1 - Presentación TEC

Conferencia virtual 

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TRES TECNOLOGÍAS UTILIZADAS EN MOTORES ACTUALES Ing. Fernando Arenas Fernández

Temario

Capítulo 1 Inyección directa de gasolina

Capítulo 2 Turboalimentación

Capítulo 3 Reglaje variable de válvulas

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Temario

Capítulo 1 Inyección directa de gasolina

Capítulo 2 Turboalimentación

Capítulo 3 Reglaje variable de válvulas

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Capítulo 1. Inyección directa de gasolina

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1. Inyección directa de gasolina Componentes del sistema:

1. Inyección directa de gasolina Modos operativos La unidad de control del motor elige el modo operativo, en función de las condiciones de régimen/potencia gases de escape y seguridad.

Modo de carga estratificada

Admisión Se abre la mariposa lo más posible, para mantener reducidas las pérdidas por estrangulamiento. La chapaleta en el colector de admisión cierra el conducto inferior en la culata. El aire de admisión se acelera y fluye describiendo un torbellino cilíndrico a través del conducto superior hacia el cilindro.

Modo de carga estratificada

Flujo del aire El flujo del aire describiendo un torbellino cilíndrico experimenta una intensificación en virtud de la geometría específica que tiene la cabeza del pistón.

Modo de carga estratificada

Inyección Se realiza en el último tercio del ciclo de compresión. Comienza a unos 60° y finaliza a unos 45° antes del PMS de encendido. El momento de la inyección ejerce una influencia importante sobre la posición que adopta la nube de la

Modo de carga estratificada

Formación de la mezcla Solamente se dispone de un ángulo de cigüeñal de 40° a 50°. Se crea una nube de mezcla con una buena capacidad inflamable en el centro de la cámara de combustión, en torno a la bujía. La relación de aire y combustible en toda la cámara de combustión se halla entre λ = 1.6 y 3.

Modo de carga estratificada

Combustión Sólo se inflama la nube de mezcla, mientras que los gases restantes actúan como un estrato aislante. Esto hace que se reduzcan las pérdidas de calor en las paredes y aumente el rendimiento térmico del motor.

Modo homogéneo-pobre

Admisión La válvula de mariposa se encuentra lo más abierta posible y la chapaleta del colector de admisión está cerrada.

Modo homogéneo-pobre

Inyección Se realiza en el último tercio del ciclo de compresión. Comienza a unos 60° y finaliza a unos 45° antes del PMS de encendido. El momento de la inyección ejerce una influencia importante sobre la posición que adopta la nube de la

Modo homogéneo-pobre

Formación de la mezcla

Modo homogéneo-pobre

Combustión

Modo homogéneo El par del motor viene determinado por el momento de encendido (corto plazo) y por la masa de aire aspirada (largo plazo). Para esta masa de aire se elige la cantidad necesaria a inyectar (λ = 1).

Modo homogéneo

Modo homogéneo

Formación de la mezcla La relación de combustible y aire en la cámara de combustión es de λ = 1

Modo homogéneo

Combustión

La gestión en los tres modos

Implementación en el modo estratificado En el modo estratificado se implementa el par teórico a través de la

La gestión en los tres modos

Implementación en el modo homogéneopobre y en el modo homogéneo En estos dos modos operativos se implementan las solicitudes de entrega de par a corto plazo a través del momento de encendido y a largo plazo a través de la

Capítulo 2. Turboalimentación

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2. Turboalimentación Al nivel del mar el aire ejerce mayor presión y es mayor la concentración de oxígeno, pero conforme aumenta la altitud el llenado de los cilindros es menor, y por lo tanto se produce pérdida de potencia.

2. Turboalimentación Esto se puede contrarrestar con dispositivos sobrealimentadores, y uno de ellos es precisamente el turbocargador.

2. Turboalimentación

El turbocargador consiste en un par de ruedas de álabes unidas entre sí por un eje común, de modo que ambas giran a la misma velocidad. Están separadas de tal manera que cada una trabaja en una cámara independiente.

