Motor de tipo Otto (página 2)

Bomba de aceite.- Es el órgano o elemento principal que cumple el importante papel de aspirar el aceite y dirigirlo mediante el circuito de lubricación hacia los elementos o partes móviles del motor. Para esto, la bomba no sólo debe asegurar, en todas las condiciones de funcionamiento, una presión tal que le permita llevar el aceite a todo el sistema, sino también hacerlo en un caudal suficiente. La bomba se debe cebarse cuando se repara el motor, la presión normal esta dentro de 40 a 60 PSI (lb. /pulg2). Fig. 8 y 9.

Fig. 8

Fig. 9

1.- Regla

2.- Gauje o lámina calibrador

Tipos de bombas.

• De engranaje ( rectos o helicoidales)

• De rotor

• Paletas

• Diafragmas i otras formas

Filtros.- El filtro de aceite tiene un papel tamiz de retener partículas mayores a 15 micras de diámetro (0,015 Mm.). Las no retenidas de menor diámetro no causan ningún daño y las retenidas provienen de rectos de la combustión, abrasión (desprendimiento) de los metales que trabajan en los rozamientos y también son partículas de polvo. Los filtros deben ser los sugeridos por los fabricantes para que soporte las tensiones térmicas y mecánicas. Por otro lado, el filtro resulta también un agente refrigerador para el aceite cuando el motor está parado. Fig. 10.

Clasificación de filtros.

• 1. Estáticos.

• Tela

• Magnético

• De disco o superpuestas

• Área de filtración

• Aglutinamiento

2.- Dinámicos.

• Clacier

• Ciclónicos

Partes.

• Alojamiento

• Papel filtrante

• Cartucho

• Alojamiento de retén

• Entrada de aceite

• Rosca

Fig. 10

CAPITULO V

Sistema de refrigeración

Finalidad.- Es mantener la temperatura normal o correcta del motor

Refrigerar todo los sistemas móviles del motor

Reducir la fricción.

Refrigeración.- Para soportar altas temperaturas de la combustión, el motor tiene que evacuar consta mente calor y se refrigerando para evitar que sus piezas terminen por deformarse, y fundirse. No obstante, el motor debe trabajar a una temperatura alta, la misma que se tiene que tratar de mantener para optimizar su rendimiento, pues en la dilatación de las piezas se alcanzan las dimensiones normales de funcionamiento. Actualmente, los motores son fabricados con distintos materiales con comportamientos y dilatación diferentes, como lo son las aleaciones de aluminio o el hierro fundido, lo hace más complejo el control de temperatura del sistema de refrigeración. Hace años, el circuito de refrigeración era mucho más simple; bastaba abrir la tapa del radiador y, si faltaba nivel, había que llenar con agua, de caño nomás.

Hoy en día, la performance de los vehículos es otra, las condiciones de circulación también cambiaron la carga de sistemas embarcaciones se hizo mayor y, por consiguiente, cambió el sistema de refrigeración que ahora utiliza un líquido especial llamado líquido refrigerante. También existe refrigeración por aire.

Consumo de refrigerante.

• Pedidas por bomba de agua

• Se pasa refrigerante hacia los cilindros por la empaquetadura

• Radiador con hueco

• Manguera deteriora

• Falta de presión del circuito y el refrigerante se evapora

• Radiador de calefacción agujereado

• Tapa de radiador vencida o malograda.

Partes del cítela de refrigeración.

• Radiador

• Ventilador

• Termostato (70 a 92 ºC)

• Radiador de calefacción

• Tapa de radiador ( 0,9 a 1,5 bar)

• Recipiente de compensación

• Bomba de agua

• Aletas o nervaduras de aire

• Indicador de temperatura

• Chaquetas de agua

• Pos enfriador ( motores con turbo alimentación con enfriamiento de aire

• Refrigerante

• Mangueras

El cambio de refrigerante ideal al año, máxima 2 años; la tapa de radiador regula la presión del sistema. Fig.11.

Fig. 11

Tipos de refrigeración.

1.-Sistema de refrigeración por agua

2.-Sistema de refrigeración por aire

3.-sistema de refrigeración agua-aire

1.-Sistema de refrigeración por agua.- El circuito de refrigeración del motor es un circuito hidráulico cerrado que recircula con dos etapas marcada; la de enfriamiento, en la que el líquido refrigerante se enfría al pasar por el radiador, y la de calentamiento, que transcurre por los circuitos internos del motor. Una bomba movida por la faja de distribución fuerza la circulación del líquido refrigerante a una presión de 1,5 bares (22 PSI), cuya misión es absorber el máximo de calor del motor para evacuarlo en el radiador.

En su recorrido, el líquido refrigerante pasa por el interior del motor, por el monobloque alrededor de los cilindros y por la culata muy cerca de las cámaras de combustión, es decir por los puntos más calientes del motor en donde ocurre la combustión del combustible. También circula por otras partes sujetas a intercambio de calor, como el calefactor o radiador de calefacción.

Solvente de limpieza es soda (carbonato de sodio) no cáustico, disuelto en agua proporción de 1 Kg. para 10 lt. de agua (Na2B4O7) bórax.

Funciones del líquido refrigerante.

• Transferir la mayor cantidad de calorías del motor caliente hacia el radiador

• Proteger contra la oxidación a los diversos materiales sintético como mangueras o empaquetaduras.

• Alta temperatura del ebullición de 110 ºC (el agua hierve a 100 ºC).

• Muy baja temperatura de congelación ( el aguad se congela a 0 ºC)

• Protección del sistema contra la formación de caliche o sarro.

• Advertir con su calor fosforescente de alguna fuga en el sistema.

Bomba de agua.- La bomba de agua es la que impulsa la recirculación del refrigerante en el circuito de enfriamiento del motor. La bomba que ha prevalecido en los motores de vehículo es la de tipo centrífugo, por la forma de sus paletas que impulsan el refrigerante hacia a fuera; es más una bomba de flujo, que de presión.

