Básico Mecánica Gasolina

Aftersales Training Información básica. Mecánica del motor.

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Información básica. Mecánica del motor. Estructura Control del motor Lubricación y refrigeración

Indicaciones sobre esta información básica Símbolos utilizados Para facilitar la comprensión y destacar la información importante, en la presente información de producto se utilizan los siguientes símbolos:

3 Contiene información que permite transmitir mejor un concepto en relación con los sistemas descritos y su funcionamiento.  1 Identifica el final de una indicación.

Actualidad y variantes nacionales Los vehículos BMW responden a las más elevadas exigencias en cuanto a seguridad y calidad. Las modificaciones aplicadas para mejorar l os aspectos referentes a la protección medioambiental, a las ventajas para el cliente, al diseño o a la construcción conllevan un continuo desarrollo de sistemas y componentes. Por esta razón puede haber alguna diferencia entre esta información de producto y los vehículos disponibles para l a realización del curso. Esta documentación describe únicamente los vehículos con volante a la izquierda de modelos europeos. En los vehículos con el volante a la derecha, algunos elementos de mando o componentes presentan una disposición parcialmente diferente a la mostrada en los gráficos de esta información de producto. Las variantes de equipamiento específicas de cada mercado o país también pueden suponer diferencias con respecto a la información de producto. Fuentes de información adicionales Podrá encontrar más información sobre cada uno de los temas en: - El manual de instrucciones - El Sistema de diagnóstico BMW - La documentación de los sistemas de taller - La Técnica del Servicio Posventa BMW.

Índice. Mecánica del motor. Introducción

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Vista general del sistema

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Estructura y relaciones Cárter del motor Mecanismo de cigüeñal Accionamiento de válvulas Lubricación Sistema de refrigeración

19 23 26 30 35 39

Componentes del sistema

45

Cárter del motor Mecanismo de cigüeñal Accionamiento de válvulas Lubricación Sistema de refrigeración

45 58 71 83 94

Introducción. Mecánica del motor.

Introducción Hace ya más de cien años se fabricó el primer vehículo. Un vehículo se caracteriza por que cuenta con una fuente de accionamiento propia, es decir, no es propulsado ni por un ser humano ni animal. Para el accionamiento de los vehículos se utilizan casi exclusivamente motores de combustión. Los motores de combustión constituyen un subgrupo dentro de las máquinas de combustión. En una máquina de este tipo se quema un determinado combustible y el calor generado se utiliza para crear una presión que, finalmente, hace que un componente mecánico se ponga en movimiento. En este caso se produce una transformación de la energía. Se trata de un proceso termodinámico que transforma en movimiento la energía química almacenada en el combustible. Dentro de las máquinas de combustión se distinguen diferentes grupos. En la siguiente lista se muestran las características distintivas: • Tipo de proceso El proceso es la principal característica distintiva. Se distingue entre procesos abiertos y cerrados. En los procesos abiertos, la combustión se produce en una cámara de trabajo, por lo que también se habla de combustión interna. El gas de combustión (mezcla de combustible y aire) actúa al mismo tiempo

como medio de trabajo, por lo que también genera directamente el movimiento. En los procesos cerrados, la combustión se realiza fuera de la cámara de trabajo (combustión externa). Dentro de dicha cámara existe otro medio de trabajo, que es el que se calienta y genera el movimiento. • Tipo de combustión La combustión puede sercontinua o cíclica. Cíclica significa que siempre se repite la combustión completa. • Tipo de encendido El gas de combustión puede encenderse por sí mismo o puede haber una fuente de encendido externa. • Tipo de máquina Se distingue entre motores y turbinas. Los motores tiene una cámara de trabajo que modifica su volumen debido al movimiento de un pistón. Un diseño especial es el motor de pistón de combustión interna, en el que el pistón se desplaza en sentido lineal hacia arriba y hacia abajo. En esta documentación sólo se trata el tipo de máquina de combustión que se utiliza en la mayoría de los vehículos. Se trata de un motor de combustión con accionamiento por pistón y combustión cíclica e interna (proceso abierto).Enestecasoseutilizantantomotores con encendido externo como con autoencendido.

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Motor de gasolina En 1876, Nikolaus August Otto registró la patente de un motor de cuatro tiempos con encendido externo y accionamiento por pistón. Esta máquina se denominó en su honor "motor Otto", aunque se conoce más popularmente como motor de gasolina. Junto con el motor diésel, que presenta un diseño similar, el motor de gasolina es uno de los más usados en la fabricación de vehículos. En el motor de gasolina se genera energía térmica mediante la combustión cíclica de una mezcla de gasolina y aire. Esta combustión se produce en un compartimento cerrado de forma cilíndrica. Esta cámara se denomina "cámara de combustión" y su tamaño se modifica por un pistón móvil. La energía térmica genera una elevada presión en la cámara de combustión que ejerce una fuerza contra los límites de dicha cámara (paredes y cubierta de la cámara, así como pistón). Esta fuerza hace que el pistón se mueva.

Este pistón transfiere la fuerza y el movimiento al cigüeñal mediante una biela, transformando el movimiento recto del pistón en un movimiento giratorio. El pistón realiza continuamente movimientos ascendentes y descendentes. Los puntos de inversión del pistón se denominan también puntos muertos, de forma que la cámara de combustión tiene en el punto muerto superior (PMS) el mínimo volumen, y en el punto muerto inferior (PMI), el máximo. En un motor convencional de gasolina, el aire y la gasolina se mezclan fuera de la cámara de combustión y después se inyectan en esta. Los motores de gasolina más modernos, los llamados motores de inyección directa, forman la mezcla de aire y gasolina directamente en la cámara de combustión. El motor de gasolina dispone de encendido por chispa, de forma que la mezcla entra en combustión por la acción de una bujía eléctrica. Índice 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1 - Estructura de un motor de gasolina

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Explicación Válvula de admisión Bujía de encendido Válvula de escape Canal de salida Pistón Biela Cigüeñal Cárter de aceite Cárter del cigüeñal Camisa de agua Cámara de combustión Canal de salida Culata

Motor diésel El otro tipo de motores frecuente en los vehículos es el motor diésel. Su principio de funcionamiento se diferencia en pocos aspectos del explicado anteriormente para el motor de gasolina. En el motor diésel también se produce una combustión cíclica en la cámara de combustión, y también hay un pistón que es el encargo de transmitir la fuerza generada.

Sin embargo, en este motor la mezcla se forma en la propia cámara de combustión, es decir, el aire y el combustible se introducen por separado en la cámara. Otra diferencia con respecto al motor de gasolina radica en el sistema de ignición. En el motor diésel, el combustible se enciende por sí mismo debido a la temperatura y las relaciones de compresión. No necesita por tanto una bujía.

Cuatro tiempos Tanto los motores de gasolina como diésel se caracterizan por su combustión cíclica. Para realizar la combustión se requiere un proceso completo en el que se introducen el aire y el combustible en la cámara de combustión y en el que, una vez finalizada esta, se evacúan los gases de escape. Todo este ciclo de trabajo que se repite continuamente se divide en tiempos. Cada tiempo tiene su propia función. Hoy en día, lo más habitual es que los motores modernos de vehículo sean de cuatro tiempos. Se trata de los siguientes: • Carrera de admisión Se aspira hacia el interior de la cámara de combustión el aire o la mezcla de gasolina y aire. • Carrera de compresión El aire aspirado o la mezcla de gasolina y aire son comprimidos por el pistón. • Carrera de explosión La mezcla de aire y combustible combustiona. La presión generada desplaza el pistón hacia abajo. • Carrera de escape Los gases de escape son expulsados de la cámara. Para realizar la admisión y el escape, la cámara cuenta en su parte superior con válvulas que, según cada caso, se abren o se cierran. Dichas válvulas se diferencian por su función. A través de las válvulas de admisión se aspira el aire o la mezcla de gasolina y aire. A través de las

válvulas de escape se expulsan los gases de escape. A continuación se explica detalladamente el ciclo de cuatro tiempos tomando como ejemplo un motor de gasolina. Las relaciones que se producen en la cámara de combustión durante cada tiempo se representan en un diagrama p-V, donde p es la presión y V, el volumen.

2 - Diagrama p-V de un motor de gasolina

Índice 1 2 3 4

Explicación Punto muerto superior (PMS) Punto muerto inferior (PMI) Cilindrada (Vh) Presión ambiental (p0)

Este diagrama muestra la presión que existe en la cámara de combustión según el volumen disponible. Este volumen es modificado por el cambio de posición del pistón.

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Primer tiempo: Admisión Al inicio del primer tiempo, el pistón se encuentra en el punto muerto superior y se desplaza hacia el punto muerto inferior. La válvula de admisión se abre.

El movimiento descendente del pistón hace que se amplíe el volumen de la cámara. Esto genera una leve depresión, de forma que a través de la válvula de admisión se aspira mezcla de gasolina y aire hacia el interior de la cámara.

4 - Diagrama p-V del primer tiempo

En el momento en que el pistón llega el punto muerto inferior, la cámara de combustión está llena de mezcla de gasolina y aire. La válvula de admisión se cierra.

3 - Carrera de admisió n

4

Segundo tiempo: Compresión Con las válvulas cerradas, el pistón se desplaza del punto muerto inferior al superior.

6 - Diagrama p-V del segundo tiempo

Debido a la rapidez de la compresión, también aumenta la temperatura. Poco antes de llegar al punto muerto superior, una chispa de la bujía hace que la mezcla se encienda. Esto se denomina punto de encendido. La mezcla de gasolina y aire se quema liberando energía térmica. El gas se dilata enormemente al aumentar la temperatura. Dado que la cámara de combustión es un espacio cerrado, el gas no se puede dilatar con tanta rapidez. Esto provoca un incremento considerable de la presión en el interior de la cámara. 5 - Carrera de compresión

El volumen de la cámara se reduce, comprimiendo así la mezcla de gasolina y aire, que no tiene posibilidad de fuga. La presión dentro de la cámara se incrementa considerablemente.

7 - Diagrama p-V de la compresión

5

Tercer tiempo: Explosión La elevada presión que existe en la cámara ejerce fuerza contra sus límites (paredes y cubierta de la cámara, así como pistón). Esta fuerza hace que el pistón se desplace hacia el punto muerto inferior.

El volumen aumenta, haciendo que el gas se pueda dilatar y que se reduzca la presión.

9 - Diagrama p-V del tercer tiempo

De esta forma se obtiene rendimiento. La energía química almacenada en el combustible se transforma en trabajo mecánico. Esta dilatación hace que la temperatura descienda. Al alcanzar el punto muerto inferior, la válvula de escape se abre; de esta forma, la presión desciende hasta igualarse con la presión ambiental.

8 - Carrera de explosión

6

Cuarto tiempo: Escape El pistón se desplaza desde el punto muerto inferior al superior.

Se reduce el volumen de la cámara de combustión. Al estar abierta la válvula de escape, se expulsan los gases quemados. La presión aumenta ligeramente dentro de la cámara y vuelve a descender hasta el final del ciclo hasta igualarse con la presión ambiental.

11 - Diagrama p-V del cuarto tiempo

Al final del cuarto tiempo, en el momento en queelpistónalcanzaelpuntomuertosuperior, la válvula de escape se cierra. El proceso empieza de nuevo con otroscuatro tiempos. 10 - Carrera de escape

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Diferencias entre un motor de gasolina y uno diésel En principio, los cuatro tiempos se desarrollan del mismo modo en un motor de gasolina y en uno diésel. La diferencia principal es que en este último no se aspira mezcla de combustible y aire, sino simplemente aire. Al final del ciclo de compresión, justo antes de alcanzar el punto muerto superior, no se produce el encendido, sino que se inyecta gasóleo a gran presión en la cámara de combustión. Debido a la temperatura y a las relaciones de compresión que se dan entonces en la cámara, el gasóleo se enciende por sí mismo. La combustión se produce más lentamente en un motor diésel que en uno de gasolina. En el motor de gasolina la presión se incrementa de repente en la cámara de combustión

porque el pistón no se desplaza hacia abajo tanrápidocomoserealizalacombustión.Enel motor diésel la combustión se desarrolla tan lentamente que el pistón ya se encuentra de nuevo en un movimiento descendente. Esto hace que la presión se mantenga prácticamente constante durante el ciclo de trabajo. Porestemotivo,sedicequeenelmotordiésel se produce una combustión a presión constante. En cambio, el motor de gasolina presenta una combustión a volumen constante, porque toda la combustión se desarrollamientras el volumende la cámara se mantiene prácticamente igual. La presión en la cámara de combustión de los motores diésel es considerablemente superior que en los motores de gasolina.

Magnitudes de referencia Los tiempos dependen de la posición del pistón y del sentido de su movimiento. El hecho de que el pistón esté unido al cigüeñal por medio de la biela nos indica cuál es la relación que existe entre los tiempos y la posición del cigüeñal. La posición del cigüeñal se mide en grados [°] con respecto a dos puntos de referencia. También se utiliza el término ángulo del cigüeñal. Los puntos de referencia son los puntos muertos superior e inferior del pistón. La indicación del ángulo del cigüeñal se mide en grados antes y después del PMS o del PMI, es decir, los grados del ángulo en que se encuentra el cigüeñal antes o después de que el pistón pase por el punto muerto. Por cada ciclo, el cigüeñal se mueve 180°, de forma que el pistón cambie de un punto muerto al otro. En un motor de cuatro tiempos se produce por tanto un desplazamiento de 720° para un ciclo completo, es decir, el cigüeñal da dos vueltas completas.

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Fases de distribución La aspiración de una mezcla de gasolina y aire y la expulsión de los gases de escape se denomina cambio de carga. El cambio de carga es regulado por las válvulas de admisión y de escape. Los momentos de apertura y cierre de las válvulas se indican según el ángulo del cigüeñal. Estos momentos también se denominan fases de distribución. La siguientetabla muestra valoresorientativos de fases de distribución en un motor de gasolina.

Válvula se abre se cierra Admisió 10-15° antes de 40-60° n PMS después de PMI Escape 45-60° antes de 5-20° después PMI de PMS

La válvula de admisión se abre justo antes de que el pistón inicie el movimiento descendente y no se cierra hasta que el pistón ha comenzado el movimiento ascendente. El comportamiento de la válvula de escape es similar: se abre justo antes de que el pistón inicie el movimiento ascendente y se cierra poco después de que se encuentre en el movimiento descendente. En el siguiente diagrama de distribución se representan las fases de distribución de un motor.

Muestra las fases en las que las válvulas están abiertas y cerradas con respecto al movimiento giratorio del cigüeñal. La calidad de las fases de distribución, es decir, su correcta adecuación al motor y la precisión temporal con que se ejecutan, tiene un importante efecto sobre las siguientes magnitudes: • Potencia máxima • Par motor máximo • Calidad de los gases de escape • Consumo de combustible • Comportamiento en marcha. Índice A B C D 1 2 3 4 5 6 7 8

Explicación Admisión Compresión Explosión Escape Punto muerto superior (PMS) Punto muerto inferior (PMI) Apertura de la válvula de admisión Cierre de la válvula de admisión Punto de encendido Apertura de la válvula de escape Cierre de la válvula de escape Solapamiento de las válvulas

12 - Diagrama de distribución de un motor de gasolina

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Punto muerto superior de encendido Durante todo el ciclo de cuatro tiempos, el cigüeñal da dos vueltas completas. Esto significa que pasa dos veces por el punto muerto superior y otras dos por el inferior. Sin embargo, dado que, por ejemplo, el motor no presenta el mismo estado en los dos puntos

muertos superiores, se necesita un segundo punto de referencia que sólo se produzca una vez en el ciclo. Para ello se emplea el denominado punto muerto superior de encendido. Se trata del punto muerto superior en el que se inicia la combustión.

Llenado de la cámara de combustión Por llenado de la cámara de combustión se entiende la cantidad de gas limpio (mezcla de gasolina y aire o aire) que entra en el cilindro durante la carrera de admisión. Cuanto mejor es el llenado de la cámara de combustión, mejor es el rendimiento de potencia del motor. Uno de los aspectos más relevantes en el diseño de un motor es, por tanto, alcanzar el máximo grado de llenado de la cámara de combustión posible. Así mismo, es importante que la energía que se debe gastar para el cambio de gases sea lo más reducida posible. Mejora del llenado Una posibilidad de mejorar el llenado de la cámara de combustión y, en consecuencia, la potencia del motor eléctrico, consiste en mantener la válvula de admisión durante más tiempo que la posición 180° de ángulo del cigüeñal. Se abre antes ya del PMS y no se cierra hasta después del PMI. Abrir antes del PMS implica que la válvula de admisión se abre ya durante el tiempo de escape. Al final del tiempo de escape, los gases que salen con velocidad elevada crean un remolino. Al abrir la válvula de admisión antes de que el pistón haya llegado al punto muerto superior, el gas puede entrar en la cámara de combustión debido a la depresión y a pesar del movimiento del pistón.

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13 - Solapamiento de las válvulas

Este estado, en el que la válvula de admisión y la de escape están abiertas a la vez, se denomina solapamiento de las válvulas. Al efectuar el cierre después del punto muerto inferior, la válvula de admisión sigue abierta en el tiempo de compresión. Esto hace que la mezcla nueva, que adquiere velocidad debido a la admisión, pueda entrar en la cámara de combustión debido a su inercia de masas. Este efecto finaliza cuando la presión generada por el pistón en su movimiento ascendente frena el gas que fluye hacia el interior. Es en este momento como muy tarde cuando se debe cerrar la válvula de admisión. A pesar de esta prolongación del tiempo de admisión, el llenado alcanza como máximo el 80% de la capacidad teórica, pues durante la admisión se genera una depresión.

