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Evolución y características de los motores del automóvil

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Nerea Momeñe

on 13 May 2014

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Transcript of Evolución y características de los motores del automóvil

Contaminantes derivados del proceso de combustión
Efectos perjudiciales del CO en ser humano
Partículas
Óxidos de azufre
-el SO2 es el de mayor formación ,provoca niebla contaminante y lluvia ácida
Plomo
acetilenos,etileno,acidos carbónicos, aromáticos..
Algunos cancerígenos
Provienen del combustible que no se ha quemado (parcialmente oxidados)

A altas presiones y temperaturas y exceso de aire
NO2 olor penetrante, irritación en los pulmones
NO reducción de ozono,paso de la radiación solar ultravioleta hasta la superficie terrestre.
Óxidos de nitrógeno (NOx)
Monóxido de carbono (CO)
Hidrocarburos
-el TEP reacciona dando óxidos de plomo que se depositan en las válvulas, bujías y paredes de la cámara de combustión, afectando al buen funcionamiento del motor .Por ello la utilización de aditivos como bromuro tóxicos(contaminantes)
-El tetraetilo de plomo (TEP) aditivo para las gasolinas desde 1920 en USA y hasta 2000

-En España desde el 2002 estos compuestos se han sustituido por derivados alcohólicos como los éteres,
Evolución y características de los motores del automóvil
PRIMEROS MOTORES
DE AUTOMÓVIL

RETOS ACTUALES
REDUCCIÓN DE EMISIONES
MEJORAS DEL RENDIMIENTO
NUEVAS TENDENCIAS
DOWNSIZING
SOBREALIMENTACIÓN
DESCONEXIÓN DE LOS CILINDROS
START/STOP
¿QUE ES EL DOWNSIZING?
Motores de una menor cilindrada
Sobrealimentados




¿CUAL ES SU OBJETIVO?

Reducción del consumo manteniendo las prestaciones de potencia y par máximo o mejorándolas
VENTAJAS:

Menor tamaño del motor
Mayor potencia a bajas rpm
Reducción del consumo en un 12.5% en ciclo urbano
menor peso del vehículo
INCONVENIENTES:
Mayor complejidad técnica y mayor posibilidad de averías
El motor tiende a durar menos con kilometrajes altos, superiores a 250.000
DOWNSIZING:
¿QUÉ ES Y CUADO SE PRODUCE LA DESCONEXIÓN DE CILINDROS?
Se produce la desconexión de los cilindros 2 y 3 cuando:

el motor gira entre
1.400-3.000rpm
par se encuentra entre
25-75 Nm
Y

VENTAJAS DE LA DESCONEXIÓN DE CILINDROS:
Reducción del combustible en 0.4 l/100 km y hasta 0.6 l/100 km si se combina con el sistema Start/Stop
Gran reducción de las emisiones de CO2


DESVENTAJAS DE LA DESCONEXIÓN DE CILINDROS:

Complejidad técnica
VIDEO DE LA DESCONEXIÓN DE CILINDROS:
¿QUE ES LA SOBREALIMENTACIÓN?
Aumentar la masa de aire (oxígeno) que se introduce en los cilindros para conseguir una mayor potencia, manteniendo la cilindrada y el régimen de giro constante.
Un motor sobrealimentado puede conseguir hasta un 40% más de potencia que uno no sobrealimentado manteniendo la cilindrada
VENTAJAS DE LA SOBREALIMENTACIÓN:
¿QUÉ ES NECESARIO PARA QUE SE REALICE?
Turbocompresor:
presión atmosférica
Toma el aire a
lo comprime creando
una sobrepresión
Intercooler:
Enfría el aire comprimido por
el turbocompresor hasta unos 60ºC
Ocupa poco espacio
DESVENTAJAS DE LA SOBREALIMENTACIÓN:
Mayor complejidad y posibilidad de avería
Reducción de emisiones y cosumo
Ganancia de un 10-15% de potencia gracias al intercooler
¿QUE ES EL SISTEMA START/STOP?
Sistema que apaga el motor de un vehículo cuando se detiene
¿QUE CONDICIONES SON NECESARIAS PARA QUE COMIENCE EL USO DEL SISTEMA?
Motor a la temperatura de servicio
Batería con carga suficiente
Climatizador desactivado
No se circule marcha atrás
Cinturón del conductor abrochado
¿CÓMO FUNCIONA EL SISTEMA?
VENTAJAS DEL SISTEMA START/STOP
Menor consumo de
combustible
Menores emisiones
Menor contaminación acústica
Mayor ahorro económico para el conductor
DESVENTAJAS DEL SISTEMA STAR/STOP
Mayor complejidad técnica, mayor posibilidad de avería
VEHÍCULOS HÍBRIDOS
¿QUÉ ES UN VEHÍCULO HÍBRIDO?
Automóvil que utiliza un
motor eléctrico
y un
motor de combustión interna
para realizar su trabajo
¿POR QUÉ SURGEN?
Escasa
energía específica
Limitación de
velocidad
Limitación de
autonomía
Problemas:
SOLUCIÓN:

