Four-stroke cycle diesel engine

• Top dead center (TDC): The highest point of piston movement within the engine cylinder.
• Bottom dead center (BDC): The lowest point of piston movement within the engine cylinder.
• Before top dead center (BTDC): A point during the piston's upward stroke.
• After top dead center (ATDC): A point during the piston's downward stroke.
• Bore: The diameter of the cylinder. It represents the cross-sectional area of the piston upon which the cylinder pressures act.
• Stroke: The distance traveled by the piston from BDC to TDC. The stroke is determined by the offset of the crank throw, which is the distance from the crankshaft centerline to the throw centerline, multiplied by 2.
• Swept volume: The volume displaced by the piston in the cylinder as it moves from BDC to TDC. It can be calculated if both the stroke and bore are known.
• Clearance volume: The remaining volume in an engine cylinder when the piston is at the top of its travel or TDC. The clearance volume is significant in older indirect injection (IDI) diesel engines but much smaller in modern direct injected (DI) engines. Cylinder volume: The total volume within the cylinder when the piston is at BDC. The cylinder volume can be calculated by adding the cylinder's swept volume to its clearance volume.
• Engine displacement: The total swept volume of all the engine cylinders, expressed in cubic inches or cubic centimeters/liters. It is a way of indicating the size of the engine. To calculate engine displacement, you multiply the bore, bore, stroke, and the constant 0.7854, and then multiply by the number of cylinders.

Example: Navistar International MaxxForce 13

Engine displacement calculation data:

6-cylinder engine, bore of 126 mm, stroke of 166 mm

Engine displacement = 126 x 126 x 166 x 0.7854 x 6

12,419,134 cubic millimeters

12.4 liters (rounded)

• Square engine: An engine where the diameter of the cylinder bore is exactly equal to the piston stroke dimension. For example, an engine with a 4-inch piston diameter and a 4-inch stroke is classified as square. When referring to bore and stroke values, bore is always mentioned before stroke.
• Oversquare engine: Describes an engine where the cylinder bore diameter is larger than the stroke dimension. Most gasoline-fueled, spark-ignited engines with indirect injection are oversquare.
• Undersquare engine: Describes an engine where the cylinder bore diameter is smaller than the stroke dimension. Most high-compression diesel engines are undersquare.
• Compression: When a gas is compressed by the movement of a piston into a sealed cylinder, heat is generated. For instance, when using a hand-actuated bicycle pump to inflate tires, the pump cylinder becomes heated.
• Compression ignition (CI): A high-compression engine in which the heat required to ignite the fuel in its cylinders is generated through compression. This is commonly known as a diesel engine. The term CI is often used to refer to a diesel engine.
• Spark ignited (SI): An engine in which the fuel/air mixture is ignited by a timed electrical spark.
• Direct injection (DI): Refers to either a CI or SI engine where the fuel charge is directly injected into the engine cylinder instead of a precombustion chamber or part of the intake manifold.
• Indirect injection (IDI): Refers to a CI or SI engine in which the fuel charge is introduced outside of the engine cylinder, such as in a precombustion chamber, cylinder head intake tract, or intake manifold.
• Ratio: The relationship between two values expressed by the number of times one contains the other. Ratios are used in automotive technology to describe the drive/driven relationships of meshed gears, the mechanical advantage of levers, and cylinder compression.
• Compression ratio: A measurement of the cylinder volume at Bottom Dead Center (BDC) compared to the cylinder volume at Top Dead Center (TDC). Theoretically, compression ratios in diesel engines range between 14:1 and 24:1. In reality, most modern diesel engines have compression ratios typically between 16:1 and 17:1.
• Compression pressure: The actual pressure developed in the cylinder during the compression stroke. Compression pressures in diesel engines range from 350 psi (2.40 mPa) to 700 psi (4.80 mPa) in CI engines. Higher compression pressures result in more heat generated in the cylinder. Modern diesel engines typically produce compression pressures of approximately 600 psi.
• Combustion pressure: The highest pressure reached in the engine cylinder during the power stroke. In electronically controlled diesel engines, combustion pressures can peak at up to five times the compression pressure.
• Fire point: The temperature at which a flammable liquid releases sufficient vapor for continuous combustion to occur. It is also known as the ignition temperature. The fire point or ignition temperature of a diesel fuel is specified by a cetane number (CN). The significance of CN will be explained later in this textbook.
• Friction: The force required to move an object over the surface of another. Friction represents the resistance to motion between two objects in contact. Smooth surfaces produce less friction compared to rough surfaces. Lubricants coat and separate two surfaces, reducing friction.
• Inertia: Describes the tendency of an object in motion to remain in motion or, conversely, an object at rest to remain at rest. For example, when an engine piston is moving in one direction, it must be stopped at the end of its travel, and its kinetic inertia must be absorbed by the crankshaft and connecting rod. The principle of inertia is utilized by the engine harmonic balancer and flywheel. The flywheel represents the inertial mass or weight, which is greatest in a single-cylinder, four-stroke cycle engine. As the number of cylinders increases, the flywheel weight can be reduced due to the greater mass of rotating components and the higher frequency of power strokes.
• Thermal efficiency: A measure of the combustion efficiency of an engine, calculated by comparing the heat energy potential of a fuel (calorific value) with the amount of usable mechanical work produced. Electronically controlled CI engines can achieve thermal efficiency values exceeding 40 percent. Typical gasoline-fueled car engines have a thermal efficiency slightly over 30 percent. Rocket engines produce thermal efficiencies over 60 percent.
• Rejected heat: The percentage of the heat potential of the fuel (as defined in the thermal efficiency) that is not converted into useful work by an engine. If a CI engine operating at optimum efficiency has a thermal efficiency of 40 percent, then 60 percent of the heat energy of the fuel must be dissipated as rejected heat. Typically, half of the rejected heat is transferred to the engine hardware to be dissipated to the atmosphere by the engine cooling system, while the other half exits in the exhaust gas. A turbocharger utilizes the rejected heat by compressing the intake air forced into the engine cylinders, thereby increasing the thermal efficiency of the engine.

