Motores Diesel [J Pourbaix, E Albertal]

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MOTORES DIESEL

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MOTORES DIESEL POR

J . POURBAIX E. ALBERTAL

Traducción de la 8. a edición francesa por Luis Ibáñez

y Esteban Grau

Alfaomega http://gratislibrospdf.com/

marcombo

Título de la obra original: I1-Moteurs Diesel por J. Pourbaix y E. Albertal Edición original publicada por Marcombo, S.A., Barcelona, España © Derechos reservados

© 1996 ALFAOMEGA GRUPO EDITOR, S.A. de C.v. Apartado Postal 7-1032, 06700 México, D.F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Registro No. 2317

ISBN 970-15-0195-0

Derechos reservados. Esta obra es propiedad intelectual de su autor y los derechos de publicación en lengua española han sido legalmente transferidos al editor. Prohibida su reproducción parcial o total por cualquier medio sin permiso por escrito del propietario de los derechos del copyright.

Edición aútorizada para venta en México, Colombia, Ecuador,. Perú, Bolivia, Venezuela, Chile, Centroamérica, Estados Unidos y el Caribe. Impreso por Quebecor Impreandes Impreso en Colombia - Printed in Colombia

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PREFACIO PRIMERA EDICIóN

El pfesente libro que ofrecemos sigue lógicamente al que le precede en la serie Técnica del automóvil, tomo II : El motor de gasolina, por J . Thonon. Este libro no está destinado únicamente a la enseñanza de la especialidad del automóvil en la Escuela Profesional, sino también a los técnicos, montadores, garagistas, etc., q.ue no conocen suficientemente el motor Diesel para automóvil. Por esta razón los temas de este tomo han sido elegidos de manera que contengan los conocimientos mínimos que normalmente se pueden exigir a un técnico, sin perjuicio de incluir las últimas novedades, como son tipos de motores corrientemente utilizados en Europa, bombas de combustible y. sus ensayos, inyectores, etc. El libro podrá conStituir una guía para los antiguos alumnos convertidos en técnicos y a menudo les resolverá los numerosos problemas de la práctica diaria. Suponemos que los lectores conocen ya suficientemente el motor de gasolina el cual, en lo que respecta a la construcción, engrase, etc. tiene mucho de común con el motor Diesel. Estas propiedades comunes no las volvemos a estudiar aquí. A. quienes no las conozcan, les remitimos al primer tomo de la serie. Esperamos que esta obra sea acogida favorablemente, . como su predecesora. Por nuestra parte acogeremos gustosamente toda crítica que contribuya a hacer esta obra más práctica. J. POURBAIX

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VI

PREFACIO

OCTAVA EDICIóN

Correspondiendo al progreso técnico en los motores Diesel en esta última década, cada nueva edición ha experimentado una inserción de las novedades aparecidas. Esta vez, hemos centrado nuestra atención en los reguladores y principalmente el regulador mini-maxi R.Q., el regulador de depresión, las bombas rotativas D.P.A., las bombas rotativas Bosch. (Silto-E.P./V.A. - E.P./V.M.). Los otros capítulos no han sufrido modificaciones en esta edición. Confiamos en que con esto hemos mejorado la obra que será útil a nuestros colegas. E.

ALBERTAL

-

J.

POURBAIX

Capítulo

l.-e II. III. IV.

V.

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VI.

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VII. VIII. IX. X. XI.

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XII. XIII.

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XIV. XV. XVI.

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XXIII. XXIV. XXV. XXVI.

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XXVII. XXVIII. XXIX. XXX

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XXXI

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íNDICE Capítulo

1. • II. III. IV.

V. VI. VII. VIII. IX. X.

XI. XII. XIII. XIV. XV. XVI.

XVII . XVIII. XIX. XX.

