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fan-4

¿Por qué hace tanto ruido un diesel? Inyección indirecta Gasolina vs Diesel

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Hola compañeros!

Ya que entramos en el tema de la combustión en un post anterior (aquí) , voy a completar un poco el tema con la combustión con la de los motores diésel de inyección indirecta. Pónganse cómodos, palomitas:mf_popcorn: y a disfrutar del ladrillo, que ciértamente se me ha pasado un poco de tamaño... igual habría que... :hammer:

Empiezo desde lo básico para aquellos que no tienen idea alguna:book:, pues la inyección indirecta en diésel nada tiene que ver con la inyección indirecta en gasolina, ya que aunque compartan término no se realiza en el mismo lugar.

 

1. Introducción a la inyección indirecta gasolina

La inyección en gasolina nació para solucionar principalmente tres problemas del carburador:amuseordi::

  •  El vaciado de la cuba que impedía el arranque inmediato.
  •  Los problemas de riqueza derivados de un sistema sin regulación automática. Por un lado, las normativas empezaron y el punto de menores emisiones es el de mezcla estequiométrica (1g de gasolina por cada 14.7 de aire). Y por otro, el punto ideal de trabajo de los catalizadores es ciertamente el mismo para no dañarlos.
  •  Los problemas de arranque en frío, donde la mala evaporación del combustible requería de más inyección, y se solucionaba con el incómodo estrangulador / estárter.
  • Aumentar el rendimiento del motor (y con ello la potencia)

En este caso, la inyección se realiza en los colectores de admisión (verde ), poco antes de la válvula. Dado que esa zona se encuentra en presión negativa (vacío), la inyección es muy sencilla, y con apenas unos bares de presión y la ayuda de la turbulencia del aire al pasar la válvula, la mezcla se homogeneiza sin problema

image.png

2. Inyección indirecta diesel

Sin embargo, la inyección en diesel es un sistema imprescindible para el funcionamiento. El nombre de inyección indirecta viene dado porque, aunque se inyecte dentro del volumen de trabajo, la inyección no se realiza en la cámara de combustión, si no en un compartimento anexo añadido llamado precámara (naranja).

  • Sí profe, pero, si es el mismo lugar, ¿por qué poner dos compartimentos:wacko:? Haces así: :hammer2: Los juntas y más fácil, ¿no?

Sabéis la respuesta... No :roll1:

Para explicarlo partimos del concepto básico: la gasolina entra en ignición por una chispa programada, mientras que en el diésel autoenciende.

Subrayada la palabra "programada" hace una idea de que si un combustible autoenciende, sin un agente externo que lo provoque, no se puede programar. Por tanto, si el combustible se mezclara en la admisión, no se podría programar el punto encendido durante la compresión porque el punto donde se cumplieran las condiciones va a depender de muchos factores variables.

Así pues, la única manera de programar la combustión es programar la mezcla, es decir, la inyección. Si sabes cuándo entra el combustible en el “volumen de control”, formado por la cámara (azul oscuro) y la precámara (azul claro) de combustión, sabes que antes de ese momento no va a haber combustión.

Sin embargo ahora viene el problema. El motor gira muy rápido, no hay tiempo para mezclar el combustible y no prende… Para conseguir motores rápidos diseñaron la precámara.

 

3. Precámara de combustión

Se trata de un anexo a la cámara, es una pieza independiente a la culata de un material especial e introducida en la culata por presión.

Su forma podría asemejarse a la de un silbato y su objetivo es crear turbulencia en el aire para mezclar el combustible. De esta manera, con unas decenas de bares de presión de inyector la mezcla se homogeneiza. 

El pistón sube y comprime el aire, que es empujado a la precámara a través del conducto. En el proceso, aumenta la presión y la temperatura (dada la alta compresión). Además, por la forma circular de la precámara, obliga al aire a desviarse generando turbulencia. En el momento oportuno se realiza la inyección, homogeneiza (retraso) gracias a las condiciones mencionadas y entra en ignición.

En este caso, si habéis leído el otro tema, sí que se genera detonación, pero ésta es programada y además, como se ha mencionado, las precámaras no son del mismo material.

image.png

  •   ¡Vale! Ya sé cómo funciona un Diesel, pero en el título has puesto que dices de dónde viene el ruido... Tanta intro me tiene en ascuas :bounce:

La detonación es la pista. 

 

3. Origen del ruido - Detonación

El ruido es una onda, y la onda la producen las vibraciones. :harp: Pero en el nivel de ruido influye más la “brusquedad” de la vibración que la fuerza.

