciónocurre. El golpe resultante es por lo general no objetables o incluso notable. Este essólo porque hay tan poco aire combustible sin quemar a la izquierda en este momento que la auto-ignición puedecausar pulsos muy slig'htpressure. La potencia máxima se obtiene a partir de un motor cuandoque opera con muy leve auto-ignición y llamo al final de la combustión

proceso. Esto ocurre cuando existen máxima presión y la temperatura en la combustióncámara de golpes y da un impulso de presión pequeña al final de la combustión.PROBLEMA EJEMPLO 1.7La bujía se dispara a 18 ° BTDC en un motor funcionando a 1800 RPM. Lleva 8 ° derotación del motor para iniciar la combustión y que entre en modo de propagación de la llama. Torio Llamaminación se produce a 12 ° ATDC. Diámetro del agujero es de 8,4 cm y la bujía se compensa 8 mmdesde la línea central del cilindro. El frente de la llama se puede aproximar como una esferasaliendo de la bujía. Calcular la velocidad frente de llama eficaz durante la llamapropagación.Ángulo de rotación durante la propagación de la llama es de 10 ° a 12 ° BTDC ATDC, quees igual a 22 °.Tiempo de propagación de la llama:t=(22 °) / [(360 ° / vuelta) (1800-1860 rev / s)]=0.00204 secLa distancia máxima de viaje de la llama:Dmax=taladro / 2+offset=(0,084 / 2)+(0.008)=0.050 mVelocidad de la llama de vigencia:Vf=Dmax / t=(0,050 m) / (0,00204 seg)

=24,5 m / seg

Página 253Sec. 1.7La combustión en SI Motores239PROBLEMA EJEMPLO 2.7El enginein Ejemplo Problema 7-1isnow funcionar a 3000RPM. Como isincreasedin velocidadeste motor, una mayor turbulencia y swirlincrease la velocidad frente de llama a una velocidad taleseVI<X0.85N. El desarrollo de la llama después de la cocción de la bujía todavía tarda 8 ° de motorrotación. Calculatehowmuch ignitiontimingmust ser advancedsuchthat flametermi-nación againoccursat 12 ° ATDC.Velocidad de la llama:VF=(0.85) (3000/1800) (24,5 millones / seg)=34.7m / secCon flametravel distancethe misma, el tiempo de flamepropagation est=Dmax / Vf=(0.050m) / (34,7 m / seg)=0.00144secAngleduringflamepropagation rotación:ángulo=(3000 / 60rev / seg) (3600 / rev) (0.00144sec)=25.92 °

Propagación de la llama comienza a las 13.92 ° BTDC, y el despido de la bujía está en 21.92 ° BTDC.Ignitiontimingmust ser ° advanced3.92.Las variaciones en CombustionIdealmente, la combustión en cada cilindro de un motor sería exactamente la misma, ytherewould haber ninguna variación de ciclo a ciclo en el cilindro a nadie. Esto no sucededebido a las variaciones que se producen en el sistema de admisión y dentro del cilindro. Incluso si no hayvariaciones se produjeron antes de la combustión, la turbulencia dentro del cilindro haríacausan variaciones estadísticas que se producen durante la combustión.Las diferencias en la longitud y la geometría de los corredores colector de admisión que conducen alos diferentes cilindros causas de cilindro a cilindro variaciones en la eficiencia volumétricaeficiencia y libre. combustibles entregados. Las diferencias de temperatura en la causa corredoresvariaciones en las tasas de evaporación, y esto hace que las variaciones en la relación aire-combustible.Más vapor de combustible en un corredor más caliente desplazará más aire y dar una mezcla más ricay la eficiencia volumétrica inferior. El enfriamiento por evaporación provoca diferencias de temperaturay, en consecuencia, las diferencias de densidad. Debido a que la gasolina es una mezcla con compo-compo- que se evaporan a diferentes temperaturas, la mezcla de componente en cadacilindro no será exactamente la misma. El vapor de los componentes que se evaporan tempranaen el colector de admisión no seguir los mismos caminos y distribución exactas como elparticles aún líquidas de los componentes que se evaporan más tarde a temperaturas más altas.Este es un problema menor en los motores con inyectores de puerto que aquellos con cuerpo de mariposainyectores o carburadores. Aditivos de combustible se evaporan a varias temperaturas diferentesy así terminar en diferentes concentraciones cilindros y el cilindro e incluso ciclo-a-

para cualquier ciclo de un solo cilindro. Variaciones de tiempo y espaciales se producen cuando EGR esañadido al sistema de admisión (Fig.7-7).El paso de aire alrededor de las roturas de la placa del aceleradoren dos flujos, vórtices que provocan y otras variaciones que luego afectar todo abajoflujo de la corriente. Debido al control imperfecto de la calidad en la fabricación de combustible in-proyectores, cada inyector no ofrecen la misma cantidad exacta de combustible, y no Willbe

Página 254Figura 7 · 7 Efecto de EGR en la consistencia de la combustión en el cilindro de un SIdel motor. Idealmente, el valor de la presión efectiva media indicada (X axis) seríala misma para todos los ciclos (100%). Sin EGR, la frecuencia de IMEP media es muyde altura, con alguna variación debido a la falta de coherencia en la turbulencia, AF, etc. Como EGR esañadido, más variación en la combustión se produce. Esto se traduce en una extensión mayor de IMEPexperimentado y IMEP promedio ocurren con menos frecuencia. Reproducido con permiso delSAE Técnica de papel 780006 © 1978, Sociedad de Ingenieros Automotrices, Inc., [77]... • ...ciclo a ciclo de variaciones de nadie inyector. La desviación estándar de AF dentro deun cilindro es típicamente del orden de 2-6% Ofthe promedio (Fig. 7-8).Dentro del cilindro, las variaciones que ya existe en la relación aire-combustible, la cantidadde aire, componentes del combustible, y la temperatura, junto con la turbulencia normales, causaráligeras variaciones en el remolino y el cilindro cilindro-a-desplazamiento de la mezcla y de ciclo a ciclo. La variableciones en la turbulencia y el movimiento de masas dentro del cilindro afectan la llama quese produce, y esto da lugar a variaciones sustanciales de combustión, como se muestra en la Fig. 7-9.

Las variaciones locales y mezcla incompleta, especialmente cerca de la bujía, causala descarga inicial a través de los electrodos varía de la media, que luego ini-ates de combustión diferente ciclo a ciclo. Una vez que hay una diferencia en el inicio dede combustión, se cambiará después de todo el proceso de combustión. Figura 7-10muestra cómo la turbulencia puede cambiar la forma en que la misma bujía inicia la combustiónen dos ciclos diferentes. El proceso de combustión subsiguiente para estos ciclos será bastantediferente.Más rápido tiempo de combustión dentro de un cilindro es dos veces más rápido que la quemadura más lentatiempo dentro del mismo cilindro, la diferencia debido a las variaciones aleatorias que se producen.Las mayores diferencias porcentuales se producen en caso de carga de luz y bajas velocidades, conralentí siendo el peor condición.Como solución de compromiso, se utiliza el promedio de tiempo de grabación para ajustar el funcionamiento del motorcondiciones (es decir, la chispa de temporización, AF, relación de compresión, etc.). Esto reduce la salida deel motor de lo que podría obtenerse si todos los cilindros y todos los ciclos tenían exactamente el

Página 255Figura 7 · 9 de presión como una función del tiempo para 10 ciclos consecutivos en un solo cilindroder de un motor de SI, que muestra la variación que se produce debido a la inconsistencia de la combustión.Una variación similar se obtendría si la presión de la Y de coordenadas seríareemplazado con la temperatura. Adaptado de [42].mismo proceso de combustión. Un ciclo en el que se produce la quemadura rápido es como un ciclo con unsobre-avanzada chispa. Esto sucede cuando hay una rica relación AF, superior a promedioturbulencia de edad, y el buen inicio de la combustión inicial. El resultado de esto es unatemperatura y aumento de presión demasiado pronto en el ciclo, con una buena oportunidad de golpe

produzcan. Esto limita la relación de compresión y el número de octano de combustible que puede sertolerada para un motor dado. Un ciclo con un más lento que el tiempo promedio de quemadura es como un

Página 256ciclo con una chispa retardado. Esto se produce cuando hay una mezcla pobre y superior aEGR media. El resultado de esto es una llama que dura hasta bien entrada la carrera de trabajo yde este modo de escape caliente y las válvulas de escape calientes. Esto es cuando las quemaduras parciales y fallos de encendidoproducirse (Fig. 7-11). También hay una pérdida de potencia debido a una mayor que la pérdida de calor promediodurante estos ciclos. La pérdida de calor superior se produce por la combustión más largo tiempoy debido a que el frente de llama es amplia, con la mezcla pobre quema más lento. Despacioquemadura limita el ajuste EGR para un motor y el ajuste de inclinación aceptable para una buenael ahorro de combustible en condiciones de crucero. Para el funcionamiento correcto, las condiciones del motor deben serestablecido para los peores variaciones cíclicas en el peor de los cilindros. Si todos los cilindros tenían la exactaciclo mismo proceso de combustión después del ciclo, una relación de compresión del motor más alto posibleser tolerado, y la relación de aire-combustible se podría establecer para una mayor potencia y una mayor combustibleeconomía. Más barato, combustible de octanaje inferior podría ser utilizado.Controles y SensoresMotores inteligentes modernos ajustan continuamente la combustión para dar salida óptima deel poder, la economía de combustible y las emisiones. Esto se hace con con- electrónica Programadacontroles con la entrada de información de los sensores ubicados en el motor de su caso, la ingesta, yubicaciones de escape. Entre otras cosas, estos sensores miden la posición del acelerador,tasa de aceleración del cambio, la presión del colector de admisión, la presión atmosférica, refrigerante

la temperatura, la temperatura de admisión, posición de la válvula EGR, ángulo del cigüeñal, O2y CO en

Página 257Figura 7-11 Efecto de EGR en la calidad de la combustión en un motor SI y hidrolas emisiones de carbono en el escape. Sin EGR, la mayoría de los ciclos tendrán quemadura normaleshora. A medida que aumenta el porcentaje de EGR, habrá un aumento en ciclos conquemadura lenta o quemadura parcial. Con demasiada EGR, la combustión en algunos ciclos morirá, dando como resultado un fallo de encendido. Reproducido con permiso del Documento Técnico SAE780006 © 1978, Sociedad de Ingenieros Automotrices, Inc., [77].el escape, llamad, etc. Los métodos utilizados por estos sensores son mecánicas, térmicas,electrónicos, ópticos, químicos, y combinaciones de los mismos. Las variables controladasincluir el tiempo de encendido, sincronización de válvulas, duración de la inyección de combustible, bomba de aire de escape real-ación, relación aire-combustible, cambios de la transmisión, de encender las luces de advertencia, reparacióngrabación de diagnóstico, reprogramación de la computadora, etc.En algunos motores, control de cosas como el tiempo de encendido y la duración de la inyecciónse ajustan para todo el motor. En otros motores, se hacen estos ajustespor separado para un banco de cilindros o incluso para un solo cilindro. El menor número de cilindroscontrolado por una unidad de control independiente, la operación más óptimo del motor puede serhecho. Sin embargo, esto requiere más sensores, un ordenador de control más grande, potencialmentemayor mantenimiento y mayor coste.7-2 COMBUSTIÓNEN MOTORES cámara divididaY MOTORES carga estratificadaAlgunos motores de la cámara de combustión han dividido en una cámara principal y una

cámara secundaria más pequeña como se muestra en las Figs. 6-7 y 7-12. Esto se hace para crear dife-rentes de admisión y de combustión características en las dos cámaras, con una consecuente

Página 258ganar en el poder - y / o el ahorro de combustible. A menudo, estos serán los motores de carga estratificadacon diferentes relaciones de aire-combustible en diferentes ubicaciones en la cámara de combustión.El volumen de la cámara secundaria pequeña es típicamente hasta aproximadamente 20% deel volumen aclaramiento total. Está diseñado con diferentes objetivos en diferentes motores.En algunos motores, la cámara secundaria está diseñado principalmente para proporcionar muy altaremolino. El orificio entre las cámaras se contornea para crear alta turbulencia durante elcarrera de compresión como el aire-combustible de admisión pasa desde la cámara principal a lacámara de turbulencia donde se encuentra la bujía. Esto promueve una buena combustiónde encendido en la cámara de turbulencia. A medida que el aire-combustible se quema en la cámara de turbulencia, se expandede vuelta a través del orificio, creando un remolino secundario en la cámara principal y actuandocomo la ignición de chorro o de encendido de la antorcha de la mezcla de gas allí. Este tipo de cámara de turbulenciaelimina la necesidad de crear un remolino principal en la cámara principal. El Hombre- ingestaiFold y las válvulas pueden ser diseñados con un flujo más suave recta-in, y más altose logra la eficiencia volumétrica.Motores de carga estratificada a menudo han dividido cámaras. Estos motores no lo hacentener una mezcla de aire-combustible homogénea en toda la cámara de combustión, perotener una mezcla rica alrededor de la bujía y una mezcla más pobre lejos del enchufe.La mezcla rica alrededor de la bujía asegura un buen comienzo y la propagación temprana de

de combustión, mientras que la mezcla pobre en el resto de la cámara de combustión dabuena economía de combustible. A menudo, la mezcla de aire-combustible que ocupa la mayor parte de lacámara de combustión es demasiado pobre para encender consistentemente de una bujía, pero las quemadurasadecuadamente cuando se encienden por la mezcla rica pequeña cerca del enchufe. De doble cámaramotores de carga estratificada tienen una mezcla rica en la cámara pequeña secundaria dondela bujía se encuentra y una mezcla pobre en la cámara principal. La mayor parte de la potencia

Página 259Sec.7-2La combustión en los motores de cámara dividida245del motor se genera en la gran cámara primaria utilizando una magra económicamezcla. Al menos una súper economía motor de combustión pobre está en el mercado que utiliza unarelación total de aire-combustible de 25: 1. Esto es más delgado de lo que podría ser quemado en unmotor de mezcla homogénea. Alta turbulencia y desplazamiento de la mezcla, una mezcla rica en todo ella bujía, y una bujía muy alta tensión con una más grande que lo normal de electrodobrecha de promover una buena partida de combustión. Experimental motores SI han sidodesarrollado que puede operar en las relaciones globales de aire-combustible de hasta 40: 1.Algunos motores tienen una válvula de admisión en la cámara principal y uno en la seccióncámara secundaria de cada cilindro. Estos suministro de aire y combustible en diferentes aire combustibleproporciones, con una mezcla rica en la cámara secundaria. El extremo de esto es cuandouno suministros válvulas de admisión solamente aire sin combustible añadido. Algunos motores tienen una solaválvula de admisión por cilindro que funciona a velocidades de motor bajas y dos válvulas que operan a

velocidades de motor más altas, el suministro de una relación aire-combustible diferente. Algunos motores utilizan un com-combinación de válvulas de admisión y un inyector de combustible en el cilindro para crear una carga estratificadaen la cámara de combustión. Algunos motores de carga estratificada no utilizan una divididoscámara, sino que tenga la geometría-cámara abierta sólo es normal, sola.Una variación de los motores de carga estratificada son motores de combustible dual. Estos motoresutilizar dos tipos de combustible simultáneamente, una por lo general un combustible barato y una cantidad menor deun mejor combustible utilizado para asegurar la ignición. Estos motores pueden ser de una cámara dividida onormales --cámara abiertadiseño. El combustible es suministrado y diversas relaciones de aire-combustible sonobtenida por la combinación de múltiples válvulas de admisión; inyectores de combustible, y / o adecuadacontorno del flujo de admisión. El gas natural es a menudo el principal combustible utilizado en combustible dualmotores. Esto es especialmente cierto en los países del tercer mundo subdesarrollados, donde turalgas ural es más accesible que otros combustibles.Otro tipo de motor de cámara dividida se muestra esquemáticamente en la Fig. 7.13.Este tiene esencialmente una pequeña cámara secundaria pasiva por el lateral de la composición principal

Página 260246CombustiónCap. 7cámara de combustión que no contiene la ingesta, la ignición, o remolino especial. Cuando la combustiónse produce en la cámara principal, los gases de alta presión son forzados a través de la muy pequeñaorificio en la cámara secundaria. Cuando la presión en la cámara de los principales caídasdurante el movimiento de la energía, estos gases de alta presión fluyen lentamente de nuevo en el principal

cámara, aumentando ligeramente la presión que empuja en la cara del pistón y producirmas trabajo. Dependiendo del diseño, estos gases backflowing pueden contener un com-la mezcla y extender el tiempo de combustión bustibles (y, en consecuencia, la producción de trabajo).Muchas combinaciones y variaciones de cámaras y / o estratificado divididasmotores de carga han sido juzgados, y algunos de ellos existen en los automóviles modernos.7-3 CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTORDe energía en funcionamientoPara la máxima potencia en WOT (inicio rápido, acelerando hasta una colina, un avión queoff), inyectores de combustible y carburadores se ajustan para dar una mezcla rica, y la igniciónsistemas están configurados con chispa retardada (despertar más tarde en el ciclo). Esto da máximopoder a un sacrificio de la economía de combustible. La mezcla rica se quema más rápido y permite alpico de presión para ser más concentrado cerca de TDC, con el compromiso probable deoperación más áspero. A altas velocidades del motor, hay menos tiempo para la transferencia de calor ase producen a partir de los cilindros, y los gases de escape y válvulas de escape será más caliente. Amaximizar la velocidad de la llama en WOT, no hay gas de escape se recicla, resultando en niveles más altosde NOx.Curiosamente, otra forma de obtener energía añadida por un motor es operacióncomió con una mezcla pobre. Los coches de carreras son a veces funcionan de esta manera. En una magramezcla, velocidad de la llama es lento y la combustión dura hasta bien pasado el PMS. Esto mantiene elpresión alta hasta bien entrada la carrera de trabajo, lo que produce una potencia mayor.Este modo de operación produce gases de escape muy calientes debido al retraso en la combustión.Este escape caliente, combinado con el oxígeno no utilizada de la mezcla pobre, se oxidalas válvulas de escape y asientos muy rápidamente. Esto requiere cambio de los gases de escape

válvulas muy a menudo, algo inaceptable excepto quizás por los coches de carreras. Ignicióncalendario debe establecerse especialmente para este tipo de operación.Cruising OperaciónPara cruzar la operación, como conducir autopista constante o avión de larga distanciaviaje, se necesita menos energía y el consumo de combustible específico del freno se convierte en importanciatante. Para este tipo de operación de una mezcla pobre se suministra al motor, alta EGR esutiliza, y el tiempo de encendido se hace avanzar para compensar la llama más lento resultantevelocidad. Combustible eficiencia de uso (millas / litro) será alto, pero la eficiencia térmica de la

Página 261Sec. 3.7Características de funcionamiento del motor247motor será menor. Esto es porque el motor se opera a una velocidad inferior,que da más tiempo por ciclo para las pérdidas de calor desde la cámara de combustión.Ralentí y baja velocidad del motorEn muy bajo el motor acelera el acelerador será casi cerrado, lo que resulta en un altovacío en el colector de admisión. Este alto vacío y baja velocidad del motor generan ungran residual de escape durante el solapamiento de la válvula. Esto crea una mala combustión, quedebe compensarse mediante el suministro de una mezcla rica al motor. La mezcla ricay mala combustión contribuye a las emisiones de escape de altas HC y CO. Fallosy los ciclos de donde se produce la combustión parcial solamente en algunos cilindros son más com-mon a velocidades ociosas. Una tasa de fallo de encendido 2% causaría emisiones de escape excedannormas aceptables por 100-200%.Acelerador de clausura en alta velocidad del motorCuando se desea y desaceleración rápida del acelerador está cerrado a alta velocidad del motor, un

muy grande de vacío se crea en el sistema de admisión. Alta velocidad de motor quiere un granflujo de entrada de aire, pero el acelerador cerrado permite muy poco flujo de aire. El resultado es un altovacío de admisión, alta residual de escape, una mezcla rica, y una mala combustión. Fallos de encendidoy altas emisiones de escape son muy común con este tipo de operación.Los motores con carburadores dan especialmente mala combustión bajo estas condi-ciones. Debido a la alto vacío, el carburador da un gran flujo de combustible a través de ambosel orificio normal y la válvula de ralentí. Esto, combinado con el flujo de aire restringidotasa, crea una mezcla demasiado rica con mala combustión y la contaminación alta de escapede HC y CO. Los controles de motores con inyectores de combustible apagar el flujo de combustible hacia abajoen estas condiciones, y esto se traduce en funcionamiento mucho más suave.Inicio de un motor fríoCuando se inicia un motor frío, un suministro de combustible demasiado rica de se debe suministrar para asegurarvapor de combustible suficiente para crear una mezcla de gas combustible. Cuando las paredes de la ingestasistema y cilindros son frías, un porcentaje mucho menor del combustible se evaporaráque en el funcionamiento normal de estado estable. El combustible también está frío y no fluye comofácilmente. El motor gira muy lentamente, siendo impulsado únicamente por el motor de arranque, y unamayor cantidad de la calefacción a la compresión durante la compresión se pierde por calor trans-fer a las paredes frías. Esto se agrava por el aceite lubricante viscoso frío queresiste el movimiento y disminuye la velocidad de partida aún más. Todos estos factores con-Homenaje a la necesidad de una relación aire-combustible muy rica para arrancar un motor frío. Aire-combustibleproporciones tan ricos como 1: 1 se utilizan a veces.Incluso cuando todo está muy frío, un pequeño porcentaje de combustible se vaporiza y unade aire y combustible mezcla de vapor se pueden obtener. Esta mezcla se enciende, y

después de unos pocos ciclos de combustión, el motor comienza a calentarse. Dentro de unos pocos

Página 262248CombustiónCap.7segundos comienza a funcionar en un modo más normal, pero puede tomar muchos minutosantes calentado totalmente en estado de equilibrio se alcanza operación. Una vez que el motor empieza acaliente, todo el exceso de combustible que era originalmente de entrada se vaporiza y un corto período dese experimenta operación demasiado rica. Durante este período, hay un gran exceso de HCy las emisiones de CO en los gases de escape. Para agravar este problema, el convertidor catalíticoTambién es frío en el arranque y no elimina estos exceso de emisiones. Este problema de lala contaminación del aire en exceso en el arranque en frío se aborda en el capítulo 9.Fluidos de partida especiales se pueden comprar para ayudar el arranque del motor en muylas bajas temperaturas. Sustancias como éter dietílico con presiones muy altas de vaporevapora más fácilmente que la gasolina y dar una mezcla de vapor de aire-combustible rica parainiciar la combustión. Estos fluidos se obtienen generalmente en recipientes presurizadosy se rocía en la toma de aire del motor antes de empezar.7-4 MODERNOS CÁMARAS DE COMBUSTIÓN FAST-BURNLa cámara de combustión de un motor SI moderna de alta velocidad debe ser capaz de quemarla mezcla contenida aire-combustible muy rápidamente sin crear exceso de emisión de escapesiones. Debe proporcionar un tiempo de potencia suave y bajo consumo de combustible específico, yeficiencia térmica máxima (una alta relación de compresión). Dos diseños generales paraun combustiQ.nchamber como se muestra en la Fig. 6-4. Muchos motores modernos tienen com-

cámaras de combustión que son una variación de uno o ambos de estos diseños. Como uncomparación, Fig. 7-14 muestra el diseño general de una cámara de combustión encuentra enmotores de cabeza L, bloque de válvula-in-histórico.Es deseable tener el mínimo tiempo posible sin combustión en realidadtener una reacción a volumen constante instantánea (detonación). Si la combustiónel tiempo es menor que el tiempo de retardo del encendido de la mezcla aire-combustible después de la temperaturase ha elevado por encima de la temperatura de auto-ignición, se evita Knock (véase el capítulo 4).Figura 7-14 Cámara de combustión de Lcabeza, motor de válvulas en bloque. Por variosdécadas desde la década de 1910 hasta el 19508, estaera la geometría estándar de muchos motores.Con unas pocas excepciones al diseño general,este tipo de cámara de combustión en general,no promover altos niveles de remolino, aplastar,ni secadora, que es muy deseable en mo-la filosofía de combustión ern. Viajes Llamaa distancia también fue largo en comparación a lo modernocámaras de combustión. Todo esto restringidaestos primeros motores a mucho menor compresiónrelaciones sión que lo que es común hoy en día.

Página 263Sec.7-4Modernos Cámaras Fast-BurnCombustion249El más rápido es el tiempo de combustión, mayor es la relación de compresión permisible y / o de ladisminuir el número de octano requerido en el combustible.Para el tiempo más rápido de combustión, una distancia mínima de viaje de la llama se desea conmáxima turbulencia, remolino, y desplazamiento de la mezcla. Las dos cámaras en la Fig. 6-4 satisfacer estasrequisitos, mientras que la cámara de más edad en la Fig. 7-14 no. A medida que el pistónenfoques TDC en las cámaras en la fig. 6-4, la mezcla de aire-combustible se comprime

hacia la línea central del cilindro. Conservación del momento angular voluntadcausar un gran aumento en la rotación de remolino como el radio medio en masa se reduce. Un poco deimpulso se perderá a través de fricción viscosa con las paredes. Esta compresión hacia adentrotambién causa una velocidad de desplazamiento de la mezcla grande en la dirección radial hacia el cilindro cen-terline. Estos dos movimientos aumentan en gran medida la velocidad frente de la llama y la disminuciónel tiempo de combustión. También hay un desplazamiento de la mezcla hacia el exterior inversa que aumenta aún más lapropagación del frente de llama. Esto ocurre al comienzo de la carrera de trabajo cuando el pistóncomienza a alejarse de IDE. En una cámara de combustión moderna estos movimientos,junto con la turbulencia, aumentar la velocidad de la llama por un factor de alrededor de 10 sobre una llamapasa a través de una mezcla de aire-combustible estancada. Se supone que los sistemas de admisiónpara los cilindros que se muestran en la Fig. 6-4 se hacen para proporcionar alta turbulencia y altaremolino de entrada.La bujía se coloca cerca de la línea central del cilindro, por lo que el llama debeviajar sólo alrededor de un cuarto del diámetro del agujero antes de que la mayor parte del aire-combustible mezclatura-consume está. Unos motores tienen dos bujías por cilindro. Esto permite que elmezcla de aire-combustible que se consume en dos frentes de llama y, con la colocación adecuada,casi se puede disminuir el tiempo de combustión por un factor de dos. Al menos un automóvilfabricante ha experimentado con un motor de cuatro cilindros de prototipo, con cuatrobujías por cilindro, una en el centro y tres en la periferia exterior. La mayoríamotores de los aviones tienen dos bujías por cilindro. Sin embargo, esto es más una seguridadcaracterística que para mejorar la combustión. Muchos sistemas de la aeronave tienen redundancia en casouno falla.Además del tiempo de combustión rápida, las cámaras de combustión muestran en la Fig.

6-4 daría funcionamiento suave del motor durante la carrera de trabajo. Con la chispatapón situado cerca del centro de la acumulación de presión volumen de holgura en el inicio dede combustión será lenta debido al gran volumen de gas que rodea el cual debe sercomprimido. La colocación de la bujía cerca del borde de la cámara de combustión sedar un aumento de presión rápido temprano debido a menos gas para comprimir en el vicin- inmediatadad. Esto crearía un ciclo del motor más áspero. Cerca del final de la combustión, la llamaexiste delante en el pequeño volumen de gas en los bordes de la cámara de combustión. Estapermite que el aumento de presión a morir lentamente y contribuye de nuevo a una potencia suaveaccidente cerebrovascular. Si la combustión terminaría con el frente de llama en una gran parte de la combustióncámara de, aumento de presión podría terminar abruptamente y el final de la carrera de potenciasería menos suave. Si golpe se produce durante la combustión, se producirá en la últimaterminar de gas para quemar. Si sólo existe una pequeña cantidad de gas fin, cualquier golpe que se produce latatolerarse y probablemente no sería detectado. Una cantidad muy pequeña de golpe esincluso deseable con este tipo de cámara de combustión. Esto significa que operativotemperatura y presión están en un máximo y la pequeña cantidad de golpe no es

Página 264250CombustiónCap.7detectable. Incluso puede aumentar la producción de energía muy ligeramente al aumentar la presión de unpoco cerca del final del proceso de combustión.Además de ser colocado cerca del centro del volumen de holgura, la chispaenchufe debe ser colocado próximo a la válvulas de admisión y de escape. Debe estar cerca

la válvula de admisión para asegurar una mezcla más rica entre los electrodos de la bujía, com-combustión de ser más fácil de encender en una mezcla rica. La mezcla de gas lejos de laválvula de admisión tendrá una mayor cantidad de sobrante de escape residual y voluntaden consecuencia, ser más delgados. La bujía debe también estar cerca de la válvula de escape. Losválvula de escape y el puerto son las partes más calientes de la cámara de combustión, y estomayor temperatura asegurará buena vaporización de combustible cerca de la bujía. Esto tambiénmantiene la válvula de escape lejos del gas extremo caliente, donde la temperatura superficial más altatura podría ocasionar la inflamación de la superficie y llamar.Para mantener el tamaño de la cámara de combustión como mínimo, SI más modernamotores tienen válvulas en cabeza. Esto requiere árbol de levas o un hydromechan-iCal vinculación entre las válvulas y un árbol de levas montado en el bloque del motor.Otra forma de disminuir el tamaño de la cámara de combustión es tener más cilindros para unavolumen de desplazamiento dado.Estas cámaras de combustión ofrecen una menor pérdida de calor, menos fuerza en los pernos de cabeza,menos la acumulación de depósitos de la pared, y menos emisiones de escape. Hay menos pérdida de calor debido a lala superficie de la pared más pequeña proporción de área-volumen que el que existía en el anterior valve-motores en bloque -: - Esto, a su vez, da mejor eficiencia térmica. Hay menos vigorlos pernos de cabeza sosteniendo la cabeza al bloque del motor debido a la cabeza más pequeña superficiesárea de la cara de la cámara de combustión. Para una presión del cilindro dado, la fuerza totalser proporcional al área de superficie sobre la que se aplica dicha presión. Habrámenos la acumulación de depósitos de la pared con el tiempo debido a las temperaturas más cálidas y alta turbulenciamovimiento, que limpia las paredes en este tipo de cámara. Habrá menos de escape

las emisiones debido al volumen de extinción de la llama más pequeña y menos depósitos de pared.Estos se discuten en mayor detalle en el capítulo 9.Probablemente, la mayor desventaja de este tipo de cámara de combustión es laflexibilidad de diseño limitada que ofrece. Debido a la zona de superficie de la pared limitado, esmuy difícil de encajar las válvulas necesarias, bujías y los inyectores de combustible. A menudo,dimensionamiento de la válvula y el contorno de control de flujo de gas deben verse comprometidas por falta de espacio.Los cilindros con múltiples válvulas de admisión y escape disminuyen la resistencia al flujo, peroaumentar la complejidad del diseño. A menudo, las superficies deben ser cortadas para permitir claro-ANCE entre las válvulas y la cara del pistón. Esto compromete el deseo de mínimoespacios de la esquina en la cámara. Resistencia mecánica no puede ser comprometida, ymaterial de la superficie lo suficiente se debe permitir entre las válvulas para asegurar estructuralla estabilidad.Algunos motores modernos han dividido a las cámaras de combustión, como se describe oído:lier. Estos ofrecen una alta eficiencia volumétrica, buena economía de combustible, y la operación de cicloflexibilidad. Dos de sus principales desventajas son mayores pérdidas de calor, debido a la alta superficiezona, y más alto costo y la dificultad en la fabricación.Las cámaras de combustión en motores de automóviles de más edad, sobre todo el de cabeza planatipo de válvula en bloque se muestra en la Fig. 7-14, tenía una distancia de viaje mucho más largo de la llama y

Página 265Sec.7-5La combustión en los motores de CI251el tiempo de combustión. Sistemas de entrada no fueron diseñados para crear un movimiento de remolino, y cualquierremolino de entrada que pudiera existir sería humedecido en gran medida fuera cerca del TDC, cuando el

mezcla de aire-combustible es forzado lejos de la línea central del cilindro. Poco movimiento squish espromovido. Algunos de movimiento de masas y algunas turbulencias están presentes, pero en niveles más bajosdebido a las velocidades de motor más lentas. Debido a la mayor composición resultantetiempos de combustión, relaciones de compresión tenían que ser mucho menor. En los primeros años de estetipo de motor (1920), relaciones de compresión se encontraban en el rango de cuatro o cinco,aumentando a siete de los últimos años (los años 1950).Muy grandes motores son casi siempre los motores de encendido. Debido a su gran com-cámaras de combustión y distancia de recorrido de la llama correspondiente larga, combinados con lentitudvelocidad del motor, que requeriría de combustible de octanaje muy alta y / o muy baja compresiónproporciones si se opera como motor de la IS. Con el tiempo real muy largo de la combustión en unacilindro, sería imposible evitar problemas graves de picado.7-5 COMBUSTIÓNEN MOTORES DE ENCENDIDOLa combustión en un motor de encendido por compresión es bastante diferente de la de un SIdel motor. Mientras que la combustión en un motor SI es esencialmente un movimiento frente de llamaa través de una mezcla homogénea, la combustión en un motor de CI es un proceso inestableque ocurren simultáneamente en muchos lugares en una mezcla muy no homogénea a unavelocidad controlada por la inyección de combustible. Entrada de aire en el motor es sin estrangulación, conel par motor y la potencia de salida controlada por la cantidad de combustible inyectado por ciclo.Debido a que el aire que entra no es estrangulado, la presión en el colector de admisión es consistentetently a un valor cercano a una atmósfera. Esto hace que el bucle de trabajo de la bomba de laciclo del motor se muestra en la Fig. 3.9 muy pequeño, con una eficiencia mejor térmica correspondiente

eficiencia en comparación con un motor de SI. Esto es especialmente cierto a bajas velocidades y cargas bajascuando un motor SI sería el acelerador parte con un gran trabajo de la bomba. Para los motores de encendido,Wnet=wbruto -wbomba=wbruto(7-1)Sólo aire está contenido en el cilindro durante la carrera de compresión, y muchorelaciones de compresión más altas se utilizan en los motores de encendido. Las relaciones de compresión de CI modernaLos motores van desde 12 a 24. En comparación con los motores normales de la IS, alta eficien- térmicaCIES (eficiencia de conversión de combustible) se obtienen cuando estas relaciones de compresión sonutilizado en las Ecs. (3-73) y (3-89). Sin embargo, debido a que la relación total de aire-combustible en la cualLos motores de encendido operan es bastante pobre (relación de equivalenciacp=0.8), la potencia de salida de menos de frenosa menudo se obtiene para un desplazamiento del motor dado.El combustible es inyectado en los cilindros al final de la carrera de compresión por uno omás inyectores situados en cada cámara de combustión del cilindro. Tiempo de inyección es no baja dealiado a unos 20 ° de rotación del cigüeñal, a partir de unos 15 ° BTDC y terminando sobre5 ° ATDC. Retardo de encendido es bastante constante en tiempo real, por lo que a velocidades más altas del motorinyección de combustible debe iniciarse un poco antes en el ciclo.Además del remolino y la turbulencia del aire, una alta velocidad de inyección esnecesaria para difundir el combustible a lo largo del cilindro y provocar que se mezcle con el aire.

Página 266252CombustiónCap.7Después de la inyección del combustible debe pasar por una serie de eventos para asegurar la composición apropiadaproceso de combustión:1. La atomización. Gotas de combustible se rompen en gotitas muy pequeñas. Cuanto menor sea el origi-tamaño de la gota final emitida por el inyector, más rápido y más eficiente será esteproceso de atomización.2. La vaporización. Las pequeñas gotas de evaporar el combustible líquido a vapor. Esto ocurremuy rápidamente debido a las temperaturas de aire caliente creado por la alta compresiónmotores de CI. Alta temperatura del aire necesaria para este proceso de vaporizaciónrequiere una relación de compresión mínima en los motores de encendido de aproximadamente 12: 1.About 90%del combustible inyectado en el cilindro ha sido vaporizado dentro de 0,001 segundosdespués de la inyección. Como el primer combustible se evapora, el entorno inmediato sonenfriado por enfriamiento evaporativo. Esto afecta en gran medida la posterior evaporación.Cerca del núcleo del chorro de combustible, la combinación de una alta concentración de combustible yenfriamiento por evaporación causará saturación adiabática de combustible que se produzca. Evaporaciónción se detendrá en esta región, y sólo después de mezcla y calentamiento adicionalevaporar este combustible.3. Mezcla. Después de la vaporización, el vapor de combustible debe mezclarse con el aire para formar una mezcladentro del rango de AF que es combustible. Esta mezcla se produce debidola velocidad de inyección de combustible de alta agrega a la turbulencia y turbulencia en el cilindroder airFigure 7-15 muestra la distribución no homogénea relación aire-combustible de

que se desarrolla alrededor del chorro de combustible inyectado. La combustión puede producirse dentro de lalímites relación de equivalencia decP=1.8 (rico), ycP=0.8 (magra).4. Auto-ignición. A eso de las 8 ° BTDC, 6_8 ° después del inicio de la inyección, el aire-combustiblemezcla comienza a auto-encender. Combustión real está precedida por reacción secundaria

Página 267Sec.7-5La combustión en los motores de CI253ciones, incluyendo ruptura de moléculas de hidrocarburos grandes en partes más pequeñasespecies y algunos oxidación. Estas reacciones, causadas por la alta temperaturaaire, son exotérmicas y elevar aún más la temperatura del aire en la inmediatavecindad local. Esto conduce finalmente a un proceso de combustión sostenida real.5. La combustión. La combustión se inicia desde el autoencendido simultáneamente en muchoslugares en el poco rica zona del chorro de combustible, donde la relación de equivalencia es<p=De 1 a 1,5 (zona B en la Fig. 7-15). En este momento, en algún lugar entre 70% y95% del combustible en la cámara de combustión está en el estado vapor. Cuandoinicia la combustión, múltiples frentes de llama propagación de los muchos auto-igniciónsitios consumen rápidamente toda la mezcla de gas que está en una correcta combustiblerelación aire-combustible, incluso cuando no se produciría la auto-ignición. Esto da una muy rápidaaumento de la temperatura y la presión dentro del cilindro, que se muestra en la Fig. 7.16. Los

mayor temperatura y presión reducen el tiempo de vaporización y la igniciónel tiempo de retardo para partículas adicionales de combustible y causar más puntos de auto-ignición aaumentar aún más el proceso de combustión. El combustible líquido todavía está siendo inyectado enel cilindro después de la primera de combustible ya se está quemando. Después de la puesta en marcha inicial de la com-de combustión cuando toda la mezcla aire-combustible que está en un estado combustible es rápidamenteconsumido, el resto del proceso de combustión se controla por la velocidad a la quecombustible puede ser inyectado, atomizado, vaporiza, y se mezcla en el correcto AF. Estavelocidad de combustión, ahora controlado por la tasa de inyección, se puede ver en la Fig. 7.16 enel aumento de presión más lento que se produce después de que el rápido ascenso inicial. La combustión duradurante unos 40 ° a 50 ° de rotación del motor, mucho más largo que el 20 ° de inyección de combustibleción. Esto es debido a que algunas partículas de combustible toman mucho tiempo para mezclar en unFigura 7.16 la presión del cilindro en función del ángulo del cigüeñal de un motor de encendido. El punto Aes donde comienza la inyección de combustible, de A a B es de retardo del encendido, y el punto C es el final de combustibleinyección. Si el número de cetano del combustible es demasiado baja, una mayor cantidad de combustible seráinyectado durante el tiempo de retardo de encendido. Cuando la combustión comienza entonces, el combustible adicionalprovocará que la presión en el punto B para aumentar demasiado rápido, lo que resulta en un motor de ásperaciclo. Adaptado de [10].