La bomba está alojada dentro del bloque del motor y gira todo el tiempo arrastrada por el cigüeñal, que al mueve directa o indirectamente por la faja del distribución o por una faja partícula como en antiguas motorizaciones. Otorga un funcionamiento satisfactorio, ya que al pasar del desgaste que puedan tener sus aletas, cumplen con el objetivo de darle flujo al sistema, siempre y cuando no presente fugas del refrigerante.

Termostato.- Es elementos encargado de controlar la temperatura normal de motor. Fig.12 y 13.

Fig. 12

Fig. 13

Sistema de refrigeración por aire.- Este tipo de refrigeración es a base de una corriente de aire que circula a través del bloque de cilindros i culata del motor. Este sistema no tiene bomba de agua, radiador, mangueras, conductos de agua; solo tienen aletas y deflectores que se transforma en un conjunto acústico. Fig. 14.

Fig. 14

CAPITULO

Sistema de sincronización

Finalidad.- Es sincronizar el eje de cigüeñal y el eje de levas ya sean por los engranajes, cadenas o correas de mando.

Sincronización.- Es el conjunto de piezas que controlan la entrada de aire y salida de gases, también sincroniza la distribución del combustible, de acuerdo con una secuencia determinada para realizar el ciclo de trabajo del motor.

El sistema de distribución, está formado por un grupo de piezas y elementos auxiliares del motor que actúan perfectamente coordinadas para permitir el ciclo completo del motor. En definitiva, se trata de abrir y cerrar las válvulas en el momento adecuado y siguiendo un diagrama que varia según el tipo de motor. Fig.15

Componentes del sistema de distribución.

• Árbol de levas

• Retén

• Ruedas dentadas de eje de levas

• Correa de distribución

• Roldillo tensor

• Levantadores o buzos

• Semiconos

• Válvulas muelles

• Rueda dentada del cigüeñal

• Varillas

• Tren de balances

• Cadena

Fig. 15

Tipos de sincronización.

1.- Por engranajes

2.- Por cadena

3.-Por correa dentada

1.- Por engranajes.- En la Fig. 16, siguiente podemos ver alguno de los sistemas que utilizan engranajes para realizar la transmisión de movimiento, al árbol de levas. Este sistema presenta la ventaja de no requerir un excesivo mantenimiento y ser muy fiable. Por el contrario aporta desventaja de provocar más ruido, si bien se ha mejorado este aspecto con la introducción de engranajes helicoidales frente a los de piñones rectos.

Fig. 16

2.- Por cadenas.- En este montaje se utiliza con huecos en forma de semicírculo (cigüeñal-árbol de levas), a los que se acoplan rodillos de los eslabones de la cadena. En estos montajes se pueden utilizar cadenas simples, dobles o triples así como se puede apreciar en la Fig. 17. El sistema de mando por cadena consiste en realizar la unión de los dos piñones (cigüeñal-árbol de levas) por medio de una cadena dotada de un tensor. Este tensor puede ser de tipo mecánico o hidráulico.

Su lubricación es necesaria y se realiza por medio del aceite del propio motor, en cuanto al ruido, es menor que el de piñones, pero aún lo es más que el de correas dentadas que veremos a continuación.

Fig. 17

3.-Por correa dentadas.- Este es el sistema más utilizado actualmente y presenta aún serie de ventajas frente a las demás:

• Menos ruido

• No necesita engrase

• Puede situarse en el exterior del bloque

• Menos costoso

• Más fácil de sustituir

Sin embargo, tiene la dificultad de ser menos resistente y duradera, por lo que necesita un mantenimiento más periódico Fig. 18.

Fig. 18

Accionamiento de la válvulas (levantadores y balancines).- Los mecanismos de accionamiento encargados de transmitir a la válvulas el movimiento lineal obtenido por el giro de la leva, están constituidos de por una serie de elementos que dependerán en forma y disposición según el tipo de distribución utilizada.

Los elementos utilizados reciben el nombre de: Taqués, varillas y balancines, su utilización dependerá de al colocación de la válvulas y la situación del árbol de levas. Existen sistemas de distribución: SV, OHC, DOHC. (Posición de eje de levas, taques y válvulas).

Fechas.- Las fichas son pastillas de forma circular que sirve para calibrar las válvulas o dar la luz del sistema de distribución Fig. 19.

Fig. 19

CULATA- Es un elemento del motor, montado en el parte superior del bloque y que cubre los cilindros y forma la cámara de compresión con la cabeza del émbolo.

La culata, al servir de cierre en la parte superior de los cilindros y realiza en ella el proceso de combustión resistirá grandes esfuerzos, por lo que es necesario un cierre perfectamente hermético. Para ello se hace necesaria la colocación de un gran número de tornillos o espárragos perfectamente calculados para tal fin y que tendrán en cuenta según la superficie, tamaño y disposición de la misma.

La culata puede tener multitud de formas, en función de cómo se disponga la cámara de combustión ya que ello condicionará la posición de las válvulas y los conductos de admisión y escape. En la actualidad se tiene muy en cuenta el diseño de la cámara por incidir muy directamente en un buen rendimiento de la combustión. Para ello es conveniente que cumpla los siguientes requisitos:

• Ser lo más compacta posible (sup./vol. Lo más pequeña posible), para tener un proceso de combustión más estable y de mínimas pérdidas térmicas. Esto permitirá presiones máximas en el cilindro.

• Tener el punto de encendido lo más centrado posible (menor distancia a recorrer el frente de llamas), con lo que se gana en velocidad de combustión.

• Tener el punto más alejado de la bujía en la zona más fría (disminuyendo el riego de picado y autoencendido).

• Poder contener válvulas del diámetro lo más grande posible (mejora de la potencia a alto régimen).

Funciones de la culata:

• Ubicar las bujías y guías

• Permitir un correcto funcionamiento de la válvulas

• Delimitar los conductos admisión y escape

• Máxima rigidez

• Contener los conductos de refrigeración del agua y el aceite

• Tener buena conductividad térmica.

Característica de la culata.- Se tienen dos variantes:

1.-Las culatas de hierro fundido.- son de mayor peso y menor capacidad de disipación de calor (conductividad térmica).