Permitidme expresarlo con un ejemplo para que vosotros mismos lo comprobéis, aunque sea poco convencional. Intentad soplar de dos maneras::sarbac:

  1. Con la boca cerrada dad un golpe instantáneo de aire cerrad de nuevo la boca (como pronunciando una P ) . Los labios se abren y se genera un ruido similar a un golpe, como si alguien llamara a la puerta con la mano y el cierre corta el ruido de golpe.
  2. Ahora probad a soplar quizá un poco más fuerte pero no cortéis el aire tan bruscamente. El sonido ya no es un golpeteo, si no que es más similar a una máquina de vapor.

Ahora que lo habéis probado, ¿qué ha generado un ruido más intenso? Aunque sea más corto, el primero, ¿verdad? En el segundo básicamente se oía el ruido del aire pasando por la boca, como el ruido de un carburador al quitar el filtro ;)

¿Y si ahora lo ponemos en una gráfica? :mf_bookread:Es decir, si midiéramos la velocidad del aire, tendríamos los dos siguientes casos de la gráfica azul: el 1 para el soplado instantáneo y el 2 para un soplado más intenso. Y dando la vuelta a la gráfica saldría algo así como la presión dentro de la boca (que no es del todo cierto, pero da una idea para el siguiente paso).

image.png

Genial! Pues, si los ruidos los generan las vibraciones, ¿qué generan las vibraciones? Los cambios de presión… igual que en el ejemplo, estos cambios son más bruscos en detonación, porque el tiempo de explosión es más corto. Equilicuá!:wavetowel2:

Aunque vamos a añadir más complejidad:showoff:. Detonación… Esto quiere decir que la velocidad es supersónica. Esto crea una alteración de las ondas de sonido, respecto al tiempo, y lo asimila al sonido de un látigo, normalmente más agudo y molesto.
 

image.png

 

No voy a entrar mucho en detalle porque es un tema bastante complejo y tendría que informarme mucho más, pero quedaros con que la forma del sonido cambia. Si tenéis interés, buscad información sobre el efecto Doppler… es la base teórica de los malditos rádares.

  • Sí, pero … Si en un motor hay detonación, se sigue sin explicar por qué al ralentí hace más ruido... Cuanto más combustible haya más fuerte será, y siempre se dará el caso 1 (de la gráfica anterior) , ¿no?
     

Bueno, pues ahora si..... pero no :mdr-ordi:  Se ha dicho que Detona, pero… ¿todo?:kicking:

 

4. Origen del ruido - Fases de combustión

Falta añadir un concepto similar al de la gasolina: También existe un avance de inyección, esto quiere decir que existe un tiempo desde que el combustible entra en la cámara hasta que detona:drunk:. Y este tiempo de "espera" es más largo que el tiempo de una inyección al ralentí (1), pero más corto que una inyección con carga (2). (gráfica en la siguiente página)

En la gráfica se ve más claro: inyección en azul (normalmente hay un pico y se estabiliza un poco más abajo), amarillo presión, verde apertura y cierre de inyección, y rojo detonación.
 

image.png

  • En el caso 1: el combustible detona después de acabar la inyección.
  • En el caso 2: dado que la detonación es prácticamente inmediata, ésta se produce antes de completar la inyección, y el resto del combustible se inflama conforme va saliendo del inyector, similar a una deflagración. Esta deflagración elimina la bajada brusca de presión, aliviando las vibraciones y el sonido del motor.

Este segundo caso es muy similar a lo que ocurre cuando se enciende una cocina de gas: abres el gas primero y después enciendes. Primero hay una fogonazo y después la llama se estabiliza. En este caso, el fogonazo sería una detonación (y de ahí vendría el ruido, con la diferencia de que en la cocina la llama es una deflagración, apenas hace ruido).

Con las siguientes imágenes se puede observar mejor el proceso de combustión::brucelee:

El pistón comprime el aire y lo empuja hacia la precámara.

(1)Mientras el aire termina de entrar, turbulento, en la precámara se produce la inyección.

image.png

(2)Tras atemperarse el combustible ya inyectado, éste detona

image.png

(3)Combustible en inyección deflagra y la presión va pasando a la cámara.

image.png

(4) La presión de cámara que empuja el pistón hacia abajo y se corta la inyección cuando se considera.

image.png

Proceso en gráfica:
image.png

 

 

Bueno, pues a modo de resumen podemos decir dos cosas:

  • El sonido del motor diésel deriva de la detonación inicial del combustible, por el rápido cambio de presión y por la alteración del sonido, y este se mitiga conforme se solicita más carga, porque desaparece la depresión.
  • A medio-bajo régimen el ruido de la detonación pasa a segundo plano y prevalecen el resto de ruidos (admisión, escape…), por lo que en carretera este sonido es despreciable.

