/27 TEMA 8 RENOVACIÓN DE LA CARGA EN 4 TIEMPOS
Objetivos /27 <ul><li>Determinar la importancia del proceso sobre las prestaciones del motor. </li></ul><ul><li>Conocer el...
<ul><ul><li>Introducción </li></ul></ul><ul><ul><li>Caracterización del proceso </li></ul></ul><ul><ul><li>Factores que af...
1. Introducción <ul><li>Definición: </li></ul><ul><ul><li>Es el proceso de sustitución de los productos quemados por mezcl...
1. Introducción (cont.) <ul><li>Influencia sobre las prestaciones del motor: </li></ul><ul><ul><li>Potencia : </li></ul></...
2. Caracterización del proceso <ul><li>Rendimiento volumétrico: </li></ul><ul><ul><li>Es el índice que caracteriza la efic...
2. Caracterización del proceso (cont.) <ul><li>Trabajo de bombeo: </li></ul><ul><ul><li>Caracteriza el coste del proceso d...
2. Caracterización del proceso (cont.) /27 <ul><li>Proceso de admisión ideal: </li></ul><ul><ul><li>Hipótesis: </li></ul><...
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3. Factores que afectan al rendimiento volumétrico /27 <ul><li>Clasificación : </li></ul><ul><ul><li>De funcionamiento </l...
4. Factores de funcionamiento /27 <ul><li>Régimen de giro </li></ul><ul><ul><li>El incremento del régimen aumenta la masa ...
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5. Flujo en válvulas (cont.) /27 <ul><li>Número de Mach en la válvula: </li></ul><ul><ul><li>Mach de Taylor: </li></ul></u...
5. Flujo en válvulas (cont.) /27 <ul><li>Número y tamaño de válvulas: </li></ul>
5. Flujo en válvulas (cont.) /27 <ul><li>Coeficiente de torbellino </li></ul><ul><ul><li>Generación de turbulencia en el c...
5. Flujo en válvulas (cont.) /27 <ul><li>Diagrama de distribución </li></ul><ul><ul><li>Objetivos: </li></ul></ul><ul><ul>...
5. Flujo en válvulas (cont.) <ul><li>Optimización del diagrama: </li></ul><ul><ul><li>AAE óptimo: Poca pérdida de trabajo ...
5. Flujo en válvulas (cont.) /27 <ul><li>Sistemas de distribución variable   </li></ul><ul><ul><li>Aumento del Me entre 10...
6. Colectores /27 <ul><li>Colector de admisión : </li></ul><ul><ul><li>Interesa colector corto a n   y largo a n    </li...
6. Colectores (cont.) /27 <ul><li>Colector de geometría variable: </li></ul>n  ICV cerrada n  ICV abierta ICV abierta IC...
6. Colectores (cont.) /27 <ul><li>A: onda reflejada llega durante el cruce de válvulas. Llega demasiado tarde respecto al ...
7. Geometría del motor /27 <ul><li>Relación S/D </li></ul><ul><ul><li>Inercia de la columna gaseosa </li></ul></ul><ul><ul...
7. Geometría del motor (cont.) /27 <ul><li>Parámetro de inercia </li></ul><ul><ul><li>La columna de fluido en movimiento e...
Resumen /27 <ul><li>Las prestaciones de los MCIA (N e , M e , y g ef ) dependen fuertemente del proceso de renovación de l...
Bibliografía /27 <ul><ul><li>Motores de Combustión Interna Alternativos.  </li></ul></ul><ul><ul><li>M. Muñoz, F. Payri, S...
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  • Ummmmmm muy bueno , no tendras examenes tambien porai , no ! ?? de lujoooo !!!
