Modificación de motores dos tiempos con inyectores electrónicos
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El documento describe una propuesta para modificar los motores de dos tiempos mediante la implementación de inyectores electrónicos controlados por el velocímetro. Actualmente, los motores de dos tiempos son muy contaminantes debido a su baja eficiencia en la combustión. El objetivo es diseñar las bases del motor para reemplazar el sistema de alimentación actual por inyectores electrónicos que permitan una mejor gestión del combustible de acuerdo a la velocidad, reduciendo así la contaminación y mejorando el rendimiento.
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- 3. MECHANICAL ENGINE GRADO GRUPO 9° 1 Nombre de los Roles Dirección electrónica investigadores Acosta Saldarriaga Nicolás Comunicador nico.acosta1996@gmail.com Fernández Garcés Juan Utilero comosea582@gmail.com Daniel Herrera Passos Tomas Relator tomasherrerapassos@gmail.com Osorio Cañas Henry Líder yenry55@gmail.com Restrepo Santamaría Vigía mortaldrako@gmail.com Daniel Nombre del profesor asesor: NORA ORREGO categoría línea de investigación área temática Ingeniería mecánica Ingeniería automotriz Mecánica industrial - Tutor (asesor externo- adulto responsable administrativo para el manejo de recursos financieros y físicos): ¿El proyecto es continuación de una propuesta presentada anteriormente? Si No
- 4. PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA En el mundo hay millones de motos, la mayoría son dos tiempos, las cuales son muy contaminantes, estas motos por la utilización de una sola vuelta del pistón, y una mala combustión causa un desperdicio de combustible y eficiencia de tal.
- 5. ¿Cuál es la innovación? Por lo general, la innovación de este proyecto sería, sacar de nuevo las motos dos tiempos y mejorar el método de combustión, por medio de la adaptación de dos inyectores electrónicos (aire, y gasolina), que funcionarían por medio del velocímetro, que redujera y aumentaría la entrada de combustible según la velocidad a la que valla la moto esto lograra mejor la eficiencia de la moto.
- 6. RESUMEN El ciclo del motor de 2 -tiempos se efectúa en dos recorridos del pistón, es decir con una sola vuelta del cigüeñal. Los volúmenes situados arriba y abajo del pistón son utilizados y las diferentes fases del ciclo se desarrollan simultáneamente en dos sitios. No existen válvulas. Quien hace la distribución son las lumbreras de escape en el cilindro, que el pistón abre o cierra a lo largo de sus desplazamientos. El rendimiento del motor de 2-tiempos en teoría es dos veces más elevado que el del motor 4-tiempos pues permite un recorrido eficaz en cada trayecto del cigüeñal, el motor 4-tiempos realiza un recorrido en cada dos revoluciones. Sin embargo, la simultaneidad de las operaciones de admisión y de escape disminuye mucho su eficacia. El propósito es el de modificar el método de alimentación del combustible de las 2- tiempos de tal forma que consuma menos combustible y tenga mejor rendimiento, también se le instalaran tres inyectores electrónicos (aire, combustible e hidrogeno) por los cuales pasaran solo lo necesario. Hasta el momento todas las motos gastan en combustible y aceite en aseso lo cual representa una contaminación muy elevada al medio ambiente, ya que el combustible tras no ser bien combustionado se convierte en CO2 y el aceite al desecharse erróneamente causa el daño de terrenos, fauna y en el agua hace una capa que ahoga a los peces. Conscientes que debemos ayudar a mejorar las condiciones ambientales de nuestro planeta y en cualquier momento el agua puede escasearse, proponemos modificar las motos dos tiempos (por ser más abundantes y contaminantes), por alimentación continua de inyección eléctrica controlada por el kilometraje y cambiar los lubricantes por uno sintético especializado. Con la realización de este proyecto queremos contribuir a disminuir la contaminación ambiental y aprovechar una de las variadas posibilidades que nos ofrece la naturaleza y la tecnología para cuidar de tal. Si logramos modificar y cambiar el modo de alimentación por inyección eléctrica y el aceite, por aceites sintéticos habrá menor contaminación y más aprovechamiento del combustible fósil.
- 7. PREGUNTA DE INVESTIGACION ¿En qué afecta la adaptación de los inyectores electrónicos,la eliminación de boquetes de alimentación y la utilización de otro combustible en la eficiencia de un motor dos tiempos?
