Experimentos soviéticos: arranque de un motor diésel mediante un generador de gas de pólvora.
En 1981, el Boletín de Vehículos Blindados Soviéticos, una revista especializada dedicada a diversos investigadores e innovaciones en el desarrollo, la mejora y el funcionamiento de vehículos de combate, publicó un interesante artículo sobre el arranque de un motor diésel mediante un generador de gas de combustible sólido.
Aunque estos dispositivos nunca llegaron a producirse en serie, el artículo resulta bastante interesante desde el punto de vista técnico, sobre todo porque el generador de gas se probó en un motor BMP-1 en lugar de basarse únicamente en cálculos teóricos. Por lo tanto, su lectura es muy recomendable.
Sistema de arranque con generador de gas de combustible sólido para motor diésel.
El principal inconveniente de los motores diésel VGM con arranque eléctrico y neumático es la importante reducción de su eficiencia a bajas temperaturas ambiente (TA). La normativa vigente estipula un tiempo de prearranque máximo de 15 minutos a TA = -40 °C. A temperaturas superiores a -25 °C, el arranque del motor debe ser posible sin precalentar el refrigerante, el aceite ni el electrolito de la batería.
Estos requisitos pueden cumplirse mediante un sistema que utilice la energía generada por la combustión de una carga propulsora sólida. El generador de gas es una fuente de energía térmica, potencial (presión del gas) y cinética de los gases. Existen dos opciones de diseño: una con inyección directa de gases en los cilindros del motor y otra que utiliza la energía del gas en un motor de arranque especial que hace girar el cigüeñal. tanque motor
El conocido sistema de arranque por pólvora para motores diésel multicilíndricos cuenta con cartuchos de arranque montados en los cilindros, que se detonan secuencialmente mediante percutores controlados mecánicamente. Estos percutores se activan mediante sincronizadores de disparo de tipo leva conectados al eje del motor. El suministro de gases a cada cilindro se realiza únicamente durante la primera carrera de expansión, lo cual no siempre es suficiente para arrancar el motor diésel. Otra desventaja de este sistema de arranque es su diseño complejo y la laboriosa tarea de recarga.
Se realizó una investigación sobre un sistema de arranque directo (figura), en el que los gases calientes de un generador de gas único se introducen en los cilindros del motor a través de un distribuidor de aire y válvulas de arranque. El uso de unidades de arranque neumático para un sistema con generador de gas simplifica significativamente el diseño del sistema. Los gases se introducen en los cilindros del motor según su orden de encendido.
Para reducir la acumulación de calor y aumentar la fiabilidad del generador de gas, la carcasa 4 está construida con múltiples capas. Consta de una carcasa portante, un revestimiento termoaislante y un manguito de paredes delgadas instalado con una holgura. El manguito protege el revestimiento termoaislante de posibles daños. El elemento combustible 5 está fabricado con NDP-5A, un material compuesto con una temperatura de combustión de 1600 K en condiciones normales.
El arranque fiable del generador se garantiza mediante un dispositivo de iniciación combinado compuesto por un cartucho pirotécnico UDP-2, una carga propulsora DRP y una pastilla propulsora RNDSI-5K. La carga y las pastillas están adheridas al elemento combustible. El cartucho pirotécnico 7 se instala en un orificio roscado en la tapa del generador de gas. El sistema está equipado con un dispositivo de membrana de seguridad, instalado en el adaptador 3 aguas arriba de la boquilla de descarga 1 y diseñado para una presión de activación de 11,8–13,7 MPa. La tapa 6 dispone de una conexión de bloqueo que garantiza una recarga rápida del generador.
Se realizaron pruebas del sistema de arranque experimental con un generador de gas de combustible sólido en un motor UTD-20 de 6 cilindros y 4 tiempos. A una temperatura de funcionamiento de 15 a 20 °C, se utilizó aceite MT-16P en el sistema de lubricación del motor; a temperaturas bajo cero, se utilizó aceite MTZ-10P de baja viscosidad. El generador de gas se conectó al distribuidor de aire diésel mediante un conducto de gas de 1200 mm de longitud. Se utilizó un sensor LH-412 para medir la presión y un sensor de temperatura OR-310 para medir la temperatura.
La velocidad del cigüeñal se determinó mediante el tiempo y el ángulo de rotación, medidos con un sensor inductivo con una marca de 1/114 de revolución. El rendimiento del sistema durante el arranque (sin inyección de combustible) del motor UTD-20 se registró con un osciloscopio (Tabla 1).
Los parámetros del sistema de arranque obtenidos confirmaron la exactitud de los cálculos preliminares para el caudal de gas Q y el tiempo de funcionamiento del generador de gas. En todos los caudales de gas, la velocidad del cigüeñal fue suficiente para arrancar el motor en estas condiciones. Cuando el generador de gas funcionaba a Q = 45–56 g/s, la velocidad del cigüeñal aumentó significativamente debido al incremento de la temperatura del gas, lo que provocó la ignición del aceite en algunos cilindros. Cuando el generador de gas funcionaba a caudales a partir de 30 g/s y se suministraba combustible a los cilindros, el motor arrancaba al primer intento en no más de 1 segundo.
Para evaluar el consumo de gas y el tiempo de funcionamiento del generador de gas necesarios para un arranque fiable del motor a temperaturas ambiente bajo cero, se realizaron pruebas de arranque del motor UTD-20 con un sistema de arranque experimental en un BMP-1. El arranque en frío de este motor diésel sin ayudas de arranque se garantiza hasta una temperatura de -5 °C. Las pruebas se realizaron con y sin un calentador de aire de admisión de antorcha sin boquilla (Tabla 2).
Las pruebas han demostrado que para un arranque fiable del motor UTD-20 a -15 °C se requiere un caudal de gas de aproximadamente 75 g/s con el generador funcionando durante unos 3 s. Para garantizar estos parámetros del generador de gas, se necesita un elemento combustible de aproximadamente 225 g. Además, la presión del gas antes del distribuidor de aire no debe superar los valores permitidos para el motor UTD-20 (véanse las Tablas 1 y 2).
Conclusión: Los estudios realizados han demostrado la posibilidad fundamental de crear un sistema de lanzamiento de combustible sólido que sea eficaz a bajas temperaturas ambiente.
Fuente:
"Sistema de arranque con generador de gas de propulsión sólida para motor diésel." S. Yu. Serebrennikov, Yu. A. Sukhoveev, V. N. Sysoev. "Boletín de vehículos blindados", n.° 6, 1981.
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