El llenado se puede mejorar además reduciendo la resistencia a la corriente del gas y las temperaturas que se registran en la cámara de combustión. El problema de la mejora del llenado mediante los tiempos de apertura de las válvulas radica en el hecho de que esto sólo es óptimo para un régimen de revoluciones determinado. Al modificarse el número de revoluciones, se modifica también la dinámica del gas entrante y de los gases de escape. Esto hace que los momentos en los que las válvulas se abren y cierran no coincidan exactamente. Dado que en los motores convencionales no se pueden modificar estos momentos, se adopta una solución intermedia que resulte satisfactoria para un determinado régimen de revoluciones y se asume el hecho de que en los demás regímenes el llenado no será completamente óptimo. Los motores modernos ofrecen en

cambio la posibilidad de modificar estas fases de distribución. Escape anticipado Durante el cuarto tiempo, la válvula de escape se abre ya antes del PMI. Esto mejora la circulación de los gases de escape y descarga al mecanismo del cigüeñal. La apertura anticipada de la válvula de escape reduce la presión en el interior de la cámara de combustión hasta alcanzar la presión ambiental. Con todo, en este momento la presión es suficiente para realizar el trabajo útil. En cambio, el escape se produce con mayor facilidad porque no es necesario actuar contra una presión más elevada. Así mismo, se reduce aún más la temperatura en la cámara de combustión, facilitando así el siguiente llenado.

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Conceptos básicos Los siguientes conceptos básicos son comunes para cualquier tipo de motor de pistón con movimiento de vaivén.

14 - Conceptos básicos

Índice 1 2 3 4

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Explicación Punto muerto superior (PMS) Carrera Punto muerto inferior (PMI) Longitud del vástago de la biela

Índice 5 6 7 8

Explicación Radio del cigüeñal Diámetro Cámara de compresión Cilindrada

Cilindro Por cilindro se entiende la cámara en la que se produce la combustión y en la que se mueve el pistón. La denominación viene de su diseño en forma cilíndrica. No se refiere al volumen que modifica el pistón, sino a la cámara de trabajo conformada por la superficie metálica del motor. Diámetro El término "diámetro" en este contexto se refiere al diámetro de un cilindro. Carrera Por carrera se entiende el trayecto querecorre el pistón dentro del cilindro entre los dos puntos muertos. La carrera viene determinada por el cigüeñal, ya que se corresponde con el doble del radio del cigüeñal. Punto muerto Los puntos muertos son los puntos finales del movimiento del pistón, en los cuales este invierte el sentido del movimiento. Se distingue entre punto muerto superior (PMS) y punto muerto inferior (PMI). En el PMS, el pistón se encuentra en la posición más próxima posible a las válvulas. En ese momento, la cámara de combustión cuenta con el mínimo volumen. En el PMI, el pistón se encuentra en la posición más próxima posible al cigüeñal. En ese momento, la cámara de combustión cuenta con el máximo volumen. Cilindrada La cilindrada de un cilindro es el compartimento que recorre el pistón durante una carrera. Dicho de otro modo: es la cámara del cilindro entre la posición de PMS y la de PMI del pistón. En los datos técnicos de un motor se indica habitualmente la cilindrada total del motor. La cilindrada total es la suma de las unitarias de cada cilindro.

Cámara de compresión Es la cámara que queda sobre el pistón cuando este se encuentra en la posición de PMS. En este caso la cámara de combustión tiene el mínimo volumen posible. Cámara de combustión La cámara de combustión está limitada por la culata, el pistón y la pared del cilindro. El volumen de la cámara de combustión se ve modificado por el pistón. En la posición de PMS la cámara de combustión se corresponde con la cámara de compresión. En la posición de PMI la cámara de combustión consta de la cámara de compresión más la cilindrada. Relación de compresión (ε) La relación de compresión es el resultado de dividirlacilindradamáslacilindradaunitaria(es decir, el volumen de compresión de cada cilindro) por la cilindrada unitaria. Relación carrera-diámetro Es la relación entre la carrera y el diámetro. Según su tipo de construcción, los motores se dividen en motores con carrera larga y motores con carrera corta. En los de carrera larga, esta es mayor que el diámetro del cilindro, mientras que en los de carrera corta, esta es menor que el diámetro del cilindro. Los motores en los que el diámetro y la carrera son iguales se engloban dentro de los carrera corta. A estos motores se les llama también "cuadrados". Relación del cigüeñal o de la biela ( λ ) Indica la relación de la longitud de la biela (distancia entre los puntos centrales de los dos ojos de biela) con el radio del cigüeñal (distancia entre los ejes de los muñones del cojinete principal y de la biela).

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Determinados regímenes de revoluciones de motor Por régimen de revoluciones del motor se entiende el número de vueltas (revoluciones) que realiza el cigüeñal en un minuto. Para un motor, hay diferentes regímenes que son relevantes: • El régimen de revoluciones de arranque es el régimen mínimo necesario para que el motor arranque. • En régimen de ralentí , el motor, ya arrancado, sigue girando por sí mismo. • En el régimenderevolucionesnominal, el motor alcanza su máxima potencia. • El régimen de revoluciones máximo es el régimen máximo admisible para proteger al motor de posibles daños mecánicos. Velocidad media del pistón Con un número constante de revoluciones del motor, el pistón también acelera y decelera continuamente. En el punto muerto superior y en el punto muerto inferior se detiene brevemente. En el recorrido entre ambos puntos la velocidad aumenta hasta un máximo y luego vuelve a disminuir. Debido a que esta velocidad del pistón cambia constantemente los cálculos se hacen sobre su velocidad media. Ésta es una velocidad constante teórica, llamada velocidad media del pistón. Habitualmente se indica la velocidad media del pistón como régimen

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nominal y sirve como medida para la carga del motor. Velocidad máxima del pistón El pistón alcanza su velocidad máxima cuando la biela y el radio del cigüeñal forman un ángulo recto. La velocidad máxima del pistón es aprox. 1,6 veces superior a su velocidad media. Fuerzas de inercia La fuerza de inercia es la resistencia que opone un cuerpo a una modificación del movimiento. Dicho de otro modo, es la consecuencia de la inercia que contrarresta una aceleración. Una prueba en la que esto se muestra claramente es cuando se empuja un vaso de agua sobre una mesa. Si se hace lentamente y aplicando una fuerza uniforme, no se derramará el agua. Sin embargo, si se acelera o decelera el vaso con fuerza, entonces el agua sí se derramará. La inercia del agua se opone a la modificación del movimiento. En caso de un cuerpo rígido esto significa que debe aplicarse la fuerza correspondiente para acelerar o decelerar el cuerpo. La fuerza de inercia depende del tamaño de la masa y de la aceleración. Movimiento oscilante Un movimiento oscilante significa que un cuerpo se mueve repetidamente de un lado a otro a lo largo de un eje.

Diseños constructivos de motores En los más de 120 años de historia del motor de combustión se han propuesto numerosas variantes de la disposición de los cilindros. Pero en el mundo del automóvil sólo han permanecido unos pocos diseños estándar. Los motores se diferencian según sea la posición de montaje, la disposición de los cilindros y el número de dichos cilindros. Disposición de los cilindros Al hablar de la disposición de los cilindros se distingue entre la posición que ocupan unos con respecto a otros. Como elemento de referencia se toman los ejes de simetría de

cada cilindro, denominados también ejes de cilindro. En la disposición de los cilindros hay numerosasposibilidadesde combinación,que en algunos casos se denominan mediante letras. A continuación se mencionan los diseños constructivos de motores que han sido significativos en la construcción de automóviles. En el motor en línea, todos los cilindros se encuentran alineados uno tras otro de forma que sus ejes quedan paralelos.

15 - Motor de seis cilindros en línea

Los motores en línea son apropiados sobre todo para motores con un bajo número de cilindros, por lo general de entre dos y seis. Presentan la ventaja de que su estructura es sencilla, especialmente en la zona del control de válvulas. Además, los motores en línea de seis cilindros se caracterizan por una suavidad

de marcha extremadamente elevada. En general, los motores con un número de cilindros superior no son aptos para una disposición en línea, pues resultarían demasiado largos para el montaje en vehículos.

En el motor en V, los cilindros están dispuestos normalmente formando entre sí un

ángulo de entre 60° y 90°. Si hay más de dos cilindros, se forman dos líneas de cilindros 15

opuestas, p. ej., en un motor de ocho cilindros habrá dos líneas con cuatro cilindros cada una. Estas líneas se denominan bancadas de cilindros.

Las bielas opuestas de las dos bancadas de cilindros comparten un muñón del cigüeñal.

17 - Cigüeñal con biela en un motor de ocho cilindros en V

16 - Motor en V

Los motores en V se utilizan para motores de mayor número de cilindros, por lo general, de entre seis y doce.

18 - Corte transversal de un motordeochocilindrosen V

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El motor bóxer se parece a un motor en V, pero el ángulo que forman las bancadas es de 180°.

Un motor en V estrecha (motor en línea reducido) es la combinación de un motor en V y uno en línea. Tiene una bancada de cilindros con dos filas de cilindros una frente a otra con un ángulo de 15°. El cigüeñal tiene un muñón propio para cada biela. El motor en W tiene tres bancadas de cilindros y un cigüeñal. En cada muñón del cigüeñal hay tres bielas acopladas. Un motor en V con dos bancadas estrechas se denomina también motor en W. Los conceptos de motores en V estrecha y en W se utilizan ante todo por motivos constructivos de espacio. Sin embargo, esto afecta a la suavidad de marcha y las propiedades del motor. En los vehículos se utilizan principalmente motores en línea y en V.

19 - Motor bóxer

Posición de montaje La posición de montaje se define según la posición de los ejes de cilindros. Se diferencia entre motores dispuestos en vertical o en horizontal. Si un motor está montado de forma inclinada, se incluye dentro de los motores dispuestos en vertical.

La diferencia es que las bielas no comparten un muñón en el cigüeñal. En este caso, los muñones del cigüeñal se encuentran uno frente a otro. Así los pistones se acercan unos a otros y se vuelven a alejar. De ahí el nombre de motor bóxer, porque parece como si los pistones estuviesen boxeando unos contra otros.

Determinación del sentido de giro Cuando se realiza algún tipo de trabajo en el motor, con frecuencia es necesario saber cuál es el sentido de giro del mismo cuando está en funcionamiento. Se distingue así entre motores con giro a la derecha y motores con giro a la izquierda. Para determinar el sentido de giro se debe mirar el motor desde el lado opuesto al de salida de la fuerza (lado del embrague o del volante de inercia). Un motor con giro a derecha es un motor cuyo cigüeñal, mirando desde el lado opuesto al de salida de fuerza, gira en sentido de las manecillas del reloj, por tanto, hacia la derecha. 20 - Motor con giro a derecha

En el caso de un motor con giro a la izquierda el motor gira, desde el mismo punto de vista, en sentido contrario a las manecillas del reloj.

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Secuencia de numeración de los cilindros Para poder identificar con exactitud cada cilindro, existe una secuencia de numeración determinada. Esta secuencia no indica el orden en el que se produce el encendido en cada cilindro, sino que simplemente indica la ubicación. Cuando se mira hacia el motor para determinar la dirección de giro, entonces se tiene enfrente el primer cilindro. Los cilindros se siguen contando entonces por el lado de entrega de la fuerza.

cilindros. La primera fila o bancada de cilindros está, desde este punto de vista, a la izquierda.

21 - Secuencia de numeración en un motor en línea

En motores con varias bancadas de cilindros también es básicamente así, contando primero la primera y luego la segunda fila de

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22 - Secuencia de numeración en un motor en V y en un motor bóxer

Vista general del sistema. Mecánica del motor.

Estructura y relaciones En esta documentación se divide la mecánica del motor en varios sistemas principales. • Cárter del motor • Mecanismo de cigüeñal • Accionamiento de válvulas • Lubricación • Refrigeración. Estos sistemas están continuamente relacionados entre sí: el cárter del motor, el mecanismodelcigüeñalyelaccionamientode

válvulas constituyen la propia mecánica del motor, mientras que la lubricación y la refrigeración son imprescindibles para su funcionamiento. En primer lugar se describirán las siguientes relaciones que ejercen una gran influencia en las propiedades del motor: • Orden de encendido • Intervalo de encendido • Equilibrio de masa.

Orden de encendido El orden de encendido es el orden en el que los cilindros de un motor se encienden uno tras otro. Por lo general, no se corresponde con el orden en que están colocados los cilindros. El orden de encendido es el responsable directo de la suavidad de marcha del motor. Se determina en función del diseño    s    o    r     d     /    i    n    r    i     l    o     t    c    o   e     d    m    e   o    r     d   e    o   m    p    ú     i     T     N

Cuatro cilindros en línea Seis cilindros en línea Ocho cilindros en V Doce cilindros en V

constructivo del motor, el número de cilindros y el intervalo de encendido. El orden de encendido se indica siempre inicialmente con el primer cilindro. A continuación se relacionan los órdenes de encendido usuales.

   e     d    o     t    n    e   s    l     i    e   a    m    n    ñ    a   o   e    z    ñ    ü    a   u   g     l     i    p   m    c    s     l    e   s   e    o    d     D     l

    V    n    e    o     l    u    g    n      Á

   o     d     i     d    n    e    c    n    e    e     d    o     l    a    v    r    e     t    n     I

180°

-

180° KW

1-3-4-2

120° 90° 60°

90° 60°

120° KW 90° KW 60° KW

1-5-3-6-2-4 1-5-4-8-6-3-7-2 1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10

   o     d     i     d    n    e    c    n    e    e     d    n    e     d    r     O

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Intervalo de encendido El intervalo de encendido es relevante para los motores de varios cilindros, y se define como el ángulo de giro del cigüeñal entre dos encendidos sucesivos en diferentes cilindros. En el motor de cuatro tiempos, el ciclo de trabajo (admisión, compresión, explosión, escape) comprende dos giros completos del cigüeñal, es decir, un ángulo de giro de 720°. En los motores con varios cilindros, después de que el cigüeñal haya efectuado un giro de 720°, cada cilindro se habrá encendido una vez, de forma que el ciclo se pueda repetir en todo el motor. Por lo general, los motores están diseñados de tal forma que todos los cilindros se enciendan de forma ininterrumpida y en el mismo intervalo. Un intervalo de encendido uniforme proporciona una marcha del motor uniforme para cualquier régimen. Este intervalo de encendido se obtiene de la siguiente manera: Intervalo de encendido = 720° : número de cilindros Ejemplos: • Cuatro cilindros: 180° cigüeñal (KW) • Seis cilindros: 120° KW • Ocho cilindros: 90° KW • Doce cilindros: 60° KW Cuanto mayor sea el número de cilindros, menor será el intervalo de encendido. Cuanto menor sea el intervalo de encendido, más uniforme será la marcha del motor. Al menos en teoría, pues a ello hay que añadir el equilibrio de masa, que depende del diseño constructivo y del orden de encendido. Para que un cilindro pueda encenderse, el pistón correspondiente debe estar en "posición PMS de encendido", es decir, las correspondientes válvulas de admisión y escape deben estar cerradas. Esto sólo es posible cuando el cigüeñal y el árbol de levas están emparejados.

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El intervalo de encendido viene determinado por el desplazamiento de los muñones (distancia angular de los codos) del cigüeñal, es decir, el ángulo que forman entre sí los muñones de los cilindros (orden de encendido). El siguiente gráfico muestra el cigüeñal de un motor de 6 cilindros en línea con un intervalo de encendido de 120°.

1 - Codo del cigüeñal

Los números indican el orden en que se encienden los diferentes cilindros. Si en el gráfico superior se cuenta de uno a seis, se puede apreciar que se dan dos vueltas y que, por tanto, se produce un desplazamiento 720°. Entre los números siempre se habrá mantenido el mismo intervalo de 120°.

En los motores en V el ángulo de "V" debe tenerelmismotamañoparaqueelintervalode encendido también pueda realizarse de una bancada de cilindros a otra. Para ello los BMW de ocho cilindros tienen un ángulo de cilindro de 90° y los de doce de 60 °. Hay excepciones en las que el intervalo irregular de encendido le proporciona al motor un sonido inconfundible.

2 - Ángulo en V de un motor de ocho cilindros

Equilibrio de masa Cuando una masa es sometida a una aceleración o a una deceleración, actúan sobre ella fuerzas. Durante el funcionamiento del motor se produce un desplazamiento continuo de masas. Las fuerzas que esto genera se aprecian en el vehículo, y pueden resultar desagradables. Por este motivo, el diseñodeunmotorserealizadeformaquelas fuerzas de las distintas masas se neutralicen entre sí lo máximo posible. En este caso se habla de equilibrio de masas, que permite que el funcionamiento del motor sea más suave. Como se ha descrito anteriormente, la suavidad de marcha de un motor depende del diseño constructivo, del número de cilindros, del orden de encendido y del intervalo de encendido.

Se expondrán los efectos con ayuda de un motor de seis cilindros. BMW se permite en este caso fabricar este motor como un motor en línea, aunque necesite más espacio de montaje y su producción sea más costosa. Podrá descubrirse el motivo cuando se compare el equilibrio de masa de un motor de seis cilindros en línea con un motor de seis cilindros en V. El siguiente gráfico muestra una curva local de losmomentosdeinerciadeunmotorBMWde seis cilindros en línea, otro de seis cilindros en V con un ángulo de cilindros de 60° y otro de seis cilindros en V con un ángulo de cilindros de 90°.

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3 - Curva local de los momentos de inercia

Índic e 1 2 3

Explicación Dirección hacia arriba Dirección transversal Motor B MW de seis cilindros en l ínea

La diferencia es clara. En el motor de seis cilindros en línea los movimientos de la masa se compensan tan bien que el motor casi descansa. Por el contrario, los motores de seis cilindros en V muestran una clara tendencia al movimiento, los que se exterioriza como una marcha de motor poco suave.

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Índic Explicación e 4 Motor de seis cilindros en V 90° 5 Motor de seis cilindros en V 60° El motor de seis cilindros en línea es realmente un motor con un elevado nivel de equilibrio. En cuanto a suavidad de marcha, el primero en superarlo es un motor de 12 cilindros en V, que en realidad se puede ver como un motor formado por dos motores de seis cilindros en línea.

Cárter del motor El cárter del motor está compuesto por pocas piezas. • Tapa de culata • Culata • Cárter del cigüeñal • Cárter de aceite. Además, también se necesitan juntas y tornillos para que el cárter del motor pueda cumplir con sus tareas. Estas tareas son esencialmente:

• Alojamiento de las fuerzas generadas durante el funcionamiento del motor • Funciones de hermetización para la cámara de combustión, aceite de motor y líquido refrigerante • Alojamiento del accionamiento del biela y manivela y del accionamiento de válvulas, así como otros elementos. En los siguientes gráficos se muestran los principales componentes de un motor en línea.

