DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

MOTORES ESPECIALES

TEMA:

“ BARRIDO DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA”AUTOR:

ANDRÉS SEBASTIÁN MORENO CONSTANTE

LATACUNGA

2016

CONTENIDO“ BARRIDO DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA”..........................................................................1

1. TEMA: Barridos de los motores de combustión Interna............................................................................4

2. AUTOR: Andrés Sebastián Moreno Constante...........................................................................................4

3. INTRODUCCIÓN.........................................................................................................................................4

4. RESUMEN..................................................................................................................................................4

PALABRAS CLAVES:.......................................................................................................................................5

5. ABSTRACT..................................................................................................................................................5

6. TEXTO DE PRESENTACIÓN.........................................................................................................................7

7. MATRIZ DE COMPARACION DE 2T Y 4T.....................................................................................................7

8. TIPOS DE BARRIDOS.................................................................................................................................10

8.1. CLASIFICACIÓN DEL BARRIDO SEGÚN LA BOMBA DE BARRIDO.....................................................10

8.2. CLASIFICACIÓN DEL BARRIDO SEGÚN EL DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN.......................................11

8.3. Clasificación del barrido según la forma de corriente de barrido..................................................12

8.3.1. Barrido transversal......................................................................................................................12

8.3.2. Barrido uniflujo...........................................................................................................................12

8.3.3. Barrido por lazo...........................................................................................................................13

9. MANERAS DE COMBATIR EL FENÓMENO DETERMINADO COMO CORTOCIRCUITO EN MOTORES DE DOS TIEMPOS..........................................................................................................................................................15

9.1. PARÁMETROS QUE CARACTERIZAN EL PROCESO DE RENOVACIÓN DE LA CARGA.......................15

9.2. RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO.......................................................................................................15

9.3. TASAS RESIDUALES Y DE CORTOCIRCUITO.....................................................................................15

9.4. TRABAJO DE BOMBEO Y TRABAJO NETO.......................................................................................16

10. EFECTO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA. INFLUENCIA EN EL DISEÑO DE PIPAS Y VÁLVULAS..................16

11. DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN.............................................................................................................17

13. CRUCE DE VÁLVULAS...........................................................................................................................19

13.1. RETRASO AL CIERRE DE LA VÁLVULA DE ADMISIÓN (RCA)........................................................19

14. CONCLUSIONES...................................................................................................................................20

15. BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................................21

lustración 1: Comparación entre 2T y 4T.....................................................................................10

lustración 2: Motor de 2T de barrido por cárter, con lumbrera de transferencia de cárter a

cilindro y admisión por láminas....................................................................................................11

lustración 3:Esquema de dos diagramas de distribución de motores de 2............................11

lustración 4: Tipos de barridos y geometría de las lumbreras asociadas para motores de

2T......................................................................................................................................................13

lustración 5: Barrido por lazo obtenida con CFD.......................................................................14

lustración 6: Mapas de velocidad axial en el cilindro de un motor de 2T de barrido por lazo

.......................................................................................................................................................... 14

lustración 7: Rendimiento Volumétrico........................................................................................15

lustración 8: Diseño de pipas en función del diámetro de las válvulas a) pipas de admisión

b) pipas de escape.........................................................................................................................17

lustración 9: Representación gráfica de los eventos del diagrama de distribución...............18

lustración 10: Situaciones de Flujo que se pueden producir durante el cruce de válvulas..19

lustración 11: Gasto instantáneo en la válvula de admisión a bajo régimen de giro (a) y

allto régimen de giro (b) para dos valores distintos de RCA....................................................20

Del contenido de la presente tarea, se responsabiliza el autor.

Andrés Sebastián Moreno Constante

CI: 1722582754

1. TEMA: Barridos de los motores de combustión Interna

2. AUTOR: Andrés Sebastián Moreno Constante

3. INTRODUCCIÓNLos motores de 2T a diferencia de los de 4T realizan su ciclo de funcionamiento en una

vuelta del cigüeñal o dos carreras del pistón, esto se consigue realizando en la carrera

ascendente del pistón simultáneamente los procesos de admisión y compresión por un

lado, y los de combustión- expansión y de escape durante la carrera descendente.

