Caracterización del flujo de admisión en un motor de encendido por chispa

Characterizing the Admission Flow in a Spark Ignition Engine

El objetivo del presente trabajo es caracterizar el proceso de intercambio de gases en un motor de tipo Cooperative Fuels Research (CFR) de encendido por chispa (MECH), determinando los coeficientes de descarga (C_D) y de vorticidad (C_T) y midiendo los componentes de la velocidad del aire admitido en un cilindro simulado, instalado en un banco de flujo estacionario. Para caracterizar la macroestructura del flujo se emplea el método AVL del Instituto de Motores de Combustión Interna, y para obtener las velocidades se utiliza un anemómetro de hilo caliente, con el cual se miden diferentes puntos de varios planos transversales y secciones angulares del cilindro.

INTRODUCCIÓN

Como consecuencia de la crisis energética y de las normativas anticontaminación, el objetivo fundamental de los trabajos de investigación en el área de los motores térmicos alternativos es mejorar su eficiencia, al tiempo que se reducen los contaminantes emitidos a la atmósfera. A causa de esta situación, son especialmente interesantes los estudios cuya finalidad es el aumento de la eficiencia de los motores de encendido por chispa (MECH). Una forma de lograr este objetivo lo constituye la optimización de los procesos de intercambio de gases: admisión y escape.

Los objetivos del presente trabajo son caracterizar el movimiento producido por la válvula de admisión y determinar el campo de velocidades que se produce en el interior de un cilindro simulado. El motor objeto de estudio es del tipo Cooperative Fuels Research (CFR), monocilíndrico encendido por chispa, de cuatro tiempos.

1. MARCO TEÓRICO

Si se desea caracterizar experimentalmente el movimiento del aire en el cilindro y evitar los inconvenientes de las medidas en el motor cuando está funcionando, se recomienda recurrir a ensayos en un banco de flujo estacionario (Blanco, 1982), que no es más que un sistema generador del flujo de aire y una serie de conductos a los que se acoplan los elementos del motor objeto de la investigación y los dispositivos de medida. 

Los métodos de medida que se emplean en los ensayos en banco de flujo estacionario para determinar las características globales del flujo a partir de la rotación del fluido son de dos tipos. En el primero (Tippelman, 1977) se mide el par respecto al eje del cilindro cuando el aire atraviesa un elemento rectificador del flujo. En el segundo se mide la velocidad de giro de un molinete concéntrico al cilindro y colocado en su interior.

Este principio lo usan los métodos propuestos por Ricardo (Ricardo Consulting Engineers, 1975a y 1975b) y por la firma austriaca Anstalt für Verbrennungskraftmaschinen (AVL) o Instituto de Motores de Combustión Interna. En el presente trabajo primero se determina el coeficiente de descarga (C_D) y luego, mediante el método AVL, se encuentra el coeficiente de torbellino (C_T) para distintos valores de levantamiento de la válvula de admisión y valores constantes de la presión aguas arriba de esta.