XXI. XXII. XXIII. XXIV. XXV. XXVI. XXVII. XXVIII. XXIX. XXX XXXI

Comparación entre el motor de gasolina y el motor Diesel Funcionamiento del motor Diesel de cuatro tiempos Inyección neumática. Inyección mecánica Motores con cámara de turbulencia, con anticámara y con cámara de precombustión ....... . . ....... . Comparación entre los diferentes tipos de motores Diesel Combustibles ... ..... . .............. . Bomba de inyección ....... .. .. ... . .. . ..... ... . . El regulador Bomba de inyección Simms .......... . Bomba de inyección rotativa C.A.V. del tipo D.P.A. Bombas rotativas Bosch Inyectores ' ... .. .. .. .. . Bomba de alimentación de combustible Filtros de combustible .... . ... . . Potencia . Par motor. Consumo de combustible. Diagramas Motores Diesel de inyección directa de cuatro tiempos (Kromhout - Scan.i a-Vabis - Leyland - Valva - M. A. N. - Gardner - Ford - Ford Thames - Fiat - Albion - A. E. C. - Saurer - Austin-B . M. C. - Cummins - Mercedes) . . ......................... . Motores Diesel de inyección directa de dos tiempos (G. M. Krupp - Commer-T.S.3) ..... . ....... ........ . Motores con anticámara o de precombustión (Büssing - Mercedes - Steyr - Hanomag) .... . ... . Motores con cámara de turbulencia (B. M. C. - Deutz - Perkins - Borgward - Fiat - Ford - Peugeot) Motor Rootes .. .......... . .... . . . . . Motor con cámara de reserva de aire (Henschel) ... . ,Alimentación a presión (Compresor Roots - Turbocompresor en el escape) Puesta en marcha de 10's' motores Diesel ............. . . ;Entretenimiento de los motores Diesel .......... . Ensayo de la bomba de inyección y de los inyectores Reglaje de la bomba de inyección ... . ..... .. . Defectos (remedios) .... . ... .. . ... .. . ... . ... ..... . Medida de los humos . Smokemeter Freno Telma-Labinal P. M. ............ . . El Dieselescopio Unidades. Símbolos. Equivalencias. ' ·$istema inglés . .

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1 7 11

14 18

21 25 35 50

54 69 89 95 101 106

115

147 159 166

175 177 179 183 191

201 209 213

221 .227

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CAPíTULO PRIMERO

COMPARACIÓN ENTRE EL MOTOR DE GASOLINA Y EL MOTOR DIESEL El combustible normalmente utilizado es el gasoil. Si se comprime aire rápidamente, se produce una elevación de presión y de temperatura. Este fenómeno puede observarse al hinchar un neumático de bicicleta. La compresión obedece a la siguiente ley, llamada comprensión poli trópica: Pl' V\ = P2' V\ = constante. Ley en la que P es la presión, V el volumen, y k un exponente cuyo valor oscila alrededor de 1,2 a 1,3, variando según el tipo derefrigeración y la magnitud de la cilindrada. Si la relaoión volumétrica asciende de 15/1 a 22/1, la presión sube a unos 35 bats (kg/cm2 ), y la temperatura del aire en el motor alcanza de 500 a 600°C. Si en ese momento se inyecta combustible, éste se quema espontáneamente en el interior del cilindro sin necesidad de chispa.

Filtro

Bomba de alimentación arranque

DepÓSito

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Fig. 1.

Esquema de un motor Diesel

El ciclo de 4 tiempos se establece de la siguiente forma: tiempo. Aspiración de aire atmosférico. 2.° tiempo. Compresión con elevación de temperatura, y antes del punto muerto superior inyección de combustible, el cual comienza a inflamarse. 3. er tiempo. El combustible continúa quemándose y los gases se expanden. Jer

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2

Serie

TÉCNICA DEL AUTOMÓVIL

4.° tiempo. El escape. En el carburador del motor de gasolina, la gasolina volatilizada forma con el aire una mezcla explosiva cuya combustión en el cilindro es de muy corta duración, pudiéndose decir que la gasolina es un carburante. En cambio, en el Diesel, el gasoil requiere un tiempo mucho más largo para quemarse, y lo hace a medida que se inyecta. Se puede decir que el gasoil es un combustible. Relación volumétrica · ' va1 '· Rl e aClOn umetnca

