Motor Diésel 4 Tiempos: Características, Principio De Su Funcionamiento Y Más

El motor diésel 4 tiempos de combustión interna es el hermano gemelo del motor a gasolina. Estructuralmente, el “diésel” no es muy diferente de la contraparte de gasolina, pero el principio de funcionamiento de estos motores si lo es.

Estos son los sistemas de propulsión más demandados utilizados en una amplia variedad de industrias. Se utilizan para equipar automóviles y camiones, centrales eléctricas estacionarias, equipos especiales, barcos y más debido a su excelente trabajo. Sin embargo, aquí te enseñaremos todo lo relacionado solo sobre el motor diésel 4 tiempos.

Características y función

El motor diésel 4 tiempos consta de muchas características que se reflejan en los siguientes sistemas y mecanismos principales:

• Mecanismo de manivela.
• Mecanismo de distribución de gas.
• Sistema de arranque.
• Sistema de suministros.
• Sistema de refrigeración.
• Sistema de lubricación.

Por otra parte, el principio de funcionamiento de dicho motor diésel 4 tiempos es el siguiente: el combustible se quema en los cilindros y liberando energía, que impulsa un pistón conectado por una biela al cigüeñal.

Bajo la presión del pistón, el eje gira transmitiendo el par más a lo largo de la transmisión a las ruedas motrices. Los sistemas del motor son responsables de arrancar el mismo, suministrar combustible, enfriar y lubricar las superficies de trabajo.

Ventajas de los motores 4 tiempos:

Los motores diésel pueden ser de 2 y 4 tiempos. Tanto el primero como el segundo se utilizan con éxito en determinadas áreas y tienen sus pros y sus contras. Las ventajas del motor diésel 4 tiempos son:

• Eficiencia.
• Fiabilidad.
• Mantenimiento sencillo.
• Nivel de ruido relativamente bajo durante el funcionamiento.

Desventajas de los motores 4 tiempos:

• 3 de cada 4 ciclos de un ciclo se realizan por inercia, y solo uno de ellos es trabajador.
• Los aumentos bruscos de carga durante la carrera de trabajo requieren elementos más fiables y duraderos: biela, manguito de cilindro, pistón, etc.
• La necesidad de ajustar las brechas térmicas.
• Comienza más de 2 tiempos.

¿Cuál es el proceso de funcionamiento de un motor de combustión interna diésel?

Como lo sugiere su nombre, el ciclo de trabajo de un motor diésel 4 tiempos consta de 4 tiempos: admisión, compresión, expansión y escape. Cuatro carreras corresponden a dos revoluciones del cigüeñal y cuatro carreras del pistón.

La carrera del pistón es su movimiento desde el punto muerto superior (TDC) hacia la parte inferior (BDC) o viceversa. Esta es una de las características más importantes del motor, que determina la relación de compresión de la mezcla de combustible y, por tanto, la potencia del mismo.

¿En qué consisten las 4 carreras?

Como puedes imaginarte, cada carrera tiene una significada función para que el motor diésel 4 tiempos trabaje de manera eficiente:

El primer golpe es la ingesta:

Aquí el pistón se mueve de TDC a BDC, el aire purificado ingresa al cilindro a través de la válvula de admisión abierta (debido al vacío creado por el pistón). El aire se mezcla con una pequeña cantidad de gases de escape que quedan del ciclo anterior, la temperatura aumenta y al final de la carrera de admisión alcanza los 300-320 K, y la presión es de 0.08-0.09 MPa.

• La relación de llenado del cilindro es 0,9 y superior. Es decir, más que la de un motor de carburador.

La segunda medida es la compresión:

El pistón se mueve de BDC a TDC, las válvulas de admisión y escape están cerradas. La presión del aire y la temperatura aumentan y al final del ciclo son de 3-5 MPa y 800-900 K. La relación de compresión está regulada por la capacidad de servicio de las piezas KShM y es igual a 17-21.