En los motores de dos tiempos la renovación de la carga se lo realiza en la carrera ascendente y descendente del pistón.Al descubrir el pistón la lumbrera de escape, la presión en el cilindro es muy superior a la

atmosférica, con lo que los gases procedentes de la combustión son libreados al exterior a

pesar de que el pistón tiene un movimiento hacia bajo y se sigue expandiendo la carga del

cilindro, esta fase se conoce como escape espontaneo.

4. RESUMEN La característica importante en los motores de 2 tiempos es el modo en el cual se lleva

a cabo la renovación de la carga en el cilindro. A este proceso se le denomina barrido, ya

que los gases son introducidos a presión en el cilindro y de esta manera los gases frescos

desalojan a los gases quemados.

El barrido es el periodo en que los conductos de admisión y de escape se encuentran

simultáneamente abiertos y se lleva a cabo la sustitución de los gases quemados por

mezcla fresca

Durante el proceso de barrido la presión en el cilindro suele caer por debajo de la presión

del escape durante algunos grados debido a la inercia de los gases. Esto ayuda al ingreso

de gases frescos y a la salida de gases residuales.

El ángulo en el que están abiertos los conductos de escape y admisión a la vez se

llama ángulo de barrido y tiempo correspondiente de barrido.

La presión necesaria para realizar este barrido se obtiene, en los motores Otto,

comprimiendo los gases frescos en el cárter que posteriormente pasaran al cilindro.

En los motores diesel el barrido se hace introduciendo aire a presión que generalmente

proviene de un compresor volumétrico o un turbocompresor.

La admisión y el escape se realizan por lumbreras situadas en el cilindro, cuya apertura

y cierre es controlada por el desplazamiento del pistón.

Los motores de 2 tiempos pueden funcionar siguiendo el ciclo Otto o bien el Diesel,

Actualmente la mayoría de motores de 2 tiempos empleados en automoción son de ciclo

Otto y se montan en motocicletas donde se requiere una mecánica sencilla y unos costes

de fabricación relativamente bajos, factores estos muy importantes.

PALABRAS CLAVES: Barrido

Motor de 2T

Motor de 4T

Cortocircuito

Lumbreras

5. ABSTRACT

The important feature in the 2-stroke engines is the way in which is performed the

renewal of the charge in the cylinder. This process is called scan, since the gases are

introduced into the cylinder and pressure thus fresh gases evict the burnt gases.

     The sweep is the period in which the intake and exhaust are simultaneously open

and is carried out replacing the burnt gases by fresh mix

     During the scanning process the pressure in the cylinder tends to fall below the

exhaust pressure for a few degrees due to the inertia of the gases. This helps the entry

of fresh gases and the wastegate.

     The angle at which are open exhaust and intake ducts at once is called sweep angle

and corresponding sweep time.

     The pressure necessary to perform this sweep is obtained, in Otto engines,

compressing the fresh gases in the crankcase which subsequently pass into the

cylinder.

     In diesel engines the scanning is done by introducing pressurized air usually comes

from a volumetric compressor or turbocharger.

     The intake and exhaust ports are performed by located in the cylinder, the opening

and closing is controlled by the piston displacement.

     The 2-stroke engines can operate according to the Otto cycle or diesel, currently

most 2-stroke engines used in automotive are Otto cycle and mounted on motorcycles

where a simple mechanical and costs relatively low manufacturing is required, these

very important factors.