 

5. Solución del ruido - Inyección Piloto

Y a modo de nota también os comento cómo se ha solucionado en la actualidad el problema de ruidos con la inyección DIRECTA electrónica. Actualmente el inyector realiza más de una inyección. O.o Dado que siempre hay una detonación para iniciar la combustión, la primera (o primeras) inyección, llamada inyección piloto, se programa anticipada para detonar, pero la cantidad inyectada es mínima. Dado que es muy pequeña, el ruido es igualmente mínimo, pero su acción sobrecalienta la cámara>:( para evitar la detonación de la inyección principal eliminando la mayor parte del ruido y estabilizando la combustión. Gracias a ellas, el ralentí es mucho más estable, a parte de menos ruidoso a costa de una pérdida despreciable de rendimiento (diferencia al final entre las gráficas amarillas).

Dibujo comparativo de una inyección a ralentí: sin piloto en liso, con una inyección piloto en rallado; azul inyección y amarillo presiones, y en rojo el punto de detonación, suponiendo el mismo para ambos tipos de inyección, pues el retraso no va a variar mucho entre inyectar todo de golpe o solo un poco.

image.png

 

Bueno, chicos, con esto acaba la lección. Ha quedado un poco más larga de lo que pensaba pero creo que es bastante divulgativa. Solo espero que os haya sido instructivo, de vuestro gusto y os llevéis al menos una idea de los conceptos básicos de la combustión en (las calderas@el_clasico :zas:) digo en diesel :paz:

Por favor, cualquier duda que tengáis, preguntadla sin temor, intentaré responderla :D

Un saludo y gracias por leer!! :zpc:

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Buenísimo @fan-4.

 

Esto del ruido es particularmente evidente en motores Diesel refrigerados por aire... en esos si que se aprende lo que es sufrir...

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Hace 10 minutos , Aeshnidae dijo:

Buenísimo @fan-4.

 

Esto del ruido es particularmente evidente en motores Diesel refrigerados por aire... en esos si que se aprende lo que es sufrir...

Gracias Álvaro ;) 

Podías poner un vídeo de ejemplo :D 

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ffff! ¿de un diesel refrigerado por aire? ¿en un arranque en frío? no queremos echar a la gente del foro, ¿no?:laughing1:

 

 

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Hace 1 hora, Aeshnidae dijo:

ffff! ¿de un diesel refrigerado por aire? ¿en un arranque en frío? no queremos echar a la gente del foro, ¿no?:laughing1:

Si es un sonido estupendo! :partytime2:

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Gracias @fan-4 por compartir con nosotros/as estas explicaciones, la verdad es que menuda currada que te estas pegando, de agradecer :)

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Gracias Juan por compartir tu sabiduría, y por explicar de el porqué suenan mas los calderos, digo los diesel...

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Hace 12 minutos , Txirloritas dijo:

Gracias Juan por compartir tu sabiduría, y por explicar de el porqué suenan mas los calderos, digo los diesel...

xD Bueno, intento meter poco a poco explicaciónes... 

 

Hace 34 minutos , Estraduky dijo:

Gracias @fan-4 por compartir con nosotros/as estas explicaciones, la verdad es que menuda currada que te estas pegando, de agradecer :)

Gracias ;) La verdad es que llevaba 15 días preparada en un Word, pero hay que distribuir las publicaciones, si pongo todo lo que sé de golpe, luego no tengo nada que decir xD 

Además ahora no tengo tiempo de escribir, con poner una de estas al mes es suficiente :P ¿De qué será la siguiente? :bounce:

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Buen trabajo Juan y una explicación de la clae muy amena ....para alguno muica celetia un motor diesel.:harp:

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Hace 1 hora, Halcon dijo:

Buen trabajo Juan y una explicación de la clae muy amena ....para alguno muica celetia un motor diesel.:harp:

Gracias Diego, se te echa de menos por aquí ;) 

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Magnifico explicacion. Excelente la explicacion del ruido, se podia añadir incluso la reverberacion que produce, y la histeresis de las ondas, que se unen con los armonicos generados en cada frecuencia, y pasa eso, que algunos tipos de modelo son un autentico infierno en ruido.

