3. Motor de cuatro tiempos. Ciclo Diesel

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Una de las principales características de este tipo de motores es carecer de sistema de encendido.  Es decir no tienen bujías, ya que el combustible, gasoil, se inflama espontáneamente al ser inyectado a presión en el cilindro lleno de aire a muy alta temperatura, superior a la de autoignición del gasoil, tras haber sido comprimido.

Como solo se comprime aire, la relación de compresión puede ser muy superior a la de los motores de gasolina, alcanzando valores de entre 12 y 24, mientras que en los motores de ciclo Otto los valores normales son entorno a 8.

Imagen 12. laplace. Copyright

Un ciclo Diesel es una aproximación teórica al comportamiento de un motor de encendido por compresión. Se representa en un diagrama p-V como en la figura adjunta. Siendo sus fases las siguientes:

  • Admisión E-A. El pistón desciende mientras la válvula de admisión permanece abierta, absorbiendo aire a presión constante de la atmósfera. Se representa como una línea horizontal.
  • Compresión A-B. Asciende el pistón estando cerradas las válvulas de admisión y de escape, se produce la comprensión del aire sin intercambio de calor, es decir es una transformación adiabática.
  • Combustión B-C. Un instante antes de que el pistón alcance el PMS y hasta un poco después de que comience la carrera descendente, el inyector introduce gasoil en el cilindro produciéndose la combustión a presión constante durante un instante de tiempo mayor que en el motor de encendido por chispa (es la diferencia más notable con el ciclo de Otto, estudiado anteriormente). Ambas válvulas se mantienen cerradas.
  • Expansión C-D. La reacción química exotérmica producida en la combustión genera energía que impulsa el pistón hacia abajo, aportando trabajo al ciclo, correspondiendo esta transformación a una curva adiabática, las válvulas de admisión y de escape permanecen cerradas.
  • Escape D-A y A-E. La válvula de escape se abre, el pistón prosigue su movimiento ascendente y va barriendo y expulsando los gases de la combustión, cerrándose el ciclo al producirse una nueva admisión de aire cuando se cierra la válvula de escape, a continuación se abre la de admisión y el pistón continúa su carrera descendente.

Como la cantidad de aire que sale y la que entra en el cilindro es idéntica podemos considerar que es el mismo que ha sufrido un proceso de enfriamiento que se produce en dos fases, cuando alcanza el pistón el PMI, el volumen se mantiene aproximadamente constante y se representa en el diagrama como la isócora D-A, para posteriormente ser expulsado al exterior a presión constante (la de la atmósfera), representándose por la isóbara A-E. Con lo que se cierra el ciclo, tras dos movimientos de subida y bajada del pistón, tras dos vueltas del cigüeñal, que corresponden con los cuatro tiempos del motor.

Observando el ciclo Diesel ideal, podemos considerar despreciables los procesos de admisión y de escape a presión constante A-E y E-A, puesto que son idénticos en la gráfica y de sentido opuesto, por lo que el calor y el trabajo intercambiados entre ellos se anulan mutuamente.

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Determinar las dimensiones (carrera y diámetro) de los cilindros de un motor Diesel de 6 cilindros y 4 tiempos con el que queremos obtener una potencia máxima de 800 CV cuando gira a 800 r.p.m., sabiendo que se prevé obtener una presión media efectiva de 12 Kg/cm², si la relación carrera/diámetro es de 1,5.