Página 268254CombustiónCap.7mezcla combustible con el aire, y por lo tanto, tiene una duración de combustión hasta bien entrado elcarrera de trabajo. Esto se puede ver en la Fig. 7.16, donde la presión se mantiene alta

hasta que el pistón es30 ° --40 °ATDC. Acerca de60%del combustible se quema en la primeratercio del tiempo de combustión. Quemar aumentos de las tasas con la velocidad del motor, por lo que elquemar ángulo permanece aproximadamente constante. Durante la parte principal de la combustiónproceso, en cualquier lugar del 10% al 35% del vapor de combustible en el cilindro estará enun AF combustible.En el capítulo 2, se razonó que la velocidad media del motor se correlaciona fuertementecon la inversa de la longitud de la carrera. Esto pone a la velocidad media del pistón para todos los motoresen el intervalo de aproximadamente 5 a 15 m / seg. Grandes, motores lentos tienen tiempo real adecuada parainyectar, atomizar, vaporizar, y mezclar el combustible para la combustión que se producen en40 ° -50 °dede rotación del motor. Estos inyección directa (DI) motores tienen grandes cámaras abiertas con-la necesidad de alta turbulencia. En general, tienen presiones de inyección muy elevadas quedar a los chorros de combustible de alta velocidad. Esto asegura que la penetración del chorro alcanzaa través de la cámara de combustión grande y en gran medida ayuda a la mezcla del combustible yaire. Motores DI generalmente tienen una mayor eficiencia térmica del freno debido a que operanmás lento, lo que reduce las pérdidas por fricción, y que tienen la cámara de combustión más bajasuperficie-superficie-volumen proporciones, lo que reduce las pérdidas de calor.Motores de encendido por pequeñas operan a velocidades mucho mayores y necesitan alta remolino demejorar y acelerar la vaporización y la mezcla del combustible. Esto debe ocurrir envelocidades de hasta1T

veces más rápido de modo que la combustión se puede producir en la misma deseado40 ° _50 °de rotación del motor. Se necesitan geometrías de admisión y cilindros especiales paragenerar este gran remolino necesario. Esto puede incluir cámaras especiales remolino separandesde la cámara de combustión principal, como se muestra en la Fig. 6-7. Estos inyección indirecta(IDI) motores con cámaras divididas inyectan el combustible en el menor secundariacámara y puede utilizar presiones de inyección mucho más bajos. Esto le da combustible inferior jet veloc-dades, que son adecuados para penetrar a través de la cámara de combustión más pequeño. Losalta turbulencia generada en la cámara secundaria proporciona la mezcla necesaria de combustibley el aire. A medida que la mezcla de gas se quema en las cámaras secundarias, se expande a travésel orificio a la cámara principal, llevando las gotitas de combustible líquido con ella y proporcionandoremolino en la cámara principal. Aquí la parte principal de la combustión se produce como muchoun motor SI. Las velocidades más altas a la que los motores IDI generalmente operan hacerlosmejores motores de automóviles. Debido a la gran relación superficie-área a volumen en elcámaras de combustión hay una mayor pérdida de calor, y esto requiere típicamente un mayoríndice de compresión. Arranque del motor en frío también es más difícil debido a esto.PROBLEMA EJEMPLO 7.3El motor diesel del Ejemplo Problema 5-4 tiene una relación de compresión de 18: 1 y operaen un ciclo de doble aire estándar. En 2400 RPM, la combustión se inicia a las 7 ° BTDC y durapara 42 ° de rotación del motor. La relación de longitud de la biela a la manivela de desplazamiento es R=3.8.El resultado:

Página 269Inyección de combustibleEl diámetro de la boquilla de un inyector de combustible típica es0,2-1,0mm. Un inyector puede teneruna boquilla o varios (Fig. 6-5).Velocidad del líquido fue1leaving una boquilla es generalmente cerca100a200m / seg. Estase reduce rápidamente por arrastre viscoso, evaporación, y remolino cámara de combustión. Losvapoijet extiende más allá del chorro de líquido y lo ideal sería simplemente llega a las paredes más lejanos de la com-cámaras de combustión. La evaporación se produce en el exterior de el chorro de combustible mientras que el centropermanece líquido. Cifra07.15muestra cómo el núcleo líquido interior está rodeado porzonas de vapor sucesivas de aire-combustible que son:A. demasiado rico para quemarB. rica combustibleC. estequiométricaD. inclinarse combustibleE. demasiado pobre para quemarTamaño de diámetro de la gota líquido que sale del inyector es del orden de 10-5m(10-2mm) y más pequeños, generalmente con alguna distribución normal de tamaños. Factoresque afectan a tamaño de las gotas incluir presión diferencial a través de la boquilla, tamaño de la boquillay la geometría, las propiedades del combustible y la temperatura del aire y la turbulencia. Boquilla Superiordiferenciales de presión dan gotitas más pequeñas.Inyectores de algunos pequeños motores con alta turbulencia están diseñados para rociar el combustible

chorro contra la pared del cilindro. Esto acelera el proceso de evaporación pero sólo puede serhecho en esos motores que operan con paredes muy calientes. Esto es necesario debidoel tiempo real limitado de cada ciclo en pequeños motores que operan a altas velocidades. Estala práctica no es necesario y no se debe hacer con grandes motores que operan a más lentovelocidades. Estos tienen una baja turbulencia y las paredes más frías, que no se evaporaría el combustible

Página 270256CombustiónCap.7de manera eficiente. Esto llevaría a un alto consumo específico de combustible y las emisiones de altas HCen el escape.Ignición retardo y del número de cetanoUna vez que la mezcla de aire-combustible está en una relación aire-combustible combustible y la temperatura essuficiente para la auto-ignición caliente, retardo del encendido todavía estará en el intervalo de 0,4 a 3 mseg(,0004-,003 Seg). Un aumento en la temperatura, presión, velocidad del motor, y / orelación de compresión disminuirá el tiempo de retardo del encendido. Tamaño de las gotas de combustible, la inyecciónla velocidad, la velocidad de inyección, y las características físicas del combustible parecen tener poco oningún efecto sobre el tiempo de retardo de encendido. A velocidades más altas del motor, la turbulencia se incrementa,temperatura de la pared es mayor, y de retardo del encendido se reduce en tiempo real. Sin embargo,ID es casi constante en el tiempo de ciclo, lo que resulta en un ángulo de cigüeñal bastante constanteposición para el proceso de combustión en todas las velocidades.Si la inyección es demasiado pronto, ignición tiempo de retardo se incrementará debido a la temperaturay la presión será menor. Si la inyección se retrasa, el pistón se moverá pasado TDC, presión

temperatura segura y disminuirá, y de nuevo el tiempo de retardo de encendido se incrementará. Esimportante utilizar combustible con el índice de cetano correcta para un motor dado. Cetanonúmero es una medida de retardo del encendido y debe corresponder a un ciclo de motor dadoy el proceso de inyección. Si el número de cetano es baja, retardo del encendido será demasiado largo,y una cantidad más-que-deseable de combustible se inyecta en el cilindro antescombustión comienza. Cuando la combustión entonces se inicia, una mayor cantidad de combustibleser rápida COJ), consumida, y el aumento inicial de presión del cilindro será mayor. Estaprovoca una fuerza inicial muy grande aplicada a la cara del pistón y un ciclo de motor áspera.Si el número de cetano es alta, la combustión se inicia muy temprano antes del PMS, con undando como resultado la pérdida de potencia del motor.Números de cetano normales de combustibles comúnmente utilizados son en el intervalo de 40-60. Eneste rango, el encendido tiempo de retraso es inversamente proporcional al número de cetano:Identificación(Xl / CN(7-2)Número y octanaje número de cetano también tienen una fuerte correlación inversa paramayoría de los combustibles:CN(Xleón(7-3)Número de cetano se puede cambiar mediante la mezcla de pequeñas cantidades de ciertos aditivosal combustible. Los aditivos que aceleran la ignición incluyen nitritos, nitratos, per- orgánicosóxidos, y algunos compuestos de azufre.El alcohol, con su número de alto octanaje, es un pobre combustible para motores de encendido.Hollín

La llama en un motor de CI es altamente no uniforme. Cuando autoencendido se produce la llamaenvolverá rápidamente todas las partes de la cámara de combustión que tienen una mezcla de aire-combustibleen una relación combustible. Las mezclas con una relación de equivalencia en el rango de 0,8 a

Página 271Estas partículas de carbono sólidos son el negro de humo visto en el escape de grandescamiones y locomotoras del ferrocarril.En las zonas muy ricas en combustible, donde AF isjust marginalmente combustible, muy grandese generan cantidades de partículas de carbono sólidos. A medida que el proceso de combustión pro-y excede la mezcla de aire-combustible en la cámara de combustión se mezcla adicionalmente por remolinoy la turbulencia, la mayoría de las partículas de carbono reaccionar adicionalmente, y sólo una muy pequeñaporcentaje de ellos eventualmente llegan al medio ambiente circundante. De carbono sólidopartículas son un combustible y reaccionan con el oxígeno cuando se obtiene la mezcla correcta:C (s)+02Colorado2+calorEn que la proporción global de aire-combustible es magra en un motor de encendido, la mayor parte del carbonoencontrar y reaccionar con el exceso de oxígeno. Incluso después de la mezcla sale de la combustióncámara, reacciones adicionales se llevan a cabo en el sistema de escape, lo que reduce aún más elcantidad de carbono sólido. Además, la mayoría de los sistemas de escape de los motores CI tienen una parti-Ulate trampa que filtra un gran porcentaje de la carbono sólido restante. Sólo unapequeño porcentaje de las partículas de carbono sólidos originales que se generaron en el com-

cámara de combustión se agota con el medio ambiente.Para mantener el humo de escape (hollín) dentro de límites tolerables, los motores de encendido funcionancon un AF magra general (4)<0.8). Si estos motores operarían con un globalestequiométrica AF, la cantidad de humo de escape sería inaceptable. Incluso conoperación pobre, muchas áreas metropolitanas están muy preocupados con las emisiones de diesel

Página 272258CombustiónCap.7de camiones y autobuses. En muchos lugares, las leyes muy estrictas se están imponiendo enmejoras de autobús y de operación de camiones, y los principales se deben hacer para reducir el escapeemisiones de estos vehículos.Un motor de encendido funciona con aire de admisión sin estrangulación, el control de la potencia del motorla cantidad de combustible inyectado. Cuando un camión o ferrocarril locomotora está bajo pesadocargar, como la aceleración de una parada o subiendo una colina, una más de la cantidad normalde combustible se inyecta en los cilindros. Esto provoca una mezcla más rica que genera unamayor cantidad de hollín de carbono sólido. Una gran cantidad de humo de escape es muy Aviso-capaz en estas condiciones.Debido a que los motores de encendido operan general magra, tienen una alta eficiencia de combustiónciencia que es generalmente alrededor de 98%.De los 2%ineficiencia de la combustión, sobremedio aparece como emisiones de HC en el escape. Esto es en forma de carbono sólido yotros componentes de HC. Algunos componentes de HC son absorbidos en las partículas de carbón

y llevada a cabo en el escape. Si 0,5% del carbono en el combustible se agota comopartículas sólidas, el humo resultante sería inaceptable. Esto significa que elcantidad de carbono sólido que está siendo agotado debe mantenerse por debajo de este 0,5%.Debido a la eficiencia de conversión de combustible 98% y su alta compresiónratios, la eficiencia térmica de los motores de encendido es alta en comparación con los motores SI de ciclo Otto.Sin embargo, debido a su funcionamiento con combustible-magra, su potencia de salida por unidad de desplazamientovolumen ción no es tan buena."Frío-tiempo ProblemasInicio de un motor de encendido en frío puede ser muy difícil. El aire y el combustible son fríos, por lo evapo- combustibleoración es muy lento y el tiempo de retardo de encendido se alarga. Aceite de lubricación es fría, sula viscosidad es alta, y la distribución es limitada. El motor de arranque tiene que girar el fríomotor que está poco lubricada con aceite de viscosidad muy alta. Esto resulta en un más lentoque la velocidad normal rotación para arrancar el motor. Debido a la velocidad del motor muy baja, unamayor cantidad de blowby pasado el pistón se produce, la reducción de la compresión efectivasión. A medida que el motor de arranque gira el motor para arrancarlo, el aire dentro de los cilindros debecomprimir lo suficiente para elevar la temperatura muy por encima de la temperatura de auto-ignición. Estano ocurre fácilmente. Cuanto más lento de lo normal de rotación del motor, combinadocon las paredes del cilindro de metal en frío, promueve una gran pérdida de calor a las paredes y mantienela temperatura del aire por debajo de la necesaria para la auto-encender el combustible. Para superar esta probabilidadLem, una bujía incandescente se utiliza al iniciar la mayoría de los motores de encendido. Una bujía incandescente es un simplecalentador de resistencia conectado a una batería con la superficie calentada situado dentro de lacámara de combustión del motor. Por un corto tiempo, 10--15seconds, antes de comenzar

el motor, la bujía se enciende y la resistencia se convierte en rojo vivo. Ahora, cuandose arranca el motor, la combustión en los primeros ciclos no es encendido por compresióncalefacción, sino por la ignición de superficie de la bujía. Después de unos pocos ciclos del cilindroparedes y lubricante se calientan lo suficiente, la operación de manera más normal del motor esposible, la bujía incandescente se apaga, y la auto-ignición causada por calentamiento a la compresiónocurre. Debido a su área de superficie de la pared más grande, motores con combustión dividida cámara de

Página 273Sec.7-6Sumario259bros tienen un problema de pérdida de calor mayor que aquellos con cámaras abiertas individuales y songeneralmente más difícil de empezar.Debido a la gran cantidad de energía necesaria para girar y comenzar muy grande CImotores que son fríos, utilizando un motor eléctrico alimentado por una batería es a vecesno practico. En lugar de ello, un pequeño motor de combustión interna se puede utilizar como punto de partidamotor para el motor más grande. Este motor de caballo, por lo general tienen dos o cuatro cilindros,se inició primero y luego se usa para activar el motor grande mediante la participación a lavolante de inercia del motor grande. El motor de caballo se desacopla entonces cuando el granse pone en marcha el motor.Para ayudar en el arranque en frío, muchos motores de encendido medianas están construidas con un mayorrelación de compresión que de otro modo sería necesario. Algunos también se les da una mayorvolante para este propósito. Precalentar el aceite lubricante eléctricamente se realiza en algunosmotores para ayudar al proceso de arranque. Algunos sistemas incluso distribuir el aceite a lo largo

el motor antes de iniciar por medio de una bomba de aceite eléctrica. Este aceite no solo lubricaciónCates las piezas del motor y hace comenzar más fácil, sino que también reduce el alto motorel desgaste que se produce en este momento. Inyección tardía y una mezcla más rica de aire y combustible también sonutilizado para ayudar partida.No es una práctica poco común para dejar grandes motores de encendido que se ejecutan de forma continuadurante el tiempo frío para evitar el problema de reiniciar ellos. Motores de camiones sonoften1eft funcionando al camión de la carretera se detiene en los climas del norte durante el invierno. Este esindeseable en que los desechos de TI de combustible y añade la contaminación del aire al medio ambiente.Otro de los problemas de clima frío encontrado con motores de encendido en frío en camionesy los automóviles está bombeando el combustible desde el tanque de combustible al motor. A menudo, el combustibletanque se encuentra a cierta distancia del motor, y las líneas de suministro de combustible ejecutar fuerael compartimento motor caliente. La alta viscosidad del aceite combustible frío hace que sea muy di-cil para bombearla a través de los largos, a menudo de pequeño diámetro, las líneas de combustible. Algunos combustibles dieselserá incluso gel en el tanque de combustible en un clima frío. Muchos vehículos superar este problemacon un calentador de depósito de combustible eléctrica y / o mediante la recirculación del combustible a través de la tibiaCompartimiento del motor. Por más que el doble del combustible necesario es bombeado al motorcompartimento. El exceso de combustible, después de haber sido calentado en el compartimiento del motor, esrecirculado de vuelta al depósito de combustible, donde se mezcla con y calienta el resto del combustible.A menudo es necesario cambiar a un aceite más alto grado de combustible para el funcionamiento de un inviernoautomóvil. El combustible más costoso de alto grado tiene menor viscosidad y es más fácilbombeado. También funciona mejor a través de los inyectores de combustible.07.06 Resumen

La combustión en un motor SI consiste en el encendido y el desarrollo de la llama, llama Propie-agation, y la terminación de la llama. La combustión se inicia con una bujía queenciende la mezcla de aire-combustible en la proximidad inmediata de los electrodos de la bujía.Esencialmente no hay aumento de la presión o el trabajo hecho al principio, y 10.5% de la de aire-combustiblemezcla se consume antes de que el proceso de combustión está completamente desarrollado. Cuando elllama está completamente desarrollado se propaga muy rápidamente a través de la cámara de combustión,

Página 274260CombustiónCap.7acelerado y extendido por la turbulencia y de masas movimientos dentro del cilindro. Estaeleva la temperatura y la presión en el cilindro, y el pistón es forzado hacia abajo enla carrera de trabajo. En el momento en el frente de la llama alcanza las esquinas de la combustióncámara, sólo un pequeño porcentaje de la mezcla de aire-combustible se mantiene, y la llama es termi-nado por transferencia de calor y la fricción viscosa con la pared.La combustión en motores con cámaras de combustión dividido está a dos pasosproceso: encendido bastante normal y el desarrollo de llama en la cámara secundaria,y propagación principal tfame en la cámara primaria encendida por un chorro de llama a travésel orificio de separación. A menudo, la relación aire-combustible es rica en combustible en la cámara secundariay apoyarse en la cámara principal primaria.La combustión en un motor de CI comienza con la inyección de combustible al final de la compresiónaccidente cerebrovascular. El líquido gotas de combustible atomizan, se evapora, se mezcla con el aire, y luego, después de unaignición tiempo de retardo, la auto-encender simultáneamente en muchos sitios. La llama entonces con-sumes todo el combustible que se encuentra en un estado de combustible, y lo sigue haciendo esto como la inyección

continúa. La combustión termina cuando las últimas gotas de combustible se hacen reaccionar después de evapo-perorando y la mezcla con el aire para formar una mezcla combustible.PROBLEMAS"'-'0.1.Un motor SI funciona a 1200 RPM tiene un 1O.2-cmbore con el desplazamiento de la bujía6 mm del centro. La bujía se dispara a 20 ° BTDC. Se tarda 6,5 ° de rotación del motorpara la combustión para desarrollar y entrar en el modo de propagación de la llama, donde el promediovelocidad de la llama es 15.8 mIsec.El resultado:(a) El tiempo de un proceso de combustión (es decir, el tiempo de frente de llama para llegar a lapared del cilindro más alejado). [ver](b) la posición de ángulo del cigüeñal en el extremo de la combustión.'-2. Se desea que la terminación de la llama esté en la posición del ángulo del cigüeñal mismo cuando la velocidaddel motor en el problema 7-1 se incrementa a 2.000 RPM. En este rango, desarrollo de llamación toma la misma cantidad de tiempo real y velocidad de la llama está relacionada con la velocidad del motor comoVIex0,92 N.El resultado:(a) la velocidad de la llama a 2000 RPM. [m / seg](b) la posición de ángulo del cigüeñal cuando la bujía debe ser despedido.(c) Crank posición de ángulo cuando se inicia propagación de la llama.'-3. Un motor de encendido con un diámetro de 3,2 pulgadas y el accidente cerebrovascular 3,9 pulgadas funciona a 1850 RPM. En cadaciclo, de inyección de combustible comienza a 16 ° BTDC y tiene una duración de 0,0019 segundos. La combustión se inicia en8 ° BTDC. Debido a la temperatura más alta, el retardo de la ignición de cualquier combustible inyectado después dese inicia la combustión se reduce por un factor de dos de la ID originales.El resultado:(a) Identificación offirst combustible inyectado. [ver]

(b) Identificación de la primera inyección de combustible en grados de rotación del motor.(c) la posición de ángulo del cigüeñal cuando la combustión se inicia en últimas gotas de combustibleinyectada.'-4. Un motor de la IS de 3.2 litros ha de ser diseñado con cámaras de combustión de cuenco en pistones comose muestra en la Fig. 6-4 (b). Con una bujía central y la combustión en el PMS, esto da unadistancia de recorrido de la llama de B / 4. El motor es para operar con una velocidad media del pistón de

Página 275Cap.7DesignProblems2618 mlsec y un ángulo de quemadura de 250de rotación del cigüeñal del motor. Trazo y perforación estarán relacionadospor S=0.95B.El resultado:(la)Velocidad de la llama Normal si el diseño es para un motor de cuatro cilindros en línea.[mlsec](b)Velocidad de la llama Normal si el diseño es para un motor V8. [m / seg]'-5. Un gran motor de encendido que funciona a 310 RPM tiene cámaras de combustión abierta y directainyección, con orificios de 26 cm, un golpe de 73 cm, y una relación de compresión de 16,5: 1.Fuel inyecciónción en cada cilindro comienza a las 210BTDC y tiene una duración de 0,019 segundos. ID es 0,0065 segundo.El resultado:(la)ID en grados de rotación del motor.(b)

Posición de ángulo del cigüeñal cuando se inicia la combustión.(c)Crank posición de ángulo cuando la inyección se detiene.'-6. Algunos motores de Ford Thunderbird V8 tienen dos bujías por cilindro. Si tododemás se mantiene igual, lista de tres ventajas y tres desventajas esto da parael funcionamiento del motor moderno y de diseño., - ,. Las cámaras de combustión divididas de un dos litros, cuatro cilindros, con mezcla pobre, estratificadamotor SI cargo tiene el 22% del volumen de espacio libre en la cámara secundaria de cadacilindro. El sistema de admisión ofrece una mezcla de aire-gasolina en el secundariocámara a una relación de equivalencia de 1,2, y en la cámara principal en una equivalenciaproporción de 0,75.El resultado:(la)Relación general de aire-combustible.(b)En general la relación de equivalencia.'-8. El motor en el problema 7-7 tiene una eficiencia volumétrica del 92%, una combustión generaleficiencia de 99%, una eficiencia térmica indicada de 52% y una eficiencia mecánicade 86% cuando se opera a 3500 RPM.El resultado:(la)De potencia de freno en esta condición. [kW](b)BMEP. [kPa](c)Cantidad de combustible sin quemar agotado desde el motor. [Kglhr](d)BSFC. [gmlkW-hr]'-9. Un motor de la IS de dos litros, cuatro cilindros, cámara abierta funciona a 3500 RPM usando stoi-gasolina chiometric. En este rendimiento volumétrico de velocidad es 93%, la eficiencia de combustiónes 98%, la eficiencia térmica indicada es del 47%, y la eficiencia mecánica es 86%.

El resultado:(la)De potencia de freno. [kW](b)BMEP. [kPa](c)Cantidad de combustible sin quemar agotado del motor. [kg / h](d)BSFC. [gmlkW-hr](e)Comparar estos resultados con los del problema 7-8.DISEÑOPROBLEMAS'-10. Se desea construir un motor con una altura baja para un coche deportivo de alta velocidad con una muybajo perfil. Diseñar el colector de admisión y la cámara de combustión para una de rápido modernaquemar motor de válvulas en bloque. El motor debe tener alta turbulencia, remolino, aplastar, ycaída, con una distancia de recorrido de la llama corta.'-20. Diseño de un sistema de suministro de combustible para un motor de automóvil y combustible flexible. El motor debeser capaz de utilizar cualquier combinación mezcla de gasolina, etanol y / o metanol. Dime cómovariables del motor cambiarán para diversas combinaciones de combustible (por ejemplo, el tiempo de encendido, combustibleinyección, etc.). Estado todos los supuestos que realice.

Página 276Después de la combustión se completa y los gases de alta presión resultantes se han utilizadopara transferir el trabajo al cigüeñal durante la carrera de expansión, estos gases deben serretirado del cilindro para hacer espacio para la carga de aire-combustible del siguiente ciclo.El proceso de escape que hace esto se produce en dos etapas, seguido de purga de escapepor la carrera de escape. El flujo resultante fuera el tubo de escape es un estado estable nopulsante flujo que a menudo se modela como estacionario pseudo-Estado.8-1 PURGA

Purga de escape se produce cuando la válvula de escape empieza a abrirse hacia el final dela carrera de trabajo, alrededor de 60 ° a 40 ° BBDC. En este momento, la presión en elcilindro se encuentra todavía en alrededor de 4-5 atmósferas y la temperatura es más de 1000 K.La presión en el sistema de escape es aproximadamente una atmósfera, y cuando la válvula estáabrió el diferencial de presión resultante provoca un rápido flujo de gases de escape deel cilindro, a través de la válvula, en el sistema de escape (es decir,purga de escape).Flujo en un primer momento se atragantó y la velocidad de salida será sónica. Esto ocurrecuando la relación de presiones a través de un orificio es mayor que o igual a:(PI! P2)=[(k+1) / 2] k / (kl)(8-1)262

Página 277Aunque los gases no son verdaderamente ideal y el proceso de purga no es isen-trópico, debido a las pérdidas de calor, la irreversibilidad y flujo estrangulado, Ec. (8-3) da una bastantebuena aproximación a la temperatura del gas que entra en el sistema de escape.Además, la primera gas que sale del cilindro tendrá una velocidad alta y unacorrespondientemente alta energía cinética. Esta alta energía cinética será rápidamente disidenciaciparon en el sistema de escape, y la energía cinética se cambiará a adicionalentalpía, elevando la temperatura por encima deTexde la ecuación. (8-3). A medida que la presión en elcilindro disminuye durante el proceso de purga, el abandono de gas tendrá progresiónvamente menor velocidad y energía cinética. La primera gas que sale del cilindro por lo tanto setiene la temperatura más alta en el sistema de escape, con cualquier siguiendo gas que tiene una

temperatura más baja. Los últimos elementos de escape que salga de la botella durante el sopladoabajo tendrá muy poca velocidad y energía cinética y estará a una temperaturaaproximadamente igual aTexen la ecuación. (8-3). Si un turbocompresor está situado cerca del motor cercalas válvulas de escape, la energía cinética adquirida en purga pueden ser utilizados en elde la turbina del turbocompresor. La transferencia de calor también contribuye a la pseudo definitivatemperatura de estado estable que se encuentra en el sistema de escape.En un ciclo de ciclo o Diesel Otto aire estándar ideales, la válvula de escape se abre enBDC y purga se produce instantáneamente a volumen constante (proceso 4-5 en la Fig.8-1). Esto no sucede en un motor real, donde purga tiene una longitud finita dehora. Así que la presión en el cilindro ha sido completamente reducido en BDC cuando elcarrera de escape comienza, la válvula de escape empieza a abrir algún lugar alrededor de 60 ° a 40 °BBDC. Cuando esto sucede, la presión se reduce rápidamente, y lo que tendría

Página 278sido un trabajo útil adicional se pierde durante la última parte de la carrera de expansión.Debido al tiempo finito necesario, la válvula de escape no es totalmente abierta hasta BDC oligeramente antes. El momento cuando se abre la válvula de escape (en la mayoría de los motores usandoun árbol de levas) es crítica. Si la válvula se abre demasiado pronto, más de trabajo necesario está perdidoen las últimas etapas de la carrera de potencia. Si se abre tarde, todavía hay exceso de presiónen el cilindro en BDC. Esta presión resiste el movimiento del pistón temprano en lacarrera de escape y aumenta el trabajo de bombeo negativa del ciclo del motor.El momento ideal para abrir la válvula de escape depende de la velocidad del motor. Lo finitotiempo real de la purga es bastante constante, sobre todo por el flujo estrangulado condición

la que se produce en el inicio (es decir, la velocidad sónica es el mismo independientemente del motorvelocidad). El lóbulo del árbol de levas puede ser diseñado para abrir la válvula en uno dadoángulo del cigüeñal, que puede ser elegido para ser óptima a una velocidad del motor. Una vez que estovelocidad de compromiso se ha decidido en el diseño y la producción del árbol de levas,todos los demás regímenes del motor tendrán menos-que-óptima sincronización para la apertura de laválvula de escape. A velocidades más altas que la válvula se abre hasta tarde, y a velocidades más bajasla válvula se abre temprano. Ciertamente, existe una necesidad de sincronización variable de válvulas.La válvula de escape debe ser tan grande como sea posible, teniendo en cuenta todas las otras demandasen el diseño de la cámara de combustión. Una válvula más grande da un área de flujo mayor yreduce el tiempo de purga. Esto permite una apertura de la válvula de escape más tarde y unacarrera de expansión más largo con menos trabajo perdido. Muchos motores modernos tienen dos de escape

Página 279Sec.8-2Carrera de escape265válvulas por cilindro, con el área de flujo de las dos válvulas más pequeñas es mayor que elárea de una válvula de mayor flujo. Esto le da mayor flexibilidad de diseño (y complejidad) paraajuste de las válvulas de escape en el espacio de la cámara de combustión existente.Algunos motores de velocidad constante industriales y otros pueden ser diseñados con válvula dea contar el tiempo optimizado para esa velocidad. Motores de vehículos pueden ser diseñados para más utilizadocondición (por ejemplo, velocidad de crucero para camiones y aviones, línea roja de velocidad máxima paraun auto de carreras). Motores de baja velocidad pueden tener apertura de la válvula de escape muy tarde.

CARRERA 8.2 ESCAPEDespués de la purga de escape, el pistón pasa BDC y comienza hacia TDC en elcarrera de escape. La válvula de escape permanece abierta. Presión en el cilindro resistiendoel pistón en este movimiento es ligeramente superior a la presión atmosférica de los gases de escapesistema. La diferencia entre la presión del cilindro y la presión de escape es la pequeñadiferencia de presión causada por el flujo a través de las válvulas de escape como el pistónempuja los gases fuera del cilindro. La válvula de escape es la mayor restricción de flujoción en todo el sistema de escape y es la ubicación de la única presión apreciablecaer durante la carrera de escape.La carrera de escape mejor se puede aproximar mediante un proceso de presión constante,con propiedades MS permanece constante a las condiciones del punto 7 de la figura. 8-1.Presión permanece casi constante, ligeramente superior a la atmosférica, con la temperatura ydensidad constante en valores coherentes con la Eq. (8-3).Idealmente, al final de la carrera de escape cuando el pistón alcanza el TDC, todo ellos gases de escape se han eliminado desde el cilindro y se cierra la válvula de escape.Una razón esto no sucede es el tiempo finito que se necesita para cerrar la válvula de escape.El lóbulo del árbol de levas está diseñado para dar un cierre suave de la válvula y paramantener el desgaste en un mínimo. Un costo de hacer esto es un poco más de tiempo requerido paracerrar la válvula. Para que la válvula totalmente cerrada en el PMS requiere el proceso de cierrepara empezar, al menos, 20 ° BTDC. Esto es inaceptable porque la válvula sería parcialmentecerrado durante el último segmento de la carrera de escape. Clausura sólo puede comenzar en o muycerca de TDC, lo que significa que el cierre total no se produce hasta 8 ° -50 ° ATDC.Cuando la válvula de escape se cierra finalmente, todavía hay un residual de gases de escape

gases atrapados en el volumen de holgura del cilindro. Cuanto mayor sea la compresiónrelación del motor, existe el volumen de menos espacio libre para atrapar este residual de escape.El problema de la válvula se complica por el hecho de que la válvula de admisión debe sertotalmente abierto en el PMS cuando se inicia la carrera de admisión. Debido al tiempo finitorequerido para abrir esta válvula, se debe empezar a abrir 10 ° -25 ° BTDC. Hay, por lo tanto,un período de 15 ° _50 ° de rotación del motor cuando las dos válvulas de admisión y escape están abiertas.Esto se denomina solapamiento de la válvula.Durante la superposición de válvulas no puede haber algo de flujo inverso de gas de escape de nuevo enel sistema de admisión. Cuando se inicia el proceso de admisión, este escape se dibuja de nuevo enel cilindro junto con la carga de aire-combustible. Esto resulta en un residual de escape más grandedurante el resto del ciclo. Este reflujo de los gases de escape es un problema mayor en

Página 280266Flujo de escapeCap.8bajas revoluciones, siendo peor en condiciones de ralentí. A lo más bajo del motor acelera elmariposa de admisión es al menos parcialmente cerrada, la creación de baja presión en el colector de admisióndoblar. Esto crea un mayor diferencial de presión, obligando a los gases de escape de nuevo en elcolector de admisión. La presión del cilindro es aproximadamente una atmósfera, mientras que la presión de admisiónpuede ser muy baja. Además, el tiempo real de solapamiento de la válvula es mayor a baja motorvelocidad, lo que permite más flujo de retorno. Algunos motores están diseñados para utilizar este pequeño Back-flujo de gas de escape caliente para ayudar a vaporizar el combustible que ha sido inyectado directamentedetrás de la cara de la válvula de admisión.

Algunos motores tienen una válvula de láminas de un solo sentido en el puerto de escape para mantener escapegas fluya de vuelta desde el colector de escape en el sistema de cilindro y la ingestadurante la superposición de válvulas.Los motores equipados con turbocompresores o compresores menudo tendrán ingestapresiones por encima de una atmósfera y no están sujetos a agotar el reflujo.Otro resultado negativo de la superposición de válvulas es que alguna mezcla de admisión de aire y combustiblepuede causar un cortocircuito a través del cilindro cuando ambas válvulas están abiertas, con un poco de combustibleterminar como la contaminación en el sistema de escape.La distribución variable, que está comenzando a ser utilizado en algunos automóvilesmotores, disminuye los problemas de superposición de válvulas. A bajas velocidades del motor los gases de escapeválvula se puede cerrar antes y la válvula de admisión se puede abrir más tarde, lo que resulta en menossolapamiento.Si la válvula de escape se cierra demasiado pronto, un exceso de gases de escape está atrapado enel cilindro. Además, la presión del cilindro subiría cerca del final de la carrera de escape,causando la pérdida sf trabajo neto del ciclo del motor. Si la válvula de escape se cierra tarde,hay un exceso de solapamiento, con más reflujo de gases de escape en la admisión.Figura 8-2 muestra el flujo de gases a través de la válvula de escape del cilindroder. Cuando primero se abre la válvula, la purga se produce con una velocidad de flujo muy alta debidoal diferencial de presión grande. Flujo estrangulado ocurrirá (velocidad del sonido) en un primer momento, límitesiting el caudal máximo. En el momento en que el pistón alcanza BDC, purga escompletar, y fluir fuera de la válvula de escape ahora está controlada por el pistón durantela carrera de escape. El pistón alcanza la máxima velocidad a mitad de camino a través de lacarrera de escape, y esto se refleja en la tasa de flujo de escape. Hacia el final dela carrera de escape, cerca del TDC, la válvula de admisión se abre y la superposición de válvulas es experiencia

mentado. Dependiendo de las condiciones de funcionamiento del motor, un flujo inverso momentánea dede nuevo los gases de escape en el cilindro puede ocurrir en este punto.Ejemplo PROBLEMA 8.1Un compressionratio 6,4-literV8enginewitha of9: 1operates en el ciclo de aire estándary tiene el procedimiento de agotamiento como se muestra en la Fig. Temperatura del ciclo 8-1.Maximum ypresión son 2550K y 11,000kPa cuando se opera a 3600rpm. La válvula de escapeeffectivelyopens a 52 ° BBDC.El resultado:1.tiempo de exhaustblowdown2. por ciento de cylinderduringblowdown exitsthe exhaustgasthat3. exitvelocityat el inicio de la purga, assumingchoked flowoccurs

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Página 2828-3 VÁLVULAS DE ESCAPELas válvulas de escape se hacen más pequeñas que las válvulas de admisión, aunque la misma cantidad demasa debe fluir a través de cada uno. El diferencial de presión a través de las válvulas de admisión de unanaturalmente aspirado motor es inferior a una atmósfera, mientras que el diferencial de presiónTIAL a través de las válvulas de escape durante la purga puede ser tan alto como tres o cuatroatmósferas.EnAdemás, si se está produciendo y de flujo cuando ahogada, velocidad sónicaa través de la válvula de escape es mayor que la velocidad sónica a través de la válvula de admisión. Estapuede verse in'Eq. (8-2), siendo el gas de escape mucho más caliente que la ingestamezcla de aire-combustible. Utilizando la Ec. (5-4) para válvulas de tamaño, tenemos para el consumo:Ai=(constante) B2 (Arriba) máx / Ci(8-4)

donde: Ai=área de la válvula de entrada (s)(Arriba) máx=velocidad media del pistón a la velocidad máxima del motor

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Página 284270Flujo de escapeCap. 8los gases de escape en el cilindro cuando se abre la válvula de escape. La diferencia esdebido a la refrigeración de expansión. Todas las temperaturas se verán afectados por la equivalenciarelación de la mezcla de combustión inicial.La temperatura media en el sistema de escape de un motor de encendido típico será2000-5000C. Esto es más bajo que el motor de escape SI debido a la expansión más grandeenfriamiento que se produce debido a las mayores relaciones de compresión de los motores de encendido. Si eltemperatura máxima en un motor de CI es aproximadamente la misma que en un motor SI, la temperaturatura cuando la válvula de escape se abre puede ser de varios cientos de grados menos. Losrelación total equivalencia magra de un motor de encendido también reduce todas las temperaturas del ciclo dede combustión en.Temperatura de escape de un motor subirá con una mayor velocidad del motor o de la carga,con retraso chispa, y / o con un aumento de la relación de equivalencia. Las cosas que sonafectada por la temperatura de escape incluyen turbocompresores, convertidores catalíticos, yfiltros de partículas.PROBLEMA EJEMPLO 8.2Cuando se abre la válvula de escape y purga se produce, los primeros elementos de flujo tienen

alta velocidad sónica y de alta energía cinética. La alta velocidad se disipa rápidamente en elcolector de escape, donde la velocidad del flujo es relativamente baja. La energía cinética del gas esconvertido a entalpía adicional con un aumento de la temperatura. Calcular la teo-temperatura máxima teóri- en el flujo de escape del Ejemplo Problema 8.1.Agplying conservación de la energía:AKE=V2/ 2gc=Ah=CPATUsando los valores del Ejemplo Problema 1.8:A=V2 / 2gccp=(694 m / seg) 2 / [2 (1 kg-m / N-s2) (1.108 kJ / kg-K)]=217 °Tmáx=Tex+A=756+217=973 K=

700 ° CTemperatura máxima real sería menos de esto debido a las pérdidas de calor y otros irre-versibilities. Sólo un porcentaje muy pequeño del flujo de escape tendría máximoenergía cinética y alcanzar la temperatura máxima. La temperatura promediada en el tiempo delos gases de escape sería más coherente con T7 en la Fig. 8-1 y el Ejemplo Problema 8-l.COLECTOR DE ESCAPE 5.8Después de salir de los cilindros mediante el paso de las válvulas de escape, pasan los gases de escapea través del colector de escape, un sistema de tuberías que dirige el flujo en una o mástubos de escape. Colectores de escape son generalmente hechas de hierro fundido y son a vecesdiseñado para tener contacto térmico estrecho con el colector de admisión. Esta es proporcionarcalentamiento y vaporización en el colector de admisión.Las reacciones químicas se siguen produciendo en el flujo de escape, ya que entra en elcolector de escape, con monóxido de carbono y componentes del combustible reaccionar con unre-oxígeno actuado. Estas reacciones se reducen considerablemente debido a las pérdidas de calor y latemperatura más baja después de la purga. Algunos motores modernos han aislado de escape

Página 285Sec.8-5Colector de escape271colectores que están diseñados para operar mucho más caliente y actúan como unconversor térmicopara reducir las emisiones no deseadas en el gas de escape. Algunas de ellas están equipadas concontrolado electrónicamente de admisión de aire para proporcionar oxígeno adicional para la reacción. Este esdiscutido en el próximo capítulo.Inteligentes motores modernos tienen una serie de sensores en el colector de escape a

dar entrada a los controles del motor. Estos pueden ser alguna combinación de térmica, química,eléctrica y / o mecánica en la naturaleza y el suministro de información sobre los niveles de O2,HC, NOx, CO, CO2,partículas, la temperatura y golpean. Esta información es luegoutilizado por el sistema de gestión del motor (EMS) para ajustar los parámetros del motor, tales comoAF, sincronización de la inyección, el tiempo de encendido, y la tasa de EGR.Desde el colector de escape, los gases fluyen a través de un tubo de escape a lasistema de control de emisiones del motor, que puede consistir en térmica y / o catalíticaconvertidores. Un argumento dice que estos deben ser lo más cerca del motor como el espacio lo permitepara reducir al mínimo las pérdidas de calor. Por otro lado, esto crea problemas a altas temperaturasen el compartimiento del motor. Estos convertidores de promover la reducción de emisiones en elgases de escape por reacción química adicional. Se discuten en la siguientecapítulo.Afinación del colector de escape-....Al igual que con colectores de admisión, las longitudes corredor del colector de escape se pueden sintonizar adar una asistencia al flujo de gas. Debido a que el flujo es un flujo pulsado, las ondas de presión se fijanen los corredores múltiples. Cuando una onda llega al final de un pasaje o una restricción,una onda reflejada se genera que viaja en la dirección opuesta. Cuando elonda reflejada está en fase con la onda primaria, los pulsos refuerzan y hay unaligero aumento de la presión total. En aquellos puntos donde las olas están fuera de fase,se anulan entre sí y hay una ligera disminución de la presión total. Un escapecorredor colector se sintonizará cuando la onda reflejada está fuera de fase con la primariaagitar a la salida de la válvula de escape. Esto provoca una ligera disminución de la presión en esepunto, el aumento de la presión diferencial a través de la válvula y dando un pequeño aumento

en el flujo. La longitud de onda de pulso de presión está determinada por la frecuencia, por lo que un corredorlongitud puede ser diseñado para dar un escape sintonizado en un solo régimen del motor. EscapePor lo tanto, los colectores se pueden sintonizar con eficacia en los motores que se ejecutan en un motorvelocidad. Necesitan toda posible Coches de carreras que a menudo corren a una velocidad máxima aceleración constante y quepotencia puede utilizar con gran éxito de sintonía de escape. Camiones y aviones pueden haber sintonizadosistemas de escape para crucero condiciones. Es muy difícil tener un escape sintonizadosistema en un motor de automóvil estándar que opera sobre un rango de velocidad grande.A menudo, las limitaciones de espacio en el compartimiento del motor son el factor dominante quedicta el diseño del colector de escape, y el ajuste eficaz no es posible.Por otra parte, en un número de motores del estado de la técnica, la sintonización de escape esconsiderado en el diseño del motor. En algunos motores de alto rendimiento de ajuste variable dese utiliza, con el largo de los tallos ajustado dinámicamente a medida que cambia la velocidad del motor. Otrosmotores utilizan corredores duales de diferentes longitudes, cambiando automáticamente el tubo de escapefluir hacia el corredor que está mejor ajustado para esa velocidad.

Página 2868-6 TURBOCOMPRESORESEn los motores con turbocompresor de gases de escape dejando el colector de escape entre en el tur-bine del turbocompresor, que acciona el compresor que comprime el entranteaire. Presión del gas de escape entra en la turbina es sólo ligeramente superior aatmosférica, y sólo una muy pequeña caída de presión es posible a través de la turbina. EnAdemás, este flujo pulsante de estado no estacionario varía ampliamente en energía cinética yentalpía debido a las diferencias de velocidad y de temperatura que se producen durante el sopladohacia abajo y la siguiente carrera de escape. Se supone un flujo constante pseudo-Estado, con

-Wt=ni (hin - haut)=NICP (Tin - Tout)(8-9)donde: Wt=potencia de la turbina promediada en el tiemponi =caudal másico de escape promediada en el tiempoh=entalpía específicacp=calor especificoT=temperaturaDebido a la caída de presión limitada a través de la turbina, es necesario que separa funcionar a velocidades arriba de 100.000 RPM para generar suficiente energía para impulsar elcompresor. Estas altas velocidades, junto con los gases corrosivos a altas temperaturasdentro de la cual la turbina opera, cree importante el diseño mecánico y lubricacióndesafíos.Los turbocompresores deben montarse lo más cerca posible a la de escape del cilindropuertos para que la presión de entrada de la turbina, la temperatura, y la energía cinética puede ser tan altocomo sea posible.Un problema asociado con la turboalimentación es el tiempo de respuesta lento experienciamentado cuando el acelerador se abre rápidamente. Se necesitan varios ciclos del motor antes de la

aumento del flujo de escape puede acceleate el rotor de la turbina y dar a la presión deseadaimpulsar a la mezcla de entrada de aire-combustible. Para minimizar esteretraso del turbo,cerámica ligerarotores con pequeños momentos de inercia de rotación se utilizan que puede acelerarsemás rápida. La cerámica es un material ideal también debido a las altas temperaturas.

Página 287Sec.8-8Tubo de escape y el silenciador273Muchos turbocompresores tienen una derivación que permite que el gas de escape que se encaminaalrededor de la turbina. Esto es para mantener el flujo de la ingesta de ser sobrecomprimidos cuandocondiciones de funcionamiento del motor son menos exigentes. La cantidad de gas que pasa a través dela turbina se controla de acuerdo a las necesidades del motor.Algunas turbinas de escape experimentales se han utilizado para conducir pequeña de alta velocidadgeneradores en lugar de compresores de admisión. La salida de energía eléctrica a partir de estossistemas pueden ser utilizados de diversas maneras, tales como el accionamiento del ventilador de refrigeración del motor.7.8 ESCAPE DE GAS RECICLA-EGRMotores de automóviles modernos utilizan recirculación de gas de escape (EGR) para reducir el nitrógenolas emisiones de óxido. Algunos de gas se dirige desde el sistema de escape de nuevo en la ingestasistema. Esto diluye la mezcla de gas de admisión con noncombustibles, que luego bajala temperatura máxima de combustión y por consiguiente reduce la generación deoxido de nitrógeno. La cantidad de EGR puede ser tan alta como 15-20% de la masa totaly está regulado de acuerdo con las condiciones de funcionamiento del motor. Bajo algunas condiciones,partida such-.as o WOT, se utiliza sin EGR. Además de reducir al máximo

temperatura de combustión, EGR aumenta la temperatura de la mezcla de admisión y afectala evaporación del combustible.8-8Tubo de escape y SILENCIADORDespués de salir del convertidor catalítico, los gases de escape fluyen a través de unatubo de escapeque los conductosel flujo lejos del habitáculo del vehículo y ventila a laalrededores. Esto es por lo general bajo y la parte de atrás (o lateral) de un automóvil ya menudo hacia arriba detrás de la cabina de los camiones grandes.En algún lugar de la sección del tubo de escape por lo general hay una cámara de flujo más grande llamadoelmumer.Esta es una cámara de sonido diseñado para reducir el ruido de funcionamiento de ladel motor, la mayor parte de los cuales se lleva a cabo con el flujo de escape. Mofles utilizar dos generalesmétodos de reducción de sonido. Un método absorbe la energía de pulsos de sonido porfluir a través de un medio poroso. Otros silenciadores reducen el sonido por la cancelación deolas. En lugar de amortiguación totalmente todo el ruido del motor, algunos silenciadores están diseñados paradarle un sonido deportivo más fuerte.Algunos automóviles con motores refrigerados por aire, como el bicho de VW, usan calientegas de escape para calentar el habitáculo en tiempo frío. Los gases de escapeflujo es conducido a través de un lado de un intercambiador de calor, mientras que compartimiento de pasajerosse hace circular aire a través del otro lado. Esto funciona bien cuando todo el equipo está enbuen estado. Sin embargo, como los automóviles edad, muchos componentes sufren de oxidaciónción, la roya, y escapes. Cualquier fuga en el gas de escape que permite intercambiador de calor enel aire de pasajeros que circulan sería muy peligroso.

Página 288274Flujo de escapeCap.88-9 de dos tiempos de cicloEl proceso de escape de un motor de ciclo de dos tiempos se diferencia de la de una de cuatro tiemposmotor de ciclo en que no hay carrera de escape. La purga es el mismo, ocurriendocuando la válvula de escape se abre o cuando la ranura de escape se descubre cerca del final dela carrera de trabajo. Esto es seguido inmediatamente con un proceso de admisión de com-aire comprimido o de la mezcla aire-combustible. A medida que el aire entra en el cilindro a una presión por lo generalentre 1,2 y 1,8 atmósferas, empuja los gases de escape de presión inferior restantegas fuera de la lumbrera de escape aún abierta en un proceso de eliminación. Hay una cierta mezcla dede admisión y escape, con un poco de permanencia residual de escape en el cilindro y algunosgas de admisión que pasa en el sistema de escape. Para aquellos motores que utilizan inyección de combustibleres (motores de encendido y motores SI modernos más grandes) y sólo tienen aire en la ingestasistema, este gas de admisión que se mete en el sistema de escape durante el cruce de válvulas haceno contribuir a los problemas de emisiones. Sin embargo, sí reduce volumétrica del motoreficiencia y / o la eficiencia de captura. Para los motores que la ingesta de una mezclas de aire-combustibletura cualquier gas de admisión que se mete en el sistema de escape se suma a la contaminación por hidrocarburosy reduce el consumo de combustible. Algunos motores de ciclo de dos tiempos tienen un solo sentido de cañaválvula en el orificio de escape para detener los gases fluyan hacia atrás el cilindro de lasistema de escape.-...8-'0 RESUMEN Y CONCLUSIONESEl proceso de escape de un motor de ciclo de cuatro tiempos IC es un proceso de dos pasos: soplado

carrera descendente y el escape. Purga ocurre cuando la válvula de escape se abre a finales dela carrera de expansión y la alta presión restante en el cilindro obliga allos gases de escape a través de la válvula abierta en el colector de escape. Debido a lagran diferencial de presión a través de la válvula, la velocidad sónica y se produce el flujo esahogado. A medida que el escape de gas de purga experiencias, la temperatura disminuye debidoa la expansión de refrigeración. La alta energía cinética del gas durante la purga es disidenciacipó rápidamente en el colector de escape, y hay un aumento momentáneo en eltemperatura de nuevo desde el consiguiente aumento de la entalpía específica. Los gases de escapeválvula debe abrir muy pronto para que la purga se completa cuando los alcances de pistónBDC. En este punto, el cilindro está todavía llena con gas de escape a aproximadamente la atmosféricapresión, y la mayoría de esto está expulsado durante la carrera de escape.De dos tiempos de purga motores de ciclo experiencia de escape, pero no tienen escapeaccidente cerebrovascular. La mayor parte del gas que llena el cilindro después de purga es expulsado por un scav-proceso enging cuando el aire de entrada entra a presión elevada.Para reducir la generación de óxidos de nitrógeno, tienen muchos motores de gas de escapereciclaje, con algunos de los conductos de flujo de escape de nuevo en el sistema de admisión. Aquellosmotores equipados con turbocompresores utilizan el flujo de escape para accionar la turbina,que a su vez impulsa el compresor de entrada.