Vehículo
Vehículo eléctrico
alternativa
VEHÍCULO HÍBRIDO
convencional
1. SEGÚN LA CONFIGURACIÓN
CLASIFICACIÓN
2. SEGÚN LA CARGA DE LAS BATERÍAS
REGULARES:
ENCHUFABLES:
se
recargan por el funcionamiento
normal del vehículo
también se
recargan
conectándose a la
red eléctrica
el
motor térmico
para generar
electricidad
Cambio:
¿Cuándo ?
¿Por qué?

Década de los 50
--> Smog fotoquímico debido a hidrocarburos parcialmente inquemados, oxidos de nitrogeno...
Problemas para la salud.

EN PARALELO
Actualidad:
Con generador independiente
Usando el motor eléctrico como generador
menos componentes baja el rendimiento
Para cargar las baterías:
generador más eficiente
más componentes
Reducción consumo de combustible
Control y reducción de emisiones
Preocupación social y primeras normativas para reducción de emisiones
(vehículo híbrido paralelo-serie)
sólo la
parte eléctrica
da
tracción
tanto la
parte térmica como la eléctrica
pueden hacer girar las ruedas
combina las ventajas de ambos sistemas
VENTAJAS
Consumo de combustible 20%-60% menos
Se maximiza el rendimiento del uso del combustible
Reducción de emisiones
Menos potencia
Coste producción baterías
Escasa capacidad almacenamiento
Mayor peso
Más complejidad
Mayor inversión inicial
DESVENTAJAS
sistemas para reducir las emisiones contaminantes
Control de la combustión
Sonda Lambda
Sistema de ventilación del Cárter (PCV)
Sistema cerrado de control evaporativo (Canister)
Sistema de recirculación de los gases de escape (EGR)
Sistema de inyección adicional de aire en el escape
Convertidor catalítico
Reducción de emisiones de partículas
Control %de aire y combustible que entra en la cámara
Necesidad de relación estequiométrica
mezclas ricas
mezclas pobres
Lambda ( >1,=1,<1)
Potencia/Consumo
Localización
Regulación dos puntos
Funcionamiento
Pmax= mezcla rica
Consumo mínimo=mezcla pobre
Interior del Cárter
vapores de la oxidación y descomposición del aceite engrase
Compresión: gases frescos y vapores de la combustión
Condensación :
Mezcla con aceite, pierde propiedades
rendimiento
VENTILACIÓN
Abierta
Cerrada
Emisiones de HC :
aireador abierto cuando el acelerador está en posición de reposo
El combustible que se evapora
20% contaminación potencial
del vehículo
Recuperación y almacenamiento HC
CANISTER
Consumo mínimo=mezcla pobre
Retener HC provisionalmente
Establece o interrumpe la aspiración HC
por el motor
impide entrada de polvo
Todos motores Diesel, aumento en Gasolina
Reducción de NOx
Válvula EGR:
Sistema EGR : ¿Cuándo?
Activado a carga parcial y tª normal del motor
Nunca motor frío o en aceleraciones
Dosifica el caudal de los gases de escape reciclados
En colector de los gases de escape o en el sector de aspiración
Neumáticas o eléctricas
VÁLVULA EGR M.DIESEL
VÁLVULA EGR M.GASOLINA
Inyección de aire en el colector de escape para completar la combustión de los gases del cilindro, antes de su salida al exterior
de HC y CO
Para motores de mezcla rica, ya que no se quema todo el combustible en los cilindros,
sobretodo en arranque en frio(1º kms)
MEP
MEC
1ºs motores
bomba de aire
válvula pulsair
Actualidad :
Gestión de electrónica de la inyección de aire en el escape
MISIÓN: disminución contaminantes en los gases de escape mediante catálisis.