2.-Las culatas de aleación de aluminio.- Son más livianas y con mayor capacidad de disipación de calor (conductividad térmica) y menor peso. Esto ha posibilitado el aumento de la relación de compresión en los modernos motores, sin sufrir detonaciones producidas por un exceso de temperatura.

Partes de la culata Fig. 20:

• Conducto de admisión y escape (colector)

• Conductos de refrigeración

• Guías de válvulas

• Tapón de cámara de agua

• Alojamiento de varillas

• Pernos de sujeción o espárragos.

Fig. 20

Partes de conductos de escape Fig. 21.

Fig. 21

Colocación de reten o obturadores Fig. 22.

Fig. 22

Tipos de refrigeración de la culata.

1.-Refrigeración por agua

2.-Refrigeración por aire

3.-Combinación de agua y aire

Control de planitud de la culata.- La deformación de la culata se debe comprobar como mínimo en 6 posiciones o formas, esto de acuerdo a las especificaciones del fabricante. La luz no debe exceder de 0,05 Mm. (regla metálica de pelo). Fig. 23.

Fig. 23

Ajuste de la culata.- Los ajuste en la culata se realizan en frió y caliente, de acuerdo a las especificaciones del fabricante y son de dos tipos:

1.- En X

2.- En caracol

Fig. 24

Empaquetadora o junta de culata.- La culata se coloca sobre el bloque interponiendo una junta apropiada para conseguir el sellado de las dos partes. Esta función debe desempeñarla con las máximas garantías en todas las condiciones de trabajo del motor y conseguir que los fluidos, gases de combustión, aceite del motor y refrigeración se mantengan cerradas tanto hacia el exterior como hacia el interior. La parte de la junta que soporta más carga térmica es la que da a la cámara de combustión, por lo que el material de la que está hecha, se recubre con una chapa metálica. El amianto es de gran resistencia a las altas temperaturas, se utilizan en toda la superficie de la junta y toda ella es impregnada de grafito para evitar que se pegue en partes metálicas. Actualmente se están estudiando nuevos materiales compatibles con el medio ambiente y que permitan menores pares de apriete, menor índice de deformación, menor rozamiento superficial y mayor resistencia a la temperatura Fig. 25.

Fig. 25

VÁLVULAS.- Parte del sistema de distribución o sincronización, que tiene la misión de abrir y cerrar los conductos que comunican el interior de la cámara con los colectores (admisión y escape). También han de mantener perfectamente herméticas las cámaras en la fase de compresión y combustión hasta el momento de abrirse la válvula de escape.

Las válvulas están formadas por una cabeza mecanizada por toda su periferia con una inclinación que hace de cierre hermético sobre el orificio de culata. La válvula de admisión suele tener la de mayor diámetro y el de escape de menor diámetro Fig. 26 y 27.

Partes de la válvula.

• Cabeza

• Margen

• Vástago

• Ranura

• Cara de asiento

• Ángulos de inclinación

Fig. 26

Fig. 27

Nota:

Válvulas de admisión están construido de acero, Ni, Cr, W tungsteno), C.

Válvulas de escape están construido de acero, Ni, Cr, W mayor agregado de tungsteno, C.

El ángulo de las válvulas es generalmente de 30º y 45º.

Guías de válvulas.- Las guías de válvula son unos casquillos cilíndricos que se insertan en la culata y tiene como finalidad mantener centrada la válvula en su desplazamiento, para un correcto asiento. También realizan la misión de evacuar el calor que están recibiendo del vástago de la válvula, hacia la culata.

Van colocadas con ajustes forzados y la holgura entre el vástago y la guía suele estar comprendidos entre 0.004 a 0,007 Mm. para la admisión y la de escape, es un poco mayor de 0,007 0,01 Mm. debido a la mayor dilatación que experimenta. En la parte superior de la guía es donde se coloca un retén para que regule el paso de aceite, al interior de la guía y así, evitar fugas hacia la cámara de compresión.

Muelles de la válvula (resortes).- Los muelles son los encargados de mantener cerradas las válvulas en sus asientos. Según las necesidades constructivas del motor, utilizan muelles simples, y que suelen ser con cargas elásticas de tensión gradual, o con muelles dobles, cuya finalidad es la de evitar en los motores rápidos el fenómeno de rebote que podría aparecer por los movimientos vibratorios debido a una excesiva elasticidad. La construcción de muelles es de acero estirado, hierro puro o aleación especial.

Tipos de muelles.

• Muelles helicoidales

• Muelles cónicas

La luz máxima de deformación de los muelles es 1,5 Mm. (vertical).Fig. 28

Fig. 28

Nota: Para proteger los muelles o resortes, algunos fabricantes los recubren con pintura a prueba de ácido o los dan otro tipo de protección para evitar la corrosión y disminuir las posibilidades de rotura. Cuando los resortes presentan signos de corrosión se deben cambiar, debido a que se pueden romperse con fragilidad.

Calibración de válvulas Fig. 29.

Fig. 29

CAPITULO VII

Conjunto de bloque de cilindros del motor

Finalidad.- Es alojar las partes móviles del motor y sirve también para apoyo y guía de las distintas piezas. Consta principalmente, del bloque de los cilindros, que está cerrada por arriba por la culata y por debajo por el cárter.

BLOQUE.- Es una de las partes más importantes del motor ya que es la base en la que se alojan las otras partes. El bloque tiene la función de alojar los cilindros (parte superior) en donde se desplazan los émbolos y las bielas; sujetadas al cigüeñal (parte inferior, también llamada bancada); incorporado los pasos de agua de refrigeración y los conductos de lubricación Fig. 30.

El bloque puede adoptar distintas formas en función del número de cilindros y su disposición. El material empleado en su fabricación puede ser de fundición de hierro con aleaciones de Cr, Ni y molibdeno. Se emplean también aleaciones ligeras a base de aluminio, con lo que se consigue un mejor peso y una mejor conductividad térmica.