Keywords:

• Sweep

• Motor 2T

• 4T Engine

•Breakdown voltage

• Lumbreras

6. TEXTO DE PRESENTACIÓN

7. MATRIZ DE COMPARACION DE 2T Y 4T

DETALLE 2 TIEMPOS 4 TIEMPOS

DIFERENCIAS DE CONSTRUCCIÓN

Ambas caras del

pistón realizan una función

simultáneamente

El cárter del cigüeñal debe estar

sellado y cumple la función de

cámara de precompresión

En el motor de 4 tiempos

solo es activa la

cara superior del pistón

El cárter sirve de

depósito de lubricante

LUBRICACIÓN Se realiza mezclando el aceite con

el combustible, en una

proporción que varía de 50:1

o 25:12

Se realiza a través del cárter

TIPO DE ALIMENTACIÓN AIRE COMBUSTIBLE

Lumbreras Válvulas

El motor de dos tiempos es

altamente contaminante ya

que en su combustión se

A diferencia del motor

de 4 cuatro tiempos ya que

la combustión se

VENTAJAS quema aceite continuamente, y

nunca termina de quemarse la

mezcla en su totalidad.

quema la mezcla

aire – Combustible y es

medio contaminante

POTENCIA Nonos del doble Mayor potencia

RENDIMIENTO Mayor rendimiento Menor rendimiento

CONTAMINACIÓN Mayor contaminación Menor contaminación

CICLOSEs un motor de combustión

interna que realiza las 4

etapas del ciclo termodinámico

en 2 movimientos lineales del

pistón, es decir una vuelta de

cigüeñal

Realiza las 4 etapas

en 2 vueltas de

cigüeñal

SONORO Menor sonoro Mayor sonoro

GRADOS DE GIRO DEL CIGÜEÑAL

180 grados un ciclo

completo

360 grados un ciclo

completo

LLENADO DECILINDRO

Malo Bueno

ESFUERZOS Mayores Menores

CONCLUSIÓN

Ambos son óptimos, por un

lado, el motor de dos tiempos

tiene mayor reacción, pero es

muy contaminante y vibrante

Mientras que el de 4

tiempos genera

 menos

contaminación, aunque

también tiene un

mantenimiento más

costoso, y si se rompe

será más costosa su

reparación que un

motor de 2 tiempos.

Tabla 1: Comparación entre 2T y 4T.

Fuente: Motores de combustión interna alternativos

lustración 1: Comparación entre 2T y 4T.

Fuente: Motores de combustión interna alternativos

8. TIPOS DE BARRIDOS

8.1. CLASIFICACIÓN DEL BARRIDO SEGÚN LA BOMBA DE BARRIDO

El sistema de pistón - cárter puede utilizarse como bomba de barrido, llamándose

barrido por cárter. La admisión se hace al cárter a través de la lumbrera de admisión y

existe un conducto de transferencia del cárter al cilindro que tradicionalmente se le llama

lumbrera de transferencia o transfer. Interesa que el volumen del cárter sea lo más

pequeño posible conseguir una elevada presión en el momento de la carrera descendente

del pistón, cuando se descubren las lumbreras de transferencia. El uso dl propio cárter

como bomba de barrido se extiende en los motores MEP de baja cilindrada.

Las ventajas de este tipo de barrido es un sistema muy económico y la segunda que

se puede eliminar el sistema de engrase, puesto que solo necesitan lubricación los

soportes del cigüeñal, la cabeza y el pie de biela y el pistón, por lo que puede realizarse la

lubricación por mezcla de aceite en el combustible.

Los MEC grandes 2T equipan sin excepción un elemento auxiliar como bomba de

barrido independiente, con lo que la presión de barrido no esta tan limitada en el diseño.

lustración 2: Motor de 2T de barrido por cárter, con lumbrera de transferencia de cárter a cilindro y admisión por láminas.

Fuente: Motores de combustión interna alternativos

8.2. CLASIFICACIÓN DEL BARRIDO SEGÚN EL DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN.

Si la apertura y el cierre de las lumbreras esta comendada únicamente al pistón, el

barrido es simétricamente respecto al PMS. Los diagramas circulares de la distribución

para motores construidos de esta forma tiene el aspecto de la figura siguiente:

lustración 3:Esquema de dos diagramas de distribución de motores de 2.

Fuente: Motores de combustión interna alternativos

Este tipo de distribución tiene el grave inconveniente de que el escape cierra después

que la admisión. Para evitar este inconveniente una solución es la ya apuntada de

disponer una válvula de escape en la culata. Otra solución adicional es mantener el

sistema de lumbreras, es dotar al motor de una válvula rotativa en el escape, de la forma

que la apertura esta sincronizada con el pistón, mientras que el cierre lo realiza la válvula

rotativa antes de que el pistón obture la lumbrera. Entonces decimos que el motor tiene

barrido asimétrico.

