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Motor diesel radial de dos tiempos Nordberg utilizado anteriormente en una estación de bombeo en el lago Okeechobee

Un motor diesel de dos tiempos es un motor diesel que funciona combinando lo que normalmente son cuatro ciclos: admisión, compresión, combustión y escape en solo dos tiempos (una revolución) del motor. Fue inventado por Hugo Güldner  [ de ] en 1899. [1]

Todos los motores diésel utilizan encendido por compresión , un proceso mediante el cual se inyecta combustible después de que el aire se comprime en la cámara de combustión, lo que provoca que el combustible se encienda automáticamente . Por el contrario, los motores de gasolina utilizan el ciclo Otto , o en algunos motores recientes de alta eficiencia, el ciclo Atkinson , en el que el combustible y el aire se mezclan antes de ingresar a la cámara de combustión y luego se encienden con una bujía .

Historia [ editar ]

Según el diseñador del primer motor diésel operativo, Imanuel Lauster , Diesel nunca tuvo la intención de utilizar el principio de dos tiempos para el motor diésel. Se cree que Hugo Güldner inventó el motor diesel de dos tiempos. Diseñó el primer motor diésel de dos tiempos operativo en 1899 y convenció a MAN , Krupp y Diesel para que financiaran la construcción de este motor con 10.000 libras esterlinas cada uno. [2] El motor de Güldner tenía un cilindro de trabajo de 175 mm y un cilindro de barrido de 185 mm; ambos tenían una carrera de 210 mm. La potencia de salida indicada fue 12 PS (8826 W). [3]En febrero de 1900, este motor funcionó con energía propia por primera vez. Sin embargo, con su potencia de salida real de solo 6.95 PS (5112 W) y un alto consumo de combustible de 380 g · PS −1 · h −1 (517 g · kW −1 · h −1 ), no resultó exitoso ; [4] El proyecto de motor diesel de dos tiempos de Güldner fue abandonado en 1901. [5]

En 1908, MAN Nürnberg ofreció motores diésel de dos tiempos de pistón de acción simple para uso marino, [6] el primer motor de pistón de acción doble de MAN Nürnberg se fabricó en 1912 para una planta de energía eléctrica. [7] En colaboración con Blohm + Voss en Hamburgo , MAN Nürnberg construyó el primer motor de dos tiempos de pistón de doble efecto para uso marino en 1913/1914. [8] Durante la Primera Guerra Mundial, MAN Nürnberg construyó un motor diesel de seis cilindros, pistón de doble acción y dos tiempos con una potencia nominal de 12.400 PS (9120 kW). [6] MAN trasladó su departamento de motores diésel de dos tiempos de Nuremberg a Augsburg en 1919. [9]

Charles F. Kettering y sus colegas, que trabajaron en General Motors Research Corporation y en la subsidiaria de GM Winton Engine Corporation durante la década de 1930, avanzaron en el arte y la ciencia de la tecnología diesel de dos tiempos para producir motores con relaciones de potencia a peso y rango de potencia mucho más altas. que los diésel de cuatro tiempos contemporáneos . La primera aplicación móvil de energía diesel de dos tiempos fue con los aerodinámicos diesel de mediados de la década de 1930 y el trabajo de desarrollo continuo resultó en motores diesel de dos tiempos mejorados para aplicaciones de locomotoras y marinas a fines de la década de 1930. Este trabajo sentó las bases para la dieselización de los ferrocarriles en las décadas de 1940 y 1950. [10]

Dos trazos [ editar ]

Modelo seccionado de un motor diésel marino de dos tiempos MAN B&W con el vástago del pistón unido a una cruceta

Los motores de combustión interna de dos tiempos son mecánicamente más simples que los motores de cuatro tiempos , pero más complejos en los procesos termodinámicos y aerodinámicos , según las definiciones de SAE . En un motor de dos tiempos, los cuatro "ciclos" de funcionamiento del motor de combustión interna (admisión, compresión, encendido, escape) ocurren en una revolución, 360 ° de rotación, mientras que en un motor de cuatro tiempos ocurren en dos revoluciones completas. 720 ° de rotación. En un motor de dos tiempos, se produce más de una función en un momento dado durante el funcionamiento del motor.