4 - Cárter del motor de un motor en línea

Índice Explicación 1 Tapa de culata 2 Culata

Índice Explicación 3 Cárter del cigüeñal 4 Cárter de aceite 23

Sin embargo, los motores también pueden presentar una estructura más compleja (p. ej., los motores en V disponen de dos culatas).

Además, en algunos motores el cárter del cigüeñal está formado por dos piezas, como muestra el siguiente gráfico.

5 - Cárter de un motor en V

Índice Explicación 1 Tapa de la culata de la bancada de cilindros 1 2 Culata de la bancada de cilindros 1 3 Cárter del cigüeñal 4

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Placa de bancada

Índice Explicación 5 Cárter de aceite 6 7

Culata de la bancada de cilindros 2 Tapa de la culata de la bancada de cilindros 2

Índice 1 2 3 4 5 6

Explicación Tapa de culata Culata Junta de culata Cárter del cigüeñal Junta del cárter de aceite Cárter de aceite

6 - Cárter de un motor de cuatro cilindros con juntas

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Mecanismo de cigüeñal El mecanismo de cigüeñal (llamado también a menudo mecanismo motor o de propulsión) es un grupo de funciones que transforma la presión de la cámara de combustión en energía cinética. Básicamente, el mecanismo del cigüeñal está formado por: • Pistón • Biela • Cigüeñal.

Para ello se transforma el movimiento de arriba abajo del pistón en un movimiento giratorio del cigüeñal. En los siguientes gráficos se muestran los componentes de losmecanismos delcigüeñal de un motor en línea y de un motor en V.

7 - Mecanismo del cigüeñal de un motor en línea

Índice Explicación 1 Cigüeñal 2 Pistón Además, el mecanismo del cigüeñal cuenta con una serie de elementos periféricos que, aunque no participan en la función principal, sí  la complementan. Estos elementos son, por lo general, el volante de inercia, las poleas de

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Índice Explicación 3 Biela correa (con amortiguador de vibraciones) y las cadenas de distribución. En los capítulos correspondientes se explica cuáles son las funciones de estas piezas.

8 - Mecanismo del cigüeñal de un motor en V

Índice Explicación 1 Pistón 2 Volante de inercia 3

Biela

Índice Explicación 4 Cigüeñal 5 Amortiguador de vibraciones torsionales 6 Cadena de distribución

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Los componentes del mecanismo de cigüeñal realizan diferentes movimientos: • El pistón se mueve en el cilindro de arriba abajo (oscilación) • La biela – articulada al bulón del pistón con el ojo pequeño de la biela, también tiene un movimiento de oscilación, – el ojo grande de la biela - articulada al muñón - contribuye con su movimiento giratorio, – el vástago de biela efectúa un movimiento basculante en el plano circular del cigüeñal. • El cigüeñal gira sobre su propio eje (rotación). Índice 1 2 3

Explicación Movimiento oscilante Movimiento basculante Rotación

9 - Movimiento de los componentes del mecanismo de cigüeñal

Características del mecanismo del cigüeñal Para convertir la presión del gas en movimiento, el mecanismo del cigüeñal presenta un grado óptimo de trabajo, rendimiento y realizabilidad técnica, en comparación por ejemplo con una turbina.

Sin embargo aparecen los siguientes límites técnicos, así como los siguientes retos constructivos, que deben resolverse:

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• Limitación del número de revoluciones debido a las fuerzas que generan las masas desplazadas (fuerzas de inercia) • Suministro de energía irregular, pues sólo se trabaja en uno de los cuatro tiempos • Estimulación de vibraciones torsionales, que cargan la cadena cinemática y el cigüeñal • Combinación de las diferentes superficies de fricción. A continuación se explican estas particulares características del mecanismo del cigüeñal.

Fuerzas de inercia Además de la fuerza que genera la presión existente en la cámara de combustión durante el ciclo de trabajo, hay que añadir otras fuerzas producidas por el propio movimiento del mecanismo del cigüeñal. Estas fuerzas de inercia no sólo hacen que la marcha del motor no sea suave, sino que además cargan al propio motor. La principal desventaja de diseño de un motor de pistón de combustión interna es que el pistón se detiene al llegar a sus puntos muertos. En cada caso se debe acelerar de nuevo el pistón para más adelante volver a frenarlo. Cuanta mayor sea la velocidad con que gire un motor, más rápido se deberá mover el pistón y, por tanto, más fuerza se necesitará para acelerarlo y frenarlo en cada caso. Como ya se comentó anteriormente, al acelerar una masa se genera una fuerza. Cuanto mayor sea la aceleración, mayor será lafuerzaqueactúa.Yasóloporestemotivo,un motor de pistón de combustión interna no puede girar a cualquier velocidad, pues las fuerzas de inercia serían demasiado elevadas.

Para que el funcionamiento del motor sea más suave, se fabrican motores de varios cilindros. No obstante, esto no protege de las cargas a las que se ven sometidas determinadas piezas, como p. ej., las bielas. Movimiento giratorio irregular Como ya mencionó anteriormente, en los motores de gasolina y diésel la combustión se realiza de forma cíclica. Al realizar el cigüeñal un giro completo de 720°, cada cilindro sólo produce rendimiento en la cuarta parte (es decir, en 180°). En este momento, la fuerza generada en la combustión acelera el cigüeñal, mientras que este decelera en los otros tres tiempos debido a la fricción. La fuerza que actúa sobre el cigüeñal se solapa con las fuerzas de inercia. En consecuencia, el desarrollo es notablemente inarmónico. Este desarrollo inarmónico hace que la velocidad de giro o las vibraciones torsionales del cigüeñal sean irregulares. También en este casosemejoraelprocesoutilizandoundiseño de varios cilindros.

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Accionamiento de válvulas De forma cíclica, el motor recibe gas sin combustionar y expulsa los gases de escape que genera. En un motor de cuatro tiempos la admisióndeairefrescoylaexpulsióndegases de escape se conoce como cambio de carga o de gases. Durante el cambio de carga los canales de admisión y escape se abren y cierran periódicamente mediante las válvulas de admisión y de escape. Como válvulas de admisión y de escape se utilizan válvulas elevadoras. El componente encargado de abrir y cerrar las válvulas es el árbol de levas. La secuencia temporal y el orden de los movimientos de las válvulas vienen

determinados por el contorno de las levas y por la posición de estas en el árbol de levas. El siguiente gráfico representa las carreras de apertura de las válvulas de admisión y de escape durante dos giros del cigüeñal. Para comprenderlo, se deben tener en cuenta las fases de distribución, explicadas ya anteriormente. Estas indican en qué posición angular del cigüeñal (partiendo del punto muerto superior (PMS)) se abren y cierran las válvulas de admisión y de escape. El siguiente gráfico muestra la secuencia de apertura. Por lo general se indica también en qué momento sealcanzalacarreramáximadeaperturaycuál es su valor.

10 - Diagrama de carrera de válvula

El mecanismo para transmitir la carrera de leva a las válvulas se denomina accionamiento de válvulas. En los motores tradicionales el cigüeñal y el árbol de levas están unidos de forma totalmente mecánica mediante una correa dentada o una cadena. Las fases de distribución en este caso están predeterminados. Otro requisito de un

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accionamiento de válvulas moderno es la variabilidad de la fase de distribución y de la carrera de válvula. Para cumplir con este requisito, se han introducido sistemas que permiten configurar de forma variable las fases de distribución y la carrera de la válvula. En esta documentación nos limitaremos sin embargo a mostrar el accionamiento de válvulas convencional.

Estructura El accionamiento de válvulas se compone de • Eventualmente, compensación hidráulica los siguientes elementos: del juego de válvulas (HVA). • Árboles de levas El siguiente gráfico muestra la estructura de la de un motor de cuatro cilindros con • Elementos de transmisión (biela de arrastre, culata taqué de copa y compensación hidráulica del empujador)  juego de válvulas. • Válvulas (todo el grupo)

11 - Culata del motor M50

Índice Explicación 1 Árbol de levas de admisión 2 Guía de válvula 3 4

Válvula de admisión Válvula de escape

Índice Explicación 5 Muelle de válvula 6 Taqué de copa con compensación hidráulica del juego de válvulas 7 Árbol de levas de escape

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Diseño constructivo Hay accionamientos de válvulas de diferentes modelos. Se diferencian según los siguientes puntos: • Número y posición de las válvulas • Número y posición del árbol de levas

Abreviación SV

Designación Side Valves

OHV

Overhead Valves

OHC

Overhead Camshaft

DOHC

Double Overhead Camshaft

Los motores BMW de hoy en día se construyen exclusivamente con cuatro válvulas y dos árboles de levas arriba por cada bancada de cilindros (DOHC). En la transmisión del movimiento de las levas a las válvulas por parte del árbol de levas se diferencia entre empujador y balancín o biela de arrastre. Para que se mantenga el juego correcto entre las levas del árbol de levas y el denominado seguidor de levas se necesita un reglaje del  juego de válvulas o un equilibrio del juego. En los dos gráficos siguientes se muestra en cada caso elementos de dos accionamientos de válvulas diferente.

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• Transmisión del movimiento a las válvulas • Tipo de regulación del juego de válvulas. La denominación del accionamiento de válvulas depende de los dos primeros puntos. Se representan como sigue. Explicación Válvulas situadas en el lateral del cilindro que son accionadas por un árbol de levas que se encuentra debajo. Una válvula vertical significa que la cabeza de válvula está arriba. Válvulas en cabeza con el árbol de levas colocado debajo. Los árboles de levas colocados debajo van montados por debajo de la línea de separación de la culata y el bloque del motor. Válvulas en cabeza con el árbol de levas colocado arriba. Los árboles de levas colocados arriba están por encima de la línea de separación de la culata y el bloque del motor. Válvulas en cabeza con dos árboles de levas colocados arriba por cada bancada de cilindros. En este caso se utiliza un árbol de levas para las válvulas de admisión y el otro para las válvulas de escape. El primer gráfico representa el accionamiento de válvulas de un motor dotado de balancín flotante de rodillo y elementos HVA (compensación hidráulica del juego de válvulas). El segundo gráfico muestra los componentes del accionamiento de válvulas en un motor deportivo diseñado para funcionamiento a un régimen elevado con taqué de caja con compensación hidráulica del juego de válvulas.

12 - Componentes del accionamiento de válvulas en un motor de cuatro cilindros con balancín flotante de rodillo

Índice Explicación 1 Válvula de admisión 2 Tapa de resorte de válvula inferior con junta de vástago de válvula 3 Tapa de resorte de válvula superior 4 Elemento de compensación hidráulico de juego de válvulas 5 Árbol de levas de admisión

Índice Explicación 6 Válvula de escape 7 Muelle de válvula 8 9

Balancín flotante de rodillo Árbol de levas de escape

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13 - Componentes del accionamiento de válvulas de un motor de régimen elevado con taqué de caja

Índice Explicación 1 Taqué de caja con compensación hidráulica del juego de válvulas 2 Válvula de escape 3 Válvula de admisión 4 Pieza cónica de válvula 5 Árbol de levas de admisión

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Índice Explicación 6 Junta de vástago de válvula 7 8 9 10

Tapa de resorte de válvula superior Muelle de válvula Tapa de resorte de válvula inferior Árbol de levas de escape

Lubricación El sistema de lubricación del motor (o suministro de aceite) debe suministrar suficiente cantidad de aceite a los

componentes del motor. Para ello, se debe asegurar que se dispone de la presión correcta.

Funciones Las funciones del aceite de motor son la siguientes: • Lubricación • Refrigeración de componentes • Estanqueizado de varilla • Limpieza • Protección anticorrosión • Transmisión de fuerza. Lubricación Una definición sencilla del término "lubricar" es que se trata de una acción que consiste en separar superficies entre las que hay fricción. Esta función corre a cargo del aceite que la bomba de aceite hace llegar hasta los puntos de lubricación. El aceite debe rebajar la fricción existenteentredossuperficiesquesemueven entre sí y reducir o evitar completamente el desgaste y las pérdidas de energía. Dentro de la fricción se distingue entre: • Fricción seca • Fricción mixta • Fricción líquida.

En la fricción seca, dos piezas de superficies completamente secas están en contacto entre sí. Toda superficie presenta cierta rugosidad, por mucho que haya sido tratada con cuidado. Las puntas microrrugosas de las superficies se enganchan y friccionan entre sí. En el movimiento se produce un desgaste elevado. En la práctica, los puntos de lubricación de un motor en marcha nunca están totalmente secos. En cambio, en un motor parado no hay una separación completa de las superficies. En este caso se habla de fricción mixta. Las puntas microrrugosas de las superficies metálicas siempre se desgarran por rozamiento de unas contra otras, especialmente al inicio de un arranque en frío. La marcha sin desgaste no es posible si las piezas en movimiento se separan entre sí  mediante una película de aceite. Esta es la razónpor la que los arranques en frío provocan un desgaste considerablemente elevado en el motor. 3 Dos arranques en frío al día provocan en un año un desgaste equivalente a un recorrido de 20.000 km. 1

14 - Tipos de fricción

Índice Explicación 1 Fricción seca 2 Fricción mixta

Índice Explicación 3 Fricción líquida

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Refrigeración de componentes El calor que produce la fricción se almacena en el motor y se deriva al aire exterior a través del cárter de aceite. Además, una parte del calor generado durante la combustión se libera a través del motor. Los motores modernos de potencia elevada disponen adicionalmente de un radiador de aceite del motor para evitar un sobrecalentamiento del aceite. Estanqueizado de varilla El aceite del motor forma una película de aceite entre los aros del émbolo y la pared del cilindro, estanqueizando así la cámara de combustión del bloque de cilindros. Limpieza Al arrancar el motor en frío se produce una cierta abrasión, ya que las superficies de cojinete, pistón, aros de émbolo y cilindro, así  como el empujador y el balancín todavía no están completamente separadas entre sí por el aceite. Al principio se produce una fricción mixta y no líquida. El aceite debe eliminar inmediatamente las partículas resultantes de la abrasión a fin de evitar un efecto gelificante de las mismas. Las partículas no pueden

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depositarse en el circuito de aceite con el hollín resultante de la combustión. Por esa razón, el aceite debe tener ciertas propiedades que le permitan mantener las partículas de abrasión en suspensión y transportarlas hasta el filtro de aceite. Protección anticorrosión Los continuos cambios de temperatura, unidos a la humedad del aire, provocan corrosión (por oxígeno y humedad) en los metales férricos, p. ej., óxido. Además, durante la combustión se generan sustancias corrosivas, como, p. ej., ácido sulfúrico. El aceite del motor forma una película protectora que protege contra el afecto de tales sustancias. La capacidad de protección contra la corrosión se ve reforzada por la capacidad de neutralización del aceite del motor. Éste neutraliza los componentes ácidos. Transmisión de fuerza El aceite de motor también desempeña una función de transmisión de fuerza. Así, p. ej., el sistema de compensación hidráulica del juego deválvulas(HVA)sellenaconaceitedemotor. El aceite del motor transmite la fuerza del árbol de levas hasta la válvula.

Sistemas de lubricación El sistema de lubricación (también denominado suministro de aceite) sirve para suministrar aceite a todos los puntos de lubricación y refrigeración del motor. En los motores modernos de vehículos se utilizan dos tipos de sistemas de lubricación: • Lubricación por circulación a presión • Lubricación por cárter seco. Lubricación por circulación a presión La mayor parte de los vehículos disponen de un sistema de lubricación por circulación a presión. Una bomba (bomba de aceite) succiona a través de un tubo de aspiración el aceite desde el correspondiente depósito del cárter de aceite y lo impulsa por el circuito de aceite. En primer lugar, el aceite atraviesa el filtro de aceite y llega a los puntos de lubricación a través de los canales de aceite del bloque motor. Varios ramales conducen el aceite hasta los cojinetes principales del cigüeñal. El aceite gotea desde los puntos de lubricación y retorna al cárter. Lubricación por cárter seco En este caso se trata de una versión especial de la lubricación por circulación a presión. El sistema dispone como mínimo de dos bombas de aceite, un pequeño cárter y un depósito en el que se encuentra el aceite. Generalmente, el nivel de aceite se mide en el depósito con el motor en marcha.

Con el motor en marcha, la bomba de presión suministra aceite del depósito a los diferentes puntosde lubricación. La bomba de aspiración transporta de nuevo hasta el depósito el aceite que retorna al cárter desde los diferentes puntos de lubricación. Para que el aceite no pueda almacenarse en el cárter, la capacidad de transporte de la bomba de aspiración es mayor que la de la bomba de presión. La lubricación por cárter seco ofrece las siguientes ventajas: • Al circular por curvas a alta velocidad o sobre una superficie inclinada no se aspira aire. En este caso no se interrumpe el suministro de aceite a los puntos de lubricación • Reducción de la altura total del motor ya que puede utilizarse un cárter más plano • El depósito de aceite se puede colocar en cualquier posición, por lo que se puede montar también de tal forma que sirva para refrigerar el aceite. Construcción mixta También se puede optar por una construcción mixta, es decir, una lubricación por circulación a presión que sólo cuente con algunos de los componentes de la lubricación por cárter seco. En esta documentación únicamente se describe el sistema estándar, es decir, la lubricación por circulación a presión.

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Circuito de aceite El circuito de aceite está formado por el sistema general de todos los puntos de lubricación y consumidores. En el siguiente

gráfico se representa el circuito de aceite de un motor de seis cilindros en línea.

15 - Circuito de aceite

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Índice

Explicación

Índice

Explicación

1

Cojinete del árbol de levas

8

Conducto de aceite crudo

2

Compensación hidráulica del juego de válvulas

9

Bomba de aceite

3

Varilla de control de aceite

10

Cárter de aceite

4

Filtro de aceite

11

Colector con tamiz de aceite

5

Tensor de cadena

12

Canal de boquillas de inyección de aceite

6

Canal principal de aceite

13

Cojinete del cigüeñal

7

Alimentación de aceite de turbocompresor de gases de escape

14

Boquilla de inyección de aceite

Sistema de refrigeración No todo el calor que se genera en la combustión es transformado en energía mecánica. Una parte de él se mantiene como energía térmica. Junto con esta, también se genera más calor debido a la fricción y a la compresión. Una parte de este calor se elimina con los gases de escape. El resto es absorbido por los componentes y el aceite del motor. Debido a la capacidad limitada de los materiales y del aceite para resistir al calor,

este debe ser disipado, y esta precisamente es la función de la refrigeración. Las distintas proporciones de energía térmica difierenenunmotordegasolinayenunmotor diésel. El motor diésel tiene mayor capacidad para transformar en trabajo útil la energía acumulada en el combustible. Con todo, sólo llega a aprox. un 42%. El resto se pierde en forma de calor.

