8/13/2019 9. Admisin y escape
1/65
8/13/2019 9. Admisin y escape
2/65
Introduccin a la fase abierta del MCI El recinto donde se produce el ciclo est abierto al exterior,
dndose el proceso de renovacin de carga en dos fases:Admisin de carga y expulsin de gases
Este proceso es importante porque determina la cantidadde fluido motor que podr realizar el ciclo y enconsecuencia la obtencin de trabajo es proporcional delmismo
La cantidad de fluido que se logra introducir depende delsistema de admisin (conductos, vlvulas y levas), el escapetambin tiene repercusin pero en menor medida. El flujoes de tipo pulsante
PCIARCmP aindind )/(
8/13/2019 9. Admisin y escape
3/65
Potencia indicada vs flujo de aire
8/13/2019 9. Admisin y escape
4/65
8/13/2019 9. Admisin y escape
5/65
8/13/2019 9. Admisin y escape
6/65
Rendimiento Volumtrico o
coeficiente de llenado Relacin entre la masa de aire que entra en el motor
por ciclo y la que llenara la cilindrada en unascondiciones de referencia (condicin en toma de aire o
el mltiple de admisin) La eficiencia volumtrica es el parmetro que mide la
efectividad del proceso de induccin Solo es aplicable a motores de 4 tiempos (tienen un
proceso de admisin)
ideala
reala
vm
m
,
,
cila
a
cila
av
VN
m
VN
m
0,0,
2
2
cilcilideal
vNV
m
NV
V
V
V 0002
2
8/13/2019 9. Admisin y escape
7/65
Medida de la densidad de entradawfai pppp
1829
29
w
f
fa
a
w
w
f
f
a
a
a
a
ia
i
a
mPM
mm
m
PMm
PM
m
PMm
PMm
nnp
p
hPM
RhPM
Rp
p
f
AC
f
ACi
a
6.129
1
1
18291
291
//
hPM
RRTp
TRp
f
ACi
i
i
aa
6.129
1
129
29
/
a
w
mmh*
1/0, 11
12
VR
xm
VN
m
ACa
r
cila
av
8/13/2019 9. Admisin y escape
8/65
Proceso de Admisin Vlvulas accionadas por el sistema de
distribucin permiten: la entrada defluido y la salida de los gases delrecinto
El f luido viaja por el conducto deadmisin (mltiple de admisin), yse desaloja por el conducto de escape(mltiple de escape)
La secuencia de admisin iniciaantes de finalizar la carrera deescape, durante cierto periodoambas vlvulas estn abiertas (crucede vlvulas), la vlvula de escape secierra pasado el PMS, durante lacarrera de aspiracin
8/13/2019 9. Admisin y escape
9/65
Proceso de admisin
8/13/2019 9. Admisin y escape
10/65
Proceso de admisin idealVelocidad lenta para despreciar la inercia de la carga
(fluido)
Los procesos pueden considerarse estacionarios encada momento
No existe transferencia de calor
No existen prdidas de carga
Las vlvulas se abren y cierran instantneamente en lospuntos muertos
8/13/2019 9. Admisin y escape
11/65
Fases del proceso de admisin Prellenado: efectos inerciales de gases de escape
Durante el escape, el pistn empuja los gasesquemados, los cuales tienden a mantener la velocidadinstantnea del pistn pero con cierto retraso debidoa la compresibilidad del fluido
Al final de la carrera el pistn se detiene, pero lacolumna de gases sigue en movimiento (inercia delgas) y empieza a desacelerarse, an as produce unacada de presin en las proximidades del PMS pordebajo de la existente en el colector de admisin
Si en ese momento se apertura la vlvula de admisin,
entrar la carga fresca inicindose el proceso debarrido
Debido al retardo en el cierre de la vlvula de admisin, puedenproducirse reflujos de la carga fresca (aire en los motores Diesel) delcilindro hacia el colector de admisin, especialmente a bajosregmenes de giro del motor cuando el flujo de admisin tiene poca
inercia.
