Tema 5a. Combustión en MEP

1. Tema 5a. Combustión en MEP Objetivos • Conocer cómo es el desarrollo de la combustión en MEP, así como qué anomalías pueden ocurrir • Mostrar los factores que la afectan • Descubrir las características que debe tener el combustible según los requerimientos del motor Contenido • Generalidades • Combustión Normal • Combustión Anormal • Factores que afectan a la combustión • Características del combustible Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 1

2. Tema 5a. Combustión en MEP Contenido • Generalidades sobre combustión • Deflagración premezclada • Combustión normal • Combustión anormal • Picado • Encendido superficial • Factores que afectan a la combustión • Factores de diseño • Factores de funcionamiento • Características del combustible Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 2

3. Generalidades sobre combustión Tipos de combustión • Combustión generalizada o autoencendido • Discontinuidad temporal (no existe frente de llama) • Combustión localizada • Discontinuidad espacial (existe frente de llama) Tipos de combustión localizada • Deflagración: discontinuidad de temperatura • Premezclada: mezcla homogénea (MEP) • Difusión: mezcla heterogénea (MEC) • Detonación: discontinuidad de presión (vc  ) Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 3

4. Deflagración premezclada Velocidad de combustión laminar • Depende de la naturaleza del combustible • Depende de T, p y Dosado • Si... • VCL = 80 cm/s • Duración comb. 120º cig. • Radio cámara: 40 mm. •  n máx 400 r.p.m. Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 4

5. Deflagración premezclada Velocidad de combustión turbulenta • Dos efectos que incrementan Vc: • Incremento de la difusión másica • Incremento de la superficie del frente de llama Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 5

6. PE: punto de encendido Pq: Productos quemados Msq: mezcla sin quemar Deflagración premezclada Velocidad de combustión en cámara a volumen constante La expansión de los gases quemados empuja al frente de llama Vc  Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 6

7. Deflagración premezclada Ejemplo comb. en una bomba a volumen cte. (aire inicialmente en reposo) Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 7

8. Combustión Normal Fases de la combustión • 1ª Fase: Inicial • Combustión laminar • 2ª Fase: Principal • Combustión turbulenta • 3ª Fase: Residual • Combustión laminar Instante encendido Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 8

9. Combustión Normal Ejemplo comb. en una máquina de compresión rápida Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 9

10. Causas Combustión Normal Dispersión cíclica • Características: • Más acentuada en mezclas pobres • La presencia de residuales la incrementa (por ejemplo en baja carga) Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 10

11. Picado (detonación) Autoinflamación de la mezcla sin quemar a causa de p y T en la zona alejada a la bujía (“end gas”) Origina un desequilibrio en las presiones que se propaga como ondas por toda la cámara  rompe la capa límite térmica  solicitación mecánica y térmica  Encendido superficial Puntos calientes en la cámara: pueden generar frentes de llama en cualquier momento Preencendido: conduce al picado Postencendido: en principio no es peligroso Combustión Anormal Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 11

12. Constatación Consecuencias Combustión Anormal Picado (detonación) Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 12

13. Diseño Posición y nº de bujías Turbulencia Forma de la cámara Operación Régimen Carga ( Dosado ) Avance del encendido:parámetro de control Objetivo Reducir tcombustión Limitar picado y encendido superficial Centrar la combustión (maximizar p.m.e. – y p.m.i. –) Factores que la afectan • - Vc • Distancia a • recorrer  Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 13

14. Factores de diseño • Posición y número de bujías Twin-spark Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 14

15. Factores de diseño • Turbulencia “Tumble” “Squish” Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 15

16. Factores de diseño • Forma de la cámara • De cuña: concentra la mayor parte de la mezcla cerca de la bujía. “End-gas” pequeño. • Hemiesférica: el recorrido del frente de llama es pequeño y simétrico. Muy compacta. • Labrada en pistón: es com-pacta y de alta turbulencia. • Labrada en la culata: es compacta, pero concentra mayor masa en “end gas”. Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 16

17. Factores de funcionamiento • Control: Avance del encendido Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 17

18. Régimen de giro Al incrementar el régimen de giro: Las fases laminares tardan el mismo tiempo (el ángulo aumenta) La fase turbulenta se acelera (el ángulo, sensi-blemente se mantiene) Factores de funcionamiento Es preciso aumentar el avance a medida que aumenta el régimen de giro Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 18

19. Carga Al bajar la carga: Incrementa la cantidad de residuales en la mezcla Tanto las fases laminares como la fase turbulenta se ralentizan Dosado Influye en la Vcombustión Óptimo en mezclas ligeramente ricas Mayor peligro picado entorno a FR=1 Factores de funcionamiento Es preciso aumentar el avance a medida que disminuye la carga Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 19

20. Volatilidad Por razones de formación de la mezcla, la gasolina debe tener una elevada volatilidad Este aspecto se pondrá más de manifiesto en el tema de requerimientos de la mezcla (Tema 7). Características de autoinflamación El tipo de combustión requiere un combustible resistente a la autoin-flamación Se mide con el número de octano N.O. Comparación con una mezcla de 2 combustibles de referencia: -N-heptano (C7H16) NO = 0 -Isooctano (C8H18) NO = 100 Características del combustible Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 20

21. Tema 5a. Combustión en MEP Resumen • Combustión MEP: deflagración premezclada • Combustión normal: 3 fases. • Combustión anormal: picado y encendido superficial • Factores de diseño para optimizar la combustión • Se busca minimizar recorrido de llama y maximizar Vc • Influencia de los factores de funcionamiento: • Con el avance, se trata de centrar la combustión • La gasolina debe ser volátil (por requerimientos de mezcla) y resistente al autoencendido (por requerimientos de combustión) Ampliación de Motores de Combustión. Tema 5a.- Combustión en MEP 21