Motor diésel

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El motor diésel, llamado así por Rudolf Diesel, es un motor de combustión interna en el que el encendido del combustible se produce por la elevada temperatura del aire en el cilindro debido a la compresión mecánica; por lo tanto, el motor diesel es el denominado motor de encendido por compresión (motor CI). Esto contrasta con los motores que usan bujía-encendido de la mezcla aire-combustible, como un motor de gasolina (motor de gasolina) o un motor de gas (usando un combustible gaseoso como gas natural o gas licuado de petróleo).

Los motores diésel funcionan comprimiendo solo aire o aire más gases de combustión residuales del escape (conocido como recirculación de gases de escape (EGR)). El aire se introduce en la cámara durante la carrera de admisión y se comprime durante la carrera de compresión. Esto aumenta la temperatura del aire dentro del cilindro hasta tal punto que el combustible diesel atomizado inyectado en la cámara de combustión se enciende. Al inyectarse el combustible en el aire justo antes de la combustión, la dispersión del combustible es desigual; esto se llama una mezcla heterogénea de aire y combustible. El par que produce un motor diesel se controla manipulando la relación aire-combustible (λ); en lugar de estrangular el aire de admisión, el motor diésel se basa en alterar la cantidad de combustible que se inyecta, y la relación aire-combustible suele ser alta.

El motor diesel tiene la mayor eficiencia térmica (eficiencia del motor) de cualquier motor de combustión interna o externa práctico debido a su relación de expansión muy alta y su combustión pobre inherente que permite la disipación de calor por el exceso de aire. También se evita una pequeña pérdida de eficiencia en comparación con los motores de gasolina de inyección no directa, ya que el combustible no quemado no está presente durante la superposición de válvulas y, por lo tanto, no pasa combustible directamente desde la admisión/inyección al escape. Los motores diésel de baja velocidad (como los que se utilizan en barcos y otras aplicaciones en las que el peso total del motor es relativamente poco importante) pueden alcanzar eficiencias efectivas de hasta el 55 %.La turbina de gas de ciclo combinado (ciclo Brayton y Rankin) es un motor de combustión más eficiente que un motor diésel, pero, por su masa y dimensiones, es inadecuado para vehículos, embarcaciones o aeronaves.

Los motores diesel pueden diseñarse como ciclos de dos tiempos o de cuatro tiempos. Originalmente se utilizaron como un reemplazo más eficiente para las máquinas de vapor estacionarias. Desde la década de 1910, se han utilizado en submarinos y barcos. Más tarde siguió su uso en locomotoras, autobuses, camiones, equipo pesado, equipo agrícola y plantas de generación de electricidad. En la década de 1930, lentamente comenzaron a usarse en algunos automóviles. Desde la década de 1970, ha aumentado el uso de motores diésel en vehículos de carretera y todo terreno más grandes en los EE. UU. Según Konrad Reif (2012), la media de la UE para los coches diésel representa la mitad de los coches de nueva matriculación.

Los motores diésel más grandes del mundo puestos en servicio son motores diésel marinos de dos tiempos y 14 cilindros; producen una potencia máxima de casi 100 MW cada uno.

Historia

Idea de diesel

En 1878, Rudolf Diesel, que era estudiante en el "Polytechnikum" de Munich, asistió a las conferencias de Carl von Linde. Linde explicó que las máquinas de vapor son capaces de convertir solo entre el 6% y el 10% de la energía térmica en trabajo, pero que el ciclo de Carnot permite convertir mucha más energía térmica en trabajo mediante cambios isotérmicos en la condición. Según Diesel, esto encendió la idea de crear un motor altamente eficiente que pudiera funcionar en el ciclo de Carnot. Diesel también estuvo expuesto a un pistón de fuego, un iniciador de fuego tradicional que utiliza principios de compresión adiabática rápida que Linde había adquirido del sudeste asiático. Después de varios años de trabajar en sus ideas, Diesel las publicó en 1893 en el ensayo Teoría y construcción de un motor térmico racional.

Diesel fue muy criticado por su ensayo, pero solo unos pocos encontraron el error que cometió; Se suponía que su motor de calor racional utilizaría un ciclo de temperatura constante (con compresión isotérmica) que requeriría un nivel de compresión mucho más alto que el necesario para el encendido por compresión. La idea de Diesel era comprimir el aire con tanta fuerza que la temperatura del aire superaría la de la combustión. Sin embargo, dicho motor nunca podría realizar ningún trabajo utilizable. En su patente estadounidense de 1892 (otorgada en 1895) #542846, Diesel describe la compresión requerida para su ciclo:"El aire atmosférico puro se comprime, según la curva 1 2, en tal grado que, antes de que se produzca el encendido o la combustión, se obtiene la presión más alta del diagrama y la temperatura más alta, es decir, la temperatura a la que se produce la siguiente tiene que tener lugar la combustión, no el punto de combustión o ignición. Para que esto quede más claro, supongamos que la combustión posterior tendrá lugar a una temperatura de 700°. Entonces, en ese caso, la presión inicial debe ser de sesenta y cuatro atmósferas., o para 800° centígrados la presión debe ser de noventa atmósferas, y así sucesivamente En el aire así comprimido se introduce gradualmente desde el exterior combustible finamente dividido, que se enciende al introducirse, ya que el aire está a una temperatura muy superior a la de ignición. punto del combustible.Los rasgos característicos del ciclo de acuerdo con mi presente invención son, por lo tanto, el aumento de la presión y la temperatura hasta el máximo, no por combustión, sino antes de la combustión por compresión mecánica del aire, y luego la posterior realización del trabajo sin aumento de presión. y temperatura por combustión gradual durante una parte prescrita de la carrera determinada por el aceite de corte".

En junio de 1893, Diesel se dio cuenta de que su ciclo original no funcionaría y adoptó el ciclo de presión constante. Diesel describe el ciclo en su solicitud de patente de 1895. Tenga en cuenta que ya no se mencionan temperaturas de compresión superiores a la temperatura de combustión. Ahora simplemente se establece que la compresión debe ser suficiente para activar la ignición."1. En un motor de combustión interna, la combinación de un cilindro y un pistón construidos y dispuestos para comprimir aire hasta un grado que produzca una temperatura por encima del punto de ignición del combustible, un suministro de aire comprimido o gas; un suministro de combustible; una válvula distribuidora de combustible, un pasaje desde el suministro de aire al cilindro en comunicación con la válvula distribuidora de combustible, una entrada al cilindro en comunicación con el suministro de aire y con la válvula de combustible, y un corte de aceite, sustancialmente como se describe". Consulte la patente de EE. UU. n.º 608845 presentada en 1895/concedida en 1898

En 1892, Diesel recibió patentes en Alemania, Suiza, el Reino Unido y los Estados Unidos por "Método y aparato para convertir calor en trabajo". En 1894 y 1895 presentó patentes y adendas en varios países para su motor; las primeras patentes se concedieron en España (N° 16.654), Francia (N° 243.531) y Bélgica (N° 113.139) en diciembre de 1894, en Alemania (N° 86.633) en 1895 y en Estados Unidos (N° 608.845) en 1898.

Diesel fue atacado y criticado durante un período de varios años. Los críticos han afirmado que Diesel nunca inventó un motor nuevo y que la invención del motor diesel es un fraude. Otto Köhler y Emil Capitaine [ de ] fueron dos de los críticos más destacados de la época de Diesel. Köhler había publicado un ensayo en 1887, en el que describe un motor similar al motor que describe Diesel en su ensayo de 1893. Köhler pensó que tal motor no podría realizar ningún trabajo. Emil Capitaine había construido un motor de petróleo con encendido por tubo incandescente a principios de la década de 1890; afirmó en contra de su mejor juicio que su motor de encendido de tubo incandescente funcionaba de la misma manera que lo hacía el motor de Diesel. Sus afirmaciones fueron infundadas y perdió una demanda de patentes contra Diesel.Otros motores, como el motor Akroyd y el motor Brayton, también utilizan un ciclo operativo que es diferente del ciclo del motor diesel. Friedrich Sass dice que el motor diésel es "obra propia" de Diesel y que cualquier "mito diésel" es una "falsificación de la historia".

El primer motor diésel

Diesel buscó empresas y fábricas que construyeran su motor. Con la ayuda de Moritz Schröter y Max Gutermuth [ de ], logró convencer tanto a Krupp en Essen como a Maschinenfabrik Augsburg. Los contratos se firmaron en abril de 1893 y, a principios del verano de 1893, se construyó el primer motor prototipo de Diesel en Augsburgo. El 10 de agosto de 1893 tuvo lugar el primer encendido, el combustible utilizado fue gasolina. En el invierno de 1893/1894, Diesel rediseñó el motor existente y, el 18 de enero de 1894, sus mecánicos lo convirtieron en el segundo prototipo. Durante enero de ese año, se agregó y probó un sistema de inyección de chorro de aire a la culata del motor.Friedrich Sass argumenta que se puede suponer que Diesel copió el concepto de inyección por chorro de aire de George B. Brayton, aunque Diesel mejoró sustancialmente el sistema. El 17 de febrero de 1894, el motor rediseñado funcionó a 88 revoluciones, un minuto; Con esta noticia, las acciones de Maschinenfabrik Augsburg aumentaron un 30 %, lo que indica la tremenda demanda anticipada de un motor más eficiente. El 26 de junio de 1895, el motor alcanzó una eficiencia efectiva del 16,6% y tuvo un consumo de combustible de 519 g·kW ·h. Sin embargo, a pesar de probar el concepto, el motor causó problemas y Diesel no pudo lograr ningún progreso sustancial. Por ello, Krupp consideró rescindir el contrato que habían hecho con Diesel.Diesel se vio obligado a mejorar el diseño de su motor y se apresuró a construir un tercer prototipo de motor. Entre el 8 de noviembre y el 20 de diciembre de 1895, el segundo prototipo cubrió con éxito más de 111 horas en el banco de pruebas. En el informe de enero de 1896, esto se consideró un éxito.

En febrero de 1896, Diesel consideró sobrealimentar el tercer prototipo. Imanuel Lauster, a quien se le encargó dibujar el tercer prototipo "Motor 250/400", había terminado los dibujos el 30 de abril de 1896. Durante el verano de ese año se construyó el motor, se completó el 6 de octubre de 1896. Se realizaron pruebas hasta principios de 1897. Las primeras pruebas públicas comenzaron el 1 de febrero de 1897. La prueba de Moritz Schröter el 17 de febrero de 1897 fue la prueba principal del motor Diesel. El motor tenía una potencia nominal de 13,1 kW con un consumo específico de combustible de 324 g·kW ·h, lo que resultó en una eficiencia efectiva del 26,2%. En 1898, Diesel se había hecho millonario.

Cronología

Década de 1890

1893: Aparece el ensayo de Rudolf Diesel titulado Teoría y construcción de un motor térmico racional.
1893: 21 de febrero, Diesel y Maschinenfabrik Augsburg firman un contrato que permite a Diesel construir un motor prototipo.
1893: 23 de febrero, Diesel obtiene una patente (RP 67207) titulada " Arbeitsverfahren und Ausführungsart für Verbrennungsmaschinen " (Métodos y técnicas de trabajo para motores de combustión interna).
1893: 10 de abril, Diesel y Krupp firman un contrato que permite a Diesel construir un motor prototipo.
1893: 24 de abril, tanto Krupp como Maschinenfabrik Augsburg deciden colaborar y construir un solo prototipo en Augsburg.
1893: julio, se completa el primer prototipo.
1893: 10 de agosto, Diesel inyecta combustible (gasolina) por primera vez, resultando en combustión, destruyendo el indicador.
1893: 30 de noviembre, Diesel solicita una patente (RP 82168) para un proceso de combustión modificado. Lo obtiene el 12 de julio de 1895.
1894: 18 de enero, después de que el primer prototipo se modificara para convertirse en el segundo prototipo, comienzan las pruebas con el segundo prototipo.
1894: 17 de febrero, El segundo prototipo corre por primera vez.
1895: 30 de marzo, Diesel solicita una patente (RP 86633) para un proceso de arranque con aire comprimido.
1895: 26 de junio, el segundo prototipo pasa la prueba de frenos por primera vez.
1895: Diesel solicita una segunda patente Patente de EE. UU. n.º 608845
1895: del 8 de noviembre al 20 de diciembre, se realiza una serie de pruebas con el segundo prototipo. En total, se registran 111 horas de funcionamiento.
1896: 30 de abril, Imanuel Lauster completa los dibujos del tercer y último prototipo.
1896: 6 de octubre, se completa el tercer y último prototipo de motor.
1897: 1 de febrero, el motor prototipo de Diesel está funcionando y finalmente está listo para las pruebas de eficiencia y la producción.
1897: 9 de octubre, Adolphus Busch otorga los derechos de licencia del motor diesel para EE. UU. y Canadá.
1897: 29 de octubre, Rudolf Diesel obtiene una patente (DRP 95680) sobre la sobrealimentación del motor diésel.
1898: 1 de febrero, se registra la Diesel Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft.
1898: marzo, se instala el primer motor diésel comercial, de 2 × 30 CV (2 × 22 kW), en la planta de Kempten de Vereinigte Zündholzfabriken AG
1898: 17 de septiembre, Allgemeine Gesellschaft für Dieselmotoren A.-G. está fundado.
1899: Se construye el primer motor diésel de dos tiempos, inventado por Hugo Güldner.

1900

1901: Imanuel Lauster diseña el primer motor diésel de pistón troncal (DM 70).
1901: En 1901, MAN había producido 77 cilindros de motores diésel para uso comercial.
1903: Se lanzan los dos primeros barcos con motor diésel, tanto para operaciones fluviales como de canales: el buque cisterna de nafta Vandal y el Sarmat.
1904: Los franceses botan el primer submarino diésel, el Aigrette.
1905: 14 de enero: Diesel solicita una patente de inyección unitaria (L20510I/46a).
1905: Büchi fabrica los primeros turbocompresores e intercoolers para motores diésel.
1906: Se disuelve la Diesel Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft.
1908: expiran las patentes de Diesel.
1908: Aparece el primer camión (camión) con motor diesel.
1909: 14 de marzo, Prosper L'Orange solicita una patente sobre inyección en cámara de precombustión. Más tarde construye el primer motor diésel con este sistema.

1910s

1910: MAN comienza a fabricar motores diésel de dos tiempos.
1910: 26 de noviembre, James McKechnie solicita una patente de inyección unitaria. A diferencia de Diesel, logró construir con éxito inyectores unitarios en funcionamiento.
1911: 27 de noviembre, Allgemeine Gesellschaft für Dieselmotoren A.-G. se disuelve
1911: El astillero Germania en Kiel construye motores diésel de 850 CV (625 kW) para submarinos alemanes. Estos motores se instalaron en 1914.
1912: MAN construye el primer motor diésel de dos tiempos y pistones de doble efecto.
1912: Se utiliza la primera locomotora con motor diésel en el ferrocarril suizo Winterthur-Romanshorn.
1912: El Selandia es el primer barco oceánico con motores diésel.
1913: Los motores diésel NELSECO se instalan en barcos comerciales y submarinos de la Marina de los EE. UU.
1913: 29 de septiembre, Rudolf Diesel muere misteriosamente al cruzar el Canal de la Mancha en el SS Dresden.
1914: MAN construye motores de dos tiempos de 900 CV (662 kW) para submarinos holandeses.
1919: Prosper L'Orange obtiene una patente sobre un inserto de cámara de precombustión que incorpora una boquilla de inyección de aguja. Primer motor diésel de Cummins.

1920

1923: En la exposición Königsberg DLG, se presenta el primer tractor agrícola con motor diésel, el prototipo Benz-Sendling S6.
1923: 15 de diciembre, MAN prueba el primer camión con motor diésel de inyección directa. El mismo año, Benz construye un camión con motor diésel inyectado con cámara de precombustión.
1923: Aparece el primer motor diésel de dos tiempos con barrido a contracorriente.
1924: Fairbanks-Morse presenta el Y-VA de dos tiempos (más tarde rebautizado como Modelo 32).
1925: Sendling comienza a producir en masa un tractor agrícola diésel.
1927: Bosch presenta la primera bomba de inyección en línea para motores diésel de vehículos de motor.
1929: Aparece el primer turismo con motor diésel. Su motor es un motor Otto modificado para utilizar el principio diesel y bomba de inyección de Bosch. Le siguen varios otros prototipos de automóviles diésel.

1930

1933: Junkers Motorenwerke en Alemania inicia la producción del motor diesel de aviación producido en masa más exitoso de todos los tiempos, el Jumo 205. Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial, se producen más de 900 ejemplares. Su potencia nominal de despegue es de 645 kW.
1933: General Motors utiliza su nuevo motor diésel Winton 201A de dos tiempos, de inyección unitaria y soplado de raíz para impulsar su exhibición de ensamblaje de automóviles en la Feria Mundial de Chicago (Un siglo de progreso). El motor se ofrece en varias versiones que van desde 600 a 900 hp (447–671 kW).
1934: The Budd Company construye el primer tren de pasajeros diesel-eléctrico en los EE. UU., el Pioneer Zephyr 9900, utilizando un motor Winton.
1935: El Citroën Rosalie está equipado con uno de los primeros motores diésel inyectados con cámara de turbulencia con fines de prueba. Daimler-Benz comienza a fabricar el Mercedes-Benz OM 138, el primer motor diésel para turismos producido en serie y uno de los pocos motores diésel para turismos comercializables de su época. Tiene una potencia nominal de 45 CV (33 kW).
1936: 4 de marzo, el dirigible LZ 129 Hindenburg, el avión más grande jamás fabricado, despega por primera vez. Está propulsada por cuatro motores diesel V16 Daimler-Benz LOF 6, con una potencia nominal de 1200 PS (883 kW) cada uno.
1936: Comienza la fabricación del primer turismo de serie con motor diésel (Mercedes-Benz 260 D).
1937: Konstantin Fyodorovich Chelpan desarrolla el motor diesel V-2, más tarde utilizado en los tanques soviéticos T-34, ampliamente considerado como el mejor chasis de tanque de la Segunda Guerra Mundial.
1938: General Motors forma la División GM Diesel, que más tarde se convertiría en Detroit Diesel, e introduce el motor de dos tiempos de media potencia y alta velocidad Serie 71, adecuado para vehículos de carretera y uso marítimo.

1940

1946: Clessie Cummins obtiene una patente sobre un aparato de alimentación e inyección de combustible para motores que queman aceite que incorpora componentes separados para generar presión de inyección y sincronización de inyección.
1946: Klöckner-Humboldt-Deutz (KHD) introduce en el mercado un motor diésel de producción en serie refrigerado por aire.

1950

Década de 1950: KHD se convierte en el líder mundial del mercado de motores diésel refrigerados por aire.
1951: J. Siegfried Meurer obtiene una patente sobre el M-System, un diseño que incorpora una cámara de combustión de esfera central en el pistón (DBP 865683).
1953: Primer motor diésel de turismos inyectado con cámara de turbulencia producido en serie (Borgward/Fiat).
1954: Daimler-Benz presenta el Mercedes-Benz OM 312 A, un motor diesel industrial de producción en serie de seis cilindros en línea de 4,6 litros con turbocompresor, con una potencia de 115 CV (85 kW). Demuestra ser poco fiable.
1954: Volvo produce una pequeña serie de lotes de 200 unidades de una versión turboalimentada del motor TD 96. Este motor de 9,6 litros tiene una potencia nominal de 136 kW.
1955: La turboalimentación para los motores diésel marinos de dos tiempos de MAN se convierte en estándar.
1959: El Peugeot 403 se convierte en el primer sedán/berlina de pasajeros fabricado en serie fuera de Alemania Occidental que se ofrece con una opción de motor diésel.

1960

1964: Verano, Daimler-Benz cambia de inyección en cámara de precombustión a inyección directa controlada por hélice.
1962-1965: Clessie Cummins inventa y patenta un sistema de frenos de compresión diésel, que eventualmente será fabricado por Jacobs Manufacturing Company y apodado "Jake Brake".

1970

1972: KHD presenta el sistema AD, Allstoff-Direkteinspritzung (inyección directa de cualquier combustible) para sus motores diésel. Los AD-diésel pueden funcionar prácticamente con cualquier tipo de combustible líquido, pero están equipados con una bujía auxiliar que se enciende si la calidad de encendido del combustible es demasiado baja.
1976: Comienza el desarrollo de la inyección Common Rail en ETH Zürich.
1976: El Volkswagen Golf se convierte en el primer sedán/berlina de pasajeros compacto que se ofrece con una opción de motor diésel.
1978: Daimler-Benz produce el primer motor diésel para turismos con turbocompresor (Mercedes-Benz OM 617).
1979: Primer prototipo de motor de cruceta de dos tiempos de baja velocidad con inyección common rail.

1980

1981/82: El barrido Uniflow para motores diesel marinos de dos tiempos se vuelve estándar.
1985: diciembre, se realiza la prueba en carretera de un sistema de inyección common rail para camiones con motor 6VD 12,5/12 GRF-E modificado en un IFA W50.
1986: El BMW E28 524td es el primer turismo del mundo equipado con una bomba de inyección controlada electrónicamente (desarrollada por Bosch).
1987: Daimler-Benz presenta la bomba de inyección controlada electrónicamente para motores diésel de camiones.
1988: El Fiat Croma se convierte en el primer automóvil de pasajeros producido en masa en el mundo en tener un motor diesel de inyección directa.
1989: El Audi 100 es el primer automóvil de pasajeros del mundo con un motor diesel turboalimentado, de inyección directa y controlado electrónicamente.

1990

1992: 1 de julio, entra en vigor la norma de emisiones Euro 1.
1993: Primer motor diésel de turismos con cuatro válvulas por cilindro, el Mercedes-Benz OM 604.
1994: Sistema de inyectores unitarios de Bosch para motores diésel de camiones.
1996: Primer motor diésel de inyección directa y cuatro válvulas por cilindro, utilizado en el Opel Vectra.
1996: Primera bomba de inyección con distribuidor de pistones radiales de Bosch.
1997: Primer motor diésel common rail fabricado en serie para un turismo, el Fiat 1.9 JTD.
1998: BMW gana las 24 Horas de Nürburgring con un BMW E36 modificado. El coche, llamado 320d, está propulsado por un motor diésel de cuatro cilindros en línea de 2 litros con inyección directa y una bomba de inyección distribuidora controlada por hélice (Bosch VP 44), que produce 180 kW. El consumo de combustible es de 23 l/100 km, solo la mitad del consumo de combustible de un automóvil similar con motor Otto.
1998: Volkswagen presenta el motor VW EA188 Pumpe-Düse (1.9 TDI), con inyectores unitarios controlados electrónicamente desarrollados por Bosch.
1999: Daimler-Chrysler presenta el primer motor diésel de tres cilindros common rail utilizado en un turismo (el Smart City Coupé).

Años 2000

2000: Peugeot presenta el filtro de partículas diésel para turismos.
2002: tecnología de inyectores piezoeléctricos de Siemens.
2003: tecnología de inyectores piezoeléctricos de Bosch y Delphi.
2004: BMW presenta la turboalimentación de dos etapas con el motor BMW M57.
2006: Se produce el motor diésel más potente del mundo, el Wärtsilä RT-flex96C. Tiene una potencia nominal de 80.080 kW.
2006: Audi R10 TDI, equipado con un motor V12-TDI de 5,5 litros y 476 kW, gana las 24 Horas de Le Mans de 2006.
2006: Daimler-Chrysler lanza el primer motor de automóvil de pasajeros de producción en serie con tratamiento de gases de escape de reducción catalítica selectiva, el Mercedes-Benz OM 642. Cumple completamente con el estándar de emisiones Tier2Bin8.
2008: Volkswagen presenta el catalizador LNT para motores diésel de turismos con el motor VW 2.0 TDI.
2008: Volkswagen inicia la producción en serie del mayor motor diésel para turismos, el Audi V12 TDI de 6 litros.
2008: Subaru presenta el primer motor diesel opuesto horizontalmente que se instalará en un automóvil de pasajeros. Es un motor common rail de 2 litros, con una potencia nominal de 110 kW.

2010s

2010: Mitsubishi desarrolló y comenzó la producción en masa de su 4N13 1.8 L DOHC I4, el primer motor diésel para automóvil de pasajeros del mundo que cuenta con un sistema de sincronización variable de válvulas.
2012: BMW presenta la turboalimentación de dos etapas con tres turbocompresores para el motor BMW N57.
2015: Lanzamiento de los sistemas common rail que funcionan con presiones de 2.500 bar.
2015: En el escándalo de las emisiones de Volkswagen, la EPA de EE. UU. emitió un aviso de violación de la Ley de Aire Limpio al Grupo Volkswagen después de que se descubriera que Volkswagen había programado intencionalmente motores diésel de inyección directa turboalimentados (TDI) para activar ciertos controles de emisiones solo durante las emisiones de laboratorio. pruebas.

Principio de operación

Características

Las características de un motor diesel son

Encendido por compresión: debido a la compresión casi adiabática, el combustible se enciende sin ningún aparato iniciador de encendido, como bujías.
Formación de mezcla dentro de la cámara de combustión: El aire y el combustible se mezclan en la cámara de combustión y no en el colector de admisión.
Ajuste del par únicamente por la calidad de la mezcla: En lugar de estrangular la mezcla aire-combustible, la cantidad de par producido se determina únicamente por la masa de combustible inyectado, siempre mezclado con la mayor cantidad de aire posible.
Mezcla heterogénea de aire y combustible: La dispersión de aire y combustible en la cámara de combustión es desigual.
Alta relación de aire: debido a que siempre funcionan con la mayor cantidad de aire posible y no dependen de la mezcla exacta de aire y combustible, los motores diésel tienen una relación aire-combustible más pobre que la estequiométrica ( 1}">).
Llama de difusión: en la combustión, el oxígeno primero tiene que difundirse en la llama, en lugar de tener oxígeno y combustible ya mezclados antes de la combustión, lo que daría como resultado una llama premezclada.
Combustible con alto rendimiento de encendido: como los motores diésel dependen únicamente del encendido por compresión, el combustible con un alto rendimiento de encendido (índice de cetano) es ideal para el funcionamiento adecuado del motor, el combustible con una buena resistencia a la detonación (índice de octano), por ejemplo, la gasolina, no es óptimo para los motores diésel..

Ciclo del motor diesel

El motor diésel de combustión interna se diferencia del ciclo Otto de gasolina en que usa aire caliente altamente comprimido para encender el combustible en lugar de usar una bujía (encendido por compresión en lugar de encendido por chispa).

En el motor diesel, inicialmente solo se introduce aire en la cámara de combustión. Luego, el aire se comprime con una relación de compresión típicamente entre 15:1 y 23:1. Esta alta compresión hace que aumente la temperatura del aire. Aproximadamente en la parte superior de la carrera de compresión, el combustible se inyecta directamente en el aire comprimido en la cámara de combustión. Esto puede estar en un vacío (típicamente toroidal) en la parte superior del pistón o en una precámaradependiendo del diseño del motor. El inyector de combustible asegura que el combustible se descomponga en pequeñas gotas y que el combustible se distribuya uniformemente. El calor del aire comprimido vaporiza el combustible de la superficie de las gotas. Luego, el vapor se enciende por el calor del aire comprimido en la cámara de combustión, las gotas continúan vaporizándose desde sus superficies y se queman, haciéndose más pequeñas, hasta que todo el combustible en las gotas se ha quemado. La combustión se produce a una presión sustancialmente constante durante la parte inicial de la carrera de potencia. El inicio de la vaporización provoca un retraso antes de la ignición y el característico golpeteo del diesel cuando el vapor alcanza la temperatura de ignición y provoca un aumento brusco de la presión sobre el pistón (no se muestra en el diagrama del indicador PV). Cuando se completa la combustión, los gases de combustión se expanden a medida que el pistón desciende más; la alta presión en el cilindro impulsa el pistón hacia abajo, suministrando energía al cigüeñal.

Además del alto nivel de compresión que permite que la combustión se lleve a cabo sin un sistema de encendido separado, una alta relación de compresión aumenta considerablemente la eficiencia del motor. El aumento de la relación de compresión en un motor de encendido por chispa en el que el combustible y el aire se mezclan antes de la entrada al cilindro está limitado por la necesidad de evitar el preencendido, lo que provocaría daños en el motor. Dado que en un motor diesel solo se comprime aire y el combustible no se introduce en el cilindro hasta poco antes del punto muerto superior (TDC), la detonación prematura no es un problema y las relaciones de compresión son mucho más altas.

El diagrama p-V es una representación simplificada e idealizada de los eventos involucrados en un ciclo de motor diesel, organizado para ilustrar la similitud con un ciclo de Carnot. Comenzando en 1, el pistón está en el punto muerto inferior y ambas válvulas están cerradas al comienzo de la carrera de compresión; el cilindro contiene aire a presión atmosférica. Entre 1 y 2, el aire se comprime adiabáticamente, es decir, sin transferencia de calor hacia o desde el medio ambiente, por el pistón ascendente. (Esto es solo aproximadamente cierto ya que habrá algún intercambio de calor con las paredes del cilindro). Durante esta compresión, el volumen se reduce, la presión y la temperatura aumentan. En o un poco antes de 2 (PMS) se inyecta combustible y se quema en el aire caliente comprimido. Se libera energía química y esto constituye una inyección de energía térmica (calor) en el gas comprimido. La combustión y el calentamiento ocurren entre 2 y 3. En este intervalo la presión permanece constante ya que el pistón desciende y el volumen aumenta; la temperatura aumenta como consecuencia de la energía de la combustión. En 3, la inyección de combustible y la combustión están completas, y el cilindro contiene gas a una temperatura más alta que en 2. Entre 3 y 4, este gas caliente se expande, de nuevo aproximadamente adiabáticamente. El trabajo se realiza en el sistema al que está conectado el motor. Durante esta fase de expansión, el volumen del gas aumenta y su temperatura y presión disminuyen. En 4 se abre la válvula de escape y la presión cae abruptamente a la atmosférica (aproximadamente). Esta es una expansión sin resistencia y no realiza ningún trabajo útil. Idealmente, la expansión adiabática debería continuar, extendiendo la línea 3-4 hacia la derecha hasta que la presión cae a la del aire circundante, pero la pérdida de eficiencia provocada por esta expansión no resistida se justifica por las dificultades prácticas que implica recuperarla (el motor tendría que ser mucho más grande). Después de la apertura de la válvula de escape, sigue la carrera de escape, pero esta (y la siguiente carrera de admisión) no se muestran en el diagrama. Si se muestran, estarían representados por un bucle de baja presión en la parte inferior del diagrama. En 1 se supone que se han completado las carreras de admisión y escape, y el cilindro se llena nuevamente con aire. El sistema pistón-cilindro absorbe energía entre 1 y 2: este es el trabajo necesario para comprimir el aire en el cilindro y lo proporciona la energía cinética mecánica almacenada en el volante del motor. La salida de trabajo se realiza mediante la combinación pistón-cilindro entre 2 y 4. La diferencia entre estos dos incrementos de trabajo es la salida de trabajo indicada por ciclo y está representada por el área encerrada por el bucle p-V. La expansión adiabática está en un rango de presión más alto que el de la compresión porque el gas en el cilindro está más caliente durante la expansión que durante la compresión. Es por esta razón que el bucle tiene un área finita y la producción neta de trabajo durante un ciclo es positiva.

Eficiencia

Debido a su alta relación de compresión, el motor diesel tiene una alta eficiencia, y la falta de una válvula de mariposa significa que las pérdidas de intercambio de carga son bastante bajas, lo que resulta en un bajo consumo específico de combustible, especialmente en situaciones de media y baja carga. Esto hace que el motor diesel sea muy económico. Si bien los motores diesel tienen una eficiencia teórica del 75%, en la práctica es mucho menor. En su ensayo de 1893 Teoría y construcción de un motor térmico racional, Rudolf Diesel describe que la eficiencia efectiva del motor diésel estaría entre el 43,2 % y el 50,4 %, o tal vez incluso mayor. Los motores diésel de turismos modernos pueden tener una eficiencia efectiva de hasta el 43%,mientras que los motores de los grandes camiones y autobuses diésel pueden alcanzar eficiencias máximas de alrededor del 45 %. Sin embargo, la eficiencia promedio durante un ciclo de manejo es menor que la eficiencia máxima. Por ejemplo, podría ser del 37 % para un motor con una eficiencia máxima del 44 %. La mayor eficiencia del motor diésel, de hasta un 55 %, se logra con grandes motores diésel de dos tiempos para embarcaciones.

Principales ventajas

Los motores diesel tienen varias ventajas sobre los motores que funcionan con otros principios:

El motor diesel tiene la mayor eficiencia efectiva de todos los motores de combustión.
- Los motores diésel inyectan el combustible directamente en la cámara de combustión, no tienen restricciones de aire de admisión aparte de los filtros de aire y las tuberías de admisión y no tienen vacío en el múltiple de admisión para agregar cargas parásitas y pérdidas de bombeo que resultan de los pistones que se empujan hacia abajo contra el vacío del sistema de admisión. Se ayuda al llenado del cilindro con aire atmosférico y se incrementa la eficiencia volumétrica por la misma razón.
- Aunque la eficiencia del combustible (masa quemada por energía producida) de un motor diesel disminuye con cargas más bajas, no disminuye tan rápido como la de un motor de gasolina o de turbina típico.
Los motores diesel pueden quemar una gran variedad de combustibles, incluidos varios aceites combustibles que tienen ventajas sobre combustibles como la gasolina. Estas ventajas incluyen:
- Bajos costos de combustible, ya que los aceites combustibles son relativamente baratos
- Buenas propiedades de lubricación.
- Alta densidad de energía
- Bajo riesgo de incendiarse, ya que no forman vapor inflamable
- El biodiésel es un combustible no derivado del petróleo que se sintetiza fácilmente (a través de la transesterificación) que puede funcionar directamente en muchos motores diésel, mientras que los motores de gasolina necesitan adaptarse para funcionar con combustibles sintéticos o bien usarlos como un aditivo de la gasolina (p. ej., etanol añadido a gasohol).
Los motores diesel tienen un muy buen comportamiento de emisión de gases de escape. El escape contiene cantidades mínimas de monóxido de carbono e hidrocarburos. Los motores diésel de inyección directa emiten aproximadamente tantos óxidos de nitrógeno como los motores de ciclo Otto. Sin embargo, los motores inyectados con cámara de turbulencia y cámara de precombustión emiten aproximadamente un 50 % menos de óxidos de nitrógeno que los motores de ciclo Otto cuando funcionan a plena carga. En comparación con los motores de ciclo Otto, los motores diésel emiten una décima parte de los contaminantes y también menos dióxido de carbono (en comparación con las emisiones brutas sin tratamiento de gases de escape).
No tienen sistema de encendido eléctrico de alto voltaje, lo que resulta en alta confiabilidad y fácil adaptación a ambientes húmedos. La ausencia de bobinas, cables de bujías, etc., también elimina una fuente de emisiones de radiofrecuencia que pueden interferir con los equipos de navegación y comunicación, lo cual es especialmente importante en aplicaciones marinas y aeronáuticas, y para evitar interferencias con radiotelescopios. (Por esta razón, solo los vehículos que funcionan con diésel están permitidos en partes de la Zona Silenciosa de la Radio Nacional Estadounidense).
Los motores diésel pueden aceptar presión de sobrealimentación o turboalimentación sin ningún límite natural, limitados únicamente por los límites de diseño y funcionamiento de los componentes del motor, como la presión, la velocidad y la carga. Esto es diferente a los motores de gasolina, que inevitablemente sufren una detonación a mayor presión si no se ajusta el motor y/o el octanaje del combustible para compensar.

Inyección de combustible

Los motores diésel dependen de que la mezcla de aire y combustible se realice en el cilindro, lo que significa que necesitan un sistema de inyección de combustible. El combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión, que puede ser una cámara de combustión segmentada, conocida como inyección indirecta (IDI), o una cámara de combustión no segmentada, conocida como inyección directa (DI).La definición del motor diésel es específica al requerir que el combustible se introduzca directamente en la cámara de combustión o precombustión, en lugar de inicialmente en un colector externo. Para crear la presión del combustible, los motores diesel suelen tener una bomba de inyección. Hay varios tipos diferentes de bombas de inyección y métodos para crear una mezcla fina de aire y combustible. A lo largo de los años se han utilizado muchos métodos de inyección diferentes. Estos se pueden describir como los siguientes:

Explosión de aire, donde el combustible se introduce en el cilindro mediante una ráfaga de aire.
Inyección de combustible sólido/hidráulica, donde el combustible es empujado a través de una válvula/inyector accionado por resorte para producir una neblina combustible.
Inyector unitario mecánico, donde el inyector es operado directamente por una leva y la cantidad de combustible es controlada por una cremallera o palanca.
Inyector unitario electrónico mecánico, donde el inyector es operado por una leva y la cantidad de combustible se controla electrónicamente.
Inyección mecánica common rail, donde el combustible se encuentra a alta presión en un common rail y controlado por medios mecánicos.
Inyección electrónica common rail, donde el combustible se encuentra a alta presión en un common rail y se controla electrónicamente.

Control de par

Un componente necesario de todos los motores diesel es un regulador mecánico o electrónico que regula el par del motor y, por lo tanto, la velocidad de ralentí y la velocidad máxima mediante el control de la tasa de suministro de combustible. Esto significa un cambio de $lambda_v$ . A diferencia de los motores de ciclo Otto, el aire entrante no se estrangula. Los sistemas de inyección de combustible controlados mecánicamente son impulsados por el tren de engranajes de accesorios o la correa serpentina del motor. Estos sistemas utilizan una combinación de resortes y pesos para controlar el suministro de combustible en relación con la carga y la velocidad.Los motores diésel modernos controlados electrónicamente controlan el suministro de combustible mediante el uso de un módulo de control electrónico (ECM) o una unidad de control electrónico (ECU). El ECM/ECU recibe una señal de velocidad del motor, así como otros parámetros operativos, como la presión del colector de admisión y la temperatura del combustible, desde un sensor y controla la cantidad de combustible y el inicio de la sincronización de la inyección a través de actuadores para maximizar la potencia y la eficiencia y minimizar las emisiones. Controlar la sincronización del inicio de la inyección de combustible en el cilindro es clave para minimizar las emisiones y maximizar la economía de combustible (eficiencia) del motor. La sincronización se mide en grados del ángulo del cigüeñal del pistón antes del punto muerto superior. Por ejemplo, si el ECM/ECU inicia la inyección de combustible cuando el pistón está 10° antes del TDC, se dice que el inicio de la inyección o sincronización está 10° antes del TDC.

Tipos de inyección de combustible

Inyección por chorro de aire

El motor original de Diesel inyectaba combustible con la ayuda de aire comprimido, que atomizaba el combustible y lo forzaba a entrar en el motor a través de una boquilla (un principio similar al de un aerosol). La abertura de la boquilla se cerró con una válvula de pasador levantada por el árbol de levas para iniciar la inyección de combustible antes del punto muerto superior (PMS). Esto se llama inyección de chorro de aire. Conducir el compresor usaba algo de energía, pero la eficiencia era mejor que la eficiencia de cualquier otro motor de combustión en ese momento. Además, la inyección de chorro de aire hacía que los motores fueran muy pesados y no permitía cambios rápidos de carga, lo que los hacía inadecuados para los vehículos de carretera.

Inyección indirecta

Un motor con sistema de inyección diésel indirecta (IDI) suministra combustible a una pequeña cámara llamada cámara de turbulencia, cámara de precombustión, precámara o antecámara, que está conectada al cilindro por un conducto de aire estrecho. En general, el objetivo de la precámara es crear una mayor turbulencia para una mejor mezcla de aire y combustible. Este sistema también permite un funcionamiento más suave y silencioso del motor, y debido a que la turbulencia ayuda a la mezcla de combustible, las presiones de los inyectores pueden ser más bajas. La mayoría de los sistemas IDI utilizan un inyector de un solo orificio. La precámara tiene la desventaja de reducir la eficiencia debido a la mayor pérdida de calor hacia el sistema de enfriamiento del motor, lo que restringe la quema de combustión y reduce la eficiencia entre un 5 y un 10%. Los motores IDI también son más difíciles de arrancar y generalmente requieren el uso de bujías incandescentes. Los motores IDI pueden ser más baratos de construir, pero generalmente requieren una relación de compresión más alta que la contraparte DI. IDI también facilita la producción de motores de funcionamiento suave y silencioso con un sistema de inyección mecánica simple, ya que la sincronización exacta de la inyección no es tan crítica. La mayoría de los motores automotrices modernos son DI, que tienen los beneficios de una mayor eficiencia y un arranque más fácil; sin embargo, los motores IDI todavía se pueden encontrar en muchas aplicaciones de vehículos todo terreno y diésel pequeño.Los motores diésel de inyección indirecta utilizan inyectores de combustible tipo pivote.

Inyección directa controlada por hélice

Los motores diésel de inyección directa inyectan combustible directamente en el cilindro. Por lo general, hay una copa de combustión en la parte superior del pistón donde se rocía el combustible. Se pueden utilizar muchos métodos diferentes de inyección. Por lo general, un motor con inyección directa mecánica controlada por hélice tiene una bomba de inyección en línea o distribuidora.Para cada cilindro del motor, el émbolo correspondiente en la bomba de combustible mide la cantidad correcta de combustible y determina la sincronización de cada inyección. Estos motores utilizan inyectores que son válvulas accionadas por resorte muy precisas que se abren y cierran a una presión de combustible específica. Líneas de combustible de alta presión separadas conectan la bomba de combustible con cada cilindro. El volumen de combustible para cada combustión individual está controlado por una ranura inclinada en el émbolo que gira solo unos pocos grados liberando la presión y está controlado por un gobernador mecánico, que consta de pesos que giran a la velocidad del motor limitados por resortes y una palanca. Los inyectores se mantienen abiertos por la presión del combustible. En los motores de alta velocidad, las bombas de émbolo están juntas en una sola unidad.La longitud de las líneas de combustible desde la bomba hasta cada inyector es normalmente la misma para cada cilindro para obtener el mismo retardo de presión. Los motores diésel de inyección directa suelen utilizar inyectores de combustible de tipo orificio.

El control electrónico de la inyección de combustible transformó el motor de inyección directa al permitir un control mucho mayor sobre la combustión.

Unidad de inyección directa

La inyección directa unitaria, también conocida como Pumpe-Düse (bomba-boquilla), es un sistema de inyección de combustible de alta presión que inyecta combustible directamente en el cilindro del motor. En este sistema, el inyector y la bomba se combinan en una unidad ubicada sobre cada cilindro controlado por el árbol de levas. Cada cilindro tiene su propia unidad eliminando las líneas de combustible de alta presión, logrando una inyección más consistente. A plena carga, la presión de inyección puede alcanzar hasta 220 MPa. Los sistemas de inyección unitaria solían dominar el mercado de motores diesel comerciales, pero debido a los mayores requisitos de flexibilidad del sistema de inyección, se han vuelto obsoletos por el sistema common-rail más avanzado.

Inyección directa common rail

Los sistemas de inyección directa common rail (CR) no tienen las funciones de medición, aumento de presión y entrega de combustible en una sola unidad, como en el caso de una bomba tipo distribuidor Bosch, por ejemplo. Una bomba de alta presión alimenta el CR. Los requisitos de cada inyector de cilindro se suministran desde este depósito común de combustible a alta presión. Un Control Electrónico de Diesel (EDC) controla tanto la presión del riel como las inyecciones dependiendo de las condiciones de operación del motor. Los inyectores de los sistemas CR más antiguos tienen émbolos accionados por solenoide para levantar la aguja de inyección, mientras que los inyectores CR más nuevos utilizan émbolos accionados por actuadores piezoeléctricos que tienen menos masa en movimiento y, por lo tanto, permiten incluso más inyecciones en un período de tiempo muy corto. La presión de inyección de los sistemas CR modernos oscila entre 140 MPa y 270 MPa.

Tipos

Hay varias formas diferentes de categorizar los motores diésel, en función de las diferentes características de diseño:

Por potencia de salida

Pequeño <188 kW (252 hp)
Medio 188–750 kW
Grande >750 kW

Fuente

Por diámetro del cilindro

Motores de turismos: 75...100 mm
Motores de camiones y vehículos comerciales: 90...170 mm
Motores de alta velocidad de alto rendimiento: 165...280 mm
Motores de velocidad media: 240...620 mm
Motores de dos tiempos de baja velocidad: 260...900 mm

Fuente:

Por número de golpes

ciclo de cuatro tiempos
Ciclo de dos tiempos

Fuente

Por pistón y biela

Pistón de cruceta
Pistón de doble efecto
Pistón opuesto
Pistón de tronco

Por disposición de cilindros

Las configuraciones de cilindros regulares como las configuraciones rectas (en línea), en V y bóxer (planas) se pueden usar para motores diesel. El diseño de seis cilindros en línea es el más prolífico en motores de servicio liviano a mediano, aunque los motores de cuatro en línea también son comunes. Los motores de pequeña capacidad (generalmente considerados aquellos de menos de cinco litros de capacidad) son generalmente tipos de cuatro o seis cilindros, siendo el cuatro cilindros el tipo más común que se encuentra en los usos automotrices. La configuración en V solía ser común para los vehículos comerciales, pero se abandonó en favor de la configuración en línea.

Por velocidades del motor

Günter Mau clasifica los motores diesel por sus velocidades de rotación en tres grupos:

Motores de alta velocidad (> 1.000 rpm),
Motores de velocidad media (300–1000 rpm), y
Motores de baja velocidad (< 300 rpm).

Fuente

Motores de alta velocidad

Los motores de alta velocidad se utilizan para impulsar camiones (camiones), autobuses, tractores, automóviles, yates, compresores, bombas y pequeños generadores eléctricos. A partir de 2018, la mayoría de los motores de alta velocidad tienen inyección directa. Muchos motores modernos, particularmente en aplicaciones en carretera, tienen inyección directa common rail. En barcos más grandes, los motores diesel de alta velocidad se utilizan a menudo para alimentar generadores eléctricos. La mayor potencia de salida de los motores diesel de alta velocidad es de aproximadamente 5 MW.

Motores de velocidad media

Los motores de velocidad media se utilizan en grandes generadores eléctricos, propulsión de barcos y aplicaciones de accionamiento mecánico, como grandes compresores o bombas. Los motores diésel de velocidad media funcionan con combustible diésel o fuelóleo pesado mediante inyección directa de la misma manera que los motores de baja velocidad. Por lo general, son motores de cuatro tiempos con pistones de tronco.

La potencia de salida de los motores diésel de velocidad media puede alcanzar los 21.870 kW, con una eficiencia efectiva de alrededor del 47...48% (1982). La mayoría de los motores de velocidad media más grandes se arrancan con aire comprimido directamente en los pistones, utilizando un distribuidor de aire, a diferencia de un motor de arranque neumático que actúa sobre el volante, que tiende a usarse para motores más pequeños.

Los motores de velocidad media destinados a aplicaciones marinas se utilizan generalmente para propulsar transbordadores (ro-ro), barcos de pasajeros o pequeños barcos de carga. El uso de motores de velocidad media reduce el costo de los barcos más pequeños y aumenta su capacidad de transporte. Además de eso, un solo barco puede usar dos motores más pequeños en lugar de un motor grande, lo que aumenta la seguridad del barco.

Motores de baja velocidad

Los motores diesel de baja velocidad suelen ser de gran tamaño y se utilizan principalmente para propulsar barcos. Hay dos tipos diferentes de motores de baja velocidad que se usan comúnmente: motores de dos tiempos con una cruceta y motores de cuatro tiempos con un tronco de pistón regular. Los motores de dos tiempos tienen una frecuencia de rotación limitada y su intercambio de carga es más difícil, lo que significa que suelen ser más grandes que los motores de cuatro tiempos y se utilizan para impulsar directamente la hélice de un barco. Los motores de cuatro tiempos en los barcos generalmente se usan para alimentar un generador eléctrico. Un motor eléctrico acciona la hélice. Ambos tipos suelen ser muy undersquare. Los motores diesel de baja velocidad (como los que se usan en barcos y otras aplicaciones donde el peso total del motor es relativamente poco importante) a menudo tienen una eficiencia efectiva de hasta el 55 %.Al igual que los motores de velocidad media, los motores de baja velocidad se arrancan con aire comprimido y utilizan aceite pesado como combustible principal.

Motores de dos tiempos

Los motores diesel de dos tiempos usan solo dos tiempos en lugar de cuatro tiempos para un ciclo completo del motor. El llenado del cilindro con aire y su compresión se lleva a cabo en una sola carrera, y las carreras de potencia y escape se combinan. La compresión en un motor diesel de dos tiempos es similar a la compresión que tiene lugar en un motor diesel de cuatro tiempos: cuando el pistón pasa por el centro inferior y comienza hacia arriba, comienza la compresión, que culmina en la inyección de combustible y el encendido. En lugar de un juego completo de válvulas, los motores diésel de dos tiempos tienen puertos de admisión simples y puertos de escape (o válvulas de escape). Cuando el pistón se acerca al punto muerto inferior, tanto los puertos de admisión como los de escape están "abiertos", lo que significa que hay presión atmosférica dentro del cilindro. Por lo tanto, se requiere algún tipo de bomba para soplar el aire en el cilindro y los gases de combustión en el escape. Este proceso se llamacarroñero _ La presión requerida es de aproximadamente 10 - 30 kPa.Barrido

En general, hay tres tipos de barrido posibles:

Barrido Uniflow
Barrido de flujo cruzado
Barrido de flujo inverso

El barrido de flujo cruzado es incompleto y limita la carrera, sin embargo, algunos fabricantes lo usaron. El barrido de flujo inverso es una forma muy sencilla de barrido y fue popular entre los fabricantes hasta principios de la década de 1980. El barrido Uniflow es más complicado de hacer pero permite la mayor eficiencia de combustible; desde principios de la década de 1980, fabricantes como MAN y Sulzer se han pasado a este sistema. Es estándar para los motores diésel de dos tiempos marinos modernos.

Motores diésel de combustible dual

Los llamados motores diesel de combustible dual o motores diesel de gas queman dos tipos diferentes de combustible simultáneamente, por ejemplo, un combustible gaseoso y un combustible para motores diesel. El combustible del motor diesel se enciende automáticamente debido al encendido por compresión y luego enciende el combustible gaseoso. Dichos motores no requieren ningún tipo de encendido por chispa y funcionan de manera similar a los motores diesel normales.

Particularidades del motor diesel

Par y potencia

El par es una fuerza aplicada a una palanca en ángulo recto multiplicada por la longitud de la palanca. Esto significa que el par que produce un motor depende del desplazamiento del motor y de la fuerza que la presión del gas dentro del cilindro aplica al pistón, comúnmente conocida como presión efectiva del pistón: ${displaystyle M=p_{e}cdot V_{h}cdot pi ^{-1}cdot i^{-1}}$ $METRO$ .. Par [N·m]; $Educación física}$ .. Presión efectiva del pistón [kN·m ]; $V_h$ .. Desplazamiento [dm ]; $i$ .. Trazos [ya sea 2 o 4]Ejemplo

Motor A: presión efectiva del pistón=570 kN·m, cilindrada= 2,2 dm, carreras= 4, par= 100 N·m

${displaystyle 570cdot 2.2cdot pi ^{-1}cdot 4^{-1}aprox. 100}$

La potencia es el cociente del trabajo y el tiempo: ${ estilo de visualización P = 2 pi nM}$ $PAG$ .. Potencia [W]; $METRO$ .. Par [N·m]; $norte$ .. rotaciones del cigüeñal por segundo [s ]lo que significa: ${displaystyle P=2pi cdot n_{1}cdot Mcdot 60^{-1}}$ $PAG$ .. Potencia [W]; $METRO$ .. Par [N·m]; $n_{1}$ .. cigüeñal por minuto [min ]Ejemplo

Motor A: Potencia≈ 44.000 W, torque= 100 N·m, velocidad del cigüeñal = 4200 min

${displaystyle 44,000aproximadamente 2cdot pi cdot 4200cdot 100cdot 60^{-1}}$

Motor B: Potencia≈ 44.000 W, par = 260 N·m, velocidad del cigüeñal = 1600 min

${displaystyle 44,000aproximadamente 2cdot pi cdot 1600cdot 260cdot 60^{-1}}$

Esto significa que aumentar el par o la velocidad del cigüeñal dará como resultado un aumento en la potencia. Como la frecuencia máxima de rotación del cigüeñal del motor diesel suele estar entre 3500 y 5000 min debido a las limitaciones del principio diesel, el par del motor diesel debe ser grande para lograr una alta potencia, o en otras palabras, como el motor diesel no puede usar una alta velocidad de rotación para lograr una cierta cantidad de potencia, tiene que producir más par.

Masa

El motor diesel promedio tiene una relación potencia-masa más pobre que el motor Otto. Esto se debe a que el diésel debe operar a velocidades más bajas del motor. Debido a la mayor presión de funcionamiento dentro de la cámara de combustión, que aumenta las fuerzas sobre las piezas debido a las fuerzas de inercia, el motor diésel necesita piezas más pesadas y fuertes capaces de resistir estas fuerzas, lo que da como resultado una mayor masa general del motor.

Emisiones

Dado que los motores diésel queman una mezcla de combustible y aire, los gases de escape contienen sustancias que constan de los mismos elementos químicos que el combustible y el aire. Los principales elementos del aire son el nitrógeno (N ₂) y el oxígeno (O ₂), el combustible consiste en hidrógeno (H ₂) y carbono (C). Quemar el combustible dará como resultado la etapa final de oxidación. Un motor diesel ideal (un ejemplo puramente hipotético de un motor, donde la única reacción química es la del combustible y el oxígeno), que funciona con una mezcla ideal de aire y combustible, produce un escape que consta de dióxido de carbono (CO ₂), agua (H ₂ O), nitrógeno (N ₂) y el oxígeno restante (O ₂). El proceso de combustión en un motor real difiere del proceso de combustión de un motor ideal y, debido a la combustión incompleta, el escape contiene sustancias adicionales, en particular, monóxido de carbono (CO), partículas de diésel (PM) y óxidos de nitrógeno (NO _x).

Cuando los motores diésel queman su combustible con altos niveles de oxígeno, esto da como resultado altas temperaturas de combustión y una mayor eficiencia, y las partículas tienden a quemarse, pero la cantidad de contaminación por NOx _tiende a aumentar. La contaminación por NO _x se puede reducir recirculando una parte de los gases de escape de un motor de regreso a los cilindros del motor, lo que reduce la cantidad de oxígeno, provocando una reducción de la temperatura de combustión y dando como resultado menos NO _x. Para reducir aún más las emisiones de NOx, se pueden utilizar trampas de _NOx_pobres (LNT) y catalizadores SCR. magro NO _x las trampas adsorben los óxidos de nitrógeno y los "atrapan". Una vez que el LNT está lleno, tiene que ser "regenerado" utilizando hidrocarburos. Esto se logra mediante el uso de una mezcla de combustible y aire muy rica, lo que resulta en una combustión incompleta. Un catalizador SCR convierte los óxidos de nitrógeno utilizando urea, que se inyecta en la corriente de escape, y convierte catalíticamente el NO _x en nitrógeno (N ₂) y agua (H ₂ O). En comparación con un motor Otto, el motor diésel produce aproximadamente la misma cantidad de NO _x, pero algunos motores diésel más antiguos pueden tener un escape que contiene hasta un 50 % menos de NO _x. Sin embargo, los motores Otto, a diferencia de los motores diésel, pueden utilizar un catalizador de tres vías que elimina la mayor parte de losNOx. _{_}

Los motores diésel pueden producir hollín negro (o, más específicamente, partículas diésel) a partir de sus gases de escape. El humo negro consiste en compuestos de carbono que no se han quemado debido a las bajas temperaturas locales donde el combustible no está totalmente atomizado. Estas bajas temperaturas locales se producen en las paredes de los cilindros y en la superficie de grandes gotas de combustible. En estas áreas donde hace relativamente frío, la mezcla es rica (al contrario de la mezcla general que es pobre). La rica mezcla tiene menos aire para quemar y parte del combustible se convierte en un depósito de carbono. Los motores de automóviles modernos utilizan un filtro de partículas diésel (DPF) junto con un catalizador bidireccional para capturar partículas de carbono y luego oxidarlas de forma intermitente. Esto se logra con la oxidación continua con óxidos de nitrógeno en el convertidor catalítico,

El límite de carga total de un motor diesel en servicio normal está definido por el "límite de humo negro", más allá del cual el combustible no puede quemarse por completo. Esto se debe a que la formación de la mezcla solo tiene lugar durante la combustión, lo que genera variaciones de lambda. Por lo tanto, el límite de humo negro indica qué tan bien un motor diesel usa su aire.

Especies	porcentaje de masa	porcentaje de volumen
Nitrógeno (N ₂)	75,2%	72,1%
Oxígeno (O ₂)	15%	0,7%
Dióxido de carbono (_CO2)	7,1%	12,3%
Agua (_H2O)	2,6%	13,8%
Monóxido de carbono (CO)	0.043%	0,09%
_Óxidos de nitrógeno (NOx)	0.034%	0,13%
Hidrocarburos (HC)	0.005%	0,09%
Aldehído	0.001%	(n / A)
Material particulado (Sulfato + sustancias sólidas)	0.008%	0.0008%

Ruido

El ruido distintivo de un motor diésel se denomina de forma variable traqueteo diésel, clavado diésel o golpeteo diésel. El traqueteo del diésel se debe en gran parte a la forma en que se enciende el combustible; el encendido repentino del combustible diesel cuando se inyecta en la cámara de combustión provoca una onda de presión, lo que resulta en un ″golpeteo″ audible. Los diseñadores de motores pueden reducir el ruido del diesel a través de: inyección indirecta; piloto o preinyección; tiempo de inyección; tasa de inyección; índice de compresión; Turbo; y recirculación de gases de escape (EGR). Los sistemas de inyección diesel common rail permiten múltiples eventos de inyección como ayuda para la reducción del ruido. Por lo tanto, los motores diesel más nuevos han eliminado en gran medida la detonación. Los combustibles diesel con un índice de cetano más alto tienen más probabilidades de encenderse y, por lo tanto, reducir el ruido del diesel.

Arranque en clima frio

En general, los motores diesel no requieren ninguna ayuda de arranque. Sin embargo, en climas fríos, algunos motores diesel pueden ser difíciles de arrancar y pueden necesitar precalentamiento dependiendo del diseño de la cámara de combustión. La temperatura mínima de arranque que permite arrancar sin precalentamiento es de 40 °C para motores de cámara de precombustión, 20 °C para motores de cámara de turbulencia y 0 °C para motores de inyección directa. Los motores más pequeños con una cilindrada de menos de 1 litro por cilindro suelen tener bujías incandescentes, mientras que los motores más grandes de servicio pesado tienen sistemas de arranque por llama.

En el pasado, se usaba una variedad más amplia de métodos de arranque en frío. Algunos motores, como los motores Detroit Diesel, usaban un sistema para introducir pequeñas cantidades de éter en el colector de admisión para iniciar la combustión.En lugar de bujías incandescentes, algunos motores diésel están equipados con sistemas de asistencia de arranque que cambian la sincronización de las válvulas. La forma más sencilla de hacerlo es con una palanca de descompresión. La activación de la palanca de descompresión bloquea las válvulas de salida en una posición ligeramente hacia abajo, lo que hace que el motor no tenga ninguna compresión y, por lo tanto, permite girar el cigüeñal con una resistencia significativamente menor. Cuando el cigüeñal alcanza una velocidad más alta, mover la palanca de descompresión a su posición normal reactivará abruptamente las válvulas de salida, lo que resultará en compresión: el momento de inercia de la masa del volante arranca el motor.Otros motores diesel, como el motor de cámara de precombustión XII Jv 170/240 fabricado por Ganz & Co., tienen un sistema de cambio de sincronización de válvulas que se opera ajustando el árbol de levas de la válvula de entrada, moviéndolo a una posición ligeramente "atrasada". Esto hará que las válvulas de entrada se abran con retraso, obligando al aire de entrada a calentarse al entrar en la cámara de combustión.

Sobrealimentación y turboalimentación

Como el motor diésel se basa en la manipulación del $lambda_v$ control del par y la regulación de la velocidad, la masa de aire de admisión no tiene que coincidir con precisión con la masa de combustible inyectado (que sería $lambda =1$ ). Por lo tanto, los motores diésel son ideales para la sobrealimentación y la turboalimentación. Una ventaja adicional del motor diesel es la falta de combustible durante la carrera de compresión. En los motores diesel, el combustible se inyecta cerca del punto muerto superior (PMS), cuando el pistón está cerca de su posición más alta. El combustible luego se enciende debido al calor de compresión. El preencendido, causado por el aumento artificial de la compresión del turbocargador durante la carrera de compresión, no puede ocurrir.

Por lo tanto, muchos motores diésel son turboalimentados y algunos son a la vez turboalimentados y sobrealimentados. Un motor turboalimentado puede producir más potencia que un motor de aspiración natural de la misma configuración. Un sobrealimentador es impulsado mecánicamente por el cigüeñal del motor, mientras que un turbocompresor es impulsado por el escape del motor. La turboalimentación puede mejorar la economía de combustible de los motores diésel al recuperar el calor residual del escape, aumentar el factor de exceso de aire y aumentar la relación entre la potencia del motor y las pérdidas por fricción. Agregar un intercooler a un motor turboalimentado aumenta aún más el rendimiento del motor al enfriar la masa de aire y, por lo tanto, permite más masa de aire por volumen.

Un motor de dos tiempos no tiene un escape discreto y un golpe de admisión y, por lo tanto, es incapaz de autoaspiración. Por lo tanto, todos los motores diésel de dos tiempos deben estar equipados con un soplador o algún tipo de compresor para cargar los cilindros con aire y ayudar a dispersar los gases de escape, un proceso denominado barrido. Los sobrealimentadores de tipo Roots se utilizaron para motores de barcos hasta mediados de la década de 1950, desde 1955 han sido reemplazados ampliamente por turbocompresores. Por lo general, un motor diésel de barco de dos tiempos tiene un turbocompresor de una sola etapa con una turbina que tiene un flujo de entrada axial y un flujo de salida radial.

Características del combustible y fluido

En los motores diésel, un sistema de inyección mecánica atomiza el combustible directamente en la cámara de combustión (a diferencia de un jet Venturi en un carburador, o un inyector de combustible en un sistema de inyección múltiple que atomiza combustible en el múltiple de admisión o conductos de admisión como en un motor de gasolina). Debido a que solo se introduce aire en el cilindro de un motor diésel, la relación de compresión puede ser mucho más alta ya que no hay riesgo de preencendido siempre que el proceso de inyección esté sincronizado con precisión. Esto significa que las temperaturas de los cilindros son mucho más altas en un motor diésel que en un motor de gasolina, lo que permite utilizar combustibles menos volátiles.

Por lo tanto, los motores diésel pueden funcionar con una gran variedad de combustibles diferentes. En general, el combustible para motores diesel debe tener una viscosidad adecuada, de modo que la bomba de inyección pueda bombear el combustible a las boquillas de inyección sin dañarse a sí misma ni corroer la línea de combustible. En la inyección, el combustible debe formar una buena pulverización de combustible y no debe tener un efecto de coquización sobre las boquillas de inyección. Para garantizar un arranque adecuado del motor y un funcionamiento suave, el combustible debe estar dispuesto a encenderse y, por lo tanto, no causar un retardo alto en el encendido (esto significa que el combustible debe tener un índice de cetano alto). El combustible diesel también debe tener un poder calorífico más bajo.

Las bombas inyectoras mecánicas en línea generalmente toleran mejor los biocombustibles o los biocombustibles de mala calidad que las bombas de tipo distribuidor. Además, los motores de inyección indirecta generalmente funcionan de manera más satisfactoria con combustibles con un retardo de encendido alto (por ejemplo, gasolina) que los motores de inyección directa.Esto se debe en parte a que un motor de inyección indirecta tiene un efecto de "remolino" mucho mayor, mejorando la vaporización y la combustión del combustible, y porque (en el caso de los combustibles de tipo aceite vegetal) las deposiciones de lípidos pueden condensarse en las paredes del cilindro de un motor de inyección directa. motor si las temperaturas de combustión son demasiado bajas (como arrancar el motor en frío). Los motores de inyección directa con una cámara de combustión de esfera central MAN dependen de la condensación del combustible en las paredes de la cámara de combustión. El combustible comienza a vaporizarse solo después de que se activa la ignición y se quema de manera relativamente suave. Por lo tanto, estos motores también toleran combustibles con malas características de retardo de encendido y, en general, pueden funcionar con gasolina de 86 RON.

Tipos de combustible

En su trabajo de 1893 Teoría y construcción de un motor térmico racional, Rudolf Diesel considera el uso de polvo de carbón como combustible para el motor diésel. Sin embargo, Diesel solo consideró usar polvo de carbón (así como combustibles líquidos y gas); su motor real fue diseñado para funcionar con petróleo, que pronto se reemplazó con gasolina normal y queroseno para realizar más pruebas, ya que el petróleo resultó ser demasiado viscoso. Además del queroseno y la gasolina, el motor de Diesel también podría funcionar con ligroína.

Antes de que se normalizara el combustible para motores diésel, se utilizaban combustibles como la gasolina, el queroseno, el gasóleo, el aceite vegetal y el aceite mineral, así como mezclas de estos combustibles. Los combustibles típicos específicamente destinados a ser utilizados para motores diesel fueron destilados de petróleo y destilados de alquitrán de hulla como los siguientes; estos combustibles tienen valores caloríficos inferiores específicos de:

Gasóleo: 10.200 kcal·kg (42,7 MJ·kg) hasta 10.250 kcal·kg (42,9 MJ·kg)
Combustible de calefacción: 10.000 kcal·kg (41,8 MJ·kg) hasta 10.200 kcal·kg (42,7 MJ·kg)
Creosota de alquitrán: 9.150 kcal·kg (38,3 MJ·kg) hasta 9.250 kcal·kg (38,7 MJ·kg)
Queroseno: hasta 10.400 kcal·kg (43,5 MJ·kg)

Fuente:

Los primeros estándares de combustible diesel fueron DIN 51601, VTL 9140-001 y NATO F 54, que aparecieron después de la Segunda Guerra Mundial. El estándar europeo moderno de combustible diésel EN 590 se estableció en mayo de 1993; la versión moderna del estándar NATO F 54 es en su mayoría idéntica. La norma de biodiésel DIN 51628 quedó obsoleta con la versión de 2009 de la EN 590; El biodiésel FAME cumple la norma EN 14214. Los motores diesel de embarcaciones generalmente funcionan con combustible de motor diesel que cumple con el estándar ISO 8217 (Bunker C). Además, algunos motores diésel pueden funcionar con gases (como el GNL).

Propiedades del combustible diesel moderno

	EN 590 (a partir de 2009)	EN 14214 (a partir de 2010)
Rendimiento de encendido	≥ 51 CN	≥ 51 CN
Densidad a 15 °C	820...845 kg·m	860...900 kg·m
Contenido de azufre	≤10 mg·kg	≤10 mg·kg
Contenido de agua	≤200 mg·kg	≤500 mg·kg
Lubricidad	460 micras	460 micras
Viscosidad a 40 °C	2,0...4,5 mm ·s	3,5...5,0 mm ·s
contenido de FAMA	≤7.0%	≥96,5%
Relación molar H/C	–	1.69
Valor mínimo de calefacción	–	37,1 MJ·kg

Gelificante

El combustible diésel DIN 51601 era propenso a formar cera o gelificarse en climas fríos; ambos son términos para la solidificación del gasóleo en un estado parcialmente cristalino. Los cristales se acumulan en el sistema de combustible (especialmente en los filtros de combustible), lo que eventualmente priva al motor de combustible y hace que deje de funcionar. Se utilizaron calentadores eléctricos de bajo rendimiento en los tanques de combustible y alrededor de las líneas de combustible para resolver este problema. Además, la mayoría de los motores tienen un retorno de derramesistema, por el cual cualquier exceso de combustible de la bomba de inyección y los inyectores se devuelve al tanque de combustible. Una vez que el motor se ha calentado, devolver el combustible tibio evita la formación de cera en el tanque. Antes de los motores diésel de inyección directa, algunos fabricantes, como BMW, recomendaban mezclar hasta un 30 % de gasolina con el diésel al alimentar los automóviles diésel con gasolina para evitar que el combustible se gelificara cuando las temperaturas descendieran por debajo de -15 °C.

La seguridad

Inflamabilidad del combustible

El combustible diésel es menos inflamable que la gasolina, ya que su punto de inflamación es de 55 °C, lo que reduce el riesgo de incendio provocado por el combustible en un vehículo equipado con un motor diésel.

El combustible diésel puede crear una mezcla explosiva de aire/vapor en las condiciones adecuadas. Sin embargo, en comparación con la gasolina, es menos propenso debido a su menor presión de vapor, que es un indicador de la tasa de evaporación. La hoja de datos de seguridad del material para el combustible diésel con azufre ultra bajo indica un peligro de explosión de vapor para el combustible diésel en interiores, exteriores o en alcantarillas.

Cáncer

Los gases de escape diésel han sido clasificados como cancerígenos del Grupo 1 de la IARC. Provoca cáncer de pulmón y se asocia con un mayor riesgo de cáncer de vejiga.