Fig. 30

Control de plenitud del bloque.- La deformación del bloque se debe comprobar con mínimo en 6 posiciones o formas, esto de acuerdo a las especificaciones del fabricante. La luz no debe exceder de 0,05 Mm. esto se debe comprobar con regla metálico de pelo.

EL CILINDRO.- Es la superficie donde se desliza el émbolo. Puede estar mecanizado en el mismo bloque o puede ajustarse a una pieza extraíble llamada camisa; su superficie interna, al estar en continuo rozamiento y sometido a fuertes presiones, requiere de una superficie perfectamente rectificada y pulida. Las características que reuní el cilindro son:

• Resistencia al desgaste

• Resistencia superficial

• Bajo coeficiente de rozamiento

• Cualidades del lubricante

• Conductividad térmica

Las camisas pueden ser:

1.- Camisas secas.- Se denominan secas por no estar en contacto con el agua de refrigeración, puede ser a presión, con pestaña de asiento o sin ella.

2.-Camisa húmida.- Son tubos fabricados con paredes delgadas de introducida a presión a lo largo de todo el cilindro.

Control de cilindros o camisas.- El desgaste de los cilindros o camisas se deben según el caso al trabajo que realiza el motor, tiene forma de desgaste de ovalización y conicidad Fig. 31, 32 y 33.

• Conicidad: 0,20 a 0,30 Mm.

• Ovalización: 0,015 a 0,02 (0,03) Mm.

Fig. 31

Fig. 32

Fig. 33

Diagrama de fuerzas que producen el desgaste lateral del cilindro Fig. 34.

Fig. 34

Reparación del cilindro o camisa.- Según el desgaste se cambia o se rectifican los cilindros, estas nuevas medidas deben ser según especificaciones técnicas del fabricantes tales como son:

Rectificado: (0,010; 0,020; 0,030; 0,040; 0,050; 0,060) pulgadas ASA

(0,250; 0,250; 0,750; 0,100; 1.250; 1.500) Mm. ISO

Al realizar una medición el cilindro de un motor se obtuvo Dx-x = 83,07 Mm. y Dy-y = 83,065 Mm. Además también se obtuvo que la conicidad es de 0,03 Mm., ovalización máxima 0,01 Mm. a 2 cm. De PMS del cilindro, conicidad máxima 0,20 Mm., diámetro nominal es 83 Mm. Qué recomienda UD?

Solución: 83.07 – 83,065 = 0,005 < 0,01 Mm. Por lo tanto se recomienda limpiar, bruñir y cambiar segmentos.

Cavitación.-Son aquellas, debido a los golpes del émbolo, se forman unas burbujas de vació lo vapor que atacan enérgicamente a la pared de los cilindros o camisas, esto es debido a presencia del oxigeno (O2).

ÉMBOLO.- Es el elemento móvil que se desplaza en el interior del cilindro y recibe la fuerza de expansión de los gases de la combustión para transmitirlos al cigüeñal por medio de la biela. El émbolo cumple una serie de funciones Fig. 35:

• Transmitir a la biela fuerza de los gases hasta 75 bar

• Absorber la estanqueidad de los gases y del aceite

• Absorber gran parte del calor producido por la combustión y transmitirlo a las paredes del cilindro para su evacuación.

Fig. 35

Actualmente los émbolos utilizados en los motores son de aleación ligera a base de aluminio (Al) y silicio (Si) con ligero contenido de cobre (_Cu), níquel (Ni) y magnesio (Mg). El silicio proporciona una reducción del coeficiente de dilatación, mejora la conductividad, aumenta la resistencia a la rotura y reduce la densidad.

Para mejorar el rozamiento de los émbolos de aleación se recubren con tratamientos a base de una ligera capa de plomo (Pb), estaño (Sn), grafito (C), etc. Y para mejorar la resistencia térmica podemos encontrar émbolos con tratamiento de cerámica en la cabeza del émbolo.

Los émbolos vienen en: (0,010; 0,020; 0,030; 0,040; 0,050; 0,060) pulgadas ASA

(0,250; 0,250; 0,750; 0,100; 1.250; 1.500) Mm. ISO

Partes principales del émbolo:

• Segmentos

• La cabeza

• La falda

• Balón

SEGMENTOS.- Los segmentos son de forma circular y elásticos que realizan básicamente las siguientes funciones Fig. 36:

• Permitir un cierre hermético para los gases entre el émbolo y el cilindro

• Asegurar la lubricación del cilindro

• Transmitir el calor producido por el émbolo, hacia las paredes del cilindro.

Una vez comprimidos, los cilindros deben respetar una separación de dolencia entre sus puntas para poder permitir la dilatación; las puntas pueden adoptar diferentes formas. Además, se tendrá en cuenta los juegos laterales (axial) y fondo (radial) para no agarrotarse.

Fig. 36

Tipos de segmentos-

• Segmentos de compresión (fuego)

• Segmentos de rascador (limpiador)

• Segmentos de lubricación ( engrase)

Materiales empleados en los segmentos.- El material utilizado para su fabricación ha de reunir las siguientes características:

• Buenas cualidades de resistencia mecánica

• Buenas cualidades caloríficas

• Buenas cualidades de lubricación

Para conseguirlo, se utiliza la fundición de hierro aleado con pequeña aportaciones de silicio (Si), níquel (Ni) y magnesio (Mg). Y para mejorar la resistencia al rozamiento se recubre con cromo (Cr) o molibdeno (Mo), la capa expuesta al roce en el segmento de compresión dada las condiciones más extremas de trabajo.

Medición de separación de abertura del segmento.

Para armar un segmento se debe tener en cuenta las marcas que estén ubicadas hacia arriba o la cabeza del émbolo Fig. 37.

Fig. 37

LA BIELA.- Es una pieza encargada de unir el émbolo mediante el bulón con el cigüeñal (en su muñequilla) y por tanto, está sometida al esfuerzo mecánico alternativo del émbolo en las diferentes fases del ciclo de trabajo. Los esfuerzos tracción, compresión y flexión son debido a la combustión y las fuerzas de inercia alternativas, angulares y centrífugos Fig. 38.