- 8. JUSTIFICACION Se mejorara el rendimiento y eficiencia de las motos dos tiempos, ya que se notó que esta tiene una gran pérdida de combustible en el momento de escape, esto se realizara por el remplazo del boquete de alimentación, por dos inyectores electrónicos (aire y gasolina) los cuales estarán controlados por el velocímetro de la moto.
- 9. OBJETIVO GENERAL Diseñar las bases del motor, modificando el cilindro, el pistón y las lumbreras para la implementación de los inyectores electrónicos controlados por el velocímetro y con esto que el motor sea más amigable con el medio ambiente.
- 10. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA El uso de las motos es cada vez más frecuente que se ha ido convirtiendo en un medio de transporte muy cotidiano en la actualidad. Para que estas funciones es indispensable el uso de combustibles y aceites para poder trabajar el motor. Estos motores son muy contaminantes y derrochadores, por lo que causa un menor rendimiento, causando así más desperdicio de estos recursos. En el desarrollo del presente proyecto, se plantea una alternativa más ecológica, empleando inyectores electrónicos por medio del velocímetro. INYECTORES Y SISTEMAS DE INYECCIÓN INYECTOR Componente del sistema de inyección encargado de la inyección del combustible al interior del cilindro o al conducto de admisión del mismo o a la cámara de pre combustión en el caso de los motores diesel. El inyector es el encargado de pulverizar en forma de aerosol la gasolina procedente de la línea de presión dentro del conducto de admisión, es en esencia una refinada electroválvula capaz de abrirse y cerrarse muchos millones de veces sin escape de combustible y que reacciona muy rápidamente al pulso eléctrico que la acciona. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE INYECCIÓN Este sistema consta fundamentalmente de una bomba de desplazamiento positivo con capacidad para inyectar cantidades variables de combustible dada por un diseño especial de los émbolos y con un émbolo por inyector o cilindro del motor. El otro componente importante es el inyector propiamente dicho encargado de la inyección directamente en la cámara de combustión (inyección directa) o en una cámara auxiliar (inyección indirecta). FUNCIÓN DEL INYECTOR La función es la de producir la inyección de combustible líquido finamente pulverizado en el momento indicado y en la cantidad justa de acuerdo al régimen de funcionamiento del motor. De acuerdo a la secuencia de encendido de un motor, el inyector, inyecta cierta cantidad de combustible a alta presión y finamente pulverizado en el ciclo de
- 11. compresión del motor, el cual, al ponerse en contacto con el aire muy caliente, se mezcla y se enciende produciéndose la combustión. PARTES DEL INYECTOR Las partes fundamentales que componen el inyector son: • Porta tobera. • Tobera. • Tuerca de tobera. • Tuerca de tapa. • Vástago. • Conexión para retorno. • Resorte. • Tuerca de ajuste del resorte. • Entrada de combustible FUNCIONAMIENTO DEL INYECTOR Por medio del vástago se transfiere la fuerza del resorte. La presión de atomización se ajusta mediante la tuerca de ajuste del resorte que actúa también como asiento para el mismo. El combustible circula desde la entrada de combustible hasta el conducto perforado ubicado en la porta tobera. La punta de la válvula de aguja que asienta contra la parte inferior de la tobera, impide el paso por los orificios de la tobera cuando hay combustible a presión los conductos y galería del inyector, se levanta la aguja de su asiento y se atomiza el combustible en las cámaras de combustión. Una pequeña cantidad de combustible escapa hacia arriba el cual sirve de lubrica Por medio del vástago se transfiere la fuerza del resorte. La presión de atomización se ajusta mediante la tuerca de ajuste del resorte que actúa también como asiento para el mismo. El combustible circula desde la entrada de combustible hasta el conducto perforado ubicado en la porta tobera. La punta de la válvula de aguja que asienta contra la parte inferior de la tobera, impide el paso por los orificios de la tobera cuando hay combustible a presión los conductos y galería del inyector, se levanta la aguja de su asiento y se atomiza el combustible en las cámaras de combustión. Una pequeña cantidad de combustible escapa hacia arriba el cual sirve de lubricante entre la aguja y la tobera y también lubrica las otras piezas del inyector antes de salir por la conexión para el tubo de retorno en la parte superior y retorno al tanque. Patrón de atomización: La forma de descarga en los orificios de la tobera del inyector se llama patrón de atomización. Este patrón se determina por características como el número, tamaño, longitud y ángulo de los orificios y también por la presión del combustible dentro del inyector. Todos estos factores influyen en la forma y longitud de la atomización.