El tercer ciclo es un golpe de trabajo:

Al final de la carrera de compresión (20-30 grados del ángulo de rotación del cigüeñal hasta que el pistón llega a TDC), se inyecta una porción de combustible en el cilindro a alta presión (15-20 MPa) usando una bomba a través de una boquilla en el cilindro a alta presión (15-20 MPa) en forma finamente atomizada.

El combustible se evapora por contacto con el aire caliente, sus vapores se mezclan con el aire caliente y se encienden. Durante la combustión del combustible debido al suministro de una gran cantidad de calor, la privación y la temperatura de los gases formados aumentan bruscamente.

Al comienzo de la carrera de expansión, la presión del gas es de 7-8 MPa y la temperatura es 2100-2300 K. Bajo la acción de la presión, el pistón se agita de TDC a BDC, haciendo un trabajo útil. El volumen del cilindro aumenta, la presión y la temperatura de los gases disminuyen, y cuando el pistón se acerca al BDC, son 0.2-0.4 MPa.

La cuarta medida es la liberación:

El pistón se mueve de BDC a TDC. A través de la válvula de escape abierta, los gases de escape se expulsan a través de la línea de escape hacia el medio ambiente. Al final de la carrera de escape, la presión del gas es 0,11 -0,12 MPa y la temperatura es 850-1200. Después de eso, se repite el ciclo de trabajo del motor diésel 4 tiempos.

En los motores de dos tiempos, el tiempo asignado al ciclo de trabajo se aprovecha de manera más completa, ya que los procesos de escape y admisión se combinan en el tiempo con los procesos de compresión y carrera de trabajo. El ciclo de trabajo tiene lugar a más de 360 grados (una revolución del cigüeñal).

Cuando el pistón se mueve de TDC a BDC, los procesos de expansión y escape ocurren simultáneamente con la purga del cilindro, y cuando el pistón regresa de BDC a BM1, tienen lugar la entrada y la compresión. Los cambios en los parámetros del ciclo (presión y temperatura) corresponden a cambios en los parámetros del motor de cuatro tiempos.

La comparación de los ciclos de funcionamiento de los motores de cuatro y dos tiempos muestra que con el mismo tamaño de cilindro y la misma velocidad del cigüeñal, la potencia de los motores de dos tiempos es 1,5-1,7 veces mayor. Es de diseño más simple y más compacto.

Las desventajas de un motor de dos tiempos incluyen un tiempo limitado de intercambio de gases, lo que empeora la limpieza del cilindro de los gases de escape, aumenta la pérdida de una parte de la carga fresca y reduce la eficiencia.

¿Cómo trabaja la cámara de combustión del motor diésel?

Los diferentes modelos para el motor diésel 4 tiempos difiere en estructura. Una de las características importantes es el diseño de la cámara de combustión. La cámara de combustión es un espacio donde el combustible se quema directamente.

Dicha cámara no separada está ubicada en la propia estructura del pistón o encima de ella y el combustible ingresa en la carrera de admisión donde se enciende al contacto con el aire caliente. Esta es la opción más simple y reduce el consumo de combustible, pero el motor en sí funciona muy fuerte.

Otra opción es una cámara partida, es decir, una cámara que no está ubicada en el cilindro, sino en la entrada a este y está conectada a ellos por un canal. El combustible se introduce en la cámara, donde se mezcla con el flujo de aire del vórtice, que distribuye mejor sus gotas sobre el volumen de la cámara de combustión y promueve su completa combustión.

Esta opción es adecuada para pequeñas instalaciones y automóviles, pero aumenta significativamente el consumo de combustible. Por ello, según el diseño del pistón y la cámara de combustión, existen diferentes métodos de formación de la mezcla en los diferentes tipos de motor diésel 4 tiempos de combustión interna:

La mezcla volumétrica es la opción más sencilla:

La cámara de combustión es el espacio entre el pistón, las paredes y la culata. En ella el combustible se inyecta a presión a través de las boquillas de los inyectores en el motor diésel 4 tiempos.