Fig. 38

Partes de la biela.

• Pie de la biela

• Cabeza de la biela

• Cuerpo de la biela

• Tapa de la biela

• Tuerca de sujeción de la biela

• Buje o cojinete de articulación

• Cojinetes

Material utilizado en la biela.- El material utilizado en la construcción de la biela ha de tener la suficiente estabilidad mecánica para resistir fuertes trabajos a que está sometida, y su masa, ha de ser suficientemente pequeña para reducir al máximo la inercia que puede generar.

El metal utilizado generalmente es acero al carbono aleado con níquel-cromo-manganeso (Ni, Cr, Mn) o con níquel-cromo molibdeno (Ni, Cr, Mo). En los motores de competencia se utilizan la aleación de titanio (Ti) como material que posee cualidades excepcionales; pero hoy en día aún es imposible su utilización en serie, por el alto precio o costo.

Holguras.

CIGÜEÑAL.- Es la pieza que completa el conjunto biela manivela. Es el encargado de la transformación final del movimiento lineal, del émbolo en movimiento rotatorio; una operación que permite transmitir el par motor originado a los restantes elementos mecánicos del motor. Uno de los extremos se aprovecha para mover el vehículo y el otro para mover los restantes elementos auxiliares como son:

• Sistema de distribución

• Sistema de carga

• Sistema de compresión y de climatización, etc.

La forma de cigüeñal depende de los factores de diseños propios para cada vehículo Fig.39.

• Número de cilindros

• Ciclos de trabajo

• Número de apoyos, etc.

Fig.39

1.- Muñones de biela

2.- Muñones de bancada

3.- Contrapesos

Partes del cigüeñal.

• Apoyos o puños

• Contrapesos

• Calces de eje axial

• Plato de montaje

• Orificios de lubricación

• Muñón de biela

• Muñón de bancada

• Cuña media luna (chaveta)

• Desviador de aceite

Características constructivas del cigüeñal.- La fuertes cargas y esfuerzos a que está sometido el cigüeñal hace necesario utilizar materiales que soporten las continúas fatigas a las que debe estar sometido. Para ello, es crucial la utilización de un material adecuado, con el que se le va a dar la forma precisa y las dimensiones exactas. Hemos de pensar que todo ello redundará en unos resultados finales óptimos en cuanto a duración, disminución de ruidos y vibraciones.

Los cigüeñales se fabrican por estampación y son de acero aleado al cromo-níquel- molibdeno (Cr, Ni, Mo) o cromo –níquel-manganeso (Cr, Ni, Mn), con un tratamiento superficial posterior que el confiere una alta resistencia a la tracción de 70 a 110 Kg. /mm2. Los cigüeñales que, requieren un menor esfuerzo a la tracción son de 80 Kg. /mm2, se puede por fundición, con aleaciones de cromo-silicio (Cr, Si).

Volante.- Es la pieza encargada de almacenar la energía durante el tiempo en que desarrolla el impulso motor (combustión) y la restituye para el resto del ciclo: El volante motor es una masa de inercia que regulariza e equilibra el giro del cigüeñal, para una misma cilindrada, la masa es tanto más grande cuantos menos tenga. Está constituida de acero o fundición y ha de estar perfectamente equilibrada junto con el cigüeñal. En el se monta el embrague y la cremallera de arranque.

Holguras

Funciones de los cojinetes del motor.- La principal función de los cojinetes de fricción en el motor es reducir el rozamiento entre piezas con movimiento rotatorio o ejes y piezas fijas del motor, interponiéndose entre ambas. Considerando el conjunto émbolo-biela-cigüeñal, los cojinetes se montan en tres lugares diferentes:

1. Entre los apoyos del cigüeñal y los alojamientos del bloque motor

2. Entre las muñequillas del cigüeñal y la cabeza o extremo más grande de la biela

3. Entre pie o extremo menor de la biela y el bulón o eje que une biela y émbolo

Fabricación de los cojinetes.- Fig.40, el material con el que se va fabricar el cojinete es:

• Respaldo de acero

• Revestimiento de cobre-plomo (Cu, Pb)

• Barrera de níquel (Ni)

• Película electrolítica (PB, Sn, Cu)

• Protección de estaño (Sn)

Fig. 40

Propiedades principales de los cojinetes

1. Resistencia a la fatiga

2. Incrustabilidad

3. Resistencia a la temperatura

4. Resistencia a la corrosión

ÁRBOL DE LEVAS.- El árbol de levas es el encargado de abrir y cerrar las válvulas de forma que realice un giro completo cada dos vueltas del cigüeñal o ciclo de trabajo, para un motor de cuatro tiempos. Para conseguirlo lleva mecanizado unos salientes excéntrico llamados levas que son los que se encargan de regular todo el ciclo y efectuar el empuje necesario Fig. 41.

Dispone también de tres o más puntos de apoyo en función de su longitud que sirve para la sujeción y giro del mismo árbol de levas para evitar flexiones y vibraciones.

Partes:

• Apoyos

• Levas de admisión y escape

• Excentricidad de mando de la bomba de gasolina

• Piñón de bomba de aceite

• Eje de levas

Componentes del eje de levas.

Fig. 41

Fabricación.- El material utilizado para su fabricación es aleación de hierro fundido y se fabrican de una sola pieza por el proceso de fundición en molde. Una vez mecanizado, se les somete aun tratamiento de temple para que las levas sean endurecidas superficialmente y así soportar los altos esfuerzos a que se los someten. Hay dos tipos de perfil de levas:

1. El de flancos convexos

2. El de flancos planos

Holguras

CAPITULO VIII

Volumen de cilindrada

Finalidad.- Es calcular los volúmenes totales de todos los cilindros de un motor de combustión interna, las cuales pueden estar en cm3o en otras unidades Fig. 42.