Téminos usados en motores diésel

• Punto muerto superior (PMS): El punto más alto del recorrido del pistón en el cilindro del motor.
• Punto muerto inferior (PMI): El punto más bajo del recorrido del pistón en el cilindro del motor.
• Antes del punto muerto superior (APMS): Un punto del recorrido del pistón durante su carrera ascendente.
• Después del punto muerto superior (DPMS): Un punto del recorrido del pistón durante su carrera descendente.
• Diámetro de cilindro (bore): El diámetro del cilindro. El diámetro se utiliza para expresar el área seccional del pistón sobre la cual actúan las presiones del cilindro.
• Carrera (stroke): La distancia recorrida por el pistón desde el PMI hasta el PMS. La carrera se determina mediante el desplazamiento del muñón de la manivela; es decir, la distancia desde la línea central del cigüeñal hasta la línea central del muñón multiplicada por 2, da como resultado la dimensión de la carrera.
• Volumen barrido (swept volume): El volumen desplazado por el pistón en el cilindro a medida que se mueve desde el PMI hasta el PMS. Se puede calcular si se conocen tanto la carrera como el diámetro.
• Volumen de espacio muerto (clearance volume): El volumen restante en el cilindro del motor cuando el pistón está en la parte superior de su recorrido o en el PMS. El volumen de espacio muerto en los motores diésel de inyección indirecta (IDI) más antiguos era considerable, pero es mucho menor en los motores de inyección directa (DI) actuales.
• Volumen del cilindro (cylinder volume): El volumen total en el cilindro cuando el pistón está en el PMI. Se puede calcular sumando el volumen barrido del cilindro al volumen de espacio muerto del cilindro.
• Desplazamiento del motor (engine displacement): El volumen barrido de todos los cilindros del motor expresado en pulgadas cúbicas o centímetros cúbicos/litros. Es una forma de expresar el tamaño del motor. Para calcular el desplazamiento del motor, se realiza lo siguiente: Desplazamiento del motor = diámetro x diámetro x carrera x 0.7854 x número de cilindros
• Motor "cuadrado": Un motor en el cual el diámetro del cilindro es exactamente igual a la dimensión de carrera del pistón. Por ejemplo, un motor con un diámetro de pistón de 4 pulgadas y una carrera de 4 pulgadas se clasifica como cuadrado. Cuando se mencionan los valores de diámetro y carrera, el diámetro siempre aparece antes que la carrera.
• Motor "supercuadrado" o de "carrera corta": Describe un motor en el cual el diámetro del cilindro es mayor que la dimensión de carrera. La mayoría de los motores de gasolina de encendido por chispa y inyección indirecta son sobrecuadrados.
• Motor subcuadrado: Describe un motor en el cual el diámetro del cilindro es menor que la dimensión de carrera. La mayoría de los motores diésel de alta compresión son subcuadrados.
• Compresión: Cuando se comprime un gas al empujar un pistón dentro de un cilindro sellado, se genera calor. Por ejemplo, cuando se utiliza una bomba de bicicleta accionada manualmente para inflar neumáticos, el cilindro de la bomba se calienta.
• Encendido por compresión (CI): Un motor de alta compresión en el cual el calor necesario para encender el combustible en sus cilindros se genera mediante compresión, más comúnmente conocido como motor diésel. El acrónimo CI se utiliza a menudo para describir un motor diésel.
• Encendido por chispa (SI): Un motor en el cual la mezcla de combustible/aire se enciende mediante una chispa eléctrica controlada.
• Inyección directa (DI): Tanto un motor CI como SI en el cual la carga de combustible se inyecta directamente en el cilindro del motor en lugar de una cámara de precombustión o parte del múltiple de admisión.
• Inyección indirecta (IDI): Un motor CI o SI en el cual la carga de combustible se introduce fuera del cilindro del motor, como en una cámara de precombustión, en el conducto de admisión de la culata del cilindro o en el múltiple de admisión.
• Relación: La relación entre dos valores expresada por el número de veces que uno contiene al otro. Utilizamos relaciones en tecnología automotriz para describir las relaciones de transmisión entre dos engranajes en malla, la ventaja mecánica de las palancas y la relación de compresión de los cilindros.
