Tengo algunas preguntas sobre la fuerza de un freno de motor típico: 1. ¿Qué partes de mi automóvil influyen en su valor numérico? 2. ¿Existe una fórmula que me permita predecir el valor numérico, suponiendo que pueda obtener toda la información sobre las partes involucradas?
Gracias por su ayuda :)
Piense en todas las partes móviles de un motor: ya cuesta energía mover pistones, válvulas, ejes y correas debido a la fricción. La dependencia entre las RPM y esta potencia no es lineal, si aumentas las RPM por un factor de 2, la potencia suele aumentar por un factor mayor a 2. Los agregados también consumen potencia, y también se dice que el tren de transmisión roba 10 -20% de la potencia del motor.
Entonces, si el motor no está quemando combustible, todo esto frena el automóvil.
No tengo números, ni tengo estimaciones del poder de frenado causado por estos efectos. También depende en gran medida de la construcción y el diseño de todo el motor y el tren de transmisión.
Diría que puede estimar la potencia de frenado debido a la compresión:
Supongamos que hay un vacío absoluto en el colector de admisión de un motor de gasolina y veamos qué sucede durante los cuatro tiempos:
Entonces, finalmente, la energía total "perdida" es la energía necesaria para mover el pistón hacia abajo una vez contra la presión ambiental.
Esta energía es justamente E=p*Vdonde p es la presión ambiental y V es el volumen desplazado. A 1000 RPM, un motor hace 16,6 revoluciones por segundo o 8,3 carreras de admisión (por cilindro)
Entonces, un motor de 1L invertiría 8.3*1013hPa*1L=1688J por segundo, o 1688 Watt, o 2.2hp en compresión. A 6000 RPM, sería 13.2hp. Este es el "poder de frenado" debido a la compresión.
Este es el límite superior estimado de potencia de frenado: en realidad, no hay vacío absoluto, ya que el acelerador no está completamente cerrado. Esto redujo mucho la potencia de frenado. Además, si tuviera más información sobre la presión en el cilindro durante el primer golpe, podría hacer una mejor estimación.
Lo que escribí anteriormente sobre la compresión anterior no se aplica a un diésel, ya que no tiene acelerador, por lo que siempre hay una presión similar a la ambiental en el cilindro en el primer golpe. El balance de energía es cero.
Sin embargo, los camiones tienen frenos de motor especiales:
Los frenos de escape restringen el tubo de escape, por lo que el motor tiene que invertir energía para expulsar el escape contra la presión que se acumula en el escape. Las matemáticas son casi las mismas que las anteriores, solo hay que reemplazar la presión por la presión promedio en el escape. Cuando la presión es cinco veces la presión ambiental, la potencia de frenado también es cinco veces el valor calculado anteriormente. Como no sé la presión, no puedo calcularla.
Los frenos de Jake liberan la presión en el cilindro después del segundo golpe al abrir una válvula. Entonces, el motor no recupera la energía que invirtió antes en la compresión. Desde el lado de la física, hay dos fórmulas para describir esto:
Proceso adiabático:
cuando comprimes aire, se calienta y el aire caliente genera más presión. Esto hace que la fórmula para calcular la energía gastada por compresión (y perdida por venteo) sea un poco compleja:
E=p1*V1/(K-1) * (1- ( V1/V2)^(K-1))
p1es la presión ambiental, V1es el volumen antes de la compresión (o solo el desplazamiento), V2el volumen después de la compresión (del orden de 1/20 a 1/30 de V1), y Kes una constante de aproximadamente 1,3. Tomemos 1/30 y el motor de 1l a 1000 RPM nuevamente, y la potencia es de aproximadamente 5000 W o 6.1 hp.
Proceso isotérmico: supongamos que el calor generado durante la compresión se disipa en el cilindro y el pistón, por lo que la temperatura se mantiene constante. En este caso, la fórmula es menos compleja, con el mismo significado de los parámetros que arriba:
E=p1*V1*ln(V1/V2)usando las mismas condiciones que arriba, esto da 2860W o 3.8hp.
En realidad, el aire en el cilindro disipa parte del calor, por lo que la verdad se encuentra entre ambas fórmulas.
Me encanta el freno motor, pero siempre ha sido un misterio para mí cómo funciona. Al leerlo, parece que:
Entonces, en base a esto, parece que 2 cosas serían fundamentales para un freno motor efectivo:
No conozco ninguna fórmula de este tipo. El factor más importante en juego son las rpm del motor, pero hay un millón de pequeñas cosas que afectan la fricción interna del motor, y los ingenieros han estado trabajando duro durante décadas para reducir esta fricción en pequeñas cantidades. Cualquier "coeficiente de frenado" o lo que sea tendría que ser un número medido empíricamente.
Cuando el acelerador está cerrado (y el automóvil está engranado y el embrague activado), las ruedas del automóvil obligan al motor a girar, en lugar de que el motor haga girar las ruedas. Con el acelerador abierto, el motor gira debido a explosiones controladas de aire + gasolina en los cilindros. Acelerador cerrado significa que no hay aire, significa que no hay explosiones, significa que todas las partes metálicas que se mueven contra las partes metálicas del motor (pistones que rozan las paredes del cilindro, extremos de los pistones que giran sobre el cigüeñal, cigüeñal que gira dentro del bloque del motor, etc., etc.) deben girarse por las ruedas del coche, lo que reduce la velocidad de las ruedas (y del coche).
La fricción mecánica es un factor más significativo que la compresión y expansión del aire en los cilindros. En los motores modernos, cuando los cilindros se desactivan para obtener la máxima eficiencia de combustible, las válvulas se mantienen en una posición cerrada para evitar la fricción que se produciría al aspirar y expulsar aire a través de las válvulas ("pérdidas por bombeo"). En otras palabras, se invierte una gran cantidad de ingeniería en desacoplar las válvulas del tren de válvulas para que puedan mantenerse cerradas y mejorar la eficiencia.
"Al mantener cerradas las válvulas de admisión y escape, se crea una "cámara de aire" en la cámara de combustión... [el aire] se comprime durante la carrera ascendente del pistón y lo empuja hacia abajo durante su carrera descendente. La compresión y descompresión del los gases de escape atrapados tienen un efecto igualador: en general, prácticamente no hay carga adicional en el motor".
mellebra