análisis del motor scuderi resumen del proyecto - IIT

ANÁLISIS DEL MOTOR SCUDERI
Autor: Fernández García, Jorge.
Director: de Norverto Moriñigo, Juan.
Entidad Colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas.
RESUMEN DEL PROYECTO
El proyecto final de carrera se basa en el análisis del motor Scuderi, principalmente
centrando en el funcionamiento y prestaciones que podemos obtener de esta nueva
concepción de diseño y funcionamiento en comparación con las tecnologías
convencionales de los motores de combustión interna tradicionales.
Los principales aspectos que han sido analizados son:

Análisis termodinámico

Análisis prestaciones

Análisis estructural

Comparación con motores MEC y MEP convencionales

Análisis de la modalidad híbrida
La principal diferencia que presenta este tipo de motor frente a las tecnologías
convencionales existentes en el mercado y por la cual se ha realizado el estudio del
mismo, es el hecho que en el motor Scuderi, a diferencia de los motores tradicionales,
los cuatro tiempos de funcionamiento de un motor de combustión interna (admisión,
compresión, expansión y escape) se encuentran divididos en dos cilindros, en vez de
realizarse todos ellos en uno mismo como ocurre en las tecnologías actuales; a este tipo
de configuración se le denomina “Split Cycle”.
La principal ventaja de la división por un lado de la admisión y la compresión y por otro
lado la explosión y escape permiten mejorar las prestaciones en cuanto a potencia
efectiva y a reducción de cilindrada, y por lo tanto una consecuente reducción de
consumo.
1 Con respecto a la disminución del consumo se observa una reducción del mismo con
respecto a los motores convencionales, ya que el número de cilindros disminuye con
respecto a los motores MEC y MEP comparados, a su vez mediante el empleo de la
configuración de funcionamiento del motor Scuderi mediante el empleo de un
turbocompresor podemos reducir el tamaño del cilindro compresor, permitiendo así un
aumento de la potencia reduciendo el consumo así como las pérdidas experimentadas
por el accionamiento del cilindro compresor.
Otra de las características principales por las que este tipo de configuración crea una
gran diferenciación con respecto a los ciclos tradicionales de funcionamiento es el
hecho que la combustión se produce después de que el cilindro de expansión alcance el
punto muerto superior, es decir durante la carrera de expansión. Tradicionalmente el
hecho de producirse la combustión durante la carrera de expansión del cilindro producía
una gran pérdida de potencia debido a la pérdida de presión que se experimentaba en la
expansión, para contrarrestar este efecto, en el motor Scuderi se intenta crear la
condiciones propias de una combustión producida al alcanzar el pistón el punto muerto
superior, para ello introducimos en el pistón de expansión aire mezclado con
combustible a alta presión a la vez que se pretende que la combustión del combustible
se produzca lo más próximo al punto muerto superior a pesar que el pistón está
comenzando a realizar la carrera de expansión.
Además el hecho de realizarse la combustión durante la carrera de descenso del cilindro
permite una optimización de entrega de par, ya que el pico de presión que se produce en
el interior del cilindro de expansión y le ángulo existente entre la biela y la manivela del
cigüeñal es mejor que el presente en los motores de combustión convencionales, ya que
tradicionalmente el pico de presión se obtiene cuando el pistón alcanza el punto muerto
superior, es decir cuando la biela y la manivela del cigüeñal se encuentran alineados
generándose así mayores tensiones en el conjunto biela manivela e impidiendo así que
se optimice el par entregado mediante la generación de la combustión.
El motor Scuderi a su vez presenta otra diferenciación en cuanto a la disposición de los
diferentes cilindros, ya que existe un cierto desalineamiento entre el eje de revolución
de los diferentes cilindros y el eje de rotación del cigüeñal, este tipo de disposición
permite que tanto durante la carrera de compresión como durante la carrera de entrega
de potencia y posterior expansión, la biela presente el mínimo ángulo con respecto al eje
2 de revolución del cilindro, permitiendo así reducir los rozamientos laterales existentes
entre el pistón y la camisa del cilindro.
El hecho de estar separados por un lado la admisión y la compresión en un cilindro y la
expansión y el escape en otro cilindro independiente y a su vez conectado con el
anterior por medio de una serie de colectores, permite crear una serie de configuraciones
en lo que se refiere a diferentes modalidades de funcionamiento, principalmente se
destaca la modalidad híbrida o también conocida como modalidad de frenado
regenerativo, su principio de funcionamiento se basa en el hecho de intentar recuperar la
mayor parte de la energía degradada durante la frenada mediante la compresión de aire
por parte del cilindro compresor y almacenarlo en un depósito, esta energía almacenada
en forma de aire comprimido permitirá aumentar la potencia del motor en determinadas
situaciones mediante la desactivación del cilindro compresor y el aporte del aire
necesario por parte del depósito de aire comprimido, reduciendo así las pérdidas de
potencia por accionamiento del compresor y obteniendo por lo tanto mayor potencia
específica entregada por el motor.
La modalidad de frenada regenerativa a su vez permite que el par destinado al sistema
de frenado, en este caso a los frenos de disco, sea menor, permitiendo así una mayor
duración de los mismos y la generación de menores tensiones, ya que se reduce el par
de frenada al estar destinado parte de él en el accionamiento del compresor.
En consecuencia la configuración de funcionamiento que presenta el motor Scuderi
tiene grandes ventajas en su análisis teórico con respecto a los motores convenciones,
aunque quedaría por determinar cómo sería su comportamiento real en cuanto a su
puesta de funcionamiento se refiere.
3 ANALYSIS OF THE SCUDERI ENGINE
Author: Fernández Garcia, Jorge.
Project Director: de Norverto Moriñigo, Juan
Organisation: ICAI Engineering School – Comillas University, Madrid.
PROJECT SUMMARY
The final project is based on the analysis of the Scuderi engine, mainly focusing on the
functioning and performance that we can get from this new conception of design and
functioning in comparison with conventional technologies of traditional internal
combustion engines.
The main issues that have been analyzed are:

