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7/23/2019 Proceso de Combustion en Los Motores de e
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PROCESO DE COMBUSTION EN LOS MOTORES DE E.C
6.4. Proceso de Combustin en los motores de encendido por
compresin(MEC):
- Caractersticas generales
- Fases de la combustin
- Factores ue in!u"en en el proceso de combustin - #eterminacin
de par$metros de presin " temperatura al %nal de lacombustin.
&. Caractersticas 'enerales
En el motor diesel la compresin en el cilindro tiene lugar solo
con aire "ausencia de combustible.
Este ltimo comiena a in"ectarse en la c$mara de combustin cuando
elpistn se acerca al p. m. s* es decir+ poco antes del instante en
ue debeempear la ignicin.
,a mecla combustible se orma directamente en el cilindro.
El combustible ue se utilia en los motores diesel (aceite diesel
o gasoil)+en presencia del aire orma una mecla omog/nea+ tambi/n
posee unlmite de in!amacin superior " otro inerior.
0i la in"eccin se eecta al %nal de la compresin es imposible
conseguirue la mecla combustible 1 aire sea omog/nea.
,os e2perimentos an demostrado ue el corrito de combustible
in"ectadose disgrega+ al cabo de un lapso mu" corto en gotitas mu"
%nas ue sedistribu"en irregularmente por el espacio de la c$mara de
combustin.
En algunos sitios se orman onas donde la mecla del
combustible3olatiliado con el aire se encuentra dentro de los
lmites de in!amacin.
En estas onas de la c$mara de combustin es donde se in!ama
elcombustible 3olatiliado.
,a distribucin irregular de la mecla por el espacio de la c$mara
decombustin permite utiliar en los motores diesel una regulacin
cualitati3ade la compresin de dica mecla.
Con la regulacin cualitati3a+ si disminu"e la carga del motor
diesel lacantidad de aire ue entra en el cilindro no se regula sino
se disminu"enicamente la cantidad de combustible ue se in"ecta+ con
lo ue el 3alormedio del coe%ciente de e2ceso de aire aumenta+ " con
la marca en 3aco576.
8l comenar la in"eccin la temperatura del aire en el cilindro
llega a 9 7
;< ma"or ue la de in!amacin del gasoil.Esta temperatura tan
alta ace ue el combustible se in!ame en las onasantes indicadas "
ue despu/s se propague la combustin por todo elespacio de la
c$mara.
El esuema del proceso de la combustin en el motor diesel se
representaen la %g. 6.
8rriba se 3e las cur3as de 3ariacin de la presin p+ " de la
temperatura ?en uncin del $ngulo de giro @ del cigAeBal.
,a cur3a representa la cantidad de combustible gi in"ectado en
lac$mara de combustin.
Fases de ,a Combustin en los Motores de E.CPrimera Fase: etardo
de la Dn!amacin (i)
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,a in"eccin comiena cuando el /mbolo se encuentra en la
posicincorrespondiente al $ngulo @in". 8ntes del p.m.s (punto
&).
Este $ngulo recibe el nombre de a3ance del comieno de la
in"eccin.
En el primer periodo despu/s del comieno de la in"eccin an no
seproduce la in!amacin del combustible " la presin en el cilindro
continaaumentando+ porue sigue comprimi/ndose el aire. Esto se
e2plica por el
eco de ue desde el instante en ue llega el combustible asta ue
sein!ame pasa cierto tiempo durante el cual las gotitas de
combustible se3olatilian parcialmente " este se prepara para
in!amarse.
El inter3alo durante el cual se prepara el combustible para
in!amarse uecorresponde al $ngulo i (desde el punto & asta
punto >) de giro decigAeBal.
0e llama retardo a la in!amacin.
8l %nal de este periodo entran en el cilindro gi mg de
combustible.
0egunda Fase: Fase de la Combustin $pida (D)
En el punto > la cur3a de presin p se des3a de la cur3a
punteada.
#esde este instante comiena un proceso de combustin intenso "
unaumento brusco de la presin+ ue en un corto inter3alo de
tiempo+
corresponde el $ngulo D " denominado ase de combustin r$pida
(tramo >-)+ alcana el 3alor m$2imo p.
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En esta ase de la combustin la 3elocidad de aumento de la
presin(rigide) depende del tipo de c$mara de combustin " se
encuentra entrelos lmites de 4 7 & barGgrado.
,a cur3a 6 representa la cantidad de combustible uemado.
