¿Qué es el motor diesel de cuatro tiempos? Definición

Los motores diesel se pueden diseñar como ciclos de dos o cuatro tiempos. En el motor Diesel de cuatro tiempos, el pistón viaja cuatro veces a lo largo del cilindro. Ingenieria termal

Ciclo Diesel – Motor Diesel

En la década de 1890, un inventor alemán, Rudolf Diesel, patentó su invención de un motor de combustión interna eficiente, de combustión lenta y encendido por compresión. El ciclo original propuesto por Rudolf Diesel fue un ciclo de temperatura constante. En años posteriores, Diesel se dio cuenta de que su ciclo original no funcionaría y adoptó el ciclo de presión constante, que se conoce como el ciclo de Diesel .

El ciclo diesel es uno de los ciclos termodinámicos más comunes que se pueden encontrar en los motores de automóviles y describe el funcionamiento de un motor de pistón de encendido por compresión típico. El motor Diesel es similar en operación al motor de gasolina. La diferencia más importante es que:

  • No hay combustible en el cilindro al comienzo de la carrera de compresión, por lo tanto, no se produce una autoignición en los motores Diesel.
  • El motor diesel usa encendido por compresión en lugar de encendido por chispa.
  • Debido a la alta temperatura desarrollada durante la compresión adiabática, el combustible se enciende espontáneamente a medida que se inyecta. Por lo tanto, no se necesitan bujías.
  • Antes del comienzo de la carrera de potencia, los inyectores comienzan a inyectar combustible directamente en la cámara de combustión y, por lo tanto, la primera parte de la carrera de potencia se produce aproximadamente a la presión constante.
  • Se pueden lograr relaciones de compresión más altas en motores Diesel que en motores Otto

El motor Diesel es similar en operación al motor de gasolina. En esta imagen, hay un motor Otto, que se enciende mediante una bujía en lugar de la compresión misma.

Motor de cuatro tiempos - motor Otto
Motor de cuatro tiempos – Motor Otto
Fuente: wikipedia.org, Trabajo propio de Zephyris, CC BY-SA 3.0
  • altas en motores Diesel que en motores Otto
El motor Diesel es similar en operación al motor de gasolina. En esta imagen, hay un motor Otto, que se enciende mediante una bujía en lugar de la compresión misma.

Motor de cuatro tiempos - motor Otto
Motor de cuatro tiempos – Motor Otto
Fuente: wikipedia.org, Trabajo propio de Zephyris, CC BY-SA 3.0
A diferencia del ciclo Otto , el ciclo Diesel no ejecuta la adición de calor isocrórico. En un ciclo Diesel ideal, el sistema que ejecuta el ciclo se somete a una serie de cuatro procesos: dos procesos isentrópicos (adiabáticos reversibles) alternados con un proceso isocrórico y un proceso isobárico.Dado que el principio de Carnot establece que ningún motor puede ser más eficiente que un motor reversible ( un motor térmico de Carnot ) que opera entre los mismos depósitos de alta temperatura y baja temperatura, el motor Diesel debe tener una eficiencia menor que la eficiencia de Carnot. Un motor automotriz diesel típico opera con alrededor del 30% al 35% de eficiencia térmica. Aproximadamente 65-70% se rechaza como calor residual sin convertirse en trabajo útil, es decir, trabajo entregado a las ruedas. En general, los motores que usan el ciclo Diesel suelen ser más eficientes que los motores que usan el ciclo Otto. El motor diesel tiene la mayor eficiencia térmica de cualquier motor de combustión práctico. Motores diesel de baja velocidad(como se usa en los barcos) puede tener una eficiencia térmica que excede el 50% . El motor diésel más grande del mundo alcanza el 51,7%.

Motor diesel de cuatro tiempos

Los motores diésel se pueden diseñar como ciclos de dos o cuatro tiempos. El motor diesel de cuatro tiempos es un motor de combustión interna (IC) en el que el pistón completa cuatro tiempos separados mientras gira un cigüeñal. Un golpe se refiere al recorrido completo del pistón a lo largo del cilindro, en cualquier dirección. Por lo tanto, cada carrera no corresponde a un solo proceso termodinámico dado en el capítulo Ciclo Diesel – Procesos.