v+c =v

E n e1 a, 1 se · tIene: v

+ c = va1u-

men de la_ cámara de combustión + cilindrada. v = volumen de la cámara de combustión. Esta relación no es igual para todos los motores Diesel, como veremos más adelante. Si, por ejemplo, la relación volumétrica es de 15: 1, la presión al final de la compresión es superior a 15 bars (kgjcmn porque la compresión calienta el aire que, en consecuencia, tiende a dilatarse. Como esta dilatación no es posible, se produce un aumento adicional de presión. Aquí no es aplicable la ley de Boyle-Mariotte, ya que la compresión no tiene lugar a temperatura constante (compresión politrópica). La presión al final de la compresión y la temperatura resultante deben alcanzar siempre valores más elevados que los normalmente previsibles, considerando la temperatura de inflamación del gasoil. Esto es indispensable; en efecto, durante la puesta en marcha de un motor frío, el enfriamiento del aire es relativamente importante dada la baja velocidad del pistón. Combustible

En el motor Diesel el combustible es el gasoil, cuyo precio normal se sitúa alrededor de la mitad del precio de la gasolina. En el motor de gasolina, el carburante es la gasolina y, desde hace algún tiempo, también el gas licuado (L.P.G.). Relación de comprersi6n del motor Diesel

La compresión puede ser aumentada arbitrariamente puesto que el aire es incombustible. Sin embargo, es suficiente una relación de compresión de 15 a 20 para alcanzar una presión final de 30 bars (kgjcm 2 ) lo que hace aumentar la temperatura de 500 a 600°C. Como esta 1:emperatura es mucho más alta que el punto de inflamación de la mezcla aire-combustible, en la mayoría de 100s motOl'es Diesel el arranque se puede hacer en frío.

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DIESEL

3

Relación de compresión del motor de gasolina

No puede pasar de 6 a 10: 1 en función del índice de octano de la gasolina. Si la relación de compresión es demasiado elevada, habrá detonaciones e incluso autoencendido, lo que es perjudicial para los pistones, las bielas y el árbol del motor. Dado que, en la mezcla aire-gasolina, la compresión final (ver relación de compresión) no puede ser demasiado alta, el rendimiento no será más que de alJ:1ededor de un 25 %. El consumo de carburante es de, aproximadamente, 400 g/ kWh (300 g/ CVh). En el caso de una carga incompleta, el rendimiento disminuye considerabIemente dada la débil compl'esión final. El consumo será, por tanto, superior al del caso de plena carga. Formación de las mezclas aire-combustible y aire-carburante

En el motor Diesel, después de que el cilindro ha aspirado el aire, la bomba de inyección envía combustibl1e a alta presión, unos grados antes del P.M.S. . El resultado es mejor llenado del cilindro; además, el empleo de inyector permite una minuciosa dosificación del combustible. En el motor de gasolina se efectúa 'en el carburador. Pero el difusor frena la aspiración de la mezcla; de esto resulta que la presión en el cilindro es inferior a la atmósfera. La inyección de la gasolina, en algunos motores, no üene este inconveniente. La inyección de gasolina se hace en el tubo de aspiración antes de la válvula o bien directamente en el cilindro. Encendido

En el Diesel, inmediatamente después de que la bomba ha inyectado oombustible, se produce una combU'stión espontánea de la mezcla gaseosa. Por el contral'Ío, en el de gasolina, se efectúa por medio de una instalación eléctrica (racor, ruptor, bobina, distribuidor y bujía) en la que son frecuentes las averías. La combustión se debe al salto de una chispa entre los electrodos de la bujía. Rendimiento (figs. 2 y 3)

Debido a la fuerte compresión final en el Diesel, puede ser convertida una gran parte del calor en trabajo. El consumo medio es aproximadamente de 270 g/ kWh (197 gramos/ CVh), en muchos motOl'es el consumo mínimo es de 240 g/ kWh (175 g/ CVh). A igualdad de distancia a recorrer y de potencia del motor, se puede repostar menor cantidad de combustible.