  • La admisión comienza cuando el pistón está cerca del punto muerto inferior (BDC). El aire ingresa al cilindro a través de puertos en la pared del cilindro (no hay válvulas de admisión ). Todos los motores diésel de dos tiempos requieren aspiración artificial para funcionar y utilizarán un soplador de accionamiento mecánico o un turbocompresor para cargar el cilindro con aire. En la fase inicial de la admisión, la carga de aire también se utiliza para expulsar los gases de combustión restantes de la carrera de potencia anterior, un proceso conocido como barrido .
  • A medida que se eleva el pistón, se comprime la carga de aire de admisión. Cerca del punto muerto superior, se inyecta combustible, lo que provoca la combustión debido a la presión extremadamente alta de la carga y al calor creado por la compresión, que impulsa el pistón hacia abajo. A medida que el pistón se mueve hacia abajo en el cilindro, llegará a un punto donde se abre el puerto de escape para expulsar los gases de combustión a alta presión. Sin embargo, la mayoría de los motores diésel de dos tiempos actuales utilizan válvulas de asiento montadas en la parte superior y barrido uniforme . El movimiento continuo hacia abajo del pistón expondrá los puertos de entrada de aire en la pared del cilindro y el ciclo comenzará de nuevo.

En la mayoría de los motores de dos tiempos EMD y GM (es decir, Detroit Diesel ), muy pocos parámetros son ajustables y todos los restantes están fijados por el diseño mecánico de los motores. Los puertos de barrido están abiertos desde 45 grados antes de BDC, hasta 45 grados después de BDC (este parámetro es necesariamente simétrico con BDC en motores con puertos de pistón). Los parámetros restantes, ajustables, tienen que ver con la válvula de escape y la sincronización de la inyección (estos dos parámetros no son necesariamente simétricos con respecto al TDC o, para el caso, al BDC), se establecen para maximizar el escape de gas de combustión y para maximizar la entrada de aire de carga. Un solo árbol de levas opera las válvulas de escape de asiento y el inyector unitario, utilizando tres lóbulos: dos lóbulos para las válvulas de escape (ya sea dos válvulas en los motores más pequeños o cuatro válvulas en el más grande, y un tercer lóbulo para el inyector unitario).

Específico para motores EMD de dos tiempos ( 567 , 645 y 710 ):

  • La carrera de potencia comienza en TDC ([0 °]; la inyección de combustible adelanta TDC en 4 ° [356 °], de modo que la inyección de combustible se completará con TDC o muy poco después; [ cita requerida ] el combustible se enciende tan rápido como se inyecta), después de la carrera de potencia se abren las válvulas de escape, lo que reduce en gran medida la presión y la temperatura del gas de combustión y prepara el cilindro para la limpieza, para una duración de la carrera de potencia de 103 °.
  • El barrido comienza 32 ° más tarde, en BDC – 45 ° [135 °], y termina en BDC + 45 ° [225 °], con una duración de barrido de 90 grados; el retraso de 32 ° en la apertura de los puertos de barrido (limitando la longitud de la carrera de potencia), y el retraso de 16 ° después de que los puertos de barrido se cierran (iniciando así la carrera de compresión), maximiza la eficacia de barrido, maximizando así la potencia de salida del motor y minimizando consumo de combustible del motor.
  • Hacia el final del barrido, todos los productos de la combustión han sido expulsados ​​del cilindro y solo queda "aire de carga" (el barrido puede realizarse con sopladores Roots, para la inducción del aire de carga a una temperatura ligeramente superior a la ambiente, o con el turbocompresor patentado de EMD, que actúa como un soplador durante el arranque y como un turbocompresor en condiciones normales de funcionamiento, y para la inducción del aire de carga a una temperatura significativamente superior a la ambiente, [i] y cuya turboalimentación proporciona un aumento de potencia nominal máximo del 50 por ciento sobre los motores Roots de la mismo desplazamiento).
  • La carrera de compresión comienza 16 ° más tarde, en BDC + 61 ° [241 °], para una duración de carrera de compresión de 119 °.
  • En los motores equipados con EFI , el inyector unitario controlado electrónicamente todavía se acciona mecánicamente; la cantidad de combustible que se alimenta a la bomba del inyector de émbolo está bajo el control de la unidad de control del motor (en las locomotoras, unidad de control de la locomotora), en lugar del regulador Woodward PGE tradicional o el regulador del motor equivalente, como en los inyectores unitarios convencionales.

Específico para motores GM de dos tiempos ( 6-71 ) y motores de dos tiempos en carretera / todoterreno / marinos relacionados:

  • Se emplean las mismas consideraciones básicas (los motores GM / EMD 567 y GM / Detroit Diesel 6-71 fueron diseñados y desarrollados al mismo tiempo, y por el mismo equipo de ingenieros y gerentes de ingeniería).
  • Mientras que algunos motores EMD y Detroit Diesel emplean turbocompresor, solo dichos motores EMD emplean un sistema de turbocompresor; Dichos motores Detroit Diesel emplean un turbocompresor convencional, en algunos casos con enfriamiento intermedio, seguido del soplador Roots habitual, ya que un sistema de turbocompresor sería demasiado costoso para estas aplicaciones altamente competitivas y sensibles a los costos.