8/13/2019 9. Admisin y escape
12/65
8/13/2019 9. Admisin y escape
13/65
Fases del proceso de admisin Postllenado
Despus del PMI la vlvula deadmisin permanece abierta:
1. Inercia del fluido en la admisin;la energa cintica adquirida setransforma cuando el pistn para enun aumento de presin.
Al final de la carrera de aspiracin,la columna tiende a continuar el
movimiento, la energa necesariapara detener los gases se traduce enun aumento de presin.
2. Onda de Rarefaccin
8/13/2019 9. Admisin y escape
14/65
Influencia del reglaje de la
distribucin
8/13/2019 9. Admisin y escape
15/65
Teora de sintonizacin de un MCI Debido a la succin del pistn se
produce una perturbacin quegenera una onda elstica de bajapresin
Dicha onda se refleja al llegar almltiple o colector de admisin,pero como onda de presin
El MCI est sintonizado si dichofenmeno ayuda a incrementar laef. Vol. Sintonizamos el motor sies que la onda de presin llegaantes del cierre de la vlvula deadmisin (cuando el pistn estcercano a su PMI)
Se la misma manera se aprovechala onda elstica en el escape delMCI
8/13/2019 9. Admisin y escape
16/65
Sintonizacin
8/13/2019 9. Admisin y escape
17/65
8/13/2019 9. Admisin y escape
18/65
Partes del sistema de admisin Toma de admisin de aire Filtro de aire Compresor* Interenfriador** Colector o mltiple de admisin Conducto de admisin
Vlvula de regulacin de la carga*** Puertos de la admisin en la culata
*Motor sobrealimentado **Motor sobrealimentado con intercooler o interenfriador
***Motor de encendido provocado
8/13/2019 9. Admisin y escape
19/65
Toma de admisin de aire
8/13/2019 9. Admisin y escape
20/65
Toma de aire de admisin
8/13/2019 9. Admisin y escape
21/65
8/13/2019 9. Admisin y escape
22/65
Filtro de aire
8/13/2019 9. Admisin y escape
23/65
8/13/2019 9. Admisin y escape
24/65
Colector y Conductos de admisin
8/13/2019 9. Admisin y escape
25/65
Colector y conductos de admisin
http://www.autospeed.co.nz/image.html?A=0122&P=5&IMG=0122_12&REZ=hi&LOC=/imageshttp://www.autospeed.co.nz/image.html?LOC=/images&IMG=0122_05&REZ=mg8/13/2019 9. Admisin y escape
26/65
Efecto de las variables del motor
sobre la eficiencia volumtrica La eficiencia
volumtrica delmotor tiende a
variar con lavelocidad de girodel motor
Es proporcional ala curva de torqueindicado
8/13/2019 9. Admisin y escape
27/65
Efecto de las variables del motor
sobre la eficiencia volumtrica Combustible
La eficiencia volumtrica de un MEP naturalmente aspiradosiempre ser menor a 1 debido a la presencia de combustible(vapor de combustible desplaza al aire)
Los sistemas con carburador tendrn menor eficiencia que lossistemas de inyeccin multipunto (ubicacin al inicio)
Mientras ms tarde la inyeccin, mejor ser la eficienciavolumtrica, sin embargo peor ser el proceso de mezcla y ladistribucin de la mezcla A/C en cada cilindro (inyeccin
multipunto e inyeccin directa) La baja relacin aire combustible de los alcoholes escompensada con su alto calor de vaporizacin
Con combustibles gaseosos el sistema de admisin puedenoperarse a menos temperatura.
8/13/2019 9. Admisin y escape
28/65
8/13/2019 9. Admisin y escape
29/65
Efecto de las variables del motor
sobre la eficiencia volumtrica Transferencia de calor A bajas revoluciones la transferencia de calor es mayor
(ms tiempo) por lo tanto el aire es menos denso y la
eficiencia volumtrica disminuye Generalmente en los MEP la admisin suele ser
calentada para favorecer la mezcla aire combustible, sinembargo esto reduce la densidad y disminuye laeficiencia volumtrica
601 ))(1( TxTTxT
rr
160 )()( TmmcTmcTTmc riprpip
vapci TTT
.