16 - Distribución de energía en motor diésel

17 - Distribución de energía en motor de gasolina

Índice Explicación 1 Energía del combustible 2 Descarga de energía por los gases de escape 3 Descarga de energía al sistema de refrigeración 4 Descarga de energía al cigüeñal

Motor de gasolina 100% 40%

Motor diésel 100% 37%

25%

21%

35%

42%

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Temperatura de servicio El objetivo de la refrigeración no es eliminar la mayor cantidad de calor posible. Al arrancar un motor en frío, no se alcanza una formación óptima de la mezcla hasta que los componentes del motor se encuentran a una temperatura determinada. Además, esta temperatura contribuye a que la fricción en el motor sea menor. Esta temperatura se denomina temperatura de servicio y debe alcanzarse lo antes posible. Como ya se comentó anteriormente, el límite superior de temperatura depende sobre todo de la resistencia al calor de los componentes y del aceite.

Por lo general, los motores de vehículos trabajan con una temperatura de servicio de entre 80 y 90  ° C. Para alcanzar la temperatura de servicio lo antes posible y conseguir que se mantenga independiente de influencias externas, se produce un ajuste del sistema de refrigeración. Un sistema más avanzado ofrece un control adicional que ajusta la temperatura óptima para cada punto de servicio del motor.

Tipos de refrigeración En los motores de vehículos se utilizan fundamentalmente dos tipos de refrigeración. Refrigeración por aire El calor se transmite directamentedel motor al aire. Las aletas del radiador sirven para ampliar lasuperficiedesdelaqueseemitecaloralaire. Esto aumenta el efecto de refrigeración. La refrigeración por aire se puede conseguir también sólo con el viento de marcha si el motor no cuenta con un revestimiento. Sin embargo, también se puede instalar un ventilador adicional si el motor cuenta con revestimiento o para aumentar la potencia de refrigeración cuando se circula a velocidad especialmente reducida. La refrigeración por aire se caracteriza fundamentalmente por la sencillez de su diseño. Refrigeración por líquido En un motor con refrigeración por líquido, el cárterdelcigüeñalylaculatatienepareddoble y están atravesados por canales. Por estas cavidades circula un líquido refrigerante que absorbe el calor de las superficies de los componentes.

18 - Cámaras de refrigeración del motor

Índice 1 2 3 4 5

40

Explicación Cámaras de r efrigeración de l a culata Cárter de aceite Cárter del cigüeñal Cámaras de refrigeración del cárter del cigüeñal Culata

Sin embargo, el líquido refrigerante no puede abso absorb rber er de forma forma ilimit ilimitad adaa el calor calor,, por por lo que que circula por canales, conductos y mangueras hasta llegar a un radiador. Este está rodeado de aire, de forma que puede emitir al aire exterior el calor absorbido del motor. Una vez refrigerado, el líquido refrigerante retorna al motor donde de nuevo absorbe el calor. Este Este flujo flujo es posiblepor posiblepor las propiasdifere propiasdiferenci ncias as de temperatura del líquido refrigerante. Al

calentarse, el líquido refrigerante se dilata y sube, mientras que el refrigerante frío baja. Si los canales de refrigeración está correctamentedispuestos,elflujoseajustaasí  automáticamente. Esto se denomina refrigeración por termosifón. No obstante, este tipo de refrigeración no es apto apto para para los los moto motore ress mode modern rnos os.. En esto estoss se utiliza refrigeración por circulación forzada, que que cons consis iste te en que que una una bomb bombaa hace hace circ circula ularr el líquido refrigerante.

Sistema de refrigeración El sistema de refrigeración de un motor moderno presenta un circuito cerrado. Una bomba empuja el líquido refrigerante a través del motor motor y de un radiad radiador or de aire/re aire/refrig frigera erante nte.. El aire de refrigeración es conducido a través del radiad radiador or de aire/r aire/refr efrige igeran rante te con ayuda ayuda del viento de marcha y/o de un ventilador adicional. Un motor moderno trabaja bajo condiciones climát climática icass difere diferente ntess y con una solicit solicitaci ación ón de motor muy variable. Para mantener la temperatura del líquido refrigerante y, por tanto, la temperatura del motor a un nivel constante dentro de un margen limitado, existe un sistema de regulación de la temperatura del líquido refrigerante. Índice Índice 1 2 3 4 5

Explic Explicaci ación ón Radiador de líquido refrigerante Termostato abierto Bomba de líquido refrigerante Cámaras d e re refrigeración del cárter del cigüeñal Cámaras de refrigeración de la culata

19 - Flujo del líquido líquido refrigerante refrigerante con termostato termostato abierto abierto

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Un termostato regula el flujo del líquido refrigerante haciéndolo pasar por o desviándolo del radiador de líquido refrigerante. Si el termostato está abierto, el líquido refrigerante pasa por el radiador y absorbe el calor del motor. En este caso también se habla de circuito grande de refr refrig iger erac ación ión.. Si el term termos osta tato to está está cerr cerrad ado, o, el líquido refrigerante no atraviesa el radiador, sino que retorna directamente a la bomba; se trata pues de un circuito pequeño de refrigeración.

No se elimina el calor contenido en el líquido refrigerante, de modo que aumenta la temperatura del motor. El termostato también puede adoptar una posición intermedia, haciendo que una parte del refrigerante pase por el radiador y que la otra fluya directamente hacia la bomba. De esta forma, el líquido refrigerante alcanza una temperatura constante en el motor. El sistema de refrigeración de los vehículos actuales es algo más complejo que lo que muestra el siguiente gráfico. Índice Índice 1 2 3 4 5

20 - Flujo del líquido do refrigerante refrigerante con termostato termostato cerrado cerrado

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Explicació Explicación n Radiador de líquido refrigerante Termostato cerrado Bomba de líquido refrigerante Cámaras d e re refrigeración d el el cárter del cigüeñal Cámaras de refrigeración de la culata

21 - Circuito to de refrigera refrigeración ción del motor motor N47

Índice Explicación 1 Radiador de líquido refrigerante Intercambiador de calor líquido refrigerante/aire 2 Radiador de la caja de cambios Intercambiador de calor líquido refrigerante/aire 3 Termostato del radiador de aceite de la caja de cambios 4 Termostato 5 Bomba de líquido refrigerante

11 12

6 7

13 14

Interc. de calor de la calefacción Radiador de aceite del motor Intercambiador de calor aceite de motor/líquido refrigerante

Índice Explicación 8 Bomba adicional de líquido refrigerante 9

Sensor de temperatura del refrigerante en la salida del motor

10

Refrigerador de recirculación de gases de escape Depósito de expansión Radiador de aceite de la caja de cambios Intercambiador de calor aceite de cambio/líquido refrigerante Tubería de purga de aire Ventilador eléctrico

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Unejemplodeesacomplejidadeselhechode que la calefacción del habitáculo está integrada en el circuito de refrigeración, de forma que se aprovecha el calor extraído del motor. Se necesitancomponentes adicionales para garantizar el óptimo funcionamiento del

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sistema de refrigeración. Además, el sistema de refrigeración también se aprovecha para evacuar el calor de otros sistemas, como por ejemplo, el del cambio. En este documento se describen más adelante estos distintos componentes.

Componentes del sistema. Mecánica del motor.

Cárter del motor Cárter del cigüeñal Se puede decir que el cárter del cigüeñal constituye el núcleo de cualquier motor, por lo que también se denomina bloque motor.

1 - Cárter del cigüeñal de un motor en línea y de un motor en V

En el cárter del cigüeñal se encuentran los cilindros. Está equipado con pared doble, de forma que se obtiene una camisa de refrigeración. La parte inferior del cárter del cigüeñal se denomina cárter del motor porque con él se encierra el mecanismo del cigüeñal. El cárter del cigüeñal está atravesado por orificios y canales para distintos sistemas, p. ej., la alimentación de aceite. Índice 1 2 3

Explicación Cilindro Cárter del motor Zona de asiento del cojinete central

2 - Estructura de un cárter del cigüeñal

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Las funciones del cárter del cigüeñal son las siguientes: • Formación de una cámara de combustión • Alojamiento del mecanismo de cigüeñal • Absorción de las fuerzas generadas por la combustión • Alojamiento de canales para el transporte de refrigerantes y lubricantes, así como para la purga de aire del cárter del cigüeñal • Alojamiento de piezas adosadas • Limitación del compartimento del cigüeñal hacia arriba. Estructura Los cárteres de cigüeñal que se utilizan en los motores actuales para vehículos son todos semejantes en su estructura básica. La principal diferencia viene dada por el diseño constructivo del motor, p. ej., según sea un

motor en línea o en V. Independientemente de esto, el diseño constructivo de un cárter del cigüeñal se clasifica según la ejecución de distintos componentes. Estos componentes son: • Placa de cubierta • Cilindro • Zona del asiento del cojinete central. La placa de cubierta es el cierre superior del cárter del cigüeñal. Constituye la superficie de sellado con la culata. Si esta placa de cubierta está cerrada en su mayor parte, es decir, su superficie sólo está perforada por orificios y canales, entonces se habla de construcción de cubierta cerrada. En el tipo de construcción de cubierta abierta, la zona que rodea los cilindros está abierta por arriba, de forma que la camisa de agua llega hasta la culata.

3 - Diseños constructivos de la placa de cubierta

Índice Explicación A Tipo de construcción de cubierta cerrada

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Índice Explicación B Tipo de construcción de cubierta abierta

El cilindro constituye el límite lateral de la cámara de combustión. Está sometido a la presión y la temperatura de la combustión. Además,esresponsabledelguiadodelpistón. Por este motivo, para el cilindro no siempre se utiliza el mismo material que para el resto del cárter del cigüeñal. Si el material del cárter del

cigüeñal no puede cumplir con los requisitos que se exigen para el cilindro, se introducen piezas que sí estén hechas del material adecuado. Estas piezas, denominadas camisas de los cilindros, conforman así la pared del cilindro consonte a los requisitos.

4 - Casquillos de deslizamiento del cilindro húmedos y secos

Índice Explicación A Cilindro con casquillos de deslizamiento secos B Cilindro con casquillos de deslizamiento húmedos 1 Cárter del cigüeñal

Índice Explicación 2 Casquillo de deslizamiento del cilindro 3 Compartimento de agua

Se distinguen dos tipos de camisas de cilindro. En el gráfico se puede apreciar la diferencia.

• Si las camisas no entran en contacto con la camisa de agua, se habla de "camisas de cilindro secas". • Sin embargo, si entran en contacto con dicha camisa de agua, se habla de "camisas de cilindro húmedas".

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La zona de asiento del cojinete central es la parte inferior e interior del cárter del cigüeñal. El propio asiento del cojinete es la parte del cárter del cigüeñal en la que está alojado el cigüeñal.

Índice 1 2 3 4 5

Explicación Cárter del cigüeñal (parte superior) Asiento de cojinete Paso Orificio para cigüeñal Tapa de cojinete principal

En este caso existen diferentes posibilidades de diseño según la disposición de la superficie de separación con el cárter de aceite; se puede apreciar en los siguientes gráficos.

5 - Asiento de cojinete del cárter del cigüeñal

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6 - Tipos de construcción de cárter del cigüeñal

Índice Explicación A Cárter del cigüeñal con plano de separación en el centro del cigüeñal B Cigüeñal con paredes laterales hacia abajo C Cárter del cigüeñal con parte superior e inferior 1 Cárter del cigüeñal (parte superior)

Índice Explicación 2 Orificio para el cigüeñal

De los tres diseños representados, el "C" presenta una particularidad, pues se trata de un cárter del cigüeñal hecho de dos piezas: una superior y otra inferior. La inferior actúa a la vez de tapa del cojinete de cigüeñal.

el elevado número de revoluciones que se llega a producir). Cada vez que se tengan que atornillar las tapas se debe volver a ajustar el posicionamiento exacto. Para poder realizar esto, se utilizan medios auxiliares que permiten que la posición de la tapa al colocarla sobre el asiento sea siempre exacta e igual. Algunos de los medios auxiliares utilizados son, p. ej., pasadores o casquillos de ajuste, o una superficie de contacto con una forma especial. Además, hay que tener en cuenta que esto sólo es posible si se vuelve a colocar la misma tapa sobre el mismo asiento y siempre en la misma dirección.

Tapa de cojinete principal Las tapas de cojinete principal constituyen las contrapiezas de los asientos de cojinete y van atornilladas a estos. En la fabricacióndel cárter del cigüeñal, las tapas de cojinete principal se atornillan al cárter antes de realizar la perforación para el cojinete de cigüeñal. Sólo así se garantiza que el apoyo del cigüeñal sea exacto (esta precisión es necesaria dado

3

Tapa de cojinete principal

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Parte inferior del cárter del cigüeñal (diseño placa de bancada) Cárter de aceite

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3 Las tapas de cojinete siempre se deben colocar sobre el mismo asiento de cojinete. No se pueden cambiar de posición. De lo contrario, se produciría un daño en el motor. Incluso realizar un atornillado cuando el motor no está en marcha puede destruir los cojinetes. Las tapas de cojinete están numeradas. Al igual que el primer cilindro, la número 1 se encuentra en el lado opuesto al de salida de la fuerza. Al realizar un desmontaje, las tapas se deben guardar en el orden y la dirección que presentan en el motor. De este modo, al volver a montar las piezas, resultará más fácil colocarlas correctamente. 1 Material Hoy en día, los cárteres del cigüeñal se fabrican con materiales muy diversos, buscando siempre una relación óptima entre

peso reducido y máxima estabilidad. Los materiales más usados en la actualidad son la fundición gris (un material férrico) y las aleaciones de aluminio. De estos dos, las aleaciones de aluminio adquieren cada vez más importancia. Los cárteres hechos de aluminio son más ligeros y los modernos ya son capaces de ofrecer una estabilidad excepcional. Más ligeras aun son las aleaciones de magnesio, pero todavía no se utilizan con frecuencia debido a las elevadas condiciones técnicas que requieren para la fabricación. 3 Naturalmente, cada material necesita una forma de tratamiento específica. Así, por ejemplo, hay distintos tipos de prescripciones en cuanto al atornillado. Asegúrese de utilizar siempre el manual de reparaciones específico para cada tipo de motor y preste atención a las indicaciones que contiene. 1

Culata La culata es un componente muy complejo que adopta muchas funciones. En la culata se concentra prácticamente todo el control del motor. Las funciones de la culata son las siguientes: • Actuar de cubierta de la cámara de combustión • Alojamiento del mecanismo de válvulas • Alojamiento de canales para el cambio de carga • Absorción de las fuerzas generadas por la combustión • Alojamiento de canales para el transporte de refrigerantes y lubricantes, así como para la purga de aire del cárter del cigüeñal • Alojamiento de piezas adosadas.

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Estructura La conformación de la culata viene determinada fundamentalmente por los elementos que incluye. • Número y posición de las válvulas • Número y posición del árbol de levas • Posición de las bujías, bujías de incandescencia o válvulas de inyección • Forma delos canales parael intercambio de gases. Las culatas se distinguen también según los siguientes criterios: • Número de elementos • Número de válvulas • Concepto de refrigeración. Una culata no tiene que estar formada exclusivamente por una pieza. Sin embargo, dentro del número de elementos se incluyen únicamente componentes de tamaño considerable, como p. ej., las regletas de cojinetes atornilladas para los árboles de levas.

Dentro del ámbito técnico, una de las principales características distintivas de las culatas es el número de válvulas. Al principio, los motores sólo tenían dos válvulas por cada cilindro: una de admisión y otra de escape. Desde hace ya algunos años, la tendencia es desarrollar y aplicar conceptos de válvulas múltiples, ya que mejoran el cambio de carga y permiten un mayor llenado de la cámara de combustión. El motivo para ello es una mayor superficie transversal de las válvulas, como se muestra claramente en el siguiente gráfico.

compleja. También hay culatas con tres o cinco válvulas por cilindro en serie. Pero según el desarrollo actual de la técnica las culatas de cuatro válvulas son la mejor apuesta para satisfacer todas las exigencias. Otra característica distintiva de las culatas es el concepto de refrigeración. Se diferencia entre: • Refrigeración de corriente transversal • Refrigeración de corriente longitudinal. En la refrigeración de corriente transversal, el líquido refrigerante fluye en la culata desde el lado de escape caliente hasta el lado frío de admisión. Esto supone la ventaja de que en toda la culata predomina una difusión regular del calor.

7 - Comparación de una culata con dos y cuatro válvulas

Índice A B 1 2 3

Explicación Culata con dos válvulas Culata con cuatro válvulas Posición de la bujía de encendido Válvulas Cubierta de la cámara de combustión

Esta es la comparación entre una cubierta de la cámara de combustión con dos y con cuatro válvulas. El diámetro de la válvula cuando hay dos válvulas es mayor, pero la superficie total de válvulas y con ello también la sección de flujos es claramente mayor cuando hay cuatro válvulas. Con un mayor número de válvulas la estructura de la culata se torna mucho más

8 - Refrigeración de corriente transversal y longitudinal

Índice Explicación A Refrigeración de corriente transversal B Refrigeración de corriente longitudinal

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Por el contrario, durante la refrigeración de corriente longitudinal la corriente de líquido refrigerante fluye a lo largo del eje longitudinal de la culata, es decir, desde el lado frontal hasta el lado en el que se suministra la fuerza o al contrario. El líquido refrigerante se calienta de cilindro en cilindro cada vez más, lo que supone una distribución muy irregular del calor. Esto produce además pérdida de presión en el circuito de líquido refrigerante. Es posible combinar ambos conceptos.