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Tema08 Renovacion De La Carga En 4 Tiempos

  1. 1. /27 TEMA 8 RENOVACIÓN DE LA CARGA EN 4 TIEMPOS
  2. 2. Objetivos /27 <ul><li>Determinar la importancia del proceso sobre las prestaciones del motor. </li></ul><ul><li>Conocer el rendimiento volumétrico como parámetro que evalúa el proceso. </li></ul><ul><li>Definir y analizar los parámetros que caracterizan el proceso. </li></ul>
  3. 3. <ul><ul><li>Introducción </li></ul></ul><ul><ul><li>Caracterización del proceso </li></ul></ul><ul><ul><li>Factores que afectan al rendimiento volumétrico </li></ul></ul><ul><ul><li>Factores de funcionamiento </li></ul></ul><ul><ul><li>Flujo en válvulas </li></ul></ul><ul><ul><li>Colectores </li></ul></ul><ul><ul><li>Geometría del motor </li></ul></ul>Contenido /27
  4. 4. 1. Introducción <ul><li>Definición: </li></ul><ul><ul><li>Es el proceso de sustitución de los productos quemados por mezcla sin quemar (aire en los MEC) con el fin de repetir los procesos termodinámicos que tienen lugar en el cilindro. </li></ul></ul>/27 <ul><li>Esquema: </li></ul>
  5. 5. 1. Introducción (cont.) <ul><li>Influencia sobre las prestaciones del motor: </li></ul><ul><ul><li>Potencia : </li></ul></ul>/27 <ul><ul><li>Rendimiento o consumo: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Pérdida de bombeo </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Fracción de gases residuales </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Movimiento de aire en el cilindro </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Optimización en punto de homologación </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Contaminación: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Dispersión entre cilindros </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Formación y distribución de la mezcla </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Cortocircuito </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Temperatura entrada catalizador </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Ruidos: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Admisión </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Escape </li></ul></ul></ul>
  6. 6. 2. Caracterización del proceso <ul><li>Rendimiento volumétrico: </li></ul><ul><ul><li>Es el índice que caracteriza la eficacia del llenado del motor: </li></ul></ul>/27 <ul><ul><li>En la práctica es común utilizar el gasto másico de aire en lugar del gasto másico de mezcla: </li></ul></ul><ul><li>Condiciones de referencia: </li></ul>Filtro Colector P ref =P A T ref =T A Motor de aspiración natural Filtro Colector P ref =P B T ref =T B Motor sobrealimentado A B
  7. 7. 2. Caracterización del proceso (cont.) <ul><li>Trabajo de bombeo: </li></ul><ul><ul><li>Caracteriza el coste del proceso de renovación de la carga. </li></ul></ul><ul><ul><li>Está afectado por todos los factores que afectan al rendimiento volumétrico y además por la cantidad de masa admitida. </li></ul></ul>/27 <ul><li>Trabajo neto: </li></ul><ul><ul><li>Incluye el coste del proceso de renovación de la carga </li></ul></ul>
  8. 8. 2. Caracterización del proceso (cont.) /27 <ul><li>Proceso de admisión ideal: </li></ul><ul><ul><li>Hipótesis: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Velocidad del pistón suficientemente lenta para que no aparezcan fenómenos de inercia en el movimiento de los gases. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>No hay transferencia de calor entre el fluido y las paredes. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>No hay caída de presión entre la atmósfera y el cilindro ya que no existe fricción fluido-pared ni turbulencia. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Las válvulas abren y cierran instantáneamente en los puntos muertos del pistón. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Consecuencia: </li></ul></ul>
  9. 9. 2. Caracterización del proceso (cont.) /27 <ul><li>Proceso de admisión real: </li></ul>Admisión ideal Sintonizado R e n d i m i e n t o v o l u m é t r i c o Velocidad media del pistón
