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En el motor diésel la mezcla de aire y gasóleo se auto inflama por la temperatura del aire al final de compresión, se prescinde del sistema de encendido por bujía del motor de gasolina.
Al necesitar elevadas temperaturas de aire para auto inflamarse el gasóleo en el momento preciso, su aportación ha de ser necesariamente por inyección después de la válvula de admisión.
La inyección de gasóleo ha ido evolucionando exponencialmente llegando a ofrecer muy buenos resultados.
La mezcla de aire y gasóleo tarda más tiempo en quemarse que en el motor de gasolina, por eso se denomina combustión al compararla con la explosión en el motor de gasolina, más rápida.
Al funcionar el motor diésel con exceso de aire, mezclas muy pobres con dosados muy altos, es sumamente adecuada la sobrealimentación por turbocompresor (capítulo 15), que se incorpora como un elemento más del motor diésel.
El motor diésel equipado con turbocompresor logra excepcionales resultados en prestaciones y consumos.
La contaminación del motor diésel es muy variable y compleja de solucionar, precisa de sistemas muy elaborados y costosos.
Los cuatro tiempos del motor diésel
El ciclo de cuatro tiempos del motor diésel difiere con relación al del motor de gasolina o ciclo Otto.
La combustión en el motor diésel se logra por incremento de la temperatura del aire durante la fase de compresión, hasta ser capaz de hacer entrar en combustión al gasóleo que el inyector (i) aporta en el interior del cilindro al final del tiempo de compresión.
Se prescinde de la bujía de encendido y la mariposa de gases no es necesaria, pues el motor diésel funciona con dosados más pobres que el motor de gasolina, con exceso de aire.
Estos son los cuatro tiempos del motor diésel.
1.- Admisión, imagen 13.1 superior
- Exclusivamente entra a los cilindros aire y sin mariposa de gases.
- Al descender el pistón con la válvula de admisión abierta aspira aire del exterior a través del filtro.
- Al no haber mariposa de gases entra más cantidad de aire que en el motor de gasolina.
- La cantidad de aire adicional que entra en el motor diésel es importante pues va a permitir que en el tiempo de compresión se llegue a la temperatura de combustión del gasóleo.
2.- Compresión, imagen 13.2 superior
- Al final de la admisión cierra su válvula y el pistón sube comprimiendo el aire que se va calentando.
- En el motor diésel el pistón sube más que en el de gasolina para llegar a mayor compresión del aire y elevar más su temperatura, tiene mayor relación de compresión.
- Por la mayor compresión en el motor diésel la temperatura del aire al final de este tiempo es suficiente para que al entrar en contacto el gasóleo con el aire se auto inflame iniciando la combustión, es la razón de que entre al cilindro todo el aire que sea posible.
3.- Combustión, imagen 13.1 inferior
- Al final de la carrera de compresión el inyector i aporta gasóleo a alta presión y finamente pulverizado, al entrar en contacto con el aire sobrecalentado el gasóleo se va quemando empujando al pistón.
- La combustión resultante es muy poco progresiva generando ruido y vibraciones, en realidad hay múltiples combustiones de cada gota de gasóleo y su aire del entorno.
- El caudal de inyección está determinado por la posición del acelerador, en el motor diésel se regula la aceleración del motor por el caudal de gasóleo inyectado.
- Además de poco progresiva la combustión puede ser incompleta si parte del gasóleo inyectado no entra en contacto con aire caliente, esto puede ocasionar problemas técnicos graves.
- La base de evolución del motor diésel será que la combustión sea lo más progresiva y completa posible.
4.- Escape, imagen 13.2 inferior
- Cuando está el pistón llegando al punto muerto inferior se abre la válvula de escape y comienzan a salir los gases quemados que son empujados al subir el pistón.
- Cuando está llegando este al punto muerto superior se cierra la válvula de escape y abre la de admisión comenzando un nuevo ciclo.
- Es muy importante que salgan todos los gases quemados sin que queden residuos de gasóleo sin quemar que podrían provocar daños en el motor en el siguiente ciclo, al entrar en combustión antes de que se produzca la inyección.
El motor diésel funciona con mezclas más pobres que el de gasolina (dosado en el entorno de hasta 40), es decir se necesita menos combustible lo que reduce el consumo.
Esta ha sido la razón de su uso en vehículos de transporte y profesionales asumiendo vibraciones, humos y ruido.
Con la llegada del turbocompresor se incrementaron sus prestaciones siendo interesante para el automóvil de turismo, reduciendo las vibraciones y el ruido.
Pero la contaminación que produce el motor diésel es mucho más compleja de solucionar que en el motor de gasolina, lo que está requiriendo de laboriosos complementos anticontaminantes para ir cumpliendo las cada vez más severas normas anticontaminación, que afectan sensiblemente a sus desgastes según el uso del automóvil.