Cubierta de la cámara de combustión La culata, como cierre superior del cilindro, constituye la cubierta de la cámara de combustión. Junto con la geometría del pistón determina la forma de la cámara de combustión. La cámara de combustión es el volumen que está limitado por el pistón, la culata y las paredes del cilindro. El siguiente gráfico representa tres modelos diferentes simplificadosde cubierta de cámara de combustión con cuatro válvulas. Está seccionado por los ejes de válvulas. Las bujías se han puesto encima para poder representar mejor su posición, aunque realmente no se encuentran en este plano.

9 - Variantes de cámaras de combustión para una culata de cuatro válvulas

Índice Explicación Índice Explicación A Cámara de combustión C Cámara de combustión con válvulas íntegramente en el pistón adecuadas B Cámara de combustión en el pistón y en la culata En el gráfico A se aloja toda la cámara de combustión en el pistón, mientras que en el gráfico B la cámara de combustión está dividida en pistón y culata. La disposición en el gráfico C resulta beneficiosa, ya que la bujía estará bien

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envuelta por la mezcla de combustible y aire. Además, la superficie de la cámara de combustión es reducida en relación con su volumen, lo que mantiene reducidas las pérdidas termodinámicas.La inclinación de las válvulas puede suponer hasta 25°.

Tapa de culata La tapa de culata se denomina a menudo también como cubierta de la culata tapa de válvulas. Constituye el cierre superior del cárter del motor. La tapa de culata cumple con las siguientes funciones: • Hermetización de la culata hacia arriba • Amortiguación acústica • Alojamiento de un sistema para la purga de aire del cárter del cigüeñal • Alojamiento de piezas adosadas. Para conseguir una buena amortiguación acústica se desacopla la tapa de la culata. Esto se consigue mediante juntas de elastómero y

elementosdedesacoplamientoenlasuniones atornilladas. Las tapas de culata pueden ser de aluminio, plástico o magnesio. El aluminio ofrece una buena resistencia, lo que asegura una buena hermetización. La utilización de plástico como material para la fabricación de tapas de culata ayuda a ahorrar peso frente al aluminio. Además este material tiene propiedades excelentes en el aislamiento acústico y pueden construirse geometrías muy complejas. Todavía más ligeras son las tapas de culata de magnesio. Sin embargo, la fabricación de tapas de culata de magnesio es muy costosa.

10 - Tapa de la culata de plástico

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Junta de culata La junta de culata (ZKD) se encuentra entre el Juntas de material blando cárter del cigüeñal y la culata. Está sometida a En este tipo de juntas, se colocan capas de cargas térmicas y mecánicas de gran material blando sobre las dos caras de una magnitud. Su correcto funcionamiento es placa soporte. A menudo, las propias capas de primordial para el propio funcionamiento del material blando cuentan con un revestimiento motor. de plástico. Esta medida sirve para proteger la La junta de culata debe ser capaz de  junta de culata de las cargas a las que en estanqueizar cuatro medios entre sí. Se trata general se ve sometida. Debido a las cargas, de los siguientes: las aperturas de la cámara de combustión con que cuenta la culata están rebordeadas por • Cámara de combustión unas piezas de chapa. Para estabilizar los • Atmósfera pasos del líquido refrigerante y del aceite, con frecuencia se utilizan revestimientos de • Canales de aceite de motor elastómero. • Canales de líquido refrigerante. Juntas metálicas En general, las juntas de culata se clasifican según si son de material blando o de material Las juntas metálicas se utilizan en los motores metálico. sometidos a cargas elevadas. En general, estas juntas están formadas por revestimientos de chapa de acero de varias capas.

11 - Junta de culata

Índice Designación 1 Revestimiento de acero para resortes 2 Pieza intermedia

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Índice Designación 3 Revestimiento de acero para resortes

La característica principal de una junta metálica es que el sellado se consigue fundamentalmente con piezas acanaladas y de tope situadas en los revestimientos de acero para resortes. En los pasos de fluidos, el efecto de hermetización también se incrementa usando revestimientos de elastómero. El grosor de hermetización de la junta de culatanecesariaencadacasosedeterminaen

función del resalte del pistón en el cilindro. El valor que se debe tomar es el resalte máximo registrado en todos los cilindros. Para ello, existen tres grosores de hermetización distintos para la junta de culata. La diferencia radica en el grosor de la pieza intermedia. 3 En el TIS se puede consultar información detallada sobre cómo calcular el resalte del pistón. 1

Cárter de aceite El cárter de aceite representa el cierre inferior del cárter del motor. Constituye el depósito de aceite del motor. El cárter de aceite cumple con las siguientes tareas: • Recipiente para alojar el aceite del motor • Recipiente colector para el aceite de retorno del motor • Cierre inferior del cárter del cigüeñal

• Alojamiento de piezas adosadas. Con frecuencia, en el punto inferior del cárter se encuentran chapas protectoras contra chorro de agua que evitan que el aceite se escapedesde el punto de aspiración al circular por curvas, al acelerar o al frenar. Mediante un rascador de aceite, se elimina más rápidamente el aceite del cigüeñal. Las chapas de rebotamiento de aceite sirven además para evitar que el aceite inyectado forme demasiada espuma.

12 - Cárter de aceite con rascador de aceite

Índice Explicación 1 Cárter de aceite

Índice Explicación 2 Rascador de aceite

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La superficie del cárter también sirve como superficie de refrigeración para el aceite depositado. Los cárteres de aceite se fabrican de fundición inyectada de aluminio o de chapa de acero de doble capa.

Los cárteres de aceite pueden estar formados por dos piezas (p. ej., una superior y una inferior).

13 - Cárterde aceitedelmotor M67

Índice Explicación 1 Parte superior del cárter de aceite Como junta se utiliza una junta de acero. Las  juntas de corcho utilizadas en el pasado, presentaban un asentamiento que podía llevar a que las uniones atornilladas se soltaran. 3 Para que el funcionamiento de la junta de acero esté asegurada, no puede haber aceite en el revestimiento de goma durante su montaje. De lo contrario, la junta podría escurrirse desde su posición en la superficie de sellado. Por ello las superficies de brida

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Índice Explicación 2 Parte inferior del cárter de aceite deben limpiarse directamente antes de su montaje. Además hay que asegurarse de que se ha dejado escurrir el aceite del motor para que durante el montaje no se humedezcan de aceite ni la superficie de brida ni la junta de acero. 1 En el punto inferior se encuentra por lo general un tornillo de vaciado; sirve para extraer el aceite al efectuar el cambio de aceite.

Purga de aire del cárter del cigüeñal Cuando el motor está en marcha, hay gases que van a parar del cilindro al compartimento del cigüeñal (los llamados gases de fuga). Debido a la elevada presión que seforma en la cámara de combustión en la compresión y, sobre todo, durante el ciclo de trabajo, los gases quedan comprimidosentre el pistón y la pared del cilindro. Cuanto mayor seala presión en la cámara, más gases de fuga entrarán en el compartimento del cigüeñal. Estos gases contienen combustible sin quemar y restos de gases de escape. En el compartimento del cigüeñal se mezclan con el aceite de motor que allí está en forma de niebla o mezcla de aceite. La cantidad de gases de fuga depende por tanto de la carga del motor. Cuanto mayor sea esa carga, mayor será la presión de la cámara de combustión. Estos gases de fuga provocan una sobrepresión en el compartimento del

cigüeñal en comparación con el aire ambiente; debido a la carrera del pistón, dicha sobrepresión también depende del régimen del motor. Esta sobrepresión se encuentra, por supuesto, en todas las cavidades unidas al compartimento del cigüeñal (porejemplo en el retorno del aceite, en la cavidad de la cadena, etc.) y podría llevar a una pérdida de aceite en las juntas de cierre. Para evitarlo, se ha introducido la ventilación del cárter. Al principio se soltaba simplemente la mezcla de aceite de motor y gases de fuga a la atmósfera. Por motivos de protección medioambiental, desde hace un tiempo se aplican sistemas cerrados de purga del cárter. La purga del cárter conduce los gases de fuga, que ya están prácticamente libres de aceite de motor, al sistema de aspiración y se encarga de que no se produzca una sobrepresión en el cárter.

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Mecanismo de cigüeñal Cigüeñal El cigüeñal convierte los movimientos rectilíneos del pistón en movimientos giratorios.

14 - Movimiento de los componentes del mecanismo de cigüeñal

Índice 1 2 3

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Explicación Movimiento lineal Movimiento basculante Movimiento giratorio

La biela transmite la fuerza al cigüeñal y la convierte en par de giro. El cigüeñal se apoya en los cojinetes principales. Con frecuencia, el cigüeñal desempeña también las siguientes funciones: • Accionamiento de los grupos secundarios mediante transmisión por correa • Accionamiento del mecanismo de válvulas • Accionamiento de la bomba de aceite • En algún caso aislado, accionamiento de algún eje de compensación. La carga del cigüeñal es especialmente elevada en motores que ya transmiten pares elevados a bajas velocidades de giro. Estructura El cigüeñal consta de un solo elemento pero está dividido en varias áreas. El cigüeñal cuenta con muñones de cojinete principal dispuestos sobre un eje (eje de cigüeñal), que son los encargados del apoyo del cigüeñal. Los muñones de biela están dispuestos guardando una determinada distancia con respecto al eje de cigüeñal. Dichos muñones están unidos al cigüeñal mediante los denominados codos del cigüeñal.

15 - Cigüeñal de un motor de 10 cilindros en V

Índice Explicación 1 Alojamiento del amortiguador de vibraciones torsionales 2 Rueda dentada para accionar la bomba de aceite 3 Muñón de cojinete principal 4 Muñón del cojinete de biela La distancia del muñón del cojinete de biela del eje de cigüeñal determina la carrera del motor. El ángulo que forman los muñones de biela entre sí se denomina desplazamiento de muñones o ángulo de acodamiento. Este ángulo determina el intervalo de encendido de los distintos cilindros. Después de dos giros completos del cigüeñal o 720° se ha encendido una vez cada cilindro.

Índice Explicación 5 Lado de salida 6

Contrapeso

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Orificio del aceite Ruedas de cadena de la cadena de distribución

El ángulo de acodamiento se calcula en función del número de cilindros, el tipo constructivo (motor en V o en línea) y el orden de encendido. Para ello el objetivo es crear una marcha del motor lo más suave y uniforme posible.

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En principio puede decirse que el ángulo de acodamiento es, p. ej., de 72° en un motor de diez cilindros (720° dividido por el número de cilindros). Los muñones de biela y loscodos del cigüeñal provocan una distribución irregular de las masas que se compensa mediante contrapesos situados en el cigüeñal. En el cigüeñal están los orificios de aceite. Se encargan de suministrar aceite al cojinete de biela. Van desde el muñón de cojinete principal hasta el muñón de biela y está unidos al circuito de aceite del motor mediante el asiento del cojinete central. Cojinetes Como ya se comentó anteriormente, el cigüeñal está alojado en los muñones de cojinete principal. Por lo general, se dispone de un alojamiento en los dos lados de cada codo de biela. En un motor de seis cilindros en línea, hay siete cilindros principales, mientras que un motor de ocho cilindros en V cuenta con cinco. Los cojinetes principales sujetan el cigüeñal contra el cárter del cigüeñal. La parte sometida a carga se encuentra en el sombrerete. En este punto se acumula la fuerza resultante de la presión de la combustión. Sin embargo, el cigüeñal no toca el cárter del cigüeñal en los puntos de cojinete. Se utilizan semicojinetesqueenvuelvenporcompletolos muñones de cojinete principal. Estos semicojinetes disponen de una superficie de deslizamiento hecha de un material especial. La superficie de deslizamiento se encuentra en el interior, lo que significa que los semicojinetes no giran con el eje, sino que están fijados al cárter del cigüeñal. Hay seguridad de desgaste cuando las superficies de deslizamiento están separadas una de otra mediante una película de aceite. Así pues debe asegurarse un suministro suficiente de aceite. Esto ocurre idealmente desde la parte sin carga, en este caso del asiento del cojinete central. Mediante un orificio del aceite se suministra aceite de motor para la lubricación. La parte sin carga

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cuenta en todo el contorno con una ranura que mejora la distribución del aceite.

16 - Semicojinetes de un motor de 4 cilindros

Índice Explicación 1 Semicojinete axial en el asiento del cojinete principal 2 Semicojinete en el asiento del cojinete principal 3 Semicojinete en la tapa de cojinete principal 4 Semicojinete axial en la tapa de cojinete principal

3 Es importante manejar prudentemente los semicojinetes ya que una capa muy fina de metal antifricción no es capaz de compensar deformaciones plásticas. 1 Uno de los cojinetes desempeña además otra función. El cojinete axial se encarga de fijar el cigüeñal en sentido longitudinal. Un cigüeñal cuenta únicamente con un cojinete axial, ya que si se utilizan más pueden producirse deformaciones por una sobredeterminación. El cojinete axial proporciona superficies de tope para el cigüeñal y se apoya sobre la silleta de los cojinetes de bancada del cárter del cigüeñal.

Biela Las bielas se encargan en el mecanismo de cigüeñal de la conexión entre el pistón y el cigüeñal. Mediante ellas el movimiento rectilíneo del pistón se transforma en un movimiento giratorio en el cigüeñal. Además, transmiten las fuerzas resultantes de la presión de combustión de los pistones al cigüeñal. La biela es un componente sometido a aceleraciones elevadas, por lo que su peso tiene una gran influencia directa en la capacidad de rendimiento y la suavidad de marcha del motor. Por ello se le da mucha importancia a la optimización del peso de la biela con vistas a un motor más confortable. La biela está sometida a cargas provocadas por las fuerzas de la cámara de combustión y las fuerzas de inercia de masas (incluyendo las suyas propias).

Estructura La biela tiene dos ojos de biela. Con el ojo pequeño se establece la conexión con el pistón mediante el bulón del pistón. Debido al movimiento de desviación lateral de la biela durante un giro del cigüeñal, la fijación con el pistón debe ser giratoria. Esto se lleva a cabo con la ayuda de un cojinete de deslizamiento. Para ello se introduce a presiónun casquillo de cojinete en el ojo pequeño de la biela. Un orificio al final de este extremos de la biela (del lado del pistón) se encarga de rociar aceite sobre el cojinete. En el lado del cigüeñal se encuentra el ojo grande de biela partido. El ojo grande de la biela debe estar partido para poder alojar la biela en el cigüeñal. Mediante un cojinete de deslizamiento se asegura su funcionamiento. El cojinete de deslizamiento consta de dos semicojinetes. Un orificio del aceite en el cigüeñal se encarga de suministrar aceite de motor al cojinete.

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18 - Biela con división inclinada

17 - Biela dividida en posición recta

En los motores en V encontramos a menudo que el ojo grande de la biela presenta división inclinada.

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Índice 1 2 3 4 5 6 7

Explicación Orificio del aceite Cojinete de deslizamiento Vástago de biela Semicojinete Semicojinete Tapa del cojinete de biela Tornillo de biela

Pistón El pistón es el primer elemento de la cadena de piezas transmisoras de fuerza de un motor de gasolina. La función del pistón consiste en absorber las fuerzas de compresión generadas en la combustión y transmitirlas al cigüeñal a través del bulón y la biela. De esta forma, la energía térmica de la combustión se transforma en movimiento. El pistón, junto con los aros, debe estanqueizar la cámara de combustión de la salida de gas y del flujo de aceite de lubricación de forma fiable en cualquier condición de carga. El aceite lubricante de las superficies de contacto contribuye al efecto obturador. Los pistones pueden estar hechos de diferentes materiales, al igual que el

revestimiento de su superficie de deslizamiento. El material de la superficie de deslizamiento debe concordar con el de la pista de deslizamiento para garantizar la seguridad del funcionamiento del motor. Los pistones están sometidos a cargas elevadas: por un lado, cargas de naturaleza mecánica, generadas sobre todo por las fuerzas de la combustión; y, por otro, cargas térmicas debidas a las altas temperaturas que se producen en la cámara de combustión. Estructura Las zonas esenciales de un pistón son la cabeza del pistón, la parte de los anillos con el nervio de fuego, el cubo del bulón y el vástago (véase el siguiente gráfico).

19 - Pistones del motor N52

Índice 1 2 3

Explicación Cabeza del pistón Segmento de compresión Bulón

Índice 4 5 6

Explicación Falda del pistón Segmento rascador de aceite Segmento de compresión

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Los aros del pistón, el bulón del pistón y los dispositivos de seguridad de los bulones también se cuentan dentro del grupo del pistón. La cabezadel pistón conforma el cierre inferior de la cámara de combustión. En motores de gasolina puede ser plano, con relieve o ahuecado. La parte de los aros tiene en general tres ranuras anulares para alojar los aros del pistón, cuya función es hermetizar contra la salida de gases o aceites. Entre las ranuras anulares se encuentran los nervios entre ranuras. El nervio que se encuentra encima del primer aro de pistón se llama nervio de fuego. Dos segmentos de compresión y un segmento rascador de aceite completan en general el paquete de segmentos. El cubo del bulón aloja el bulón en el pistón.

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El vástago del pistón (parte inferior del pistón) se encarga de guiar el pistón en el cilindro. Las mediciones importantes en un pistón son el calibre, la longitud total y la altura de compresión. La altura de compresión es la distancia desde el eje del bulón del pistón hasta el borde superior de la cabeza del pistón. En un motor diésel moderno, la inyección directa hace que la cabeza del pistón adopte otra forma que permita que el combustible y el aire se mezclen mejor. Otra diferencia en los pistones de un motor diésel es que estos disponen en todo el contorno de un canal de refrigeración por el que fluye aceite de motor. De este modo se elimina el calor de la cabeza del pistón. Esto es necesario porque los pistones de los motores diésel están sometidos a una mayor carga térmica.