Volumen de cilindrada (Vc).- Es la suma de los volúmenes de todos los cilindros de un motor y se expresa en cm3. En función de la longitud de carrera y diámetro diremos que un motor es:

• Cuadrado

• Súper cuadrado

• Alargado o largo

Fig. 42

Vc = A . L . N

Donde:

A = Área

L = Carrera del émbolo

N = Número de cilindros

D = Diámetro

Cuando L/D:

< 1 súper cuadrado

= 1 cuadrado

> 1 alargado o largo

Volumen total del cilindro es la suma del volumen del cilindro y volumen de la cámara de combustión.

Nota: L = d (Diámetro de giro del cigüeñal)

Volumen de cámara de combustión (Vk).- Es el volumen comprendido entre la cabeza del émbolo en PMS y la culata.

Vk = Vc/Rc – 1

Relación de compresión (Rc).- Es la relación entre el volumen total del cilindro y el volumen de la cámara de combustión.

Rc = Vc/Vk + 1

Aplicaciones.

1.- El cilindro de un motor tiene un diámetro de 8,0 cm. y la carrera del émbolo es 8,5 cm. Calcule la cilindra del motor teniendo en cuenta que el motor es de 4 cilindros.

Respuesta: 1709.03 cm3

2.- El cilindro de un motor tiene 500 cm3 y la cámara de compresión de 75 cm3. ¿Cual es la relación de compresión de dicho motor?

Respuesta: 8:1

3.- Un motor tiene un volumen de cilindro de 424,50 cm3 y una relación de compresión de 7,0:1. ¿Qué volumen tiene la cámara de compresión?

Respuesta: 70,75 cm3

4.- Un motor tiene un orificio de 82 Mm. y una carrera de 71 Mm. ¿Cuántos varia la relación de compresión de 6,9:1, si el cilindro se agranda en 1 Mm. o bien se esmerila la cabeza del cilindros.

Respuestas: 7:1 y 6:1

Velocidad del émbolo.

Velocidad media (Vm). Vm = 2 .L. n/60 m/s donde: L = Carrera

n = RPM

Velocidad máxima (Vmax..) Vmax = (1,5 a 1,6) Vm (m/s)

1.- Un motor tiene un diámetro del cilindro de 80 Mm. y la carrera 74 Mm. Calcule la velocidad del émbolo a 3900 r.p.m.

Respuesta: 9.62 m/s y 14,43 m/s

CAPITULO IX

Sistema de alimentación

Finalidad.- Es la misión de conducir (alimentar) el combustible desde el depósito, al carburador (inyectores) mediante la bomba de combustible.

Formas de sistema de alimentación.

• Por gravedad

• A presión

Por gravedad.- Se utiliza en los motores estacionarios y algunos motores, en los que el caudal y la presión de alimentación vienen determinados por la altura a que se encuentra situada el depósito.

A presión.- Se utiliza cuando el depósito de combustible se encuentra al mismo nivel o inferior que el racor de entrada a la bomba de combustible.

Combustible.- Es la materia prima que consumen los vehículos para poder desplazarse (gasolina con plomo o sin plomo, gas natural y GLP), las cuales constituyen una mezcla de hidrocarburos saturados diversos tales como (C7H16), (C8H18), el primero es muy poco antidetonante y el segundo muy antidetonante.

Producto de destilación del petróleo Fig. 43.

Gasolinas.

• Gasolina con plomo es 84 octanos (amarillo)

• Gasolina sin Plomo: 90,95, 97 octanos (rojo violita, Azul y Incoloro)

La combustión es mucho mejor cuando tiene mayor octano.

Combustión.- La combustión es el resultado de fenómenos físicos, químicos y termodinámicos que se producen entre un elemento combustible y el oxigeno con el objeto de trasformar energía química en mecánica. Cada mezcla combustible tiene una temperatura a partir de cual se inicia la combustión; por ejemplo gasolina más aire: 380 ºC aproximadamente, esta temperatura podrá variar en función de la relación mezcla.

Factores que influyen en la combustión

• Naturaliza del combustible

• Calidad de la chispa

• Forma de la cámara de combustión

• Números de bujías

• Turbulencia (forma de la cámara de combustión)

Forma de combustión.

Motores convencionales es 14,7:1 (14,7 Kg. de combustible por 1 Kg. de aire)

Motores electrónicos es 15,3:1 (15,3 Kg. de combustible por 1 Kg. de aire)

Tipos de sistema de alimentación.

• Por carburación

• Sistema de inyección monopunto

• Sistema de inyección multipunto

• Sistema combinado inyección-encendido

Componentes del sistema de alimentación

• Depósito o tanque

• Cañerías de aspiración e impulsión

• Bomba de combustible Fig. 45

• Filtros de gasolina y aire

• Carburador

• Inyectores Fig. 44

• Rampas

• Reguladores

Fig. 44

Bomba de combustibles.- Es aquel elemento que tiene por finalidad de aspirar o succiona el combustible desde el tanque a través de la válvula de aspiración y envía hacia el carburador o inyectores. En motores de gasolina modernos la bomba de alimentación es eléctrica y está instalada

En el interior del tanque junto en la salida del tanque. Es una bomba cilíndrica de rotor excéntrico que utiliza para suministrar el sistema de alimentación de un motor Fig. 45.

Fig. 45

Partes principales de la bomba de combustible

• Válvula

• Tapa y filtro

• Diafragma

• Resortes de diafragma y brazo

• Espaciador

• Pernos de sujeción

• Arandelas

• Rotor excéntrico

• Campo magnético

• Cuerpo

Presiones de la bomba de gasolina

• Convencionales (mecánicos) 0,20 a 0,3 bar ( Kg./cm2) = 3 a 4 psi

• Eléctricos 3 a 4 bar (Kg./cm2) = 40 a 50 psi

• Caudal en electrónicos 50 a 200 litros/hr

Canister.- Es un filtro de carbón que se encarga de evitar o absolver el desprendimiento de vapores de gasolina hacia la atmósfera, en donde tiene una válvula que deja aspirar la admisión de aire del motor. El canister está entre el depósito de gasolina y el tubo de admisión, sus fase de reciclaje están controladas por el calculador de inyección, que manda señal al electro válvula de purga del canister para enviar los vapores a la altura de la mariposa de admisión.