Como puede 3erse+ asta el instante en ue se alcana la presin
m$2imasolamente se uema parte del combustible suministrado
?ercera Fase: Fase de Combustin ,enta (DD)
En el motor #iesel el proceso de la combustin contina despu/s de
aberalcanado la presin m$2ima " transcurre con un
considerabledesprendimiento de calor en el tramo -4+ ue corresponde
al $ngulo DD(ase de combustin lenta).
En este tramo se obser3a cierto descenso de la presin+ mientras
el /mbolose mue3e acia el p.m.i+ " un aumento de la temperatura
debido a ue elcombustible contina ardiendo.
,a temperatura m$2ima del ciclo le corresponde al punto 4.
8l llegar a este punto arde "a la cantidad undamental del
combustible
,a temperatura m$2ima del ciclo le corresponde al punto 4. 8l
llegar a estepunto arde "a la cantidad undamental del
combustible.
Cuarta Fase: Fase de E2tincin de la Combustin (DDD)
#urante la e2pansin ue sigue al punto 4+ es la cuarta ase DDD+
dondeacaba de consumirse el combustible.
El instante de la e2tincin total es mu" dicil de establecer. 0in
embargo sepuede decir ue la ase de e2tincin es m$s larga en los
motores #iesel ueen los de encendido por cispa.
Para ue la combustin sea m$s e%ca es necesario ue dure lo
menosposible " ue la presin se ele3e sua3emente.
Cuando la presin aumenta bruscamente el uncionamiento del motor
esduro " ruidoso.
>. Factores ue in!u"en en la duracin " en la calidad de la
combustin enel motor #iesel
,as e2periencias demuestran ue el retraso a la in!amacin in!u"e
en lacaracterstica del proceso de combustin.
0i el retraso a la in!amacin es largo+ en la c$mara de combustin
se3olatilia una gran cantidad de combustible in"ectado " despu/s+
como esecombustible se incorpora al proceso de ignicin+ crece
bruscamente lapresin " aumenta la durea del uncionamiento del motor
#iesel.
Por esta ran a" ue procurar disminuir asta cierto lmite el
retraso a lain!amacin.
En dependencia de las condiciones en ue transcurre la combustin
elretraso a la in!amacin suele ser de . a .> s.
,os Factores ue in!u"en en la duracin+ en la calidad " las
caractersticasde la combustin en el motor #iesel son:
&. ,as propiedades sicas " umicas del combustible
>. ,a temperatura " la presin del aire durante el periodo de
in"eccindel combustible
. El mo3imiento en torbellino del aire en la c$mara de
combustin
4. ,a caracterstica del euipo de alimentacin de combustible. ,a
estructura de la c$mara de combustin
6. El $ngulo de a3ance al comieno de la in"eccin del
combustible
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9. ,a carga " las r.p.m. del cigAeBal del motor #iesel.
&. Propiedades sicas " umicas del combustible
El actor ue ma"or in!uencia eHerce en el retraso a la in!amacin
es lacomposicin umica del combustible.
0i el combustible contiene idrocarburos paranicos+ el retraso a
lain!amacin disminu"e " se crean las condiciones para ue el proceso
de
la combustin sea m$s sua3e.
,as propiedades sicas del combustible ue in!u"en en el proceso
de lacombustin son: la 3iscosidad+ la tensin super%cial " la
3olatilidad.
El atraso a la in!amacin se puede disminuir aciendo descender
latemperatura de autoin!amacin del combustible+ ue depende de
sundice de Cetano.
>. Presin " temperatura del aire comprimido
El aumento de la presin "+ sobre todo+ de la temperatura del
aire en elinstante en ue se in"ecta el combustible reduce el
retraso de lain!amacin.
. Mo3imiento en torbellino del aire en la c$mara de
combustin
El car$cter " la intensidad del mo3imiento 3ortiginoso del aire
en lac$mara de combustin eHercen considerable in!uencia en el
proceso dela combustin.
Esto se e2plica+ porue+ en el motor #iesel+ la mecla se orma
casi almismo tiempo ue arde.
Por esto+ para conseguir una combustin e%ca a" ue crear
unmo3imiento en torbellino del aire capa de producir una buena
meclaen todo el espacio de la c$mara de combustin.
El mo3imiento 3ortiginoso del aire contribu"e a transportar los
3apores
del combustible a la ona rica en o2geno+ " a retirar los
productos de lacombustin de las onas en ue tiene lugar la
reaccin.