Muchas gracias,!!!

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Hace 36 minutos , el_clasico dijo:

Magnifico explicacion. Excelente la explicacion del ruido, se podia añadir incluso la reverberacion que produce, y la histeresis de las ondas, que se unen con los armonicos generados en cada frecuencia, y pasa eso, que algunos tipos de modelo son un autentico infierno en ruido.

Muchas gracias,!!!

A mandar Patxi. Igual sobre ese tema sabes tú más que yo, siendo de teleco. Si te animas, a aportar la información, vemos como, si en otro post o en este, dependiendo de la cantidad ;)

En realidad yo de sonido... ¡se bastante poco! Si te soy franco, tenía muchas ganas de publicar esto porque en la carrera tuve una explicación si no nula bastante mala de motores, y hay 0 información ( o en su día no la había). He tenido la suerte de trabajar con un compañero que basó su tesis en temas de análisis de combustión y me explicaba cosas durante los cafeses ;) 

Me parecía un tema muy interesante que no se si aquí tiene mucha cabida porque no hay nada de diesel, pero creo que no puedes encontrar una explicación a tal causa en ninguna web, (de forma divulgativa), porque se trata de algo obsoleto, o al menos yo no la he encontrado.

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En 2/3/2021 at 16:54 , fan-4 dijo:

En la gráfica se ve más claro: inyección en azul (normalmente hay un pico y se estabiliza un poco más abajo), amarillo presión, verde apertura y cierre de inyección, y rojo detonación.
 

image.png

 

Dibujo comparativo de una inyección a ralentí: sin piloto en liso, con una inyección piloto en rallado; azul inyección y amarillo presiones, y en rojo el punto de detonación, suponiendo el mismo para ambos tipos de inyección, pues el retraso no va a variar mucho entre inyectar todo de golpe o solo un poco.

image.png

 

 

Por favor, cualquier duda que tengáis, preguntadla sin temor, intentaré responderla :D

Un saludo y gracias por leer!! :zpc:

 

A ver......es por tocar un poco las narices, pero soy daltonico y estoy hasta las mismas de las graficas de colorines, joder....:sorry:

Y lo de la inyeccion piloto rallado? Si lo que has dibujado ahi son rayas, no? Ainssss....:bangin:

En fin,  por lo demas, tecnicamente impecable, claro.

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Hace 4 horas, Telémaco dijo:

A ver......es por tocar un poco las narices, pero soy daltonico y estoy hasta las mismas de las graficas de colorines, joder....:sorry:

Y lo de la inyeccion piloto rallado? Si lo que has dibujado ahi son rayas, no? Ainssss....:bangin:

En fin,  por lo demas, tecnicamente impecable, claro.

jajajajaja, qué grande ;) 

A ver,, es normal, si el Mr. Furia se enfada con las gráficas,, las gráficas se enfadan con el Mr. Furia :argue: ... Vamos a ver si entran en razón... :zas:

¿Solo las gráficas? Tenga usted, convertidas a daltónico universal... si no distingues el blanco y el negro ya no es problema del daltonismo :rolf:

Combustión ralentí vs carga:

image.png

Después de los dibujos de la combustión:

image.png

Inyeción piloto:

image.png

Espero que te sirva. Para la próxima miraré un método de símbolos para diferenciarlas :) 

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Hace 8 horas, ANTONIODELAOSSA dijo:

Excelente, Juan, me ha gustado mucho, y más aun, en un lenguaje accesible y con ejemplos ilustrativos muy adecuados.

 

Gracias Antonio! Trato de evitar todos los tecnicismos, salvo lo que realmente influyan y los explico de la manera más divulgativa que se me ocurre. La teoría es más bonita cuanto mejor te la transmiten... :P Me gusta mucho explicar, pero explicar bien.. que para hacer las cosas mal, no me pongo :amuseordi: (y en eso sí que soy bastante cabezón xD )

Además, como mi madre me decía cuando estudiaba, la mejor forma de saber si sabes algo es intentar explicarlo para que te entiendan desde todos los niveles ;) 

Un saludo!

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Jajaja, que bueno.....

Y yo tratando de descifrar que demonios significaban esos caracteres con vectores y resulta que son las abreviaturas de los colores que habias empleado y las flechitas para señalarlos.

Por cierto, una vez identificados los colores en blanco y negro, en la grafica coloreada ya lo veo mas claro, muchas gracias.

 

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