8.3. Clasificación del barrido según la forma de corriente de barrido.

8.3.1. Barrido transversal

En este tipo de barrido, las lumbreras de admisión y escape se encuentran situadas en

posiciones diametralmente opuestas. La tendencia al cortocircuito que tiene esta

disposición se contrarresta bien con deflectores en el pistón o bien con una geometría

adecuada de cabeza del pistón, ligeramente convexa, y unos ángulos adecuados en la

lumbrera de admisión. Este barrido es sencillo de ejecución y diseño, pero poco frecuente

en la actualidad por su escaso rendimiento.

8.3.2. Barrido uniflujo

Este tipo de barrido es el que cumple sus objetivos de forma más perfecta. La

disposición de lumbreras de admisión y escape en los extremos opuestos del cilindro

permite reducir al mínimo el cortocircuito y la mezcla de los productos quemados con la

carga fresca de la admisión. Las lumbreras de admisión dirigen el fluido hacia el interior

del cilindro, con componentes tangenciales y axiales de velocidad con objeto de producir

un vórtice que avance verticalmente barriendo completamente los productos quemados.

El escape se puede realizar por medio de lumbreras o bien con válvulas. En el primer

caso es necesario emplear pistones opuestos o bien correderas , siendo esta última

solución desaconsejable desde el punto de vista mecánico. La disposición constructiva

con pistones opuestos presentan inconvenientes respecto de la accesibilidad del motor

por lo que en la actualidad está abandonada , a pesar del éxito de antiguas realizaciones

lustración 4: Tipos de barridos y geometría de las lumbreras asociadas para motores de 2T

Fuente: Motores de combustión interna alternativos

8.3.3. Barrido por lazo

Este tipo de barrido consiste esencialmente en dirigir hacia atrás la corriente de

admisión según un plano diametral al cilindro, dando origen a tres ejecuciones

características.

El barrido Schnurle es muy frecuente en motores de pequeña cilindrada, habiendo

desplazado casi totalmente el barrido transversal. Normalmente aparece asociado a una

tercera o quinta, si es que hay cuatro laterales en lugar de dos lumbrera diametral opuesta

a la de escape, con un ángulo tal que dirige el flujo hacia la parte alta del cilindro.

El barrido Curtis es similar al anterior, pero con un mayor número de lumbreras, tanto

de admisión como de escape.

El barrido tipo MAN, adoptado por la empresa del mismo nombre en motores de gran

tamaño, la lumbrera de escape se encuentra encima de la lumbrera de admisión.

lustración 5: Barrido por lazo obtenida con CFD

Fuente: Motores de combustión interna alternativos

lustración 6: Mapas de velocidad axial en el cilindro de un motor de 2T de barrido por lazo

Fuente: Motores de combustión interna alternativos

9. MANERAS DE COMBATIR EL FENÓMENO DETERMINADO COMO CORTOCIRCUITO EN MOTORES DE DOS TIEMPOS

9.1. PARÁMETROS QUE CARACTERIZAN EL PROCESO DE RENOVACIÓN DE LA CARGA

El objetivo de este proceso es garantizar carga fresca en los cilindros al comienzo del

ciclo cerrado. Para evaluar si éste se lleva a cabo de forma adecuada se definen unos

parámetros que lo caracterizan cuantitativamente y cualitativamente, y que básicamente

son el rendimiento volumétrico, la tasa de residuales y de cortocircuito y de trabajo de

bombeo.