SITUACIÓN: En tubo de escape,después del colector de escape.

T (Rend.Óptimo): 400-700ºC
Tipos:
Catalizador oxidante
Catalizador de 2 vías
Catalizador de 3 vías
¿POR QUÉ SISTEMA HÍBRIDO?
AUTOMÓVIL CONVENCIONAL
AUTOMÓVIL HÍBRIDO
Motor de combustión interna de
Pot.máx 60-180CV
Despilfarro por dos motivos:
bajo rendimiento
gastos de fabricación
del motor superiores
mayor parte del tiempo
dicha potencia
no
es
requerida
Motor térmico
Sistema eléctrico
no consumo extra
de combustible, al contrario,
AHORRO
Uso en la
inmensa mayoría de las ocasiones
buen rendimiento
bajo consumo
bajas emisiones contaminantes
ocasiones

puntuales
pero

necesarias
suplemento
extra de potencia
necesario en
ocasiones puntuales
1.
2.
ENERGÍA ELÉCTRICA
energía cinética
calor irrecuperable
energía cinética
cargar baterías
3.
posibilita
sólo
propulsión
eléctrica
en arrancadas tras detenciones prolongadas
(MOTOR TÉRMICO PARADO)
CONCLUSIÓN:
EFICIENCIA ENERGÉTICA
REDUCCIÓN CONSUMO COMBUSTIBLE
REDUCCIÓN CONTAMINACIÓN
TOYOTA PRIUS
Grandes medios de propulsión :
GASOLINA
VAPOR
1º. El "carromato" de Nicolás Gugnot

2º. 1784 : El triciclo movido por máquina de Watt.

3º. 1804 : Barco anfibio

Siglo XIX : Necesidad de Coche de vapor

FRACASÓ : Máquina
MUY PESADA

DIFÍCIL CONDUCCIÓN
NACIMIENTO del Automóvil :
Dunlop --> Llantas neumáticas
Motor Eléctrico o Motor de Gas
ELECTRICIDAD Y/O GAS
1872: Gas de la cañería común (Otto)
Sistema émbolo-cilíndrico. ---
---> Daimler ayudó a mejorar.

1875 : Gas de Petróleo
1883: Gas de Carbón común
1884: Triciclo con motor de nafta de 2 cilindros
Gasificador y Encendido Eléctrico
NO ÉXITO por "Ley de Bandera roja"

1885: -Daimler ->Motocicleta de gasolina

-Benz ->Triciclo con motor 4T (Ppio de Otto)

1886-1889: Daimler y Wilhelm Maybach
4 ruedas
Motor refrigerado con agua
Caja de 4 velocidades
1893: Charles E. Duryea -->motor gasolina
1896: Henry Ford -->"Modelo T"
Popular,barato,poco consumo
Fábrica: construcción en serie
Tecnología Hybrid Sinergy Drive (HSD)
MUCHAS GRACIAS
Arranque más rápido del motor
El motor se apaga:
El motor arranca:
Palanca en punto muerto
Quitar el pie del embrague
Poner primera
Pisar el embrague
movido por los gases
de escape
Para
MOTORES DIESEL
En motor Turbodiesel con gestión electrónica
1. Monolito cerámico
2. Malla metálica
3. Envoltura (conos de entrada y salida)
Para
MOTORES de GASOLINA
(el MÁS eficaz)
Eficacia depende de los gases de admisión (Perfecta: 1kg gasolina/14,7 kg de aire)
Dispositivo controlador: "Sonda lambda"
Motor Diesel emite : (nocivos)
SO2: Por quemar combustible con azufre
Partículas de hollín: Por combustión incompleta (falta de O2)
Medidas:
ENDOMOTRICES:

