Motor diésel de dos tiempos

Un motor diésel de dos tiempos es un motor diésel que utiliza encendido por compresión en un ciclo de combustión de dos tiempos. Fue inventado por Hugo Güldner en 1899.En el encendido por compresión, primero se comprime y calienta el aire; luego, se inyecta combustible en el cilindro, provocando su autoignición. Esto genera una carrera de potencia cada vez que el pistón sube y baja, sin necesidad de las carreras adicionales de escape e inducción del ciclo de cuatro tiempos.Según Imanuel Lauster, ingeniero que diseñó el Motor 250/400, uno de los primeros motores diésel operativos de Rudolf Diesel, Diesel no pretendía inicialmente utilizar el principio de dos tiempos. Hugo Güldner diseñó en 1899 lo que se cree que fue el primer motor diésel de dos tiempos operativo, y convenció a MAN, Krupp y Diesel para que financiaran su construcción con 10.000 libras esterlinas cada una. El motor de Güldner tenía un cilindro de trabajo de 175 mm y un cilindro de barrido de 185 mm; ambos con una carrera de 210 mm. La potencia indicada era de 12 CV (9 kW; 12 hp). En febrero de 1900, este motor funcionó por primera vez con su propia potencia. Sin embargo, con una potencia real de tan solo 6,95 CV (5 kW; 7 hp) y un elevado consumo de combustible de 380 g·CV⁻¹·h⁻¹ (517 g·kW⁻¹·h⁻¹), no tuvo éxito; el proyecto de motor diésel de dos tiempos de Güldner se abandonó en 1901.En 1908, MAN Nürnberg ofreció motores diésel de dos tiempos con pistón de simple efecto para uso marítimo. El primer motor de pistón de doble efecto de MAN Nürnberg se fabricó en 1912 para una central eléctrica. En colaboración con Blohm + Voss en Hamburgo, MAN Nürnberg construyó el primer motor de dos tiempos con pistón de doble efecto para uso marítimo entre 1913 y 1914. Paul Henry Schweitzer sostiene que el motor diésel de dos tiempos con pistón opuesto fue inventado originalmente por Hugo Junkers. Durante la Primera Guerra Mundial, MAN Núremberg construyó un motor diésel de dos tiempos, de pistón y seis cilindros de doble efecto, con una potencia nominal de 12 400 CV (9120 kW; 12 230 hp). MAN trasladó su departamento de motores diésel de dos tiempos de Núremberg a Augsburgo en 1919.Para 1939, varios tipos de motores diésel de dos tiempos ya se utilizaban ampliamente y se estaban desarrollando otros para aplicaciones de alta potencia.De varios conceptos de motores diésel de dos tiempos para aeronaves, el Junkers Jumo 205 fue el único que se fabricó en cantidades significativas, con aproximadamente 900 unidades en total. Introducido en 1939, el concepto de diseño se había propuesto por primera vez en 1914. El diseño se fabricó bajo licencia en varios países. Los avances posteriores en la tecnología de inyección de gasolina dejaron obsoleto el motor de dos tiempos para aeronaves. Aunque el Napier Culverin, una versión bajo licencia del Jumo 204, de mayor tamaño, no llegó a producirse, el posterior Napier Deltic incorporó una disposición triangular rediseñada con tres cilindros por bancada y se adoptó con éxito en aplicaciones locomotrices y marítimas hasta bien entrada la posguerra.Desde 1923 hasta 1982, MAN utilizó la técnica de barrido de flujo inverso para sus motores marinos de dos tiempos. A partir de 1945, se instaló una válvula de corredera para el efecto de inducción de ariete, y desde 1954, se utilizó la sobrealimentación de flujo constante de gas con intercooler. La sobrealimentación se logró mediante la combinación de cuatro métodos: un sobrealimentador de tipo raíces accionado por cigüeñal, un turbocompresor, la parte inferior de los pistones del motor y un sobrealimentador alimentado por un motor eléctrico. La válvula de corredera para el efecto de inducción de ariete demostró ser propensa a fallas y quedó obsoleta con el aumento de las tasas de sobrealimentación a principios de la década de 1960. A principios de la década de 1980, todos los principales fabricantes de motores diésel de dos tiempos cambiaron la técnica de barrido de flujo inverso a la de flujo único, ya que esta última, a pesar de ser más compleja, permite una mayor eficiencia del motor y, por lo tanto, un menor consumo de combustible.Charles F. Kettering y sus colegas, trabajando en General Motors Research Corporation y Winton Engine Corporation, filial de GM, durante la década de 1930, diseñaron motores diésel de dos tiempos para uso en carretera con relaciones peso-potencia y un rango de potencia mucho mayores que los diésel de cuatro tiempos contemporáneos. La primera aplicación móvil del motor diésel de dos tiempos fue en los vehículos diésel aerodinámicos de mediados de la década de 1930. El continuo trabajo de desarrollo dio como resultado motores diésel de dos tiempos mejorados para locomotoras y aplicaciones marinas a finales de la década de 1930. Este trabajo sentó las bases para la dieselización de los ferrocarriles en las décadas de 1940 y 1950 en Estados Unidos.Hacia finales del siglo XX, el interés por los motores diésel para aeronaves resurgió, con ejemplares de dos tiempos como el Superior Air Parts Gemini Diesel 100, en desarrollo desde 2015.La característica que define al motor diésel es su encendido por compresión. Al comprimirse el aire, este se calienta. El combustible se inyecta en el aire caliente comprimido y se enciende espontáneamente. Esto le permite funcionar con una mezcla pobre compuesta principalmente por aire. Sumado a su alta relación de compresión, lo hace más económico que el motor de gasolina. Además, no requiere carburador para mezclar el aire y el combustible antes de la entrega, ni bujía ni ningún otro sistema de encendido. Otra consecuencia es que, para controlar la velocidad y la potencia, no se estrangula el flujo de aire, sino que solo se varía la cantidad de combustible inyectado en cada ciclo.