9.2. RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO

Es el parámetro más útil para cuantificar el proceso de llenado del cilindro en motores

de cuatro tiempos. El rendimiento volumétrico se calcula como el cociente entre el gasto

real de la carga fresca admitida por el motor y un cierto gasto que alcanzaría en

condiciones de referencia.

lustración 7: Rendimiento Volumétrico

Fuente: Motores de combustión interna alternativos

9.3. TASAS RESIDUALES Y DE CORTOCIRCUITO

Tanto la tasa de residuales como la de cortocircuito son extremadamente difíciles de

determinar experimentalmente, de ahí que no se reflejan en la definición del rendimiento

volumétrico. Afortunadamente, esto no es crítico en los motores de cuatro tiempos, pues

tienen una carrera expresamente dedicada a vaciar el cilindro de gases quemados y otra

a llenarlo de carga fresca.

9.4. TRABAJO DE BOMBEO Y TRABAJO NETO

Se define pues el trabajo de bombeo como aquel que realiza el motor para poder

evacuar los gases quemados y succionar los gases frescos El trabajo de bombeo se

puede expresar mediante la presión instantánea en el cilindro para el ángulo 𝛼 girado por

el cigüeñal. Otro parámetro que se expresa el trabajo de bombeo es la presión media de

bombeo (pmb).

10. EFECTO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA. INFLUENCIA EN EL DISEÑO DE PIPAS Y VÁLVULAS

La pérdida de carga en los elementos del sistema de admisión y escape repercute

tanto sobre el rendimiento volumétrico como sobre el trabajo de bombeo del motor. Cabe

señalar que esta pérdida de carga se verá especialmente afectada por el régimen de giro

del motor, ya que, cuanto mayor es éste mayor será el gasto másico trasegado. Por tanto,

mayor es la velocidad del flujo por las válvulas y otros elementos del motor, y como el flujo

es turbulento, las pérdidas de carga van a crecer en proporción al cuadrado de la

velocidad.

La zona correspondiente a las válvulas es la que presenta mayores limitaciones de

diseño para reducir las pérdidas de carga. La razón estriba, en que la sección de salida en

el plano de contracción de vena es pequeña frente a la sección del pistón. Por tanto

puede considerarse que se dan condiciones de descarga libre, y que el fluido se frena a

presión constante perdiendo ahí gran parte de su presión dinámica.

El diseño geométrico de las válvulas de admisión está no sólo orientado a una

reducción de las pérdidas de carga sino también y más importante a una optimización del

llenado, para lo cual son de gran relevancia los fenómenos de compresibilidad del fluido.

En la figura se muestran unos ejemplos de válvulas y pipas de admisión y de escape para

motores de cuatro tiempos y se dan unas sencillas guías en función del diámetro de las

válvulas.

lustración 8: Diseño de pipas en función del diámetro de las válvulas a) pipas de admisión

b) pipas de escape

Fuente: MOTORES DE COMBUSTION INTERNA ALTERNATIVOS M. Muñoz, F

11. DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN

El diagrama de distribución determina los momentos de apertura y cierre de las válvulas

de admisión y de escape durante el ciclo del motor de cuatro tiempos. Tal como se va a

mostrar, en tres de los cuatro eventos característicos del diagrama, los efectos

relacionados con la inercia que tiene el flujo en las pipas de admisión y escape.

Es habitual representar gráficamente el diagrama de distribución mediante un esquema

de las dos vueltas que constituyen el ciclo del motor de cuatro tiempos en el que se

marcan los momentos de apertura y cierre de las válvulas como se muestra en la figura

lustración 9: Representación gráfica de los eventos del diagrama de distribución

Fuente: Motores de combustión interna

12.AVANCE A LA APERTURA DE LA VÁLVULA DE ESCAPE (AAE)

Se compara una apertura avanzada con otra en que la válvula se abre en el PMI, indicado

en línea continua, con el diagrama presión-volumen. Se aprecia cómo la apertura

adelantada disminuye la presión en el cilindro durante la última parte de la carrera de

expansión, debido a la salida de los gases quemados del cilindro. Esto hace que la

presión durante la carrera de expansión sea menor y que el trabajo de bombeo se

reduzca.

Para cada condición de funcionamiento existe un avance a la apertura del escape que

optimiza el trabajo neto del ciclo. En particular, el avance óptimo varía en función del

régimen de giro, ya que al aumentar éste, se reduce el tiempo en el que se realiza el ciclo.

.