160 )())(( TmcTmcTTmmc prprp
8/13/2019 9. Admisin y escape
30/65
T del aire Depende del calentamiento del aire por las paredes
internas del ducto
Evaporacin del combustible
)()( 2.0 xsic TTD
LGDCT
pACAC
LACvap
cxRRHxRT
)1( //
/
vapic TTT
8/13/2019 9. Admisin y escape
31/65
Cruce de vlvulas o traslape
Durante el cruce de vlvulas parte de los gases de escapepueden entrar en el ducto de admisin (empujados por
el pistn) haciendo que la eficiencia volumtricadisminuya, este efecto se acenta cuando la velocidad esmenor ya que el tiempo del cruce de vlvulas es mayor yla inercia de los gases de escape menos relevante.
Este efecto es inevitable abajas velocidades si se quiereaprovechar la inercia de los gases cuando la velocidad seincrementa
8/13/2019 9. Admisin y escape
32/65
Efecto de las variables del motor
sobre la eficiencia volumtrica Prdidas de carga
Las prdidas de carga debidas al filtro de aire, carburador,vlvula mariposa, conducto de admisin, vlvula de admisinreducen la eficiencia volumtrica, est perdida se incrementa
al cuadrado de la velocidad del flujo. Dependenprincipalmente de: velocidad, rugosidad del material, seccindel ducto y densidad del f luido.
Gran parte de la prdida de presin ocurre en la vlvula deadmisin, por lo que se tiende usar sistemas multivlvulaspara disminuir este efecto
El dimetro de los conductos se disean para aminorar lasprdidas de carga, sin embargo tambin deben garantizar una
velocidad tal que permita una buena mezcla aire-combustible2
jjj vp
ppjj UAvA
2
22
0
j
p
jpjjjch
A
AUvppp
8/13/2019 9. Admisin y escape
33/65
Gases Residuales Gases residuales remanentes quedan atrapados en la
cmara de combustin, los cuales desplazan y calientan
la carga fresca disminuyendo la eficiencia volumtrica(RC).
m
mx rr
rv
pmsr
rTR
Vpm
Tipo de motor Coeficiente de gases residuales
MEP 0.06 0.1
MEC 0.03 0.06
MEC sobrealimentado
8/13/2019 9. Admisin y escape
34/65
Efecto de las variables del motor
sobre la eficiencia volumtrica Flujo Estrangulado (choked flow)
Es la condicin de mximo flujo mximo que se puedeproducir a pesar de incrementar la velocidad del pistn
8/13/2019 9. Admisin y escape
35/65
Efecto de las variables del motor
sobre la eficiencia volumtrica Tiempo de cierre de la vlvula de admisin
El tiempo ideal de cierre es cuando la presin dentro delcilindro iguala la presin del mltiple de admisin
Si la vlvula cierra antes, el aire que contina entrandose cortar, si se cierra despus el aire escapar delcilindro. Solo hay un tiempo de cierre para el cual lacantidad de aire es mxima (punto de diseo del motor)
Sintonizacin de la admisin EGR Diluyen la carga fresca, disminuyendo la temperatura de
combustin. Desplaza y calienta el aire frescodisminuyendo la eficiencia volumtrica
8/13/2019 9. Admisin y escape
36/65
Efectos de las variables del motor
sobre la eficiencia volumtrica
8/13/2019 9. Admisin y escape
37/65
Eficiencia volumtrica MEC vs MEP Normalmente la eficiencia volumtrica de los MEP son
menores a la de los MEC por las siguientes razones: Prdidas en el carburador y la vlvula mariposa o de
regulacin Calentamiento del manifold de admisin
Presencia de vapor del combustible
Mayor fraccin de gases residuales (menores valores dela relacin de compresin)
8/13/2019 9. Admisin y escape
38/65
Diseo de sistema de admisin:
Vlvulas Coeficiente de flujo de
vlvulas
v
rd
A
AC
ideal
realdm
mC
35.0~ di CC
8/13/2019 9. Admisin y escape
39/65
Diseo del sistema de admisin:
VlvulasVlvulas tipo plato de
asiento cnico Tiene altos valores de rea
de flujo Tiene altos Cd
Bajo Costo
Involucra poca friccin
Bajo costo de produccin
lv: carrera, levantamiento oalzada de la vlvula
