tema09 renovacion de la carga en 2 tiempos

TEMA 9: RENOVACIÓN DE LA CARGA EN 2 TIEMPOSMOTORES ALTERNATIVOS 1/23

TEMA 9

RENOVACIÓN DE LA CARGA EN 2 TIEMPOS


Objetivos

Entender el ciclo de funcionamiento de un motor de dos tiempos y sus diferencias con el de cuatro tiempos.

Conocer sus ventajas e inconvenientes y, en base a ello, establecer sus aplicaciones.

Conocer la problemática de estos motores. Definir el proceso de barrido y el fenómeno de cortocircuito e introducir parámetros para cuantificarlos.

Establecer la importancia del sistema de escape y entender su funcionamiento.


1. Introducción

2. Ciclo de funcionamiento

3. Campos de aplicación

4. Proceso de barrido

5. Propagación de ondas en flujo compresible

6. Diseño del sistema de escape

Contenido


1. Introducción

Características

Un ciclo por revolución

Necesidad de bomba de barrido

Ausencia de sistema de distribución (no siempre)

Comparación con motores 4 tiempos

Mayor potencia (menos del doble)

Menor rendimiento (si el barrido es por cárter)

Más sencillo y barato (no siempre)

Cortocircuito de mezcla fresca (MEP) mayor contaminación

Mayores temperaturas de funcionamiento

Mayores desgastes


2. Ciclo de funcionamiento

Problemas principales:Proceso de barridoCortocircuito


2. Ciclo de funcionamiento (cont.)

Problemas principales:Proceso de barridoCortocircuito

CP – CompresiónCB – CombustiónEX – ExpansiónB – Barrido

AT

CT

AE

CE AE AT CT CE


3. Campos de aplicación

Pequeños motores MEPSencillosBaratosAlta potencia específica


3. Campos de aplicación (cont.)

Grandes motores MECComplejos:

•Bomba de barrido independiente•Válvulas (no lumbreras) de escape

CarosElevado rendimiento y potencia especifica

Planta de producción de energía 48 MWMenorca (España)


4. Proceso de barrido

ClasificaciónTipo de bomba de barrido

•Barrido por cárter•Barrido independiente

– Bomba alternativa– Bomba rotativa volumétrica– Turbocompresor

Forma de corriente de barrido•Barrido transversal•Barrido por lazo•Barrido equicorriente

Diagrama de distribución•Barrido simétrico•Barrido asimétrico


4. Proceso de barrido (cont.)

Ejemplos

TRANSVERSAL DE LAZO MANDE LAZO SCHNÜRLE

EQUICORRIENTE CON VÁLVULA

EQUICORRIENTE CON ÉMBOLOS

OPUESTOS



Diagrama de distribuciónDiagrama clásico

•Controlado por el émbolo•Diagrama simétrico•Sencillez constructiva•Funcionamiento adecuado a n constante•Peligro de cortocircuito entre CT y CE•Además:

El pistón subey la lumbrerade admisiónaún está cerrada

El pistón bajay la lumbrerade admisiónaún está abierta

LtLt



Diagrama de distribución (cont.)Diagrama asimétrico

•Objetivo: Reducir cortocircuito•Válvula rotativa

– en escape– en admisión

•Láminas en admisión

Alto régimenBajo régimen

• Lumbrera de escape variable



Barrido ideal

No hay mezcla de gases frescos con quemados

Mezcla fresca desaloja totalmente a los gases quemados

No hay cortocircuito de mezcla fresca

Gasto de referencia:

donde

1

cref T C ref T ref

c

rm n V V n V

r

( , )ref barrido escapeT p



Coeficientes para evaluar el proceso de barrido realCoeficiente de admisión:

•Evalúa la bomba de barrido

•RS<1 en barrido por cárter

•RS >1 en barrido independiente

Coeficiente de carga:•Evalua la masa retenida pme• en motores sobrealimentados

Rendimiento de la retención:•Evalua el cortocircuito•

Rendimiento del barrido:•Evalua la perfección de la evacuación de residuales•

S sum refR m m

S ret refm m

ret ret sum S Sm m R

b ret ret resm m m

1S

1ret

1b


4. Proceso de barrido (cont.) Mezcla perfecta

En cada instante, la mezcla fresca que entra al cilindro forma con la carga del mismo una mezcla homogénea