Como en el motor diésel se ha de aportar el gasóleo en la cámara de combustión la inyección es directa, pero hay un tipo particular denominado en precámara.
Gráficos presión – volumen en el motor diésel
Para exponer mejor las diferencias del motor diésel con el de gasolina, se representan los gráficos presión – volumen reales de los dos motores, gasolina en la imagen 13.3 y diésel en la 13.4.
El motor diésel tiene la relación de compresión más alta, según el tipo de inyección puede ser de 14 a 23:1.
En sus gráficos (13.4) se ven en transparencia las líneas de los gráficos teóricos, con aperturas y cierres de válvulas en el PMS y PMI.
Los gráficos que nos interesan son los reales de la imagen 13.4 donde se resaltan los cuatro tiempos y los avances y retrasos de actuación de las válvulas AAA, RCE, RCA y AAE, y también de la inyección, similar a los avances del encendido explicados en el capítulo anterior.
Cerca del final de compresión, con el aire muy caliente, se inicia la inyección de gasóleo que al entrar en contacto con el aire se auto inflama comenzando la combustión, la inyección continúa y por lo tanto también la combustión que mantiene el empuje sobre el pistón durante buena parte de su recorrido de expansión.
La combustión del gasóleo lleva más tiempo, genera picos muy altos de presión y no es uniforme pues el reparto de gasóleo es estratificado, no homogéneo.
Para evitar excesos de fatigas las RPM de funcionamiento son menores que el motor de gasolina y los elementos implicados en la combustión más robustos y pesados.
Cuando se quema la gasolina con el oxígeno del aire se denomina explosión, y en el caso del gasóleo con el aire, combustión; es para indicar que la gasolina se quema más rápidamente que el gasóleo, pero en realidad por la velocidad de propagación del frente de llama no es una explosión.
En ambos casos son combustiones, más rápida en gasolina que en el diésel, se aprecia comparando los dos gráficos.
Inyección mecánica por presión y bomba de inyección
Imagen 13.5
El gasóleo se ha de inyectar al final de compresión en el aire sobrecalentado encima del pistón.
La inyección ha de ser a presión para pulverizar lo mejor posible el gasóleo y que las pequeñas gotas queden rodeadas por aire a elevada temperatura provocando múltiples combustiones.
La bomba de inyección, movida por el motor, succiona el gasóleo del depósito, aumenta su presión y lo distribuye por salidas específicas a cada inyector con el caudal adecuado y en el momento preciso.
La bomba hace funciones similares al carburador o la inyección y el distribuidor de encendido en el motor de gasolina, pero todo conjuntamente.
La bomba de inyección de la imagen es en línea, consta en su interior de tantos pistones de empuje como inyectores, un eje de levas va generando la presión de inyección para cada inyector, así como el control de avance de inyección y el caudal a inyectar según la posición del acelerador.
La parada del motor diésel se hace mediante una electroválvula EV de pare en la entrada de la bomba de gasóleo del depósito, la EV de pare es accionada desde el contacto del motor.
Originalmente era un grifo con accionamiento manual.
La combustión diésel es más exigente con los elementos mecánicos del motor además de ser más lenta, por estas razones los componentes son más robustos y pesados y el motor ha de funcionar a menos RPM.
Inyector mecánico
Imagen 13.6
Se explicó en el anterior capítulo, en reposo un muelle mantiene la aguja cerrando el paso de salida de inyección, inyector cerrado.
Al llegar gasóleo a presión de la bomba vence el tarado del muelle haciendo que la aguja se desplace hacia arriba, el gasóleo a presión es inyectado sobre el aire muy caliente durante el tiempo que se mantenga la presión del gasóleo que envía la bomba.
Para quemarse el gasóleo ha de entrar en contacto con el aire sobrecalentado durante la compresión.
Arranque en frío
Imagen 13.7
Con el motor frío la temperatura del aire al final de compresión puede ser insuficiente para inflamar las gotas de gasóleo, por lo que es necesario implementar algún sistema para ayudar a la puesta en marcha del motor en estas condiciones.
El más utilizado es el de bujías de precalentamiento o calentadores; son unos bobinados eléctricos dentro de unas cámaras metálicas que se ubican próximos a las salidas de inyección.
Al poner el contacto un testigo de precalentamiento se enciende para apagarse cuando la temperatura es suficiente al estar las bujías de precalentamiento incandescentes, al arrancar ahora el motor el gasóleo incide en la zona caliente produciéndose la combustión.
Al cabo de un corto periodo las bujías de precalentamiento se desconectan.
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