Aquí es importante que las gotas de combustible se distribuyan uniformemente en todo el volumen y se mezclen completamente con aire caliente, por lo tanto, se debe organizar un flujo de carga de combustible en forma de vórtice en la cámara de combustión, y el combustible en sí debe suministrarse a altas temperaturas.

Adicional, la mezcla de película volumétrica se utiliza en motores de alta velocidad con diámetro de cilindro pequeño. Este es exactamente el caso cuando la cámara de combustión está alojada parcialmente en la estructura del pistón. En los motores de producción nacional, tales cámaras tienen la forma de un cono truncado.

Cuando se inyecta la carga, el combustible golpea la superficie de la cámara de combustión, formando una “película”, tras lo cual se evapora casi de inmediato. Los flujos de vórtice generados bajo la influencia del movimiento del pistón permiten distribuir uniformemente las gotas de combustible por todo el volumen.

Por otra parte, la precámara de mezcla prevé la presencia de una precámara ubicada en la tapa del cilindro. Está conectado a la cámara de combustión principal por pequeños canales con diámetros que no exceden el 1% del diámetro del pistón. El volumen de la precámara es hasta el 30% del volumen total de las cámaras. En forma, puede ser ovalada, cilíndrica o esférica.

Además, la mezcla de la cámara de vórtice se produce debido a los flujos de aire de vórtice, lo que hace posible mezclar la carga de combustible con aire tanto como sea posible incluso a baja presión de su suministro a la cámara de combustión en el motor diésel 4 tiempos.

Para la formación de tal mezcla, se requiere una cámara separada, que consta de dos partes: un vórtice y una principal. Durante la carrera de compresión, el aire de la cámara principal se desplaza hacia una cámara de vórtice, que tiene una forma esférica o cilíndrica.

El flujo de aire crea movimientos de vórtice, moviéndose en un círculo, y en este momento se suministra una carga de combustible desde la boquilla a una presión de hasta 12 MPa. Dado que la onda de aire está en movimiento, las gotas se distribuyen uniformemente por todo su volumen.

Disposición del motor

Todo motor diésel de 4 tiempos difieren no solo en la estructura de la cámara de combustión, sino también en el número de cilindros y su disposición mutua. Está claro que cuantos más cilindros, más potente es el motor y más grande es. Las diferentes opciones de diseño te permiten reducir su tamaño. Por ende, dependiendo de la disposición de los cilindros, los motores pueden ser:

1.  Motor en forma de V

Los cilindros de dicho motor están dispuestos en la forma de la letra V, en dos planos, en dos filas en un ángulo de 600 o 900. El ángulo formado entre ellos es el ángulo de inclinación. La ventaja de este motor diésel 4 tiempos es la potencia, ya que sus dimensiones se pueden reducir desplazando otros componentes importantes en la comba.

Además, es más corto y más ancho, pero debido a la complejidad de tales estructuras, puede resultar difícil determinar su centro de gravedad.

2.  Motores Boxer (marca B)

El motor diésel 4 tiempos Boxer está relativamente equilibrado. Todos los elementos están dispuestos simétricamente para reducir la vibración y su característica de diseño es el montaje del eje central en un bloque rígido y el ángulo de su comba es 1800.

3.  Motores marcas VR

Esta disposición se distingue por un pequeño ángulo de inclinación (150) de un motor en V en colaboración con un análogo en línea. Esto permite reducir las dimensiones de las unidades longitudinales y transversales. El marcado VR significa en forma de V y R en línea.

4.     Motor de pistón radial (radial)

Este tipo de motor diésel 4 tiempos tiene un tamaño pequeño de longitud con una densa colocación de varias piezas de cilindros. Están ubicados alrededor del cigüeñal con vigas radiales con ángulos iguales. Se distingue de los demás por la presencia de un mecanismo de manivela.

En este diseño, un cilindro es el principal, el resto, arrastrado, está unido al primero a lo largo de la periferia. La desventaja de este diseño está en el reposo, ya que los cilindros inferiores pueden sufrir pérdidas de aceite.

