Simulacion de motores

SIMULACION DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA Capítulo 2: Parámetros de operación y diseño de motores de combustión interna CONTENIDOS 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES FUNDAMENENTOS EN LA OPERACIÓN DE UN SIMPLE MOTOR DE 4 TIEMPOS ASPECTOS GEOMÉTRICOS DE LOS MOTORES ALTERNATIVOS TORQUE Y POTENCIA TRABAJO DEL CICLO INDICADO EFICIENCIAMECÁNICA PRESIÓN MEDIA EFECTIVA CONSUMO DE COMBUSTIBLE ESPECÍFICO RELACIONES AIRE -COMBUSTIBLE RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO INDICES DE EMISIÓN RELACIONES ENTRE PARÁMETROS DE PERFORMANCE INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DEL PISTON SOBRE LA POTENCIA

2.1

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES

En esta sección resumimos algunos de los parámetros comúnmente usados para caracterizar un motor decombustión interna. Los factores más importantes para un diseñador y usuario de un motor son: • • • • • las curvas características dadas por la potencia, el torque y la eficiencia global el rendimiento volumétrico el consumo específico de combustible el ruido y la emisión de poluentes dentro del rango de operación el costo de la instalación y la durabilidad del motor.

Estos factores controlan loscostos totales de operación del motor, consideración principal del usuario, y si satisface las regulaciones ambientales. La performance de un motor se define más precisamente por:

• • 2.2

La potencia máxima a cada velocidad dentro del rango de operación del motor. el rango de velocidades y potencia en el que el motor es satisfactorio. FUNDAMENENTOS EN LA OPERACIÓN DE UN SIMPLE MOTOR DE 4TIEMPOS

2.3

ASPECTOS GEOMÉTRICOS DE LOS MOTORES ALTERNATIVOS

2.3.1 TAPA DE CILINDROS EN MOTORES ENCENDIDO POR CHISPA 2.3.1.1 ARBOL DE LEVAS A LA CABEZA

2.3.1.2 ARBOL DE LEVAS EN EL BLOCK

2.3.1.3 VALVULAS LATERALES

2.3.1.4 VALVULAS EN EL CIELO DE LA CAMARA

2.3.2 TAPA DE CILINDRO EN MOTORES ENCENDIDO POR COMPRESIÓN 2.3.2.1 4 VALVULAS INYECCIÓN DIRECTA

2.3.2.2 3 VALVULASINYECCIÓN INDIRECTA

2.3.3 MECANISMO BIELA-CIGUEÑAL

La figura nos muestra un esquema con la geometría básica del mecanismo biela-manivela en un motor alternativo. 2.3.3.1 VOLUMEN BARRIDO Las principales dimensiones geométricas de un motor son: • • Diámetro Carrera

d bo

Lst

En principio definimos el volumen barrido por el pistón Vsv en términos del área lateral del cilindro Abo que descubreel pistón en su movimiento como:

V sv = Abo L st =

π 2 d L 4 bo st

siendo el volumen total barrido para un motor de n cilindros como:

Vtsv = nV sv = n

π 2 d bo L st 4

2.3.3.2 RELACION DE COMPRESIÓN La relación de compresión (CR) se define como la relación entre el máximo y el mínimo volumen presentes en el cilindro:

CR = rc =

Vbdc Vcv +Vsv = Vtdc Vcv

con Vcv el volumennocivo o muerto que suele definirse en el diseño una vez estipulada la cilindrada el motor y la relación de compresión mediante:

Vcv =

Vsv CR−1

Una relación de compresión adicional se puede establecer considerando el volumen barrido desde que la válvula de admisión cierra hasta el TDC y se denomina relación de compresión atrapada

CRt =

Vts + Vcv Vcv

2.3.3.3 POSICION DEL PISTONRELATIVA AL CIGÜEÑAL En cualquier simulación de motores, sea esta termodinámica o multidimensional, es preciso conocer la ley de movimiento del mecanismo cigüeñal-biela-pistón con el objeto de definir la ley de variación del volumen en el tiempo y sus variables derivadas. Como lo muestra la figura 1.9 de Blair consideramos un cigüeñal de radio L ct y una biela de longitud Lcr . En términosgenerales existe una relación entre el radio del cigüeñal y la carrera que es

Lst = 2 Lct
En la mayoría de los motores la relación entre la longitud de biela y el radio del cigüeñal está en el rango de

Lcr = 3:5 Lct
El mecanismo cuenta naturalmente con dos variables de trabajo, una la variable de acción y otra su respuesta. Este par se puede elegir de muchas formas, las más frecuentes son...