- 12. La tobera. La función de la tobera es inyectar una carga de combustible en la cámara de combustión de forma que pueda arder por completo. Para ello existen diversos tipos de toberas, todas con variaciones de la longitud, número de orificios y ángulo de atomización. El tipo de tobera que se emplee en el motor depende de los requisitos particulares de sus cámaras de combustión. TIPOS DE INYECTORES El inyector puede ser mecánico como ejemplo el inyector de una motorización diesel, o electrónico como en el caso de una motorización gasolina. LA MOTOCICLETA La historia de la motocicleta siempre estará vinculada con el desarrollo de las primeras bicicletas. La bicicleta ha sido la base para las primeras motocicletas y ayudó a darle forma a la historia de estas máquinas motorizadas. En el año 1867 Sylvester Howard Roper inventó la primera máquina que alguno podría reconocer como una motocicleta. Roper, un norteamericano, creó una máquina con motor a vapor de dos cilindros. Estas primeras motocicletas usaban carbón como combustible. Algunos expertos insisten que una máquina de esas características no puede ser tomada como una verdadera motocicleta moderna. Muchos sugieren que la primera motocicleta real fue inventada por Gottlieb Daimler. Este hombre, por supuesto, cobró más fama por su trabajo en automóviles. Por algún tiempo Daimler ha estado trabajando con Nicolaus August Otto, quien era, él mismo, todo un experto en diseñar y construir motores. Daimler tomó uno de los motores de Otto y lo instaló en el marco de madera de una bicicleta. El motor de combustión interna de cuatro tiempos de Otto fue toda una revelación y Daimler lo usó en 1885 en lo que para muchos ha sido la primera motocicleta. Esa compañía fue fundada por William Harley, Arthur Davidson y Walter Davidson. A pesar de la enorme importancia que tiene en el desarrollo temprano de las motocicletas, no se lanzaron a construir motocicletas hasta pasar al menos 20 años luego de que Daimler creara la primera.
- 13. Harley Davidsons pasó rápidamente a ser conocida como marca por el desarrollo de velocidad y performance, pero los inventores siempre intentaron hacer que las motocicletas fueran usadas con propósitos de transporte. Al día de hoy, Harley Davidsons es uno de los grandes íconos de la última centuria. FUNCIONAMIENTO El aceite es un líquido que sirve para lubricar las partes metálicas del motor, disminuye la fricción en las partes móviles y de esta manera evita el desgaste. Cuando un motor está bien lubricado reduce el gasto de combustible y aumenta la potencia. El aceite debe cambiarse cada determinado tiempo, porque pierde sus propiedades y se contamina por el uso, cada auto es diferente y hay un aceite adecuado para el mejor rendimiento. De acuerdo del combustible que use tu auto, hay aceites para motores de diesel o de gasolina. Podríamos decir que el aceite, es la sangre de nuestro automóvil. A continuación te doy algunos datos que debes saber a cerca del aceite que usa tú auto, es importante saber qué función juega dentro del motor, cómo lo hace y cada cuándo debe cambiarse el aceite y por qué. Las principales funciones del aceite son: 1. Lubricar mediante la formación de una película entre las piezas móviles disminuyendo la fricción, evitando el desgaste de las piezas 2. Enfriar el motor retirando el calor de los pistones 3. Sellar el espacio entre los pistones y los anillos para mantener la compresión 4. Limpiar el motor eliminando residuos de carbón que puedan formarse dentro de él ¿Por qué cambiar el aceite cada 5,000 km? El aceite al ser expuesto a las altas temperaturas y esfuerzos dentro del motor inicia un proceso de degradación que afecta negativamente las propiedades que le permiten proteger el motor del vehículo. Todos los aceites se degradan y es imposible evitar este proceso. En situaciones normales de trabajo, un aceite convencional mantiene sus propiedades aproximadamente 5,000 km, seguir