Se recomienda comprobar que no haya aceite en los cilindros inferiores antes de arrancar el motor. De lo contrario, es posible que se produzcan golpes de ariete y roturas. Para aumentar el tamaño y la potencia del motor, basta con alargar el cigüeñal formando varias filas: estrellas.

Sintonización electrónica del motor diésel

El motor diésel 4 tiempos moderno está cada vez más equipado con componentes electrónicos. Estos son sensores que monitorean la carga, controlan la cantidad de combustible suministrado y la composición de la carga de combustible. Además, envían señales a la unidad de control central, que selecciona el modo de operación más eficiente y económica.

Por otro lado, una cuidadosa influencia en este sistema con la ayuda de equipos adicionales, puede aumentar la potencia del motor dentro de ciertos límites. Esto se llama ajuste de chip. Cabe señalar de inmediato que el ajuste de chips no es omnipotente, puede mejorar el rendimiento del motor dentro del margen de seguridad prescrito y, a menudo, conduce a un desgaste prematuro de los sistemas.

Para aumentar la potencia de un motor diésel 4 tiempos, se pueden utilizar módulos o bloques especiales, como estos:

1. Un bloque que cambia los pulsos de control del inyector.
2. Bloque para sustitución de modos de bomba de combustible de alta presión (bomba de combustible de alta presión).
3. Una unidad que cambia las lecturas del sensor de presión del acumulador de combustible.
4. Módulo de optimización de modo.

La primera opción:

Esta es la más famosa entre los entusiastas del autoajuste. El principio de funcionamiento de dicha unidad es que bloquea los impulsos a corto plazo de apertura preliminar y posterior de la aguja de la boquilla, lo que reduce el consumo de combustible en el motor diésel 4 tiempos. La unidad se puede instalar en casi cualquier modelo, pero su funcionamiento reduce el recurso del motor y afecta la calidad de combustión de la carga de combustible.

La segunda opción:

Dicha opción solo se puede utilizar en ciertos modelos del motor diésel 4 tiempos. El principio de funcionamiento de esta unidad radica en el hecho de que emite una señal con valores subestimados de la presión en el sistema, lo que conduce a su aumento.

En este caso, la bomba de inyección y los inyectores “sufren”, pero la potencia del motor realmente aumenta y el consumo de combustible disminuye.

La tercera opción:

Consiste en conectar una unidad que envía una señal al ECU sobre el valor de baja presión permisible en el acumulado de combustible. Como resultado, la presión aumenta automáticamente y el tiempo y la tasa de inyección de combustible se determinan de una manera nueva.

Esto aumenta la potencia y ahorra combustible, pero la vida útil de la bomba de inyección y el filtro de partículas disminuye, se forman depósitos de carbón en las paredes del cilindro y el motor comienza a “humear”.

La cuarta opción:

La más segura y eficaz es esta opción, ya que el módulo conectado al sistema de suministro de energía no sustituye los números necesarios por los valores reales de los parámetros operativos, pero envía una señal al ECU sobre la necesidad de cambiar la duración de la inyección de combustible.

A diferencia de las unidades anteriores, este módulo no daña ni el motor ni la bomba de combustible de alta presión, por lo que el recurso de sistemas y mecanismos no disminuirá.

La desventaja de este método de aumentar la potencia es su alto costo, aplicación limitada y complejidad de diseño, ya que no da un efecto instantáneo, su efecto se puede sentir solo después de un tiempo. Hay otras formas, incluido el uso de equipos que cambian los valores estequiométricos reales, pero su uso puede provocar problemas graves en el motor.

Uno de los principales problemas de los motores diésel es el llamado “motor fuera de control”. Se trata de un funcionamiento anormal de un motor diésel, en el que se produce un aumento incontrolado de la velocidad del motor.

Este comportamiento generalmente se observa después de la puesta en marcha o durante un corte de carga repentino. Hay dos razones principales para el fugitivo: un mal funcionamiento de la bomba de combustible de alta presión y la entrada de una gran cantidad de aceite de motor en la cámara de combustión.

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