Así, podemos diferenciar 3 tipos distintos de parámetros:
- Parámetros geométricos: son los que permiten caracterizar geométricamente las dimensiones de los elementos más importantes de un motor. Condicionan el funcionamiento en lo que concierne a prestaciones y emisiones.
- Parámetros de funcionamiento: son los que definen el estado operativo del motor.
- Parámetros indicados y efectivos: caracterizan las prestaciones y emisiones de un motor en un determinado punto de operación. Estos parámetros se calculan en base a condiciones medidas en la cámara de combustión, y parámetros efectivos los disponibles en el eje. Son decisivos a la hora de evaluar el funcionamiento de un motor, ya que nos dan información sobre el rendimiento, la potencia y las emisiones.
Parámetros geométricos
Diámetro del cilindro (D)
Caracteriza el tamaño del motor, se denomina también calibre.
Carrera del pistón (S)
Es la distancia que recorre el pistón en su desplazamiento alternativo, es decir, la distancia que hay entre el PMS y el PMI.
S=2*l
Siendo l la longitud de la manivela del cigueñal.
Relación carrera-diámetro (S/D)
Según cual sea la relación, tendremos motores supercuadrados si S/D<1, cuadrados si es =1, y alargados si es >1.
Cuanto mayor sea S/D, mayor será la compacidad de la cámara, <velocidad de giro, <espacio para válvulas, <pérdidas de calor, y <robustez del cigueñal.
Longitud de la manivela (l)
Es el elemento que permite la conversión del movimiento de traslación y rotación de la biela en una rotación en torno al eje del cigueñal, por lo tanto, afecta al esfuerzo torsor que recibe el cigueñal.
Longitud de la biela (L)
Suele ser conveniente que la longitud entre sus centros sea mínima, para reducir la altura del motor, evitando el choque de la falda del pistón con el cigüeñal. Podemos adimensionalizar L con la carrera.
Sección del pistón (Ap)
Sirve para referir las prestaciones mecánicas y el gasto de aire al comparar motores.
Cilindrada unitaria (VD)
Es el volumen desplazado por el émbolo desde el PMS al PMI.
VD=Ap*S
Volumen de la cámara de combustión (Vc)
Es el volumen del cilindro cuando el pistón está en el PMS.
Relación de compresión (r)
Es el cociente entre el volumen máximo (PMI) y el mínmo (PMS).
Estos valores están relacionados con el tipo de combustión.
Debido a que en los MCIA se cierran las válvulas con un cierto retraso respecto a la llegada a los puntos muertos, la relación de compresión diferirá con la dada por la definición. Entonces definimos como relación de compresión volumétrica efectiva (re).
Número y diámetro de válvulas (Nv, Dv)
Si una de las 2 o las 2 aumentan, disminuya la pérdida de admisión y mejora el llenado, es decir, afectan al llenado del cilindro y a la pérdida de carga en admisión.
Levantamiento de las válvulas (Lv)
También llamado alzada. Afecta al área efectiva de paso y a los esfuerzos del sistema de distribución.
Levantamientos excesivos no mejoran las pérdidas, y suponen esfuerzos elevados.
Sección de paso de válvulas (Av)
Cuando la válvula está cerrada acopla en su asiento cónico herméticamente y cuando abre descubre una sección conocida como sección de paso de válvula. Debido a la geometría de la válvula y de su asiento, esta sección puede referirse al área de plato, que valdrá.
O también puede referirse al área de cortina o área geométrica, que valdrá.
Debido al estrechamiento de la vena fluida por el paso de la válvula, definimos un coeficiente de descarga CD, que depende del levantamiento y de la configuración del flujo que resulte, con lo que se puede conocer la sección efectiva de la válvula al paso del flujo, a través de esta expresión.
Diagrama de distribución
Se refieren al giro del cigueñal antes y después de los puntos muertos. Afectan a la renovación de la carga y a las prestaciones mecánicas.
Número de cilindros (Z)
Uno o varios cilindros iguales, que en paralelo aportan potencia al eje común, con un desfase entre ellos.
Disposición de los cilindros
Los cilindros se pueden colocar de diferentes formas y orientaciones (línea, V, boxer...), esto afectará a la geometría global y al equilibrado del motor.
Aunque el espacio ocupado por los cilindros es el facto fundamental de la elección de la disposición, no debemos olvidar que hay otros aspectos importantes como las vibraciones generadas en el funcionamiento.
Cilindrada total (VT)
VT=VD*Z
Este parámetro está directamente relacionado con la potencia del motor, pues define la capacidad de admitir aire por parte del motor.
Número de ciclos por revolución (i)
Es el número de ciclos competados en cada revolución del cigueñal. Un motor 4T necesita 2 vueltas por ciclo, por lo que i=1/2, mientras que un motor 2T necesita solo una revolución, por tanto i=1.
Longitud y diámetro de los colectores (Lc, Dc)
Afecta a la pérdida de admisión e inercia de la corriente. Tienen mucha importancia en el proceso de llenado y vaciado de los gases de los MCIA (proceso de renovación de la carga).Si la longitud aumenta y/o baja el diámetro, las pérdidas por fricción con las paredes aumentan, además, los fenómenos de propagación de ondas de presión a lo largo de los tubos dependen de estas dimensiones.
Parámetros de funcionamiento
Régimen de giro y velocidad media del pistón (n, cm)
El régimen de giro del motor es el número de revoluciones por unidad de tiempo, y determina la frecuencia de repetición del ciclo de trabajo in.
