Optimización de Motores de Combustión Interna: Ciclos, Inyección y Tratamiento de Gases
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Ciclos de Motor Avanzados
Ciclo Atkinson
El Ciclo Atkinson se caracteriza por una alta relación de compresión (R.C. 13:1) y una reducción de la carrera de compresión mediante el retraso del cierre de la válvula de admisión. Una desventaja de este ciclo es su menor potencia.
Ciclo Miller
El Ciclo Miller es similar al ciclo Atkinson, pero con la adición de un sistema de sobrealimentación.
Sistemas de Inyección de Combustible
Motor SIDI (Spark Ignition Direct Injection)
El Motor SIDI utiliza inyección de combustible a alta presión (150-290 bar) directamente en la cámara de combustión. Esto permite una mejor atomización y homogenización de la mezcla aire-combustible, resultando en un 8% más de eficiencia en comparación con los sistemas MPFI (Multiport Fuel Injection).
FSI (Fuel Stratified Injection)
El sistema FSI es similar al sistema common rail diésel, pero adaptado para gasolina. Sus elementos adicionales incluyen:
- Bomba de alta presión
- Sensor de presión de riel
- Válvula reguladora de presión
- Inyector de alta presión
- Válvula dosificadora
Trabajo de los Inyectores FSI
Los inyectores FSI operan a alta presión, utilizando un método de pre-inyección a 90 voltios para luego completar la inyección con baja corriente.
Modos de Operación del Motor
Modo Estratificado
En el modo estratificado, el valor lambda se encuentra entre 1.6 y 3, lo que significa que hay un exceso de aire. La combustión se produce en puntos cercanos a la bujía, lo que resulta en un mayor rendimiento térmico.
Funcionamiento del Modo Estratificado
La mezcla se dirige hacia la zona de la bujía gracias al movimiento del aire y la proyección de la zona rebajada del pistón. La vaporización permite una R.C. más alta. El flujo de aire tipo torbellino es generado por la mariposa del múltiple de admisión y la cabeza del pistón. El combustible se inyecta en el último tercio del ciclo de compresión, dirigiéndose al rebaje del pistón y propagándose por la geometría del inyector. Durante el tiempo de trabajo, se produce la chispa e inflamación. El aire del perímetro de la cámara actúa como aislante, reduciendo la pérdida de calor y haciendo al motor más eficiente térmicamente.
Condiciones de Trabajo del Modo Estratificado
- Baja carga de motor y/o RPM
- Ausencia de DTCs (Diagnostic Trouble Codes) relacionados con gases de escape
- Temperatura del motor superior a 50°C
- Sensor NOx funcional
- Temperatura del catalizador entre 250 y 500°C
Modo Homogéneo
En el modo homogéneo, el valor lambda es cercano a 1. La variación del flujo de aire, a diferencia del modo estratificado, se produce porque la chapaleta o mariposa del múltiple de admisión se abre completamente. La mezcla homogénea se propaga por toda la cámara de combustión.
Tratamiento de Gases de Escape
Función del Catalizador
El catalizador transforma los componentes contaminantes presentes en los gases de escape en sustancias inofensivas mediante un proceso químico.
Sonda Lambda de Banda Ancha
La sonda Lambda de banda ancha es un sensor de oxígeno de alta precisión, generalmente de zirconio.
Sensor de Temperatura de Gases de Escape
El sensor de temperatura de gases de escape indica la operación del modo estratificado, que debe estar entre 250 y 300 °C.
Acumulador del Catalizador
El acumulador del catalizador es un componente o capa adicional en el catalizador que acumula y procesa los gases NOx. En modo homogéneo, actúa igual que un catalítico normal, mientras que en modo estratificado actúa como acumulador.
Tratamiento de NOx
Los NOx, gracias a la capa de platino, se convierten en óxido nítrico. Este, al combinarse con el óxido bárico, se transforma en nitrato bárico.
Regeneración
La regeneración debe suceder con un valor lambda mayor a 1 (homogéneo enriquecido). En presencia de CO, el nitrato bárico se transforma en óxido bárico, resultando dióxido de carbono (CO2) y óxido nítrico (NOx). Estos, con la acción del platino y rodio, se convierten en nitrógeno (N²) y el CO se convierte en CO².