Página 289Cap. 8Problemas275PROBLEMAS8-1. Un motor SI seis cilindros, con una relación de compresión de rc = 8.5, funciona en un estándar de aireCiclo Otto en WOT. Temperatura del cilindro y la presión cuando se abre la válvula de escape

son 1.000 K y 520 kPa. La presión de escape es de 100 kPa y la temperatura del aire en la entradacolector es de 35 ° C.El resultado:(a) la temperatura de escape durante la carrera de escape. [0C](b) residual de escape. [%](c) la temperatura del cilindro al comienzo de la compresión. [0C](d) la temperatura máxima de ciclo. [0C](e) temperatura del cilindro cuando se abre la válvula de admisión. [0C]8-2. Un motor de SI de cuatro cilindros, con una relación de compresión de rc = 9, opera en una-Stan- aireciclo Otto dard a medio gas. Las condiciones en los cilindros cuando la válvula de escapeAbre son 70 psia y 2760 ° C. La presión de escape es 14.6 psia y condiciones en la ingestacolector son 8,8 psia y 135 ° F.El resultado:(a) la temperatura de escape durante la carrera de escape. [DE](b) residual de escape. [%](c) la temperatura del cilindro y la presión en el inicio de la carrera de compresión.[DE, psia]8-3. Una de tres cilindros, el ciclo de motor de automóvil SI de dos tiempos, que opera a 3600 RPM, tienelas condiciones de funcionamiento del ciclo de pico de 2900 ° C y 9000 kPa. La temperatura del cilindro cuandoel escape se abre el puerto es 1275 ° C.El resultado:(a) la presión del cilindro cuando se abre la lumbrera de escape. [kPa](b) La velocidad máxima del flujo a través de la lumbrera de escape. [m / seg]8-4. Un motor de ciclo Otto SI tiene una relación de compresión de rc=8,5, y un ciclo de CI Dieselmotor tiene una relación de compresión de rc=20.5. Ambos ciclos del motor tienen una temperatura máximatura de 2400 K y una presión máxima de 9.800 kPa. El motor diesel tiene un punto de corteproporciónf3=

1.95. Calcular la temperatura del cilindro cuando la válvula de escape se abre encada motor. [0C]8-5. Dé dos razones por las válvulas de escape son más pequeñas que las válvulas de admisión.8-6. Un 1.8 litros, motor de tres cilindros SI produce potencia de frenado de 42 kW a 4.500 rpm, conuna relación de compresión rc=10.1: 1 y diámetro y carrera relacionada por S=0.85B.Máximala temperatura en el ciclo es 2.700 K y la presión máxima es 8200 kPa. Presión de escapeSeguro es de 98 kPa. La válvula de escape se abre efectivamente a56 °BBDC.El resultado:(a) Tiempo de purga de escape. [ver](b) por ciento de los gases de escape que sale del cilindro durante la purga. [%](c) Velocidad de salida al comienzo de la purga, suponiendo ahogada se produce flujo.[m / seg]7.8. Presión en el colector de escape del motor en el problema 8-6 es de 98 kPa. En el colector, laalta energía cinética del flujo de escape durante la purga se disipa rápidamente y con-verted a un aumento de la entalpía específica.El resultado:(a) la temperatura de escape-estado estable Pseudo en la carrera de escape. [0C](b) temperatura máxima teórica con experiencia en el flujo de escape. [0C]8-8. Un cuatro cilindros, 2.5 litros, motor SI ciclo de cuatro tiempos con una relación de compresión del rc=9.6opera a 3200 RPM. Temperatura del ciclo máximo es 2227 ° C, presión de ciclo máximo es 6800

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ExhaustFlowCap.8kPa, y la presión de escape es de 101 kPa. El motor funciona a medio gas, con aire de entradaa 60 ° C y 75 kPa. Un residual de escape permanece en los cilindros al final de lacarrera de escape. Además, se desvía 12% EGR a la temperatura de escape y la presiónde nuevo en el colector de admisión, donde se mezcla con el aire de entrada antes de la válvula de admisión.El resultado:(a) la temperatura de escape durante la carrera de escape.[0C]se añade (b) residual de escape antes de EGR. [%](c) la temperatura del cilindro al comienzo de la carrera de compresión.[0C](d) Relación de diseño teórico de diámetro de la válvula de escape de la válvula de admisiónde diámetro.8-9. Un motor V8 5,6 litros, con una relación de compresión deTc=9,4: 1, funciona con un aireciclo Otto estándar a 2.800 RPM, con una eficiencia volumétricaL1V=90% y unarelación aire-combustible estequiométrica usando gasolina. El flujo de gas de escape se somete a una tem-ature gota de 44 ° C a medida que pasa a través de la turbina del turbocompresor.El resultado:(a) Caudal másico de los gases de escape. [kg / ver](b) la energía disponible para accionar el compresor del turbocompresor. [kW]8-10. Un turbo, de tres cilindros, de cuatro tiempos, de 1.5 litros, inyecta puerto multipunto SImotor con gasolina estequiométrica funciona a 2.400 rpm con un rendimiento volumétricode 88%. El turbocompresor tiene un rendimiento isoentrópico de la turbina de 80% y un compresorrendimiento isoentrópico del 78%. Flujo de escape entra en la turbina a 770 K y 119 kPa, y

salidas en 98 kPa. El aire entra en el compresor a 27 ° C y 96 kPa, y sale a 120 kPa.El resultado:(a) Tasa de flujo de masa a través del compresor tubocharger. [kg / ver](b) Masa velocidad de flujo a través de la turbina del turbocompresor. [kg / ver]'-(c) la temperatura del aire de entrada en la salida del turbocompresor. [0C](d) la temperatura de escape en la salida del turbocompresor. [0C]DISEÑOPROBLEMAS8-LD. Diseñar un sistema de válvula de distribución variable que se utilizará en un motor SI de cuatro cilindros en línea.8-2D. Diseñar un generador de turbinasistema que puede ser accionado por el flujo de escape de un cuatromotor del tractor de granja cilindro SI. La salida del generador se puede utilizar para alimentar laventilador de refrigeración del motor y otros accesorios.8-3D. Válvulas de Diseño de escape para el motor en el problema 5.13. Decidir sobre el número de válvulas,diámetro de la válvula, elevación de la válvula, y sincronización de válvulas. Flujo de que las válvulas deben ser tales quepurga se produce antes de BDC a alta velocidad del motor. Abordar el problema de la adaptaciónválvulas en la cámara de combustión.

Página 291Este capítulo explora las emisiones indeseables generados en el proceso de combustiónde automóviles y otros motores de CI. Estas emisiones contaminan el medio ambiente ycontribuir al calentamiento global, la lluvia ácida, el smog, los olores y respiratorias y otros problemas de saludproblemas. Las principales causas de estas emisiones son de combustión no estequiométrica,disociación de nitrógeno, y las impurezas en el combustible y el aire. Las emisiones de preocupaciónson hidrocarburos (He), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), el azufre,y partículas de carbono sólido. Idealmente, motores y combustibles podrían desarrollarse de tal manera quemuy pocas emisiones nocivas se generan, y éstas podrían agotarse a la

entorno sin un gran impacto en el medio ambiente. Con la tecnología actualesto no es posible, y de tratamiento posterior de los gases de escape para reducir las emisiones esmuy importante. Esta consiste principalmente en el uso de convertidores catalíticos y térmicos ofiltros de partículas.CONTAMINACIÓN DEL AIRE 9-1Hasta mediados del siglo 20 el número de motores de combustión interna en el mundo eralo suficientemente pequeño que la contaminación que emiten era tolerable, y el medio ambiente,con la ayuda de la luz solar, se mantuvo relativamente limpio. Como la población mundial creció, el poder277

Página 292278Las emisiones y la contaminación atmosféricaCap.9plantas, fábricas, y un número cada vez mayor de automóviles comenzaron a contaminar elde aire en la medida en que ya no era aceptable. Durante la década de 1940, la contaminación del aire comoun problema fue reconocido por primera vez en la cuenca de Los Ángeles, en California. Dos causas deeste fuera el gran densidad de población y las condiciones naturales de lazona. La población grande creado fábricas y centrales eléctricas muchos, así como unode las mayores densidades de automóviles del mundo. El humo y otros contaminantes delas muchas fábricas y automóviles combinados con niebla que era común en esteárea de océano, yniebla con humodado como resultado. Durante la década de 1950, el problema de contaminación aumentó a lo largo decon el aumento de la densidad de población y la densidad de automóviles. Se reconocióque el automóvil era uno de los principales contribuyentes al problema, y por elLas normas de emisión de 1960 comenzaron a ejecutarse en California. Durante el

próximas décadas, las normas de emisión se han adoptado en el resto de los Estados Unidos yen Europa y Japón. Al hacer que los motores más eficientes en combustible, y con el uso depostratamiento de gases de escape, las emisiones por vehículo de HC, CO y NOx se redujeronen alrededor de 95% durante los años 1970 y 1980. Plomo, uno de los principales contaminantes del aire, fueeliminado como aditivo de combustible durante la década de 1980. Más motores de bajo consumo fuerondesarrollado, y por la década de 1990 el automóvil promedio consume menos de la mitadcombustible utilizado en 1970. Sin embargo, durante este tiempo el número de automóviles en gran medidaaumento, dando lugar a ninguna disminución general en el uso de combustible.Reducción adicional será difícil y costoso. Como la población mundial crece,normas de emisión se hacen más estrictos por necesidad. Las leyes más estrictas songeneralmente iniciado en California, con el resto de los Estados Unidos y el mundo siguienteing. Aunque la contaminación del aire es un problema global, algunas regiones del mundo todavía tienensin normas o leyes de emisiones.9-2 hidrocarburos (HC)Los gases de escape que salen de la cámara de combustión de un motor de SI contienen hasta 6000ppm de componentes de hidrocarburos, el equivalente de 1-1,5% del combustible. Alrededor del 40%de esto es los componentes sin quemar combustible gasolina. El otro 60% se compone de parcialmentereaccionado componentes que no estaban presentes en el combustible inicial. Estos consisten en pequeñosmoléculas de no equilibrio, que se forman cuando grandes moléculas de combustible se rompen(craqueo térmico) durante la reacción de combustión. A menudo es conveniente para tratarestas moléculas como si contuvieran un átomo de carbono, como CHI 'La distribución de las emisiones de HC será diferente para cada mezcla de gasolina,dependiendo de los componentes originales de combustible. Geometría de la cámara de combustión y

parámetros de funcionamiento del motor también influyen en el espectro componente HC.Cuando las emisiones de hidrocarburos entrar en la atmósfera, actúan como irritantes yodorantes; algunos son cancerígenos. Todos los componentes excepto CH4reaccionar con atmós-los gases atmos- para formar smog fotoquímico.

Página 293Sec. 9-2Hidrocarburos (HC)279Las causas de las emisiones de HCProporción Aire-combustible estequiométrica.Figura 9-1 muestra que las emisiones de HC Lev-els son una fuerte función de la FA. Con una mezcla rica en combustible no hay suficiente oxígenopara reaccionar con todo el carbono, lo que resulta en altos niveles de CO y HC en el escapeproductos. Esto es particularmente cierto en el arranque del motor, cuando la mezcla de aire-combustible es propósitoposely hizo muy rico. También es cierto en menor medida durante la aceleración rápidabajo carga. Si AF es demasiado pobre más pobre se produce la combustión, de nuevo resulta en HClas emisiones. El extremo de la mala combustión de un ciclo es fallo de encendido totales. Esto ocurremás a menudo como AF se hace más delgado. Un fallo de encendido de cada 1000 ciclos da de escapelas emisiones de 1 gmlkg de combustible utilizado.Figura 9-1 Las emisiones de un motor SIcomo una función de la relación de equivalencia. Un combustiblerica relación aire-combustible no tiene suficienteoxígeno para reaccionar con todo el carbono yhidrógeno, y ambos de HC y CO emisionesaumentar. Emisiones de HC también aumentan enmezclas muy magras debido a una mala combustióny fallos de encendido. La generación de nitrógenolas emisiones de óxido es una función de la com-la temperatura de combustión, siendo mayor cerca

condiciones estequiométricas cuando temperaturasturas son los más altos. Las emisiones de NOx Picoocurrir en condiciones ligeramente magras, donde eltemperatura de combustión es alta y hayes un exceso de oxígeno para reaccionar con elnitrógeno. Adaptado de [58].

Página 294280Emissionsand Contaminación del aireCap.9Una combustión incompleta.Incluso cuando el combustible y el aire que entra en un motorse encuentran en la mezcla estequiométrica ideal combustión perfecta no se produce y algunosHC termina en el escape. Hay varias causas de esto. Una mezcla incompleta delos resultados de aire y combustible en algunas partículas de combustible no encontrar oxígeno para reaccionar con. Llamaenfriamiento a las paredes deja un pequeño volumen de mezcla que no ha reaccionado y de aire-combustible. Losespesor de esta capa no quemado es del orden de décimas de mm. Parte de esta mezclatura, cerca de la pared que en un principio no consigue quemado a medida que pasa el frente de llama, la voluntadquemar más tarde en el proceso de combustión como mezcla adicional se produce debido a arremolinarse yturbulencia.Otra causa de extinción de la llama es la expansión que se produce durante com-combustión y carrera de trabajo. A medida que el pistón se mueve lejos de TDC, la expansión de lalos gases disminuye la temperatura y la presión dentro del cilindro. Esto ralentiza combustiónción y, por último apaga la llama en algún lugar al final de la carrera de trabajo. Esto dejaalgunas partículas de combustible sin reaccionar.Alta residual de escape provoca una mala combustión y una mayor probabilidad deenfriamiento de expansión. Esto se experimenta a baja carga y condiciones de ralentí. Altoniveles de EGR también causar esto.

Se ha encontrado que las emisiones de HC pueden reducirse si un tapón segunda chispa esañadido a una cámara de combustión del motor. Al comenzar la combustión en dos puntos, ladistancia de recorrido de la llama y el tiempo de reacción total se redujeron tanto, y menos de expansiónquenching resultados.Volúmenes grieta.Durante la carrera de compresión y la primera parte de laproceso de combustión, el aire y el combustible se comprime en el volumen grieta de la com-cámara de combustión a alta presión. Por mucho que 3% del combustible en la cámara puede serforzado en este volumen grieta. Más tarde en el ciclo durante la carrera de expansión,presión en el cilindro se reduce por debajo de presión de volumen grieta, y revertirblowby se produce. Combustible y aire fluya de nuevo en la cámara de combustión, donde la mayoría dela mezcla se consume en la reacción de la llama. Sin embargo, para el momento en el último elementomentos de flujo blowby inversa se producen, la reacción de la llama se ha apagado ypartículas de combustible que no han reaccionado permanecen en el escape. Ubicación de la bujía en relación conla brecha de anillo de compresión superior afectará la cantidad de HC en el escape del motor, labrecha de anillo de ser un gran por ciento del volumen grieta. Cuanto más lejos de la bujía es dela brecha de anillo, mayor es el HC en el escape. Esto es debido a que más combustible seráforzada en el espacio antes de que pase el frente de llama.Volumen hendiduras alrededor de los anillos del pistón es mayor cuando el motor está frío, debidoa las diferencias en la expansión térmica de los diversos materiales. Hasta el 80% de toda laEmisiones de HC pueden provenir de esta fuente.fugas allá de la válvula de escape.A medida que aumenta la presión durante la compresióny la combustión, un poco de aire-combustible es forzado en el volumen grieta alrededor de los bordes de

la válvula de escape y entre la válvula y el asiento de la válvula. Una pequeña cantidad aún se escapamás allá de la válvula en el colector de escape. Cuando la válvula de escape se abre, el aire-combustible

Página 295Sec.9-2Hidrocarburos (HC)281que todavía está en este volumen grieta deja llevar en el colector de escape, y noes un pico momentáneo en la concentración de HC en el inicio de la purga.Válvula de Superposición.Durante la superposición de válvulas, tanto la de escape y válvulas de admisiónestán abiertas, la creación de una ruta en la que el consumo de aire-combustible puede fluir directamente en el escape. LAmotor bien diseñado minimiza este flujo, pero una pequeña cantidad puede ocurrir. El peorcondición para esto es al ralentí y baja, cuando el tiempo real de la superposición es mayor.Los depósitos en la cámara de combustión Paredes.Las partículas de gas, incluidos losde vapor de combustible, son absorbidos por los depósitos en las paredes de la cámara de combustión.La cantidad de absorción es una función de la presión del gas, por lo que el máximo se produce duranteing de compresión y combustión. Más tarde en el ciclo, cuando se abre la válvula de escapey se reduce la presión del cilindro, la capacidad de absorción del material de depósito es bajaEred y partículas de gas son desorbidos de nuevo en el cilindro. Estas partículas, incluyendoalgunos HC, son luego expulsado del cilindro durante la carrera de escape. Esta probabilidadlem es mayor en los motores con relaciones de compresión más altas debido a la presión más altaestos motores generan. Más de absorción de gas se produce cuando la presión sube. Com- Limpioparedes de la cámara de combustión con depósitos mínimos reducirán las emisiones de HC en elde escape. La mayoría de las mezclas de gasolina incluyen aditivos para reducir la acumulación de depósitos en los motores.

Los motores más antiguos suele tener una mayor cantidad de la acumulación de depósitos de pared y'-un aumento correspondiente de las emisiones de HC. Esto se debe tanto a la edad y al menos remolinoque se encuentra generalmente en el diseño del motor anterior. Alto remolino ayuda a mantener la pareddepósitos a un mínimo. Cuando el plomo fue eliminado como un aditivo de la gasolina, HC emisiónsiones de los depósitos de la pared se hizo más severa. Cuando se quema la gasolina con plomoplomo trata a las superficies de pared de metal, haciendo que sea más difícil y menos poroso al gasabsorción.Óleo sobre cámara de combustión Paredes.Una capa muy fina de aceite se depositaen las paredes del cilindro de un motor para proporcionar lubricación entre ellos y la movibleing pistón. Durante las carreras de admisión y compresión, el aire entrante y el combustibleentra en contacto con esta película de aceite. En mucho la misma manera que los depósitos de pared, este aceitepelícula absorbe y desorbe las partículas de gas, dependiendo de la presión de gas. Durante compresiónsión y la combustión, cuando la presión del cilindro es alta, las partículas de gas, incluido el combustiblevapor, se absorben en la película de aceite. Cuando la presión se redujo posteriormente durante la expansiónSion y de purga, la capacidad de absorción del aceite se reduce y partículas de combustibleson desorbidos de nuevo en el cilindro. Algunos de este combustible termina en el escape.El propano no es soluble en aceite, por lo que en los motores de gas propano como combustible la absorción-de-mecanismo de sorción añade muy poco al emisiones de HC.Como un edades motor, la separación entre los anillos de pistón y las paredes del cilindrose hace mayor, y una película más gruesa de aceite se deja en las paredes. Parte de esta película de aceite esraspado de las paredes durante la carrera de compresión y termina por ser quemada

durante la combustión. El petróleo es un compuesto de hidrocarburo de alto peso molecular queno se quema tan fácilmente como la gasolina. Parte de ella termina como emisiones de HC. Esto sucedieraplumas a un ritmo muy lento con un nuevo motor, pero aumenta con la edad y el desgaste del motor.

Página 296Emisiones de escape Figura 9-2 HC comofunción del consumo de aceite del motor. A menudocomo un aclaramiento de motor, las edades entre elpistones y las paredes del cilindro aumenta debido avestir. Esto aumenta el consumo de petróleo ycontribuye a un aumento de las emisiones de HCde tres maneras: No se añade grieta en volumenume, se añade la absorción-desorciónde combustible en la película de aceite más gruesa en el cilindroparedes, y hay más de aceite quemado en elproceso de combustión. Adaptado de [138].El consumo de petróleo también aumenta como los anillos de pistón y las paredes del cilindro se desgastan. En mayoresmotores, el aceite se quema en la cámara de combustión es una fuente importante de emisión de HCsiones. Figura 9-2 muestra cómo las emisiones de HC suben a medida que aumenta el consumo de aceite.Además del consumo de petróleo que sube como llevan los anillos de pistón, y blowbyblowby inversa también aumentan. Por lo tanto, tanto por el aumento de las emisiones de HC escombustión de petróleo y desde el flujo de volumen grieta añadido.De dos tiemposCiclo de motores.Mayores motores SI ciclo de dos tiempos y muchosmódem pequeño ciclo de dos tiempos motores SI añaden emisiones de HC a la de escape duranteel proceso de eliminación. La mezcla de la ingesta de aire-combustible se utiliza para empujar residual de escapeel puerto de escape abierta. Cuando se hace esto, algunos de la mezcla de aire y combustible con elgases de escape y son expulsados fuera del cilindro antes del cierre del puerto de escape.

Esto puede ser una importante fuente de HC en el escape y es una de las principales razones¿por qué no ha habido módem de dos tiempos motores de automóviles ciclo. Ellos podrianNo pase requisitos anticontaminación. Algunos automóvil experimental de dos tiemposmotores de ciclo y casi todos los pequeños motores utilizan la compresión del cárter, y esto esuna segunda fuente de emisiones de hidrocarburos. El área de cárter y pistones de éstosLos motores se lubrican mediante la adición de aceite a la entrada de aire-combustible. El aceite se vaporiza conel combustible y lubrica las superficies que entran en contacto con el aire-combustible-aceite de mezclatura. Algunos de los vapores de aceite se realiza en la cámara de combustión y quemaron conla mezcla aire-combustible. El aceite lubricante se componentes principalmente hidrocarburos y actúa comocombustible adicional. Sin embargo, debido al peso molecular alto de sus componentes, el aceite deno combusto totalmente tan fácilmente como combustible, y esto se suma a Hc emisiones en elde escape.Experimentales motores de automóviles de ciclo de dos tiempos módem no añaden leña alel aire de admisión, pero scavenge los cilindros con aire puro, evitando poner HC en elde escape. Después se cierra la lumbrera de escape, se añade combustible por inyección de combustible directamente en

Página 297Sec. 9-2Hidrocarburos (HC)283el cilindro. Esto crea una necesidad para la vaporización muy rápido y eficiente y mezclandodel aire y combustible, pero se elimina una fuente importante de emisiones de HC. Algunos automociónmotores biliares utilizan compresores en lugar de la compresión del cárter, y esto eliminaContaminación HC de esa fuente.

Hasta hace poco la mayoría de pequeños motores, como los utilizados en cortadoras de césped ybarcos, no estaban reguladas por el control de la contaminación. Muchos de estos motores se siguenfabricado con barrido incontrolada y la lubricación de vapor de aceite, contribuyendoa HC grave (y otros) de la contaminación. Este problema está empezando a abordar, y enalgunas partes del mundo (empezando en California) las leyes y normas de emisión soncomenzando a aplicarse a las cortadoras de césped, barcos y otros motores pequeños. Esto haráprobablemente eliminar, o al menos reducir en gran medida, el número de pequeño ciclo de dos tiemposmotores. Bajo costo es un requisito importante para los motores pequeños, y la inyección de combustiblesistemas son mucho más costosos que los carburadores muy simples que se encuentran en los más antiguosmotores. Muchos motores pequeños ahora operan en un ciclo de cuatro tiempos más limpio, pero todavía utilizanun carburador menos costoso para la entrada de combustible.A principios de 1990, había un estimado de 83 millones de cortadoras de césped en elEstados Unidos producir tanto la contaminación del aire como 3.5 millones de automóviles. Gobiernoestudios Ment de equipos que utilizan motores pequeños dan la siguiente contaminacióncomparación con la de los automóviles (los números representan una hora de funcionamientocompMed de millas recorridas en un automóvil promedio):Montar segadoras 20 millasJardín motocultor de 30 millasSegadora-50 millasCadena recortador-70 millasCadena de sierra de 200 millasForklift-250 millasAgrícolas camiones con 500 millasFueraborda motor 800 millasMotores de CI.Debido a que operan con una equivalencia general pobre en combustible

relación, los motores de encendido tienen sólo alrededor de una quinta parte de las emisiones de HC de un motor SI.Los componentes de combustible diesel tienen pesos moleculares más altos en promedio queaquellos en una mezcla de gasolina, y esto se traduce en mayor punto de ebullición y condensación temperaturaturas. Esto permite que algunas partículas de HC a condensan sobre la superficie del sólidohollín de carbono que se genera durante la combustión. La mayor parte de esta se quema como la mezclacontinúa y avanza el proceso de combustión. Sólo un pequeño porcentaje del originalhollín de carbón que se forma se agota fuera del cilindro. Los componentes de HCcondensada en la superficie de las partículas de carbono, además del carbono sólidopropias partículas, contribuir a las emisiones de HC del motor.En general, un motor de CI tiene alrededor de un 98% la eficiencia de combustión, con solamenteaproximadamente el 2% de las emisiones pueden ser consumos HC (Fig. 4-1). Algunos puntos locales de la com-cámara de combustión será demasiado pobre para quemar adecuadamente, y otros lugares será demasiado

Página 298284Las emisiones y la contaminación atmosféricaCap.9rico, sin suficiente oxígeno para consumir todo el combustible. Menos de la combustión total depuede ser causada por undermixing o sobremezclado. A diferencia del aire combustible homogéneamezcla de un motor de SI que, básicamente, tiene un frente de llama, la mezcla de aire-combustible enUn motor de encendido es muy homogénea, con todavía de combustible que se añade durante la com-combustión. Manchas locales van desde muy rico y muy delgado, y existen muchos frentes de llama enal mismo tiempo. Con undermixing, algunas partículas de combustible en zonas ricas en combustible nunca encuentran

oxígeno para reaccionar con. En las zonas pobres en combustible, la combustión es limitado y un poco de combustible haceno quemarse. Con sobremezclado, algunas partículas de combustible se mezclan con yaquemado de gas y por lo tanto no va a quemar totalmente.Es importante que ser construidos inyectores de tal manera que cuando paradas de inyecciónno hay baba de la boquilla. Una pequeña cantidad de combustible líquido quedará atrapado enla punta de la boquilla, sin embargo. Este pequeño volumen de combustible se llama volumen de salida, sutamaño dependiendo del diseño de la boquilla. Este volumen saco de combustible líquido se evapora muylentamente ya que está rodeado por un entorno rico en combustible y, una vez que el inyectorla boquilla se cierra, hay empujándolo dentro del cilindro no hay presión. Algunos de este combustible haceNo evaporar hasta que la combustión se ha detenido, y esto da lugar a partículas HC añadidoen el escape.Los motores de encendido también tienen emisiones de HC para algunas de las mismas razones que los motores SIhacer (es decir, la absorción de depósito de la pared, la absorción de la película de aceite, el volumen de la grieta, etc.).PROBLEMA EJEMPLO 1.9Como la llama, Jront llega a la pared de una cámara de combustión, la reacción se detiene debido a lacercanía de la pared, que amortigua todo movimiento fluido y conduce el calor. Estacapa límite no quemado se puede considerar un volumen de 0,1 mm de espesor a lo largo de la enterasuperficie de la cámara de combustión. La cámara de combustión se compone principalmente de un recipiente en ella cara del pistón que se puede aproximar como un hemisferio 3 cm de diámetro. El combustible esoriginalmente distribuido por igual en toda la cámara. Calcular el porcentaje de combustibleque no se queme por estar atrapado en la capa límite de superficie.

Página 2999-4 óxidos de nitrógeno (NOx)

-Los gases de escape de un motor pueden tenerarribaa 2.000 ppm de óxidos de nitrógeno. La mayoría deeste será el óxido de nitrógeno (NO), con una pequeña cantidad de dióxido de nitrógeno (NOZ),y trazas de otro nitrógeno - {) combinaciones xygen. Todos ellos se agrupancomo NOx (oNOX),con x representa aproximadamente el número adecuado. NOx es una muy unde-deseables de emisión, y regulaciones que restringen la cantidad permitida siguenvuelto más estrictas. Lanzamiento NOx reacciona en la atmósfera para formar ozono yes una de las principales causas de la niebla fotoquímica.NOx se crea principalmente de nitrógeno en el aire. El nitrógeno también se pueden encontrar enmezclas de combustibles, que pueden contener trazas ofNH3,Carolina del Norte, y HCN, pero esto seríacontribuir sólo en un grado menor. Hay una serie de posibles reacciones queformar NO, todos los cuales se están produciendo probablemente durante el proceso de combustión yinmediatamente despues. Estos incluyen pero no se limitan a:

Página 300286Emissionsand Contaminación del aireCap.9El nitrógeno atmosférico existe como una molécula diatómica estable a bajas temperaturas,y se encuentran sólo pequeñas cantidades de óxidos de nitrógeno. Sin embargo, en eltemperaturas muy altas que se producen en la cámara de combustión de un motor, algunosnitrógeno diatómico (NZ) se descompone en nitrógeno monoatómico (N) que es reactivo:Nz 2 N(9-7)Tabla A-3 en el Apéndice muestra que la constante de equilibrio químico para

Eq. (9-7) es altamente dependiente de la temperatura, con una cantidad mucho más significativade N generado en el 2500-3000 K rango de temperatura que puede existir en un motor.Otros gases que son estables a bajas temperaturas, pero se convierten en reactivos y contribuyena la formación de NOx a altas temperaturas incluir oxígeno y vapor de agua,que se desglosan de la siguiente manera:Oz 2 0(9-8)HZO OH+!Hz(9-9)El examen de la Tabla A-3 y más elaborado constante de equilibrio químicotablas que se encuentran en los manuales de química muestran que las ecuaciones químicas. (9.7) - (9.9) todos reaccionanmucho más a la derecha como temperaturas de la cámara de alta combustión se alcanzan.Cuanto mayor sea la temperatura de reacción de combustión, el nitrógeno diatómico más, Nz,se disociará a nitrógeno monoatómico, N, y será formado la más NOx. A bajaLas temperaturas se crea muy poco NOx.Aunque -.! Temperatura de la llama naximum ocurrirá en un aire-combustible estequiométricarelación (CFJ=1), la Fig. 1.9 muestra que el máximo de NOx se forma a una equivalencia poco magrarelación lencia de aproximadamente CFJ=0.95. A esta temperatura, condición de la llama sigue siendo muy alta,y además, hay un exceso de oxígeno que puede combinar con el nitrógeno alformar varios óxidos.Además de la temperatura, la formación de NOx depende de la presión,relación aire-combustible, y el tiempo de combustión dentro del cilindro, las reacciones químicas no siendoinstantáneo. Figura 9-3 muestra la relación NOx frente al tiempo y apoya lahecho de que el NOx se reduce en los motores modernos con cámaras de combustión rápida de quemaduras.

La cantidad de NOx generada depende también de la ubicación dentro de la combustióncámara. La mayor concentración se forma alrededor de la bujía, donde else producen temperaturas más altas. Debido a que por lo general tienen mayores relaciones de compresióny temperaturas más altas y la presión, los motores de encendido con cámara de combustión divididafibras y de inyección indirecta (IDI) tienden a generar mayores niveles de NOx.Figura 9-4 muestra cómo NOx se puede correlacionar con la sincronización del encendido. Si el encendidochispa es avanzada, la temperatura del cilindro se incrementará y será más NOxcreado.Smog fotoquímico.NOx es una de las causas primarias de la fotoquímicael smog, el cual se ha convertido en un problema importante en muchas de las grandes ciudades del mundo. El smog esformado por la reacción fotoquímica de escape de los automóviles y en el aire atmosféricola presencia de la luz solar. Noz descompone en NO y oxígeno monoatómico:Noz+la energía de la luz solar NO+0+niebla con humo(9-10)

Página 3019-5 PARTÍCULASLos gases de escape de motores de encendido contiene carbono sólidas de hollín partículas que se generan enlas zonas ricas en combustible dentro del cilindro durante la combustión. Estos son vistos como de escapefumar y son una contaminación olorosa indeseable. Densidad máxima de partículaslas emisiones se produce cuando el motor está bajo carga en WOT. En esta condición maxi-combustible madre se inyecta para suministrar potencia máxima, lo que resulta en una mezcla de ricos y pobres

Página 302

Página 303Sec. 9-5Partículas289Las partículas de hollín son racimos de esferas de carbono sólido. Estas esferas tienen troetros de 10 nm a 80 nm (1 nm=10-9m), con la mayor parte dentro del intervalo del 15-30nm. Las esferas son de carbono sólido con HC y trazas de otros componentesabsorbida en la superficie. Una sola partícula de hollín contendrá hasta 4.000 carbonoesferas [58].Esferas de carbono se generan en la cámara de combustión en la rica de combustible-zonas donde no hay suficiente oxígeno para convertir todo el carbono a CO2:CxHy+z02laCO2+BH20+cCO+dC (s)(9-12)Entonces, como la turbulencia y el movimiento de masas continuar mezclando los componentes en elcámara de combustión, la mayor parte de estas partículas de carbono encontrar suficiente oxígeno para mayorreaccionar y se consumen de CO2:C (s)+O2 CO2(9-13)

Más del 90% de las partículas de carbono originalmente generados dentro de un motor son, pues,consumido y nunca se agotan. Si los motores de encendido operarían con un stoi- generalmezcla de aire-combustible chiometric, en lugar de como lo hacen, las emisiones totales de partículas magrasen el escape que superan con creces los niveles aceptables.Hasta aproximadamente un 25% del carbono en el hollín proviene de lubricante componentes de aceiteque vaporizar y luego reaccionar durante la combustión. El resto proviene del combustible yasciende a 0,2 hasta 0,5% del combustible. Debido a las altas relaciones de compresión de CImotores, una gran expansión se produce durante el movimiento de la energía y los gases dentro de lacilindro se enfría mediante refrigeración por expansión a una temperatura relativamente baja. Estahace que los componentes de alto punto de ebullición restantes se encuentran en el combustible y lubri-aceite de ing se condense en la superficie de las partículas de hollín de carbono. Esta porción absorbidade las partículas de hollín que se llama elfracción orgánica soluble(SOF), y la cantidad esaltamente dependiente de la temperatura del cilindro. Con cargas ligeras, las temperaturas de los cilindros sonreducida y puede caer hasta un mínimo de 200 ° C durante la expansión final y soplado de escapeabajo. En estas condiciones, SOF puede ser tan alta como 50% de la masa total de hollín.Bajo otras condiciones de operación cuando las temperaturas no son tan bajas, muy pococondensación se produce y SOF puede ser tan bajo como el 3% de la masa total de hollín. SOF consistemayoría de los componentes de hidrocarburos con un poco de hidrógeno, S02, NO, N02, y trazacantidades de azufre, zinc, fósforo, calcio, hierro, silicio y cromo. Dieselcombustible contiene azufre, calcio, hierro, silicio y cromo, mientras que el aceite lubricante Ademástivas contienen zinc, fósforo y calcio.

Generación de partículas se puede reducir por el diseño del motor y el control de operativoing condiciones, pero muy a menudo este willcreate otros resultados adversos. Si la combustiónel tiempo se extendió por diseño cámara de combustión y de control de tiempo, de partículascantidades en los gases de escape pueden ser reducidos. Las partículas de hollín originalmente generada tendráun mayor tiempo para mezclarse con el oxígeno y quema para CO2. Sin embargo, una más largael tiempo de combustión significa una alta temperatura del cilindro y más NOx generado.La dilución con EGR reduce las emisiones de NOx, pero aumenta partículas y HC emisiónsiones. Presión de inyección Superior da un tamaño de gotita más fino, lo que reduce HC yemisiones de partículas, pero aumenta la temperatura del cilindro y las emisiones de NOx. Motor

Página 304290Emissionsand Contaminación del aireCap.9sistemas de gestión están programados para minimizar NOx, HC, CO, y las partículasmediante el control de las emisiones de tiempo de encendido, la presión de inyección, temporización de la inyección, y / osincronización de válvulas. Obviamente, comprometiendo es necesario. En la mayoría de los motores, cular de escapecantidades Ulate no pueden reducirse a niveles aceptables únicamente por el diseño del motor ycontrol.

Página 305Sec.9-6Otras Emisiones291S03+HZO HzS04(9-17)

SOZ+HZO HzS03(9-18)Muchos países tienen leyes que restringen la cantidad de azufre permitido en el combustible, yéstos continuamente se están haciendo más estrictas. Durante la década de 1990, los EstadosEstados reducción de los niveles aceptables en el combustible diesel a partir de 0,05% en peso a 0,01%.La cantidad de azufre en el gas natural puede variar desde poco (dulce) a grande (agria)cantidades. Esto puede ser un problema de las emisiones importante cuando se utiliza este combustible en un ICmotor o cualquier otro sistema de combustión.DirigirEl plomo fue un importante aditivo de la gasolina a partir de su introducción en 1923to cuando fue eliminadoen la década de 1980. El TEL aditivo (tetraetilo de plomo) se utilizó eficazmente para aumentarnúmero de octano de la gasolina, lo que permitió mayores relaciones de compresión y más eficientemotores. Sin embargo, la ventaja que resulta en el escape del motor era un altamente venenosocontaminante. Durante la primera mitad de la década de 1900, debido al menor número de automóvilesy otros motores, el ambiente era capaz de absorber estas emisiones de plomo y sincuenta-capaces problemas. Como aumentó la población y la densidad de automóviles, la concienciade la contaminación del aire y su peligro también aumentó. El peligro de las emisiones de plomo fue reco-zada y una eliminación gradual se produjeron durante los 1970sand 1980.El uso de plomo no podía ser detenido de inmediato, pero tuvo que ser eliminadodurante un número de años. La gasolina En primer lugar, la cantidad de plomo se introdujo y, a continuación, añomás tarde la gasolina sin plomo. El plomo era todavía el principal aditivo para elevar el octanajede la gasolina, y la recaudación de octanaje suplentes tuvieron que ser desarrollado como el plomo fue eliminado.

Millones de motores de alta compresión modernos no podían usar combustible de bajo octanaje. Metalesutilizado en motores también tuvo que ser cambiado como plomo en la gasolina fue eliminado. Cuandocombustible con plomo se quema, se endurece la superficie en la cámara de combustión y en laválvulas y asientos de válvula. Motores diseñados para utilizar combustible con plomo tenían superficies metálicas más blandaspara empezar y se basó en los efectos de superficie endurecimiento que se produjeron en uso. Si estos motoresse utilizan con combustible sin plomo, el endurecimiento de la superficie no se realiza y el desgaste grave esexperimentado rápidamente. Fallas catastróficas de los asientos de válvula o caras del pistón son comunesen un corto período de tiempo (es decir, 10.000-20.000 millas en un automóvil). Metales más durosy tratamientos de superficie adicionales se utilizan para los motores diseñados para el uso de combustible sin plomo. Elloera necesario eliminar la gasolina con plomo en un período de tiempo, como automoción mayoresbilis llevaba a cabo y se tomaron fuera de servicio.La gasolina con plomo contiene alrededor de 0,15 gm / litro de plomo en el combustible. Entre el 10%y 50% de esta se agota con los otros productos de la combustión. Losplomo restante se deposita en las paredes del motor y el sistema de escape. Lossuperficies de la cámara de combustión endurecidos resultantes de la quema de plomola gasolina eran bastante impermeable a la absorción de gases tales como vapor de combustible. HClas emisiones fueron también, por lo tanto, ligeramente reducidos en estos motores.

Página 3069-7 postratamientoDespués de que el proceso de combustión se detiene, esos componentes en la mezcla de gas del cilindroque no se han quemado totalmente continuar reaccionando durante la carrera de expansión, duranteagotar blbwdown, y en el proceso de escape. Hasta el 90% de la HC restantedespués de la combustión reacciona durante este tiempo, ya sea en el cilindro, cerca de la lumbrera de escape,

o en la parte aguas arriba del colector de escape. CO y una pequeña componente de hidro-carbonos reaccionan con el oxígeno para formar Coz y Hz0 y reducir las emisiones indeseables.Cuanto mayor sea la temperatura de escape, más estas reacciones secundarias se producen ymenores serán las emisiones de los motores. Temperatura de escape superior puede ser causada por stoi-combustión chiometric aire-combustible, de alta velocidad del motor, la chispa retardado, y / o una bajarelación de expansión.Convertidores térmicosLas reacciones secundarias se producen mucho más fácilmente y completamente si la temperatura esaltos, por lo que algunos motores están equipados con convertidores térmicos como medio de reducirlas emisiones. Convertidores térmicos son cámaras de alta temperatura a través del cual laflujos de gases de escape. Ellos promueven la oxidación del CO y HC que permanecen en elde escape.Colorado+Oz COz(9-19)Para esta reacción se produzca a un ritmo útil, la temperatura debe mantenerse por encima de700 ° C [58].CxHy+ZOzXCOz+hHZO(9-20)dóndeZ=

X+y.Esta reacción necesita una temperatura superior a 600 ° C durante al menos 50 mseg a considerablescialmente reducir HC. Por tanto, es necesario para un convertidor térmico no sólo para operar

Página 307Sec. 8.9Convertidores catalíticos293a una temperatura alta, pero que ser lo suficientemente grande como para proporcionar tiempo de permanencia adecuado parala promoción de la aparición de estas reacciones secundarias. La mayoría de los convertidores térmicos sonesencialmente un colector de escape ampliada conectado al motor inmediatamente fueralado los puertos de escape. Esto es necesario para reducir al mínimo las pérdidas de calor y mantener el escapelos gases de enfriamiento a temperaturas nonreacting. Sin embargo, en los automóviles esta creaciónates dos problemas muy graves para el compartimiento del motor. En el moderno, de bajo perfil,coches aerodinámicos, espacio en el vano motor es muy limitada, ymontar en una cámara de convertidor térmica grande, generalmente aislada es casi imposible.En segundo lugar, porque el convertidor debe operar por encima de 700 ° C para ser eficiente, incluso siestá aislado las pérdidas de calor crean un problema grave temperatura en el motorcompartimento.Algunos sistemas convertidores térmicos incluyen una toma de aire que proporciona Ademáscional de oxígeno reaccione con el CO y HC. Esto aumenta la complejidad, el coste ytamaño del sistema. Velocidad de flujo de aire se controla por el EMS según sea necesario. Además Airees especialmente necesario durante las condiciones de funcionamiento ricos como inicio. Porque

de escape de los motores es a menudo a una temperatura menor que la necesaria para una eficienteoperación de un convertidor térmico, es necesario para mantener las altas temperaturas porlas reacciones dentro del sistema. Adición de aire exterior, que está a una temperatura más baja,compuestos que este problema de mantener la temperatura de funcionamiento necesaria.- .. NOxemissions no pueden reducirse con un convertidor térmico por sí solo.9-8 CATALIZADORESEl sistema de tratamiento posterior más eficaz para la reducción de emisiones de los motores es el gato-convertidor alytic encontrado en la mayoría de los automóviles y otros motores modernos de medio otalla grande. HC y CO se pueden oxidar a 0 Hz y COz en sistemas de escape yconvertidores térmicos si la temperatura se mantiene a 600 ° -700 ° C. Si ciertos catalizadores sonActualmente, la temperatura necesaria para sostener estos procesos de oxidación se reduce a250 ° -300 ° C, lo que para un sistema mucho más atractivo. Un catalizador es una sustancia queacelera una reacción química mediante la reducción de la energía necesaria para que proceda. Loscatalizador no se consume en la reacción y por lo tanto funciones indefinidamente a menosdegradado por el calor, la edad, los contaminantes, u otros factores. Los convertidores catalíticos soncámaras montadas en el sistema de flujo a través del cual fluyen los gases de escape. Estascámaras contienen material catalítico, que promueve la oxidación de las emisionescontenida en el flujo de escape.En general, los catalizadores son llamados de tres vías convertidores porquepromover la reducción de CO, HC y NOx. La mayoría consisten de un acero inoxidable con-contenedor montado en algún lugar a lo largo del tubo de escape del motor. Dentro decontenedor es una estructura cerámica porosa a través de la cual fluye el gas. En la mayoríaconvertidores, la cerámica es una sola estructura de nido de abeja con muchos pasajes de flujo

(ver Figura 9-5). Algunos convertidores utilizan cerámica granular suelto con el gas que pasaentre las esferas empaquetadas. Volumen de la estructura cerámica de un convertidor es generaciónralmente aproximadamente la mitad del volumen de desplazamiento del motor. Esto resulta en un volumétrica

Página 308tasa de gas de escape de flujo tal que hay de 5 a 30 cambios de cada segundo de Gas,a través del convertidor. Convertidores catalíticos para motores de encendido necesitan pasos de flujo más grandesdebido a la sólida hollín en los gases de escape.La superficie de los pasajes de cerámica contiene pequeñas partículas incrustadas de cate-material de alytic que promueven las reacciones de oxidación en el gas de escape a medida que pasa.El óxido de aluminio (alúmina) es el material cerámico de base utilizado para la mayoría con- catalíticaconvertidores. Alumina puede soportar las altas temperaturas, sigue siendo químicamente neutro,que tiene muy baja expansión térmica, y no se degrada térmicamente con la edad. Losmateriales catalizadores más comúnmente utilizados son platino, paladio y rodio.