  10. 10. 3. Factores que afectan al rendimiento volumétrico /27 <ul><li>Clasificación : </li></ul><ul><ul><li>De funcionamiento </li></ul></ul><ul><ul><li>De diseño </li></ul></ul>Cond. operativas Cond. ambientales Reglajes Régimen Grado de carga Presión Temperatura Dosado T refrig. T aire ad. Combustible Flujo en válvulas Sección de paso Diagrama de distribución Geometría del motor Relación carrera / diámetro Posición de las válvulas Colectores
  11. 11. 4. Factores de funcionamiento /27 <ul><li>Régimen de giro </li></ul><ul><ul><li>El incremento del régimen aumenta la masa admitida por unidad de tiempo o lo que es lo mismo aumenta la velocidad del fluido en el conducto (pérdida de carga y compresibilidad) y por tanto lleva a la reducción del η v </li></ul></ul><ul><li>Temperatura ambiente. Temperatura del aire de admisión. </li></ul><ul><ul><li>Su aumento hace el proceso más adiabático y mejora el rendimiento volumétrico </li></ul></ul><ul><li>Temperatura refrigerante </li></ul><ul><ul><li>Su aumento hace el proceso menos adiabático y reduce el rendimiento volumétrico </li></ul></ul><ul><li>Combustible </li></ul><ul><ul><li>Los efectos del calor latente y del volumen ocupado por el combustible gaseoso son contrapuestos y su efecto sobre el η v depende del tipo de combustible (tapón de vapor) </li></ul></ul>
  12. 12. 4. Factores de funcionamiento (cont.) /27 <ul><li>Grado de carga (MEP) </li></ul><ul><ul><li>El estrangulamiento de la admisión produce importantes pérdidas de carga y consecuentemente una reducción del η V (ralentí) </li></ul></ul><ul><ul><li>Reducción del grado de carga mediante el control de la válvula de admisión </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Reducción del trabajo de bombeo </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Reducción de la masa admitida </li></ul></ul></ul><ul><li>Ciclo Atkinson </li></ul><ul><ul><li>Control del cierre de la admisión </li></ul></ul>
  13. 13. 5. Flujo en válvulas /27 <ul><li>Sección de paso de válvulas: </li></ul><ul><ul><li>Las válvulas constituyen la sección mínima de paso del aire por el motor (velocidad máxima) y es donde aparece el efecto de la compresibilidad del aire (tapón sónico) </li></ul></ul><ul><ul><li>Aumentar las secciones </li></ul></ul><ul><ul><li>Aumentar la sección de paso de la válvula de admisión </li></ul></ul>Levantamiento Ángulo de asiento Admisión Escape
  14. 14. 5. Flujo en válvulas (cont.) /27 <ul><li>Coeficiente de descarga: </li></ul><ul><ul><li>Caracteriza el área efectiva de las válvulas. </li></ul></ul><ul><ul><li>Determinación en Banco de Flujo. </li></ul></ul>C D L/D V 0.3
  15. 15. 5. Flujo en válvulas (cont.) /27 <ul><li>Número de Mach en la válvula: </li></ul><ul><ul><li>Mach de Taylor: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li> v depende de M (inercia y compresibilidad) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li> v no depende de Re (fricción y transmisión de calor) </li></ul></ul></ul> v en función de C m para varios motores  v en función de M T para varios motores
  16. 16. 5. Flujo en válvulas (cont.) /27 <ul><li>Número y tamaño de válvulas: </li></ul>
  17. 17. 5. Flujo en válvulas (cont.) /27 <ul><li>Coeficiente de torbellino </li></ul><ul><ul><li>Generación de turbulencia en el cilindro </li></ul></ul><ul><ul><li>Generación de un vórtice forzado </li></ul></ul><ul><li>Coeficiente de flujo con C T elevado </li></ul><ul><ul><li>Pipas helicoidales y pipas direccionales </li></ul></ul><ul><ul><li>Se reduce C D debido a la dirección del flujo a la salida de la válvula </li></ul></ul><ul><ul><li>Existe una relación entre C D y C T </li></ul></ul><ul><li>Swirl varia de: </li></ul><ul><ul><li>Cierre de una pipa de admisión </li></ul></ul>Direccional Helicoidal
  18. 18. 5. Flujo en válvulas (cont.) /27 <ul><li>Diagrama de distribución </li></ul><ul><ul><li>Objetivos: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Mejora del llenado, η v ↑ </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Menor trabajo de bombeo, Wb ↓ </li></ul></ul></ul>
  19. 19. 5. Flujo en válvulas (cont.) <ul><li>Optimización del diagrama: </li></ul><ul><ul><li>AAE óptimo: Poca pérdida de trabajo de expansión, menor trabajo de bombeo. </li></ul></ul><ul><ul><li>(40º – 60º) Si n   AAE  (condiciones sónicas). Variaciones de AAE no </li></ul></ul><ul><ul><li>modifica otros ángulos. </li></ul></ul><ul><ul><li>AAA óptimo: Aprovechar depresión por inercia de salida de los gases de escape </li></ul></ul><ul><ul><li>antes de PMS (10º - 20º) </li></ul></ul>/27 <ul><ul><li>RCE óptimo: Aprovechar la </li></ul></ul><ul><ul><li>inercia de salida de gases de </li></ul></ul><ul><ul><li>escape. Cerrar en caudal </li></ul></ul><ul><ul><li>cero. (15º – 30º) </li></ul></ul><ul><ul><li>RCA óptimo: Aprovechar la </li></ul></ul><ul><ul><li>inercia de entrada del fluido y </li></ul></ul><ul><ul><li>la compresibilidad aunque el </li></ul></ul><ul><ul><li>pistón suba después del PMI </li></ul></ul><ul><ul><li>(50º - 70º) </li></ul></ul>