- 14. utilizando el mismo aceite por períodos más largos, pone en riesgo al motor ya que el aceite no es capaz de desempeñar sus funciones efectivamente. Tipos de Aceite. Los aceites de motor son clasificados por el Instituto Americano del Petróleo (API) para definir el tipo de servicio para el que son aptos. Esta clasificación aparece en el envase de todos los aceites y consta de 2 letras: La primera letra determina el tipo de combustible del motor para el que fue diseñado el aceite, utilizándose una "S" para motores a gasolina y una "C" para motores diesel. La segunda letra determina la calidad del aceite donde mayor es la letra (en el alfabeto) mejor es la calidad del aceite. Actualmente en motores a gasolina se utilizan la clasificación SJ mientras que en motores diesel la clasificación CH. Los aceites de mayor calidad o más recientes como el SJ pueden ser utilizados en vehículos no tan recientes con especificaciones de aceite inferiores, pero por ningún motivo se deberá utilizar una aceite de calidad inferior al especificado por el fabricante del motor. La Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) también clasifica los aceites según su grado de viscosidad. La viscosidad es la resistencia que ofrece un líquido (o gas) a fluir y depende enormemente de la temperatura. En esta clasificación los números bajos indican baja viscosidad de aceite o bien aceites "delgados" como comúnmente se les conoce y número altos indican lo opuesto. En cuanto al grado de viscosidad, existen 2 tipos de aceites: 1. Mono grados: Diseñados para trabajar a una temperatura específica o en un rango muy cerrado de la misma. 2. Multigrados: Los aceites multigrados están hechos con aditivos que permiten mantener sus propiedades lubricantes y de viscosidad en un amplio rango de temperaturas. Aquellos aceites que cumplen los requerimientos de viscosidad a bajas temperaturas (bajo 0°C) se les designan con la letra "W" que indica invierno (Winter). Actualmente los vehículos están diseñados para trabajar con aceites multigrado y no es recomendable utilizar aceite mono grado a menos que el fabricante del motor lo especifique. Aquellos aceites que cumplen los requerimientos de viscosidad a bajas temperaturas (bajo 0°C) se les dé signa con la letra "W" que indica invierno (Winter). Al momento de comprar un aceite fíjate muy bien en las leyendas que indican el tipo, esto varía de acuerdo al clima de cada región: - SAE 5W-50: Clima caluroso, con invierno no muy frío- SAE 15W-40: Clima templado; veranos cálidos e inviernos con frío de regular intensidad- SAE 20W-50: Clima extremoso, con cambios de temperatura del calor frío al calor. Este tipo se
- 15. puede usar todo el año con veranos cálidos e invierno gélido. Hay términos básicos que te ayudarán a elegir el mejor aceite: -Punto de congelación: Indica el punto donde el aceite empieza a fluir. Índice de viscosidad: Indica el grado del cambio en viscosidad en un aceite dentro de una gama de temperaturas. Punto de inflamación: Indica la temperatura a la cual el aceite desprende vapores que pueden prender fuego. Un punto de inflamación bajo ocasiona "quemaduras" en las paredes de los cilindros y pistones. Actualmente hay dos tipos de aceites; el mineral y el sintético decide tú mismo cual es el mejor para ti. Al mineral se le agregan aditivos que mejoran el índice de viscosidad que lo hacen la mejor opción para casi todos los motores actuales. De acuerdo a las exigencias, cada vez se utilizan más los aceites sintéticos o semi- sintéticos, que se obtienen principalmente del petróleo. Debes utilizar el que recomiende la marca automotriz. ¿QUE ES Y COMO FUNCIONAN LOS MOTORES? El motor de 2 tiempos es, junto al motor de 4 tiempos, un motor de combustión interna con un ciclo de cuatro fases de admisión, compresión, combustión y escape, como los 4 tiempos, pero realizadas todas ellas en sólo 2 tiempos, es decir, en dos movimientos del pistón. En un motor 2 tiempos se produce una explosión por cada vuelta de cigüeñal mientras que en un motor 4 tiempos se produce una explosión por cada dos vueltas de cigüeñal, lo que significa que a misma cilindrada se genera mayor potencia, pero también un mayor consumo de combustible. Los motores 2 tiempos han ido siendo sustituidos por los 4 tiempos dado su carácter más contaminante y en motos sólo lo encontramos hoy día en ciclomotores de motores pequeños y en algunas o motocross. Un motor 2 tiempos es más sencillo y ligero que un 4 tiempos ya que está compuesto por menos piezas, originariamente no utiliza válvulas de admisión y de escape, son más económicos de fabricar y requieren un menor mantenimiento, pero su mayor régimen de giro les provoca sin embargo un mayor desgaste. La lubricación de un motor 2 tiempos va incluida en la mezcla y junto a la gasolina y el aire se añade aceite, de ahí que al ser quemado sea mucho menos respetuoso con el medio ambiente. Así pues el cárter del cigüeñal está sellado ya que alberga la entrada de la mezcla y las dos caras del pistón entran en acción, la superior para comprimir la mezcla y la inferior para provocar su admisión al cárter. Estos son los pasos de un ciclo 2 tiempos.