Fabricantes notables [ editar ]

Motor diésel Brons V8 de dos tiempos que impulsa un generador Heemaf
  • Burmeister & Wain (parte de MAN Diesel desde 1980), diesel de doble efecto para propulsión marina a partir de 1930, también fabricados por constructores navales bajo licencia.
  • Detroit Diesel , motores uniflow [11] para camiones de carretera y todoterreno, autobuses de carretera y aplicaciones estacionarias
  • Doxford , motores diesel marinos de baja velocidad de pistones opuestos.
  • Electro-Motive Diesel , motores diesel uniflow para aplicaciones marinas, ferroviarias y estacionarias
  • Fairbanks-Morse , motores diesel de pistones opuestos para aplicaciones marinas y estacionarias. Una copia mejorada sin licencia del motor aerodinámico Junkers Jumo 205 .
  • Foden , serie FD de motores diesel para vehículos comerciales, energía marina e industrial.
  • Junkers , patente de 1892, diseño de pistón opuesto para motores estacionarios, marinos y automotrices (cigüeñal único), uso posterior de aeronaves con diseño de cigüeñal doble (Junkers Jumo 205).
  • Grey Marine , motores diésel uniflow para aplicaciones marinas
  • MAN Diesel & Turbo , motores diesel de cruceta para propulsión marina
  • Mitsubishi Heavy Industries , motores diésel de cruceta para propulsión marina
  • Motores diésel de dos tiempos , Napier & Son , Napier Deltic y Napier Culverin, de pistones opuestos, sin válvulas, sobrealimentados y con barrido uniforme. Comenzando con el derivado Junkers Jumo 205 con licencia .
  • Rootes Group , el motor Commer TS3 para camiones
  • Wärtsilä , motores diésel de cruceta para propulsión marina

Bibliografía [ editar ]

Obras citadas [ editar ]

  • Sloan, Alfred P. (1964), McDonald, John (ed.), Mis años con General Motors , Garden City, NY, EE. UU .: Doubleday, LCCN  64011306 , OCLC  802024 . Reeditado en 1990 con una nueva introducción de Peter Drucker ( ISBN 978-0385042352 ). 

Lectura adicional [ editar ]

  • Walshaw, TD (1953), Diseño de motor diesel (2a ed.), Londres, Inglaterra: George Newnes Ltd, LCCN  54029678 .

Notas [ editar ]

  1. ^ Los caballos de fuerza para los motores de aspiración natural (incluidos los motores Roots de dos tiempos) generalmente se reducen un 2.5% por cada 1,000 pies (300 m) sobre el nivel medio del mar, una tremenda penalización en los 10,000 pies (3,000 m) o mayores elevaciones, que varios Los ferrocarriles del oeste de EE. UU. Y Canadá funcionan, y esto puede representar una pérdida de energía del 25%. La turboalimentación elimina eficazmente esta reducción de potencia

Referencias [ editar ]

  1. ^ Günter Mau: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Springer-Vieweg, Braunschweig / Wiesbaden 1984, ISBN 978-3-528-14889-8 . pag. 7 
  2. ^ Friedrich Sass: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918 , Springer, Berlín / Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6 . pag. 502 
  3. ^ Friedrich Sass: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918 , Springer, Berlín / Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6 . pag. 503 
  4. ^ Friedrich Sass: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918 , Springer, Berlín / Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6 . pag. 504 
  5. ^ Friedrich Sass: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918 , Springer, Berlín / Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6 . pag. 505 
  6. ↑ a b Günter Mau: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Springer-Vieweg, Braunschweig / Wiesbaden 1984, ISBN 978-3-528-14889-8 . pag. dieciséis 
  7. ^ Günter Mau: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Springer-Vieweg, Braunschweig / Wiesbaden 1984, ISBN 978-3-528-14889-8 . pag. 9 
  8. ^ Günter Mau: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Springer-Vieweg, Braunschweig / Wiesbaden 1984, ISBN 978-3-528-14889-8 . pag. 10 
  9. ^ Günter Mau: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Springer-Vieweg, Braunschweig / Wiesbaden 1984, ISBN 978-3-528-14889-8 . pag. 17 
  10. ^ Sloan 1964 , págs. 341–353.
  11. ^ MTU Inc, motores Detroit Diesel de 2 tiempos .