Existen tres categorías principales en las cámaras de combustión, para los motores diesel y son: los motores de inyección directa, con cámara de pre combustión y los motores con cámara de turbulencia.
Motores de inyección directa:
En estos motores, la cámara de combustión se compone del volumen formado por el espacio libre que queda entre la cabeza del embolo y la cara inferior de la culata, cuando se encuentra la cabeza del embolo en el PMS.
El chorro de combustible que sale del pulverizador, siempre se adapta a la forma de la culata, de manera que el líquido resulte distribuido lo más uniformemente como se muestra en la figura 9 [27].
Ingeniería en Control y Automatización Página
Figura9: Corte seccional de cámara de combustión de un motor diesel [28].
Motores de antecámara:
En estos motores se realiza una pulverización de combustible totalmente diferente, debido a que del 20 al 30 % de su cámara de combustión se encuentra separada por un paso estrangulador. El combustible es inyectado a baja presión en la antecámara, el cual arde debido a la poca cantidad de aire; como consecuencia de la presión que ello origina. La mezcla es expulsada con movimiento turbulento a través del espacio estrangulado pasando a la cámara principal de combustión, como se muestra en la figura 10 [29].
Ingeniería en Control y Automatización Página
Motores con cámara de turbulencia:
En estos motores la cámara de combustión va dividida en dos partes: La primera está constituida por una cavidad ahuecada ya sea en el embolo o bien en la culata donde esta cavidad constituye la reserva de aire o cámara de turbulencia.
La otra parte es el espacio comprendido entre la cabeza del embolo y la culata; cuando el embolo se encuentra en el PMS, estas dos partes de la cámara de combustión se comunican entre sí mediante un paso de diámetro grande.
El inyector se dispone de manera que envíe su chorro desde el exterior a la cámara auxiliar pasando por una resistencia de calentamiento, dirijido según el eje del cono, hacia el fondo de la cámara de reserva, generando fuertes movimientos turbulentos en la culata, como se muestra en la figura 11 [30].
Ingeniería en Control y Automatización Página 1.8 TIPOS DE CONTROLADORES DE MOTORES DIESEL
Las unidades modernas automotrices, cuentan con un controlador general computadora (figura12).Cuando se abre el interruptor de llave en la posición de ignición, la computadora PCM hace un monitoreo de todos los elementos primarios de medición con los que cuenta la unidad. Conociendo los parámetros y valores con los cuales empezará su marcha, puede corregir deficiencias o perturbaciones como la temperatura interna del motor y el estado de niveles de lubricantes y refrigerante [32].
Figura12: Vista superior de computadora de camión sin tapa [33].
En caso de tener alguna deficiencia o bajos niveles la computadora mandará activar una bombilla de advertencia según sea la falla, una vez que la computadora del motor detecta el movimiento por medio del sensor inductivo, ubicado en el árbol de levas o en la polea del cigüeñal, esta monitorea y controla las emisiones contaminantes por medio de un sensor de oxígeno ubicado en el sistema de escape con la que determina si es una mezcla rica o mezcla pobre y hacer una retroalimentación, mandando mas pulsos de inyección de combustible o mayor apertura de la válvula de admisión, para permitir mayor entrada de aire a la cámara de combustión. Algunos de los dispositivos utilizados son:
Ingeniería en Control y Automatización Página Sensores inductivos
Estos sensores se les conocen también de efecto hall, por que generan una FEM (fuerza electromotriz) al detectar un flujo magnético.Se usan para detectar el movimiento del motor, por medio de un engrane para generar un flujo magnético, este sensor se muestra en la figura13 [27].
Figura13: Sensor inductivo [34]. Sensores de oxígeno
Estos sensores se muestran en la figura 14y funcionan por medio de comparación del aire del exterior y los gases de escape que proporciona el motor. Este sensor es alimentado por 4 cables, con +12vcd, común, señal de computadora y tierra física, según las emisiones contaminantes, variará una señal cuadrada en el cable de monitoreo [32].