8/13/2019 9. Admisin y escape
40/65
Vlvula de admisin y escape Dimensiones tpicas de vlvulas
8/13/2019 9. Admisin y escape
41/65
Diseo Sistema de Admisin
admvi
pcil
vcACUAIM
IMv : ndice de Mach de la vlvula
Acil : rea transversal del cilindro
Av : rea de la vlvula de admisin
cadm : velocidad del sonido en la admisin
Ci : coeficiente de descarga promedio de la vlvula (0.35)
6.04.025.0 vIM
Eficiencia volumtrica empieza a decaer a partir deIM=0.6 (flujo estrangulado)
8/13/2019 9. Admisin y escape
42/65
Diseo del sistema de admisin Lmite mximo dellevantamiento mximo Interferencia con el
pistn Incremento superior a
0.25 es depreciable
Esfuerzos en la vlvula
aumentan con cuadradodel levantamiento
vv Dl 25.0
vvcortina lDA
8/13/2019 9. Admisin y escape
43/65
Levas de vlvulas de admisin y
escapeAdmisin
Escape
8/13/2019 9. Admisin y escape
44/65
Vlvula de admisin y escape
Curva Desplazamiento de la vlvula vs grados de cigeal Velocidad de apertura y cierre de las vlvulas
8/13/2019 9. Admisin y escape
45/65
8/13/2019 9. Admisin y escape
46/65
Vlvulas de admisin En las cmaras decombustin modernascada vez hay menosespacio para la ubicacin
de las vlvulas y la buja Dos o Tres vlvulas deadmisin ofrecen mayorrea de flujo y menorresistencia, adems las
vlvulas son ms
pequeas y livianas Para altas revoluciones el
tiempo para el ingreso deaire es menor, por lo quese necesita mayor rea enlas vlvulas de admisin
8/13/2019 9. Admisin y escape
47/65
8/13/2019 9. Admisin y escape
48/65
Reflujos en Admisin El flujo en sentido
contrario generalmenteocurre a bajas
revoluciones La vlvula abre entre 10 a
25 aPMS, para garantizarque este abierta en el PMS(criterio de diseo delmotor)
8/13/2019 9. Admisin y escape
49/65
Diseo Sistema de Admisin:
Ductos Sistema encargado de distribuir
el aire por los conductos El dimetro de los conductos
debe ser suficientementegrande para minimizar lasprdidas de carga
Sin embargo, debe ser losuficientemente delgado paramantener la velocidad y la
turbulencia en los conductospara mejorar el transporte degotas y la mezcla de airecombustible
Seccin de los conductos
(circulares y rectangulares)
8/13/2019 9. Admisin y escape
50/65
Diseo Sistema de Admisin:
Ductos MEP:
Aprovechar efecto de onda de presin reflejada, menordimetro mayor intensidad de la onda
Aprovechar la inercia del fluido, menor dimetro mayorvelocidad Adems de disminuir las prdidas de carga, una
superficie lisa disminuye la probabilidad que elcombustible se deposite en las paredes del conducto deadmisin
Forma del ducto: Circular: menos superficie, menos prdidas de carga, mayor
eficiencia volumtrica. Sin embargo por su simetra generatorbellino en el conducto que por fuerza centrfuga empuja laspartculas de combustible a la pared del ducto
8/13/2019 9. Admisin y escape
51/65
Diseo del Sistema de Admisin
IMc : Indice de Mach del conducto
IMT : Indice de Mach en la trompeta
Acil : rea transversal del cilindro
Atrompeta: rea transversal de la trompeta
cadmisin
: velocidad del sonido en la admisin
admisincond
pcil
c
cA
UAIM
admisintrompeta
pcil
T cA
UAIM
ndice de Mach ndices tpicos utilizados para el diseo de conductos
de admisin IMconducto= 0.25
IMtrompeta= 0.135
8/13/2019 9. Admisin y escape
52/65
Proceso de escapeAl abrir la vlvula de
escape, los gases salendel cilindro a gran
velocidad y elevadatemperatura por elconducto de escape de lapropia culata
8/13/2019 9. Admisin y escape
53/65
Proceso de escape La vlvula de escape tiene un ngulo
de adelanto (60 a 40 aPMI), los gasestienen una temperatura aproximada
de 1000 K y una presin de 4 a 5 bares,la presin exterior est alrededor de 1atm.