Existe cortocircuitoRepresentando el motor mediante un volumen VT + VC, en un

pequeño intervalo de tiempo:

siendo x la fracción volumétrica de mezcla fresca. Se puede obtener

1 T C

VV Vx e

1 SR

S e

1x dV x dV

T cV V

T c T cx V V x dx V V

dV

cortocircuito residuales


4. Proceso de barrido (cont.) Evaluación del proceso de barrido real

0 1cc S S retm R

No tiene s

entid

o

Barrido id

eal

Barrido por cárter-bomba

Mezcla perfecta

Barrido uniflujo

RSCoef. de admisión

(suministro)

Coef. de carga(retención)

S

1

1

0 1res bm

1b

1b

1 SRS e


5. Propagación de ondas en flujo compresible

Comportamiento no estacionario del gas en el interior de los MCIA (presión, temperatura y velocidad varían con el tiempo)

Pulso de presión originado en la apertura de la lumbrera de escapeCondiciones de contorno:

Extremo Abierto

Extremo Cerrado

La “suma” de presiones incidente y reflejada debe resultar en una presión constante (atmosférica)

La “diferencia” de presiones incidente y reflejada se anula, anulándose también la velocidad en el extremo


6. Diseño del sistema de escape (cont.) Presión requerida en la lumbrera de escape

Primera aproximación

Pres

ión

en lu

mbr

era

(bar

)

A

B

C

A: pulso debido a la salida de los gases tras AE

B: pulso de rarefacción reflejado

C: pulso de sobrepresión reflejado


6. Diseño del sistema de escape (cont.) Configuración final

A

B

C


Llegada del pulso C justo antes del cierre de la lumbrera de escape, evita el cortocircuito

Llegada del pulso C muy pronto, introduce gases quemados en el cilindro, estropea el lazo de barrido y no evitará el cortocircuito poco después

6. Diseño del sistema de escape (cont.)

Influencia en el régimen de giro en el barrido

Régimen de giro: n/2 rpm

Régimen de giro: n rpm

Llegada del pulso B cerca del PMI, ayuda a extraer gases quemados

Llegada del pulso B muy pronto, los gases todavía salen por si mismos


6. Diseño del sistema de escape (cont.)

PAR (Nm)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Régimen de giro (rpm)

5500 rpm8500 rpm

Presión medida en lalumbrera de escape

Influencia en el régimen de giro en el barrido (cont.)Efecto en la presión instantánea en el escape

•Motor de 50cc•Plena carga


Resumen

Un motor de dos tiempos realiza una carrera de trabajo por cada vuelta de cigüeñal.

Mediante el proceso de barrido se evacuan del cilindro los gases quemados de la combustión y se reemplazan con mezcla fresca.

El fenómeno de cortocircuito ocurre durante el proceso de barrido y consiste en el paso directo de mezcla fresca desde la admisión al escape, por tanto se ha de intentar reducir al máximo.

Se puede dotar a los motores 2T de sistemas auxiliares para modificar el diagrama de distribución y evitar el cortocircuito.

En motores con el diagrama de distribución controlado por el pistón, el diseño del sistema de escape es fundamental para conseguir una presión en la lumbrera de escape que favorezca el barrido


Bibliografía

− Motores de Combustión Interna Alternativos.

M. Muñoz, F. Payri, Servicio de Publicaciones E.T.S.I.I. de Madrid, 1989.

− Gas flow in the internal combustion engines.

W.J. Annand, G.E. Roe, Foulis, 1978.

− Internal Combustion Engine Fundamentals.

J.B. Heywood, McGraw-Hill, 1988.

− The Internal Combustion Engine in Theory and Practice.

C.F. Taylor, MIT Press. 1985.

− Internal combustion engines.

R.S. Benson, N.D. Whitehouse, Pergamon Press., 1979.

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