  20. 20. 5. Flujo en válvulas (cont.) /27 <ul><li>Sistemas de distribución variable </li></ul><ul><ul><li>Aumento del Me entre 10-20% según el régimen. </li></ul></ul><ul><ul><li>Soluciones: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Levantamiento de válvula. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Desfase admisión - escape. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Duración de apertura. </li></ul></ul></ul>Alfa Romeo, BMW (desfase árbol levas) FERRARI (Sistema Titolo)
  21. 21. 6. Colectores /27 <ul><li>Colector de admisión : </li></ul><ul><ul><li>Interesa colector corto a n  y largo a n  </li></ul></ul><ul><ul><li>Aprovechando la dinámica de ondas, se pueden conseguir incrementos del 25% en η v </li></ul></ul>PMS PMI RCA Angulo Onda reflejada PMS PMI RCA Tiempo t retorno reflejada = 2L/a L
  22. 22. 6. Colectores (cont.) /27 <ul><li>Colector de geometría variable: </li></ul>n  ICV cerrada n  ICV abierta ICV abierta ICV cerrada
  23. 23. 6. Colectores (cont.) /27 <ul><li>A: onda reflejada llega durante el cruce de válvulas. Llega demasiado tarde respecto al vaciado (  W b ) pero mejora llenado y N e (5% máximo). </li></ul><ul><li>B: onda reflejada llega a mitad de la carrera de escape. Reduce bombeo  W b , aumenta N e y reduce consumo. </li></ul><ul><li>C: onda reflejada llega al inicio de la carrera de escape (motor sin colector de escape o escape libre)  aprovecha la onda sólo al principio. </li></ul>AAA Cruce válvulas <ul><li>Colector de escape: </li></ul>
  24. 24. 7. Geometría del motor /27 <ul><li>Relación S/D </li></ul><ul><ul><li>Inercia de la columna gaseosa </li></ul></ul><ul><ul><li>Espacio para colocar las válvulas </li></ul></ul><ul><li>Disposición de las válvulas </li></ul>
  25. 25. 7. Geometría del motor (cont.) /27 <ul><li>Parámetro de inercia </li></ul><ul><ul><li>La columna de fluido en movimiento en el colector tiene una energía cinética que es capaz de transformarse en presión en el cilindro, para cuantificarla se define el parámetro de inercia I como: </li></ul></ul><ul><ul><li>I = energía cinética del fluido en el colector / masa en el cilindro </li></ul></ul><ul><ul><li>La energía cinética en un colector de diámetro d c , longitud L c y velocidad de fluido c c vale: </li></ul></ul>Por otra parte la masa en el cilindro vale operando resulta Teniendo en cuenta que en el motor se cumple que: sustituyendo resulta:
  26. 26. Resumen /27 <ul><li>Las prestaciones de los MCIA (N e , M e , y g ef ) dependen fuertemente del proceso de renovación de la carga. </li></ul><ul><li>El rendimiento volumétrico y el trabajo de bombeo caracterizan el proceso de llenado y el coste del mismo, respectivamente. </li></ul><ul><li>El proceso de llenado depende de parámetros de funcionamiento y geométricos del motor, especialmente: </li></ul><ul><ul><li>Régimen de giro </li></ul></ul><ul><ul><li>Grado de carga en MEP </li></ul></ul><ul><ul><li>Número y sección de las válvulas </li></ul></ul><ul><ul><li>Diagrama de distribución </li></ul></ul><ul><ul><li>Colectores de admisión y de escape </li></ul></ul>
  27. 27. Bibliografía /27 <ul><ul><li>Motores de Combustión Interna Alternativos. </li></ul></ul><ul><ul><li>M. Muñoz, F. Payri, Servicio de Publicaciones E.T.S.I.I. de Madrid, 1989. </li></ul></ul><ul><ul><li>Internal Combustion Engine Fundamentals. </li></ul></ul><ul><ul><li>J.B. Heywood, McGraw-Hill, 1988. </li></ul></ul><ul><ul><li>The Internal Combustion Engine in Theory and Practice . </li></ul></ul><ul><ul><li>C.F. Taylor, MIT Press. 1985. </li></ul></ul><ul><ul><li>Internal combustion engines. </li></ul></ul><ul><ul><li>R.S. Benson, N.D. Whitehouse, Pergamon Press., 1979. </li></ul></ul><ul><ul><li>Motor Vehicle Engines. </li></ul></ul><ul><ul><li>M. Khovakh, Mir, 1976. </li></ul></ul>

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