Tiene un rango de variación más o menos amplio, según la aplicación, que permite variar la potencia del motor.
La velocidad media del pistón se la velocidad media a la que se desplaza el pistón por el cilindro. Tiene un rango mucho más acotado que el régimen de giro. Si esta velocidad aumenta, mejora la potencia específica pero empeora la fiabilidad y la vida del motor.
cm=2*S*n
Las bajas velocidades medias van asociadas a motores en los que se busca la fiabilidad y la duración, y/o un coste de fabricación bajo, a costa de la potencia máxima, mientras que las altas velocidades van asociadas a elevados regímenes, para obtener más potencia.
Grado de carga (alfa)
Cuantifica lo que proporciona el motor compara con lo máximo que puede dar a igual régimen. Se suele aplicar al par en el eje, a la potencia e incluso al caudal de combustible.
La regulación del grado de carga, se consigue de formas diferentes dependiendo del motor.
Para los MEC se hace inyectando más o menos combustible, lo que modifica la calidad de la mezcla al modificar la relación entre la masa de combustible y aire, es por tanto una regulación cualitativa.
En los MEP convencionales se hace cerrando la válvula de mariposa en la admisión, el gasto de mezcla admitida disminuye (regulación cuantitativa), pues a través de ella la presión cae, mientras que la temperatura queda prácticamente inalterada. Otra forma de definir el grado de carga de estos motores es por el ángulo de posición de la mariposa del acelerador.
En los MEP de mezcla estratificada, la regulación de la carga será similar a la de los MEC si la carga es media-baja, y se hará de forma parecida a los MEP convencionales si la mezcla es alta.
Gasto de aire y rendimiento volumétrico
El gasto de aire es el caudal másico de aire admitido por unidad de tiempo, normalmente en (g/s). A veces se expresa por unidades de sección transversal del pistón, o como masa por cilindro y ciclo. A este aire se le puede añadir combustible durante la admisión, e incluso gases recirculados del escape (EGR)
Parte de este gasto puede pasar directamente de la admisión al escape, y por tanto, no permanecer en el cilindro, a este gasto se le llama cortocircuito.
El rendimiento volumétrico es el gasto másico total admitido por el motor en relación al desplazado por los pistones, en condiciones de referencia (condiciones ambiente, pipa de admisión...).
Las condiciones de referencia que se toman para calcular la densidad de referencia hacen que el rendimiento volumétrico evalúe la eficacia de la admisión de todos los sistemas del motor situados corriente abajo del punto de referencia. La referencia más usada es justo corriente arriba del colector de admisión. Con esta referencia, el rendimiento volumétrico no suele superar la unidad.
El rendimiento volumétrico se suele referir al aire porque es muy fácil de medir y es el portador principal de oxígeno para la combustión
Gasto de combustible y poder calorífico
El gasto de combustible es la cantidad de combustible que pasa al motor por unidad de tiempo, se suele dar en mg/s.
El poder calorífico PC es la cantidad de calor liberado con combustión completa y perfecta por unidad de masa de combustible.
Debido a que los combustibles suelen formar agua al arder y el agua posee un elevado calor latente de vaporización, consideramos 2 poderes caloríficos.
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Gasto de aire y rendimiento volumétrico
El gasto de aire es el caudal másico de aire admitido por unidad de tiempo, normalmente en (g/s). A veces se expresa por unidades de sección transversal del pistón, o como masa por cilindro y ciclo. A este aire se le puede añadir combustible durante la admisión, e incluso gases recirculados del escape (EGR)
Parte de este gasto puede pasar directamente de la admisión al escape, y por tanto, no permanecer en el cilindro, a este gasto se le llama cortocircuito.
El rendimiento volumétrico es el gasto másico total admitido por el motor en relación al desplazado por los pistones, en condiciones de referencia (condiciones ambiente, pipa de admisión...).
Las condiciones de referencia que se toman para calcular la densidad de referencia hacen que el rendimiento volumétrico evalúe la eficacia de la admisión de todos los sistemas del motor situados corriente abajo del punto de referencia. La referencia más usada es justo corriente arriba del colector de admisión. Con esta referencia, el rendimiento volumétrico no suele superar la unidad.
El rendimiento volumétrico se suele referir al aire porque es muy fácil de medir y es el portador principal de oxígeno para la combustión
Gasto de combustible y poder calorífico
El gasto de combustible es la cantidad de combustible que pasa al motor por unidad de tiempo, se suele dar en mg/s.
El poder calorífico PC es la cantidad de calor liberado con combustión completa y perfecta por unidad de masa de combustible.
Debido a que los combustibles suelen formar agua al arder y el agua posee un elevado calor latente de vaporización, consideramos 2 poderes caloríficos.
- Poder calorífico superior (PCS): cuando el agua de los gases productos de la combustión queda en fase líquida.
- Poder calorífico inferior (PCI): cuando el agua de los gases de los productode de la combustión queda en fase vapor.
En los MCIA la temperatura de escape suele ser superior a 100ºC, por lo el poder calorífico adecuado en los cálculos es el PCI
Dosado
Es la relación másica entre el gasto de combustible y el de aire.
El dosado cumple un papel importante no solamente en la combustión, sino también en el desarrollo del ciclo, determinando el trabajo, la eficiencia y los residuos tóxicos en el gas de escape.
Recirculación de gases de escape (EGR)
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