20 - Pistón

Índice 1 2 3

Explicación Cabeza del pistón Canal de refrigeración Portasegmentos

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Ranura del pistón, primer segmento 9 de compresión Ranura del pistón, segundo segmento de compresión

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Aros de pistón Los aros de pistón sin juntas metálicas que desempeñan las siguientes funciones: • Obturación entre la cámara de combustión y el cárter del cigüeñal • Conductividad térmica del pistón a la pared del cilindro • Regulación del suministro de aceite de la caja cilíndrica. Para que puedan desempeñar sus funciones es necesario que los aros de pistón estén en

Índice 6 7 8

Explicación Falda del pistón Bulón Cojinete de bronce para bulón del pistón Ranura del pistón, segmento rascador de aceite

contacto con la pared del cilindro y en la falda de la ranura del pistón. El contacto con la pared del cilindro se consigue con la fuerza de resorte de efecto radial del aro. A menudo, los segmentos rascadores de aceite disponen de un muelle adicional. El funcionamiento seguro de los aros de pistón depende especialmente de la calidad de la superficie del pistón, del aro de pistón y de la pared del cilindro, así como de la combinación de material.

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Los segmentos del pistón se diferencian en varios modelos según sus funciones. • Segmentos de compresión • Segmentos rascadores de aceite. Los segmentos de compresión se encargan de que pase la mínima cantidad posible de gases de combustión de la cámara de combustión - pasando entre la pared del cilindro y el pistón - al cárter del cigüeñal. Sólo así puede producirse suficiente presión en la cámara de combustión durante la combustión

para que el motor pueda desarrollar su potencia. También en el tiempo de compresión podría no haber suficiente compresión para el encendido si no estuvieran estos segmentos. Los segmentos rascadores de aceite regulan el contenido de aceite en las paredes del cilindro. Quitan el aceite lubricante que sobra de la pared del cilindro y se encargan de que no se queme. De esta forma también son responsables del consumo de aceite del motor.

Árboles de compensación Durante el funcionamiento del motor, el mecanismo del cigüeñal genera fuerzas de inercia. Dentro de estas, se distingue entre fuerzas por movimiento giratorio y fuerzas por desplazamiento de un punto a otro. Las fuerzas por movimiento giratorio del mecanismo del cigüeñal se compensan mediante contrapesos. En cambio, las fuerzas por movimiento de un punto a otro sólo se pueden compensar parcialmente. En un motor de seis cilindros en línea, estas fuerzas se neutralizan mutuamente. Sin embargo, en un motor de cuatro cilindros en línea se generan fuerzas de inercia en la dirección de los ejes de cilindro que provocan oscilaciones, impidiendo que el funcionamiento del motor sea completamente suave. Para minimizar este efecto se utilizan árboles de diferencial. Los árboles de diferencial mejoran así las propiedades de marcha suave y el comportamiento en cuanto a ruidos del motor. Esto se consigue mediante dos árboles contrarios provistos con masas de desequilibrio. Funcionamiento Los árboles de diferencial se disponen en los dos lados del cigüeñal. Cuentan con contrapesos de equilibrado cuyas fuerzas de inercia van dirigidas contra las fuerzas de inercia no compensadas del motor.

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21 - Principio árboles de diferencial 2ª disposición

Índice Explicación 1 Rueda dentada de accionamiento 2 Rueda dentada de accionamiento del árbol de diferencial 3 Rueda dentada de accionamiento del árbol de diferencial La frecuencia de las oscilaciones que se desea compensar equivale al doble del número de revoluciones del cigüeñal, por lo que los árboles de diferencial se accionan con el doble del número de revoluciones del cigüeñal. Uno de los árboles de diferencial gira en el mismo sentido que el cigüeñal, mientras que el otro lo hace en sentido contrario.

Amortiguación de oscilaciones torsionales La energía, que en el motor se transmite al cigüeñal, no es realmente uniforme. Por un lado, existen procesos de combustión periódicos que actúan sobre el cigüeñal casi con una fuerza irregular. Por otro, la transmisión de la fuerza al cigüeñal se modifica continuamente debido a la modificación del ángulo de la biela. Por tanto, el cigüeñal sufre continuas aceleraciones y deceleraciones. Esto provoca vibraciones torsionales en el cigüeñal. Estas vibraciones pueden actuar negativamente en el cigüeñal y en otros componentes anexos. Especialmente a determinados regímenes, las vibracionestorsionalespueden incrementarse y provocar un daño en el motor. Para compensar esto, existen sistemas de amortiguación de vibraciones torsionales. Amortiguador de vibraciones torsionales El amortiguador de vibraciones torsionales está montado en el extremo delantero del cigüeñal, es decir, en el lado opuesto al de salida de la fuerza. Consta de una arandela fija (masa pequeña) y un volante de inercia (masa grande). Ambas están unidas entre sí  mediante una capa intermedia de caucho y por ello pueden torcerse mutuamente en algunos grados angulares. La arandela fija está atornillada al lado frontal delantero del cigüeñal. El amortiguador de vibraciones torsionales compensa las vibraciones torsionales del cigüeñal. En caso de aceleración repentina el anillo de oscilación permanece rezagado algunos grados angulares por detrás del número de revoluciones del cigüeñal, mientras que con la toma de gas adelanta correspondientemente. El amortiguador de vibraciones torsionales no es sólo para la regularidad de marcha del motor, sino también es importante para un accionamiento uniforme y con poco desgaste

del árbol de levas y de la transmisión de correa. A menudo está integrado directamente en la polea. El siguiente gráfico muestra la estructura de un amortiguador de vibraciones.

22 - Amortiguador de vibraciones torsionales

Índice 1 2 3 4 5 6 7

Explicación Polea Capa de vulcanización Cojinete de deslizamiento Masa inercial Goma amortiguadora Goma amortiguadora Buje

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Volante de inercia Por lo general, el volante de inercia se encuentra en el extremo posterior del cigüeñal, es decir, entre el motor y la caja de cambios. Puede almacenar energía durante el ciclo de trabajo y transmitirla posteriormente. Esta energía sirve para superar los "ciclos de marcha en vacío" y los puntos muertos. El volante de inercia incrementa el denominado par de inercia de masas del motor. Cuanto mayor es el par de inercia de masas de un cuerpo, más difícil resulta ponerlo en movimiento y aún más detenerlo. Esto hace que la transformación en movimiento sobre todo de los impulsos

23 - Funcionamiento de un volante de inercia de dos masas

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pequeños de movimiento que se producen con fuerza irregular resulte lento. En consecuencia, no es sencillo hacer que un cuerpo con esta amortiguación comience a oscilar. Volante de inercia de dos masas (ZMS) Los procesos periódicos de combustión del motor en los vehículos con caja de cambio manual generan vibraciones torsionales en la correa de transmisión. Esto provoca ruidos en la caja de cambios que incluso se pueden transmitir a la carrocería. Para evitarlo, se utiliza un volante de inercia de dos masas (ZMS).

En un volante de inercia de dos masas se divide en dos partes la masa de un volante de inercia convencional. Una parte está unida de forma fija al motor y contribuye a su par de inercia de masas. Este es el lado primario. La segunda parte va unida a la caja de cambios e incrementa su par de inerciade masas.Ambas masas inerciales están unidas por un sistema de muelle/amortiguación. De esta forma, la

masa inercial del motor está desacoplada de la caja de cambios. El funcionamiento es igual al del amortiguador de vibraciones torsionales. Mientras la masa del volante de inercia unida al motor se encarga de las irregularidades del motor, no se modifica la velocidad de la masa unida a la caja de cambios en caso de número constante de revoluciones del motor.

Accionamiento del árbol de levas En los motores modernos se trata de mecanismos de accionamiento porcabeza. Es decir, que el accionamiento de válvulas y con ello el control del motor se encuentra en la culata. Los árboles de levas tienen la tarea de asegurar este control de cerrar y abrir las válvulas. Los árboles de levas están accionados casi siempre por mecanismo de tracción, es decir, cadenas de distribución o correas dentadas. Existe además un accionamiento de engranajes rectos. En el motores actuales se utilizan cada vez menos las correas dentadas. Aunque ofrecen una buena suavidad de marcha a un precio económico,presentan la desventaja de quese deben cambiar regularmente. En su lugar se utilizan con más frecuencia cadenas de distribución. El mecanismo de cadenas clásico establece una rígida conexión entre el cigüeñal y el árbol de levas. En este caso rígido significa que se trata de una desmultiplicación fija de 2:1 (dos giros en el cigüeñal generan un giro del árbol de levas). Esta multiplicación se crea mediante una rueda de cadena situada en el árbol de levas el doble de grande que la que hay en el cigüeñal. Esto hace que la posición de los árboles de levas con respecto a los cigüeñales esté predeterminada, es decir, sea fija. Pero esta conexión rígida no es siempre la mejor, no permite ningún tipo de variabilidad de las fases de distribución durante el

funcionamiento. Para solucionar esto se han desarrollado sistemas como, p. ej., el control variable de árbol de levas (VANOS). Estructura Hay multitud de diseños distintos de mecanismos de cadenas. Pero las diferencias básicas sólo afectan mayormente al tipo de construcción y al curso de la(s) cadena(s). Independientemente del diseño constructivo cadamecanismodecadenasposeeunarueda de cadena en el cigüeñal, guías de cadena, tensores de cadena con rieles tensores, una alimentación de aceite, una rueda de cadena en un árbol de levas y finalmente la propia cadena. En general se intenta mantener la longitud de la cadena tan corta como sea posible. El lado sin carga de la cadena se denomina ramal arrastrado. La cadena se tensará siempre en el ramal arrastrado. Esto ocurre mediante un riel tensor sobre el que actúa un tensor de cadena. De la alimentación de aceite se encarga o bien boquillas de inyección de aceite, que rocían la cadena con aceite del motor, o bien orificios de aceite en los rieles de guía. En muchos motores la bomba de aceite también se acciona mediante una cadena por el cigüeñal.

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24 - Mecanismo de cadenas en un motor en V

Índice Explicación 1 Riel de guía superior de la bancada de cilindros 1 2 Piñón del árbol de levas de admisión, bancada de cilindros 1 3 Cadena de distribución de la bancada de cilindros 1 4 Riel de guía de la bancada de cilindros 1 5 Tensor de cadena de la bancada de cilindros 2 6 Riel de guía de la bancada de cilindros 2 7 Piñón del árbol de levas de admisión, bancada de cilindros 2 8 Riel de guía superior de la bancada de cilindros 2 9 Piñón del árbol de levas de escape, bancada de cilindros 2

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Índice Explicación 10 Cadena de distribución de la bancada de cilindros 2 11 Riel de guía de la bancada de cilindros 2 12 Cadena para el accionamiento de la bomba de aceite 13 Rueda de cadena de la bomba de aceite 14 Rueda de cadena del cigüeñal 15

Boquilla de inyección de aceite

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Riel tensor de la bancada de cilindros 1 Tensor de cadena de la bancada de cilindros 1 Piñón del árbol de levas de escape, bancada de cilindros 1

17 18

Accionamiento de válvulas Árboles de levas Los árboles de levas controlan el cambio de gases y con ello la combustión. Su tarea principal es abrir y cerrar las válvulas de admisiónydeescape.Estánaccionadosporel cigüeñal. Su movimiento giratorio está en una relación 1:2 con el movimiento giratorio del cigüeñal. El árbol de levas funciona pues sólo con la mitad de la velocidad del cigüeñal. Esto se consigue mediante una desmultiplicación de las ruedas de cadena. La posición con respecto al cigüeñal también está definida con exactitud. Para configurar el accionamiento de válvulas tan rígido como sea posible, es decir, mantener tan corto como se posible el recorrido de la transmisión desde el árbol de levas hasta las válvulas, los motores modernos tienen los árboles de leva situados arriba. Los motores con dos válvulas por cilindro tienen porlogeneralunárboldelevascomúnparalas válvulas de admisión y de escape. Los motores actuales con cuatro válvulas por cilindro tienen un árbol de levas para las válvulas de admisión y otro para las de escape (en los motores en V hay uno por bancada de cilindros, lo que hace un total de cuatro). Al abrir las válvulas se transmite una fuerza desde la leva a través de uno o más elementos de accionamiento hasta llegar a la válvula (el elemento que está en la leva se llama seguidor de leva). La válvula se abre entonces contra la

fuerza del muelle de válvula. Al cerrar, la válvula se cierra mediante la fuerza del muelle de válvula y se mantiene cerrado en la zona del círculo base. La transmisión de la fuerza del árbol de levas al seguidor de leva provoca una carga del árbol de levas sobre el giro y torsión. Estructura Una parte integrante del árbol de levas es el vástago ondulado con forma de cilindro. Según el modelo puede ser hueco o macizo. Encima están dispuestas cada una de las levas. El soporte de las fuerzas de accionamiento se lleva a cabo mediante un cojinetedelárboldelevas.Enlamayoríadelos motores, el alojamiento se realiza directamente en el vástago del árbol de levas. La superficie en este punto está pulida. Un orificio de aceite en el punto de apoyo de la culata se encarga de la lubricación necesaria. Un cojinete es responsable de la guía axial. Mediante una rueda de cadena se lleva a cabo el accionamiento del cigüeñal. En algunos motores, ruedas de cadena o dentadas adicionales se encargan del accionamiento de un árbol de levas a otro. Estas ruedas de cadena o dentadas pueden haber estado unidas o abridadas junto con el árbol de levas.

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25 - Árbol de levas

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Índice Explicación 1 Punto de apoyo con superficie de tope para la guía axial 2 Referencia para el sensor de árbol de levas 3 Tuerca de dos caras para apoyar la herramienta especial

Índice Explicación 4 Ancho de boca

El árbol de levas puede contar además con dientes que actúan como referencia para el sensor de árbol de levas. El Servicio Posventa también necesitará un anillo de tuerca de dos

caras, para asentar la herramienta especial y conseguir la posición correcta y un ancho de boca para apoyar el árbol de levas en los trabajos de montaje.

5

Leva

6

Punto de apoyo

Forma de la leva La forma de la leva, o sea, el perfil de su sección transversal, determina el recorrido de la carrera de la válvula. Éste es la mayoría de las veces un compromiso para un llenado óptimo del cilindro en toda la gama de régimen. El siguiente gráfico muestra la sección transversal de una leva con sus distintas zonas.

26 - Sección transversal de la leva

Índice 1 2 3 4

La forma de la leva se describe a través de estos cuatro conceptos básicos. El seguidor de leva, que toma el movimiento de la leva y lo transmite a la válvula, recorre este perfil. En la zona del círculo base se cierra la válvula. En un accionamiento de válvulas con ajuste mecánico, existe un juego, es decir, una pequeña separación, entre el círculo base y el seguidor de leva. En el flanco de la leva se abre la válvula o se cierra. Cuanto más inclinado seael flanco, más rápido se abrirá o se cerrará la válvula. Los flancos también pueden estar torcidos. Las levas con un flanco recto reciben también el nombre de levas tangentes. La punta de leva marca la abertura máxima de la válvula. Cuanto más ancha sea la punta de leva, más largo será el tiempo de abertura de la válvula. Sin embargo puede haber radios en los que el seguidor de leva se despegue de la leva debido a su aceleración. La distancia del círculo base a la punta de leva es la carrera de leva. La transmisión del movimiento de leva a la válvula depende del elemento que se transmite. Un taqué de copa, por ejemplo, transmite un movimiento 1:1. Con el balancín flotante de rodillo la desmultiplicación depende de la longitud de la palanca.

Explicación Carrera de leva Punta de leva Flanco de leva Círculo base

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Elementos de transmisión La transmisión del movimiento de leva a la válvula es tarea del balancín, la biela de arrastre o el taqué. Por este motivo, estos elementos se llaman también elementos de transmisión. El elemento de transmisión sigue el perfil de leva, transforma el movimiento directo o indirecto (con desmultiplicación). Se concede un valor especial a la transmisión rígida y a un peso reducido. Unatransmisión rígida asegura que la curva de la carrera de la válvula tome el curso deseado. Sólo de esta forma puede controlarse con exactitud el llenado óptimo del cilindro. Se necesita un menor peso para mantener las fuerzas de inercia reducidas.

Balancín Los balancines están entre los accionamientos de válvulas accionados indirectamente. El balancín está alojado en medio de un eje. El árbol de levas está colocado en un extremo por debajo de la palanca. La válvula de admisión y de escape del motor se acciona en el lado opuesto de la palanca. En los motores modernos apenas se utilizan balancines. Biela de arrastre Las bielas de arrastre también son un componente de un accionamiento de válvulas con accionamiento indirecto. No están alojados en un eje. Se apoyan en un extremo directamente en una culata o en un elemento de compensación hidráulico del juego de válvulas. El lado opuesto descansa sobre la válvula. La leva del árbol presiona desde arriba hacia el centro de la biela de arrastre.

27 - Accionamiento de válvulas con biela de arrastre

Índice Explicación 1 Árbol de levas de admisión 2 Elemento de compensación hidráulico de juego de válvulas 3 Guía de válvula 4 Válvula de admisión

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Índice Explicación 5 Válvula de escape 6 Muelle de válvula 7 8

Biela de arrastre Árbol de levas de escape

Hoy en día, se utilizan casi exclusivamente bielas de arrastre como balancín flotante de rodillo.

28 - Balancín flotante de rodillo

Índice Explicación A Balancín flotante de rodillo lado superior B 1

Balancín flotante de rodillo lado inferior Rodillo con alojamiento de aguja para toma de leva

En el balancín flotante de rodillo no se transmite el movimiento de la leva mediante una superficie de deslizamiento, sino mediante un rodillo con rodamientos. Esto, en comparación con la palanca de arrastre de superficie de deslizamiento o el accionamiento de válvulas de taqués de copa, lleva a una reducción de la energía de rozamiento justo en la gama inferior de régimen importante por su reducción de consumo.

Índice Explicación 2 Semiesfera para apoyarse con el elemento de compensación hidráulico de juego de válvulas 3 Superficie de accionamiento que presiona sobre la válvula

Taqué Los taqués están entre los accionamientos directos de las válvulas de admisión y escape, ya que el movimiento de la leva no se desvía ni sobrecarga. El accionamiento directo ofrece siempre una rigidez muy buena en espacios compactos y masas sujetas a un movimiento relativamente reducido. Los taqués se llevan a la culata y transmiten un movimiento rectilíneo.