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Página 310Figura 9-7 eficiencia de conversión de los convertidores catalíticos en función de valente de combustiblerelación alence. La eficiencia más grande se produce cuando los motores operan cerca estequiométricacondiciones. Convertidores son muy ineficientes para la conversión de NOx cuando un motoropera magra. Esto crea un problema mayor para los motores de encendido por modernas y estratificadamotores cargo del SI, que generalmente operan en general muy magra. Adaptado de [76].turas, mientras que el control de NOx requiere cerca de condiciones estequiométricas. Muy pobre NOxel control se produce con mezclas pobres.Because'1m motor tiene una serie de variaciones cíclicas, incluyendo ocurre

AF-el flujo de escape también mostrará variación. Se ha encontrado que esta variabilidad cíclicaación disminuye la eficiencia máxima de un convertidor catalítico, pero se extiende la anchura de larelación de equivalencia sobre de operación en la que no hay emisiones aceptablesreducción.Es importante que un convertidor catalítico ser operado caliente para ser eficiente, pero sinmás caliente. Mal funcionamiento del motor pueden causar una mala eficiencia y el sobrecalentamiento de convertibilidadres. Un motor mal ajustado puede tener fallos de encendido y períodos de muy pobre y / o demasiado ricacondiciones. Estos hacen que el convertidor sea ineficaz en las emisiones de tiempo muy sonSe necesita eficiencia muy alta y máxima del convertidor. Un turbocompresor disminuye latemperatura de escape mediante la eliminación de la energía, y esto puede hacer que un convertidor catalíticomenos eficiente.Es deseable que los convertidores catalíticos tienen un tiempo de vida efectivo igual a ladel automóvil o al menos200000km. Convertidores pierden su eficacia con la edaddebido a la degradación térmica y el envenenamiento del material catalizador activo. A altasla temperatura del material catalizador metálico puede sinterizar y migrar juntos, formandositios activos más grandes que son, en general, menos eficientes. Degradantes térmica grave ocurreen el intervalo de temperatura deMuuuy-900 ° e.Un número de diferentes impurezas contenidasen el combustible, aceite lubricante y aire a encontrar su camino en el escape del motor y el venenomaterial de catalizador. Estos incluyen plomo y azufre de los combustibles, y zinc, fósforo,antimonio, calcio, y magnesio a partir de los aditivos de aceite. Figura 9-8 muestra cómo sólo un

pequeña cantidad de plomo en un sitio de catalizador puede reducir la reducción de HC por un factor de dos otres. Pequeñas cantidades de impurezas de plomo se encuentran en algunos combustibles, y 10-30% de esta

Página 311297Figura Reducción 9-8 de concentración catalíticaeficiencia convertidor debido a la contaminación pordirigir. Algunas de la iniciativa contenida en los combustiblesse deposita sobre el material catalizador en unaconvertidor, reduciendo en gran medida convertidor de eficienciadeficiencia. Es imperativo (e ilegal) quegasolina con plomo no ser utilizado en automociónbilis equipados con convertidores catalíticos.Para reducir las posibilidades de que accidentalmente usandogasolina con plomo con un convertidor catalítico,el tamaño de la boquilla de bomba de combustible y el diámetrode la entrada del depósito de combustible se hacen más pequeño parala gasolina sin plomo. Adaptado de [76].termina en el convertidor catalítico. Hasta principios del decenio de 1990 la gasolina con plomo era bastantecomún, y era imperativo que no se utilizarán en los motores equipados con catalizadorconvertidores; era ilegal. Dos tanques de combustible de la gasolina con plomo haría completamenteenvenenar a un convertidor y que sea totalmente inútil.AzufreAzufre ofrece problemas únicos para los convertidores catalíticos. Algunos catalizadores promueven laconversión de Söz a S03, que finalmente consigue convierte en ácido sulfúrico. Estadegrada el convertidor catalítico y contribuye a la lluvia ácida. Nuevos catalizadores están siendodesarrollado que promueven la oxidación de HC y CO, pero no cambian SOZ aS03. Algunos de estos crean casi ninguna S03 si se mantiene la temperatura del convertidora 400 ° C o inferior.Arranques en fríoFigura 9-6 muestra que los catalizadores son muy ineficientes cuando están fríos.

Cuando un motor se pone en marcha después de no hacerla funcionar durante varias horas, se tarda variosninutes para el convertidor para llegar a una temperatura de funcionamiento eficiente. La tem-ratura en el que se convierte en un convertidor de 50% de eficiencia se define como elluz apagadatemperatura,y esto es en el intervalo de aproximadamente 250 ° -300 ° C. Un gran porcentaje de auto-viaje móvil es para distancias cortas donde el convertidor catalítico no alcanzalas emisiones de temperatura de funcionamiento eficiente, y por lo tanto son altos. Algunos estudios

Página 312298Las emisiones y la contaminación atmosféricaCap.9sugieren que la mitad del combustible utilizado por los automóviles en los Estados Unidos es en viajes dea menos de 10 millas de distancia. Desafortunadamente, la mayoría de los viajes cortos se producen en las ciudades donde la altaemisiones son más perjudiciales. Añadir a esto el hecho de que la mayoría de los motores utilizan una rica mezclatura al arrancar y se puede observar que los arranques en frío representan un problema importante. Esestimaron que los arranques en frío son la fuente de 70--90% de todas las emisiones de HC. Un alcaldePor lo tanto, la reducción de las emisiones es posible si los convertidores catalíticos pueden ser pre-climatizada, al menos a temperatura de encendido, antes del arranque del motor. El precalentamiento a la plenatemperatura de funcionamiento en estado estacionario sería aún mejor. Varios métodos de precalefacción se han probado con éxito variable. Debido al tiempo implicado ycantidad de energía necesaria, la mayoría de estos métodos precalentar sólo una pequeña porción deel volumen total del convertidor. Esta pequeña sección es suficiente para tratar el bajo grandecaudal de escape que normalmente se produce en el inicio e inmediatamente después. Por el

se utilizan en tiempo velocidades del motor más altas, más del convertidor catalítico se ha calentadopor el gas de escape caliente, y las tasas de flujo más altas son tratados plenamente. Métodos decatalítica de precalentamiento convertidor incluyen los siguientes.Busque Convertidor Cerca del motor:Un método usado para calentar una con-convertidor lo más rápido posible es localizar en el compartimiento del motor muy cercalos puertos de escape. Este método en realidad no precalentar el convertidor pero lo hacecalentarlo lo más rápidamente posible después de arrancar el motor. Elimina la gran calorpérdida de th.e tubo de escape que se produce entre el motor y un convertidor en mássistemas comunes donde el convertidor se encuentra lejos del motor. Estas con-convertidores también pueden estar aislados para reducir la pérdida de calor temprano. Este método reducirlas emisiones totales de un calentamiento rápido del convertidor, pero todavía hay un período cortode tiempo antes de que se alcance temperatura de encendido. Además, los mismos problemasdescrito para convertidores térmicos montados en el compartimiento del motor se encuen-tered con este tipo de convertidor. Refrigeración adecuada del compartimiento del motordebido a las altas temperaturas y la velocidad de flujo restringido de aire causada por elconvertidor es un problema grave. Si se encuentra en el compartimiento del motor caliente, un catalizadorconvertidor también tendrá una temperatura de estado estable más alto, y esto provocará unaproblema mayor degradación térmica a largo plazo.Algunos coches utilizan un pequeño convertidor catalítico secundario montado en elcompartimento del motor cerca del motor. Debido a su pequeño tamaño y ubicación,se calienta muy rápidamente y es suficiente para oxidar las emisiones en los caudales bajosen el arranque del motor. También hay un tamaño completo normal de convertidor catalítico montado distancia

del compartimiento del motor que suministra la acción catalítica para el flujo más grandetasas de funcionamiento normal. Este convertidor es calentada por el flujo de escape primero y Lo idealaliado alcanza la temperatura de funcionamiento eficiente antes de que el motor se acelera ycaudales más altos son experimentados. Estas pequeñas pre-convertidores restringen el flujo en elcolector de escape y añadir un poco de presión de retorno al motor. Esto se traduce en una ligerareducción de la potencia del motor.Superaislamiento:Algunos sistemas han sido desarrollados que tienen superintendenteconvertidores catalíticos ence-. Estos en realidad no precalentar el convertidor de primera

Página 313Sec. 8.9Convertidores catalíticos299el arranque del motor, pero lo hacen acelerar el aumento de la temperatura a la condición de estado estacionariociones. También mantienen el convertidor a una temperatura elevada durante un máximo de un día despuésel motor se ha apagado. Por consiguiente, el convertidor se precalienta para su posteriorel motor arranque [131].El convertidor es de doble pared con un vacío entre las paredes. Esto dalas características super-aislantes tanto como la de una botella de vacío. Cuando elel motor está frío y / o no se está ejecutando, el vacío se mantiene. Cuando el motor estáfuncionando y el convertidor es a temperatura de funcionamiento, el vacío se elimina yel espacio entre las paredes está lleno de un gas. Esto permite que las pérdidas de calor normalesdurante el funcionamiento y mantiene el convertidor catalítico se sobrecaliente.Calefacción eléctrica:Un número de sistemas se han probado usando pre eléctricade calentamiento, generalmente por calentamiento por resistencia. Resistencias de calentamiento están incrustadas en el precalentamiento

zona del convertidor, y una descarga eléctrica se inicia antes de que el motor estácomenzado. La zona de precalentamiento puede ser una pequeña preconvertidor separada, o puede ser el frentefinal del convertidor catalítico normales. Algunos sistemas sustituyen a los de nido de abeja cerámicossólido en la zona de precalentamiento con una estructura metálica de múltiples pasos de flujo. Esto permiteun calentamiento mucho más rápido de las paredes de paso de flujo por medio de conducción térmica,metal que tiene mucho mayor conductividad térmica que la cerámica. La energía eléctrica paraeste tipo de sistema general proviene de una batería que se recarga cuando el motor estácorriendo. Los valores típicos para el precalentamiento son 24 voltios y 500--700amps.Hay algo de retraso de tiempo entre el calentamiento de los elementos eléctricos y alcanzandotemperatura de encendido, debido a la conducción sea necesario. El problema más grave,sin embargo, es la incapacidad de una batería de tamaño normal para entregar la cantidad de energíanecesaria para un sistema de este tipo.Llama de calefacción:Un convertidor catalítico se puede calentar con una llama de unboquilla del quemador montado dentro de la estructura del convertidor [57] .Antes el motorse inicia (por ejemplo, cuando se inserta la llave de contacto), una llama es iniciada en elquemador con combustible y aire bombeado de fuentes externas. La preocupación se debe dar alo que las emisiones de esta llama contribuiría al problema global de la contaminación del aire. LAcombustibles como el propano quemado con la cantidad correcta de aire crearía muy poco ticalución. Sin embargo, esto requeriría un tanque de combustible de propano axilar en el automóvil,algo que sería deseable a menos que el motor de un automóvil también fue impulsadocon propano. En un motor de gasolina como combustible, sería lógico utilizar gasolina en el

precalentador convertidor. Sin embargo, sería más difícil conseguir una combustión limpia congasolina. Coste, la complejidad, y algunos de retardo de tiempo son desventajas de este tipo desistema.Una variación de este sistema utilizada por al menos uno de los principales fabricación de automóvilesfabri- es una cámara de postcombustión montada directamente ante el convertidor catalítico. Una muy ricamezcla de aire-combustible se utiliza en el arranque, lo que deja el exceso de combustible en el primer flujo de escape.Aire se añade a esta de escape por una bomba eléctrica, y la mezcla resultante es com-arrestado en la cámara de postcombustión, precalentar el convertidor catalítico.

Página 314300Emissionsand Contaminación del aireCap.9Batería térmica:Energía a partir de un sistema de almacenamiento térmico puede ser usado para pre-calentar un convertidor catalítico si el motor se pone en marcha dentro de unos tres días de última bienestarutilizado (véase el Capítulo 10). Con la tecnología actual sólo se precalentamiento parcial a un temperaturatura alrededor de 60 ° C es posible, que todavía está por debajo de temperatura de encendido y biendebajo de las temperaturas normales de funcionamiento. Además, la cantidad limitada de energíadisponible en una batería térmica se distribuye a menudo entre el precalentamiento del motor,calentar el compartimiento de pasajeros, y el precalentamiento del convertidor catalítico.Química El precalentamiento de reacción:Un método posible para el precalentamiento de un gato-convertidor alytic ha sugerido que utiliza el calor liberado a partir de un exotérmicareacción química. Cuando se inserta la llave de encendido, una pequeña cantidad de agua es

introducido en el convertidor a partir de un inyector montado a través de un lado de la con-vivienda convertidor. La pulverización de agua reacciona con una sal incrustada en la superficie de lanido de abeja cerámica. Esta reacción exotérmica libera suficiente energía para calentar elque rodea la estructura cerámica a una temperatura por encima de luz-offtemperature, y elconvertidor está listo para el uso eficiente en cuestión de segundos. Cuando el motor está a continuación,comenzado, los gases de escape calientes secar la sal incrustada mediante la evaporación de distancia del agua.El vapor de agua se lleva a distancia con el gas de escape y el sistema está listo para elel próximo arranque en frío. Un problema importante con este método es la degradación de la sal conla edad. Además, hay un problema con la congelación de la reserva de agua en climas fríos. Sinmétodo systeffi..1lsingthis práctica hasta ahora ha aparecido en el mercado [98].Motores de doble combustibleAlgunos motores están hechos para funcionar en una combinación de gasolina y metanol, con elciento en volumen de metanol que van desde 0% a 85%. Los sistemas de control del motoren estos motores son capaces de ajustar el flujo de aire y de combustible para dar composición óptimade combustión y las emisiones mínimas con cualquier combinación de estos combustibles. Sin embargo, estecrea un problema único para un convertidor catalítico. Cada uno de estos combustibles requiere sepa-catalizadores arate. La combustión incompleta de metanol produce formaldehído, quedebe ser eliminado del escape. Para reducir eficazmente el formaldehído y cualquiermetanol restante, un convertidor catalítico debe funcionar por encima de 300 ° C. Precalentamientoing del convertidor en estos sistemas es muy importante.Mezcla pobre MotoresUn número de automóviles en el mercado obtener una alta eficiencia del combustible mediante el uso demezcla pobre

motores. Mediante el uso de una carga estratificada, estos motores obtienen com- eficientecombustión con relaciones globales de aire-combustible de 20 o 21 (</>=0.7). Figura 9-7 muestra queconvertidores catalíticos normales trabajarán en la reducción de HC y CO en condiciones de escasez, peroson muy ineficientes en la reducción de NOx. Convertidores especiales, que utilizan platino yrodio combinada con tierras raras alcalinas, han sido desarrollados para mezcla pobremotores. Temperaturas de combustión deben limitarse en estos motores por lo que los NOxla producción se mantiene dentro de límites manejables.

Página 315Sec. 9.9CIMotores301Motores de dos tiempos de cicloMotores de ciclo de dos tiempos de módem que utilizan inyectores de combustible de escape tienen refrigerador porquede su alta eficiencia y funcionamiento con mezcla pobre. Tanto la temperatura de escape inferior yoperación magra hacer que el convertidor catalítico típico menos eficiente y crear un mundo másproblema de las emisiones difíciles con estos motores.HISTÓRICO-HYBRIDVEHÍCULOS ALIMENTADOSUn método para reducir las emisiones en las ciudades es utilizar vehículos híbridosaccionados tanto por un motor eléctrico y una pequeña combustión internadel motor. El vehículo utiliza el motor eléctrico para el funcionamiento normal y puedeser clasificado como un vehículo de cero emisiones (ZEV) en estas condiciones. LosYA VEOmotor se utiliza sobre todo para recargar las baterías para el motor eléctrico,y sólo ocasionalmente se utiliza para alimentar el vehículo cuando un rango extendido

se necesita. El motor está limpio corriendo con emisiones muy bajas, siendodiseñado para baja potencia y velocidad constante, un ultra-bajas emisiones hículoCLE (ULEV).En1916-1917un automóvil de maderas Dual Power se podía comprarpara$ 2650.Este vehículo tenía tanto unYA VEOmotor y un motor eléctrico confrenado regenerativo[139].9-9 MOTORES DE ENCENDIDOLos convertidores catalíticos se utilizan con motores de encendido pero no son eficientes en la reducción de NOxdebido a su funcionamiento con mezcla pobre en general. HC y CO pueden ser adecuadamente reducidos, aunquehay una mayor dificultad debido a los gases de escape más fríos de un motor de CI (porquede la relación de expansión mayor). Esto es contraproducente equilibrado por el hecho de que menos de HC yCO se genera en el bum magra del motor de encendido. NOx se reduce en un motor de CI porel uso de EGR, que mantiene la temperatura máxima hacia abajo. EGR y menorlas temperaturas de combustión, sin embargo, contribuyen a un aumento en el hollín sólido.El platino y el paladio son dos materiales principales catalizadores utilizados para convertidores deLos motores de encendido. Promueven la eliminación de 30 a 80% de la HC gaseoso y 40--90% deel CO en el escape. Los catalizadores tienen poco efecto sobre el hollín de carbono sólido, pero haceneliminar el 30-60% de la masa total de partículas por oxidación de un gran porcentaje de la HCabsorbida en las partículas de carbono. El combustible diesel contiene impurezas de azufre, y estoconduce a la intoxicación de los materiales del catalizador. Sin embargo, este problema se está reduciendo

como los niveles legales de azufre en los combustibles diesel siguen siendo rebajado.Trampas de partículasSistemas de motores de encendido por compresión están equipados con filtros de partículas en suflujo de escape para reducir la cantidad de partículas liberadas a la atmósfera. Trampas

Página 316302Las emisiones y la contaminación atmosféricaCap.9son sistemas de filtro similar a menudo hechas de cerámica en la forma de un monolito o una estera, ocosa hecha de malla de alambre de metal. Trampas normalmente eliminan el 60-90% de las partículas en elflujo de escape. Como trampas atrapan las partículas de hollín, que poco a poco se llenan de la particularlates. Esto restringe el flujo de gases de escape y aumenta la presión posterior del motor.Contrapresión superior hace que el motor funcione más caliente, la temperatura de escape paraaumento, y el consumo de combustible para aumentar. Para reducir esta restricción de flujo, partículastrampas se regeneran cuando empiezan a saturarse. La regeneración consistede la combustión de las partículas en el exceso de oxígeno contenida en el escape de lalean-operativo motor de encendido.Hollín del carbón enciende aproximadamente a 550 ° -650 ° C, mientras que el escape del motor de CI es de 150 ° -350 ° Cen condiciones normales de funcionamiento. A medida que el filtro de partículas se llena de hollín y restringede flujo, el aumento de la temperatura de escape, pero todavía no es lo suficientemente alta como para encender el hollín yregenerar la trampa. En algunos sistemas, se utilizan sistemas de ignición de llama automático que iniciola combustión en el carbono cuando la caída de presión a través de la trampa alcanza un predeter-valor extraído. Estos encendedores pueden ser calentadores eléctricos o inyectores de llama que utilizan diesel

combustible. Si el material catalizador se instala en las trampas, la temperatura necesaria para encender lahollín de carbón se reduce a la gama de 350 ° -450 ° C. Algunas de estas trampas puede automáticamenteregenerarse por autoinflamable cuando los aumentos de temperatura de escape aumentaron vueltapresión. Otros sistemas catalíticos usan los encendedores de llama.Otra forma de disminuir la temperatura de ignición del hollín de carbono y pro-Moting auto-regeneración en trampas es utilizar aditivos de catalizador en el combustible diesel. Estasaditivos generalmente consisten de compuestos de cobre o compuestos de hierro, con alrededor7 gramos de aditivo en 1000 litros de combustible ser normal.Para mantener las temperaturas lo suficientemente altas como para auto-regenerarse en un sistema catalítico,trampas se pueden montar tan cerca del motor como sea posible, incluso antes de que el turbocargador.En algunos motores estacionarios más grandes y en algunos equipos de construcción ycamiones grandes, filtro de partículas se sustituye cuando se convierte en cerca de lleno. Lostrampa eliminado después se regenera el exterior, con el carbono que se quema en unhorno. La trampa regenerado a continuación, se puede utilizar de nuevo.Vanous métodos se utilizan para determinar la acumulación de hollín cuando se hace excesivay es necesaria la regeneración. El método más común es para medir la presióngota en el flujo de escape a medida que pasa a través de la trampa. Cuando un predeterminado t;, p. Esalcanzado, se inicia la regeneración. La caída de presión es también una función del flujo de escapetasa, y esto debe ser programado en los controles de regeneración. Otro métodoutilizado para detectar la acumulación de hollín es transmitir ondas de radiofrecuencia a través de la trampa ydeterminar el porcentaje que se absorbe. Hollín de carbono absorbe las ondas de radio, mientras que laestructura cerámica no lo hace. La cantidad de acumulación de hollín, por lo tanto puede ser deter-minada por el porcentaje de disminución de la señal de radio. Este método no detecta fácilmente

fracción orgánica soluble (SOF).Filtros de partículas modernos no son totalmente satisfactorios, especialmente para automociónbilis. Ellos son costosos y complejos cuando está equipado para la regeneración, y de largo plazodurabilidad no existe. Una trampa catalítica ideal sería simple, económico, y

Página 317Sec.9-10Métodos químicos a ReduceEmissions303confiable; sería auto-regeneradora; y sería imponer un aumento mínimo enel consumo de combustible.Modernos motores dieselGeneración de carbono del hollín de partículas se ha reducido considerablemente en los motores de encendido modernospor la tecnología de diseño avanzado en los inyectores de combustible y geometría de la cámara de combustión.Con el aumento en gran medida la eficiencia y velocidad, grandes regiones de mezcla rica en combustible de mezclaturas pueden evitarse cuando se inicia la combustión. Estas son las regiones donde carbonose genera hollín, y mediante la reducción de su volumen, se genera mucho menos hollín. Mayorvelocidades de mezcla se obtienen mediante una combinación de inyección indirecta, una mejor combustióngeometría de la cámara ción, mejor diseño de inyector y presiones más altas, aerosol climatizadaobjetivos, y los inyectores de aire asistida. Inyección indirecta en una cámara secundaria que sepromueve la alta turbulencia y remolinos acelera en gran medida el proceso de mezcla de aire-combustible. Betdiseño de la boquilla ter y presiones de inyección más altas crean gotas de combustible más fino queevaporar y mezclar más rápida. Inyección contra una superficie caliente acelera la evaporación, comohacer inyectores de aire asistida.Algunos motores modernos; IC del top-of-the-line de automóviles (por ejemplo, Mercedes) tienenreducción de la generación de partículas suficiente de que cumplen las normas estrictas y sin

el neea para filtros de partículas.9-10 MÉTODOS QUÍMICOS PARA REDUCIR LAS EMISIONESEl trabajo de desarrollo que se ha hecho en los grandes motores estacionarios utilizando ácido cianúrico areducir las emisiones de NOx. El ácido cianúrico es un material sólido de bajo costo que sublima enel flujo de escape. El gas se disocia, produciendo isocianuro que reacciona con NOx paraforma de N2,H20,y CO2 •Temperatura de funcionamiento es de aproximadamente 500 ° C. Hasta el 95% de NOxreducción se ha logrado sin pérdida de rendimiento del motor. En la actualidad, estesistema no es práctico para motores de vehículos debido a su tamaño, peso y complejidad.La investigación se está haciendo uso de tamices moleculares de zeolita para reducir los NOx emisiónsiones. Estos son los materiales que absorben compuestos moleculares seleccionados y catalizanreacciones químicas. Con las dos motores SI y CI, la eficiencia de la reducción de NOx essiendo determinado a lo largo de una gama de variables de funcionamiento, incluyendo AF, la temperatura,la velocidad y la estructura de la zeolita fluir. En la actualidad, la durabilidad es una limitación seria coneste método.Varios absorbentes químicos, tamices moleculares, y las trampas se están probando parareducir las emisiones de HC. HC es recogida durante el tiempo de arranque del motor, cuando el catalizadorconvertidor es frío, y luego puesto en libertad de nuevo en el flujo de escape cuando el con-convertidor está caliente. El convertidor de entonces se quema de manera eficiente el HC a H2

0y CO2 •Un 35%se ha logrado la reducción de la HC de arranque en frío.

Página 318304Emissionsand Contaminación del aireCap.9Las emisiones de H2S se producen en condiciones de funcionamiento ricos. Sistemas químicos sonsiendo desarrollado que atrapan y almacenan H2S cuando un motor funciona rica y despuésconvertir esto a S02 cuando la operación es magra y existe un exceso de oxígeno. La reacciónecuación esH2S+02 S02+H2(09/28)Sistemas de Inyección de amoníacoAlgunos motores de barcos grandes y algunos motores estacionarios reducir las emisiones de NOx con unsistema de inyección que rocía NH3 en el flujo de escape. En presencia de un catalizador,las siguientes reacciones se producen:4 NH3+4 NO+02 4 N2+6 H20(9-29)6 N02+8 NH3 7 N2+

12 H20(9-30)El control cuidadoso debe ser respetado, como la propia NH3 es una emisión no deseada.Las emisiones de los buques de gran tamaño no se limitaron durante muchos años, incluso después de estrictaleyes se aplican en otros motores. Se razonó que los buques que operan lejos demasas de tierra la mayor parte del tiempo y los gases de escape podrían ser absorbidos por la atmós-fera sin afectar el hábitat humano. Sin embargo, la mayoría de los puertos marítimos están en las grandes ciudades,donde los problemas de emisión son más críticos, y contaminantes de todos los motores es ahorarestringido, los motores de inclMdingship.Sistemas de inyección de amoníaco no son prácticos en automóviles o en otramotores más pequeños. Esto es debido a el almacenamiento necesario y NH3 inyección bastante complejoción y el sistema de control.9-11 GASES DE ESCAPE RECICLA-EGRLa manera más efectiva de reducir las emisiones de NOx es sostener la cámara de combustióntemperaturas abajo. Aunque práctico, este es un método muy desafortunado porquetambién reduce la eficiencia térmica del motor. Se nos ha enseñado desde la infanciaen nuestro primer curso de la termodinámica que para una máxima eficiencia térmica del motor,Qindebe estar a la temperatura más alta posible.Probablemente el método más simple práctica de reducir llama máxima temperaturatura es para diluir la mezcla de aire-combustible con un gas no reactivo parásito. Este gas absorbeenergía durante la combustión sin aportar ninguna entrada de energía. El resultado neto es unatemperatura de la llama más baja. Cualquier gas nonreacting funcionaría como diluyente, como se muestra enFig. Gases de 9-9.Those con calores específicos más grandes absorberían la mayor cantidad de energía por unidadmasa y que por lo tanto requieren la menor cantidad; por lo tanto se requiere menos C02

de argón durante la misma temperatura máxima. Sin embargo, ni C02 ni el argón esfácilmente disponible para su uso en un motor. Aire está disponible como un diluyente, pero no es totalmentenonreacting. La adición de aire cambia las características de AF y de combustión. El elegidononreacting gas que está disponible para usar en un motor es gas de escape, y esto se utiliza entodo automóvil moderno y otra de tamaño medio y grandes motores.

Página 319Recirculación de gas de escape (EGR) se realiza mediante la canalización algo del flujo de escape de nuevoen el sistema de admisión, por lo general inmediatamente después de la válvula reguladora. La cantidad de flujopuede ser tan alta como 30% de la ingesta total. Gas de EGR se combina con el resi- de escapeualleft en el cilindro del ciclo anterior para reducir eficazmente el máximotemperatura de combustión. La velocidad de flujo de EGR está controlada por el EMS. EGR esse define como un porcentaje en masa del caudal total de la ingesta de:EGR=[mEGR / mJ(100)(9.31)dóndem;es el flujo de masa total en los cilindros.Después de EGR se combina con la izquierda residual de escape del ciclo anterior,la fracción total de escape en el cilindro durante la carrera de compresión es;Xex=(EGR / lOO) (1 - xr)+Xr(9-32)dóndeXr

es el residuo de escape del ciclo anterior.No sólo EGR reducir la temperatura máxima en la combustióncámara, sino que también reduce la eficiencia global de la combustión. Figura 7-11 muestra quea medida que aumenta EGR, el porcentaje de ineficientes lento quemaduras ciclos aumenta. Más lejosaumentar en los resultados de EGR en algunos ciclos quemaduras parciales y, en el extremo, errores totales

Página 320306Emissionsand Contaminación del aireCap.9incendios. Por lo tanto, mediante el uso de EGR para reducir las emisiones de NOx, un precio costoso del aumento de la HCemisiones y la eficiencia térmica más baja deben ser pagados.La cantidad de EGR está controlada por el EMS. Por la entrada de detección y de escapecondiciones se controla el caudal, que van desde 0 hasta un 15-30%. Menor emisión de NOxsiones con relativamente buena economía de combustible se producen en alrededor de combustión estequiométrica,la mayor cantidad de EGR como sea posible sin afectar adversamente a la combustión. No EGR esutilizada durante WOT, cuando se desea la máxima potencia. Sin EGR se utiliza en la marcha lenta ymuy poco a bajas velocidades. En estas condiciones, ya existe un máximoagotar la ineficiencia de combustión residual y una mayor. Motores con rápida quema com-cámaras de combustión pueden tolerar una mayor cantidad de EGR.Un problema exclusivo de los motores de encendido cuando se utiliza EGR es el hollín de carbono sólido enlos gases de escape. El hollín actúa como un abrasivo y se rompe el lubricante. Mayordesgaste en los anillos de los pistones y los resultados del tren de válvulas.PROBLEMA EJEMPLO 9-2En el Ejemplo problemas 4-1 y 4-3 se comprobó que la combustión máxima teóricatemperatura ción en un isooctano quema del motor con una relación de equivalencia de0,833

era2419K. para reducir la formación de NOx, se desea reducir esta temperatura máximaa2200K. Esto se hace mediante el reciclaje de gases de escape (EGR). Calcular la cantidad de EGRnecesaria para reducir la temperatura máxima de combustión para2200K.Los gases de escape, que se compone principalmente de N2, C02 y H20, se puede aproximar comotodo el nitrógeno a una temperatura de 1000 K. valores de entalpía se puede obtener de la mayoríalibros de texto termodinámica. Los valores utilizados aquí son de [90].

Página 3219-12 EMISIONES NO ESCAPEMotores y sistemas de suministro de combustible también tienen fuentes de emisiones distintas de escapefluir. Históricamente, estos se consideran de menor importancia y se acaba de publicar en elaire circundante.LAlas principales fuentes de emisiones de HC fue el tubo del respiradero del cárter que eraventilado al aire en automóviles de mayor edad. Flujo blowby pasado los pistones terminó en elcárter, y debido a la presión más alta que creó, fue entonces empujado fuera de larespiradero del tubo de ventilación. Gas blowby es muy alta en HC, especialmente en 81engines. También, enmotores mayores con mayor holgura entre el pistón y la pared del cilindro, blowbyflujo fue mucho más alto. Tanto como 1%del combustible se ventiló a la atmósferaa través de la ventilación del cárter en algunos automóviles. Esto representó hasta el 20%de las emisiones totales. Una solución simple a este problema, que se utiliza en todos los modernos

motores, es dar rienda suelta a la ventilación del cárter de nuevo en el sistema de admisión. Esto no sóloreduce las emisiones sino que también aumenta la economía de combustible.Para mantener la presión en un ambiente en el depósito de combustible y en el combustible reservoriovoir de un carburador, estos sistemas se ventila a los alrededores. Históricamente,estos orificios de ventilación eran una fuente adicional de las emisiones de HC, cuando el combustible se evapora desdeestos depósitos de combustible. Para eliminar estas emisiones, los respiraderos de combustible ahora incluyen algunosforma de filtro o de absorción del sistema que detiene el vapor de HC se escape. Unotal sistema absorbe los HC en la superficie de un elemento de filtro de carbono. Entonces cuandoel motor está funcionando, el elemento está de vuelta enrojecida y la HC se desorbe de lasuperficie. El HC recuperado es conducido en la admisión del motor sin resultantelas emisiones.Muchas bombas de gasolina modernos y otros sistemas de distribución de combustible están equipadoscon boquillas de vapor de recogida de vapor que reducen HC perdido a la atmósfera duranteestaciones de servicio.

Página 322308Emissionsand Contaminación del aireCap.9PROBLEMAS9-1. Un camión diesel utiliza 100 gramos de combustible diesel ligero (asumir C12H22) por milla de viaje.0,5% del carbono en el combustible termina como humo de escape. Si el camión viaja 15000millas por año, la cantidad de carbono se pone en la atmósfera cada año como el humo?[kg / año]9-2.(la)¿Por qué no es un convertidor catalítico de tres vías normales, tal como se usa con los motores SI, tan útil

cuando se utiliza con un motor de encendido?(b)Lo principal método se utiliza para limitar las emisiones de NOx enun camión diesel moderno o automóvil?(c)Dar por lo menos tres desventajas de utilizar estamétodo.9-3. (a) una lista de cinco razones por las que hay emisiones de HC en el escape de un automóvil.(b) Para reducir las emisiones de un motor SI, debe AF fijado en rico, delgado, o stoichio-métrica? Explicar las ventajas y desventajas de cada uno. (c) ¿Por qué es bueno para colocarun convertidor catalítico como cerca del motor como sea posible? ¿Por qué es malo?9-4. Un cuatro cilindros, 2.8 litros, ciclo del motor SI de cuatro tiempos funciona a 2.300 rpm con uneficiencia volumétrica de 88,5%. El combustible utilizado es alcohol metílico en una relación de equivalenciade ¢=1.25. Durante la combustión todos hidrógeno se convierte en agua, y todo el carbono esconvertido a CO2 y CO.El resultado:(a) Fracción molar de CO en el escape. [%](b) La energía perdida en el escape debido a la CO. [kW]9-5. Las cámaras de combustión de un motor de ciclo Otto con un V8 7,8: 1 relación de compresión,diámetro de 3,98 pulgadas, y el desplazamiento 41O pulgadas cúbicas se puede aproximar como derecho cir-cilindros culares. El motor funciona a 3000 RPM usando gasolina en un AF=15,2 y unaeficiencia volumétrica del 95%. Cuando se produce la combustión, la llama se amortigua a cabocerca de las paredes y una capa límite de aire-combustible no consigue quemado. La combustión es envolumen constante en el TDC, y la capa límite no quemado pueden ser considerados

0,004 pulgada de espesor sobre toda la superficie cámara de combustión. El combustible es originalmente distri-buido por igual en toda la cámara.El resultado:(a) Porcentaje de combustible que no consigue quemado debido a ser atrapado en ella superficie de la capa límite. [%](b) Cantidad de combustible perdido en el escape debido a esta capa límite. [lbm / hr](c) el poder química del combustible perdido en el escape. [CV]9-6. Un viejo automóvil utilizando gasolina con plomo consigue el ahorro de combustible de 16 millas por galón a 55 mph. Losconducir en las cantidades de gasolina a 0,15 g / L. Cuarenta y cinco por ciento del plomo en el combustible seagotado al medio ambiente. Calcular la cantidad de plomo agotados para el medioMent en Ibm / milla y Ibm / día si el automóvil es conducido continuamente.9-7. Un pequeño camión tiene un cuatro cilindros, motor de encendido por 2.2 litros que funciona con un estándar de aireCiclo de doble uso de combustible diesel luz en un promedio de AF=21: 1. A una velocidad de 2.500 rpm, elmotor tiene un rendimiento volumétrico'TJv=92%. En esta condición de funcionamiento, 0,4% de lacarbono del combustible termina como el hollín en el escape. Además, hay 20% adicionalhollín de carbono de la aceite lubricante. La cantidad de hollín se incrementa luego por 25% debidoa otros componentes de condensación en el carbono. La densidad de carbonopc=1400 KGLM3.El resultado:(a) Tasa de hollín puesto en el medio ambiente. [kg / h](b) la energía química perdido en el hollín (considere toda la masa de hollín comode carbono). [kW]

Página 323Cap. 9Problemas309(c)Número de grupos de hollín agotado por hora. Supongamos que un promediocúmulo contiene 2.000 partículas de carbono esféricos, y cada partícula tiene unadiámetro de 20 nm.8.9. El motor en el problema 7.9 que funciona a 2500 RPM ha indicado una eficiencia térmicade 61%, la eficiencia de combustión de 98% y una eficiencia mecánica del 71%.El resultado:(la)El consumo de combustible específico del freno. [/ kW-hr g](b)Emisiones específicas de partículas de hollín. [/ kW-hr g](c)Índice de emisiones de partículas de hollín. [g / kg]9.9. Un turbo, 6.4 litros, motor V8 SI funciona en un ciclo Otto-aire estándar en WOTcon una velocidad del motor de 5500 RPM. La relación de compresión esTc= 10,4: 1, y condiciónciones en los cilindros en el inicio de la compresión son 65 ° C y 120 kPa. Volumen Grietaes igual a 2,8% del volumen de holgura y tiene presión igual a la presión del cilindro ytemperatura igual a 185 ° C.El resultado:(la)Volumen total grieta motor. [cm3](b)Porcentaje de combustible que está atrapado en el volumen grieta en el inicio de com-combustión en el PMS. [%]9-10. El motor en el problema 9 a 9 tiene un rendimiento volumétrico del 89% y utiliza como isooctanocombustible en una relación aire-combustible AF = 14,2. El sesenta por ciento del combustible que está atrapado en el

volumen grieta en el inicio de la combustión se quema más tarde debido al cilindro adicionalmovimiento.El resultado:(la)Emisiones de HC en los gases de escape debido al 40% de combustible volumen grieta'-eso no quemarse. [kg / h](b)Energía química perdido en estas emisiones de HC del escape. [kW]9-11. Una gran sobrealimentado, de dos tiempos, motor de la nave diesel con una cilindrada de196 litros opera a 220 RPM. El motor tiene una relación de distribución deAdr= 0,95 y usosaceite de combustible que se puede aproximar como C12HZZ, a una relación aire-combustible de AF=22. El barco esequipado con un sistema de inyección de amoníaco para eliminar el NOx de los gases de escape.El resultado:(la)Cantidad de NO que entra en el sistema de escape si 0,1% del nitrógeno enel aire se convierte en NO (no asumen otras formas de NOx son pro-producido). [kglhr](b)Cantidad de amoniaco a inyectar para eliminar todo el NO en el escape porla reacción dada en la ecuación. (9-29). [kg / h]9-12. Se desea reducir la generación de NOx en un motor que quema etanol estequiométricamediante el uso de reciclaje de gases de escape (EGR) para bajar la temperatura de combustión máxima. Lostemperatura del aire y el combustible en el inicio de la combustión es 700 K, y el gas de escapese puede aproximar como Nz a 1.000 K. La entalpía de etanol a 700 K es -199000kJ / kgmole.El resultado:(la)

Temperatura máxima teórica con etanol y no estequiométricaEGR. [K](b)Porcentaje EGR necesario para reducir la temperatura máxima a 2.400 K. [%]9-13. Se desea utilizar la electricidad para precalentar el convertidor catalítico en un SI de cuatro cilindrosmotor de desplazamiento de 2.8 litros. La zona de precalentamiento del convertidor se compone de 20% deel volumen total de alúmina. El calor específico de la cerámica es 765 J / kg-K, y la densidadp=3970 kg / m3.La energía se obtiene a partir de una batería de 24 voltios suministro de 600 amperios.El resultado:(la)La energía eléctrica necesaria para calentar la zona de precalentamiento de 25 ° C a una iluminaciónde temperatura de 150 ° C. [KJ](b) Tiempo necesario para suministrar esta cantidad de energía. [seg]

Página 324310Emissionsand Contaminación del aireCap.909.14. Un 0,02 litros, ciclo SI motor de cortadora de césped de dos tiempos funciona a 900 RPM, usando gasolina en¢ una relación de equivalencia=1,08 y una proporción de combustible a aceite de 60: 1 en masa. El motor escárter comprimido, y tiene una relación de entregaAdr =0,88 y una eficacia de cargaAce=0.72. La eficiencia de la combustión(17c) de gasolina=0,94 para la gasolina atrapado en el

cilindro, pero(17c) de aceitesólo es 0,72 para el aceite atrapado en el cilindro. No hay catalíticaconvertidor.El resultado:(la)HC del combustible y el aceite agotado para el medio ambiente debido a la válvulasolapar durante barrido. [kg / h](b)HC en el escape de combustible no quemado y aceite debido a la ine combustióndeficiencia. [kg / h](c)HC total de escape. [kg / h]9-15. A 5,2 litros, V8, de cuatro tiempos motor de camión CI ciclo con una eficiencia volumétrica de17v=96% opera a 2800 RPM, el uso de combustible diesel a la luz AP=20: 1. El combustible contiene500 ppm de azufre en masa, que es agotado para el medio ambiente. En los alrededores,este azufre se convierte en ácido sulfuroso mediante la reacción con el oxígeno atmosférico y el aguavapor como se indica en las ecuaciones. (9-15) y (9-18).El resultado:(a) La cantidad de azufre en los gases de escape del motor. [gmlhr](b) La cantidad de ácido sulfuroso añadió al medio ambiente. [kg / h]9.16. Un moderno motor de encendido del automóvil de seis cilindros se ajusta para funcionar correctamente usandocombustible diesel con un número de cetano de 52. El vehículo está accidentalmente alimentado con un motor dieselcombustible haber Sería más o menos humo de escape se espera un número de cetano de 42.?EXPLN.9.17. En 1972, alrededor de 2,33X109barriles de gasolina se consume en los Estados Unidos como

combustible para motores de combustión interna. El automóvil promedio viajó 16.000 kilometros, utilizandola gasolina a una velocidad de 15 l / 100 km. La gasolina, en promedio, que figura 0.15 gmlliter deplomo, 35% de los cuales se agotó con el medio ambiente. 1 barril=160 litros.El resultado:(a) La cantidad anual de plomo puso a la atmósfera por el promedioautomóvil. [kg](b) La cantidad total de plomo puesto en la atmósfera en 1972. [kg]9-18. Un hombre quiere trabajar en su automóvil en su garaje en un día de invierno. Al no tener calorsistema ing en el garaje, se encuentra con el automóvil en el edificio cerrado para calentarla. A ralentíacelerar el motor quema 5 Ibm de la gasolina estequiométrica por hora, con un 0,6% de lade escape de ser monóxido de carbono. Las dimensiones interiores del garaje son de 20 pies por 20 piespor 8 pies, y la temperatura es 40oP. Se puede suponer que 10 partes por millón (ppm)de CO en el aire es peligroso para la salud. Calcular el tiempo para cuando la concentración de COción en el garaje es peligroso. [min]19.9. Un motor de automóvil SI produce 32 kW de potencia de freno mientras se utiliza, en promedio, 6 kgde la gasolina estequiométrica por cada 100 km recorridos a 100 km / h. Promedio de las emisiones de losaguas arriba del motor del convertidor catalítico son 1,1 g / km de Noz, 12.0 gmlkm deCO y 1,4 g / km de Él. Un convertidor catalítico elimina 95% de la emisión de escapesiones cuando está a temperatura de estado estacionario. Sin embargo, 10% de las veces, el catalíticaconvertidor es frío en el arranque y elimina sin emisiones.El resultado:(a) las emisiones específicas de HC aguas arriba del convertidor catalítico.[/ kW-hr g](b) las emisiones específicas de CO aguas abajo del convertidor catalítico, conel convertidor calentó. [gmlkW-hr]

Página 325Cap. 9Problemas Diseño311(c) Concentración de NOx aguas arriba en el escape del con- catalíticaconvertidor. [ppm](d) Promedio general (fría y caliente) de las emisiones de HC a la atmós-fera. [gmlkm](e) Porcentaje del total de las emisiones de HC ocurren cuando el convertidor está frío.[%]DISEÑOPROBLEMAS9-1D. Diseñar un convertidor calentador pre catalítica utilizando energía solar. Decida si colectores solaresdebe estar en el vehículo o en una estación de batería de recarga. Calcular los tamaños necesariospara los componentes principales (por ejemplo, la batería, colector). Dibuje un esquema simple delsistema.9-2D. Diseñar un sistema para absorber los vapores de combustible que escapan de la rejilla de ventilación en un combustible de automóvilestanque. El sistema debe tener un método de regeneración, con todo el combustible finalmente siendode entrada en el motor.