Optimización de combustión: No generar sustancias contaminantes desde el inicio.
ECTOMOTRICES:


ECTOMOTRICES = FILTROS DE PARTÍCULAS
Depende de posición Filtro-Motor.
Dos sistemas: (T para combustión alta)
Con aditivo:




Sin aditivo:
(en gases de escape)
SIGLO XX
Años 20
:
Bosch reduce voluminosidad de compresores.
1ºturismo con motores sobrealim.(4,6,8 cilindros) con sobrepresión--> impulso de energía.
Fines deportivos (Pot = 300CV)
Años 30 y 40
:
Fines militares (Alemania)
1º turismo con Diesel: Mercedes 260D
Motores para aeronaves con inyección de gasolina.
Tras guerra: se reanudan motores de antes.
Años 50
:
Mercedes300: Potencia, Consumo combustible
1ºmotor 4T con inyección de combustible.
Años 60:
Con sobrealimentación Diesel y sist.inyección de Alta Presión. Cámaras de combustión diferentes en:
- Camión: Iny.directa. (Máx:2200rpm) Rc=17:1
- Turismos: Precám.comb. (Máx:5500rpm) Rc=22:1
Desventaja: Pérdidas de calor-->Uso de bujías
Años 70:
Tamaño y Peso --> Volkswagen
Diesel: Motor Wankel trirotor (0-100km/h en 5seg)
(Vmáx=260km/h) --> Mercedes C111
Años 90:
Diesel de Iny.directa sobrealimentados y mediante
rampa(suministra cble a inyectores). Giro, Potencia
Desaparece precám.comb.(Peor Rend que Iny.directa)


Actualmente:


Diesel Multijet (Fiat)
: 4cil, Common Rail 2ºG, Turbocompesor (Geom.Fija e intercooler), culata 16 válvulas, P=1400 bar.Inyector flexible y controlado. Combustible, Combustión. Emisiones < Exigido(Euro4). Peso.

Diesel Sist.Bi-Turbo (Opel)
acoplado a Mot.Iny.directa: Buen consumo,prestaciones MUY buenas.


Diesotto (Mercedes)
: Ventajas de ambos.
POTENCIA
REDUCCIÓN DE EMISIONES
MOTOR TÉRMICO
1,5 l
Pot máx 78 CV a 5000rpm
MOTOR ELÉCTRICO
Pot.máx 68 CV (50KW)
Pot. total 111 CV
Janire Jiménez Nerea Momeñe
Silvia Espinosa de los Monteros Irune Turiño

EVOLUCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES DEL AUTOMÓVIL
Mejoras en el rendimiento de los motores
cenizas y hollín principalmente en Diesel
CO2
Efecto invernadero
VENTAJAS
menos peso
más espacio
menos pérdidas por rozamiento
(GIRO DEL GENERADOR)
níquel e hidruro metálico
no conexión a red
corriente alterna síncrono
gira al doble de régimen que el motor térmico
transformar y administrar flujo de electricidad
convertidor integrado
FRENADO REGENERATIVO
consigue recuperar un 65% de la energía eléctrica que carga las baterías
cargar baterías
suministrar potencia directamente al sistema de propulsión
PRINCIPAL VENTAJA
: diseño mecánico simple
toda la energía producida por el motor térmico tiene que atravesar el generador eléctrico
toda la energía para la tracción tiene que pasar por el motor eléctrico
DESVENTAJA
: muchas pérdidas
dos sistemas de tracción en paralelo
DESVENTAJA
: mecánicamente más complejo
VENTAJA
: evita las pérdidas inherentes a la conversión de energía mecánica en eléctrica
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