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29 - Accio namientodeválvulas con taqué

Índice Explicación 1 Árbol de levas de admisión 2 Guía de válvula 3 4

Válvula de admisión Válvula de escape

En un accionamiento de válvulas con taqué y compensación hidráulica del juego de válvulas, los elementos de compensación hidráulica del juego de válvulas son un componente del taqué. Los más usados son los taqués de copa. Como ya indica el término, los taqués de copa

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Índice Explicación 5 Muelle de válvula 6 Taqué de copa con compensación hidráulica del juego de válvulas 7 Árbol de levas de escape tienen forma de copa que se asienta boca abajo sobre el extremo del vástago de válvula. Para conseguir un rodaje uniforme de la superficie de contacto de la biela, debe rotar el taqué de copa. Esto se consigue mediante un pequeño desplazamiento de la leva hasta el taqué de copa (en dirección al eje del árbol de levas).

Compensación hidráulica del juego de válvulas (HVA) Las válvulas deben poder cerrase sin problemas en cualquier estado de servicio del motor, para • evitar una pérdida de potencia debido a un descenso de la compresión y de la presión de combustión, y • derivar el calor resultante a través de la culata al líquido refrigerante. Las válvulas que no cierran perfectamente no sonherméticas.Estointerrumpeporunladoel flujo de calor de los platillos de válvula a la culata. Por otro lado, los gases calientes de la combustión fluyen con elevada velocidad por el estrecho intervalo de aire y pueden calentar extremadamente los platillos de las válvulas de escape. Esto puedeprovocar autoencendidos en los motores de gasolina que causarían dañosenelpistón.Perolasválvulasdeescape también pueden quemarse, es decir, perder toda su hermeticidad y llevar a una fuerte pérdida repentina de potencia.

• Un juego de válvula demasiado grande acorta las fases de distribución, es decir, las válvulas se abren más tarde y se cierran antes • Un juego de válvula demasiado pequeño alarga las fases de distribución, es decir, las válvulas se abren antes y se cierran más tarde.

Elemento de compensación hidráulico de juego de válvulas Una compensación hidráulica del juego de válvulas (HVA) tiene las siguientes tareas: • Debe mantener el juego de válvulas siempre igual a cero bajo cualquier condición de servicio • Debe hacer que el ajuste del juego de válvula resulte superfluo, incluso después de un tiempo de funcionamiento largo del motor. Para ello se utiliza el denominado elemento de Ajuste mecánico del juego de válvula compensación hidráulico de juego de válvulas. Puede presentarse en dos tipos diferentes, La hermetización deseada de las válvulas en según el accionamiento de la válvula: como caso de ajuste manual del juego sólo es componente de un taqué de copa o como posible si en el estado de cierre hay juego propio sobre el que descansa la entre el vástago y el accionamiento de válvula. elemento biela de arrastre. Como el juego de válvulas cambia con la temperatura cambiante del motor, debe La función del elemento de compensación ajustarse lo suficientemente grande. hidráulico de juego de válvulas es en principio la misma, independiente del tipo de Un juego de válvula demasiado grande construcción. produce ruidos desagradables, así como cargas impulsivas y que aumentan el El elemento de compensación hidráulico de desgaste.  juego de válvulas está diseñado de tal forma que se llena de aceite y se va dilatando El juego de válvula influye en las fases de hasta que el juego de válvulas es distribución del motor y con ello en la potencia lentamente igualacero.Sienestasituaciónlalevaacciona del motor, el comportamiento de marcha, el la válvula, el elemento de compensación no se consumo de combustible y los valores de puede comprimir tan rápidamente. El gases de escape: movimiento se transmite por completo a la válvula.

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Válvulas En los motores BMW se utilizan exclusivamente válvulas elevadoras como elemento de cierre de los canales de cambio de gases. Las válvulas de admisión y escape son elementos de precisión del motor que están sujetas a grandes esfuerzos. Sus tareas son: • Bloqueode los canales decambio degases • Control del cambio de gases • Obturación entre la cámara de combustión. La válvula siempre cumple con su función de hermeticidad en contacto con el anillo de asiento de válvula. Las válvulas de admisión y escape están sujetas a diferentes cargas. Ambas tienen en común las cargas debidas al movimiento. Las válvulas de escape reciben mucha carga térmica adicional debido a los gases de escape, mientras que las válvulas de admisión serefrigeranporelbañodegasfresco.Elcalor es conducido desde las válvulas por un conducto de propagación del calor a través del asiento de válvula. Debido a las diferentes cargas se utilizan diversos materiales para las válvulas de admisión y de escape. Las válvulas forman junto con la guía de válvula y los muelles de válvulas un grupo que se describe a continuación. El siguiente gráfico le da una idea general sobre este grupo en el estado de montado.

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30 - Válvula en estado de montada

Índice 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Explicación Piezas cónicas Junta de vástago de válvula Tapa de resorte de válvula inferior Canal de cambio de gases Anillo de asiento de válvula Culata Guía de válvula Muelle de válvula Tapa de resorte de válvula superior

Estructura Esencialmente son válvulas que están divididas en tres grupos: válvulas monometal, válvulas bimetal y válvulas huecas. Las válvulas monometal están fabricadas de un material se les ha dado la forma deseada forjándolas. En el caso de las válvulas bimetales el vástago y la cabeza de válvula están hechos por separado y a continuación unidos por soldeo de fricción. Tiene la ventaja de que se utiliza el mejor material en cada caso para el vástago y la cabeza. Las válvula bimetal están ajustadas para válvulas de escape, ya que esta ventaja resulta muy eficaz en este caso. Así la cabeza de válvula está hecha de un material que es totalmente adecuado para las altas temperaturas, mientras que el vástago consta de un material muy resistente al desgaste. Las válvulas huecas se describen aparte (véase más abajo). Independientemente de si las válvulas están hechas de uno o más materiales, o de si son huecas o no, básicamente tienen la misma estructura.

Índice 1 2 3 4 5 6 7 8

Una válvula se divide en cabeza de válvula, asiento de válvula y vástago de válvula (véase gráfico). El asiento de válvula forma junto con la anillo de asiento de válvula una sola unidad de funcionamiento. Por este motivo se describen juntamente el anillo de asiento de válvula y el asiento de válvula.

Explicación Rebaje Diámetro de vástago de válvula Garganta Cabeza de válvula Altura de asiento Diámetro del plato Diámetro de asiento Ángulo de asiento

31 - Estructura de una válvula

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La cabezadeválvula es toda la parte inferior de la válvula y aloja el platillo de válvula y la garganta. En este punto se acumula la fuerza resultante de la presión de la combustión. La altura del plato está correspondientemente diseñada. El asiento de válvula se encarga de la hermetización entre la cámara de combustión y el canal de gas. Además aquí tiene lugar la conducción de calor desde la válvula a la

culata.Lasuperficiedelasientodeválvulaesla superficie con la que la válvula cerrada se apoya sobre el anillo de asiento de válvula de la culata. El ancho de la superficie de asiento de válvula no es uniforme: las superficies estrechas mejoran la hermetización, pero empeoran la transmisión de calor. La posición correcta del asiento es importante. El siguiente gráfico muestra las posibles posiciones de asiento de la válvula.

32 - Posición del asiento de válvula

Índice Explicación Índice Explicación A Asiento de válvula demasiado hacia 1 Anillo de asiento de válvula afuera B Asiento de válvula demasiado hacia 2 Superficie de asiento de válvula adentro C Asiento de válvula correcto Si el asiento de válvula está en el borde exterior del platillo, entonces la carga mecánica de la válvula es muy elevada. Si está muy hacia adentro, entonces la transmisión del calor del borde exterior es insuficiente; además, la sección transversal de apertura será menor. El ángulo de asiento de válvula es el ángulo entre el asiento de válvula y un plano (imaginario) vertical con el vástago de válvula. La hermetización y el desgaste también dependen del ángulo de asiento de válvula. En la válvula de admisión el ángulo de asiento de válvula influye además en la entrada de gas fresco y con ello en la formación de la mezcla. El anillo de asiento de válvula es exactamente como la guía de válvula un componente que se ha montado en la culata.

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Debido a su relación funcional con la válvulase describe a continuación. Las culatas de aluminio de los motores modernos están equipadas exclusivamente con anillos de asiento de válvula. El material del que está hecha la culata no ofrece propiedades adecuadas para los asientos de válvula. El anillo de asiento de válvula forma con la válvula un emparejamiento de materiales que debe cumplir con su tarea incluso después de muchos millones de ciclos de trabajo. El vástago de válvula sirve para guiar la válvula en la guía de válvula y va desde el rebajedel alojamiento de las piezas cónicas de válvula hasta el paso a la garganta o bien a los bordes rascadores.

Válvulas huecas La aplicación de válvulas huecas se lleva a cabo por el lado de escape para reducir la temperatura en la zona de la garganta y de los platos. Para ello las válvulas tienen en esta zona una cavidad.

33 - Válvula hueca

Índice 1 2 3

Explicación Vástago de válvula Cavidad Cabeza de válvula

Para transportar calor, la cavidad del vástago se llena hasta un 60% de su volumen con un material (sodio metálico) que se funde a 97,5  ° C. Este material se agita dentro de la

cavidad según el régimen del motor. Unaparte del calor que se genera en la garganta y en la cabeza de válvula es transportada mediante el fluido hacia la guía de válvula y desde allí es dirigida al circuito de refrigeración. La reducción de temperatura obtenida es considerable. 3 Cuando se vaya a eliminar una válvula de escape rellena de sodio debe prestarse mucha atención a las normas de seguridad. Un manejo inapropiado de una válvula de escape rellena de sodio significa peligro de explosión. Cuando se vayan a eliminar estas válvulas, no se pueden fundir o deformar sin antes haber retirado el sodio que tienen en su interior. Se ruega que al eliminar el relleno de sodio se proceda con cuidado, pues el sodio reacciona explotando al entrar en contacto con componentes con agua. El hidrógeno que se produce puede provocar un incendio. 1 Guía de válvula La guía de válvula se encarga de que la válvula esté centrada en su asiento de válvula y de que pueda transmitirse el calor de la cabeza de la válvula a la culata a través del vástago de válvula. Para ello se precisa de un juego óptimo entre el taladro de guía y el vástago de válvula. En el caso de que el juego sea demasiado pequeño, la válvula tiende a atascarse; si es demasiado grande, impide la eliminación de calor. Se pretende conseguir el mínimo juego de guía de válvula posible. Para que el funcionamiento de la válvula sea perfecto es necesario que el desplazamiento decentrosentrelaguíadeválvulayelanillode asiento se encuentre dentro de los límites de tolerancia. Un desplazamiento de centros muy grande causaría una deformación del platillo de válvula contra el vástago. Esto puede provocar una avería prematura. Pero las consecuencias también pueden ser falta de estanqueidad, mala transferencia de calor y un elevado consumo de aceite.

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Pieza cónica de válvula Las piezas cónicas de la válvula tienen la tarea de conectar la tapa de resorte de válvula con la

válvula. Se diferencia entre conexiones que se enclavan y conexiones que no se enclavan.

34 - Piezas cónicas de la válvula que se enclavan y que no se enclavan

Índice Explicación A Conexión que no se enclava B 1

Conexión que se enclava Tapa de resorte de válvula

En una conexión que no se enclava (A) las mitades de las piezas cónicas (2) se apoyan unas con otras cuando están montadas. De esta forma permiten que haya un juego entre las piezas cónicas y el vástago de válvula, lo que permite un giro de la válvula. Este giro favorece al comportamiento de entrada y a la limpieza del asiento de válvula. En caso de una conexión que se enclave (B) después del montaje queda una ranura entre las mitades de las piezas cónicas. Con ello se enclava la válvula entre las mitades de las piezas cónicas y se impide una torsión excesiva.

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Índice Explicación 2 Pieza cónica de válvula que no se enclava 3 Pieza cónica que se enclava 4 Vástago de válvula Estas piezas cónicas de enclave (3) llamadas piezas cónicas de válvula tienen preferencia en motores con un elevado número de revoluciones. Muelles de válvula El muelle de válvula tiene la tarea de controlar el cierre de la válvula, es decir, debe seguirse a la leva de forma que ella misma se cierre a tiempo incluso en régimen máximo. Además, la fuerza debe ser tan grande, que se impedirá que la válvula oscile directamente después de que se cierre (llamado también salto posterior). Al abrir debe evitarse que la válvula se levante de la leva (sobrevolar).

Lubricación Aceite de motor Básicamente, los aceites de motor se clasifican conforme a dos criterios: • Viscosidad • Calidad. Viscosidad La viscosidad es una medida que indica la resistencia a fluir del aceite. La siguiente tabla muestra las relaciones.

Viscosidad baja elevada

Fluidez del aceite fluye fácilmente no fluye fácilmente

Cuanto mayor sea la viscosidad, mayor será la resistencia que presenta el aceite contra el desplazamiento de dos superficies próximas. Esta resistencia también se denomina fricción interna. El grado de viscosidad varía según el tipo de aceite. En general, aumenta a medida que sube la temperatura.

También difiere de un tipo de aceite a otro el grado en que la viscosidad varía según la temperatura. El gráfico muestra que a 0  °C un aceite puede tener una viscosidad superior que otro aceite, pero puede ser inferior si la temperatura es de, p. ej., 60  °C. La selección de un aceite de motor con la viscosidad adecuada depende fundamentalmente de los siguientes factores: • Arranque en frío • Funcionamiento en caliente. Al realizar el arranque en frío, los aceites de motor deben ser suficientemente fluidos como para generar la menor resistencia posible. Esto es imprescindible para un arranque rápido del motor. Además, se garantiza que la bomba de aceite pueda transportar el aceite de forma segura y suficientemente rápida a los puntos de lubricación. En cambio, el aceite no debe ser demasiado fluido si la temperatura del motor es elevada, yaqueestopodríadañarlacapacidaddecarga de la película lubricante. Índice 1 2 3 4

Explicación Temperatura Viscosidad Aceite 1 Aceite 2

35 -

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Clases de viscosidad SAE La Society of  Automotive Engineers (sociedad de ingenieros de automoción) estableció clases de viscosidad con el fin de facilitar la selección de aceites de motor y cambio para diferentes rangos de temperatura. Por un lado, hay aceites monogrado, que están diseñados para un determinado margen de temperaturas, p. ej., aceites de invierno (SAE 10W, SAE 20W) o aceites de verano (SAE 30, SAE 50). Por otro, existen los llamados aceites multigrado, aptos para ser usados en cualquier época del año, p. ej., SAE 15W-50. En los motores modernos se utilizan exclusivamente aceites multigrado. Estos aceites se distinguen además por otras propiedades, como la calidad o el tipo de aditivos añadidos. 3 Para cada motor existen determinados aceites de motor homologados. Para saber

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qué aceite le corresponde a un determinado motor, se debe consultar el TIS. 1 Cantidad de aceite Para cada motor hay prescrita una cantidad de aceite concreta que se debe respetar ya que sólo así se garantiza que el circuito de aceite pueda cumplir sus funciones. Si el motor tiene poco aceite, no se puede mantener la presión de aceite. Esto hace que los puntos de lubricación no reciban suficiente aceite, causando así daños en el motor. También un exceso de aceite daña el motor. Por un lado, si el nivel es elevado, el cigüeñal comienza a "flotar" en el aceite. Por otro, puede generarse una sobrepresión en el cárter del cigüeñal que dañe las juntas. 3 Por tanto, es imprescindible que el motor cuente con la cantidad de aceite prescrita. Si hay poco aceite, no se garantiza que los puntos de lubricación reciban el suministro necesario. 1

Bomba de aceite La bomba de aceite tiene la función de impulsar el aceite del motor por el circuito de aceite. Debe garantizar una presión de aceite suficiente en caso de que el caudal de alimentación sea alto. A través de un tubo de aspiración, la bomba succiona el aceite contenido en el cárter de aceite y lo dirige al lado de presión. En los motores para vehículos se utilizan diferentes tipos de bombas. Para explicar el funcionamiento básico tomaremos como ejemplo la más sencilla, la bomba de aceite de rueda recta.

36 - Bomba de aceite de rueda recta

En esta bomba de aceite se engranan dos ruedas dentadas en la parte exterior, de las cuales una está accionada. Las cabezas de los dientes que no están en uso se deslizan a lo largo de la caja de bomba desplazando así  aceite de la zona de aspiración a la cámara de presión. La bomba de aceite es accionada por el cigüeñal, normalmente a travésde unacadena o de una rueda dentada. La capacidad volumétrica de la bomba de aceite depende del régimen del motor. Para que se genere suficiente presión de aceite aunque el régimen sea bajo, la bomba debe ser suficientemente grande. La desventaja de esto es que, a un régimen elevado, el flujo transportado es demasiado elevado. En sí, esto no provoca ningún daño porque se purga el excedente de presión; sin embargo, presenta como aspecto negativo que la bomba requiere del motor más potencia de la realmente necesaria. Por este motivo, los motores más actuales cuentan con bombas de aceite en las que se puede modificar la capacidad volumétrica. Índice 1 2 3 4 5 6 7 8

Explicación Caja de la bomba de aceite Aceite a presión Cámara de presión Rueda dentada Árbol de accionamiento Zona de aspiración Aceite aspirado Rueda dentada

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Válvula de limitación de la presión La válvula de limitación de la presión está colocada en el lado de presión. Funciona como elemento de seguridad en caso de presión excesiva del aceite, p. ej., si el régimen del motor es elevado o si se efectúa el arranque con el aceite frío. Eso protege la bomba de aceite y su accionamiento, así  como el filtro de aceite de corriente principal y el radiador de aceite. Esta medida permite limitar a un valor máximo la presión de aceite en el circuito de lubricación bajo cualquier condición de servicio. La válvula de limitación de la presión se coloca en el punto más

37 - Funcionamiento de la válvula de limitación de la presión

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cercano posible detrás de la bomba de aceite, a menudo incluso en la propia caja de la bomba. Funcionamiento Un pistón situado en el circuito de aceite cierra mediante fuerza elástica una abertura a través de la cual puede fluir aceite de motor desde el lado de presión al de aspiración. Sobre el pistón actúan dos fuerzas opuestas: la fuerza elástica y la presión de aceite.