Página 326En este capítulo se examina la transferencia de calor que se produce dentro de un motor de combustión interna, este sermuy importante para el funcionamiento correcto. Alrededor del 35%por ciento de la química totalla energía que entra en un motor en el combustible se convierte en trabajo útil del cigüeñal, yaproximadamente el 30% de la energía del combustible se lleva lejos del motor en el flujo de escape enla forma de energía entalpía y química. Esto deja aproximadamente un tercio del totalenergía que debe ser disipado a los alrededores por algún modo de transferencia de calor.

Las temperaturas dentro de la cámara de combustión de un motor alcanzan valores en elorden de 2.700 K en adelante. Los materiales en el motor no pueden tolerar este tipo de tem-ATURALEZA y fracasaría rápidamente si no se produjo la transferencia de calor adecuada. Eliminación de calor esmuy crítico en mantener un lubricante del motor y el motor de un fallo térmico. EnPor otra parte, es deseable operar un motor tan caliente como sea posible para maximizareficiencia térmica.Dos métodos generales se utilizan para enfriar cámaras de combustión de los motores. Losbloque motor de unEnfriado hidráulicamentemotor está rodeado con unacamisa de aguaque con-contiene un fluido refrigerante que se hace circular a través del motor. UnAire enfriadomotortiene una superficie exterior de aletas en el bloque sobre el cual se dirige un flujo de aire.312

Página 327

Página 328

Página 329enchufe, la válvula de escape y el puerto, y la cara del pistón. No sólo son estos lugaresexpuestos a los gases de combustión de alta temperatura, pero son lugares de difícilcool.Capítulo 7 mostró que producen las temperaturas más altas de gas durante la combustiónalrededor de la bujía. Esto crea un área crítica problema de la transferencia de calor. La chispaenchufe fijado a través de la pared de la cámara de combustión crea una interrupción en la superficie

redondeo camisa de agua, causando un problema de refrigeración local. En los motores refrigerados por aire elbujía altera el patrón de aletas de refrigeración, pero el problema no puede ser tan grave.La válvula de escape y el puerto operan en caliente debido a que se encuentran en el pseudo-flujo constante de gases de escape calientes y crear una dificultad en el enfriamiento similar a lala bujía crea. El mecanismo de la válvula y la conexión de escape colector de maquillajemuy difícil refrigerante ruta o permitir que una superficie con aletas para dar una refrigeración eficaz.La cara del pistón es difícil de enfriar porque se separa de la camisa de aguao superficies de refrigeración con aletas exteriores.

Página 330316HeatTransfer en MotoresCap. 10Calentamiento del motorComo un motor frío se calienta a la temperatura de estado estacionario, la expansión térmica se produce entodos los componentes. La magnitud de esta expansión será diferente para cada compo-nente, en función de su temperatura y el material del que está hecha. Motortaladro limita la expansión térmica de los pistones, y a temperaturas de funcionamiento de unanuevo motor no puede ser muy alto resultando fuerzas entre los anillos del pistón yfalda y las paredes del cilindro. Esto hace que la calefacción de alta viscosidad en la película de aceite enlas paredes del cilindro durante el funcionamiento del motor.Figura 10-3 muestra cómo la temperatura de los diversos componentes de automóvilesaumenta con el tiempo después de iniciar el motor en frío. En climas fríos, el tiempo de inicio dellegar a condiciones de estado estacionario puede ser tan alta como 20-30 minutos. Algunas partes de laautomóvil alcanza el estado de equilibrio mucho antes de esto, pero algunos no lo hacen. Bastante nor-

condiciones de operación mal pueden ser experimentados en pocos minutos, pero puede tomarsiempre y cuando una hora para llegar a tasas óptimas de consumo de combustible. Los motores están construidos paraoperar mejor en condiciones de estado estable, y toda la potencia y economía de combustible óptimano puede realizarse hasta que esto se alcanza. Sería una mala práctica para despegar conun avión, cuando se necesita toda la potencia, antes de que el motor se haya calentado totalmente. Este esno como crítica con un automóvil. Conducir antes de calentamiento total del motor hace que algunospérdida de potencia y economía de combustible, pero si hay fallo de motor, la distancia a caer esmucho menos que en un avión. Un gran porcentaje de uso del automóvil es para viajes cortoscon enginesthat no están totalmente calentado. En el capítulo 9, se encontró que esto eratambién una causa importante de contaminación del aire.

Página 331El colector está caliente, ya sea por diseño en algunos motores o simplemente como resultado de suubicación cerca de otros componentes calientes en el compartimento del motor. Carburadormotores y aquellos con la inyección del cuerpo del acelerador que introducen el combustible al principio del flujoproceso deliberadamente tener colectores de admisión con calefacción para ayudar en la evaporación delcombustible. Se utilizan varios métodos para calentar estos colectores. Algunos están diseñados de tal manera quelos pasos de flujo de los corredores entran en contacto térmico estrecho con el escape calientecolector. Otros utilizan el flujo de refrigerante caliente a través de una camisa de agua circundante. Electricidaddad se utiliza para calentar algunos colectores de admisión. Algunos sistemas tienen especial localizada calientesuperficies, llamados puntos calientes, en lugares óptimos, como inmediatamente después Además de combustibleción o en una camiseta donde se produce el máximo de convección (Fig. 10-4).

Existen diversas consecuencias del calentamiento por convección en el colector de admisiónveces, algunas buenas y otras malas. Cuanto antes de que el combustible se vaporiza, más tiempose mezcla con el aire, lo que resulta en una mezcla más homogénea. Sin embargo, aumentarla temperatura reduce la eficiencia volumétrica del motor por dos mecanismos.Una temperatura más alta reduce la densidad del aire y vapor de combustible añadido desplaza algunos deel aire, tanto la reducción de la masa de aire que llega a los cilindros. Un compromiso esvaporizar parte del combustible en el sistema de admisión y para vaporizar el resto en el cilindroder durante la compresión, o incluso durante la combustión. Con motores con carburador mayores,era deseable para vaporizar alrededor del 60% del combustible en el colector de admisión. Vaporizacióncurvas de como las que en la fig. 4-2 podría ser utilizado para determinar la temperaturanecesario dar a este 60% de la evaporación. A menudo, una temperatura de diseño sobre 25 ° Cmayor que la determinada a partir de la Fig. 4-2 se utilizó en el diseño del colector. Estaera debido al poco tiempo que el flujo era en el colector, sin llegar nunca atemperatura de estado estable. Como combustible se vaporiza en el colector de admisión, se enfría lacircundante flujo por enfriamiento evaporativo, contrarrestar el calentamiento por convección.Cuando la carga de admisión de aire y combustible entra en el cilindro, se calienta adicionalmente porlas paredes del cilindro calientes. Esto, a su vez, ayuda a enfriar las paredes del cilindro y para mantenerlosse sobrecaliente.Otra razón para limitar el calentamiento del aire de entrada es para mantener la temperatura a unamínimo al comienzo de la carrera de compresión. Cuanto mayor sea la temperatura en el

Página 332Figura 10-4Punto caliente en el colector de admisión

para acelerar la evaporación del combustible. Localizadasecciones de superficie de la pared, llamados puntos calientes,puede ser calentado por el refrigerante del motor, por con-producción del colector de escape, o porcalentamiento eléctrico. Secciones son calefactablesgeneralmente colocado cerca después de la adición de combustible,o en una camiseta donde se produce la alta convección.de inicio de compresión, mayor será todas las temperaturas en todo el resto de laciclo, y cuanto mayor es el problema potencial de la detonación del motor.Los sistemas del motor utilizando inyectores multipunto portuarias tienen menos necesidad de calentar elcolector de admisión, apoyándose en gotas de combustible más finas y más alta temperatura alrededor de laválvula de admisión para asegurar la evaporación del combustible necesario. Esto se traduce en una mayor volumétricala eficiencia para estos motores. A menudo, el combustible se pulveriza directamente sobre la parte posterior de lacara de la válvula de admisión. Esto no sólo acelera la evaporación, pero se enfría la válvula de admisión,que puede alcanzar temperaturas de hasta 400 cíclicos ° C. Temperatura de estado estacionario de la ingestaválvulas generalmente está en el intervalo de 200 ° -300 ° C.Si un motor está sobrealimentado o turbo, la temperatura del aire de entradatambién se ve afectada por el calentamiento a la compresión resultante. Para evitar esto, muchos de estossistemas están equipados conposenfriamiento,que a su vez reduce la temperatura. Después del horariorefrigeradores son intercambiadores de calor a través del cual fluye el aire de admisión comprimido, utilizandoya sea del refrigerante del motor o el flujo de aire externo como el fluido de enfriamiento.4.10 TRANSFERENCIA DE CALOR EN LAS CÁMARAS DE COMBUSTIÓNUna vez que la mezcla de aire-combustible es en los cilindros de un motor, los tres modos principalesde transferencia de calor (conducción, convección y radiación), juegan un papel importante

Página 333Sec. 10-4

Transferencia de Calor en las cámaras de combustión319para la operación en estado estacionario suave. Además, la temperatura dentro de los cilindrosse ve afectada por una fase de cambio de la evaporacióndel combustible líquido restante.La mezcla de combustible-aire que entra en un cilindro durante la carrera de admisión puede sermás caliente o más frío que las paredes del cilindro, con la transferencia de calor que resulta ser posi-ble en cualquier dirección. Durante la carrera de compresión, la temperatura del gasaumenta, y se inicia la combustión tiempo, ya hay un calor por conveccióntransferir a las paredes del cilindro. Algunos de este calentamiento a la compresión es aliviar mediante laenfriamiento por evaporación que se produce cuando las restantes gotitas de combustible líquido se vaporizan.Durante temperaturas de los gases de combustión de pico del orden de 3.000 K ocurrir dentro delos cilindros, y la transferencia de calor efectiva es necesaria para mantener las paredes del cilindro desobrecalentamiento. Convección y conducción son los principales modos de transferencia de calor aquitar energía a partir de la cámara de combustión y mantener las paredes del cilindro desdede fusión.Figura 10-5 muestra la transferencia de calor a través de una pared del cilindro. La transferencia de calor por unidadárea de la superficie será:

Página 334320Transferencia de Calor en MotoresCap. 10La transferencia de calor en la ecuación. (10-5) es cíclico. Temperatura del gas Tg en la combustióncámara varía mucho a lo largo de un ciclo del motor, que van desde valores máximos durantede combustión al mínimo durante la ingesta. Incluso puede ser menor que la temperatura de la pared

temprano en la carrera de admisión, invirtiendo momentáneamente dirección de transferencia de calor. Refrigerantetemperatura Tc es bastante constante, con los cambios que ocurren durante el ciclo mucho más largoveces. El refrigerante es aire para motores refrigerados por aire y solución anticongelante para aguamotores refrigerados. El coeficiente de transferencia de calor por convecciónhgen el lado de gas del cilindrode la pared varía en gran medida durante un ciclo de motor debido a cambios en el movimiento de gas, turbinasbulence, remolino, velocidad, etc. Este coeficiente también tendrá gran variación espacialdentro del cilindro por las mismas razones. El coeficiente de transferencia de calor por convección enel lado de refrigerante de la pared será bastante constante, depender de veloc- refrigerantedad. La conductividad térmica k de la pared del cilindro es una función de temperatura de la pared yserá bastante constante.La transferencia de calor por convección en la superficie interior del cilindro es:q=Q / A=hg (Tg - Tw)(10-6)Temperatura de la paredTwno debe exceder de 180 ° -200 ° C para asegurar la estabilidad térmica de laaceite lubricante y la fuerza estructural de la pared.Hay un número de maneras de identificar un número de Reynolds de usar para com-comparando las características de flujo y transferencia de calor en los motores de diferentes tamaños, velocidades, ygeometrías. Elegir la mejor longitud característica y la velocidad es a veces cultadculto [40, 120]. Una forma de definir un número de Reynolds para motores [120], quecorrelaciona los datos bastante bien es:

Página 335A pesar de que las temperaturas del gas son muy altas, la radiación a las paredes solamenteasciende a aproximadamente 10% de la transferencia total de calor en los motores SI. Esto es debido a lapobres propiedades de emisores de los gases, que emiten solamente en longitudes de onda específicas. Nzy Oz, que constituyen la mayoría de los gases antes de la combustión, irradian muypoco, mientras que el Coz y Hz0 de los productos no contribuir más al calor de radiacióntransferencia.Las partículas de carbono sólidos que se generan en los productos de combustión de unaMotor de encendido son buenos radiadores en todas las longitudes de onda, y la transferencia de calor por radiación a laparedes de estos motores está en el intervalo de 20-35% del total. Un gran porcentaje de radiaciónación de transferencia de calor a las paredes se produce a principios de la carrera de trabajo. En este punto eltemperatura de combustión es máxima, y con un potencial igual a la radiación térmicaT4, se genera un gran flujo de calor. Este es también el momento en que hay un máximocantidad de hollín de carbono en los motores de encendido, que además aumenta el flujo de calor por radiación.Flujos de calor instantáneos de hasta 10 MW / m zcan tener experiencia en un motor de encendido poreste punto del ciclo.Debido a que un motor funciona en un ciclo, la temperatura del gas Tg dentro del cilindroen la Fig. 10-5 y la Ec. (10-5) es estado pseudo-estacionario. Esta temperatura cíclico causa unatransferencia de calor cíclico que se produzca en las paredes del cilindro. Sin embargo, debido a la muy cortatiempos de ciclo, esta transferencia de calor cíclico solamente se experimenta a una muy pequeña profundidad de la superficie.A velocidades normales, el 90% de estas oscilaciones de transferencia de calor se humedeció en el plazo de

una profundidad de aproximadamente 1 mm de la superficie en motores con las paredes del cilindro de hierro fundido. Enmotores con cilindros de aluminio esta profundidad de 90% de amortiguación es poco más de 2 mm,y en las paredes de cerámica es del orden de 0,7 mm. En la superficie profundidades mayores deéstos, las oscilaciones en la transferencia de calor son casi indetectables y la conducción pueden hacerloser tratado como estado estable [40].La transferencia de calor a las paredes del cilindro continúa durante la carrera de expansión, pero eltasa disminuye rápidamente. Pérdidas de refrigeración de expansión y de calor reducen la temperatura del gastura dentro del cilindro durante esta carrera desde una temperatura máxima en elorden de 2.700 K a una temperatura de escape de alrededor de 800 K. Durante el escapeaccidente cerebrovascular, la transferencia de calor a las paredes del cilindro continúa pero a un ritmo muy reducido. Aesta temperatura del gas de tiempo, el cilindro es mucho menor, como es la transferencia de calor por conveccióncoeficiente. No hay movimiento de remolino o desplazamiento de la mezcla en este momento, y la turbulencia es enormementereducido, lo que resulta en un coeficiente de transferencia de calor por convección mucho menor.-Ciclo a ciclo variaciones en la combustión que se producen dentro de un cilindro en el resultadociclo a ciclo de variaciones en la transferencia de calor resultante a las paredes. Un gráfico típico de

Página 336ciclo a ciclo de variaciones en la transferencia de calor en función del ángulo del cigüeñal de un lugar dentro de uncámara de combustión se muestra en la Fig. 10-6.La transferencia de calor se produce en los cuatro golpes de un ciclo, que van desde muy altos flujosa flujos bajos y flujo de calor incluso a cero o en la dirección inversa (es decir, el flujo de calorde las paredes a la mezcla de gas en el cilindro). En un motor de aspiración natural,flujo de calor puede ser en cualquier dirección durante la carrera de admisión, a un cilindro dado localización

ción. Durante la carrera de compresión, los gases se calientan y un flujo de calor a las paredesresultados. Temperatura máxima y el máximo flujo de calor se produce durante la combustióny luego disminuye durante las carreras de potencia y de escape. Para los motores equipadoscon un compresor o turbocompresor, los gases de admisión están a una temperatura más alta,y el flujo de calor correspondiente durante la ingesta sería mayor y en las paredes.Además de una variación en el tiempo de la temperatura dentro de una cámara de combustión,hay una variación espacial en un momento dado, como puede verse en la Fig. 10-7. El calorcurva de flujo en la figura 6.10, por lo tanto, sólo se aplicaría a un punto local y un simi-curva lar pero diferente sería aplicable en un punto diferente. Algunos lugares muy cercajuntos pueden tener diferentes flujos de calor en cualquier instante dado, especialmente durante com-combustión (Fig. 10-7).Dificultades causadas por los salientes de la bujía, inyectores de combustible de refrigeración,y se han discutido válvulas a través de las paredes del cilindro. Otra importante refrigeraciónproblema es la cara del pistón. Esta superficie está expuesta a la combustión caliente

Página 337proceso, pero no puede ser enfriado por el refrigerante en la camisa de agua del motor o un externamentesuperficie con aletas nal. Por esta razón, la corona del pistón es uno de los puntos más calientes en unadel motor. Un método usado para enfriar el pistón es por salpicaduras o rociado de lubricaciónaceite en la superficie posterior de la cabeza del pistón. Además de ser un lubricante, el aceitea continuación, también sirve como un fluido refrigerante. Después de la absorción de energía desde el pistón, el aceitefluye hacia el depósito de aceite en el cárter, donde se enfría de nuevo. El calor es

también llevó a cabo de la cara del pistón, pero la resistencia térmica de esto es bastante alto. Losdos recorridos de conducción disponibles son (1) hacia abajo la barra de conexión al depósito de aceite,y (2) a través de los anillos del pistón a las paredes del cilindro y en el refrigerante en el ciecamisa de agua redondeo (Fig. 10-8). Resistencia térmica a través del cuerpo del pistón ybiela es baja debido a que están hechos de metal. Sin embargo, existe una gran resistenciatancia cuando éstas se conectan entre sí en el pin de la muñeca debido a la película de lubricanteentre las superficies. Esto también es cierto cuando la biela se sujeta a la cigüeñaleje a través de las superficies lubricadas. La película de aceite entre las superficies necesarias paralubricación y reducción del desgaste constituye una gran resistencia térmica y una pobrecamino de conducción.Pistones de aluminio generalmente operan 30 ° -80 ° C más fría que los pistones de hierro fundidodebido a su mayor conductividad térmica. Esto reduce noquear problemas en estosmotores, pero pueden causar mayores problemas de expansión térmica entre disímiles

Página 338Figura 10-8 refrigeración del pistón. La carade un pistón (A) es uno de los más caliente superficiese enfrenta en una cámara de combustión. El enfriamiento esrealizado principalmente por convección a la lubricaciónaceite cando en el lado posterior del pistóncara, por conducción a través del pistónanillos en contacto con las paredes del cilindro,y por conducción por la conexiónvarilla al depósito de aceite. Alta de conducciónla resistencia se debe a lubricadosuperficies de paredes de los cilindros(X)y la varillacojinetes (Y).

materiales. Muchos pistones modernos tienen una cara de cerámica y operan a un estacionario superiortemperatura de estado. Cerámica tiene pobres propiedades de conducción de calor, pero puede tolerartemperaturas mucho más altas. Algunos muy grandes motores tienen pistones refrigerados por agua.Para evitar la descomposición térmica del aceite lubricante, es necesario para mantener eltemperaturas de la pared del cilindro de superior a 180 ° -200 ° C. Como la tecnología de lubricaciónmejora la calidad de los aceites, esta temperatura máxima permisible de la pared está siendolevantada. Como un motor de edades, los depósitos lentamente se acumulan en las paredes de los cilindros.Estos son debido a las impurezas en el aire y combustible, la combustión imperfecta, y lubri-ing aceite en la cámara de combustión. Estos depósitos crean una resistencia térmica ycausar temperaturas de la pared superior. Depósitos de pared excesivas también disminuyen ligeramente elvolumen de holgura del cilindro y causar un aumento en la relación de compresión.Algunos motores modernos utilizan tubos de calor para ayudar a las regiones calientes internas frías que soninaccesible para enfriamiento normal por conducción o flujo de refrigerante. Con un extremo de latubo de calor en el interior caliente del motor, el otro extremo puede estar en contacto con elque circula refrigerante o expuesta al flujo de aire externo.10.5 TRANSFERENCIA DE CALOR EN SISTEMA DE ESCAPEPara calcular las pérdidas de calor en un tubo de escape, modelos de flujo de convección internos normalesse puede utilizar con una modificación importante: Debido al flujo cíclico pulsante, la Nusseltnúmero es aproximadamente 50% mayor de lo que sería predicho para el mismo flujo de masa en elmisma tubería en condiciones de flujo estacionario [82] (ver Fig. 9.10). Las pérdidas de calor de los gases de escapesistema afecta a las emisiones y turboalimentación.

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Figura 9.10 Número medio de Nusselt en el flujo de escape de un IC de vaivéndel motor. La pulsación cíclica que se produce en el tubo de escape aumenta el número de Nusselt... • convección ..y transferencia de calor en el tubo de escape por un factor de aproximadamente 1,5 sobre estacionariocondiciones de caudal másico igual fluir. Adaptado de [82].Temperaturas de escape-constante-estatales Pseudo de motores SI están generalmente en elgama de 400 ° -600 ° C, con extremos de 300 ° -900 ° C. Temperaturas de escape de CILos motores son más bajos debido a su mayor relación de expansión y están generalmente en el rangode 200 ° -500 ° C.Algunas grandes motores tienen válvulas de escape con tallos huecos que contienen sodio.Estos actúan como tubos de calor y son muy eficaces en la eliminación de calor desde el área de la cara dela válvula. Mientras que la válvula sólida proviene eliminar el calor por conducción únicos, conductos de calorutilizar un ciclo de cambio de fase para extraer una cantidad mucho mayor de energía. Líquidode sodio se vaporiza en el extremo caliente del vástago de válvula hueco y luego se condensade nuevo a líquido en el extremo más fresco. Debido a la gran transferencia de energía durante unacambio de fase, la conducción de calor efectiva en el tallo será muchas veces mayorque la conducción pura.PROBLEMA EJEMPLO 1.10Sobre el motor en el problema 8-1, el colector de escape y el tubo que va desdeel motor al convertidor catalítico se puede aproximar como un tubo Lo8-m-Iong conIdentificación=6.0 cm yuna d=6,5 cm. La eficiencia volumétrica del motor a 3600 RPM esTJv=

93%, la relación aire-combustible AF=15: 1, y la temperatura media de la paredtubo de escape es de 200 ° C. Calcula la temperatura aproximada del gas de escape Enterpriseing del convertidor catalítico.

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Página 34110.6 EFECTO DE LAS VARIABLES DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTORSOBRE TRANSFERENCIA DE CALORLa transferencia de calor dentro de los motores depende de muchas variables diferentes que esdifícil correlacionar un motor con otro. Estas variables incluyen el aire-combustiblerelación, velocidad, carga, presión media efectiva, sincronización de la chispa, relación de compresión,materiales y tamaño. La siguiente es una comparación general de algunas de estas variables.Tamaño de la maquina'-Si dos motores geométricamente similares de diferente tamaño (desplazamiento) se ejecutan en elmisma velocidad, y todas las demás variables (temperatura, AF, combustible, etc.) se mantienen tan cercalo mismo que sea posible, el motor más grande tendrá una mayor pérdida de calor absoluta, sino queser más térmica eficiente. Si las temperaturas y los materiales de ambos motores son elmismo, la pérdida de calor a los alrededores flujos por unidad de superficie será de aproximadamente el mismo, perola pérdida de calor absoluta del motor más grande será mayor debido a áreas de superficie grandes.Un motor más grande va a generar más potencia de salida y lo hará en un mayoreficiencia térmica. Como el tamaño lineal sube, aumenta el volumen del orden de linealcubos dimensión. Si un motor es 50% más grande en tamaño lineal, su desplazamiento seráen el orden de (1,5) 3=

3.375 más grande. Con propiedades de la mezcla similares, el más grandepor lo tanto motor quemar aproximadamente 3.375 veces el combustible del motor más pequeño yliberar 3.375 veces la cantidad de energía térmica. Superficie, por otro lado,es proporcional a la longitud al cuadrado, y el motor más grande tendrá sólo 2,25 veces lasárea de superficie y la consiguiente pérdida de calor del motor más pequeño. La energía generada vacon la longitud al cubo, mientras que las pérdidas de calor suben con la longitud al cuadrado. Esto hace que lamayor motor más eficiente si todo lo demás es igual.Este razonamiento puede extenderse a más de sólo el tamaño absoluto en el diseñoun motor. Lo que es deseable para una buena eficiencia térmica es una cámara de combustióncon una alta relación de área de volumen a superficie. Esta es una de las razones por las que una sobrecarga modernamotor de válvulas es más eficiente que los motores de cabeza L mayores válvula en bloques que teníangrandes áreas de superficie cámara de combustión. Esto también dice que un cilindro con una sola,sencilla cámara de combustión abierta tendrá una menor pérdida de calor porcentaje que uno conuna doble cámara dividida que tiene un área superficial grande.

Página 342328HeatTransfer en MotoresCap. 10La velocidad del motorA medida que aumenta la velocidad del motor, la velocidad del flujo de gas dentro y fuera del motor sube,con un consiguiente aumento de turbulencia y de transferencia de calor por convección coeficientes. Estaaumenta la transferencia de calor se produce durante los trazos de admisión y escape e inclusodurante la primera parte de la carrera de compresión.Durante la combustión y la carrera de potencia, velocidades del gas dentro del cilindro sonbastante independiente de la velocidad del motor, siendo en cambio controlado por remolino, aplastar, y

movimiento de combustión. El coeficiente de transferencia de calor por convección y, por tanto, la convecciónpor lo tanto, son bastante independiente de la velocidad del motor en este momento. La radiación, que essólo es importante durante esta parte del ciclo, también es independiente de la velocidad. Tasa detransferencia de calor (kW) durante esta parte del ciclo es, por tanto, constante, sino porqueel tiempo del ciclo es menor a mayor velocidad, menos transferencia de calor por ciclo (kJ / ciclo)ocurre. Esto le da al motor de una eficiencia térmica más alta a mayor velocidad. A mayorvelocidades, más ciclos por unidad de tiempo se producen, pero cada ciclo dura menos tiempo. El resultado netoes un ligero aumento en la pérdida de transferencia de calor con el tiempo (kW) del motor. Esto es en partedebido a las pérdidas de calor más altos para parte del ciclo, pero es sobre todo debido a la mayorel estado de equilibrio (estado estable pseudo)pérdidas que el motor establece a mayorvelocidades. El flujo másico de gas a través de un motor incrementa con la velocidad, con un resultado neto demenor pérdida de calor por unidad de masa (kJ / kg) (eficiencia, es decir, térmica más alta).Todas las temperaturas de estado estable dentro de un motor suben a medida que aumenta la velocidad del motor,como se muestra en la Fig. 10-10.

Página 343Sec. 10-6Efecto de las variables de funcionamiento del motor en HeatTransfer329La transferencia de calor al refrigerante del motor aumenta con mayor velocidad:Q=Ha (Tw - Tc)(10-10)dónde:h=

coeficiente de transferencia de calor por convección, que se mantiene casi constanteLA=área de la superficie, que se mantiene constanteTc=la temperatura del refrigerante, que se mantiene casi constanteTw=temperatura de la pared, lo que aumenta con la velocidadPara mantenerse a la misma temperatura de estado estable a medida que aumenta la velocidad del motor,más calor debe ser transferido a los alrededores del refrigerante en el automociónradiador bilis intercambiador de calor.A velocidades más altas del motor, hay menos tiempo por ciclo. La combustión se produce a travéssobre la misma rotación del motor (ángulo de quemadura) en todas las velocidades, por lo que el momento de la combustiónes menor a velocidades más altas (Fig. 7-6). Esto significa menos tiempo para la auto-ignición y llamar.Sin embargo, también hay menos tiempo para la transferencia de calor por ciclo, lo que significa que el motorcorre más caliente, y un motor más caliente tiene un problema mayor golpe. El resultado de esto esque algunos motores tienen un problema mayor golpe a velocidades más altas, mientras que otrasmotores tienen menos problema llamaron a velocidades más altas.Por parte del proceso de purga de escape, habrá velocidad sónica a travésla válvula de escape, y el caudal se ahogaron e independiente del motorvelocidad. A velocidades más altas, esto hace que el proceso de purga para durar más de un grandeángulo de rotación del motor y los resultados en las válvulas y orificios de escape calientes. Cuanto más calientelas temperaturas del motor hacen aumentar la velocidad del sonido ligeramente, lo que a su vez aumenta lacaudal ligeramente. Gases en el sistema de escape son más calientes a velocidades más altas del motor.Carga

A medida que aumenta la carga en un motor (que va cuesta arriba, tirando de un remolque), el aceleradordebe abrirse aún más para mantener constante la velocidad del motor. Esto provoca menos presióncaer a través de la presión del acelerador y el más alto y densidad en el sistema de admisión. Misatasa de aire y combustible fluya, por lo tanto, aumenta con la carga a una velocidad del motor dado. Calortransferencia dentro del motor también sube porQ=Haj) .T(10-11)dónde:h=convección coeficiente de transferencia de calorLA=área de la superficie en cualquier puntoj) .T=diferencia de temperatura en ese puntoEl coeficiente de transferencia de calor está relacionada con el número de Reynolds porhpor ejemplo:ReC(10-12)donde C es por lo general en el orden de C=0.8. Número de Reynolds es proporcional a la masavelocidad de flujoni,por lo que la tasa momento de la transferencia de calor aumenta conni0.s.Densidad de combustible enel motor aumenta a medida

ni,así que la energía en el motor aumenta a medidani.El porcentaje de pérdida de calor disminuye ligeramente a medida que aumenta la carga del motor (kJ / ciclo).Esto a menudo se ve compensado por la detonación del motor que se produce con mayor frecuencia en un motor de bajo

Página 344330HeatTransfer en MotoresChap.10carga. El resultado del golpe se localiza alta temperatura y alta transferencia de calor.Temperaturas del motor aumentan con la carga. Figura 10-10 sería muy similar si elXde coordenadas de velocidad a la carga constante fueron reemplazados con la carga a velocidad constante.Los motores de encendido se ejecutan sin estrangulación, y el flujo de masa total es casi independiente decarga. Cuando se aumenta y la velocidad o la carga se necesita más potencia, la cantidad de combustibleinyectada se incrementa. Esto aumenta el flujo total de masa en la última parte de cadaciclo sólo muy ligeramente, del orden de 5%. Esto significa que el calor por conveccióncoeficiente de transferencia dentro del motor es bastante independiente de la carga del motor.Con cargas ligeras se inyecta y se quema menos combustible, creando un estado de equilibrio más fríola temperatura. Esto disminuye la transferencia de calor correspondiente. En carga pesada másel combustible se inyecta y se quema, y la temperatura de estado estacionario resultante es mayor. Estacausa una mayor transferencia de calor por convección. La combustión de la mezcla más rica en pesadacarga también crea una mayor cantidad de hollín de carbono sólido. Esto, a su vez, nuevos aumentosla transferencia de calor por radiación, carbono sólido ser un buen radiador. La cantidad de combustible

y, en consecuencia, la cantidad de energía liberada por ciclo sube con la carga. Lospor ciento de la pérdida de calor, por lo tanto, cambia muy poco con la carga de un motor de encendido.Timing SparkMás potencia y temperaturas más altas se generan cuando el ajuste de la chispa se ajusta adar la máxima presión y temperatura a aproximadamenteSOa 10 ° ATDC. Estos mayorestemperaturas máximas crearán una pérdida de calor momentáneo más alto, pero esto ocurrirá duranteuna longitud más corta de tiempo. Con el tiempo de encendido ajustado demasiado temprano o demasiado tarde, combustiónción effictency y temperaturas medias serán menores. Estas temperaturas más bajasdará una menor pérdida de calor máximo, pero las pérdidas de calor va a durar más de una longitud de tiempo más largoy la pérdida total de energía será mayor. Mayor potencia de salida está por lo tanto ganó contiempo de encendido correcto. Tiempo de encendido Late extiende el proceso de combustión yaen la carrera de expansión, resultando en una mayor temperatura de escape y más calienteválvulas de escape y puertos.Combustible Equivalencia RatioEn un motor de SI, la máxima potencia se obtiene con una relación de equivalencia de aproximadamente<P=1.1. Este es también cuando se producen las mayores pérdidas de calor, con menos pérdidas cuandoel motor funciona bien más delgado o más ricos. La mayor pérdida de calor como un porcentaje de la energíaen,mtQHv,se producirá en condiciones estequiométricas,<p=1.0. Un motor requiere el

mayor número de octano de combustible cuando se opera en condiciones estequiométricas. Bajaoctano se puede tolerar cuando el motor está en marcha rico.El enfriamiento evaporativoComo combustible se vaporiza durante la ingesta y el comienzo de la compresión, la refrigeración por evaporaciónbaja la temperatura de entrada y aumenta la densidad de admisión. Esto aumenta la volumet-ric eficiencia del motor. Los combustibles con altos calores latentes, como alcoholes, tienen mayor

Página 345Sec. 10-6Efecto de las variables de funcionamiento del motor en HeatTransfer331enfriamiento por evaporación y generalmente hacen para los motores de funcionamiento más fríos. Si un motor escombustible operado rica, la evaporación del exceso de combustible bajará temperaturas de ciclo.Inyectores de agua a veces se instalan en el sistema de admisión de alto ren-Mance motores para aumentar la refrigeración por evaporación. Esto se hizo con bastante éxito enmotores de los aviones durante la Segunda Guerra Mundial. Se debe tener cuidado para evitar la probabilidad de corrosiónLems con estos motores, sobre todo cuando los motores no están funcionando.Saab Automobile Company ha estado experimentando con inyección de agua paramejorar la economía de combustible a alta velocidad y rápida aceleración. Para evitar la necesidad de unafuente de agua adicional, el líquido se toma desde el depósito de limpiaparabrisas.Aditivos solución anticongelante y lavadora no parecen dañar el motor. Alto-el consumo de combustible de velocidad ha sido bv reducidos20-30% f70l

Página 346-Temperatura del aire de entradaEl aumento de temperatura del aire de entrada a una de resultados del motor en un aumento de la temperatura por encimatodo el ciclo, con un aumento resultante en las pérdidas de calor. A C aumento de 100 ° en la entrada

temperatura dará un aumento del 10-15% en las pérdidas de calor. El aumento de temperatura del cicloturas también aumenta la probabilidad de golpe. Motores turbo o sobrealimentadosgeneralmente tienen altas temperaturas del aire de entrada debido a la calefacción a la compresión. Muchos ma

Página 347Sec. 10-6Efecto de las variables de funcionamiento del motor en HeatTransfer333charranes han aftercooling para reducir la temperatura del aire antes de que entre el motorcilindros.Temperatura del refrigeranteEl aumento de la temperatura del refrigerante de un motor (termostato más caliente) resulta entemperaturas más altas de todas las partes enfriadas. Hay poco cambio en las temperaturas delas bujías y las válvulas de escape. Golpe es un problema mayor en los motores calientes.Materiales del motorDiferentes materiales en la fabricación de componentes de cilindro y pistón dan lugar adiferentes temperaturas de funcionamiento. Pistones de aluminio, con su mayor térmicaconductividad, generalmente operan alrededor de 30 ° -80 ° C más fría que Pis- hierro fundido equivalentetoneladas. Pistones de cerámica con cara tienen mala conductividad térmica, lo que resulta en muy altatemperaturas. Esto es así por diseño, con ser la cerámica capaz de tolerar la más altala temperatura. Válvulas de escape de cerámica se utilizan a veces debido a su menorinercia de la masa y la tolerancia a altas temperaturas.Índice de compresiónCambio de la relación de compresión de un motor cambia la transferencia de calor a larefrigerante muy poco. El aumento de la relación de compresión disminuye la transferencia de calor ligeramentehasta alrededor de

rc=10. El aumento de la relación de compresión por encima de este calor aumentatransferir ligeramente [58]. No se trata de una disminución del 10% en la transferencia de calor como el com-relación de compresión se eleva de 7 a 10. Estos cambios en la transferencia de calor se produce principalmentedebido a las características de combustión que cambian como la relación de compresión eselevada (Le., velocidad de la llama, el movimiento de gas, etc). Cuanto mayor sea la tasa de compresión,más refrigeración de expansión se producirá durante el movimiento de la energía, lo que resulta en más fríode escape. Los motores de encendido, con sus altas relaciones de compresión, por lo general tienen menortemperaturas de escape que los motores del SI. Temperaturas de pistón generalmente aumentanligeramente con el aumento de la relación de compresión.GolpeCuando se produce detonación, la temperatura y la presión son criados en manchas muy localizadasdentro de la cámara de combustión. Este aumento de la temperatura local puede ser muy gravey, en casos extremos, puede causar daños en la superficie de los pistones y válvulas.Remolino y SquishSuperior de turbulencia y velocidades aplastar resultan en una mayor transferencia de calor por convección coefi-Cient dentro del cilindro. Esto se traduce en una mejor transferencia de calor a las paredes.

Página 348334HeatTransfer en MotoresCap. 1010-7 motores refrigerados por aireMuchos motores pequeños y algunos motores medianas son refrigerados por aire. Esto incluyela mayoría de herramientas de pequeño motor y juguetes como cortadoras de césped, sierras de cadena, modelos de aviones, etc.

Esto permite que tanto el peso y el precio de estos motores que se le mantenga bajo. Algunos motor-ciclos, automóviles y aviones tienen motores refrigerados por aire, también se benefician demenor peso.Motores refrigerados por aire se basan en un flujo de aire a través de sus superficies externas paraeliminar el calor necesaria para evitar que se sobrecaliente. En los vehículos como motor-ciclos y aviones, el movimiento hacia adelante del vehículo suministra el flujo de aire a través de lasuperficie. Deflectores y conductos se agregan a menudo para dirigir el flujo a criticalloca-ciones. Las superficies externas del motor están hechos de metales buenos conductores de calor yson aletas para promover la transferencia de calor máxima. Motores de automóvil suelen tenerventiladores para aumentar la tasa de flujo de aire y dirigirlo en la dirección deseada. Cortadoras de céspedy sierras de cadena se basan en la convección libre de sus superficies con aletas. Algunos pequeñosmotores han expuesto volantes con deflectores de aire fijados a la superficie. Cuandoel motor está en funcionamiento, estos deflectores crean el movimiento del aire que aumenta el calortransferir en las superficies con aletas.Es más difícil conseguir un enfriamiento uniforme de los cilindros en motores refrigerados por aireque en los motores enfriados por líquido. El flujo de refrigerantes líquidos puede controlarse mejory conductos de los puntos calientes donde se necesita la máxima refrigeración. Refrigerantes líquidos tambiéntener mejores ... propiedades térmicas que el aire (por ejemplo, coeficientes de convección superiores, específicacalores, etc). Figura 10-11 muestra cómo las necesidades de refrigeración no son los mismos en todas las localidadesen una superficie del motor. Las zonas más calientes, como alrededor de la válvula de escape y el colector,Figura 10-11 Variación de las pérdidas de calorde las aletas de un avión refrigerado por airedel motor. Setenta y uno por ciento del calor

pérdidas se producen en el lado más caliente de lacilindro, que contiene la válvula de escape. Losmotor que se muestra se utilizó en una serie dediferentes aviones, incluyendo el motor de seisB-36 bombardero. Reproducido con permisodel Documento Técnico SAE 500197©1950,Sociedad de Ingenieros Automotrices, Inc.,[106].

Página 349Sec. 10-8Liquid-CooledEngines335necesitará mayor de enfriamiento y una zona de superficie con aletas más grande. El enfriamiento de la parte delantera de un airemotor refrigerado que se enfrenta el movimiento hacia adelante del vehículo es a menudo mucho más fácily más eficiente que el enfriamiento de la superficie posterior del motor. Esto puede resultar enlas diferencias de temperatura y problemas expansión térmica.En comparación con los motores enfriados por líquido, motores refrigerados por aire tienen la guienteventajas si-: (1) peso ligero, (2) menos costosos, (3) no hay fallas en el sistema de refrigerante(por ejemplo, bomba de agua, mangueras), (4) ningún motor de congelación-ups, y (5) más rápido calentamiento del motor.Desventajas de los motores refrigerados por aire son que (1) son menos eficientes, (2) son ruidos queier, con mayores requisitos de flujo de aire y sin camisa de agua para amortiguar el ruido y(3) la necesidad de un flujo de aire dirigido y superficies con aletas.Ecuaciones de transferencia de calor estándar para superficies con aletas se pueden utilizar para calcularla transferencia de calor fuera de estas superficies del motor.10-8 MOTORES refrigeración líquidaEl bloque de motor de un motor refrigerado por agua está rodeada de una camisa de aguaa través del cual fluye el líquido refrigerante (Fig. 10-12). Esto permite un mucho mejor

el control de la eliminación de calor a un costo de peso añadido y una necesidad de una bomba de agua. Loscoste, peso y complejidad de un sistema refrigerante líquido hace que este tipo de refrigeraciónmuy nuevo en los motores pequeños y / o de bajo costo.

Página 350336HeatTransfer en MotoresCap. 10Muy pocos motores refrigerados por agua utilizan sólo agua como fluido refrigerante en el aguachaqueta. Las propiedades físicas del agua hacen que sea un muy buen fluido de transferencia de calor, perotiene algunos inconvenientes. Se utiliza como un fluido puro tiene un punto de congelación de O ° C, inaceptablepoder en los climas del norte de invierno. Su temperatura de ebullición, incluso en una presurizadosistema de refrigeración, es menor de lo deseado, y sin aditivos promueve la oxidación y la correlacióncorro- en muchos materiales. La mayoría de los motores utilizan una mezcla de agua y etilenglicol,que tiene las ventajas de transferencia de calor de agua pero mejora en algo de la físicapropiedades cal. El etileno glicol (C2H602), a menudo llamado anticongelante, actúa como un óxidoinhibidor y un lubricante para la bomba de agua, dos propiedades no presentan cuando el aguase usa sólo. Cuando se añade al agua, disminuye la temperatura de congelación y elevala temperatura de ebullición, ambas consecuencias deseables. Esto es cierto para mezclas conconcentraciones de etilenglicol a partir de una muy pequeña cantidad de hasta aproximadamente 70%. Debido a unaconcentración de la fase de temperatura únicarelación, la temperatura de congelaciónde nuevo se eleva a altas concentraciones. Las propiedades de transferencia de calor deseables de aguaTambién se pierden en altas concentraciones. Pure etilenglicol no debe utilizarse como unarefrigerante del motor.

El glicol de etileno es soluble en agua y tiene una temperatura de ebullición de 197 ° C y unala temperatura de congelación de -11 ° C en forma pura a presión atmosférica. Tabla 10-1da propiedades de mezclas de agua-glicol de etileno. Cuando se usa etilenglicol comoun refrigerante del motor, la concentración de agua suele estar determinado por el más fríotemperatura de tiempo que se espera que ser experimentado.Engiae refrigerante no se puede permitir que se congele. Si lo hace, no va a circulara través del radiador del sistema de refrigeración y el motor se sobrecalentará. Una másconsecuencia grave se produce cuando el agua en el refrigerante se expande en congelacióny las grietas de las paredes de la camisa de agua o bomba de agua. Esto destruye el motor.Incluso en climas donde no hay peligro de congelación del agua, algunos etilenglicolse debe utilizar debido a sus mejores propiedades térmicas y lubricantes. Ademása las buenas propiedades térmicas, un refrigerante debe cumplir los siguientes requisitos:1. Las condiciones bajo químicamente estables de uso2. No espumante3. No corrosivo4. Baja toxicidad5. No inflamable6. Bajo costoLa mayoría de los anticongelantes comerciales cumplen estos requisitos. Muchos de ellos son básicamenteglicol de etileno con pequeñas cantidades de aditivos.Un hidrómetro se utiliza para determinar la concentración de etilenglicol cuandose mezcla con agua. La gravedad específica de la mezcla se determina por la alturaa la que el calibrado carrozas hidrómetro. Gráficas tales como Tabla 10-1 se pueden utilizar paradeterminar la concentración necesaria. La mayoría de estos hidrómetros son utilizados por el servicioasistentes de la estación que no tienen formación en ingeniería. Por esta razón son generalmente

Página 351no calibrado en la concentración, pero sólo en temperatura de congelación del totalagua-etileno mezcla de glicol. La mayoría de los productos anticongelantes comerciales (Prestone,Zerex, etc.) son, básicamente, etilenglicol, y el mismo puede ser calibrada hidrómetroutilizado para todos estos.Algunos refrigerantes de motores comerciales (Sierra, etc.) utiliza propilenglicol (C4HSO)como ingrediente base. Se argumenta que cuando los sistemas de refrigeración de fugas o cuando elrefrigerante se convierte en edad y se descarta, estos productos son menos perjudiciales para el ambienteronment de etilenglicol. A mucha menor cantidad de estos productos que se vende en elEstados Unidos que los que contienen etilenglicol.