Desde este punto hasta el PMI elescape es espontneo (flujoestrangulado al inicio).
8/13/2019 9. Admisin y escape
54/65
Proceso de escape Posteriormente los gases son empujados por el pistndesde el PMI hasta el PMS, la presin que debe vencerel pistn es ligeramente mayor a la atmosfrica
Antes de llegar al PMS se abre la vlvula de admisin yse produce un cruce de vlvulas que para ciertorgimen de giro aprovecha la inercia de los gases decombustin, sin embargo el tiempo de apertura ycierre de vlvulas lo hace inevitable.
Al trmino de la carrera de escape aun quedan ciertosresiduos en la cmara de combustin, a mayor RCmenor es el volumen de gases residuales
8/13/2019 9. Admisin y escape
55/65
Proceso de escape Fase de escape
espontneo
Carrera de escape
8/13/2019 9. Admisin y escape
56/65
Proceso de escape Funciones
Evacuar los gases de escape evitando contrapresiones enel escape (el sistema de escape produce una ciertaresistencia al paso del gas de escape)
Reducir el ruido del escape
http://www.americanmuscle.cl/blog/gallery/1/Header.jpghttp://www.americanmuscle.cl/blog/gallery/1/36-multiple_de_escape.jpg8/13/2019 9. Admisin y escape
57/65
Ubicacin
8/13/2019 9. Admisin y escape
58/65
Tipos de Manifolds de escape
http://www.americanmuscle.cl/blog/gallery/1/Header.jpg8/13/2019 9. Admisin y escape
59/65
Adelanto de la Apertura de la
Valvula de Escape EVO: Exhaust Valve Open Si la apertura se realiza en el PMI la
presin del gas an es alta y la carrerade escape se ver afectada debido aque el pistn debe realizar mucho
trabajo. Si la apertura es muy temprana se
pierde mucho trabajo de la fase deexpansin
Es necesario hallar una compensacinque permita disminuir la presin de
los gases antes de la fase de escapeApertura y no perder mucho trabajodurante la fase de expansin
El avance de la apertura de la vlvulade escape depende de la velocidad delmotor, para sistemas fijos se diseopara la velocidad ptima de
funcionamiento
8/13/2019 9. Admisin y escape
60/65
Partes del sistema de escape Sistema de distribucin
Controla la apertura y cierre de las vlvulas de escape
Conductos de escape / Colector de escape Los gases descargan por los conductos y luego se unen
(motor pluri-cilndrico) en un colector de escape
Es recomendable mantener la simetra en todos losconductos (longitud, seccin y agrupaciones) para evitardesequilibrios en el funcionamiento del motor
De forma emprica los conductos de escape son de 40 a50% mayores que los conductos de admisin
8/13/2019 9. Admisin y escape
61/65
Partes del sistema de escape Catalizadores Recinto por el que se hacen pasar los productos de la combustin para
que puedan catalizarse y completarse las reacciones incompletas de lacombustin en aquellos motores que as lo requieran.
Silenciadores Elemento especfico que reduce el ruido que genera el escape del motor.
Tambin acta como elemento matachispa. Caudal de gases de escape Mxima contrapresin Temperatura de los gases
8/13/2019 9. Admisin y escape
62/65
8/13/2019 9. Admisin y escape
63/65
8/13/2019 9. Admisin y escape
64/65
Vlvulas de escape Las vlvulas de escape son generalmente de menor
dimetro que las vlvulas de admisin, a pesar de queidealmente circula el mismo flujo msico por sus
conductos
9.08.0
max2
e
i
e
i
i
e
e
p
e
T
T
kRT
kRT
A
A
c
UCBA
8/13/2019 9. Admisin y escape
65/65
VVT / VVL
Top Related