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Serie

TÉCNICA

DEL AUTOMÓVIL

Con carga muy reducida, la compresión final apenas varía. Con carga incompleta, el rendimiento térmico disminuye muy poco. Esto tiene una cierta importancia debido a que en rutas llanas el motor sólo tiene que desarrollar el 40 % de su potencia. También se podría comparar el Diesel al motor de pistón rotativo (WANKEL) alimentado por gasolina. La relación volumétrica no puede ser elevada a causa del autoencendido. Una ventaja es el ahorro de energía producido por la ausencia de masas 'en movimiento alternativo como en el sistema pistón, biela y manivela del motor clásico. 25

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MOTOR

Figs. 2-3.

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DIESEL

MOTOR

DE GASOLINA

Comparación entre el rendimiento de un motor de gasolina y el de un motor Diesel

Par motor del Diesel El par motor disminuye menos en caso de disminución de la velocidad de rotación. Por tanto, conviene disminuir menos frecuentemente la velocidad. Cuando un motor Diesel substituye a un motor de gasolina, se puede adoptar un motor de menor potencia. Esto es incluso necesario porque el par motor máximo no debe exceder el correspondiente al motor de gasolina al que ha de substituirse. Volveremos a tratar de ello en el Capítulo XV. Par motor del motor. de gasolina A causa de lo que precede, el par disminuye mucho cuando la velocidad de rotación disminuye. Por consiguiente es necesario cambiar de velocidad sin demora, pasando a una inferior.

y práctica contienen

1. Canso 2. Mayor de pn preciso 3. La boi nimier 4. Gastos 5. Debid( utiliza equipa 6. Como equipa vea UI

1. Mejor

2. Cornbi 3. 4. 5. 6.

Mayor Ausen Pelign Gases

Peligro de incendio El gasoil no produce vapores inflamables a temperaturas inferiores a 800C, la cual es notablemente más alta que la temperatura media durante el verano (20°C); por consiguiente, el peligro de incendio es mucho menor. , La gasolina produce vapores inflamables a la temperatura ambiente. Por consiguiente hay que tener prudencia en la manipulación de la gasolina. Toxicidad Los gases de· escape de un motor Diesel no contienen casi CO

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1.

¿Cuál gasolu 2. ¿Cuál 3. ¿Por; Diesel 4. ¿Cuálé autom

MOT ORES DIESEL

5

y prácticamente nunca son tóxicos. Los de un motor de gasolina contienen óxido de carbono (CO) y son muy peligrosos.

Inconvenientes del motor Diesel 1. Construcción más voluminosa. 2. Mayor costo de adquisición (bomba de inyecciÓn e inyectores de precio más elevado ' y construcción mecánica mucho más precisa de los elementos principales). 3. La bomba de inyección y los inyectores requieren un entretenimiento regular y cuidadoso. 4. Gastos de entretenimiento o conservación más elevados. S. Debido a sus fuertes vibraciones, generalmente sólo se pueden utilizar en vehículos pesados, aunque algunos coches están equipados con Diesel. 6. Como los gastos de inversión son bastante elevados, un vehículo equipado con motor Diesel sólo será rentable cuando se prevea un recorrido de muchos kilómetros por año.

Ventajas del motor Diesel 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Mejor rendimiento. Combustible más barato. Mayor par motor, particularmente con pocas revoluciones. Ausencia de carburador y de equipo eléctrico de encendido. Peligro de incendio reducido. Gases de escape inofensivos .

PREGUNTAS ¿Cuál es la diferencia de funcionamiento entre el motor de gasolina y el motor Diesel? 2. ¿Cuál es la ventaja de una fuerte compresión? 3. ¿Por qué puede ser más elevada la compresión en un motor Diesel que en uno de gasolina? 4. ¿Cuáles son las ventajas y los inconvenientes del motor de automóvil 'Diesel con relación al motor de gasolina? 1.

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del ciclo

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Evacuación de los gases quemados

Combustión seguida de la expansión

Inyección de combustible a alta presión, entre 100 y 180 bars (kg/cm»). El combustible se enciende por contacto con el aire caliente, sin necesidad de chispa

Compresión del aire a unos 35 bars (kg/cms), con una temperatura resultante comprendida entre 500 Y 600°C. Relación volumétrica: 1/15 a 1/22

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Aspiración de aire atmosférico

Funcionamiento

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Bomba de inyección e inyectores o pulverizadores

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Accesorios

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Motor Diesel

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