Para crear el mo3imiento en torbellino durante la admisin "
lacompresin en los motores #iesel+ se utilian di3ersos tipos de
c$marasde combustin " de dispositi3os especiales.
4. Dn!uencia del euipo de alimentacin de combustible
#e la estructura del euipo de alimentacin depende el alcance
deldardo+ la calidad de la pul3eriacin (atomiacin) del combustible
" launiormidad de la distribucin de las gotitas por todo el espacio
de lac$mara de combustin.
En el proceso de la combustin in!u"e en cierta medida el tiempo
uedura la in"eccin del combustible (cur3a en la %g.6)+ ue
3ienedeterminado por la estructura del euipo de alimentacin
decombustible.
,os reuisitos ue se e2igen de este euipo dependen del tipo ue
seala c$mara de combustin.
,as peculiaridades del uncionamiento del euipo de alimentacin
delcombustible se describen en el capitulo ID del ?e2to Motores
de8utom3il de Jo3aH K Maslo3.
. C$mara de combustin
,a estructura " el tipo de c$mara de combustin in!u"en
considerablemente en la ormacin de la mecla " el proceso
decombustin en los motores #iesel.
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En el capitulo ID se trata de los tipos de c$mara de combustin
ue seutilian en los motores #iesel r$pidos " de cmo in!u"en en el
procesode la ormacin de la mecla " de la combustin.
6. 8ngulo de 83ance a la Dn"eccin del Combustible
0i el $ngulo de a3ance al comieno de la in"eccin del combustible
enla c$mara es demasiado grande+ el combustible arde a una
presin
relati3amente peueBa " a baHa temperatura+ lo ue ace ue
aumenteel retraso a la in!amacin.
8l comieno de la ase combustin se acumula en el cilindro una
grandosis de combustible 3olatiliado+ el cual se in!ama " pro3oca
unproceso de combustin demasiado duro.
En estas condiciones es imposible conseguir ue el proceso sea
mu"e%ca.
Cuando el $ngulo de a3ance a la in"eccin es demasiado peueBo+
lacombustin se produce durante el proceso de e2pansin " una
granparte de combustible se uema en la ase de e2tincin+ la cual+
debido aesto+ se prolonga.
En este caso empeoran los ndices de uncionamiento del motor
#iesel+se recalientan los /mbolos+ la culata de los cilindros "
estos ltimos "aumentan la temperatura de los gases de escape.
El $ngulo ptimo del a3ance de a3ance a la in"eccin se
eligee2perimentalmente.
Este $ngulo depende del tipo de la c$mara de combustin+ de la
relacinde compresin+ de la calidad del combustible+ del
uncionamiento deleuipo de in"eccin de combustible " del nmero de
re3oluciones delmotor.
9. Lariacin de ,a Carga del Motor " de la Composicin de la
Mecla
CombustibleEn los motores diesel+ como la mecla de trabaHo se
distribu"eirregularmente por el espacio de la c$mara+ la combustin
puedeeectuarse siendo mu" grande los 3alores medios del coe%ciente
dee2ceso de aire.
Por esta misma ran es imposible conseguir ue la combustin
seacompleta cuando el coe%ciente de e2ceso de aire tiene un 3alor
pr2imoa la unidad.
0on sntomas del empeoramiento de la combustin al disminuir
elcoe%ciente de e2ceso de aire la aparicin de umos en los gases
deescape+ el descenso brusco del rendimiento econmico " el
recalentamiento del motor.
El 3alor mnimo ue puede tener el coe%ciente de e2ceso de aire "+
porconsiguiente+ la potencia m$2ima ue puede desarrollar el
motordepende de una serie de actores.
En los motores #iesel de cuatro tiempos para autom3iles los
3aloresmnimos ue se consideran en la actualidad son :
5&+>7&+4
8l disminuir la carga+ como en lo motores diesel solamente se
regula lacantidad de combustible ue se in"ecta+ el coe%ciente de
e2ceso de aireaumenta+ si el $ngulo de a3ance a la in"eccin se
mantiene
constantemente+ el proceso de la combustin termina m$s cerca
p.m.scon lo ue se apro3eca meHor el calor " se ele3a el rendimiento
indicadodel motor.
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En algunos motores diesel se disminu"e el $ngulo de a3ance a
lain"eccin para ue al disminuir la carga se eecte la in"eccin en
unmedio a temperatura m$s alta.
Lariacin de las re3oluciones del motor (rpm)
#el an$lisis de los actores ue in!u"en en la combustin se deduce
uela duracin de las ases D " DD+ reerida al $ngulo de giro del
cigAeBal+
debe permanecer in3ariable siempre ue esto sea
posible+independientemente de las r.p.m del cigAeBal.
