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Capacitancia neumática del colector de admisión y masa de aire que ingresa al cilindro influenciada por el pistón.

Luis Paladines Bravo, Geovanny Guarango

RESUMEN

La necesidad de capacitancia neumática en el colector de admisión del motor de combustión depende de los regímenes de giro del mismo, teniendo así que el colector actúa benéficamente en los estados transitorios, como un reservorio de aire, especialmente en regímenes altos de rpm. Analizaremos como interviene la capacitancia neumática del colector de admisión en el llenado del cilindro, con distintas variables de entrada en el sistema y como salida la masa de aire en el cilindro, de esta manera se modelara a un solo cilindro del motor como una bomba que aspira aire, a través del colector.

INTRODUCION

Para obtener el mayor desempeño y eficiencia de un motor de combustión interna es necesario sacarle todo el provecho al combustible, esto se logra haciendo que el mismo nos entregue toda su energía calorífica, para ello tiene que estar completamente mezclado con el aire formando la mezcla aire/ combustible, que debería tener una relación estequiométrica de 14.7. El aire ingresa en forma de flujo másico hacia el colector de admisión desde la atmosfera, pasa por los conductos hasta llegar al cilindro. El aire debe ingresar a velocidad para lograr el completo llenado de lo cilindros, con lo que lograremos una perfecta combustión, aprovechando todo el combustible, obteniendo toda la potencia y eficiencia.

Se analizara al sistema como un modelo en el que el cilindro actúa como una bomba que aspira el aire del exterior a través del colector de admisión, regido por la apertura de la mariposa de aceleración, la restricción del conducto, la capacitancia neumática del colector, la fuerza en el pistón como entrada cíclica, todos estos factores determinaran la cantidad de aire que ingresa al cilindro.

MARCO TEORICO

Los conductos deben tener en parte una geometría que propicie la turbulencia de la mezcla aire combustible, cuando esta penetra ha la cámara de combustión a través de la válvula,

de igual manera los conductos deben asegurar que el flujo másico no pierda su presión de entrada.

Los conductos de admisión anchos y cortos repercuten favorablemente en la admisión de aire a altas rpm. Los tubos largos y delgados mejoran la admisión a bajas rpm.

Análisis Matemático

El sistema de admisión se puede representar de la siguiente manera:

Fig. 1.

Ecuaciones fundamentales:

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R=d (∆ P)

dQ

R2=m1−m2

Q

∑ m=CndPdt

Cd m2=Qdt

Q=Cdm2

dt

R2=m1−m2

Cd m2

dt

R2 CDm2−m1+m2=0

R2 Cs m2(s)−m1(s)+m2(s)=0

m2 (s )= 1R2Cs+1

m1 (s )

m2 (s )=m1

R2VRT

s+1(s )

(1)

La ecuación 1 representa la función de trasferencia del sistema que hemos modelado.

El flujo másico m2dirige hacia la cámara de combustión y según sus condiciones va aportar de una manera que garantice el desempeño de la combustión.

Analizando el flujo másico de salida del conducto hacia la cámara de combustión del motor, podemos observar que mientras más alto sea el valor del volumen del colector donde se encuentra dispuesta la mariposa de aceleración menor va ser el flujo másico de aire o mezcla aire/combustible.

Por lo que el análisis se tendrá que hacer en dos estados de regímenes de funcionamiento del motor: régimen bajo y régimen alto, de esta manera podremos notar la conveniencia y comportamiento del sistema de admisión en los dos estados transitorios y también determinar la cantidad de masa de aire (ma) que ingresa al cilindro, este análisis se tiene que realizar siguiendo el modelo esquematizado en la Fig.1; con las diferentes nuevas entradas que se dan en la Tabla 1; para el caso de regímenes bajos. Ahora haremos el análisis completo del modelo que se representa a continuación:

m2=P1−P2

R2

P1=m2 R2+P2

D P1=m2 R2+D P2

m1−m2=CD P1 D P1=m1−m2

C

PV=mRT

P2 ( A∗l )=mRT

P2=mRTAL

DP2=m2 RT

AL

m1−m2

C=m2 R2+

m2 RT

AL

m1−m2=C m2 R2+Cm2 RT

AL

m1=C m2 R2+m2[C RTAL

+1]L [m1 ]=L[C m2 R2+m2[C RT

AL+1]]

m1 s1=m2[C R2 s2+(C RTAL

+1)s ]m2(s2)=[ 1

C R2 s2+(C RTAL

+1) s ]m1(s1)

m2 ( s2 )=[ 1

C R2 s2+(C RTAL

+1)s ]m1(s1)

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m2 ( s2 )m1(s1)

=[ 1V 1

RTR2 s2+( V 1

AL+1) s ] (2)

La ecuación 2 representa la función de transferencia que relaciona el flujo másico 1 con el flujo másico 2.

P= FA

FA

=mRTAL

m= FLAART

m= FLRT

Dm=DFLRT

m1=F∗VR∗T

(3)

La ecuación 3 representa la relación entre la fuerza y m1.

Régimen bajo: 1000 - 2500rpm

TPS 0% - 40% R1=0.8

T1 20 - 27ºC 25ºC

Tabla 1.

Régimen alto: 4000- 6000rpm

TPS 70% - 90% R1=0.3

T1 40 - 55ºC 50ºC

Tabla 2.

Simulación:

Régimen bajo – alto

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CONCLUSIONES

Se puede decir que la capacitancia neumática en el colector juega un factor importante para el llenado de los cilindros, pero bajo ciertos regímenes de funcionamiento, en estados transitorios.

Para lograr la eficiencia en el motor se necesita que el aire o la mezcla aire/combustible tenga ciertas características que se logran gracias a la turbulencia y velocidad con que entra la mezcla hacia la cámara de combustión.

El pistón en el cilindro, actúa como un elemento que aspira aire del exterior hacia el interior a través del circuito del colector de admisión.

El volumen de el colector, incide en la calidad del flujo másico ya sea de aire o de mezcla hacia la cámara de

combustión, por lo que entre menor sea este se conseguirá una mayor calidad de la misma.

Los conductos largos y delgados mejoran la admisión a bajas revoluciones, mientras que los de mayor diámetro y cortos mejoran la admisión a altas revoluciones.

REFERENCIAS

1. HTTP://WWW.NAIKONTUNING.COM/ ARTICULOS/SISTEMA-ADMISION-VARIABLE/

2. HTTP://DSPACE.UPS.EDU.EC/BITSTREAM/ 123456789/1151/2/CAPITULO%20I.PDF

3. HTTP://DSPACE.UPS.EDU.EC/BITSTREAM/ 123456789/1151/2/CAPITULO%20I.PDF

4. STEFANO GILLIERI, “PREPARACION DE MOTORES DE SERIE PARA COMPETENCIA”. CEAC

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