• Relación de compresión: Una medida del volumen del cilindro cuando el pistón está en el Punto Muerto Inferior (PMI) en comparación con el volumen del cilindro cuando el pistón está en el Punto Muerto Superior (PMS). Teóricamente, las relaciones de compresión en los motores diésel oscilan entre 14:1 y 24:1. En la realidad, la mayoría de los motores diésel modernos tienen relaciones de compresión típicamente entre 16:1 y 17:1.
• Presión de compresión: La presión real desarrollada en el cilindro durante la carrera de compresión. Las presiones de compresión en los motores diésel varían desde 350 psi (2,40 mPa) hasta 700 psi (4,80 mPa) en motores CI. Cuanto mayor sea la presión de compresión, más calor se genera en el cilindro. Los motores diésel modernos suelen producir presiones de compresión de ± 600 psi.
• Presión de combustión: La presión más alta alcanzada en el cilindro del motor durante la carrera de potencia. En los motores diésel eficientes y controlados electrónicamente de hoy en día, las presiones de combustión pueden alcanzar hasta cinco veces la presión de compresión.
• Punto de inflamación: La temperatura a la cual un líquido inflamable desprende suficiente vapor para que se produzca una combustión continua. También se conoce como temperatura de ignición. El punto de inflamación o temperatura de ignición de un combustible diésel está especificado por un número de cetano (CN). Explicaremos la importancia del CN más adelante en este libro de texto.
• Fricción: Es la fuerza requerida para mover un objeto sobre la superficie de otro; la fricción es la resistencia al movimiento entre dos objetos en contacto entre sí. Las superficies lisas generan menos fricción que las superficies rugosas. Los lubricantes recubren y separan dos superficies entre sí, reduciendo la fricción.
• Inercia: Describe la tendencia de un objeto en movimiento a permanecer en movimiento o, por el contrario, la tendencia de un objeto en reposo a permanecer en reposo. Por ejemplo, cuando un pistón del motor se mueve en una dirección, debe detenerse en su límite de recorrido y su inercia cinética debe ser absorbida por el cigüeñal y la biela. El principio de la inercia se utiliza en el amortiguador armónico del motor y en el volante de inercia; la masa inercial (es decir, el peso) representada por el volante de inercia debe ser mayor en un motor de ciclo de cuatro tiempos y un solo cilindro. A medida que aumenta el número de cilindros, se puede reducir el peso del volante de inercia debido a la mayor masa de los componentes giratorios y a la mayor frecuencia de las carreras de potencia.
• Eficiencia térmica: Es una medida de la eficiencia de la combustión de un motor, calculada al comparar la energía térmica potencial de un combustible (valor calorífico) con la cantidad de trabajo mecánico utilizable producido. Los motores CI controlados electrónicamente pueden tener valores de eficiencia térmica superiores al 40 por ciento. Un motor de automóvil típico de gasolina tiene una eficiencia térmica ligeramente superior al 30 por ciento. Los motores de cohetes producen eficiencias térmicas superiores al 60 por ciento.
• Calor rechazado: Es el porcentaje del potencial de calor del combustible (según la definición de eficiencia térmica) que no se convierte en trabajo útil por el motor. Si se dice que un motor CI operando con eficiencia óptima tiene una eficiencia térmica del 40 por ciento, entonces el 60 por ciento de la energía térmica del combustible debe disiparse como calor rechazado. Por lo general, la mitad del calor rechazado se transfiere al hardware del motor para disiparse en la atmósfera a través del sistema de enfriamiento del motor, y la otra mitad sale en los gases de escape. Un turbocompresor utiliza el calor rechazado comprimiendo el aire de admisión forzado hacia los cilindros del motor, aumentando así la eficiencia térmica del motor. La Figura 3-8 muestra cómo se libera la energía térmica potencial del combustible al ser quemado en un motor diésel.