Página 352El sistema de refrigeración de un motor de automóvil típico se muestra en la Fig. 10-12.Fluidentra en la camisa de agua del motor, por lo general en la parte inferior del motor. Fluyea través del bloque del motor, donde se absorbe la energía de las paredes del cilindro calientes. Lospasos de flujo en la camisa de agua están diseñados para dirigir el flujo alrededor del exteriorsuperficies de las paredes del cilindro y pasados cualquier otra superficie que necesita refrigeración. El flujoTambién se dirige a través de cualquier otro componente que puede necesitar el calentamiento o enfriamiento (por ejemplo,calentamiento del colector de admisión o enfriamiento del depósito de aceite). El flujo sale de lamotor Q! ockcontaining una alta entalpía específica, debido a la energía que absorbe enrefrigeración del motor. La salida es por lo general en la parte superior del bloque del motor.Entalpía ahora debe ser retirado de la circulación de refrigerante de manera que la circulación

bucle se puede cerrar y el refrigerante de nuevo se puede utilizar para enfriar el motor. Está hechopor el uso de un intercambiador de calor en el bucle de flujo llamado, por alguna razón desconocida, unaradiador. El radiador es un intercambiador de calor de nido de abeja con refrigerante caliente fluye desdearriba a abajo el intercambio de energía con el aire más frío que fluye de adelante hacia atrás, comose muestra en la Fig. 10-13. El flujo de aire se produce debido al movimiento hacia adelante de la automociónbilis, asistida por un ventilador situado detrás del radiador y sea de accionamiento eléctrico o apagadoel cigüeñal del motor. El refrigerante del motor refrigerado sale de la parte inferior del radiadory vuelve a entrar en la camisa de agua del motor, completando un bucle cerrado. Una bomba de aguaque impulsa el flujo del circuito de refrigerante normalmente se encuentra entre la salida del radiadory la entrada del bloque del motor. Esta bomba es ya sea eléctrico o accionado mecánicamenteel motor. Algunos primeros automóviles no tenían la bomba de agua y se basó en un con- naturalesconvección bucle de flujo térmico.El aire que sale del radiador del automóvil se utiliza más para enfriar el motor por estardirigido a través del compartimiento del motor ya través de las superficies exteriores de ladel motor. Debido a la forma aerodinámica moderna de automóviles y el granénfasis en cosméticos, es mucho más difícil de conducir el aire de refrigeración a través de la radiacióntor y el compartimento del motor. Se necesita mucha mayor eficiencia en el rechazo de la energíacon el intercambiador de calor del radiador moderno. Los motores modernos están diseñados para funcionar más calientey así puede tolerar una tasa de flujo de aire de refrigeración inferior. Temperatura de estado estable delaire dentro del compartimiento del motor de un automóvil moderno es del orden de 125 ° C.

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Para mantener la temperatura del fluido refrigerante caiga por debajo de cierto mínimovalor, y manteniendo así el motor que funciona a una temperatura más alta y la eficiencia,latermostatoestá instalado en el circuito de refrigerante, por lo general en la entrada de flujo del motor. LAtermostato es un go-go sin válvula activado térmicamente. Cuando el termostato está frío, escerrado y no permite el flujo de fluido a través del canal de circulación principal. Como el motorcalienta, el termostato también se calienta, y la expansión térmica abre el flujo de pasajesalvia y permite la circulación del líquido refrigerante. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será el flujoabertura de paso, con el mayor flujo de refrigerante resultante. La temperatura del refrigerante es,por lo tanto, controlado con bastante precisión con la apertura y el cierre del termostato.Los termostatos se fabrican para diferentes temperaturas del refrigerante, dependiendo deuso del motor y las condiciones climáticas. Por lo general vienen en clasificaciones del frío (1400P)a caliente (2400P).Bucles de refrigerante de automóviles mayores funcionar a presión atmosférica usandoprincipalmente agua. Esto limitó las temperaturas globales de refrigerante a unos 180oP, lo que permiteun margen de seguridad para evitar la ebullición. Con el fin de aumentar la temperatura de funcionamiento del motorpara una mayor eficacia, era necesario para aumentar la temperatura del refrigerante. Esto se hizomediante la presurización del circuito de refrigerante y la adición de etilenglicol al agua. El etil

eno glicol elevó la temperatura de ebullición del fluido tal como se muestra en la Tabla 1O-l.Presurizar el sistema además eleva la temperatura de ebullición del fluido independientemente

Página 354340HeatTransfer en MotoresCap. 10de la concentración de etilenglicol. Presiones normales del sistema refrigerante están a punto200 kPa absolutos.Es deseable que el refrigerante permanezca en su mayoría líquido a lo largo del bucle de flujo.Si se produce de ebullición, una pequeña masa de líquido se convierte en un gran volumen de vapor, yflujo de masa en estado estable se vuelve casi imposible de sostener. Mediante el uso de etilenoglicol en un sistema presurizado, las altas temperaturas puede lograrse sin a granebullición de escala. Ebullición localizada en pequeños puntos calientes se produce dentro del agua del motorchaqueta. Esto es bueno. Los lugares muy calientes dentro del motor (ya sea momentánea ocasi en estado estacionario) requieren la mayor extracción de calor y refrigeración. La fasecambio que se experimenta al hervir se produce en estos puntos calientes locales absorbe unagran cantidad de energía y suministra la refrigeración gran necesaria en estos puntos. Loscircula el flujo de convección lleva el vapor resultante burbujas lejos del calormanchas de nuevo en la corriente principal del refrigerante. Aquí se condensan de nuevo en líquidodebido a la temperatura del fluido refrigerador, y el flujo a granel no se interrumpe.Como refrigerante del motor caliente sale del bloque del motor, que puede ser utilizado para calentar el pasajeSenger compartimiento de un automóvil, cuando se desee. Esto se hace mediante el enrutamiento de unaporción del flujo de refrigerante a través de un sistema auxiliar que suministra el lado caliente de una

smallliquid-aire intercambiador de calor. Fuera o aire recirculado se calienta a medida que pasaa través de la otra mitad del intercambiador de calor y es conducido en el pasajerocompartimento y / o en las ventanas frías para la descongelación. Varios manual y automáticomatic controles determinan los caudales de aire y líquido refrigerante para suministrar el deseadocalentamiento esultados l'.09.10 ACEITE como refrigeranteEl aceite utilizado para lubricar un motor en operación también ayuda a enfriar el motor.Debido a su ubicación, un pistón se pone muy poco enfriamiento del líquido refrigerante en el aguachaqueta o la superficie externa con aletas de un motor. Para ayudar a enfriar la cara del pistón, unode las superficies más calientes del motor, la superficie posterior de la cabeza del pistón, es sub-metido a un un flujo de aceite. Esto se hace mediante pulverización el aceite en sistemas presurizados o porsalpicar en sistemas no presurizados. El cárter de muchos motores también sirve como el

Página 355Sec. 10-10Motores adiabáticos341depósito de aceite, y el movimiento del cigüeñal y bielas salpicadura de aceitesobre todas las superficies expuestas. El aceite actúa como un refrigerante en la cara posterior del pistóncoronar a medida que absorbe la energía y a continuación, ejecuta de nuevo en el depósito más grande. Sentimosse mezcla con el aceite fresco y disipa esta energía en las otras piezas del motor. Estasalpicaduras de refrigeración de aceite del pistón es muy importante en pequeños motores refrigerados por aire, asícomo en los motores de automóviles.Otros componentes también son enfriados por circulación de aceite, ya sea por salpicaduras o porflujo a presión desde la bomba de aceite. Conductos de aceite a través de los componentes internos como

las barras de árbol de levas y de conexión ofrecen las únicas grandes refrigeración estas partes son sub-metido a un. A medida que el aceite se enfría los diversos componentes, que absorbe la energía y sutemperatura aumenta. Esta energía se disipa con el resto del motor por circulaciónción y, finalmente, consigue absorbidos en el flujo de refrigerante del motor.Algunos motores de alto rendimiento tienen un enfriador de aceite lubricante en su circulaciónsistema de la. La energía absorbida por el aceite, ya que enfría los componentes del motor esdisipada en el refrigerador de aceite, que es un intercambiador de calor refrigerado por cualquiera de los motoresflujo de refrigerante o del flujo de aire externo.10-10MOTORES adiabática"-Un pequeño aumento en la potencia de freno puede ser adquirida por la disminución de las pérdidas de calora partir de un cilindro del motor. Alrededor del 30% de la energía disponible se convierte en trabajo útil(eficiencia térmica), y esto se hace cerca del TDC durante la combustión y el seguimientoing carrera de expansión, que abarca alrededor de un cuarto del ciclo total del motor.Por otro lado, la transferencia de calor se produce en la totalidad de los 720 ° del ciclo. Por lo tantosólo alrededor de un cuarto de la energía ahorrada está disponible cuando el trabajo de salida es sergenerado, y se utiliza sólo alrededor del 30% de esta. Si una disminución de 10% de pérdida de calorla energía se lleva a cabo durante el ciclo (un logro importante), sólo una fracciónde esta aparecería como salida del cigüeñal añadido:% Poder ganado=(10% / 4) (0,30)=0,75%La mayor parte de la energía de la pérdida de calor reducida termina en la entalpía del escape. Ya está

sería también una temperatura de estado estable más elevada de los componentes internos del motor.En los últimos años, los llamados motores de adiabáticos han aparecido en el mercado.No son verdaderamente adiabática (no hay pérdidas de calor), pero no han reducido en gran medida la pérdida de calorde las cámaras de combustión. Por lo general, no tienen camisa de refrigeración o con aletassuperficies y las únicas pérdidas de calor son de convección natural de la superficie exteriorcara. Estos resultados en los componentes del motor mucho más caliente y un poco de ganancia en el frenosalida de potencia.Los avances en la tecnología de materiales permiten componentes de motores funcionen atemperaturas mucho más altas sin una falla mecánica o térmica. Esto es debidomejor tratamiento térmico y de aleación de metales y los avances en la cerámica y la com-posites. El desarrollo de materiales cerámicos flexibles que podría soportar elchoques mecánicos y térmicos que se produjeron dentro de un motor era un desglose importante

Página 356342HeatTransfer en MotoresCap.10a través en los 1980s. Estos materiales se encuentran ahora comúnmente en los motores modernos,especialmente en los lugares más altos de temperatura, tales como la cara del pistón y el puerto de escape. LAmaterial común que se encuentra en los motores adiabáticas es nitruro de silicio (ShN4) 'Porque ellosno tienen ningún sistema de refrigeración (bomba de agua, la camisa de agua, las superficies de aletas, etc.), adiabáticalos motores se pueden hacer más pequeño y más ligero que los motores convencionales. Los vehículos pueden serhecho más aerodinámico con un coeficiente de resistencia aerodinámica inferior porque no hay radiador.Esto también da mayor flexibilidad en la ubicación del motor y posicionamiento.

Todos los componentes del motor de un motor adiabática, incluyendo las paredes del cilindro,operar a temperaturas más altas. Estos calentar la mezcla de aire entrante más rápido que enun motor convencional. Esto reduce la eficiencia volumétrica del motor, que, enA su vez, elimina una parte del incremento de potencia de frenado obtenida de una menor pérdida de calor. Cuanto más altotemperatura del cilindro durante la carrera de compresión también aumenta la presión yreduce la producción de trabajo neto del ciclo mediante el aumento de la entrada de trabajo de compresión.Adiabáticos motores de encendido por compresión son todos. No pueden ser utilizados como chispalos motores de encendido, debido a que las paredes de los cilindros calientes se calienta la mezcla de aire-combustible demasiadorápidamente y golpear sería un problema importante. Otro problema creado por el calorparedes de los cilindros, que son del orden de 800 K, es la descomposición térmica del lubricanteaceite cando. Mejores aceites se han desarrollado que puede tolratelas condiciones enLos motores de hoy en día, pero la tecnología de lubricación necesitarántdseguir avanzando amantenerse al día con la creciente demanda de motores. Una solución que se está considerando ydesarrollada es el uso de lubricantes sólidos."-10-11 ALGUNAS TENDENCIAS MODERNAS EN REFRIGERACION DEL MOTORUn número de diferentes métodos de refrigeración de un motor se están probando y desarrollado.Estos incluyen motores con camisas de agua duales que operan a las dos de refrigerante diferentetemperaturas. Una eficiencia térmica más alta se puede obtener por la flexibilidad de estepermite en el control de la temperatura del motor. El refrigerante alrededor del bloque del motor esoperado más caliente, lo que reduce la viscosidad del aceite y reduce la fricción entre los pistones y las

paredes del cilindro. Refrigerante alrededor de la cabeza del motor se mantiene más fresco para reducir golpeandoy permitir una mayor relación de compresión. Una variación de esto es un sistema de refrigeración queutiliza tanto un refrigerante líquido y un refrigerante gaseoso en una de doble flujo waterjacket. Variosotros sistemas de refrigeración se aprovechan de la gran transferencia de calor que se produce durante unacambio de fase operando como un flujo de dos fases en condiciones de saturación.Por lo menos una compañía está trabajando para reducir el tamaño del cilindro y el peso en pequeñasmotores de la construcción con ni aletas de refrigeración ni una camisa de agua. El lubri-aceite de ing se utiliza para enfriar los cilindros por tuberías a través de pasajes circunferencialesconstruido en las paredes del cilindro. Esto no sólo ha proporcionado una refrigeración adecuada en la pruebamotores, pero también dio lugar a una distribución de temperatura más uniforme. Un aceitesistema de refrigeración sería necesaria con este tipo de motor.Algunos automóviles General Motors ofrecen una función de seguridad en sus motores encaso de una fuga en el sistema de refrigeración. El automóvil es capaz de conducir de manera segura unade larga distancia a velocidad moderada sin líquido refrigerante en el sistema de refrigeración. Esto es posi-

Página 357Sec. 10-12Almacenamiento térmico343ble por el disparo de sólo cuatro de los ocho cilindros en cualquier momento dado. Los cuatro cilindrosque no reciben combustible, y no se activan, siguen a la bomba de aire, que enfría el motorlo suficiente como para evitar que se sobrecaliente. Cada conjunto de cuatro ciclos de cilindros entre disparosdurante un período de tiempo y el bombeo de aire de refrigeración en otros momentos.10-12 ALMACENAMIENTO TÉRMICA

Algunos vehículos están equipados con una batería térmica que puede ser utilizado para precalentar unadel motor y del automóvil. Una batería térmica toma el calor residual del refrigerante del motordurante el funcionamiento y tiendas de aproximadamente 500 a 1000 W-hr (1.800 a 3.600 kJ) por el tiempo quetres días o más. Varios métodos para hacer esto se han probado y usado. El mássistema común almacena energía mediante el uso de un cambio de fase líquido-sólido se produce en unaagua-sal mezcla de cristal. La energía almacenada se puede usar entonces en clima frío arranqueing para precalentar el motor, precalentar el convertidor catalítico, y / o calor al pasajerocompartimiento y descongelar las ventanillas del coche. El precalentamiento puede comenzar dentro de unos pocossegundos.Un número de diferentes sistemas y materiales se han ensayado con éxito diversosproceso. Un sistema temprana utiliza alrededor de 10 kg de Ba (OH) z8HzO como material de base. Estatiene un calor ltent (sólido a líquido) de 89 W-hr / kg y un punto de fusión de 78 ° C. Losmezcla de agua y sal de este sistema está contenido dentro de aletas huecas fijadas en elinterior de una cámara de flujo cilíndrico a través del cual fluye el refrigerante del motor. La exterioridadrior de la pared del cilindro está aislado con aislamiento super-alto vacío que restringelas pérdidas de calor a tres vatios o menos cuando la temperatura ambiente es de -20 ° C [79].Cuando el motor está funcionando en condiciones normales, el refrigerante caliente es canalizadoa través de la batería térmica y licua la mezcla de agua salada. Esto se hace conenergía que de otro modo se rechazó en el radiador del automóvil, por lo que no escosto de operación para el sistema. Cuando el motor se apaga y se detiene el flujo de refrigerante,la solución líquida en sal cambiará muy lentamente a la fase sólida mientras se enfría. Esta fasecambio entrará en unos tres días a causa de la pared super-aislamiento del con-

contenedor. Como la solución de sal cambia de fase, la temperatura en los restos de contenedoresa 78 ° C. Para recuperar posteriormente la energía para su uso en el precalentamiento, circula una bomba eléctricasel refrigerante ahora frío a través de la batería térmica, donde inicia un líquido-back-to-cambio de fase sólido en la mezcla de agua salada. Cuando esto ocurre, el calor latente esabsorbido por el refrigerante, lo que deja la batería a una temperatura cerca de 78 ° C. Losrefrigerante puede entonces ser canalizado al motor y / o el convertidor catalítico para el precalentamientoo para calentar el compartimiento de pasajeros. Uno o todos estos son posibles con adecuadatuberías y controles.Un motor precalentado se inicia más rápido con menos desgaste y desperdicio de combustible. El calentadoparedes del cilindro y el colector de admisión promover una mejor evaporación de combustible y combustiónción comienza más rápida. Además, la mezcla de la ingesta de demasiado rica utilizado para arrancar un motor frío puedeser reducido, ahorro de combustible y causando menos emisiones. El aceite lubricante del motor tambiénobtiene precalentado, lo que reduce en gran medida su viscosidad. Esto permite que el motor más rápidovolumen de negocios con el motor de arranque y más rápido arranque del motor. Esto también permite

Página 358344HeatTransfer en MotoresCap. 10distribución de petróleo a principios más rápido y mejor, lo que reduce el desgaste del motor. Precalentar unamotor de alcohol como combustible es especialmente importante. Debido a su alto calor latente, esdifícil de evaporar suficiente alcohol para conseguir un motor frío comenzó. Esta es una de lasgraves inconvenientes de combustible de alcohol, y el precalentamiento del motor reduce el problema.

Capítulo 9 explica cómo un gran por ciento de las emisiones se produce cuando un resfriadomotor es arrancado y antes de que el convertidor catalítico alcance su temperatura de funcionamiento.El precalentamiento del convertidor catalítico es, por lo tanto, de una manera muy efectiva de reducirlas emisiones. Esto se puede hacer en una medida limitada con una batería térmica.Otra forma en que la energía almacenada de la batería térmica se puede utilizar es a la tuberíael refrigerante calentado a través del intercambiador de calor del compartimiento de pasajerossistema de calefacción. El calentador puede entonces inmediatamente se enciende, con el flujo de airedirigido al compartimiento de pasajeros y / o en las ventanas para deshielo.Durante los primeros 10 segundos de funcionamiento, una batería térmica puede suministrar 50 a 100 kW.El sistema se puede iniciar cuando se inserta la llave de encendido o incluso cuando el cochese abre la puerta. Precalentamiento eficaz se produce dentro de 20-30 segundos. Esto se compara convarios minutos para el calentamiento efectivo del motor, el convertidor catalítico, y del acompañantecompartimento ger en los automóviles no precalentado.Varios sistemas de abastecimiento de diferentes porcentajes de la energía almacenada y en di-secuencias rentes a los diversos usos. Algunos sistemas tienen una mayor flexibilidad ymutabilidad que otros.Incluso si toda la energía almacenada es entregada al compartimiento de pasajeros, lamotor se calentará más rápido. Esto es porque no hay calor del motor se desviará a lasistema de hater cabina. Esto puede ser importante en los camiones grandes que las leyes están siendo consi-Ered en algunas áreas que requieren conductor del compartimiento de calentamiento antes de que el conductor espermitido entrar en el vehículo. Cuando la batería se está recargando térmica despuésel motor se ha calentado, no hay pérdida de eficacia del calentador de la cabina, el soporte del motor

navegan más que suficiente energía para ambos propósitos.La mayoría de los sistemas de baterías térmicas tienen una masa de aproximadamente 10 kg y pueden suministrar500-1000 W-hr como su temperatura baja de 78 ° C a 50 ° agotamiento de la energía C.Totalnormalmente se llevará a 20-30 minutos, dependiendo del motor y rodea turaAtures. La batería puede estar situada ya sea en el compartimiento del motor o en algún lugarotra parte del automóvil, como el tronco. Montaje en los resultados del compartimiento del motor enla menor tuberías y mayor eficiencia, pero las limitaciones de espacio no permiten esto.El mayor beneficio de baterías térmicas probablemente será en los automociónbilis que se utilizan para la conducción urbana. Muchos viajes de la ciudad son suficientes de que el catalizador cortaConversor nunca alcanza la temperatura de funcionamiento, lo que resulta en altas emisiones de escape.La reducción de las emisiones de arranque en zonas densamente pobladas es más importante porquede la gran cantidad de automóviles y otros sistemas de contaminantes, así como la grannúmero de personas afectadas. Las emisiones de alcance limitado de doble potencia automociónbilis que se están desarrollando para los desplazamientos de la ciudad se reducirá considerablemente conalmacenamiento térmico. Estos automóviles, que son propulsados por un motor eléctrico másparte del tiempo y sólo usar su pequeño motor de combustión interna cuando se necesita potencia o rango adicional,operar sus motores en un modo de encendido y apagado. El motor se pone en marcha sólo cuando sea necesarioy por lo tanto opera más a menudo sólo por períodos cortos de tiempo después del inicio, una

Página 359Cap. 10Problemas345método altamente contaminante. Con una batería térmica, la energía se puede almacenar mientras que la

motor funciona y luego se usa para precalentar el motor antes de la próxima puesta en marcha,Aunque no hay costes de explotación directa en cargar una batería térmica, hayserá una muy leve coste en un mayor consumo de combustible debido a la masa añadida de lavehículo aportado por la batería. Una batería de 10 kg es de sólo el 1% de la masa en unLooo-kgautomobile. Esto, sin embargo, causará un aumento muy ligero en estado estacionario enel consumo de combustible, incluso en viajes de larga distancia, que obtiene ningún beneficio de la batería.Baterías térmicas están diseñados para durar toda la vida del automóvil.10-13 RESUMENTemperaturas de combustión en los cilindros de motores de combustión interna pueden alcanzar valores de 2700 Ky más alto. Sin una refrigeración adecuada, las temperaturas de esta magnitud rápidamentedestruir los componentes del motor y lubricantes. Si se permite que las paredes del cilindro para excedertemperaturas superiores a 200 ° C, las fallas de material se producirían y la mayoría de los aceites lubricantesse rompería. Para mantener los cilindros de sobrecalentamiento, que están rodeadoscon una camisa de agua en los motores enfriados por líquido o una superficie con aletas en los motores enfriados por aire.Por otro lado, para obtener la máxima eficiencia de un motor, es deseableoperatltit lo más caliente posible. Con las mejoras en los materiales y tecno- lubricaciónnología, los motores modernos puede funcionar mucho más caliente que los motores de hace unos años.El calor retirado de los cilindros del motor es finalmente rechazado a los alrededores.Desafortunadamente, manteniendo el motor se sobrecaliente con la transferencia de calor a la superficieredondeos, un gran porcentaje de la energía generada en el motor se desperdicia, yla eficiencia térmica del freno de la mayoría de los motores es del orden de 30-40%.Debido al bajo perfil de un automóvil moderno, refrigeración del flujo de aire es muchomás restringido y una mayor eficiencia de transferencia de calor es necesario.

Sistemas de refrigeración innovadoras se están desarrollando, pero en la actualidad la mayoría automociónmotores biliares son refrigeración líquida utilizando una solución de glicol de etileno-agua. Más pequeñamotores son. refrigerado por aire debido a los requisitos de peso, costo y simplicidad.PROBLEMAS10-1. Una, de seis cilindros, 6.6 litros, motor de cuatro tiempos de ciclo de la IS en línea con combustible de puerto multipuntoinyección opera a 3000 RPM, con una eficiencia volumétrica deTelevisión=89%. La ingestacorredores múltiples se puede aproximar como tubos redondos con un diámetro interior de4.0 em. La temperatura de entrada al colector es27 ° e.El resultado:(la)La velocidad promedio y la tasa de flujo de masa de aire a cada cilindro, utilizando de entradatemperatura para evaluar las propiedades. [m / seg, kg / ver](b)Número de Reynolds en el corredor al cilindro# 1,que es de 40 cm de longitud (de usoecuaciones de flujo de tuberías interiores estándar).

Página 360346HeatTransfer en MotoresCap. 10(c)La temperatura del aire que entra cilindro # 1 si la temperatura de la pared del corredortura es constante a 67 ° C. [0C](d)Temperatura de la pared necesario para el corredor para el cilindro # 3, de manera que latemperatura de entrada del cilindro de aire es el mismo que el cilindro # 1. Runner

de longitud para el cilindro # 3 es de 15 cm. [0C]10-2. El motor en el problema 01.10 se convierte en la inyección de combustible del cuerpo del acelerador con el combustibleinyectada en el extremo de entrada del colector. El cuarenta por ciento del combustible se evapora en elcorredores colector de admisión, que enfría el aire de enfriamiento por evaporación. Temperatura de paredturas siguen siendo los mismos.El resultado:(la)La temperatura del aire que entra cilindro # 1 si el combustible es estequiométricagasolina. [0C](b)La temperatura del aire que entra cilindro # 1 si el combustible es estequiométricaetanol.[0C]10-3. El motor en el problema 1O-2b tiene diámetro y carrera relacionada por S=0.90B.Usandocondiciones de entrada para evaluar las propiedades, calcular el número de Reynolds como se define porEq. (10-7).10-4. El motor en el problema 10-3 tiene un tubo de escape entre el motor y catalíticaconvertidor que se puede aproximar como un tubo redondo, de 1,5 m de largo y 6,5 cm dentro dede diámetro. Temperatura de escape dejando el motor es 477 ° C, y la pared mediatemperatura del tubo de escape es 227 ° C. Calcular la entrada de temperatura de escapeel convertidor catalítico.[0C]10-5. Un cruceros de automóviles a 55 mph utilizando una potencia de frenado de 20 kW. El motor, que esrepresemed por Fig. 01.10, corre a una velocidad de 2000 RPM.Aproximado:(la)

Potencia perdida en el flujo de escape. [kW](b) Potencia perdió a la fricción. [kW](c) potencia disipada en el sistema de refrigerante. [kW]10-6. Un motor representada por la Fig. 10 a 1 tiene un sistema de refrigeración con un caudal de 25 gal / miny un termostato que controla la temperatura del flujo de refrigerante en el motor a 220 ° F. Losmotor produce 30 CV a 2.500 rpm como el automóvil viaja a 30 MPH. Frontalárea del radiador es 4.5 Zona Franca, y un ventilador aumenta la velocidad del flujo de aire a través del radiadorpor un factor de 1,1.Calcule: (a) la temperatura del líquido refrigerante a medida que sale del motor. [DE](b) La temperatura del aire dejando el radiador si la temperatura ambiente es75 ° P '[DE]10-7. Un cierto modelo de automóvil se ofrece con dos opciones de motor. Los dos motores sonV8 idénticos con diferentes desplazamientos; uno es 320 en.3y el otro es 290 en.3.Losmotores se ejecutan a velocidades idénticas, temperaturas y condiciones de operación.Calcular: (a) aproximación de lo por ciento más (o menos) será la indicacióncado eficiencia térmica del motor más grande en comparación con el más pequeño. [%](b) por ciento más aproximado (o menos) será la transferencia total de calor ael fluido refrigerante del motor más grande en comparación con el más pequeño. [%]10-8. Un empleado de la estación de servicio se mezcla una solución de agua y anticongelante para que la mezcla harátener un punto de congelación - 30 ° C. El anticongelante utilizado es etilenglicol, pero por errorel operador utiliza un hidrómetro calibrado para propilenglicol. Calcular la actualla temperatura de congelación de la mezcla.[0C]

Página 361Cap. 10Problemas

34710-9.Una batería de almacenamiento térmico consta de 10 kg de una solución de sal que cambia de fase en80 ° C y tiene las siguientes propiedades:sólida para el calor latente de líquido = 80 W-hr / kgcalor específico como líquido = 900 J / kg-Kcalor específico de un sólido=350 J / kg-KEl contenedor de la batería está súper aislado con una tasa de pérdida de calor de 3 W (suponer constante).Refrigerante del motor fluye a través de la batería a una tasa de 0,09 kg / seg, y tiene una temperaturade HO ° C cuando el motor está en marcha. El refrigerante puede ser aproximado como el agua.El resultado:(la)¿Cuánto tiempo le toma a la solución de la batería para llegar a 80 ° C después de lael motor está apagado. [hr](b)¿Por cuánto tiempo la solución de la batería se mantiene a 80 ° C, ya que cambia de fase. [hr](c)¿Cuánto tiempo hasta que la batería se enfría a una temperatura ambiente de 100e.[hr](d)Duración de la batería puede suministrar refrigerante a 80 ° C con el motorcomenzado a una temperatura de 20 ° e. Suponga que la solución de la batería comienza comotodo el líquido a 80 ° C, y el refrigerante del motor entra a 20 ° C y sale a80 ° e.10-10.Un gran motor de ciclo diesel estacionario V12 de cuatro tiempos es para ser utilizado como parte de un cogeneraciónsistema de ración usando la energía de escape para generar vapor. El motor, que tiene

un diámetro de 14,2 cm y 24,5 cm de accidente cerebrovascular, funciona a 980 rpm con un rendimiento volumétricoIJV = 96%. La relación aire-combustible es AF = 21: 1. El vapor se genera mediante la ejecución de los gases de escapea través de un lado de un intercambiador de calor gas-vapor.El resultado:(la)Energía disponible para generar vapor si la temperatura de escapedisminuye desde 577 ° C a 227 ° C a medida que pasa a través del intercambiador de calor.[kW](b)El vapor saturado de vapor que se puede generar si el vapor entra en el calorintercambiador como líquido saturado a 101kPa. La eficiencia del intercambiador de calores 98% y, para el agua a 101 kPa, hfg=2257 kJ / kg. [kg / h]10-n. Durante la combustión, hay un flujo de calor momentánea a través de la pared de la combustióncámara de en un cierto punto igual a 67.000 BTU / hr-ft2. Temperatura del gas en elcilindro en este momento es 3,800oR, y el coeficiente de transferencia de calor por convección dentro de lacilindro es de 22 BTU / hr ft2- ° R. Temperatura del líquido refrigerante es de 185 ° F. La conductividad térmica dela pared del cilindro de hierro fundido OA-pulgada de espesor es de 34 BTU / hr-pies-° R.El resultado:(la)Temperatura de la superficie interior de la pared del cilindro. [DE](b)Temperatura de la superficie en el lado de refrigerante de la pared del cilindro. [DE](c)Coeficiente de transferencia de calor por convección en el lado del refrigerante del cilindropared. [BTU / hr-ft2-OR]10-12.

Dos motores tienen cilindros que son geométricamente igual en tamaño y forma. Loscilindros del motor A están rodeados con una chaqueta normal de agua lleno de un aguasolución de glicol de etileno. Los cilindros del motor B están aislados, haciendo de este unmotor adiabático. Aparte de las temperaturas, los motores se accionan con la mismacondiciones de estado estable (tanto como sea posible). (a) ¿Qué motor tiene mayor volumétricaeficiencia? ¿Por qué? (b) ¿Qué motor tiene mayor eficiencia térmica? ¿Por qué? (c) ¿Quémotor tiene escape más caliente? ¿Por qué? (d) ¿Qué motor sería más difícil para lubricarcerti? ¿Por qué? (e) ¿Qué motor sería un mejor motor de SI? ¿Por qué?

Página 362348Transferencia de Calor en MotoresCap. 10DISEÑOPROBLEMAS10 Id. Diseño de un sistema de almacenamiento térmico para un automóvil. El sistema es para ser utilizado para pre-calentar el aceite y el convertidor catalítico, y para calentar el compartimiento de pasajeros.Determinar el tamaño y los materiales de una batería térmica. Determinar las tasas de flujo frente atiempo, y dibujar un diagrama esquemático de flujo. Explicar la secuencia de eventos cuando losautomóvil se pone en marcha, utilizando los flujos de energía aproximados y temperaturas.10-2D. Diseñar un sistema de refrigeración del motor que utiliza dos camisas de agua separados. Dar a los fluidos, las tasas de flujo usados, temperaturas y presiones. Mostrar el diagrama de flujo y bombas en unadibujo esquemático del motor.

Página 363Este capítulo examina la fricción que se produce en un motor y la lubricaciónsea necesario para minimizar esta fricción.Fricción

se refiere a las fuerzas que actúan entrecomponentes mecánicos debido a su movimiento relativo y a las fuerzas sobre y por flu-identificadores cuando se mueven · a través del motor. Un porcentaje de la potencia generadadentro de los cilindros del motor se pierde a la fricción, con una reducción en el freno resultanteenergía obtenida del cigüeñal. Accesorios que se ejecutan fuera del motor tambiénreducir la salida del cigüeñal y, a menudo se clasifican como parte de la carga de fricción del motor.1.11 fricción mecánica Y LUBRICACIÓNCuando dos superficies sólidas están en contacto en un motor, se tocan entre sí enla rugosidad puntos altos de las superficies, como se muestra ampliada en la Fig. 11-1. Losmás suave de las superficies se mecanizan (a nivel macroscópico), menor será lapuntos altos de superficie (microscópica) y menor será la separa- media distanciaing ellos. Si una superficie se mueve con respecto a la otra, los puntos altos vendránen contacto y que resista el movimiento (fricción) (ver Fig. 11-1a). Puntos de contacto secalentarse, a veces hasta el punto de tratar de soldar. Para reducir grandementela resistencia del movimiento de superficie a superficie, se añade aceite lubricante al espacio entrelas superficies. El aceite lubricante se adhiere a las superficies sólidas, y cuando una de las superficies349

Página 364Figura 11 · 1 Movimiento entre com- motorcomponentes, muy ampliada para mostrar la superficierugosidad. (a) en seco o superficie no lubricadocara que muestra la fricción causada por los puntos altos.(b) la reducción lubricada que muestra la superficiede fricción por flotación hidráulico.se mueve con relación a la otra, el petróleo esarrastradojunto con la superficie. El aceite tiene elsuperficies separadas y una superficie hidráulicamenteflotadoresen la otra superficie. El único

resistencia al movimiento relativo es el cizallamiento de capas de fluido entre las superficies,que es órdenes de magnitud menor que la del movimiento de superficie seca. Tres importantesse necesitan características en un fluido lubricante:1. Se debe adherirse a las superficies sólidas.2. Se debe resistir ser exprimido fuera de entre las superficies, incluso en elfuerzas extremas experimentadas en un motor entre algunos componentes.3. No debe requerir una fuerza excesiva a trasquilar capas líquidas adyacentes. El Propie-erty que determina esto se llama viscosidad y se abordará más adelante en elcapítulo.Rodamientos ofrecen un problema de lubricación único porque una superficie (raza) superficierondas de la otra superficie (eje). Cuando un motor no está en funcionamiento, la gravedad tirael eje de cualquier cojinete (cigüeñal, biela, etc.) hacia abajo y exprimela película de aceite entre las dos superficies (Fig. 11-2a). En funcionamiento, la combinación de

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Página 366

Página 367Sec. 2.11Fricción del motor353muros en el PMS y BDC, y en los cojinetes pesados cargados del cigüeñal. Periódicoel contacto de metal a metal se produce cuando las superficies cargadas pesadas se mueven a velocidades bajas y / osometerse a aceleración y dirección de los cambios repentinos. Cuando esto sucede, la lubricaciónción se exprime y hay una falta momentánea de flotación hidráulico. Lugares dondeesto sucede incluir rodamientos de las varillas de conexión y del cigüeñal, el pistóninterfaz de pared del anillo-cilindro en el TDC y BDC, y en la mayoría de los componentes en el arranque.El segundo término en el lado derecho de la ecuación. (11-12) es proporcional a motor

velocidad y se refiere a la cizalla hidráulica que se produce entre muchos motor lubricadocomponentes. Fuerza de corte por unidad de superficie se da como:La magnitud de la fricción presión efectiva media (o potencia la fricción, fricción otrabajos ción) es del orden de 10% de la red se indica la presión media efectiva en WOT(o redWi 'o redWi) 'Esto aumenta al 100% en la marcha lenta, cuando no se toma ninguna fuerza de frenadodel cigüeñal. Un motor turbo tendrá generalmente un porcentaje menor fricciónpérdida ción. Esto es debido a la mayor salida de freno dado cuenta, mientras que la fricción absolutasigue siendo casi el mismo. La mayor pérdida de potencia a la fricción termina calentando el aceite del motory el refrigerante. La fricción total del motor se puede determinar fácilmente de la ecuación. (11-1) porde medición indica el poder de potencia y freno. Alimentación indicado es encontrado por que inte-ing las áreas de presión-volumen de un ciclo a partir de un diagrama indicador generada a partir desensores de presión en la cámara de combustión. De potencia de freno se mide directamente porconectando la salida del cigüeñal a un dinamómetro.

Página 368354Fricción y lubricaciónCap.11Es mucho más difícil y menos preciso dividir la fricción total en partes adeterminar el porcentaje del total contribuido por diversos componentes del motor.Una de las mejores maneras de hacer esto esmotorel motor (es decir, conducir un motor sin cocercon un motor eléctrico externo conectado al cigüeñal). Muchos eléctricadinamómetros son capaces de hacer esto, por lo que un tipo atractivo de

dinamómetro. Potencia de salida del motor se mide con un dinamómetro eléctrico porla ejecución de un generador de apagado el cigüeñal del motor y la medición de la carga eléctricaimpuesta en el generador. El generador está diseñado como un sistema dual, que tambiénpermite que sea utilizado como un motor eléctrico que puede impulsar el motor IC conectada.Cuando un motor se motored, el encendido se apaga y no hay combustión tomalugar. Se proporciona la rotación del motor y controlada por el motor eléctrico conectado,con el ciclo muy similar a la mostrada en la Fig resultante.11-3.A diferencia de un motor de encendido, tantoel bucle de compresión-expansión y el bucle de escape de la ingesta de este ciclo representantrabajo negativo sobre los gases en botella. Este trabajo se realiza a través del cigüeñaldesde el motor eléctrico.

Página 369Por lo tanto, mediante la medición de la potencia de entrada eléctrica al motor de accionamiento del motor, unabuena aproximación se obtiene de la fuente de fricción en el motor de la normalidad perdidaoperación.Es imperativo que todas las condiciones del motor motorizada mantenerse lo más cercaposible a las condiciones de un motor de encendido, especialmente la temperatura. Temperaturaafecta en gran medida la viscosidad de los fluidos del motor (aceite, refrigerante y aire lubricantes) yla expansión y contracción térmica de los diversos componentes, ambos de los cualestener una influencia importante en la fricción del motor. El aceite debe circular a la misma velocidady la temperatura (viscosidad) como en un motor despedido. El flujo de aire y refrigerante del motor debeser lo más coherente posible (es decir, con el mismo ajuste del acelerador y las tasas de bombeo).

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356Fricción y lubricaciónCap. 11La manera normal de medir la fricción en un motor por el método de automovilismo espara ejecutar primero el motor en un modo de encendido normal. Cuando el motor ha alcanzado uncondición de estado estacionario con todas las temperaturas, se apaga y se ensayó inmediatamenteusando el motor eléctrico. En un breve período de tiempo, las temperaturas del motorserá casi la misma que con un motor de encendido. Esto cambiará rápidamente porque nadiela combustión se produce, y el motor comenzará a refrescarse. Habrá algunas di-conferencias inmediatamente. Incluso con todas las demás temperaturas de ser correcta, los gases de escapeflujo será muy diferente. Los productos calientes de combustión que componen el flujo de escapeen un motor de encendido se aproximan con el aire mucho más fresco en un motor motorizada. Amejor, motored resultados de las pruebas del motor dan una aproximación de la fricción del motor.Como la fricción en el motor está siendo probado por el método de automovilismo, com- motorcomponentes pueden ser removidos para determinar cuánto contribuyen individualmente africción totales. Por ejemplo, el motor puede ser motored con y sin las válvulasconectada. La diferencia en potencia requerida da una aproximación a la fricciónde las válvulas. Un problema con esto es la dificultad de mantener las temperaturas del motorcerca de las temperaturas normales de funcionamiento cuando el motor está parcialmente desmantelado. Cifra11-4 da resultados típicos para el porcentaje de fricción aportado por diversos motorescomponentes.Los componentes que contribuyen una parte importante de fricción totales son los pistonesy los anillos de pistón. La figura 11-5 muestra las fuerzas de fricción en un conjunto de pistón típica comoque atraviesa un ciclo. Las fuerzas son mayores cerca del TDC y BDC, donde el pistón

momentáneamente detiene. Cuando hay isno movimiento relativo entre el pistón y el cilindroparedes, th "'película eoil entre estas superficies se exprime por las altas fuerzas

Página 371Sec. 2.11Fricción del motor357entre ellos. Cuando el pistón comienza entonces una nueva derrame cerebral, hay muy poco lubricanteentre las superficies, y algunas contacto de metal a metal se produce, con la consiguiente alta fricciónfuerzas ción. A medida que las ganancias de pistón velocidad sobre la superficie de la pared del cilindro lubricado, searrastra una película de aceite con él y flotación hidráulica se produce. Esta es la forma más eficazde lubricación entre las superficies en movimiento, y las fuerzas de fricción se reducen al mínimo.Se puede observar en la Fig. 11-5 que hay incluso una pequeña fuerza de fricción medible aTDC y BDC, donde la velocidad del pistón se considera cero. Esto demuestra que hayson desviaciones en los componentes de conexión y de estiramiento o compresión de lapistón que ocurre en estos puntos debido a la inercia de masas y las altas tasas de aceleración. Estaes la razón por la velocidad del pistón promedio máxima permisible es de aproximadamente 5 a 15 para mlsectodos los motores independientemente de su tamaño. Con velocidades superiores a estos, habría un peli-

Página 372358Fricción y lubricaciónCap.11ger de fallo estructural, con demasiado pequeño de un margen de seguridad para los materiales en elconjuntos de pistón de los motores de la mayoría (es decir, hierro y aluminio).La magnitud de las fuerzas de fricción es aproximadamente el mismo para la admisión, com-pression, y escape golpes. Es mucho mayor durante la carrera de expansión,

que refleja la presión y las fuerzas que se producen más alta en ese momento.Los conjuntos de pistón de la mayoría de los motores contribuyen aproximadamente la mitad del total de fricciónción y puede contribuir hasta en un 75% con cargas ligeras. Los anillos de pistón soloscontribuir aproximadamente 20% de total de fricción. La mayoría de los pistones tienen dos anillos de compresión yuno o dos anillos de aceite. El segundo anillo de compresión reduce el diferencial de presiónque se produce a través del primer anillo de compresión durante la combustión y el poder derrame cerebral.Para reducir la fricción, la tendencia ha sido la de hacer anillos de compresión más delgado, algunosmotores con anillos tan delgadas como 1 mm. Anillos de aceite distribuir y eliminar una película de aceite enlas paredes del cilindro y sostener sin diferencial de presión. Todos los anillos son de resorte cargadocontra las paredes, lo que resulta en altas fuerzas de fricción.Adición de un anillo de compresión adicional puede añadir aproximadamente 10 kPa a FMEP de undel motor. El aumento de la relación de compresión por uno aumentará FMEP en aproximadamente un 10 kPa.El aumento de la relación de compresión también requiere cojinetes más pesados en el cigüeñaly bielas y puede requerir un anillo de compresión del pistón adicional.El tren de válvulas de un motor aporta aproximadamente el 25% del total de la fricción, cigüeñalrodamientos de alrededor del 10% del total, y los accesorios del motor impulsado por cerca de 15% del total.En la Fig. 11-6, automovilismo presión media efectiva (MMEP) se representa como una funciónde la velocidad media del pistón. Velocidad del émbolo de la ordenada (X eje) puede ser reemplazado conla velocidad del motor sin cambiar la forma de las curvas. Cuando los datos se generan ahacer curvas como estos, un número de Reynolds se define en términos de un pistón de mediavelocidad tal que

Página 373Sec. 2.11

Fricción del motor359Los datos de los motores de diferentes tamaños se pueden comparar a la misma velocidad de pistóny la temperatura si la viscosidad cinemática del aceite lubricante se ajusta para que sea pro-proporcional a la superficie interior del cilindro B, -es decir, si B/ 11se mantiene constante. Cuando se hace esto,la variable ordenada de velocidad del pistón puede ser sustituido con el número de Reynolds,lo que resulta en las mismas curvas. Esto está limitado por la cantidad de la viscosidad cinemática delun aceite se puede ajustar sin afectar a la lubricación del motor.PROBLEMA EJEMPLO 11 · 1A cinco cilindros, motor en línea tiene un orificio 8.l5 cm, un accidente cerebrovascular 7,82 cm y una conexiónlongitud de la varilla de 15,4 cm. Cada pistón tiene una longitud de la falda de 6,5 cm y una masa de 0,32 kg. Auna cierta velocidad del motor y ángulo del cigüeñal, la velocidad del pistón instantánea es 8,25 mIsec,y espacio libre entre la pared pistón y el cilindro es 0.004 mm. SAE bajo 30 aceite de motorse utiliza en el motor, y a la temperatura de la interfaz de pistón-cilindro de laviscosidad dinámica del aceite es 0.006 N-sec / m2.Calcular la fuerza de fricción sobre un pistónen esta condición.Hay muchos motores de automóviles y accesorios impulsados del cigüeñalque reducen la salida de potencia de frenado del motor. Algunos de éstos son continuas(bomba de combustible, bomba de aceite, compresor, ventilador del motor), y algunos funcionan sólo parte de latiempo (bomba de frenos de potencia, compresor de aire acondicionado, bomba de aire de control de emisiones,bomba de dirección asistida). Cuando un motor se motored para medir la fricción, ha sidoencontró que los tres accesorios esenciales (la bomba de agua, bomba de combustible, y el alternador) puededar cuenta de hasta un 20% de la potencia total de fricción. La bomba de combustible y la bomba de agua

en muchos motores de mayor edad fueron conducidos mecánicamente del cigüeñal. Más modernamotores tienen bombas de combustible eléctricas y algunas tienen bombas de agua eléctricas. El poder decoche éstos viene del alternador, que a su vez es impulsado fuera del cárter del motoreje. La mayoría de los motores tienen un ventilador que aspira aire exterior a través del radiadory sopla a través del compartimiento del motor. Muchos son impulsados por cánico directaicallinkage al cigüeñal. Como la velocidad del motor aumenta, la velocidad del ventilador también sube.Potencia necesaria para accionar un ventilador sube como cubos de velocidad del ventilador, por lo que los requisitos de energíapuede llegar alto a velocidades más altas del motor. Las velocidades más altas del motor a menudo significan mayor auto-la velocidad del móvil, que es cuando el enfriamiento del ventilador no es necesario. A altas automóvilvelocidad, suficiente aire es forzado a través del compartimento radiador y el motor para ade-

Página 374360Fricción y lubricaciónChap.11cuadamente enfriar el motor con sólo el movimiento hacia adelante del coche. No es necesario un ventilador.Para ahorrar energía, algunos fans están impulsadas solamente cuando se necesita su efecto de enfriamiento. Estase puede hacer con enlace mecánico o hidráulico que desconecta a velocidades más altasoa temperaturas más frías (es decir, con un embrague centrífugo o térmica). Muchos fans estáneléctricamente accionado y se puede activar con un interruptor térmico sólo cuando sea necesario.Automóviles con acondicionadores de aire a menudo requieren un ventilador más grande debido al enfriamiento añadidoing carga del condensador de AC.Equilibrio Figura 11-7 Fuerza sobre un pistón.Fuerza de empuje lateral es una reacción a la con-nectar fuerza de varilla y está en el plano de la

biela. Cuando pasa el émboloBDC, el lado de empuje fuerza a los interruptoresotro lado del cilindro. La conexiónfuerza de varilla y el empuje lateral resultantefuerza es mayor durante la carrera de trabajo,y esto se llama el lado mayor empuje.Fuerzas de Menores durante la carrera de escapeOcurren en el lado menor empuje. La fricciónla fuerza está en la dirección opuesta ala dirección de movimiento del pistón y cambiosdespués de TDC y BDC.

