Componentes del motor
Este libro se centra en el encendido por compresión de la gasolina (GCI), que ofrece la posibilidad de obtener motores de alta eficiencia y bajas emisiones de escape a un coste menor. Un motor GCI es un motor de encendido por compresión (CI) que funciona con combustibles similares a la gasolina (incluso con gasolina de bajo octanaje), lo que facilita considerablemente el control de las partículas y los NOx, pero con una alta eficiencia. Se destaca el estado de desarrollo para hacer viable la combustión GCI en vehículos prácticos, por ejemplo, en la superación de los problemas en el arranque en frío, las tasas de aumento de presión a altas cargas, los transitorios y las emisiones de HC y CO. Este libro será una guía útil para el mundo académico y la industria.
Los motores de gasolina de encendido por compresión (GCI) ofrecen la perspectiva de una alta eficiencia similar a la de los motores diesel, al tiempo que facilitan el control de las emisiones de partículas y NOx. En el concepto GCI, se utilizan combustibles similares a la gasolina, cuya autoignición es mucho más difícil que la de los combustibles diesel, con estrategias de inyección que permiten una combustión parcialmente premezclada. Sin embargo, hay mucho más tiempo para mezclar el combustible con el oxígeno en el cilindro en comparación con el gasóleo, por lo que la combustión premezclada es mucho más fácil y las emisiones de partículas y NOx pueden reducirse sustancialmente. Las presiones de inyección pueden ser más bajas que en los motores diésel modernos, que utilizan combustible diésel, donde hay que utilizar presiones de inyección muy altas para promover la combustión premezclada. Además, el sistema de postratamiento se centra en el control de los HC y el CO en lugar de las partículas y los NOx. Por lo tanto, un motor GCI puede ser más barato que un motor diésel moderno y, al mismo tiempo, ofrecer una eficiencia similar. Además, un motor GCI podría funcionar con combustibles de bajo octanaje, lo que ofrece más ventajas al reducir las emisiones de energía y de gases de efecto invernadero (GEI) en la refinería durante su fabricación. Este primer capítulo describe el proceso de GCI y ofrece una breve descripción de los capítulos siguientes.
Motor de 4 tiempos
El concepto de encendido por compresión consiste en utilizar el calor latente generado por la alta compresión del aire dentro de una cámara de combustión como medio para encender el combustible. El proceso consiste en comprimir una carga de aire en el interior de la cámara de combustión a una relación de aproximadamente 21:1 (en comparación con la relación de aproximadamente 9:1 de un sistema de encendido por chispa).
Este alto nivel de compresión genera un calor y una presión enormes en el interior de la cámara de combustión, justo cuando el combustible se prepara para ser suministrado. Una boquilla de inyección conectada a la cámara de combustión rocía una niebla de combustible exactamente dosificada en el aire comprimido caliente, que estalla en una explosión controlada que hace girar la masa giratoria dentro del motor.
El encendido por compresión también se conoce comúnmente como motor diésel, en gran medida porque es un elemento básico de un encendido diésel. La gasolina requiere el encendido por chispa para arrancar, pero el diésel puede arrancar a través de este medio alternativo de encendido.
Junto con la potencia de arranque añadida del encendido por compresión mucho más fuerte, el desgaste general de un motor es significativamente menor que el de un motor de gasolina, lo que significa menos mantenimiento y conservación de su vehículo diesel. Dado que no hay encendido por chispa, la ausencia de bujías o cables de chispa significa menos costes en ese departamento también. También son más eficientes que los motores de gasolina a la hora de convertir el combustible en potencia, lo que se traduce en un mayor ahorro de combustible.
Motor diesel de 4 tiempos
Los vehículos diésel son similares a los de gasolina porque ambos utilizan motores de combustión interna. Una de las diferencias es que los motores diesel tienen un sistema de inyección por encendido por compresión en lugar del sistema de encendido por chispa que utilizan la mayoría de los vehículos de gasolina. En un sistema de encendido por compresión, el combustible diesel se inyecta en la cámara de combustión del motor y se enciende por las altas temperaturas que se alcanzan cuando el gas es comprimido por el pistón del motor. A diferencia de los sistemas de control de emisiones de los vehículos de gasolina, muchos vehículos diésel tienen componentes adicionales de postratamiento que reducen las partículas y descomponen las peligrosas emisiones de óxido de nitrógeno (NOx) en nitrógeno y agua inofensivos. El diésel es un combustible habitual en el transporte, y varias otras opciones de combustible utilizan sistemas y componentes de motor similares. Conozca las opciones de combustibles alternativos.
Sistema de postratamiento: Este sistema está formado por múltiples componentes, que se encargan de filtrar los gases de escape del motor para cumplir con los requisitos de emisiones del tubo de escape. Después de que los gases de escape del motor se filtren a través del filtro de partículas diésel (DPF) y el catalizador de oxidación diésel para reducir las partículas, el líquido de escape diésel (DEF) se inyecta en la mezcla de gases de escape y, a continuación, se reduce a nitrógeno y agua mediante la conversión química dentro del reductor catalítico selectivo (SCR) antes de ser liberado a la atmósfera a través del tubo de escape del vehículo.
Historia de los motores diesel
Los motores ligeros de encendido por compresión (IC) que funcionan con combustibles diésel tienen la mayor eficiencia del ciclo termodinámico de todos los tipos de motores ligeros. La ventaja de la eficiencia del ciclo termodinámico de los motores diésel de encendido por compresión con respecto a los motores de gasolina de encendido por chispa se debe a tres factores principales: el uso de mezclas pobres en el motor diésel de encendido por compresión, la ausencia de estrangulamiento de la carga de admisión y las mayores relaciones de compresión. En un vehículo equipado con un motor diésel de encendido, hay una ventaja adicional de reducción del consumo volumétrico de combustible (por ejemplo, galones/100 millas) porque el combustible diésel proporciona más energía por galón que la gasolina, como se discute más adelante en este capítulo.
El consumo de combustible de los sistemas de motor está impulsado por dos elementos principales, el motor base (es decir, el subsistema de combustión, la fricción, los accesorios, etc.) y el subsistema de postratamiento de los gases de escape. En consecuencia, el consumo de combustible de un sistema de motor depende tanto del motor de base como del postratamiento. A continuación se analizan las tecnologías que afectan al consumo de combustible del sistema del motor mediante cambios en el motor de base y en el sistema de postratamiento.