Esto uiere decir+ ue cuando aumentan las re3oluciones a"
uedisminuir+ dentro de lo posible+ el tiempo asignado a estas dos
ases.
8l aumentar el nmero de re3oluciones 3aran las condiciones en ue
seeectan la ormacin de la mecla " la combustin.
8 esto contribu"en la intensi%cacin del mo3imiento en torbellino
delaire " la 3ariacin de las condiciones en el ue unciona el euipo
dealimentacin de combustible.
Cuando se ele3a el nmero de re3oluciones 3aran tambi/n la
temperatura " la presin al %nal de la compresin+ debido a ue
lapresin de admisin pa disminu"e " a ue 3aran las condiciones
delintercambio calor%co durante la compresin.
Como resultado de esta 3ariacin de condiciones se reduce la
duracindel proceso de combustin.
Pero esta reduccin sobre todo del retraso a la in!amacin+
nocompensa totalmente la disminucin ue se reuiere del
tiemponecesario para todo proceso de combustin+ por lo ue se
obser3a ciertoaumento del $ngulo de giro del cigAeBal durante el
cual se cumple esteproceso.
Para ue el proceso de combustin se realice m$s cerca del p.m.s "
el
apro3ecamiento del calor sea ma"or es con3eniente aumentar
el$ngulo de a3ance a la in"eccin a medida ue se ele3a el nmero
dere3oluciones
Proceso de E2pansin
8 dierencia del ciclo terico+ donde se supone ue la e2pansin
seeecta sin intercambio de calor con el medio e2terior+ en la
realidad losproductos de la combustin se e2panden a alta
temperatura " cedenparte de su calor al medio circundante a tra3/s
de la culata+ de las
paredes de los cilindros " de las cabeas de los /mbolos. Como
resultadode esto los productos de la combustin se enran.
Como la combustin no termina en el punto + durante la
e2pansincontinua desprendi/ndose calor.
Por lo tanto la e2pansin se realia con absorcin "
desprendimientosimultaneo de calor.
,a relacin entre las cantidades de calor absorbida " cedida
3aracontinuamente.
Proceso de Escape de los gases
En los motores de cuatro tiempos las 3$l3ulas de escape se abren
en un
instante elegido de tal manera (ue en el primer periodo del
barrido(desde el punto 4 asta el p. m. i) permite ue los gases
uemadossalgan con una 3elocidad critica relati3amente grande+ igual
a 6 7 9mGs.
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En el periodo siguiente los gases uemados son empuHados por
el/mbolo ue se desplaa acia el p. m. s
En todos los casos el instante de la apertura de los rganos de
escape seelige e2perimentalmente.
,os gases uemados salen del cilindro de motor a gran
3elocidad+produciendo un ruido estridente.
Para disminuir este ruido se montan silenciadores en el tubo de
escape.
8l pasar por este dispositi3o los gases de escape se e2panden+
pierden3elocidad " salen a medio ambiente sin acer muco ruido.
,os silenciadores aumentan algo la resistencia del sistema de
escape+por lo ue la presin en el cilindro se ele3a en este
periodo.
En estas condiciones aumentan la cantidad de gases residuales
ueuedan en el cilindro " el coe%ciente de llenado disminu"e.
Por esta ran+ el silenciador debe tener una estructura ue
permitaamortiguar debidamente el ruido sin ue aumente la
resistencia en elsistema de escape.
,os silenciadores ue oponen menos resistencia son los de tipo
acstico.
En el instante en ue se abren los rganos de escape los
gasesuemados tienen una temperatura " una presin relati3amente
altas*por consiguiente con los gases de escape se pierde una
cantidadconsiderable de calor.
Nna parte de la energa cin/tica de los gases de escape se
puedeapro3ecar para alimentar el motor.
En este caso se monta una turbina de gas en la tubera de escape.
,osgases uemados ue salen del cilindro del motor se e2panden en
dicaturbina.
,a energa obtenida de esta orma se utilia para mo3er un
comprensor(a la unidad completa se le llama turbocompresor).
,a instalacin de la turbina de gas origina cierto aumento de
laresistencia en el sistema de escape+ pero este incon3eniente
secompensa con el eecto ue se obtiene de la sobrealimentacin.
,os par$metros concernientes al escape de los gases uemados
sedieron a conocer al tratar el tema de la admisin.