Página 375Esta fuerza de empuje lateral es laYdirección reacción a la fuerza en la conexiónvarilla y se encuentra en el plano de la biela. A partir de la Ec. (11 a 27) se puede observar queFort no eslafuerza constante sino que cambia con la posición del pistón (ángulo </ », aceleración(DUP / dt),presión(P),y la fuerza de fricción (Ft), todos los cuales varían durante el motorciclo. La fuerza durante las carreras de potencia y de admisión, el lado de empuje será en un ladodel cilindro (el lado izquierdo para un motor de rotación como se muestra en la Fig. 11 a 7) en el planode la biela. Esto se llama elimportante lado de empujedel cilindro debidola alta presión durante la carrera de trabajo. Esta alta presión provoca una fuerte reacciónfuerza ción en la biela, que a su vez provoca una reacción de empuje lateral grandela fuerza. Durante las carreras de escape y de compresión, la barra de conexión está en elotro lado del cigüeñal y la fuerza de reacción empuje lateral resultante es en elotro lado del cilindro (el lado derecho en la Fig. 11 a 7). Esto se llama el

menor empujeladodebido a las presiones y fuerzas inferiores implicado y está de nuevo en el plano de labiela. Las fuerzas de empuje lateral sobre el pistón son menos en los aviones volvieron cir-circunferencialmente de distancia desde el plano de la barra de conexión, alcanzando un mínimo en elel plano en ángulo recto al plano de la biela. Todavía habrá una pequeña fuerzareaccionando a los anillos de pistón de resorte.La fuerza de empuje lateral también varía con la posición angular del cigüeñal cuando el pistónmueve adelante y atrás en el cilindro. Por lo tanto, existe una variación continua tanto en eldirección circunferencial y a lo largo de la longitud del cilindro de BDC al TDC.Un resultado de esta variación de la fuerza es la variación en el desgaste que se produce en el cilindroparedes. El mayor desgaste se produce en el plano de la biela en el importantelado de empuje del cilindro. Significativa, pero menos, el desgaste se producirá en el empuje de menor importancialado. Este desgaste también variará a lo largo de la longitud del cilindro en ambos lados. Ademásdesgaste cional en diversos grados se producirá en los demás planos de rotación y en variosdistancias a lo largo de la longitud del cilindro. Como un motor envejece, este desgaste puede convertirse

Página 376362Fricción y lubricaciónChap.11significativa en algunos puntos. Incluso si la sección transversal de un cilindro de motor es perfectamenteronda, cuando el motor es nuevo, el desgaste se erosionan esta redondez con el tiempo [125].Para reducir la fricción, los motores modernos usan pistones que tienen menos masa y más cortofaldas. Menos masa reduce la inercia de émbolo y reduce el término de aceleración en la ecuación.(11-27). Más cortos faldas de pistón reducen el roce de fricción debido a la superficie más pequeña

área de contacto. Sin embargo, las faldas más cortas requieren tolerancias más estrechas entre el pistóny la pared del cilindro para mantener el pistón de amartillar en el cilindro. Menos y más pequeñosanillos de pistón son comunes en comparación con los motores anteriores, pero estos también requieren más cercatolerancias de fabricación. En algunos motores, el pasador de la muñeca está desplazada desde el centro 1 o2 mm hacia el lado de empuje de menor importancia del pistón. Esto reduce la fuerza de empuje lateraly dando como resultado el desgaste en el lado de empuje principal.La filosofía de algunos fabricantes es reducir la fricción por tener un menoraccidente cerebrovascular. Sin embargo, para un desplazamiento dado esto requiere un mayor diámetro, lo que resultaen mayores pérdidas de calor debido a la superficie del cilindro más grande. Mayor recorrido de la llamadistancia también aumenta noquear problemas. Es por esto que la mayoría de los motores de tamaño medio(motores de automóviles) están cerca de la plaza, con B=S.Figura 11-8 muestra cómo el espesor de la película de aceite entre el pistón y el cilindropared varía con la velocidad durante un ciclo de motor para una posición circunferencial de laFigura 11-8 Grosor de la película de aceite entreparedes de pistón y cilindro como una función deposición en el ciclo. Espesor de la película es mínimocuando el pistón se detiene en BDC y el TDCy el aceite se exprime. Cuando el pistónse mueve en la dirección opuesta, la película de aceitees arrastrado de nuevo entre las superficies,alcanza un espesor máximo en el máximovelocidad del pistón, y disminuye de nuevo conla disminución de la velocidad del pistón. Adaptado de [3].(Jl17I=10-6m)

Página 377

Página 37811-4 SISTEMA DE LUBRICACIÓN DEL MOTORHay tres tipos básicos de sistemas de aceite de distribución utilizados en los motores: splash, presionessurized, o una combinación de éstos.El cárter del cigüeñal se utiliza como el cárter de aceite (depósito) en un sistema de chapoteo y elcigüeñal que gira a alta velocidad en el aceite de la distribuye a las diversas partes móvilespor salpicaduras; no se utiliza la bomba de aceite. Todos los componentes, incluyendo el tren de válvulas yárbol de levas, debe estar abierta al cárter. Petróleo se salpica en los cilindros detráslos pistones y en la parte posterior de las coronas de pistón, actuando tanto como un lubricante y unrefrigerante. Muchos motores pequeños de cuatro tiempos de ciclo (cortadoras de césped, carros de golf, etc.) utilizansalpicar distribución de petróleo.Un e.pginewith un sistema de distribución de aceite a presión utiliza una bomba de aceite para suministrarlubricación a las partes móviles a través de pasos integrados en los componentes (Fig.11-10). Un motor de automóvil típico tiene conductos de aceite integrados en las bielas,vástagos de las válvulas, varillas de empuje, balancines, asientos de válvulas, bloque motor, y muchos otros movibleing componentes. Estos conforman una red de circulación a través del cual el petróleo esdistribuido por la bomba de aceite. Además, el aceite se pulveriza bajo presión en el cilindroder Walls y en la parte posterior de las cabezas de los pistones. La mayoría de los automóviles utilizan en realidadsistemas de distribución duales, que dependen de chapoteo en el cárter además de laflujo a presión desde la bomba de aceite. La mayoría de los grandes motores estacionarios también utilizan este tipodel sistema dual. La mayoría de los motores de los aviones y algunos motores de automóviles utilizan una presión total desurized sistema con el depósito de aceite situado separado del cárter. Estos son

a menudo llamados por cárter seco sistemas (es decir, el sumidero de cárter essecodel exceso de aceite). Avionesno siempre el nivel, y el aceite no controlada volar en el cárter puede no suministrar adecuadalubricación o la entrada de la bomba de aceite cuando los bancos planas o curvas. A los controles de diafragmael nivel de aceite en el depósito de un sistema de cárter seco, asegurando un flujo continuo enla bomba de aceite y en todo el motor.Bombas de aceite puede ser eléctrico o accionado mecánicamente el motor. La presión enla salida de la bomba es típicamente de aproximadamente 300 a 400 kPa. Si una bomba de aceite es accionada directamente fuerael motor, algunos medios se debe construir en el sistema para mantener la presión de saliday el caudal se convierta excesiva a altas velocidades del motor.Un momento de exceso de desgaste es en el arranque del motor antes de la bomba de aceite puede distribuirlubricación adecuada. Se tarda unos ciclos del motor antes de que el flujo de petróleo es totalmente estable-

Página 379cado, y durante este tiempo, muchas partes no están lubricados correctamente. Agregando a laproblema es el hecho de que a menudo el aceite está frío en el arranque del motor. El aceite frío tiene muchomayor viscosidad, lo que más retrasos circulación adecuada. Unos motores tienen pre aceitecalentadores que calientan eléctricamente el aceite antes del arranque. Algunos motores tienen pre-engrasadoresque el calor y circule el aceite antes del arranque del motor. Una bomba eléctrica lubrica todascomponentes mediante la distribución de aceite a través del motor.Se recomienda que los motores turbo se permitirá a ralentí durante unos seccióngundos antes de que estén apagados. Esto es debido a las muy altas velocidades a las que laturbocompresor opera. Cuando el motor está apagado, la circulación de aceite se detiene y lubricaciónsuperficies cado comienzan a perder aceite. Detener el suministro de petróleo a un operativo turbocompresor

a gran velocidad invita mala lubricación y alto desgaste. Para minimizar este problema, elmotor y turbocompresor debe permitir regresar a baja velocidad (ralentí) antes de lase detiene el suministro de lubricación.

Página 380366Fricción y lubricaciónChap.1111-5Motores de ciclo de dos tiemposMuchos motores pequeños y algo experimental de dos tiempos motores de automóviles ciclo de usoel cárter como un compresor para el aire de entrada. Motores de automóvil que hacen estogeneralmente tienen la cárter dividido en varios compartimientos, con cada cilindroque tiene su propio compresor separado. Estos motores no pueden utilizar el cárter como un aceitesumidero, y un método alternativo debe ser utilizado para lubricar el cigüeñal y otracomponentes en el cárter. En estos motores, el aceite se lleva en el motor con elentrada de aire en la misma manera como el combustible. Cuando se añade el combustible al aire de entrada, no baja dealiado con un carburador, partículas de aceite, así como partículas de combustible se distribuyen en elfluir. El flujo de aire entra entonces en el cárter, donde se comprime. Partículas de aceite Car-Ried con el aire lubricar las superficies que entran en contacto con, primero en el cártery luego en el corredor de la ingesta y el cilindro.En algunos sistemas (motores de aeromodelismo, motores fuera de borda marinos, etc.), laaceite se mezcla previamente con el combustible en el tanque de combustible. En otros motores (automóviles, algunoscarritos de golf, etc.), hay un depósito de aceite separado que alimenta un flujo dosificado de aceite enla línea de suministro de combustible o directamente en el flujo de aire de entrada. Combustible a aceite proporción oscila entre

30: 1 a 400: 1, dependiendo del motor. Algunos motores modernos de alto rendimientotener controles que regulan la relación de fuel-oil, en función de la velocidad del motor y la carga.Bajo condiciones de entrada de alta de aceite, el aceite a veces se condensa en el cárter. Hasta30% del aceite se recircula desde el cárter en algunos motores de automóviles. Esdeseable obtener al menos 3000 millas por litro de aceite usado. La mayoría de los pequeños motores de menor costotener un ajuste de entrada de aceite promedio smgle. Si se suministra demasiado aceite, los depósitos se forman enlas paredes de la cámara de combustión y válvulas se peguen (si hay válvulas). Si demasiado pocose suministra aceite, el exceso de desgaste se producirá y el pistón puede congelar en el cilindro.Motores que añaden aceite al combustible de entrada, obviamente, están diseñados para utilizar el aceite duranteoperación. Este aceite también contribuye a las emisiones de HC en los gases de escape debido a la válvulala superposición y la mala combustión del vapor de aceite en los cilindros. Nuevos aceites que tambiénquemar mejor como combustible están siendo desarrollados para motores de ciclo de dos tiempos.Algunos motores de automóvil de dos tiempos y otros de tamaño mediano y grandemotores utilizan un supercargador externo para comprimir el aire de admisión. Estos motores utilizan la presiónsistemas surized / lubricación splash similares a las de los motores de ciclo de cuatro tiempos conel cárter que también sirve como el cárter de aceite.PROBLEMA EJEMPLO 11-3Un motor de ciclo de cuatro cilindros de dos tiempos, con un desplazamiento 2,65 litros y el cártercompresión, está funcionando a 2400 RPM y una relación de aire-combustible de 16,2: 1. En esta condiciónla eficiencia de captura es 72%, la carga relativa es 87%, y el de escape residual de laciclo anterior en cada cilindro es del 7%. El aceite se añadió al flujo de aire de admisión de tal manera que lade entrada de combustible a aceite de proporción es 50: 1.El resultado:

1. Tasa de consumo de petróleo2. Tasa de aceite sin quemar añade al flujo de escape

Página 381ACEITE LUBRICANTE 11-6El aceite utilizado en un motor debe servir como un lubricante, un refrigerante, y un vehículo parala eliminación de impurezas. Debe ser capaz de soportar altas temperaturas sin desgloseing abajo y debe tener una larga vida útil. La tendencia de desarrollo en los motores eshacia mayores temperaturas de operación, mayores velocidades, tolerancias más estrechas y más pequeñoscapacidad de sumidero de aceite. Todos estos aceites requerir mejoradas en comparación con los que se utilizan sólo unahace pocos años. Sin duda, la tecnología de la industria petrolera tiene que seguirmejorar junto con el crecimiento de la tecnología de motores y combustible.Los primeros motores y otros sistemas mecánicos se diseñan a menudo para utilizar hasta elaceite lubricante ya que fue utilizado, lo que requiere una entrada continua de aceite nuevo. El aceite usadofue quemado, ya sea en la cámara de combustión o se deja caer al suelo.Sólo un par de décadas atrás, las tolerancias entre los pistones y las paredes del cilindro erade tal manera que los motores queman un poco de aceite que se filtraba más allá de los pistones del cárter.Esto requirió una necesidad periódica de añadir aceite y un cambio de aceite frecuentes debido a blowbycontaminación del aceite restante. Niveles de HC en los gases de escape eran altas debidoel aceite en la cámara de combustión. Una regla en los años 1950 y 1960 era tener un aceitecambiar en un automóvil cada 1000 millas.

Página 382368Fricción y lubricaciónChap.11Los motores modernos de gestión más caliente, tienen tolerancias más estrechas que mantienen el consumo de aceiteción hacia abajo, y tienen sumideros de aceite más pequeños debido a las limitaciones de espacio. Generan más

de potencia con motores más pequeños corriendo más rápido y con mayor relación de compresión.Esto significa mayores fuerzas y una mayor necesidad de una buena lubricación. Al mismo tiempo,muchos fabricantes ahora sugieren cambiar el aceite cada 6000 millas. No sólo debeel aceite dure más tiempo bajo condiciones mucho más severas, pero no se añade aceite nuevoentre cambios de aceite. Motores del pasado que consumen un poco de aceite requiere periódicaaceite de maquillaje para ser añadido. Este aceite de maquillaje mezcla con el aceite usado restante yla mejora de las propiedades globales de lubricación dentro del motor.Los aceites en motores modernos tienen que operar en un rango de temperatura extrema.Ellos deben lubricar correctamente a partir de la temperatura de arranque de un motor frío amás allá de las temperaturas de estado estable extremas que se producen dentro de los cilindros del motor.No deben oxidar en las paredes de la cámara de combustión o en otros puntos calientes tales comola corona centro del pistón o en el anillo de pistón superior. El aceite debe adherirse a las superficiesde manera que siempre lubricar y proporcionan una cubierta protectora contra la corrosión.Esto es a menudo llamado oleosidad. El aceite debe tener resistencia de la película de alta para asegurar ningún metal-a-contacto metálico, incluso bajo cargas extremas. Aceites deben ser no tóxicos y no explosivo.El aceite lubricante debe satisfacer las siguientes necesidades:

Página 383Sec. 11-6Aceite lubricante369lubricante que permita el máximo rendimiento y la vida útil del motor.Estos aditivos incluyen:1. Los agentes antiespumantesEstos reducen la espumación que resultaría cuando el cigüeñal y otracomponentes giran a alta velocidad en el cárter de aceite del cárter.2. Los inhibidores de oxidación

El oxígeno es atrapado en el aceite cuando la formación de espuma ocurre, y esto conduce a posibleoxidación de los componentes del motor. Uno de tales aditivos es ditiofosfato de zinc.3. Vierta punto-depresivo4. Los agentes Antioxidantes5. DetergentesEstos están hechos de sales orgánicas y sales metálicas. Ayudan a mantener los depósitosy las impurezas en suspensión y se detienen las reacciones que forman barniz y otradepósitos superficiales. Ellos ayudan a neutralizar el ácido formado a partir de azufre en el combustible.6. agentes antidesgaste7. reductores de fricción8. mejoradores del índice de viscosidadViscositv.Aceites lubricantes son generalmente clasificados utilizando una escala de viscosidad establecido por la Sociedadde Ingeniería de Automoción (SAE). La viscosidad dinámica se define a partir de la ecuaciónTs =/ -t (dUjdy)(11-13)dónde:Ts =fuerza de corte por unidad de área/ -t=viscosidad dinámica(dUjdy)=gradiente de velocidadCuanto mayor sea el valor de la viscosidad, mayor es la fuerza necesaria para mover adya-superficies ciento o para bombear el petróleo a través de un pasaje. La viscosidad es altamente dependiente detemperatura, aumentando con la disminución de la temperatura (Fig. 11-11). En la temperaturatura gama de funcionamiento del motor, la viscosidad dinámica del aceite puede cambiar en más

de un orden de magnitud. La viscosidad del aceite también cambia con la cizalla,dy duj,decrecientecon el aumento de cizallamiento. Velocidades de cizallamiento dentro de una gama de motores desde valores muy bajos avalores extremadamente altos en los cojinetes y entre las paredes de pistón y cilindro. Loscambio de la viscosidad en estos extremos puede ser varios órdenes de magnitud. Comisiónviscosidad lungradosutilizado en los motores son:SAE5SAE 10SAE 20SAE 30

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Página 385Sec. 11-6Aceite lubricante371SAE 40SAE 45SAE 50Los aceites con números más bajos son menos viscoso y se utilizan en climas fríosoperación. Aquellos con los números más altos son más viscoso y se utilizan en la modernaalta temperatura, de alta velocidad, los motores de cerca de tolerancia.Si la viscosidad del aceite es demasiado alto, se requiere más trabajo para bombear y para esquilar queentre las partes móviles. Este resultado en un mayor trabajo de fricción y el trabajo de frenado reduciday potencia de salida. El consumo de combustible se puede aumentar hasta en un 15%. Comenzandoun motor frío lubricado con aceite de alta viscosidad es muy difícil (por ejemplo, en un automóvil-20 ° C o una cortadora de césped en 100e).Aceite multigrado fue desarrollado de manera que la viscosidad sería más constante a lo largo

el intervalo de temperatura de funcionamiento de un motor. Cuando se añaden ciertos polímeros deun aceite, la dependencia de la temperatura de la viscosidad del aceite se reduce, como se muestra en la Fig.11-12. Estos aceites tienen valores de viscosidad baja en número cuando están fríos y superiornúmeros cuando están calientes. Un valor como SAE bajo 30 significa que el aceite tienepropiedades de viscosidad 10 cuando hace frío (W=invierno) y 30 viscosidad cuando estácaliente. Esto da una viscosidad más constante sobre el rango de temperatura de operación (Fig.11-12). Esto es extremadamente importante para arrancar un motor frío. Cuando el motory el aceite son fríos, la viscosidad debe ser lo suficientemente baja para que el motor se puede arrancarsin demasiadas dificultades. El aceite fluye con menos resistencia y el motor se ponelubricación adecuada. Sería muy difícil de arrancar un motor frío, con alta viscosidadaceite dad, porque el aceite se resistiría a la rotación del motor y la mala lubricación se traduciríadebido a la dificultad en el bombeo de aceite. Por otro lado, cuando el motor se ponehasta la temperatura de funcionamiento, es deseable tener un aceite de viscosidad más alta. Altotemperatura reduce la viscosidad, y el aceite con un bajo número de viscosidad no lo haríadar una lubricación adecuada.Algunos estudios muestran que los polímeros añaden a modificar la viscosidad no lubrique comoasí como los aceites de hidrocarburos base. A temperaturas frías SAE 5 aceite lubrica mejorde SAE 5W-30, y a altas temperaturas SAE 30 aceite lubrica mejor. Sin embargo,si se utiliza aceite SAE 30, a partir de un motor frío va a ser muy difícil, y la mala lubricaciónción y muy alto desgaste darán lugar antes de que el motor se calienta.Aceites comunes disponibles incluyen:SAE 5W-20SAE 10W-40

SAE 5W-30SAE bajo 50SAE 5W-40SAE 15W-40SAE 5W-50SAE 15W-50SAE bajo 30SAE 20W-50

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Página 387Sec.11-7Filtros de aceite373Aceites sintéticosUna serie de aceites sintéticamente hechos están disponibles que dan un mejor rendimiento quelos fabricados a partir de petróleo crudo. Son mejores para reducir la fricción y el desgaste del motor,tener buenas propiedades de detergencia que mantienen el motor más limpio, ofrecer menos resistenciade piezas en movimiento, y requieren menos potencia de bombeo para su distribución. Con buena ter-propiedades mal, proporcionan una mejor refrigeración del motor y menor variación de la viscosidad.Debido a esto, que contribuyen a un mejor arranque en frío-tiempo y pueden reducir el combustibleel consumo hasta en un 15%. Estos aceites cuestan varias veces tanto como aquellosa partir de petróleo crudo. Sin embargo, pueden usarse más tiempo en un motor, con 24.000km (15.000 millas) de ser el periodo de cambio de aceite sugerido por la mayoría de fabricantes.Disponible en el mercado son diversos aditivos de petróleo y aceites especiales que se puedenañadido en pequeñas cantidades a los aceites estándar en el motor. Estos reclamación, con un poco de ticiatificación, para mejorar la viscosa y el desgaste propiedades de resistencia de los aceites normales. Unomejora importante que algunos de ellos ofrecen es que se pegan a las superficies metálicas

y no se escurra cuando el motor está parado, como la mayoría de los aceites convencionales hacen. La superficiecaras son así lubricados inmediatamente cuando el motor está al lado comenzó. Con el estándaraceites que tarda varias rotaciones del motor antes de que ocurra una lubricación adecuada, una fuente importantede desgaste.Lubricantes sólidos, tales como grafito en polvo, se han desarrollado y probado enalgunos motores. Estos son atractivas para los motores y motores de adiabáticos utilizando cerámicacomponentes, que generalmente operan a temperaturas mucho más altas. Los lubricantes sólidosseguir funcionando a altas temperaturas que romper y destruir másaceites convencionales. La distribución es una de las principales dificultades para utilizar lubricantes sólidos.11-7 FILTROS DE ACEITEIncluido en la mayoría de los sistemas de aceite a presión es un sistema de filtración para eliminar las impurezasdesde el aceite del motor. Uno de los deberes de aceite del motor es limpiar el motor mediante la realizaciónimpurezas contaminantes en suspensión a medida que circula. A medida que el aceite pasa a través de filtrosque son parte del sistema de paso de flujo se eliminan estas impurezas, la limpieza de laaceite y permitiendo que se pueden usar para una mayor duración de tiempo. Contaminantes meten en unmotor en el aire que entra o combustible o se puede generar dentro de la cámara de combustiónber cuando no sea se produce la combustión estequiométrica ideal. El polvo y la otraimpurezas son transportadas por el aire entrante. Algunos, pero no todos, de estos se eliminanpor un filtro de aire. Combustibles tienen trazas de impurezas como el azufre, que crean con-contaminantes durante el proceso de combustión. Incluso los componentes de los combustibles puros forman algunoscontaminantes, como el carbón sólido en algunos motores de bajo algunas condiciones. Mayoríaimpurezas del motor se dejan llevar con el escape del motor, pero algunos entran en el

interior del motor, principalmente en el proceso de blowby. Durante blowby, combustible, aire yproductos de la combustión son forzados más allá de los pistones en el cárter, donde se mezclancon el aceite del motor. Algunos de vapor de agua en los productos de escape se condensa enel cárter, y el agua líquida resultante se suma a los contaminantes. Los gases de

Página 388374Fricción y lubricaciónChap.11blowby pase a través del cárter y se devuelve a la entrada de aire. Idealmente,la mayor parte de los contaminantes quedan atrapados en el aceite, que contiene entonces el polvo, carbono,partículas de combustible, azufre, gotitas de agua, y muchas otras impurezas. Si estos no fueronfiltrado del aceite, serían repartidos por todo el motor por el bución de aceitesistema bución. Además, el aceite se convertiría rápidamente sucia y perder su lubricaciónpropiedades, resultando en un mayor desgaste del motor.Flujo pasajes en un filtro no son todas del mismo tamaño, pero normalmente existe en una normal dedistribución de tamaño en forma de campana (Fig. 11-13). Esto significa que la mayoría de las partículas más grandesser filtrados como el aceite pasa a través del filtro, pero unos pocos tan grande como el mayorpasajes obtendrán a través.La elección del tamaño de poro del filtro es un compromiso. Se obtendrá una mejor filtracióncon poros de filtro más pequeños, pero esto requiere una mayor presión de flujo para empujar elaceite a través del filtro. Esto también resulta en el filtro se obstruya más rápido yrequiriendo anterior cambio de cartucho de filtro. Algunos materiales y / o material de filtro demasiadopequeño tamaño de poro puede incluso quitar algunos aditivos del aceite. Filtros están hechos dealgodón, papel, celulosa, y un número de diferentes materiales sintéticos. Los filtros sonque normalmente se encuentra justo aguas abajo de la salida de la bomba de aceite.

Como se utiliza un filtro, que lentamente se satura con impurezas atrapadas. Comoestas impurezas se llenan los poros del filtro, se necesita un mayor diferencial de presión para mantenerla misma velocidad de flujo. Cuando esta diferencia de presión necesaria se hace demasiado alta, el aceitese alcanza el límite de la bomba y el flujo de aceite a través del motor se hace más lenta. El cartucho de filtrodebe ser reemplazado antes de que esto suceda. A veces, cuando la presión diferenciala través de un filtro se eleva lo suficiente, la estructura del cartucho se derrumbará y un agujero lo harádesarrollarse a través de la pared del cartucho. La mayor parte del aceite bombeado a través del filtro sea continuación, siga el camino de menor resistencia y el flujo a través del agujero. Este cortocircuitoreducirá la caída de presión a través del filtro, pero el aceite no se filtra.Hay varias formas en que el sistema de circulación de aceite puede ser filtrada:

Página 389Sec. 11-8Resumen y conclusiones3751.  filtración de aceite de flujo completo. Todo el aceite fluye a través del filtro. El tamaño de los poros del filtrodebe ser bastante grande para evitar presiones extremas en el gran caudal resultante. Estaresultados en algunas impurezas más grandes en el aceite.2. Bypass oilfiltration. Sólo una parte del aceite que sale de la bomba fluye a través delfiltro, el resto sin pasar sin ser filtrada. Este sistema permite el uso de unamucho más fino de filtro, pero sólo un porcentaje del aceite se filtra durante cada circulaciónlazo.3. Combinación. Algunos sistemas utilizan una combinación de flujo completo y de derivación. Todoel aceite fluye primero a través de un filtro con poros grandes y algo de ella fluye a través deun segundo filtro con poros pequeños.4. Shunt filtración. Este es un sistema que utiliza un filtro de flujo completo y una válvula de derivación.

Todo el aceite fluye primero a través del filtro. A medida que el cartucho de filtro ensucia con la edad, ladiferencial de presión a través de ella necesitaba para mantener los aumentos del petróleo que fluye. Cuando estodiferencial de presión sube por encima de un valor predeterminado, la válvula de derivación se abre y seel aceite fluye alrededor del filtro. El cartucho de filtro debe entonces ser reemplazado antesvolverá a ocurrir filtrado.11.08 Resumen y conclusionesLa potencia de salida del freno de un motor es menor que la potencia generada en el com-cámaras de combustión, debido a la fricción del motor. Dos tipos de fricción se producen que dan lugar adisipación y pérdida de potencia útil. La fricción mecánica entre las piezas móviles es unpérdida importante del motor, el movimiento del pistón en los cilindros siendo un gran porcentaje de esta.La fricción del fluido se produce en los sistemas de admisión y escape, en el flujo a través de válvulas, ydebido al movimiento dentro de los cilindros. El funcionamiento de los accesorios del motor, aunqueNo fricción en el sentido normal, a menudo se incluye como parte de la carga de fricción del motor.Esto se debe a que los accesorios son alimentados, directa o indirectamente, el motorcigüeñal y reducir la potencia de salida del cigüeñal final.Para minimizar la fricción y para reducir el desgaste del motor, sistemas de lubricación son unaimportante faceta necesaria de cualquier motor. Distribución de aceite puede ser por un sistema presurizadosuministrada por una bomba, como con motores de automóviles, y / o por la distribución de salpicadura, como enmuchos motores pequeños. Además de lubricante, el aceite de motor ayuda a enfriar el motory es un vehículo para la eliminación de contaminantes del motor.

Página 390376Fricción y lubricaciónCap.

11PROBLEMAS11-1.La varilla de conexión en la figura. 11 a 9 experimenta una fuerza de 1000 N en la posición mostradadurante el movimiento de la energía de un cuatro cilindros, operativo ciclo del motor SI de cuatro tiempos en2000 RPM. Desplazamiento del cigüeñal es igual a 3,0 em y longitud de la biela es igual a 9.10 em.El resultado:(la)Fuerza de empuje lateral siente en la pared del cilindro en este momento. [N](b)Distancia del pistón ha viajado de TDC. [em](c)El desplazamiento del motor si S=0.94B.[L](d)Fuerza de empuje lateral siente en la pared del cilindro cuando el pistón está en el PMS.[N]11-2.¿Por qué los cilindros en motores de combustión interna consiguen fuera OJ-ronda como el motor se utiliza durante un largo¿período de tiempo? ¿Por qué es el desgaste de las paredes del cilindro no es lo mismo a lo largo de la longitud de lacilindro? Teóricamente, ¿por qué es el pistón fuerza de fricción igual a cero en el PMS y el PMI?En realidad, ¿por qué es el pistón fuerza de fricción no es igual a cero en el PMS y el PMI?11-3.Un motor de IC de seis cilindros tiene un diámetro 6,00 cm, un accidente cerebrovascular 5,78 cm, y una bielalongitud de 11.56 em. En la carrera de potencia del ciclo para un cilindro en una posición de manivelade 90 ° ATDC, la presión en el cilindro es 4500 kPa y la fuerza de fricción de deslizamiento en

el pistón es de 0,85 kN. Aceleración del pistón en este punto se puede considerar cero.El resultado:(la)Fuerza en la barra de conexión en este punto. [kN] ¿Es la compresión otracción?(b)Side fuerza de empuje sobre el pistón en este punto. [kN] ¿Es en la granlado de empuje o el lado menor empuje?"(c)Side fuerza de empuje sobre el pistón en este punto si el pasador de la muñeca se compensa2 mm para reducir la fuerza de empuje lateral. (Suponga fuerza de varilla y la fricciónfuerza son los mismos que anteriormente.) [kN]11-4.Un V6, ciclo de motor de automóvil chispa de dos tiempos tiene un agujero 3,1203 pulgadas y 3,45 pulgadasaccidente cerebrovascular. Los pistones tienen una altura de 2,95 pulgadas y un diámetro de 3,12 pulgadas. En una cer-punto tain durante la carrera de compresión, la velocidad del pistón en un cilindro es 30.78 pies / seg.El aceite lubricante en las paredes del cilindro tiene una viscosidad dinámica de 0.00OO42Ibf-sec / ft2.Calcular la fuerza de fricción en el pistón bajo esta condición. [lbf]11-5.Un cuatro cilindros, de cuatro tiempos, de 2.8 litros, motor SI cilindros en oposición tiene frenopresión efectiva media y la eficiencia mecánica de la siguiente manera:a 1000 RPMBMEP=828 kPaTIm=90%2000 RPMBMEP=

828 kPaTIm=88%3000 RPMBMEP=646 kPaTIm=82%El resultado:(la)De potencia de freno a 2000 RPM. [kW](b)La fricción presión efectiva media en 2500 RPM. [kPa](c)De potencia por fricción perdió a 2500 RPM. [kW]11-6.A 110-in.3-Desplazamiento, seis cilindros motor de automóvil SI funciona con una de dos tiemposciclo con la compresión del cárter y de inyección de combustible del cuerpo del acelerador. Con AF=17.8y el motor funcionando a 1.850 RPM, los cruceros de automóviles a 65 kilómetros por hora y consigue21 millas por galón de gasolina. El aceite se añade a la entrada de aire a una velocidad tal que la entrada-combustible a aceite proporción es de 40: 1. Carga relativa es 64% y la de escape residual de la pre-

Página 391Cap. 11Problemas Diseño317ciclo ante- es del 6%. La eficiencia de la combustiónTic=

100% y la densidad de la gasolinaPg=46.8 Ibm / ft3.El resultado:(la)Tasa de utilización de aceite. [gai / hr](b)Atrapando eficiencia del motor. [%](c)Cambio de aceite sin quemar añade al flujo de escape. [gai / hr]7.11. Cuando un compresor está instalado en un motor SI ciclo de cuatro tiempos con una compresiónproporciónYc=9,2: 1, la eficiencia térmica indicada en WOT se disminuye un 6%. Masa dede aire en los cilindros se incrementa en 22% cuando se opera a la misma velocidad de 2400RPM. Eficiencia mecánica del motor sigue siendo el mismo, excepto que 4%del frenoSe necesita salida del cigüeñal para ejecutar el sobrealimentador.El resultado:(la)Indicado eficiencia térmica sin un sobrealimentador. [%](b)Eficiencia térmica indicada con un compresor. [%](c)Porcentaje de aumento de la potencia indicada cuando se instala un compresor.[%](d)Porcentaje de aumento de la potencia de frenado cuando se instala un compresor. [%]DISEÑOPROBLEMAS11-10. Diseñar un motor SI ciclo de dos tiempos con compresión cárter que utiliza una convencióncial

sistema de distribución de aceite (es decir, un sistema presurizado con una bomba de aceite y un aceitedepósito en el cárter).

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Página 406Capítulo 11-5 (a)6062,(b)114621-6 (a)7991,(b)4,22,(c)38.41

1-8 (a)80,(b)4,5,(c)67.5Capitulo 22-1 (a)4.36X108,(b)1.74X109,(c)2.18X1082-2 (a)4.703, 4.703,(b)561,(c)420,(d)69.22-6 (a)1429,(b)886,(c)543,(d)64.6, 86.6,(e)2472-7 (a)

0.178,(b)0.0185,(c)54.1,(d)39.6, 53.12-10 (a)0.0407,(b)145.5,(c)153.5,(d)322-12 (a)5,33,(b)0.00084,(c)5.63X10-5,(d)4.22X10-72-16 (a)95.0,(b)0.337,(c)5,35,(d)21.6Capítulo 33-1 (c)1689,(d)

2502,(e)1362, (I) 54,53-2 (a)78.6,(b)313,(c)1311,(d)15.0,(e)192.4, (I) 91.1,(g)26.23-3 (a)856,(b)3,2,(c)34392

Página 407Las respuestas a los problemas de la revisión seleccionaron3-4 (a) 58, (b) 4553-7 (a) 60,3, (b) 2.777, (c) 53,3, (d) 2.5803-10 (a) 599, (b) 3,6, (c) 708, (d) 8253-13 (c) 1317, (d) -301, (e) 7,0,(f)56.83-15 (a) 1,339, (b) 16,33, (c) 12,3, (d) 0,59Capítulo 44-1 (a) 12,325, (b) 1,20, (c) 43,8, (d) 42,94-5 (a) 18,16, (b) 20, (c) 100,04-7 (a) 8,63, (b) 58, (c) 59, (d) 994-10 (a)1,(b) 0.596, (c) -39.24-13 (a) 102,5, (b) 96, (c) 7.144-16 (a) 0,1222, (b) 0.058, (c) 0.471, (d) 0.058, (e) 0,058

4-19 (a) 34,6, (b) -4,94.22 (a) 3507, 3507, (b) 0.856, (c) ningún punto de rocíoCapítulo 55-1 (a) 778, 2342, (b) 8,24, (c) 703, 1 5865-2 (a) 485, (b) 8,88, (c) 175-3 (a) 40, (b) 5,0, (c) 605-7 (a) lt.00242, (b) 8,49, (c) 6.015-9 (a) 2,224, (b) 1,0165.14 (a) 1.535X106,(b) 0.360Capítulo 66-2 (a) 281, (b) 291, (c) 4.856-3 (a) 4,04, (b) 18,36-5 (a) 0,0024, (b) 0.012, (c) 5Capítulo 77-1 (a) 0,0036, (b) 12,4 ° ATDC7-2 (a) 24,23, (b) 26,6 ° BTDC, (c) 15,8 ° BTDC7-7 (a) 17,2, (b) 0,8497-8 (a) 70,15, (b) 1203, (c) 0.133, (d) 189Capítulo88 · 2 (a) 1685, (b) 3,5, (c) 180,8.88 · 3 (a) 565, (b) 7748 · 6 (a) 0,0021, (b) 62,0, (c) 6828-8 (a) 566, (b) 4,4, (c) 133, (d) 0,828-10 (a) 0,0361, (b) 0,0386, (c) 53, (d) 467

Página 408394Las respuestas a los problemas de la revisión seleccionaronCapítulo 99-4 (a) 7,99, (b) 57,79-5 (a) 1,72, (b) 1,61, (c) 11,79-7 (a) 0,0445, (b) 0,42, (c) 3.79X10159-8 (a) 199, (b) 1,04, (c) 5,29-11 (a) 4,54, (b) 2,579 hasta 12 (a) 2,652, (b) 17,9

9 a 14 (a) 0,014, (b) 0,0040, (c) 0,0189 a 17 (a) 0,126, (b) 1,96X1079-18 (a) 0,315Capítulo 1010 a 1 (a) 19.47,0.0289, (b) 49825, (c) 32,2, (d) 13410-2 (a) 24,4, (b) -2,510-6 (a) 227, (b) 8110-8 (a) -13.510-9 (a) 25, (b) 267, (c) 314,7, (d) 2,1210 a 10 (a) 175,3, (b) 274Capítulo 1111-3 (a) 12,27 comp., (B) 3,06 importante, (c) 2.8411-4 (a) 20, S,11-5 (a) 38,64, (b) 126,5, (c) 7.3811-6 (a) 0,0774, (b) 86,3, (c) 0,0106

Página 409Índice"-LACiclos de aire combustible, 81-83La relación aire-combustible (AF), 18,55-56,124,236,257,Bomba del acelerador, 184380El poder de accesorios, 314tabla de valores estequiométricas de los combustibles, 380Acetileno, 137Admisión, 12-13, 196-199, 251, 258 AireLa lluvia ácida, 290Motor, 199, 251, 258 CIAdams-Farwell, 11cárter comprimido, 12, 196Motor adiabático, 341 a 342naturalmente aspirado, 12Temperatura de llama adiabática, 129-130motor de ciclo de dos tiempos, 196-198Posenfriamiento, 192, 194-195, 318véase también:

Supercharger, turbocompresorTratamiento posterior, 31, 277, 292-303La contaminación del aire, 277-311convertidores catalíticos, 293-301véase también:Emisionesconvertidores térmicos, 292-293Ciclos de aire estándar, 68-71filtros de partículas, 301-303véase también:Ciclo Diesel, ciclo dual, MillerAire, 68-71,122-123,379ciclo, ciclo Otto, ciclos de dos tiemposcomo un gas ideal, 68 hasta 71Motor, 324, 331 a 332, 334, 364 Aircrafttabla de propiedades, 71, 379El alcohol, 12, 139, 150-153,256,340Cámara de aire, 245ventajas, 152Refrigerado por aire motores, 13, 17, 40, 312, 315, 324,como refrigerante, 340Desde 334 hasta 335corrosividad, 152ventajas, 335desventajas, 152-153395

Página 410396ÍndiceAlcohol(cont.)Velocidad, 35, 37, 43-44, 51-52 pistón Media,las emisiones, 152de alto octanaje, 15280pobres de encendido, 153Número de octano de Aviación (AON), 143mala partida, 152-153véase también:El alcohol etílico, alcohol metílico,