Ingeniería en Control y Automatización Página Sensor de mariposa de Aceleración
Este es un potenciómetro es conectado mecánicamente a la mariposa de Aceleración del motor, con la finalidad que la computadora tenga los grados de apertura de la mariposa de aceleración sabiendo así la cantidad de aire que ingresa al motor [29]. En la figura 15 se muestra el sensor de mariposa de aceleración.
Figura15: Potenciómetros [29]. Interruptor de presión de aceite
Este interruptor es normalmente cerrado, cambia su posición a normalmente abierto cuando le llega presión de aceite por una vena de lubricación, que viene directamente de la bomba de aceite. En caso de no llegar esta presión requerida para vencer el interruptor, la computadora no mandará a interrumpir, la alimentación del foco de aviso de baja presión de lubricación en el sistema mecánico, este interruptor se muestra en la figura 16 [2].
Ingeniería en Control y Automatización Página Válvula EGR
Esta válvula tipo solenoide, se controla y monitorea por la computadora de la unidad, para regular los gases de aceite generados por el movimiento del motor, para que estos sean quemados por el motor en las cámaras de combustión, este tipo de válvula se muestra en la figura 17 [29] .
Figura 17: Válvula EGR [28].
Canister
Es un tanque pequeño de almacenamiento de gases que provienen del tanque de combustible, generados por el movimiento de la unidad. Este tiene una válvula tipo solenoide, controlada por la computadora, que permite el paso de gases a la cámara de combustión, para ser quemados cuando el motor se encuentra en marcha mínima, en la figura 18 se muestra el canister y su interior [29].
Ingeniería en Control y Automatización Página Inyectores electrónicos
Es una electro válvula controlada por la computadora de la unidad, permitiendo la pulverización del combustible, cuando el pistón se encuentra en el PMS para general la explosión, donde en las figuras 19 se muestran los inyectores mecánicos, y el diagrama eléctrico de la inyección diesel [29].
Ingeniería en Control y Automatización Página PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actual mente en México los motores de uso agropecuario cuentan con una baja eficiencia ya que no son equipados con ningún sensor y controlador que pueda mejorar su eficiencia debido a su bajo costo de adquisición.
Esta baja eficiencia genera mayores emisiones contaminantes y aumento de consumo de combustible, por lo cual el costo monetario al usar este motor aumenta considerablemente.
En la escuela ESIME ZAC del IPN se adquirió un motor de ciclo diesel Kama 170 de uso agropecuario con la finalidad de mejorar las condiciones de operación a un bajo costo en este tipo de motores ya que dicho motor es completamente austero de arranque manual que no cuanta con ningún sensor que permita realizar mediciones de las variables con las que cuenta el motor, así como tampoco controlador que pueda compensar las perturbaciones que tienen a diferentes condiciones de trabajo.
Debido a esto, en este trabajo se llevo a cabo la instrumentación del motor con la finalidad de evaluar su comportamiento en el estado transitorio para poder
Ingeniería en Control y Automatización SUMARIO
En el capítulo 1 se presentó la investigación más relevante sobre los motores de ciclo diesel existentes y su funcionamiento en conjunto con todos los sistemas que conforma un motor, así como las características y diferencias del combustible diesel y del biodiesel en México y en el mundo.
Los motores de ciclo diesel producen movimiento torsional en el sistema mecánico cuando el combustible diesel es quemado en la cámara de compresión a una temperatura aproximado de 93 °C, dependiendo de las características de cada motor. Cuando se usa combustible biodiesel existen perturbaciones y deficiencias en el motor, ya que presenta una disminución en la flecha de salida debido a que la temperatura de explosión de combustible biodiesel oscila entre los 97 y 100 °C,
dependiendo de la semilla con la que se elaboró.
Una vez comprendido el funcionamiento del motor diesel y las perturbaciones que existen al usar combustible biodiesel, se procede a analizar el motor Kama de ciclo diesel con el fin de realizar pruebas experimentales para evaluar su funcionamiento a diferentes condiciones de trabajo, en el capítulo ll se menciona la descripción y el funcionamiento en conjunto de los sistemas de un motor ciclo diesel Kama modelo 170 con el objetivo de analizar las variables de los sistemas que se requieren instrumentar.
Ingeniería en Control y Automatización