2. Turboalimentación

El turbocompresor es el dispositivo más utilizado entre los sistemas de sobrealimentación, porque no consume potencia del motor y puede girar a más de

2. Turboalimentación Turbocompresor de geometría fija

El conjunto turbocompresor está formado principalmente por una turbina (2) y un compresor (1) que se encuentran introducidos en sus respectivas carcasas de forma opuesta y unidas por un eje común (3). Tanto la turbina como el compresor contienen álabes para conseguir aumentar la presión de alimentación

2. Turboalimentación Turbocompresor de geometría fija En una parte anexa se encuentra la válvula de descarga (4) wastegate, encargada de limitar la presión de sobrealimentación del turbo, desviando una cantidad de gases de escape directamente al escape sin pasar por la turbina.

Válvula wastegate sobre

2. Turboalimentación Turbocompresor de geometría fija

Ventajas •

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No consume energía en su accionamiento. Fácil localización, sin accionamiento directo del eje del motor. Reducido volumen en relación a su caudal proporcionado. Gran capacidad de comprimir a altos regímenes y altos caudales.

Inconvenientes •

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Mala capacidad de respuesta en bajas cargas por el poco volumen de gases. Retraso en su actuación, por la inercia de la masa móvil y su aceleración mediante gases. Alta temperatura de funcionamiento al accionarse con gases de escape. Mayores cuidados de uso y mantenimiento.

2. Turboalimentación Turbocompresor de geometría variable Su funcionamiento es similar al de geometría fija, pero no necesita válvula de descarga, porque puede disminuir el giro de la turbina y así bajar la presión en determinados modos de funcionamiento del motor.

2. Turboalimentación Turbocompresor de geometría variable

En este dispositivo se ha dispuesto en la turbina de escape una corona (3) con un número de álabes móviles (2) en su periferia. La corona, a su vez, se encuentra unida a una varilla (6) y ésta a una cápsula neumática (8) dividida en dos cámaras.

2. Turboalimentación Turbocompresor de geometría variable Ventajas del turbocompresor de geometría variable con respecto al convencional •

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Mantienen la presión de sobrealimentación casi constante en todos los regímenes de funcionamiento. Permiten conseguir un aumento de la potencia y del par entre un 10 y un 20%. Mejoran el consumo de combustible y disminuyen la contaminación al tener una combustión más completa en todos los regímenes. Consiguen una curva de potencia muy progresiva. Aumentan la velocidad de los gases de escape que llegan a la turbina a altos regímenes. Consiguen un mayor par motriz a bajos regímenes. Consiguen una mayor potencia máxima a altos regímenes.

Capítulo 3. Reglaje variable de válvulas

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3. Reglaje variable de válvulas

Es un sistema que permite modificar los ángulos de apertura de las válvulas, para aumentar el tiempo de llenado y vaciado del cilindro cuando el motor gira a altas revoluciones por minuto y, por lo tanto, el tiempo disponible para esas funciones es menor. Acciona los tiempos de distribución más adecuados a las condiciones operativas del ralentí, de la entrega de potencia máxima y de la entrega de par, así como de la recirculación de los gases de escape.

3. Reglaje variable de válvulas Ralentí  Al funcionar al ralentí, los árboles de levas se posicionan de modo que el árbol de admisión abra tarde y, por consecuencia, también cierre tarde. La posición relativa del árbol de escape se regula de modo que cierre bastante antes de PMS. Esto se traduce en una marcha al ralentí  estable, debido al bajo contenido de gases residuales en los cilindros después de la combustión.

3. Reglaje variable de válvulas Potencia Para conseguir potencia a regímenes superiores, se abren tarde las válvulas de escape. La expansión provocada por la combustión puede actuar durante bastante tiempo sobre el pistón. La válvula de admisión abre después de PMS y cierra tarde después de PMI. De esa forma se aprovechan los efectos dinámicos de sobrealimentación suplementaria del aire que ingresa.

3. Reglaje variable de válvulas Par Para obtener el par máximo se tiene que conseguir un alto grado de llenado de los cilindros. Para ello, es preciso abrir de manera temprana las válvulas de admisión. Con la apertura temprana también cierran antes, evitando la expulsión de los gases de admisión. El árbol de levas de escape cierra sus válvulas poco antes de PMS.

3. Reglaje variable de válvulas Recirculación de gases de escape Se realiza una recirculación interna de los gases de escape. Se consigue que una parte de los gases de escape pasen del conducto de escape al de admisión durante el cruce de válvulas (válvulas de admisión y escape abiertas).

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