CARBURADOR.- Es un elemento que tiene por finalidad de realizar un mezcla de aire y vapor de combustible, en proporción tales que la combustión produzca el máximo de caloría. El aire es aspirado por el vacío creado por admisión de la carrera descendente de los émbolos, al pasar por la ventura, el aire se acelera, creando a su vez una depresión que absorbe atomizada la gasolina almacenada en la cuba (Fig. 46).

El aire atmosférico se compone de:

21 % de O2

78 % de N2

01 % de otros gases

Fig. 46

Partes del carburador

• Surtidor principal

• Difusor

• Válvula de mariposa (estrangulador)

• Ralentí (regulador de ventura antes de ingreso de mezcla)

• Perno de ajuste de la mezcla de ralentí (regulador)

• Acelerador

• Depósito de arranque (chop) se cierra en el momento de arranque para que la mezcla se rica

• Flotador

• Resortes

• Balín de descarga

• Purgador de aire en ralentí

• Regulador de aire

El difusor.- Es un estrechamiento del tubo por el que pasa el aire para efectuar la mezcla. Este estrechamiento se llama difusor o venturi. El difusor no es más que una aplicación del llamado "efecto venturi", que se fundamenta en el principio de que "toda corriente de aire que pasa rozando un orificio provoca una succión" (Fig. 46).

CLASES DE CARBURADORES EN GENERAL

1.- Según disposición de canal de admisión

• Carburador vertical de flujo descendente

• Carburador de flujo ascendente

• Carburador horizontal

2.- Según el número de canales de admisión

• Carburador sencillo

• Carburador de doble cuerpo

• Carburador escalonado

3.- Según la regulación de niveles de combustible

• Carburador con flotador

• Carburador sin flotador, membrana de presión, válvula de aguja

• Carburador de rebose (por la presión de liquido nivel)

4.- Según al operación de combustible

• Carburador de evaporación ( mayoría de los carburadores convencionales)

• Carburador de pulverización ( inyección electrónica, mono y multipunto)

Tipos de carburadores

1.- Zenith, Sensillos (Ford. Dodgs, Chevrolet, etc.)

2.- Solex.- El surtidor lleva debajo

3.- Zenith con startear.- Se suministra combustible para arrancar rica, datsun, europeos y japoneses

4.- S. U.- Consta con émbolo de suministro de combustible en el carburador, la mayoría utiliza

carburadores modernos.

Circuitos o sistemas del carburador

1.- Circuito de ralentí o baja velocidad (funcionamiento normal en mínimo)

2.- Circuito de puesta en marcha en frío (mezcla rica para el arranque)

3.- Circuito de aceleración (acelración constante)

4.- Circuito de lata velocidad (encargado de proporcionar la cantidad de mezcla para aumentar las

revoluciones del motor)

5.- Circuito de inyección (encargado de inyectar una cantidad adicional de combustible en el

momento de aceleración)

6.- Circuito de potencia (permite compensar el empobrecimiento de la mezcla por menor vacío en el

interior del motor).

INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE COMBUSTIBLE (EFI).- En este caso, la alimentación de gasolina es forzada por inyectores electromagnéticos que inyectan gasolina intermitentemente en los doctos de admisión o cilindros. La simplicidad del carburador significa un trabajo regular del motor con mezcla rica (más combustible que el de mezcla ideal con el aire) y para dosificar mejor apareció la inyección monopunto (un inyector para todo los cilindros, y más adelante la inyección multipunto, un inyector por cada cilindro.

Inyección monopunto.- Es sistema central de baja presión 1.5 a 2 bar, que remplaza en su posición al carburador, mediante un inyector central que dosifica mejor la alimentación de gasolina previo a la válvula de estrangulamiento. El inyector funciona a ritmo del encendido y de las chispas en las bujías Fig. 47.

Fig. 47

Sistema principales de inyección electrónica básicos

• Sistema de alimentación de combustible

• Sistema de control de vapores de gasolina

• Sistema de aspiración

• Sistema de recirculación de los gases de escape

• Sistema de control (ECU)

• Sensores, actuadotes y conectores.

Sistema de inyección multipunto.- Con la inyección multipunto comienza la necesidad de medir diferentes parámetros:

• Revoluciones del motor

• Cantidad de aire admitido o la presión en el colector de admisión

• Inyectar la cantidad necesaria de gasolina en las distintas condiciones de marcha

El sistema de inyección multipunto (un inyector por cilindro) descartó la mezcla distinta en la admisión de cada cilindro, como ocurría con el carburador y la inyección nonopunto. Aparte, siempre había pérdidas o acumulaciones de gasolina en las paredes del múltiple de admisión, controlados por un computador, los inyectores suministran la cantidad exacta necesaria para la combustión, sea cual fue la condición de marca del momento. Las órdenes del computador de inyección, dependen de la lectura de diversos parámetros del motor.

CAPITULO X

Sistema de encendido

Finalidad.- Es provocar la combustión de la mezcla carburada que la final de segundo tiempo del ciclo está fuertemente comprimido en la cámara de combustión Fig. 48.

Encendido.-Los sistemas de encendido tienen como objetivo generar un arco eléctrico entre los electrodos de una bujía, este arco es el encargado de iniciar la combustión de una mezcla aspirada por los émbolos dentro del cilindro del motor y comprimidas dentro de una cámara de volumen reducido llamada cámara de combustión.

Encendido es la fase que da inicio el fenómeno de la combustión siendo muy importante el instante en que se establece la chispa detonante en la bujía. En los motores de gasolina, la mezcla se inflama por capas concéntrica, la combustión no es inmediata siendo necesario prever un cierto avance de encendido que tiene en cuenta la duración de la combustión.

Provocando el encendido antes que el émbolo alcance el punto muerto superior (PMS), la fuerza que la expansión de los gases ejercen sobre el émbolo es máxima cuando este último ya ha pasado en el PMS, consiguiendo así que el instante de máxima energía coincida con una posición de la biela y codo del cigüeñal (90º) que permite sacar el máximo rendimiento mecánico de la combustión. El intervalo en grados que existe entre el inicio de la combustión y el PMS se llama avance de encendido.