En el ciclo de dos tiempos, las cuatro etapas del funcionamiento del motor de combustión interna (admisión, compresión, encendido y escape) ocurren en una revolución de 360° del cigüeñal, mientras que en un motor de cuatro tiempos requieren dos revoluciones completas. Por consiguiente, en el ciclo de dos tiempos, las etapas se superponen durante la mayor parte del funcionamiento del motor. Esto hace que sus procesos termodinámicos y aerodinámicos sean más complejos. Dado que el cilindro de cuatro tiempos solo enciende cada dos revoluciones, la potencia del ciclo de dos tiempos es teóricamente el doble. Sin embargo, las pérdidas por barrido dificultan que esta ventaja se alcance en la práctica.

• Entrada comienza cuando el pistón está cerca del centro inferior muerto (BDC). El aire se admite en el cilindro a través de puertos en la pared del cilindro (no hay válvulas de entrada). Todos los motores diésel de dos tiempos requieren aspiración artificial para operar, y utilizarán un soplador mecánico o un turbocompresor para cargar el cilindro con aire. En la fase inicial de la ingesta, la carga aérea también se utiliza para forzar los gases de combustión restantes de la apoplejía de energía anterior, un proceso denominado estanca.
• A medida que sube el pistón, la carga de entrada de aire se comprime. Cerca del centro muerto superior, se inyecta combustible, lo que resulta en combustión debido a la presión y calor extremadamente alta del cargo creados por compresión, lo que conduce el pistón hacia abajo. A medida que el pistón se mueve hacia abajo en el cilindro, llegará a un punto donde el puerto de escape se abre para expulsar los gases de combustión de alta presión. Sin embargo, la mayoría de los motores diésel de dos tiempos actuales utilizan válvulas de poppet montadas superiormente y uniflow scavenging. 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 el resto están determinados por el diseño mecánico del motor. Los puertos de barrido se abren desde 45 grados antes del PMI hasta 45 grados después del PMI. Sin embargo, algunos fabricantes hacen que la sincronización del puerto de barrido sea asimétrica desplazando el cigüeñal. Los demás parámetros ajustables se relacionan con la sincronización de la válvula de escape y la inyección (estos dos parámetros no son necesariamente simétricos respecto al PMI ni, por lo tanto, al PMI); se establecen para maximizar el escape de gases de combustión y la admisión de aire de sobrealimentación. Un solo árbol de levas acciona las válvulas de escape de asiento y el inyector unitario, utilizando tres lóbulos: dos para las válvulas de escape (dos válvulas en los motores más pequeños o cuatro válvulas en los más grandes, y un tercer lóbulo para el inyector unitario).Específico para motores EMD de dos tiempos (567, 645 y 710):

• El derrame de energía comienza en TDC ([0°]; la inyección de combustible conduce TDC por 4° [356°], de tal manera que la inyección de combustible será completada por TDC o muy poco después; el combustible se encenderá tan rápido como se inyecta), después de que se abran las válvulas de escape, reduciendo así enormemente la presión y la temperatura del gas combustión, y preparando el cilindro para el escavenamiento, para un de potencia duración de 103°.
• La escalada comienza 32° más tarde, a BDC–45° [135°], y termina a BDC+45° [225°], para un Escalada duración de 90 grados; el retraso de 32° en la apertura de los puertos de escalada (construyendo la longitud del trazo de potencia), y la demora de 16° después de que los puertos de estacavenging estén cerrados (por tanto, iniciando el trazo de compresión), maximiza la eficacia de estanca, maximizando así la potencia del motor, minimizando el consumo de combustible del motor.
• Hacia el final de la estafa, todos los productos de la combustión han sido forzados fuera del cilindro, y sólo restos de "aire" de carga (se puede realizar por los sopladores Roots, para la inducción de aire de carga ligeramente por encima del ambiente, o el propio turbocompresor de EMD, que actúa como soplador durante la puesta en marcha y como un turbocentro bajo condiciones operacionales normales, y carga significativamente
• El trazo de compresión comienza 16° más tarde, a BDC+61° [241°], para un compresión accidente cerebrovascular duración de 119°.
• En los motores equipados con EFI, el inyector de unidad de control electrónico sigue siendo actuado mecánicamente; la cantidad de combustible alimentado en la bomba de inyección de tipo plunger está bajo el control de la unidad de control del motor (en locomotoras, unidad de control locomotora), en lugar del gobernador tradicional de Woodward PGE, o gobernador equivalente del motor, como con inyectores de unidad convencionales.

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

• Las mismas consideraciones básicas se emplean (el GM/EMD 567 y los motores 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 todos los motores de dos tiempos EMD y Detroit Diesel emplean inducción forzada, sólo algunos motores EMD emplean un sistema turbo-compresor. Algunos motores Detroit Diesel emplean un turbocompresor convencional, en algunos casos con intercooling, seguido por el soplador habitual Roots, ya que un sistema turbo-compresor sería demasiado costoso para ciertas aplicaciones muy costosas y altamente competitivas.

Los combustibles utilizados en motores diésel pueden estar compuestos de hidrocarburos más pesados que la gasolina o el nafta utilizados en motores de encendido por chispa, lo que los hace menos volátiles, con un punto de inflamación más alto y una mayor densidad energética. Por lo tanto, son más fáciles y seguros de manejar y ocupan menos volumen para una cantidad de energía dada. Los motores diésel de dos tiempos suelen quemar fueloils incluso más pesados que los combustibles diésel estándar.En los motores diésel marinos de dos tiempos para embarcaciones marítimas, los combustibles más comunes son los aceites residuales. Günter Mau argumenta que no existen normas uniformes para estos combustibles, por lo que se les conoce con diferentes nombres, como Combustible Intermedio Marino, Fueloil Pesado, Combustible Búnker Marino y Combustible Búnker C. Los fueloils pesados también se utilizaron en el motor diésel de dos tiempos para aeronaves Jumo 205. En la década de 1960, los aceites residuales se elaboraban a partir de residuos de refinería. Estos aceites residuales son de muy baja calidad, con alta viscosidad y bajo índice de cetano, pero económicos y, por lo tanto, de uso económico.

• Motor DeltaHawk DHK180 para propulsión de aviones Jet A " Jet A-1, JP5, JP8, Diesel (D1 y D2), JP-8-100 y F-24 combustibles
• Burmeister & Wain (parte de MAN Diesel desde 1980), diesel de doble acción para propulsión marina a partir de 1930, también fabricado por naufragios bajo licencia
• Detroit Diesel, motores de uniflow para camiones on- and off-road, autobuses en carretera y aplicaciones estacionarias
• Doxford, opuesto al pistón velocidad lenta motores diesel marinos.
• Electro-Motive Diesel, motores diesel uniflow para aplicaciones marítimas, ferroviarias y estacionarias
• Fairbanks-Morse, motores diésel opositores para aplicaciones marítimas y estacionarias. Una copia no licenciada del motor de Junkers Jumo 205 aero.
• Foden, serie FD de motores diesel para vehículos comerciales, energía marina e industrial.
• Junkers, patente de 1892, diseño de pistón opuesto para motores estacionarios, marítimos y automotrices (single crankshaft) más tarde uso de aeronaves con doble trazado de crankshaft (Junkers Jumo 205).
• Gray Marine, 6-71 motores diesel uniflow.
• MAN Diesel " Turbo, motores diesel crosshead para propulsión marina
• Industrias pesadas Mitsubishi, motores diesel crosshead para propulsión marina
• Napier & Son, Napier Deltic y Napier Culverin sin válvulas contrapiston, supercargado uniflow escavenged, motores diesel de dos tiempos. Comenzando con licencia Junkers Jumo 205 derivativo.
• Rootes Group, el motor Commer TS3 para camiones
• Wärtsilä, motores diesel crosshead para propulsión marina
• Waukesha Engine, grandes motores de reciprocación estacionaria producidos por INNIO Waukesha Gas Engines
  • Brons, un antiguo fabricante de motores holandés en Appingedam (ahora representado por Waukesha Engine)

• Mau, Günter (1984), Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Springer-Vieweg, Braunschweig/Wiesbaden 1984, ISBN 978-3-528-14889-8.
• Sass, Friedrich (1962), Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918, Springer, Berlin/Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6.

• Walshaw, T.D. (1953), Diesel engine design (2nd ed.), Londres, Inglaterra: George Newnes Ltd, LCCN 54029678.