Embalamiento del motor (exceso de velocidad incontrolable)

Véase desbocamiento del motor diésel.

Aplicaciones

Las características del diesel tienen diferentes ventajas para diferentes aplicaciones.

Carros pasajeros

Los motores diésel han sido populares durante mucho tiempo en automóviles más grandes y se han utilizado en automóviles más pequeños como los superminis en Europa desde la década de 1980. Eran populares en autos más grandes antes, ya que las penalizaciones por peso y costo eran menos notorias. El funcionamiento suave, así como el alto par motor a bajas revoluciones, se consideran importantes para los turismos y los vehículos comerciales pequeños. La introducción de la inyección de combustible controlada electrónicamente mejoró significativamente la generación de par uniforme y, a principios de la década de 1990, los fabricantes de automóviles comenzaron a ofrecer sus vehículos de lujo de gama alta con motores diésel. Los motores diésel de turismos suelen tener entre tres y doce cilindros, y una cilindrada que oscila entre 0,8 y 6,0 litros. Los motores modernos suelen ser turboalimentados y tienen inyección directa.

Los motores diésel no sufren estrangulamiento del aire de admisión, lo que da como resultado un consumo de combustible muy bajo, especialmente a carga parcial baja (por ejemplo, conducción a velocidades de ciudad). Una quinta parte de todos los automóviles de pasajeros en todo el mundo tienen motores diésel, y muchos de ellos se encuentran en Europa, donde aproximadamente el 47 % de todos los automóviles de pasajeros funcionan con diésel. Daimler-Benz, junto con Robert Bosch GmbH, produjo automóviles de pasajeros con motor diésel a partir de 1936. La popularidad de los automóviles de pasajeros con motor diésel en mercados como India, Corea del Sur y Japón está aumentando (a partir de 2018).

Vehículos comerciales y camiones

En 1893, Rudolf Diesel sugirió que el motor diesel posiblemente podría impulsar 'vagones' (camiones). Los primeros camiones con motores diésel se comercializaron en 1924.

Los motores diésel modernos para camiones deben ser extremadamente fiables y muy eficientes en el consumo de combustible. La inyección directa common-rail, la turboalimentación y las cuatro válvulas por cilindro son estándar. Las cilindradas varían de 4,5 a 15,5 litros, con relaciones potencia-masa de 2,5 a 3,5 kg·kW para motores de servicio pesado y de 2,0 a 3,0 kg·kW para motores de servicio mediano. Los motores V6 y V8 solían ser comunes, debido a la masa relativamente baja del motor que proporciona la configuración en V. Recientemente, la configuración en V se ha abandonado en favor de los motores rectos. Estos motores suelen ser de 6 cilindros en línea para tareas pesadas y medianas y de 4 cilindros en línea para tareas medianas. Su diseño bajo cuadrado provoca velocidades de pistón más bajas en general, lo que da como resultado una mayor vida útil de hasta 1.200.000 kilómetros (750.000 mi).En comparación con los motores diésel de la década de 1970, la vida útil esperada de los motores diésel de camiones modernos se ha más que duplicado.

Material rodante ferroviario

Los motores diesel para locomotoras están construidos para un funcionamiento continuo entre recargas de combustible y es posible que deban diseñarse para usar combustible de mala calidad en algunas circunstancias. Algunas locomotoras utilizan motores diésel de dos tiempos. Los motores diesel han reemplazado a los motores de vapor en todos los ferrocarriles no electrificados del mundo. Las primeras locomotoras diésel aparecieron en 1913 y las unidades diésel múltiples poco después. Casi todas las locomotoras diésel modernas se conocen más correctamente como locomotoras diésel-eléctricas porque utilizan una transmisión eléctrica: el motor diésel impulsa un generador eléctrico que alimenta los motores de tracción eléctrica.Si bien las locomotoras eléctricas han reemplazado a las locomotoras diesel para los servicios de pasajeros en muchas áreas, la tracción diesel se usa ampliamente para trenes de carga de transporte de carga y en vías donde la electrificación no es económicamente viable.

En la década de 1940, los motores diésel de vehículos de carretera con potencias de 150 a 200 caballos de fuerza métricos (110 a 150 kW; 150 a 200 hp) se consideraban razonables para las DMU. Por lo general, se utilizaron centrales eléctricas de camiones normales. La altura de estos motores tenía que ser inferior a 1 metro (3 pies 3 pulgadas) para permitir la instalación debajo del piso. Por lo general, el motor estaba acoplado con una caja de cambios mecánica operada neumáticamente, debido al bajo tamaño, masa y costos de producción de este diseño. Algunas DMU utilizaron convertidores de par hidráulicos en su lugar. La transmisión diésel-eléctrica no era adecuada para motores tan pequeños. En la década de 1930, Deutsche Reichsbahn estandarizó su primer motor DMU. Era una unidad bóxer de 12 cilindros y 30,3 litros (1850 pulgadas cúbicas) que producía 275 caballos de fuerza métricos (202 kW; 271 hp). Varios fabricantes alemanes produjeron motores de acuerdo con este estándar.

Embarcaciones

Los requisitos para los motores diésel marinos varían según la aplicación. Para uso militar y embarcaciones de tamaño mediano, los motores diesel de cuatro tiempos de velocidad media son los más adecuados. Estos motores suelen tener hasta 24 cilindros y vienen con salidas de potencia en la región de megavatios de un dígito. Las embarcaciones pequeñas pueden utilizar motores diésel de camiones. Los barcos grandes utilizan motores diesel de dos tiempos de baja velocidad y extremadamente eficientes. Pueden alcanzar eficiencias de hasta el 55%. A diferencia de la mayoría de los motores diesel normales, los motores de embarcaciones de dos tiempos usan fuel oil altamente viscoso. Los submarinos suelen ser diésel-eléctricos.

Los primeros motores diesel para barcos fueron fabricados por AB Diesels Motorer Stockholm en 1903. Estos motores eran unidades de tres cilindros de 120 PS (88 kW) y unidades de cuatro cilindros de 180 PS (132 kW) y se usaban para barcos rusos. En la Primera Guerra Mundial, especialmente el desarrollo de motores diésel submarinos avanzó rápidamente. Al final de la guerra, los motores de dos tiempos de pistón de doble acción con hasta 12.200 PS (9 MW) se habían fabricado para uso marino.

Aviación

Los motores diésel se habían utilizado en aviones antes de la Segunda Guerra Mundial, por ejemplo, en el dirigible rígido LZ 129 Hindenburg, que estaba propulsado por cuatro motores diésel Daimler-Benz DB 602, o en varios aviones Junkers, que tenían motores Jumo 205 instalados. Hasta fines de la década de 1970, no ha habido ninguna aplicación del motor diesel en aviones. En 1978, Karl H. Bergey argumentó que “la probabilidad de un diésel de aviación general en un futuro cercano es remota”. En los últimos años (2016), los motores diésel han encontrado uso en aeronaves no tripuladas (UAV), debido a su confiabilidad, durabilidad y bajo consumo de combustible. A principios de 2019, AOPA informó que un modelo de motor diésel para aviones de aviación general se está "acercando a la línea de meta".

Motores diésel no de carretera

Los motores diesel para uso fuera de carretera se usan comúnmente para equipos de construcción. La eficiencia del combustible, la fiabilidad y la facilidad de mantenimiento son muy importantes para estos motores, mientras que la alta potencia de salida y el funcionamiento silencioso son insignificantes. Por lo tanto, la inyección de combustible y el enfriamiento por aire controlados mecánicamente siguen siendo muy comunes. Las salidas de potencia comunes de los motores diésel no de carretera varían mucho, con las unidades más pequeñas a partir de 3 kW y los motores más potentes son los motores de camiones pesados.

Motores diesel estacionarios

Los motores diésel estacionarios se utilizan comúnmente para la generación de electricidad, pero también para accionar compresores frigoríficos u otros tipos de compresores o bombas. Por lo general, estos motores funcionan de forma continua con carga parcial o intermitentemente con carga completa. Los motores diésel estacionarios que alimentan generadores eléctricos que emiten una corriente alterna, generalmente funcionan con carga alterna, pero con una frecuencia de rotación fija. Esto se debe a la frecuencia fija de la red de 50 Hz (Europa) o 60 Hz (Estados Unidos). La frecuencia de rotación del cigüeñal del motor se elige de modo que la frecuencia de la red sea un múltiplo de ella. Por razones prácticas, esto da como resultado frecuencias de rotación del cigüeñal de 25 Hz (1500 por minuto) o 30 Hz (1800 por minuto).

Motores de bajo rechazo de calor

Durante varias décadas se ha desarrollado una clase especial de prototipos de motores de pistón de combustión interna con el objetivo de mejorar la eficiencia mediante la reducción de la pérdida de calor. Estos motores se denominan de diversas formas motores adiabáticos; debido a una mejor aproximación de la expansión adiabática; motores de bajo rechazo de calor o motores de alta temperatura. Generalmente son motores de pistón con partes de la cámara de combustión revestidas con revestimientos cerámicos de barrera térmica. Algunos utilizan pistones y otras piezas de titanio, que tiene una densidad y una conductividad térmica bajas. Algunos diseños pueden eliminar por completo el uso de un sistema de refrigeración y las pérdidas parásitas asociadas. El desarrollo de lubricantes capaces de soportar las altas temperaturas involucradas ha sido una barrera importante para la comercialización.

Futuros desarrollos

En la literatura de mediados de la década de 2010, los principales objetivos de desarrollo para los futuros motores diésel se describen como mejoras en las emisiones de escape, reducción del consumo de combustible y aumento de la vida útil (2014). Se dice que el motor diésel, especialmente el motor diésel para vehículos comerciales, seguirá siendo el motor de los vehículos más importante hasta mediados de la década de 2030. Los editores suponen que la complejidad del motor diesel aumentará aún más (2014). Algunos editores esperan una convergencia futura de los principios operativos de los motores diésel y Otto debido a los pasos de desarrollo del motor Otto realizados hacia el encendido por compresión de carga homogénea (2017).

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