BAlcohol propílicoAldehídos, 31287290300Rodamientos, 20, 22, 41, 350-351a-metilnaftaleno (CllHlO), 380Combustibles alternativos, 2-3,12-13,134,139,Benceno (0 # 6), 138150-162,281,291,300,340,380Bloque, 18-19alcohol, 12, 139, 150-153,340Blovvby, 23, 215-218,307,368carbón de leña, 160-161aceite slovvedby, 368Combustible CI a partir de diversos materiales, 160Blovvdovvn, 25-28, 69, 74, 76, 82, 86-89, 93,CO como combustible, 160-161,380109,115,215-218,262,264,266-267,274carbón, 3, 380Bore, 16,35-38,42-43,78lodos de carbón-vvater, 159Presión media efectiva (BMEP), de 37 años,distribución, 15149-50,54-55,80,352alcohol etílico, 12, 139, 152, 154 380Los motores de encendido, 50gasohol, 13, 154Motores SI, 50, 80povvder arma, 2Povver, 52-54, 80, 313-314 frenoHyden, 156-157,380El consumo específico de combustible de frenos (BSFC),GLP, 12,56-58,61-62,80-81metano, 12, 134 380relación de compresión vs., de 57-58metil alcohol, 12, 139, 151, 153 a 154 300relación de equivalencia, 58 vs.380',vs tamaño del motor, 57-58

gas natural, 12,150-151, 157-158,291frente a la velocidad del motor, 57propano, 134, 151, 158 281 380Eficiencia térmica de freno(7/1h,59, 61gasolina reformulada, 159Vvork, 46, 52, 54-55, 80, 351 de frenoAlternador, 233,356,359-360Burn ángulo, 207, 235, 237Inyección de amoníaco, 304efecto de la turbulencia, 207Ansvvers a revievvproblems seleccionadosfrente a la velocidad del motor, 237392-394'Butano (C4HlO), 134Índice antidetonante (AKI), 144 a 146, 148Buteno-1 (C4Hg), 136,380Anticongelante, 336, 338valores de la propiedad, 380véase también:Refrigerante, etilenglicol,Buteno-2 (C4Hg), 136PropilenglicolFiltración de aceite Bypass, 375Contrarruido, 63AON(ver:Aviación octanaje)Aromáticos, 138CDe ciclo Atkinson, 102-103Diagrama pv, 103Cadillac, 31Motor atmosférica, 2, 3, 5Árbol de levas, 18 a 19, 173, 177Austin, 41Carbono (C), 257, 380Autoignición

(ver:Auto-ignición)valores de la propiedad, 380Estrangulador automático, 184El dióxido de carbono (C02),288

Página 411Índice397El monóxido de carbono (CO), 31, 62,123-124,azufre, 297160-161,277-279,285,288,292-293,295,superaislamiento, 298300.380temperatura, 293, 295 a 298cantidades, 285dos ictus-motores de ciclo, 301como combustible, desde 160 hasta 161, 380Cetano (C16H34), 380causas, 285Índice de cetano (CI), 150relación de equivalencia vs., 279Número de cetano (CN), 149 a 150, 256, 380Carburador, 20, 166, 181-190,307cambiar con aditivos, 150bomba de aceleración, 184rango, 149-150flujo de aire, 184-189tabla de valores de los combustibles, 380estrangulador, 181 a 184método de ensayo, 149corriente descendente, 188Combustible de carbón, 160-161de cuatro barril, 188Eficiencia de carga(As), 198-199tubo capilar de combustible, 181-183, 189Motor Carta, 3flujo de combustible, 184-189

Equilibrio químico, 125-127,286,380depósito de combustible, 181-182Constantes de equilibrio químico(Ke),la formación de hielo, 189125-127,286,380ajuste de ralentí, 181 a 183tabla de valores, 380válvula de ralentí, 181-183Los métodos químicos para eliminar las emisiones,válvula dosificadora, 181-183303-304venturi secundario, 187Chevrolet, 9, 181de lado el proyecto, 188Choke, 181 a 184dimensionamiento, 188Flujo, 70, 88,171,174,262-264 ahogado,acelerador, 181 a 184266 a 269dos barriles, 186Christie coche de carreras, 40corriente ascendente, 188Los motores de encendido, 5- {j, 12, 14,29-30,41,91-92,95,Venturi, 181-182, 186-187, 189110-111,199-201,244,251-259,283-284,Ciclo de Carnot, 112Desde 301 hasta 303Catalizadores, 293-295, 300-301relaciones de aire-combustible, 257Catalizador, 20-21, doscientos noventa y tres-trescientos uno,toma de aire, 199251258325-327,344convertidores catalíticos, 301postcombustión, 299de combustión, 199,251-253,283-284catalizadores, 293-295, 300-301eficiencia de la combustión, 283-284química de precalentamiento de reacción, 300emisiones, 258, 283Los motores de encendido, 301

inyectores de combustible, 199-200, 251, 255, 284contaminación por plomo, 296-297entrada de combustible, 199201251283combustible dual, 300diagrama indicador, 92, 95eficiencia, 295-297precalentamiento, 259calefacción eléctrica, 299de partida, 258 a 259calentamiento por llama, 299ciclo de dos tiempos, 29-30,110-111los coches híbridos, 344eficiencia volumétrica, 199,201mezcla pobre, 300Combustible CI, 160temperatura de encendido, 295, 297-299hecha de diversos materiales, 160materiales, 293-294ver también:Gasóleoenvenenamiento, 296-297Volumen de Liquidación, 15-16,36,40-43,78,88,precalentamiento, 298-300, 344265

Página 412398ÍndiceCarbón, 3, 380Ciclo de expansión completa(ver:Atkinsonvalores de la propiedad, 380ciclo)Suspensión de carbón-agua, 159Compresión, 25-26, 28Arranque en frío, 183,247-248,258-259,Motor de encendido por compresión(ver:CI297-300,343

del motor)Coltec Industries, 39Relación de compresión (Yc), 41-43, 57-58, 77,Combustión, 25-26, 28, 69, 72, 75, 78-79, 82,105-106,145-146,257,33393,95-96,110-111,113,121-123,128-130,Los motores de encendido, 257141-142,199,229-261,283-284,304-306,crítico, 145312Motor de la IS, 41temperatura adiabática de llama, 129variables, 41Motor de encendido, 199,251-253,283-284el consumo de combustible específico del freno frente, 57-58la presión del cilindro, 230frente a la transferencia de calor, 333ciclo diesel, 93años vs 42de doble ciclo, 95-96Anillos de compresión, 23, 216-217efecto de EGR, 240, 242-243Accidente cerebrovascular, 69, 72, 74-75, 93, 110 de compresión,quemadura rápido, 240251357el desarrollo de la llama, 229-230, 237La simulación por ordenador, 219-226propagación, 229, 233-234, 237 llamapara el desarrollo, 220la terminación de la llama, 229, 237Programa de General Motors, 221-226ignición, 229-233, 237niveles de uso, 220Ciclo de Otto, 72, 75, 7 y -79Biela, 19-20, 36-37, 42quemadura parcial, 305Cojinete de biela, 20presSJ.1revs. tiempo, 241Ciclo de presión constante(ver:Ciclo Diesel)

reacciones, 121-123Refrigerante, 315, 333, 336-338, 340Motores SI, 229-251temperatura, 315, 333Slow Burn, desde 241 hasta 242, 305véase también:anticongelante, etilenglicol,temperatura, 128-130,304,306,312Propilenglicolvariación, 239-243Aletas de refrigeración, 20véase también:Velocidad de la llamaCorvette, 9, 181Cámara de combustión, 15-16, 19-20,43-44,Motor de Cox, 40175,211,214-215,243,246,24 y -251,Craqueo de petróleo crudo, 13131 y -324Ángulo del cigüeñal, 36-37cámara, 16, 20, 214 a 215 dividido,Crank offset, 20, 35-37, 42243-246,250,254Radio de manivela(ver:Crank offset)quemadura rápido, 175,248-251Tiro Crank(ver:Crank offset)heattransfer, 31 y -324Cárter, 19-20,217-218,307cámara abierta, 15,20presión, 217-218, 307área de superficie, 43ventilación, 218Válvula en bloque, 248, 250-251Tubo del respiradero del cárter, 307véase también:Cámaras de combustión DividedCompresión del cárter, 12, 196

La eficiencia de la combustión (TIC), 59, 126,La ventilación del cárter, 218, 307283-284,305-306,313Cigüeñal, 19-20,41relación de equivalencia vs., 126Flujo Grieta, desde 215 hasta 219Inyección de combustible common rail, 179Volumen Grieta, 215-216, 21 y -219280

Página 413Índice399causa de las emisiones, 280en función del tiempo, 241falta de combustión, 215Temperatura, 93, 100-101, 105-107 Cilindro,Relación de compresión crítico, 145315Cruz con barrido, 197-198El petróleo crudo, 3, 131 a 132, 150 a -151agrietamiento, 131Dagotamiento de, 150Relación de Entrega (Adr),198-199Pennsylvania, 132Medio Oriente, 132Temperatura del punto de rocío, 127-128occidental, 132Ciclo Diesel, 91-94, 97-99Cruise, 246-247purga, 93Control de crucero, 23de combustión, 93Relación Cutoff ({3), 93-94, 96-97,102,255comparación con los ciclos duales y Otto,El ácido cianúrico, 30397-99Ciclos, 4-7, 9, 12, 14, 17, 24-31, 40-41,carrera de compresión, 9348-51,68-120,180,196,199,208,211,264,

carrera de escape, 93274,282-283,301proceso de admisión, 93ciclos de aire estándar, 68-71Diagrama PV, 92De ciclo Atkinson, 102-103carrera de potencia, 93Ciclo de Carnot, 112Diagrama Ts, 92ciclo diesel, 91-94, 97-99eficiencia térmica, 94, el 97-99de doble ciclo, 94-102análisis termodinámico, el 93-94cuatro tiempos, 4-6, 9,12,14,17,25-27,Motor Diesel, 5, 3929-31,48-51Aceite, 12, 148-151, 160 256 283 289 Diesel,Ciclo de Lenoir, 113-115380Ciclo Miller, 103-108número de cetano, 149-150,256,380Otto ciclo, 5, 72-81, 83-87, 97-99, 108,clasificación, 148264pesado, 149380ciclos de aire-combustible reales, 81-83la luz, 149.380seis golpes, 7, 72valores de la propiedad, 380Ciclo de Stirling, 111-113auto-ignición, 149de tres golpes, 7También ver: Combustiblede dos tiempos, 5-6, 12,24,27-30,40-41,Diesel, Rudolf, 550--51,109-111,180,196-199,208,211,Diolefinas, 137274,282-283,301La inyección directa (DI), 15254Ciclobutano (C4HS), 137Coeficiente de descarga (CD), 174, 184-185

Cicloparafinas 137Desplazamiento (ver: volumen de desplazamiento)Ciclopentano (CSHlO), 137Volumen de desplazamiento (Vd), 16, 36-38, 41,Cilindro, 19-20, 93, 31549-50,52-53,60Cilindro de presión, 44, 46, 78, 93, 100-101,Destilación, 131105-107,141,230,241,253,360-361,382Cámara de combustión Divididos, 16,20,Motor de encendido, 93, 253214-215,243-246,250,254Motor de la IS, 78cámara de aire, 243tabla de unidades, 382Motor de encendido, 244vs. ángulo del cigüeñal, 230, 253de combustión, 243

Página 414400ÍndiceCámara de combustión dividida (no puede).térmica,59-61, 76-77, 79,83,94,96-99,cámara de turbulencia,244102.107.112.115.235.304.313.342Carburador corriente descendente,188Atrapar la eficiencia,199Análisis en seco (ver: análisis de escape)volumétrica,De 60-62, 81,90,102,168-173,Cárter seco,22364199 201 208Cámara dual (ver: Partido de combustiónDinamómetro eléctrico,54

cámara)Los vehículos eléctricos,4.5Ciclo dual,94-102Actuadores electrónicos,177de combustión,95-96Emisiones,30-31, 62.150.152.154.157,la comparación con el diesel y ciclos Otto,277-31197-99lluvia ácida,290Diagrama pv,96la contaminación del aire,277-311Diagrama Ts,96aldehídos,31,287,290, 300eficiencia térmica,96-99monóxido de carbono (CO),31,62,123-124,análisis termodinámico,95277-279,285,288,292,293,295,300Combustible dual,12,151,154,158,195-196,300métodos químicos para eliminar,303-304conversor catalítico,300Los motores de encendido,283Camisa de agua dual,342

índice de emisiones,62Dunlop, John B.,4desde pequeños motores,283Dinamómetros,53-54hidrocarburo(He), 31,62,258,277-284,corrientes de Foucault,54292-293,295-296,298,300,303,306-307eléctrica,54 '"dirigir,31,42,291-292, 296-297freno de fricción,53óxidos de nitrógeno (NOX),31,62,277-279,hidráulico,54285-288,293,295,300,303-307emisiones no escape,307Eaceite,Desde 281 hasta 282ozono,285,287-288Eddy dinamómetro de corriente,54partículas (parte),31,62,256-258, 277,EGR,172,240-243, 273,304-307287-290,294,301-303efecto sobre la eficiencia volumétrica,172

fósforo,31tarifas,273buques y puertos marítimos,304reducción de NOX,305-307el smog,278,285-286Eficiencias,47,50,52,57,59-62, 64,79,81,las emisiones específicas,6290,94,96-99,102,107,112,115,126,azufre,31,157,277,290-291,297191-194,198-199,235,283,284,295-297,ácido sulfúrico,290304-306,313ácido sulfuroso,290la eficiencia del catalizador,295 hasta 297motores de ciclo de dos tiempos,282.301La eficiencia de carga,198-199Índice de Emisiones (IE),62de combustión,59,126,283-284, 305 a 306,Ccsme (ver: sistema de gestión del motor)313Gas End,238Relación de Entrega,198-199Distribución de energía en el motor,

313entalpía,60Clasificación del motor,13/05, 29conversión de combustible,59solicitud,13isentrópico,191-194diseño básico,08.11mecánico,47,50,52, 57,64método de enfriamiento,13Carga relativa,199posición del cilindro,9Scavenging eficiencia,199método de entrada de combustible,12

Página 415Índice401tipo de combustible, 12-13temperatura, 86 a 91, 102108, 127-128,tipo de encendido, 5-6 de263,265,268-270,315,325-328proceso de admisión, 12tiempo de flujo, 263, 266número de golpes, 6-7, 29Análisis de escape, 130-131ubicación de la válvula, 7-8 dePurga de escape(ver:Purga)

Los componentes del motor, 18-24Recirculación de gas de escape(ver:EGR)Mandos de motor, 242 a 243,Colector de escape, 19-20,270-271véase también:Sistema de gestión del motor,reacciones químicas, 270-271Sensoressensores, 270-271Ciclos de motor(ver:Ciclos)tuning, 271Sistema de gestión del motor (EMS), 17, 220Tubo de escape, 271véase también:Mandos de motor, sensoresLa presión de escape, 86-90, 102,262-263, 265,Parámetros del motor, 35-67268Velocidad, 37-38, 41, 328 a 329, 352 a 353 del motorResidual de escape(Xr),88 a 91, 172, 265, 280,frente a la transferencia de calor, 328-329305Temperaturas del motor, 314-316, 319, 323,Accidente cerebrovascular, 25-26,69, 74, 76,86-87,89 escape,325-326,328-332,338-339,341-34593,115,265-267,274,357vs.speed, 328 a 332El sistema de escape, de 21 años, desde 324 hasta 325en función del tiempo, 316la transferencia de calor, 324 hasta 325Calentamiento del motor, 316Temperatura, 86-91, 102, 108 de escape,Eficiencia entalpía (TJT), 60127-128,263,265,268-270,315,325-328

Entalpía de formación, 128velocidad frente, 328Reacción Enthalpyof, 128Válvula de escape, 262, 264-269,280,315,325,Las constantes de equilibrio(ver:Química328constantes de equilibrio)fluir a través de, 266-268Relación de equivalencia (cP), 56, 58, 124279330múltiple, 264 a 265el consumo de combustible específico del freno contra, 58tamaño, 264, desde 268 hasta 269frente a la transferencia de calor, 330llenado de sodio, 325vs.NOXgeneración, 279temperatura, 315, 328Etanol(ver:Alcohol etílico)la sincronización, 262, 264 hasta 266El eteno (CZH4), 136Relación de expansión (re), 105-106El alcohol etílico (CzHsOH), 12, 139, 152, 154,Carrera de expansión(ver:Carrera de trabajo)380Motor de combustión externa, 2lo hizo, 154mezclas con gasolina, 13, 154valores de la propiedad, 380Futilizar en Brasil, 154El etilbenceno (CSHlO), 138Motor de la cabeza F, 08.07El glicol de etileno (CZH60Z), 336-337, 339

Fairbanks Morse, 39propiedades, 336-337, 339Ventilador, 21,359-360El enfriamiento por evaporación, desde 330 hasta 332Quemadura rápida, 175,240,248-251Escape, 86-91, 102, 108, 127-128, 172,El desarrollo de la llama, 229-230, 237262-276,280,305,312-315,325-328Propagación, 229, 233-234, 237 Llamaenergía, desde 312 hasta 314Extinción de la llama, 280la energía cinética, 87-88, 263Velocidad de la llama, 235-236, 238-239presión, 86-90, 102,262-263,265,268en el gas final, 238residual, 88-91, 172 265 280, 305vs. AF, 236

Página 416402ÍndiceVelocidad de la llama (no puede).valor de calentamiento, 59, 128 313 380 382vs. velocidad del motor, 236combustibles de hidrocarburos, 131, 134-139véase también:Combustiónpesos moleculares, 123, 380La terminación de la llama, 229, 237número, 139 a 148, 152, 158 256 octanos,Motor de cabeza plana(ver:Válvula en bloque)291,380Combustible flexible, 153-154estequiométrica FA y FA, 380La fricción del fluido, 170 a 171, 353tabla de propiedades, 380Movimiento fluido, 206 a 228, 249, 333véase también:Combustibles alternativos, de Hidrocarburos

squish, 206, 211, 213, 249, 333combustiblesremolino, 206, 208 a 212, 214, 249, 333Relación aire-combustible (FA), 18,55-56,124,380caída, 206, 211213tabla de valores estequiométricas de los combustibles, 380turbulencia, 206 a 208, 249La eficiencia de conversión de combustible (T / f),59Volante, 21La economía de combustible, 57,59Ford, 4, 21,30,288La inyección de combustible (FI), 9, 12, 14-16, 18, 21, 31,El formaldehído (HCHO), 30046,166,178-181,199-201,251-252,Cuatro barril carburador, 186255-258,282Ciclo, 4-6, 9, 12, 14, 17,25-27 cuatro tiempos,aire-combustible, 18029-31,48-51Los motores de encendido, 199-201,251,255CI, 27control, 178-180Diagrama PV, 45inyección directa, 15.254Diagrama pv, 48-49inyección indirecta, 16254SI, 25-27puerto multipunto, 12, 178Fricción, 170-1:. 71,349-377presiones, 180-181,200rodamientos, 350-351cuerpo de mariposa, 12, 180frontera, 352tiempo, 178-179,251Por componentes, 356, 358dos tiempos motores, 180, 282-283accesorios del motor, 356, 359-360Los inyectores de combustible, 12, 166, 178 a 181, 199 a 201,fluido, 170-171,353212,252-255,284

la fuerza sobre el pistón, 357, 358-359inyectores de aire-combustible, 180magnitud, 353, 358Los motores de encendido, 199-200Fricción dinamómetro de freno, 53common rail, 179La fricción presión efectiva media (FMEP), 50,control de, 178-18054-55,352,355-356,358tamaño de la gota, 255frente a la velocidad del motor, 356flujo de combustible, 200-201velocidad del pistón contra, 358pulverización de combustible, 178Poder, 54-55, 80, 313 a 314, 351, 355 Fricciónpuerto multipunto, 12, 178El consumo específico de combustible de fricción (fsfc), 56presiones, 180-181,200La volatilidad de las partes frontales, 132bombas, 179Fuel, 2, 3, 12-13,59, 121-165,256,291,300,cuerpo de mariposa, 12, 180313 380 382calendario, 178-179número de cetano, 149-150,256,283,289,zonas de vapor, 252, 255380variación en la entrega, 179-180clasificación, 148Gasolina(ver:Gasóleo)diesel, 12, 148-151, 160 283 289 380Bomba de combustible, 21, 359gasohol, 13, 154Sensibilidad de combustible (FS), 144, 148gasolina, 3,12,131-134,153-154,300,380Depósito de combustible, 307calor de vaporización, 380Filtración de aceite de flujo total, 375

Página 417Índice403Gsincronización de la chispa, 330velocidad, 328-329Gasohol, 13, 154squish, 333Gasolina (CgH1S), 3,12-13,131-134,remolino, 333153-154,300,380Valores calóricos (HV), 59, 128, 313, 380, 382mezclas con alcohol, 13, 153-154,300alto poder calorífico (HHV), 128, 380valores de la propiedad, 380calorífico inferior (PCI), 128, 380curva de vaporización, 132-133mesa para combustibles, 380General Motors, 6, 9, 14-15,29,31-32,unidades, 38246-47,220-226,342Heptametilnonano (C12H34), 149,380programa informático de simulación, 221-226valores de la propiedad, 380Bujía, 21, 223, 258Heptano (C7H16), 380GMC, 14Hexadecano (C16H34), 149La presión media efectiva Bruto (gmep), 50,La volatilidad de gama alta, 133352.355Calorífico superior(ver:Calorífico)Pólvora, 2Historia, 2-5,11,21,24,30,40-41,53,72,102-103,112-113,143, 158, 160-162, 181,233.257.272.288.292.301.338.340.375Hanticongelante, 338De ciclo Atkinson, 102-103

Harley-Davidson, 17-18motores atmosféricos, 2-3Head, I9.-21automóviles que limpian el aire, 288Junta de culata, 22autobuses que operan con gas natural, 158Calor de combustión, 128Christie coche de carreras, 40El calor de la reacción, 128cigüeñales, 41Calor de vaporización de los combustibles, 380ocho -Válvulas-por motocicleta -cylinderTubo de calor, 324-325motor, 53La transferencia de calor, 312-348refrigerantes de motores, 340cámara de combustión, 318-324la reducción de gases de escape, 272efecto de las variables de operación, 327-333inyección de combustible, 181sistema de escape, 324-325bombas de combustible, 21sistema de admisión, 317altas relaciones de compresión, 257las tendencias modernas, 31, 342híbridos automóviles propulsados, 301variaciones, 321-322, 324sistemas de encendido, 233vs. ángulo del cigüeñal, 322-323conducir en el Polo Sur, 292Efectos de transferencia de calor por las variables de operación,Motor de Lenoir, 113327-333cartuchos de filtro de aceite, 375relación de compresión, 333motores radiales, 11temperatura del refrigerante, 333ciclos de seis tiempos, 72relación de equivalencia, 330motores de alta velocidad, 41 pequeñosenfriamiento por evaporación, desde 330 hasta 332

arrancadores, 24relación de equivalencia de combustible, 330cuando los automóviles corrían sobre carbón,la temperatura del aire de entrada, 332160-161toc, 333Honda, 53carga, 329Punto caliente, 317-318materiales, 333Los automóviles híbridos, 301, 344tamaño, 327Dinamómetro hidráulico, 54

Página 418404ÍndiceLas emisiones de hidrocarburos (HE), 31, 62, 258,Alimentación indicada, 54, 80, 351277-284,292-293,295-296,298,300,Indicado consumo específico de combustible (ISFC), 56306 a 307Eficiencia térmica indicada(711) i,59, 61, 79,cantidades, 278102.107causas, 278-281Diagrama, 45, 92, 95 IndicadorLos motores de encendido, 258Motor de encendido, 92, 95relación de equivalencia vs., 279Motor de la IS, 45contra el consumo de petróleo, 282Inyección indirecta (IDI), 16, 254Combustibles de hidrocarburos, 131, 134-139Inducción, 166-205componentes, 134-139Ingesta, 25-28, 74,93,110,172,332agrietamiento, 131la temperatura del aire, 332

destilación, 131tuning, 172prefijos, 135Colector de admisión, 19,22,166-167,180,315,Hidrógeno (Hz), 156-157, 380317 a 318ventajas como combustible, 156-157flujo de combustible, 167disponibilidad, 157calentamiento de, 167, 317dificultad de almacenamiento, 157punto caliente, 317-318desventajas, 157corredores, 166-167emisiones del uso, 157temperatura, 315, 318valores de la propiedad, 380Carrera de admisión, 69, 72, 74, 86, 357Hidrómetro, 336, 338Sistema de admisión, 12245317la transferencia de calor, 317La sintonización de admisión, 172"-Las válvulas de admisión, 166, 171, 173-178,265-266,YO269.315Me dirijo motor(ver:Válvulas en cabeza)flujo, 176Formación de hielo, 189cierre tardía, 171Gas ideal, 68-70tamaño, 269temperatura, 315Inactivo, 247la sincronización, 265Ajuste de inicio, 181 a 183Isentrópicas eficiencia (71s),191-194Encendido, 5--6,21,149,153,214-215,223,

Isobutano (C4HIO), 135229-233,237,239,244,258,286,288,330El isobuteno (C4Hs), 136resplandor enchufe, 21, 223, 258Isodecano (CIOHzz), 380jet, 244Isooctano (CSH1S),134-135,380temporización, 237, 239, 286, 288, 330valores de la propiedad, 380antorcha, 214 a 215, 223, 244agujero de la antorcha, 223véase también:BujíaJRetardo del encendido (ID), 17, 140, 143, 145, 149,255-256Jet de encendido, 244Motor en línea, 9-10El consumo específico de combustible bruto Indicado(igsfc), 56KPresión indicada media efecto (IMEP),49-50,54-55,80,108,352El queroseno, 340El consumo específico de combustible neto indicadoToc, 140-148,238,333(insfc), 56frente a la transferencia de calor, 333

Página 419Índice405Lautomovilismo (MMEP), 352, 355, 358neto (nmep), 50Motor de la cabeza L(ver:

Válvula en bloque)bomba (PMEP), 50, 86, 352, 355Langen, Eugen, 5Eficiencia mecánica (17m), 47, 50, 52, 57, 64Dirigir(ver:Tetraetilo de plomo)Mercedes, 244, 303Motor de combustión pobre, 245, 300Metaxileno (CgHlO), 138convertidor catalítico, 300La válvula dosificadora, 181-183Ciclo de Lenoir, 113-115El metano (CH4), 12, 134380Diagrama PV, 114valores de la propiedad, 380análisis termodinámico, 114-115véase también:Gas naturalMotor de Lenoir, 5, 113, 115Metanol(ver:El alcohol metílico)eficiencia térmica, 115El alcohol metílico (CH30H), 12, 139, 151,Lenoir, JJE, 5153-154,300,380Temperatura de encendido, 295, 297-299combustible dual, 154, 300Ciclos de presión limitada(ver:Ciclo Dual)emisiones, 154, 300Motor refrigerado por líquido(ver:Enfriado hidráulicamentemezclas con gasolina, 153-154del motor)valores de la propiedad, 380Loop rescatados, 197-198Ciclo Miller, 103-108

Bajo valor de calentamiento(ver:Caloríficocomparación con el ciclo Otto, 108GLP), 12Diagrama pv, 104Lubricación, 197, 282, 349 a 377Miller, HR, 103rodamientos ... 350- 351Lado de empuje Menor, desde 360 hasta 361sólido, 373Fallos de encendido, 242-243, 247, 305-306motor de dos tiempos, 197,282,366--367Motores modelo de avión, 40-41, 52, 334Aceite de lubricación(ver:Aceite)Masa molar(ver:Peso molecular)Sistema de lubricación, 197,282,364-367Los pesos moleculares, 123, 380de turbocompresor, 365MaN(ver:Número de octano del motor)presurizado, 364-365Número de octano motor (MAN), 143-146,chapoteo, 364148.380ciclo, 197, 282, 366 a -367 de dos tiempostabla de valores de los combustibles, 380Motocicleta, 17-18,53Motor de carreras de Honda, 53MMotor de motor, 54, 354-356, 358Motoring presión media efectiva (MMEP),Rodamiento principal, 20, 22, 41352 355 358Lado mayor empuje, desde 360 hasta 361Silenciador, 21, 273

Los modelos matemáticos, 219--220Bujías Múltiples, 249, 280El par máximo de frenado (MBT), 51Multipunto de inyección de combustible de puerto, 12, 178Mazda, 157La media de la presión efectiva (MEP) 37, 49-50,N54-55,64,80,86,108,352,355-356,358freno (BMEP), 37, 49-50, 54-55, 80352n-cetano (C16H34), 149fricción (FMEP), 50, 54-55, 352, 355-356,El gas natural, 12, 150-151, 157-158,291358ventajas como combustible, 158bruto (gmep), 50, 352, 355componentes, 157indicada (IMEP), 49-50, 54-55, 80, 108,desventajas como combustible, 158352las emisiones, 158

Página 420406ÍndiceGas natural(cont.)composición química, 289número de octano, 158detergencia, 367-369almacenamiento, 157grados (SAE), 368-372azufre, 157,291multigrado, 371 a 372Aspiración natural, 12propiedades, 368 hasta 369Presión neta efectiva media (nmep), 50sintético, 373Oxido de nitrógeno(NOX),31, 62, 277-279,

temperatura, 315285-288,293,295,300,303-307enfriar pistón, 340asciende relación de equivalencia frente, 279viscosidad, 368 a 370, 372asciende vs. sincronización de la chispa, 288la viscosidad frente a la temperatura, 368, 370, 372asciende tiempo frente, 287El petróleo como emisiones, 281-282causas, 285-287Radiador de aceite, 341NO, 285Espesor de la película de aceite, 362Noz, 285Los filtros de aceite, 373 hasta 375ozono, 285derivación 375reducción con EGR, 305-307de flujo total, 375el smog, 285-286histórico, 375El nitrometano (CH3NOz), 380distribución de tamaño de poro, 374Reducción del ruido, 62-63filtración shunt, 375activo, 62-63Cárter de aceite, 19, 22pasiva, de 62-63Bomba de aceite, 22, 364semi-activo, 62-63presión, 364No escape y misiones, 307Anillo de aceite, 23, 216Motor Northstar, 31Sumidero, 22, 364 --- 365 AceiteNotación, XV-XIXOldsmobile, 32NOX(ver: Los óxidos de nitrógeno)Las olefinas, 136

Número de Nusselt (Nu), 320, 324 --- 326Cámara abierta, 15, 20Características de funcionamiento, 35-67, 246-248cerrando el acelerador a alta velocidad, 2470crucero, 246-247ralentí y baja, 247Octano (ver: número de octano)poder, 246Número de octano (ON), 139 a 148, 152, 158,el arranque en frío, 183, 247-248, 258-259,256 291 380297-300,343alcohol, 152, 256mesa, 37Aviación (AON), 143Cilindros opuestos, 9-10otor (ON), 143-146,148.380Motor de pistones opuestos, 10-11gas natural, 158Ortoxilol (CgHIO), 138elevando con plomo, 146291Otto ciclo, 5, 72-81, 83-87, 97-99, 108264Investigación (RON), 143-146, 148380con el acelerador parcial, 83-84, 86tabla de valores de los combustibles, 380purga, 76método de prueba, 143-144de combustión, 75vs. relación de compresión crítico, 145comparación con los ciclos diesel y dual,Petróleo, 289, 314 --- 315,340-342, 362, desde 367 hasta 37397-99aditivos, 373withiller comparaciónciclo, 108como refrigerante, 314, 340-342, 367 hasta 368carrera de compresión, 74 --- 75período de cambio, 367 a 368carrera de escape, 76

Página 421Índice407proceso de admisión, 74Anillos de émbolo, 19,22-23,216-217,282,315,carrera de potencia, 76358.362Diagrama PV, 73compresión, 23, 216 a 217Diagrama, 75, 84-85, 87, 264 Pvla fricción, 358Diagrama Ts, 75, 87aceite, 23, 216eficiencia térmica, 76-77,83,97-99temperatura, 315análisis termodinámico, 74-77desgaste, 282con supercargador o turbocompresor, el 85-86Falda, 22, 315, 362 PistónOtto, Nicolaus A., 5temperatura, 315La producción por desplazamiento (OPD), 52-55, 80Velocidad, 37-38, 43-44, 80, 254, 353 PistónCon el motor de la plaza, 37, 40vs. ángulo del cigüeñal, 38Ciclo sobreexpandido(ver:Atkinson ciclo)Pontiac, 32Overhead ganar, 18, 32, 173Válvula de asiento, 16,24,173-174Válvulas en cabeza, 7-8, 18,29, 173, 175, 250Poder, 15,29-30,32,37,47,50-57,59,Superposición(ver:Solapamiento de la válvula)64-65,80,313-314,332,351,355,382Óxidos de nitrógeno(ver:Oxido de nitrógeno)

potencia de frenado, 52-54, 80, 313-314El ozono (03), 285,287-288fricción, 54-55, 80, 313-314, 351, 355brutos, 355indicada, 54, 80, 351Pbombeo, 355específica, 52,54-55, 65,80Modelo wlteel Paddle, 210tabla de unidades, 382Parafinas, 134-135para ejecutar los accesorios, 314Paraxileno (CgHlO), 138unidades de, 52Quemadura parcial, 305vs.speed, 15,47,51-52Filtro de partículas, 277, 301-303Operación de alimentación, 246regeneración, 302Accidente cerebrovascular, 25-26, 28, 69, 73-74, 76, 88 de alimentación,temperaturas, 30293, 109, 115, 357Partículas (parte), 31, 62, 256-258, 277,Número de Prandtl (Pr), 326287-290,294,301-303Los prefijos de componentes de combustibles de hidrocarburos,causas, 287,289-290135composición química, 289El precalentamiento, 259fracción orgánica soluble, 289, 302Pre-encendido(ver:Auto-ignición)véase también:HollínPresión(ver:Cilindro de presión)El fósforo (P), 31Relación de presión (a), 95, 97, 102

Ping, 140Sistema de lubricación a presión, desde 364 hasta 365Pistón, 19,22,36,43-44,51-53,315,Propano (C3Hg), 134, 151, 158,281,380323-324,328,340,357-364emisiones, 158, 281enfriamiento de, 323-324, 340valores de la propiedad, 380corona, 22almacenamiento, 158área, 43-44, 51 a 53, 315 la caraPropanol(ver:Propil alcohol)fuerzas sobre, 357 a 364Alcohol propílico (C3H70H), 139fuerza de empuje lateral, desde 360 hasta 361, 363El glicol de propileno (C4HgO), 337falda, 22, 315, 362propiedades, 337temperatura, 315, 328Bomba presión media efectiva (PMEP), 50,Corona del pistón, 2286352355Bulón del pistón(ver:Pin de muñeca)Trabajo, 47, 52, 84,86,251 Bomba

Página 422408ÍndiceBombeo específico de combustible de consumo (PSFC),Filtración del aceite de derivación, 37556SI motores, 4-6, 9, 12, 14, 25-31, 41, 45-46,Varillas de empuje, 19,23109-110,229-251ciclo de cuatro tiempos, 25-27ciclo de dos tiempos, 27-29, 109-110R

Side-proyecto carburador, 188Fuerza de empuje lateral, 360 hasta -361.363Motor radial, 10--11importante lado de empuje, 360--361Radiador, 23, 335, 338 a 339lateral menor empuje, 360--361Ciclos de aire-combustible y corriente, 81-83Motor de un solo cilindro, 10.09Motor alternativo, 2, 8Ciclos de seis golpes, 7, 72Las referencias, desde 384 hasta 391Válvula, 8, 24, 173 de la mangaGasolina reformulada, 159Slow Burn, desde 241 hasta 242, 305Carga relativa (Arco), 199Motor inteligente, 16-17,271Octanos (RON), 143-146,Humo y niebla, 278, 285-286148.380Válvulas de escape de sodio lleno, 325tabla de valores de los combustibles, 380Lubricantes sólidos, 373Blowby inversa, desde 217 hasta 218Fracción orgánica soluble (SOF), 289, 302Squish inversa, 213, 249Velocidad sónica(ver:Flujo estrangulado)Número de Reynolds (Re), 320, 326, 329, 358El hollín, 256-258, 277, 287-290, 294, trescientos un-trescientos tres,RON(ver:Investigación octano número)306.321Motor rotativo, 8véase también:PartículasVálvula rotativa, 2 173Sopwith Camel, 11Motor de encendido por chispa(ver:

SI motor)Enchufe, 19, 23, 230--233242, 249-250 Spark,5280.315temperatura de descarga, 231Saab, 331valores eléctricos, 230--231,233Volumen de salida, 284múltiple, 249, 280Grados SAE de aceite, 368-372nuevas tendencias, 231-232multigrados, desde 371 hasta 372la colocación, 249-250Hurgar en la basura, 27-28, 110, 196-199temperatura, 232, 315Eficiencia de carga, 198-199véase también:Ignicióncruz, 197-198Emisiones específicas (SE), 62Relación de Entrega, 198-199Consumo específico de combustible (SFC), 56 a 59,bucle, 197-19861-62,80--81Carga relativa, 199freno (BSFC), 56-58, 61-62, 80--81Eficiencia de lavado, 199fricción (fsfc), 56de paso de flujo, 197-198indicado (ISFC), 56Eficiencia Atrapar, 199indica bruto (igsfc), 56uniflow, 197-198bombeo (PSFC), 56Eficiencia de barrido (ASE), 199Potencia específica, 52, 54-55, 65, 80Auto-ignición, 139-143, 145, 149252Volumen específico (SV), 53-55Temperatura de autoignición (SIT), 139-140,Peso específico (SW), 53145

Control de velocidad, 23Sensores, 130,242-243,270--271Velocidad del sonido, 70, 88véase también:Mandos de motorvéase también:Flujo estrangulado

Página 423Índice409Sistema de lubricación por salpicadura, 364Cámara de turbulencia, 214, 244Motor de la Plaza, 37, 40Relación Remolino, 209-210, 212sobre la plaza, 37, 40vs. ángulo del cigüeñal, 210bajo cuadrado, 37, 40El aceite sintético, 373Squish, 206, 211, 213, 249, 333frente a la transferencia de calor, 333Densidad estándar, 60TPresión estándar 60Temperatura estándar, 60Motor de la cabeza T, 7Starter, 23-24Tabla de contenidos, V-XDe inicio, 152-153, 183,247-248,258-259,Tubo de escape, 21, 273297-300,343TEL(ver:Tetraetilo de plomo)Motor de encendido, 258-259Tetraetilo de plomo (TEL) ((C2Hs) 4PB), 31, 42,frío, 183,247-248,258-259,297-300,343144,146-147,291-292,296-297Del motor de vapor, 2, 4contaminación del convertidor catalítico,Ciclo de Stirling, 111-113

296 a 297Diagrama pv, 112endurecimiento de superficies metálicas, 291regeneración, 112elevación del índice de octano, 146 291Diagrama Ts, 112Batería térmica(ver:Almacenamiento térmico)eficiencia térmica, 112Conversor térmica, 21, 271277, 292-293Aire estequiométrico, 121-124, 380La eficiencia térmica ('TJT), 59 a 61, 76 a 79, 83,Motor en línea(ver:En línea del motor)94,96-99,102,107,112,115,235,304,313,Carga estratificada, 195-196,214-215,243-246342doble cámara, 244-245freno, 59, 61sistema de admisión, 245comparación de Otto, diesel y doblemotor de combustión pobre, 245ciclos, 97-99Stroke, 16,35-38,43,78,362ciclo diesel, 94, 97-99El azufre (S), 31, 157,277,290-291,297dual ciclo, el 96-99, 102en el gas natural, 157, 291indicada, 59, 61, 79, 102, 107El ácido sulfúrico (H2S04), 290Ciclo de Lenoir, 115Ácido sulfuroso (H2S03), 290Ciclo Miller, 107Supercharger, 12,24,41,47,49,85-86,Ciclo de Otto, 76-78, 83, 97-99190-192,194-195Ciclo de Stirling, 112posenfriamiento, 192, 194-195Almacenamiento térmico, 300, 343-345

calefacción compresión, 192precalentamiento del convertidor catalítico, 300eficiencia isoentrópica, 191 a 192Termoquímica, 121-165Ciclo de Otto, 85-86Termostato, 335, 339Diagrama de flujo Pv, 191Ciclo de tres tiempos, 7energía de conducir, 191-192, 194-195Throttle, 24,166,181-184Diagrama de flujo Ts, 191Throttle inyección de combustible cuerpo, 12, 180Volumen barrido(ver:Volumen de desplazamiento)A través de flujo rescatados, 197-198Remolino, 206, 208 a 212, 214, 249, 333Tolueno (C7Hg),138, 380el momento angular, 210-211valores de la propiedad, 380how generado, 208 a 209, 211Encendido de la antorcha, 214-215, 223, 244en la cámara de combustión dividida, 214Agujero de la antorcha, 223modelo de rueda de paletas, 210Torque, 15,29-30,32,47,50-53,64,80,380frente a la transferencia de calor, 333tabla de unidades, 380

Página 424410ÍndiceTorque (cont.)Uvs.speed, 15,47,51-52Eficiencia Reventado (Ale), 199Ultra-bajo nivel de emisiones del vehículo (ULEV), 301

Triptano (C7H16), 380Bajo motor cuadrado, 37, 40Tumble, 206, 211, 213Uniflow scavenged, 197-198Tuning, 172, 271Carburador corriente ascendente, 188de escape 271ingesta, 172Turbo lag, 193272VTurbocompresor, 12-13,24,41,47,49,85-86,191-195,272-273Motor, 4, 6, 9-10 de, 14, 17,, 29-32, 40, 46-47 Vposenfriamiento, 195V4,40derivación, 273V6, 29-30, 32, 46-47eficiencia isoentrópica, 193-194V8, 4, 6, 9, 14,31Ciclo de Otto, 85-86V12,9Diagrama de flujo Pv, 191, 194V16,9poder, 194272Válvula en bloque, 7-8, 248, 250 a 251velocidad, 272Válvula-en-cabeza (ver: válvulas en cabeza)Diagrama de flujo Ts, 191, 194Elevación de la válvula, 173-174, 177retraso del turbo, 193272Cruce de válvulas, 110, 170,265-267,281Turbulencia, 206 a 208, 249Asiento de la válvula, 24173niveles, 207 .......Temporización, 105, 171, 175-177,262 Válvula,modelos, 207264-267,269en el motor de ciclo de dos tiempos, 208Válvulas, 8, 16, 19,24,83, 105, 166, 171,frente a la velocidad del motor, 208173-178,262,264-269,280,315,325,328

Carburador de dos gargantas, 188coeficiente de descarga, 1742-etilpentano (C7H16), 136actuadores electrónicos, 1772,5-heptadieno (C7H12), 137escape, 262, 264 a 269, 280, 315, 325, 3282-metilpropeno (C4H8), 136fluir a través de, 174, 176,266-2682-metil-3-etilhexano (C9H20), 136ingesta, 166.171, 173-178,265-266,269,Ciclo, 5-6, 12, 24, 27-30, 40-41 en dos tiempos,31550-51,109-111,180,196-199,208,211,274,ascensor, 173-174, 177282-283,301,366-367múltiple, 175, 264 a 265toma de aire, 196-198seta, 16,24, 173 a 174purga, 274rotatorio, 24173convertidor catalítico, 301tamaño, 264, desde 268 hasta 269eficiencias de carga, 198-199manga, 8, 24, 173CI, 29-30,110-111temporización, 105, 171, 175-177,262,264-267,la compresión del cárter, 12, 196269emisiones, 282, 301Bloqueo de vapor, 132carrera de escape, 274Relación de compresión variable, 41inyección de combustible, 180, 282 a 283Variable-combustible, 153entrada de combustible, 196-197La distribución variable, 10'5,177,266lubricantes, 197,282,366-367Venturi, 181-182, 186-187, 189Diagrama PV, 109, 111Viscosidad, 353, 358 a 359, 368 a 370, 372, 382compactación, 27-28, 196-199

grados de aceite (SAE), 368 a 372SI, 27-29,109-110aceites multigrado, 371-372

Página 425Índice411la viscosidad del aceite frente a la temperatura, 368, 370, 372VVaterjacket, 19-20,24,312,335,338-339,unidades, 382342La eficiencia volumétrica, 60--62,81, 90102,dual, 342168-173,199,201,208VVaterpump, 24, 338 a 339, 359Motor de encendido, 199,201VVilly-Knight, 8efecto de flujo estrangulado, 171VVoods Dual Power, 301efecto de EO R, 172VVork, 44-49, 52, 54-55, 59, 79-80,84,86,efecto de la residual de escape, 172101251351382efecto de la fricción del fluido, 170-171freno, 46, 52,54-55, 80, 351efecto de combustible, 168-169fricción, 46, 52, 351efecto de transferencia de calor, 169-170bruto, 46, 48, 52efecto de la ingesta de sintonización, 171indicada, 45-47, 52, 79, 351efecto de cierre de la válvula, 171red, 47-48, 52efecto de superposición de válvulas, 170bomba, 47,52, 84, 86251frente a la velocidad del motor, 168específica, 45tabla de unidades, 382VVorldVVar1,11WVVorldVVar11,160

VVristpin, 24, 362VVengine, 10-11offset, 362VValldeposits, 281VVankelengine, 157Refrigerado por agua motores, 13, 20, 312, 335-340Zventajas, 335-336refrigerante, 336 hasta 338Tamiz molecular de zeolita, 303VVaterinjection, 331 hasta 332Cero emisiones de vehículos (ZEV