Fig. 48

Funciones del sistema de encendido.- El encendido realiza sustancialmente las cuatro funciones siguientes.

• 1. Ruptura del circuito primario de carga de la bobina y el consecuente salto de chispa en la bujía

• 2. Cálculo del avance de encendido en función de régimen y la carga motor

• 3. Elaboración de la energía de alta tensión

• 4. Distribución de la alta tensión a las bujías

Clasificación de los sistemas de encendido.

1.- Encendido clásico a ruptor

2.- Encendido con ruptor transistor izado

3.- Encendido sin ruptor y sensor magnético

4.- Encendido sin ruptor y sensor may

5.- Encendido por descarga de condensador

6.- Encendido electrónico integral con distribución mecánica del encendido

7.- Encendido electrónico integral con distribución estática del encendido

8.- Encendido electrónico integral con bobina por cilindro

El avance de encendido óptimo depende de varios factores:

• La velocidad de rotación

• Combustible

• Temperatura del motor

• El aire

• Bujías

• Estado del motor

• Llenado de cilindros

• La riqueza de la mezcla

• La compresión

• Otros.

Circuito del sistema de encendido

1.- Circuito de la baja tensión (batería hasta bobina)

2.- Circuito de alta tensión (bobina hasta bujías).

Partes del sistema de encendido Fig. 49

• Batería

• Interruptor de encendido

• Bobina

• Distribuidor

• Ruptor (platino y condensador)

• Bujías

• Resistor (resistencia)

• Cables

• Sensores

Fig. 49

Avance por fuerza centrifuga.

• En los vehículos livianos es 5º a 12,5º

• En los vehículos pesados es de 5º a 35º

Bobina.- Es el elemento encargado de genera al alta tensión de 12V a 24-30 KV que posteriormente producirá chispa (10 a15 KV) detonante en las bujías. Esta formada por un transformador-elevador de tensión compuesto de un núcleo magnético alrededor de cual están arrollados los bobinados primarios y secundarios. El tipo de bobina más divulgada es la que está compuesta del arrollamiento eléctrico realizado en un núcleo magnético de chapa embutida y todo bañado de aceite para evitar el alentamiento excesivo un condensador de tipo cilíndrico.

Parte de bobina.

• Tapa

• Borne del distribuidor

• Núcleo de lámina de hierro

• Brida de sujeción

• Pieza metálica conductiva

• Arrollamiento secundario

• Arrollamiento primario

• Casquillo distante

• Porcelana o plástico

Distribuidor.- El movimiento de rotación del eje del distribuidor es realizado necesariamente a través de un grupo de piñones de reenvío. Este lleva un conjunto de resorte o espiras que realizan la función de turbina de aceite para poder lubricar el mecanismo. Normalmente llevan un sistema de acoplamiento que puede llevar error en el posicionando realizando un desfase del 180º por lo que es necesario presentar especial atención Fig. 40.

Fig.40

Partes principales del distribuidor

• Condensador

• Leva

• Contacto móvil

• Palanca móvil

• Muelle de leva

• Apoyo fijo

• Terminal de llegada de corriente primaria

• Cuerpo del distribuidor

• Brazo de rotor

• Placa base

• Unidad de vació

• Pernos

• Abrazaderas

• Juntas tóricas

Condensador.- el condensador está constituido por dos láminas metálicas normalmente de aluminio separados por un aislante de finas hojas de papel parafinado y enrollado sobre ellas mismas en forma de espiral; todo el paquete está encerrado en un bote cilíndrico y fijado en el distribuidor

Su misión es absorber la corriente de ruptura (platino) que tendrá por efecto producir una chispa entre los contactos de ruptor; debido a que la fuerza electromotriz es inversamente proporcional al tiempo de ruptura, es importante obtener una ruptura limpia y rápida.

Bujías.- La bujía tiene la misión de suministrar la chispa para encender la mezcla combustible-aire; las chispas saltan entre los electrodos de la bujía. Con este objeto la bujía tiene que introducir bien aislada la tensión de encendido dentro de la cámara de combustión. Las temperaturas de combustión son del orden de los 2500 ºC y las presiones de unos 60 bares. Como consecuencia de esto se comprende que se plantean muy elevadas exigencias al aislador y a los electrodos Fig. 41.

Fig. 41

Partes de la bujía.

• Conector

• Aislante

• Perno de conexión

• Junta de estanqueidad

• Casquillo de acero

• Electrodo central

• Electrodo de masa

Orden de encendido de 4 y 6 cilindro Ejemplo Fig.

CAPITULO XI

Afinamiento de un motor de combustión interna

Finalidad.- Es revisar, controlar, diagnosticar y ajustar los distintos sistemas de funcionamiento del motor, para conseguir y mantener un óptimo resultado. Por razones prácticas, se puede dividir en afinamiento menor y afinamiento mayor.

Afinamiento.- Se deben realizar las siguientes operaciones:

• 1. Medición de compresión

• 2. Calibración de válvulas

• 3. Medición de la aspiración i escape

• 4. Calibración de bujías o reemplazo

• 5. Verificación e inspección de los sistemas principales del motor

• 6. Sistema de encendido

• 7. Limpieza de sistema de alimentación

• 8. Tensión de la correa

Medición de compresión.

• 1. Poner en marcha el vehículo durante 10 minutos para que lubrique y se encuentre en condiciones normales de funcionamiento y luego desconectar el cable de alta tensión de la bobina.

• 2. Quitar la bujía Nº 1 y colocar el compresímetro, luego dar picadas de arranque hasta que marque una presión correcta.

• 3. Luego seguir la medición a los otros cilindros sucesivamente.

• 4. La presión normal en los motores es 8-12 Kg./cm2 = 114 a 170 psi

• 5. Si la presión es menor de 8 Kg. /cm2 comprobar con aceite la compresión.

Ejemplo: