SIMULACION MOTOR CHEVROLET
Datos de entrada para la simulación El motor simulado es un 6 cilindros en línea, 3000 cm3, de la marca Chevrolet, desarrollado especialmente para competir en Turismo Carretera. Las características de este motor son las apuntadas en las tablas mostradas mas abajo. Las consideraciones que se hicieron para la simulación respecto de algunos parámetros característicos del motor, fueron las siguientes: se utilizo una relación aire/combustible de 11,6 (promedio de los datos suministrados por el banco de pruebas), los coeficientes de descarga de cada una de las válvulas fueron extraídos del ensayo hecho sobre un banco de flujo estacionario, la temperatura de la pared del cilindro fue asumida en 100°C, según datos de la temperatura del agua circulando por el block ( un tanto mayor de manera de tener en cuenta la transmisión de calor entre el agua y la camisa del cilindro, y dentro de esta), mientras que las temperaturas de las paredes de los tubos de escape se tomaron en 350°C. Las condiciones atmosféricas fueron de 1,01325 Kpa y 25°C.
Diámetro Carrera Largo de Biela Rel. de Compresión Av. Encendido
Cilindro 97 67.5 163 9,5:1 45°
Tabla 1. Datos del Cilindro
Numero de Válvulas Diámetro de Válvulas Angulo del Asiento Diámetro del Vástago Apertura de Válvula Cierre de Válvula Alzada Máxima
Admisión 1 44.25 45° 7 59 87 15
Escape 1 39 45° 7 90 51 15
Tabla 2. Datos de la Tapa de Cilindros
1
Resultados Obtenidos Los resultados obtenidos en la simulación son mostrados juntos con los obtenidos en el banco de ensayos. La figura 1, muestra las curvas de torque y potencia, mientras que las figuras 2, 3 y 4 muestran la temperatura del escape del cilindro 1, el caudal másico de aire y el caudal másico de combustible respectivamente. La diferencia que existe en el consumo de combustible, es principalmente debido a la variación que hay en el motor real de la relación aire/combustible causada por el sistema dosificador del combustible, mientras que en el simulador esta relación es fija y es promedio de la relación real.
TORQUE - POTENCIA
POTENCIA [HP] & TORQUE [Nm]
350 330 310 290 270 250 230 210 190 170 150 5800
6300
6800
7300
7800
8300
8800
9300
RPM Torque Real
Potencia Real
Pot-Friccion
Tor-Friccion
Figura 1: torque y potencia real y simulada
Las curvas simuladas son similares comparadas con las reales, aunque existen algunas diferencias debidas a simplificaciones, que se adoptaron según datos encontrados en la bibliografía especializada en el tema.
2
TEMPERATURA DEL ESCAPE 1400 1300 1200
[°F]
1100 1000 900 800 700 600 5800
6300
6800
7300
7800
8300
8800
9300
RPM Temp Real
Temp Sim
Figura 2:temperatura del escape del cilindro 1
CAUDAL MASICO DE AIRE 1800 1700 1600
Lbs/Hr
1500 1400 1300 1200 1100 1000 5800
6300
6800
7300
7800
8300
8800
9300
RPM MasaReal
MasaSim
Figura 3:caudal másico de aire
3
CAUDAL MASICO DE COMBUSTIBLE 150 140
Lbs/Hr
130 120 110 100 90 80 5800
6300
6800
7300
7800
8300
8800
9300
RPM CombReal
CombSim
nue
Figura 4:caudal másico de combustible
Modificaciones en la configuración original En esta etapa de trabajo, se ensayaron cambios principalmente en el árbol de levas, en busca de una configuración que nos de una mayor performance. Esta etapa se dividió en tres partes a saber: una primera en donde con el árbol de levas original, se modifico su posición relativa respecto al cigüeñal, es decir, se lo avanzo y retraso con respecto a aquel. La segunda etapa se hizo tomando los camones originales por separado y moviéndolos respecto de su posición original pero individualmente. En la tercera etapa se busco un nuevo reglaje aproximando el perfil de alzada de válvula con una función polinomica de sexto grado. Primera parte: se hicieron dos simulaciones, una con un árbol de levas avanzado 3° y otra con el mismo retrasado 3°, ambos desplazamientos con respecto al cigüeñal. Las curvas resultantes se muestran en la figura 5 junto con la que corresponde a la configuración original. Es posible ver en esta figura como al avanzar el árbol de levas el motor rinde mas a altas rpm perdiendo algo de potencia a bajas y todo lo contrario cuando lo retrasamos. Segunda parte: esta segunda parte a su ves, podemos dividirla en dos, una primera en la que fijando el camon de escape en su posición original (centro del camon en 613°), se movió el camon de admisión a ambos lados de la posición original de su centro (centro del camon en 107°), y una segunda en donde fijando el camon de admisión en su posición original, se movió el de escape también a ambos lados de su centro original. Los resultados de estos cambios pueden verse en la figuras 6 y 7. En estas podemos observar porcentajes de ganancia o perdida de potencia respecto a la entregada por la configuración original.
4
360 340
[HP]
320 300 280 260 240 220 5800
6800
7800
avanzandola 3°
8800
retrasandola 3°
Original
Figura 5:comparación entre curvas con distintas puestas a punto del árbol de levas
101,5
101,0
[%]
100,5
100,0
99,5
99,0
98,5 5800
6300
6800
7300
7800
8300
8800
9300
RPM -6°
-3
0°
3°
6°
Figura 6:comparación moviendo camon de admisión respecto a su posición original(cero es su posición original correspondiente a 107° de cigüeñal)
5
102,0 101,5 101,0
[%]
100,5 100,0 99,5 99,0 98,5 98,0 5800
6300
6800
7300
7800
8300
8800
3°
6°
9300
RPM
-6°
-3
0°
Figura 7:comparación moviendo el camon de escape respecto a su posición original(cero es su posición original correspondiente a 613° de cigüeñal)
102,5 102,0 101,5
[%]
101,0 100,5 100,0 99,5 99,0 98,5 5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
9500
10000
RPM
RCA+5°
RCA+10°
AAA+5°
AAA+10°
Figura 8:comparación moviendo el timing de admisión 6
Tercera parte: en esta se modificaron los grados de permanencia de las válvulas abiertas, de manera de poder observar las reacciones del motor ante tales cambios y poder concluir en un reglaje de mayor performance. En las figuras 8 y 9 se muestran, igual que en la segunda parte, porcentajes de ganancia o perdidas con respecto al reglaje original. En la figura 8 todos los cambios son sobre el timing de la leva de admisión, mientras que en la 9 sobre la leva de escape. Cada uno de los cambios fueron hechos manteniendo constante y en su valor original el resto de los tiempos de apertura y cierre. Estos, por ejemplo, cuando se indica AAA+5°, es un avance a la apertura de admisión mayor (en 5°) con el resto de los tiempos en su valor original.
105,0
104,0
[%]
103,0
102,0
101,0
100,0
99,0 5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
9500
10000
RPM
AAE+5°
AAE+10°
RCE+5°
RCE+10°
Figura 9:comparación moviendo el timing de escape
Estas ganancias en potencia que se obtuvieron trabajando sobre la leva de escape pueden ser atribuidas a una mayor velocidad del flujo en la válvula de escape en el momento del cruce, que se traduce en una mayor depresión dentro del cilindro y como consecuencia una mayor cantidad de masa atrapa de aire fresco como puede verse en las figuras 10,11 y 12. Estas figuras fueron obtenidas para 8500 rpm.
7
Velocidades del fluido atraves de las valvulas
250
200
[m/s]
150
100
50
0
-300
-200
-100
AAE
0 AAA
100
200
RCE
300 RCA
Figura 10:en azul la conf. original y en rojo con RCE+10°
Masa de fluido atraves de las valvulas
0.2
0.15
[Kg/s]
0.1
0.05
0
-0.05
-0.1
-300 AAE
-200
-100
0 AAA
100 RCE
200
300 RCA
Figura 11:en azul la conf. original y en rojo con RCE+10°
8
Presion en el Cilindro
2
1.8
[atm]
1.6
1.4
1.2 1
0.8
0.6 -300 AAE
-200
-100
0 AAA
100 RCE
200
300 RCA
Figura 12:en azul la conf. original y en rojo con RCE+10°
Conclusión Con los ensayos que se realizaron a lo largo del trabajo, podemos concluir que existen potenciales ganancias trabajando sobre la leva de escape, especialmente en la zona que corresponde al cierre de esta. Es particularmente importante el cruce que tenga el motor cuando lo que se busca son ganancias de potencias en toda la gama de rpm, y no en una zona en particular, como puede apreciarse en las distintas figuras. De lo contrario, si el objetivo es ganar potencia en alguna zona en particular, podría trabajarse sobre con el resto de los tiempos que definen el reglaje, poniendo especial énfasis en el RCA.
9