Thermodynamic analysis

Performance analysis

Structural analysis

Comparison with conventional engines MEP and MEC

Analysis of hybrid mode
The main difference of this type of engine from conventional technologies available on
the market and the reason for what we have done this study, it is the fact that the
Scuderi engine, unlike traditional engines, the four strokes of operation of an internal
combustion engine (intake, compression, expansion and exhaust) are divided into two
cylinders, rather than being carried on oneself all as in current technologies, this type of
configuration is called "Split Cycle".
The main advantage of the division on the one hand of the intake and compression and
on the other hand the explosion and exhaust can improve the performance in terms of
effective power and a reduction of the total displacement, and therefore a consequent
reduction in consumption.
With respect to the reduction of consumption is observed a reduction of the same with
respect to conventional motors, since the number of cylinders decreases with respect to
engines MEP and MEC compared, at the same time by using the Scuderi engine
configuration using a turbocharger can reduce the size of the compressor cylinder,
1 allowing thus an increased power reducing the consumption as well as reducing the
losses experimented by the drive of the compressor cylinder.
Another major feature for which this configuration creates a large differentiation from
traditional operating cycle is the fact that the combustion occurs after the expansion
cylinder reaches the top dead center, during running expansion. Traditionally the fact
that combustion occur during the expansion stroke of the cylinder produced a large
power loss due to loss of pressure that experienced in the expansion, to counteract this
effect, the Scuderi engine tries to create the typical conditions of a combustion produced
when the piston reaching top dead center, to achieve this, air mixed with fuel at high
pressure is introduced into the expansion piston and ,at the same time, the combustion
happens as close as possible to the top dead center although the piston is starting to
realize the expansion stroke.
Furthermore, the fact to be carried out combustion during downward stroke of the
cylinder allows the optimization of deliver torque, since the peak pressure that occurs
inside the expansion cylinder and the existing angle between the connecting rod and
crank of the crankshaft is better than the present in conventional combustion engines,
because traditionally the peak pressure is obtained when the piston reaches top dead
center and that happen when the connecting rod and the crank of the crankshaft are
aligned, generating greater stresses on the ensemble connecting rod and crank, thus
preventing to optimize the torque delivered by the generation of the combustion.
Also the Scuderi engine presents another differentiation related with the arrangement of
the different cylinders, since there is a certain offset between the revolution axis of the
various cylinders and the crankshaft rotation axis, this type of arrangement allows that
during the compression stroke and during the power delivery stroke and subsequent
expansion the connecting rod present the minimum angle with respect to the axis of
revolution of the cylinder, decreasing the lateral frictions between the piston and of the
cylinder liner.
The fact of being separated on one side admission and compression in the other cylinder
and the expansion and exhaust into another one separate cylinder and all of them
connected with the previous one through a series of manifolds, allows to create a large
number of configurations with different operating modes, one of the most important is
the hybrid mode or also known as regenerative braking mode, its working principle is
2 based on trying to recover the energy that is degraded during the braking compressing
air by the compressor cylinder and store it in a tank, this energy stored as compressed
air will allow increase engine power in certain situations by means of the deactivation of
the compressor cylinder and the contribution of air required for the combustion process
from the compressed air tank, thereby reducing the power losses by operating the
compressor and therefore obtaining higher specific power delivered by the motor.
The regenerative braking mode in turn allows that the torque destined to the braking
system, in this case to the brake discs, is lower, providing a longer duration of them and
the generation of lower stress, because a part of the braking torque is destined to the
compressor drive.
Consequently the configuration of operation that the Scuderi engine presents has great
advantages in a theoretical analysis in respect of conventional engines, but we should
determined who would be the behavior of this engine during a real operation.
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