- 16. Tiempo 1: ADMISIÓN - COMPRESIÓN En un motor 2 tiempos es el propio pistón el que, con su movimiento, abre la admisión de la mezcla, a la altura del cárter, y el escape de los gases quemados, a la altura de la cámara de combustión. La admisión y la compresión se realizan al mismo tiempo. En el tiempo 1 el pistón va de abajo a arriba, es decir, desde el cárter hacia la culata. En su desplazamiento succiona la mezcla de gasolina, aire y aceite en su parte inferior, mientras que simultáneamente se encarga de comprimir la mezcla de la admisión anterior en la parte superior. Tiempo 2: COMBUSTIÓN – ESCAPE El segundo tiempo comienza con el pistón situado en su punto muerto superior, comprimiendo al máximo la mezcla de gasolina, aire y aceite, lo que hace chocar sus moléculas más rápidamente y aumentar considerablemente la temperatura de la mezcla. Es en ese momento cuando la bujía genera una chispa que incendia la mezcla provocando su combustión. Esta explosión hace mover violentamente el pistón hacia abajo, transmitiendo el movimiento al cigüeñal a través de la biela, y con ese movimiento deja abierto el escape por donde son liberados los gases recién quemados. Pero hay más, en ese movimiento descendiente el pistón empuja la mezcla nueva que había entrado en su anterior subida, y al bajar transfiere la mezcla del cárter a la cámara de combustión, preparando así el proceso para volver a comenzar de nuevo en el primer tiempo anteriormente descrito. Como ves, un motor de 2 tiempos gira mucho más rápido que uno de 4 tiempos, y aunque su funcionamiento sea un poco más complejo de explicar su funcionamiento es mucho más sencillo
- 17. PROBLEMAS AMBIENTALES En nuestro país, lamentablemente todos los aceites y combustibles de las motos van directos a la tierra, ríos o mares donde causan daños irreparables. Estos elementos son dos de los peores contaminantes por sobre uso de ellos
- 18. PREGUNTAS RELACIONADAS: La razón por la cual se emprendió este proyecto es el uso constante de estas motos, ya que se necesita para el transporte diario de miles de personas, el uso de este transporte causa mucho contaminación diaria mente por lo que se busca mejor la forma de combustión así logrando disminuir la contaminación. ¿Se puede cambiar la alimentación de combustible por inyección eléctrica? ¿Qué ganaremos al cambiar la alimentación por inyección eléctrica? ¿En qué beneficia la modificación del motor al medio ambiente? ¿En un futuro todos los automóviles podrían funcionar con inyección eléctrica por kilometraje y aceite natural?
- 19. VIABILIDAD Y FACTIBILIDAD DE LA INVESTIGACIÓN. El proyecto será realizado por dos estudiantes de noveno grado del colegio Loyola para la Ciencia y la Innovación, los cuales están muy comprometidos con este trabajo y se han esforzado por impulsarlo y están muy motivados para sacarlo adelante, invertirle tiempo y hacerlo una realidad, para esto es imprescindible contar con el apoyo y orientación de los educadores a cargo. Para el desarrollo de este proyecto se necesitarán recursos financieros que se buscaran por medio de patrocinio y por los padres de los jóvenes.
- 20. CONCLUSIONES. • El aceite se demora muchos años para descomponerse, convirtiéndose así en un problema ambiental. • Los componentes de los lubricantes para los motores de las motos son altamente contaminantes y requieren de un lugar específico para su disposición final. • Los combustibles al no combustionar los del todo, se convierten en CO2 que es muy contaminante, pero al modificar el cilindro no causara tanto daño ambiental • Pretendemos con este proyecto reducir la contaminación ambiental generada por los por los motores dos tiempos de las motos y el alto consumo de combustible. • Los elementos de los lubricantes son muy tóxicos.