13.CRUCE DE VÁLVULAS

Se entiende por cruce de válvulas el periodo en que las válvulas de admisión y escape están

abiertas simultáneamente. Los fenómenos de trasiego de gases durante el cruce de válvulas

están controlados por las presiones que existen en ese momento en el cilindro y en las pipas

de admisión y de escape.

lustración 10: Situaciones de Flujo que se pueden producir durante el cruce de válvulas

Fuente: MOTORES DE COMBUSTION INTERNA ALTERNATIVOS M. Muñoz,

F. Payri pág.

El cruce de válvulas óptimo para un motor depende de muchos factores. En primer lugar

depende,

como se ha mencionado, de la relación entre las presiones instantáneas de escape y

admisión durante el cruce. Esta precisión es muy importante, ya que pueden dar situaciones

en las que las presiones medias de admisión y escape durante el ciclo sean muy diferentes

de las que hay instantáneamente durante la fase de cruce de válvulas.

Por otra parte, si la presión de escape es muy superior a la de admisión es habitual reducir

el cruce para evitar reflujos y tasas de residuales elevadas. Si la presión de admisión es muy

superior a la de escape se puede aumentar el cruce de para aumentar el barrido.

13.1. RETRASO AL CIERRE DE LA VÁLVULA DE ADMISIÓN (RCA)

El retraso al cierre de la válvula de admisión (RCA) hace que éste se produzca durante la

carrera de compresión. Esto se hace así porque al final de la carrera de admisión, aun

cuando la velocidad del pistón se reduce al acercarse al PMI, el cilindro se sigue llenando si

los gases entrantes por la pipa de admisión tienen suficiente velocidad.

Así a mayor régimen de giro es mejor tener RCA elevados para poder aprovechar los

efectos de inercia. Sin embargo, a bajo régimen de giro es idóneo reducir el RCA para evitar

reflujos hacia la admisión.

En la figura 8 se muestra la evolución del gasto instantáneo en la válvula de admisión para

dos valores distintos del RCA

lustración 11: Gasto instantáneo en la válvula de admisión a bajo régimen de giro (a) y allto régimen de giro (b) para dos valores distintos de RCA

Fuente: MOTORES DE COMBUSTION INTERNA ALTERNATIVOS M. Muñoz, F.

Payri

14.CONCLUSIONES

Los motores de 2T a diferencia de los de 4T realizan su ciclo de funcionamiento en

unavuelta del cigüeñal o dos carreras del pistón, esto se consigue realizando en la

carrera ascendente del pistón simultáneamente los procesos de admisión y

compresión por un lado, y los de combustión- expansión y de escape durante la

carrera descendente.

La característica importante en los motores de 2 tiempos es el modo en el cual se

lleva a cabo la renovación de la carga en el cilindro. A este proceso se le denomina

barrido, ya que los gases son introducidos a presión en el cilindro y de esta manera

los gases frescos desalojan a los gases quemados.

El barrido es el periodo en que los conductos de admisión y de escape se

encuentran simultáneamente abiertos y se lleva a cabo la sustitución de los gases

quemados por mezcla fresca

El sistema de pistón - cárter puede utilizarse como bomba de barrido, llamándose

barrido por cárter. La admisión se hace al cárter a través de la lumbrera de admisión y

existe un conducto de transferencia del cárter al cilindro que tradicionalmente se le

llama lumbrera de transferencia o transfer

En este tipo de barrido, las lumbreras de admisión y escape se encuentran situadas

en posiciones diametralmente opuestas. La tendencia al cortocircuito que tiene esta

disposición se contrarresta bien con deflectores en el pistón o bien con una geometría

adecuada de cabeza del pistón, ligeramente convexa, y unos ángulos adecuados en

la lumbrera de admisión

15.BIBLIOGRAFÍA

Motores de Combustión Interna Alternativos. M. Muñoz, F. Payri,

Servicio de Publicaciones E.T.S.I.I. de Madrid, 1989.

Espacio motores. (29 de 05 de 2016). slideshare. Obtenido de

http://es.slideshare.net/shoyas/tema09-renovacion-de-la-carga-en-2-tiempos

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