El motor de cuatro tiempos comprende:

  • la carrera de admisión: el pistón se mueve desde el punto muerto superior (TDC) al punto muerto inferior (BDC) y el ciclo pasa los puntos 0 → 1. En esta carrera, la válvula de admisión está abierta mientras el pistón introduce aire (sin combustible) en el cilindro produciendo presión de vacío en el cilindro a través de su movimiento hacia abajo.
  • la carrera de compresión: el pistón se mueve desde el punto muerto inferior (BDC) al punto muerto superior (TDC) y el ciclo pasa los puntos 1 → 2. En esta carrera, las válvulas de admisión y escape están cerradas, lo que da como resultado una compresión de aire adiabática (es decir, sin transferencia de calor hacia o desde el medio ambiente). Durante esta compresión, el volumen se reduce, la presión y la temperatura aumentan. Al final de esta carrera, se inyecta combustible y se quema en el aire caliente comprimido. Al final de este golpe, el cigüeñal ha completado una revolución completa de 360 ​​grados.
  • la carrera de potencia: el pistón se mueve desde el punto muerto superior (TDC) al punto muerto inferior (BDC) y el ciclo pasa los puntos 2 → 3 → 4. En esta carrera, las válvulas de admisión y escape están cerradas. Al comienzo de la carrera de potencia, se produce una combustión casi isobárica entre 2 y 3. En este intervalo, la presión permanece constante ya que el pistón desciende y el volumen aumenta. A las 3 se completa la inyección de combustible y la combustión, y el cilindro contiene gas a una temperatura más alta que a 2. Entre 3 y 4, este gas caliente se expande, de nuevo aproximadamente adiabáticamente. En esta carrera, el pistón se conduce hacia el cigüeñal, el volumen aumenta y el trabajo en el pistón lo realiza.
  • La carrera de escape. El pistón se mueve desde el punto muerto inferior (BDC) al punto muerto superior (TDC) y el ciclo pasa los puntos 4 → 1 → 0. En esta carrera, la válvula de escape está abierta mientras el pistón extrae los gases de escape de la cámara. Al final de este golpe, el cigüeñal ha completado una segunda revolución completa de 360 ​​grados.

Tenga en cuenta que: en un caso ideal, la expansión adiabática debe continuar, hasta que la presión caiga a la del aire circundante. Esto aumentaría la eficiencia térmica de dicho motor, pero esto también causa dificultades prácticas con el motor. Simplemente el motor tendría que ser mucho más grande.

Ejemplos de relaciones de compresión: gasolina versus diesel

  • La relación de compresión en un motor de gasolina generalmente no será mucho mayor que 10: 1 debido a un potencial golpe del motor (autoencendido) y no menor a 6: 1 .
  • Un Subaru Impreza WRX turboalimentado tiene una relación de compresión de 8.0: 1 . En general, los motores turboalimentados o sobrealimentados ya tienen aire comprimido en la entrada de aire, por lo tanto, generalmente están construidos con una relación de compresión más baja.
  • Un motor Honda S2000 estándar (F22C1) tiene una relación de compresión de 11.1: 1 .
  • Algunos motores deportivos deportivos pueden tener una relación de compresión de hasta 12.5: 1 (por ejemplo, Ferrari 458 Italia).
  • En 2012, Mazda lanzó nuevos motores de gasolina bajo la marca SkyActiv con una relación de compresión de 14: 1 . Para reducir el riesgo de golpe del motor, el gas residual se reduce mediante el uso de sistemas de escape del motor 4-2-1 , implementando una cavidad de pistón y optimizando la inyección de combustible.
  • Los motores Diesel tienen una relación de compresión que normalmente supera 14: 1 y también son comunes relaciones superiores a 22: 1.

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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: [email protected] o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.