COMBUSTIÓN EN MOTOR MTU SERIE 4000 CON SISTEMA COMMON RAIL

Abstract

En este trabajo de título se describe el proceso de combustión en un motor Diésel Detroit serie 4000 de 16 cilindros equipado con un sistema de inyección de combustible “Common Rail” controlado electrónicamente y que cuenta con al menos una inyección piloto. Para esta finalidad este trabajo se dividirá en tres capítulos mencionados a continuación: -Capítulo 1 Escenario de la combustión Diésel con el uso del sistema “Common Rail” -Capítulo 2 Inyección de combustible Diésel -Capítulo 3 Combustión Diesel En el primer capítulo se describirán los elementos que van a interactuar para llevar a cabo la reacción de combustión tales como el sistema de combustible “Common Rail”, cámara de combustión de un motor MTU serie 4000 de 16 cilindros, combustible Diésel, aire atmosférico ( como insumo ) y fuente de ignición. Se mencionarán las principales características de los factores recién mencionados. En el segundo capítulo se describirá el proceso de inyección directa de combustible Diésel en el interior de la cámara de combustión del motor en estudio. Primeramente se describirá al inyector convencional predecesor a la tecnología “Common Rail” del que suministra el combustible en el interior de la cámara, luego de describirá el proceso de inyección única partiendo por los fenómenos que permiten que ésta se realice tales como la cavitación entre otros, pasando por la atomización, coalescencia, englobamiento, evaporación y mezcla con el aire caliente de la cámara de combustión. Posteriormente se describirán las inyecciones múltiples y las estrategias de inyección piloto, partida y post, además de mostrar un ejemplo de una implementación de estas estrategias de inyección gracias al uso de un sistema de inyección de combustible “Common Rail” utilizando un método patentado por Ricardo Buratti colaborador de Fiat. Para aportar aún más a este tema se describirá de forma sencilla y breve la lógica utilizada por la unidad de control electrónica para controlar dichas estrategias de inyección. Para ello se utilizará un método patentado por Detroit para el control de las estrategias antes mencionadas con el uso de DDEC poniendo énfasis en la estrategia de inyección piloto ya que es ésta la que está presente en el motor en estudio. Un extracto de dicha patente traducida del inglés se adjunta en la sección de Anexos. En el tercer capítulo se describirá el proceso de combustión comenzando por la reacción química de oxidación del combustible Diésel y la energía necesaria para que interactúen las moléculas de los elementos que intervienen en la reacción, siguiendo con el balance químico de la reacción entre un hidrocarburo y el aire atmosférico (21 % de oxígeno y un 79 % de nitrógeno) paso a paso utilizando como ejemplo al octano. Esto se hará de manera global mostrando el inicio y el final de una combustión perfecta que no siempre se cumple totalmente, y tampoco es instantánea, sino que consta de varias reacciones intermedias que ayudan a que el proceso se complete. Se pueden dar dos reacciones intermedias, que de alguna forma son etapas de proceso. La primera cosiste en la destrucción de la molécula de hidrocarburo, formado por monóxido de carbono e hidrógeno. Se mencionarán además los llamados radicales libres que son átomos y moléculas tanto o más reactivos que el oxígeno. Luego se mencionarán los factores que afectan la combustión, las fases de la combustión tales como la combustión por premezcla, combustión por difusión, etc. También se mostrará un modelo conceptual de la llama de difusión Diésel que ilustra las diferentes zonas de ésta, temperaturas de formación de los productos de la combustión y la evolución espacial del proceso de combustión Diésel. Posteriormente se describirán las características y las diferencias entre los fenómenos que controlan el autoencendido y la combustión Diésel con el uso de inyecciones múltiples, además de mostrar los efectos relevantes de la aplicación de las estrategias de inyección múltiple en los motores Diésel, todo esto con la finalidad de comprender de mejor manera la combustión con el uso de una inyección piloto que se realiza en el motor en estudio. También se incluye, en la sección de anexos, información textual acerca del uso de inyecciones múltiples en motores Diésel. Este material se obtuvo de patentes emitidas en Estados Unidos y que están disponibles en internet. Además se incluye información más detallada del ciclo Diésel en donde se cuenta con una serie de fórmulas que permiten calcular de manera más exacta los diferentes tipos de rendimientos que se pueden obtener al analizar el ciclo de combustión Diésel convencional si se cuenta con todos los datos necesarios para ser reemplazados en dichas fórmulas, ya sea en un caso teórico como en un caso práctico. Se ha incluido toda esta información adicional con la finalidad de brindar al técnico, que utilizará este trabajo de título, el material necesario que le permita ahondar en el tema de la combustión Diésel convencional y la combustión Diésel con el uso de inyecciones múltiples. Además de dejar abierto el tema para una futura investigación en este interesante campo de la combustión Diésel que se va perfeccionando cada vez más con la finalidad de conseguir un mayor rendimiento del combustible y la disminución de gases contaminantes y ruido ambiental.