Índice Explicación A Válvula de limitación de la presión cerrada B Válvula de limitación de la presión abierta 1 Válvula de limitación de la presión 2 Filtro de aceite 3 Bomba de aceite 4 Cárter de aceite Al aumentar la presión del aceite, se presiona el pistón y la abertura queda abierta. El aceite fluye desde el lado de presión y la presión se reduce. La fuerza del muelle está diseñada de tal modo que al alcanzar la presión máxima determinada se produce un equilibrio entre la fuerza elástica y la fuerza que ejerce el aceite sobre el pistón. Por lo general, la presión que actúa sobre el pistón se toma del circuito de aceite situado

Índice Explicación 5 Conducto de aceite hacia los puntos de lubricación del motor 6 Presión de aceite 7 8 9 10

Muelle de presión Lado de presión Retorno al cárter de aceite Pistón

después del filtro, pues es aquí donde se encuentra la presión de aceite realmente efectiva. Si se tomase la presión existente antes del filtro, se produciría demasiado pronto la regulación de la presión en caso de que el filtro estuviese ligeramente obstruido, por lo que la presión de después del filtro no sería suficiente para el suministro del motor.

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Filtro de aceite Los filtros de aceite limpian el aceite y deben impedir que las partículas de suciedad penetren en el circuito de aceite y, con ello, que lleguen a los puntos de lubricación. De esta forma se evita que se produzca un deterioro prematuro del aceite del motor

debido a impurezas sólidas, como p. ej., partículas metálicas o de polvo, hollín, etc. Sin embargo, los filtros de aceite no pueden eliminar las impurezas en estado fluido o que estén disueltas en el aceite.

38 - Filtro deaceiteconválv ula de desviación del filtro

Índice 1 2 3 4 5

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Explicación Válvula de desviación del filtro Tapa del filtro de aceite Carcasa del filtro de aceite Anillo obturador Orificio de salida del aceite para cambio de filtro

Índice 6 7 8 9 10

Explicación Anillo obturador Válvula de bloqueo de retorno Caudal de aceite Filtro de aceite Caudal de aceite a través de la válvula de desviación del filtro

En los actuales motores para vehículos se utiliza un filtro de aceite de corriente principal. Como se deducedel propio término, este filtro se encuentra en la corriente principal, entre la bomba de aceite y los puntos de lubricación del motor. Esto significa que todo el aceite impulsadoporlabombaatraviesaelfiltroantes de llegar a los puntos de lubricación. Así se garantiza que estos reciban sólo aceite filtrado.

Válvula de desviación del filtro Para garantizar el suministro de aceite a los puntos de lubricación aunqueel filtro de aceite de corriente principal esté sucio, además de éste se instala una válvula de desvío (válvula de cortocircuito). Si la presión de aceite aumenta porque el filtro está obstruido, se abre la válvula para que el aceite, aunque sin filtrar, llegue a los puntos de lubricación.

Válvula de bloqueo de retorno Las válvulas de bloqueo de retorno se utilizan para evitar que, p. ej., el filtro o los canales de aceite se vacíen. Se trata de válvulas de retenciónquesólopermitenqueelaceitefluya en un sentido, bloqueando el sentido opuesto.

Sin estas válvulas, el filtro y los canales de aceite se vaciarían al estar el motor parado. Si esto pasase, y sobre todo si el tiempo de parada fuese prolongado, los puntos de lubricación no recibirían aceite en el momento mismo de realizar el arranque, sino con retardo. 3 Al realizar una reparación hay que asegurarse de que no entren impurezas en la válvula de bloqueo de retorno o en los canales de aceite. De lo contrario podría producirse una falta de estanqueidad. Los canales de aceite se vaciarían y, especialmente después de un largo período con el motor parado, podrían aparecer ruidos después del arranque del motor o una mala marcha después del arranque del motor. 1

39 - Válvula de bloqueo de retorno

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Boquillas de inyección de aceite Las boquillas de inyección de aceite se utilizan para llevar aceite para lubricación o refrigeración a determinados puntos de piezas móviles, a los que no se podría acceder a través de canales. Boquilla de inyección de aceite para la refrigeración del fondo del émbolo La boquilla de inyección de aceite suministra aceite refrigerante a la parte inferior del pistón.

Se inyecta exactamente en el canal de refrigeración y allí se acumula. La carrera del pistón hace circular el aceite. El aceite se desplaza en el canal mejorando así el efecto de refrigeración. A través de distintos orificios, el aceite refluye.

40 - Boquilla de inyección de aceitepara la refrigeración del fondo del émbolo

Índice Explicación 1 Pistón 2 Canal de refrigeración

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Índice Explicación 3 Boquilla de inyección de aceite

3 La boquilla de inyección de aceite pulveriza aceite para refrigerar el fondo del pistón. Para conseguir una refrigeración óptima se requiere un posicionamiento exacto. En este punto es especialmente importante observar las instrucciones de reparación, ya que de lo contrario el motor podría resultar dañado. 1 Antes de las boquillas de inyección para la refrigeración del pistón se encuentra la válvula de refrigeración del pistón. Puede haber una para todas las boquillas del canal o una por cada boquilla. La válvula de refrigeración del pistón se encarga de que la boquilla de inyección de aceite no comience a funcionar hasta que se haya alcanzado una determinada presión. Esto se debe a diferentes razones: • Si la presión fuese insuficiente, el aceite no llegaría a la parte inferior del pistón. • Se evita que, en caso de presión insuficiente, se pierda más presión por las boquillas de inyección; esto podría provocar que el suministro no llegase a los puntos de lubricación. • Se evita que, en caso de parada del motor, los canales de aceite se vacíen a través de las boquillas de inyección y que, en el momento de efectuar el arranque, los

puntos de lubricación no dispongan de aceite.

41 - Boquilla de inyección de aceite con válvula de refrigeración del pistón

Índice 1 2 3 4 5 6

Explicación Tornillo hueco Muelle de presión Esfera Tapón de cierre Anillo Tubo

Boquilla de inyección de aceite para lubricación de cadenas de mando El mecanismo de cadenas se lubrica mediante boquillas de inyección de aceite u orificios de aceite dispuestos en los elementos guía.

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Radiador de aceite En motores de gran potencia y sometidos a altas temperaturas existe riesgo de que el aceite lubricante adopte temperaturas demasiado elevadas durante el funcionamiento del vehículo. En este caso, el aceite se vuelve demasiado fluido; se reduce el poder lubricante y aumenta el consumo de aceite. Como consecuencia se forman sedimentos en la cámara de combustión, que derivan en fallos en la combustión. La película

de aceite puede rasgarse, lo que a su vez podría provocar daños en cojinetes y en el émbolo. Pero estos problemas pueden impedirse instalando un radiador de aceite. No esnecesario con el motor frío, por lo que no se conecta hasta que el aceite alcanza una temperatura de unos 90  ° C. El efecto de refrigeración se consigue con aire o con líquido refrigerante.

42 - Intercambiador térmico de aceite del cambio y líquido refrigerante

Índice 1 2 3

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Explicación Entrada de líquido refrigerante Salida de aceite del cambio Entrada de aceite del cambio

Índice Explicación 4 Salida de líquido refrigerante 5 Termostato

Interruptor de presión de aceite El interruptor de presión de aceite permite controlar el sistema de lubricación. Con el motor parado y el encendido conectado, el testigo de control de presión de aceite recibe masa a través del interruptor de presión de aceite y se enciende. Al arrancar el motor, la presión de aceite abre el contacto de masa superando la fuerza elástica y el testigo de control se apaga. Si la presión de aceite

desciende por debajo de un determinado valor, la fuerza elástica cierra el contacto y el testigo de control vuelve a encenderse. 3 En caso de que el testigo de control de presión de aceite se encienda con el motor en funcionamiento, se debe apagar este al instante. De lo contrario, se podría dañar el motor. 1

43 - Interruptor de presión de aceite

Índice Explicación 1 Parte superior de la carcasa de plástico 2 Corona de contacto 3 Muelle 4 Bloque de presión

7 8 9

5

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Placa intermedia

Índice Explicación 6 Anillo de obturación Membrana Carcasa de metal Caudal de corriente con contacto cerrado Cota de luz con contacto abierto

El testigo de control rojo se enciende: • Detener el vehículo inmediatamente y parar el motor. • Comprobar el nivel de aceite y añadir aceite si es necesario. • Si el nivel de aceite es correcto, se debe efectuar un diagnóstico del sistema. 3

1

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Sistema de refrigeración Bomba de líquido refrigerante Por lo general, la bomba de líquido refrigerante presenta el diseño de una bomba radial. Mediante una rueda de aletas impulsa el líquido refrigerante hacia el circuito de

refrigeración. Con el movimiento giratorio, la rueda de aletas aspira el líquido refrigerantede la parte frontal y lo envía hacia fuera a la cámara de presión.

44 - Bomba de líquido refrigerante del motor N47

Índice Explicación 1 Entrada del depósito de expansión (y radiador de aceite en cambio automático) 2 Bomba de líquido refrigerante 3 Entrada al cárter del cigüeñal 4 Retorno de la culata

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Índice Explicación 5 Termostato 6 7 8

Retorno del radiador Entrada del termostato Retorno de la calefacción

El sistema más habitual de accionamiento de la bomba de líquido refrigerante es la transmisión por correa. En este caso, el caudal de alimentación de combustible depende directamente del régimen del motor.

Las bombas de líquido refrigerante que se fabrican hoy en día disponen de un "sistema de retención de fugas" para esta fuga funcional. En caso normal en dicho sistema se acumula el líquido refrigerante que sale de la  junta de retén deslizante del árbol de la bomba Fuga de líquido refrigerante y se evapora a través de un orificio que hay en la cámara de fuga. La rueda de aletas que se encuentra en el compartimentodeaguaestáalojadaenuneje. Con todo, si llega a haber un escape de líquido Una junta de retén deslizante situada en el eje refrigerante, este atraviesa el orificio de la se encarga de hacer que el compartimento cámara de fuga y va a dar a la polea; esto sea estanco hacia el exterior. Para que el puede dejar pequeños restos de refrigerante. sistema funcione correctamente, entre el eje y 3 En el pasado frecuentemente se la junta debe pasar una pequeña cantidad de sustituían las bombas de refrigerante capaces líquido refrigerante. Esto mejora las de funcionar ya quela fuga funcional necesaria propiedades de deslizamiento. En este caso en la junta de retén deslizante para el se habla de una fuga funcional en la junta de funcionamiento de la bomba de refrigerante, retén deslizante. dejaba restos de evaporación en las paredes exteriores de la bomba de refrigerante.  1

Termostato El termostato del líquido refrigerante conmuta de forma continua entre el circuito de refrigeración grande y el pequeño haciendo que el motor alcance lo antes posible su temperatura de servicio y que se mantenga una temperatura óptima durante su funcionamiento. Hoy en día se utilizan para ello termostatos de dos vías. Al aumentar la temperatura, conmuta el flujo de líquido refrigerante del circuito pequeño al grande. Esto se realiza mediante un elemento de cera situado en el termostato que absorbe la temperatura del líquido refrigerante que lo rodea. La cera actúa como material dilatable: con el calor se dilata considerablemente y abre el termostato. Índice A B C 1

45 - Termostato cerrado

Explicación Desde el motor Hacia el radiador Hacia el motor eléctrico Material dilatable 46 - Termostato abierto

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47 - Termostato del motor N47

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Índice Explicación 1 Cárter del cigüeñal 2 Líquido refrigerante caliente proveniente de la culata 3 Caja del termostato

Índice Explicación 4 Elemento de cera 5 Retorno del radiador

El termostato se encarga de distribuir el flujo de líquido refrigerante de forma que atraviese el radiador o que no lo atraviese (en este último caso, efectúa un "cortocircuito").

En la regulación se distinguen tres ámbitos de servicio.

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Entrada a la bomba de líquido refrigerante

Ámbitos de servicio del termostato Termostato cerrado La temperatura del líquido refrigerante es inferior a la temperatura de apertura del termostato. El circuito de refrigeración está "cortocircuitado". El líquido refrigerante fluye sólo por el motor y no por el radiador. Comienzo de apertura: aprox. 88  ° C

Termostato abierto La temperatura del líquido refrigerante es superior a la temperatura de apertura completa del termostato. Todo el flujo de líquidorefrigerante atraviesa el radiador, aprovechandoasíla máximapotencia de refrigeración. Temperatura de apertura completa: 100  ° C

Rango de regulación del termostato La temperatura del líquido refrigerante se encuentra entre el comienzo de apertura y la temperatura de apertura completa. El flujo se distribuye según la temperatura del líquido refrigerante: una parte atraviesa el radiador y el resto permanece en el motor.

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Esta regulación permite obtener la máxima refrigeración en caso de temperaturas elev elevad adas as,, así así como como evit evitar ar en gran gran medi medida da que que se prod produz uzca ca esa esa refr refrig iger erac ación ión en caso caso de que que las temperaturas sean muy bajas. Además, permite que el motor alcance más rápidamente la temperatura de servicio al realizar un arranque en frío. Termostato de diagrama característico Mediante un sistema adicional de regulación de la temperatura se pueden reducir el

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consumo y las emisiones sin que se vean afectadas la potencia ni la vida útil del motor. Un diagrama característico significa que se registran diferentes datos del motor, p. ej., temperatura, número de revoluciones, carga, etc., con el fin de calcular un control óptimo. En el caso del termostato de diagrama característico, este cálculo se utiliza para contro controlar lar un elemen elemento to calefa calefacto ctorr que modific modificaa la temp temper erat atur uraa del del elem elemen ento to de cera cera.. Con esta esta modific modificaci ación ón se puede puede influir influir en la posici posición ón del termostato.

Depósito de expansión El depósit depósitoo de expans expansión ión permit permitee quesie que siempr mpree haya suficiente cantidad de líquido refrigerante en el circuito de refrigeración. Además, sirve para realizar la separación de gases (purga) con total fiabilidad. Esto, combinado con la presión, evita que en el sistema de refrigeración se formen burbujas que puedan dañar las superficies próximas. Esto podría ocurrir principalmente en el lado de admisión de la bomba. El depósito de expansión debe contar con un volumen de aire suficiente para que, en caso de calentamiento y dilatación del líquido refrigerante, sea posible generar presión de forma rápida, pero sin llegar a una sobrepresión. La presión alta es necesaria para que el líquido refrigerante no alcance un punto de ebullición demasiado elevado.

Tapa La tapa del depósito de expansión sirve para permitir que se genere presión y para que la presión del circuito de refrigeración sea independiente de la presión ambiental. De esta forma, en caso de que la presión del aire sea baja (p. ej., en zonas de alta montaña), montaña), se evita que el punto de ebullición del líquido refrigerante descienda. tapa del del depó depósi sito to de expa expans nsión ión nunc nuncaa 3 La tapa se debe abrir con el motor caliente. El moti motivo vo no es sólo sólo el ries riesgo go de esca escald ldad adur ura. a. En las zonas superiores del circuito de refr refrig iger erac ació iónn (p. (p. ej., ej., en la cula culata ta),), la pérd pérdid idaa de pres presión ión pued puedee hace hacerr que que se form formen en burb burbuj ujas as.. En este caso, ya no queda asegurada la correcta disipación del calor y, en consecuencia, se produce un sobrecalentamiento. 1

48 - Tapa Tapa del depó depósit sitoo de expansión

Como se puede apreciar en el gráfico, en la parte superior e inferior de la tapa se indica la la corres correspon pondie diente ntepre presió siónn de apertu apertura ra (140). (140). En el ejem ejempl plo, o, dich dichaa pres presió iónn equi equiva vale le a 1,4 bar bar de

sobr sobrep epre resi sión ón.. En los moto motore ress que que se fabr fabric ican an en la actualidad es corriente usar tapas de hasta 2,0 bar de sobrepresió sobrepresiónn (200).

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Radiador de líquido refrigerante Elradiadordelíquidorefrigeranteliberaelcalor del líquido refrigerante al aire ambiente. Para ello, el líquido atraviesa de un lado a otro el radiador en sentido transversal en diferentes

capas. El radiador dispone de una amplia supe superf rfic icie ie con con la que que se obti obtien enee un tran transp spor orte te eficaz del calor.

49 - Radiad Radiador or de líqui líquido do refrigerante

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Índice Explicación 1 Entrada de líquido refrigerante 2 Salida de líquido refrigerante

Índice Explicación 3 Radiador de líquido refrigerante

El radiador de líquido refrigerante está diseñado de tal forma que pueda evacuar de forma fiable al medio circundante el calor originado en el motor, sean cuales sean las condiciones medioambientales y de servicio. Para ello, el tamaño del radiador se adapta al vehículo y al equipamiento. lasláminass del del radi radiad ador or está estánn suci sucias as,, es 3 Si laslámina posible que no se pueda liberar suficiente calor calor al exteri exterior. or. Para Para recupe recuperar rar el rendim rendimien iento to óptimo, se puede limpiar el radiador aplicándole un chorro de agua en dirección contraria a la corriente de paso del aire. Debe asegur asegurars arsee especi especialm alment entee que las lámina láminass no esté curvadas ni deformadas.  1

La energía térmica del líquido refrigerante se debe ceder a la carcasa del radiador; esto se deno denomi mina na tran transm smis isión ión de calo calor. r. En el meta metal,l, la energía térmica del interior del radiador se transmite a la parte exterior, desde donde se libera al aire ambiente. En este caso también se habla de transmisión de calor. La tran transm smis isión ión de calor calor del del líqui líquido do refr refrige igera rant ntee al metal es mucho superior que la del metal al aire ambiente. Por este motivo, se amplía la superficie de transmisión del metal al exterior introd introduci uciend endoo lámina láminass (la transm transmisi isión ón de calor calor es mayor cuanto mayor es la superficie).

50 -

Índice Explicación 1 Líquido refrigerante

Índice Explicación 2 Aire

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Líquido refrigerante En general, el líquido refrigerante es una mezcla de agua baja en calcio y un anticongelante con aditivos para protección anticorrosión. El refrigerante se adapta al modelo de vehículo. En muchos motores, p. ej., se utiliza un líquido refrigerante que contiene silicato. Esto se aprecia en que el líquido refrigerante presenta un color azulado/verdoso. El líquido refrigerante con silicato forma una capa protectora de enlaces de silicato sobre las superficies de los componentes. Esta formación de la capa protectora sólo se produce con líquido refrigerante nuevo. Si se sustituyen componentes (p. ej., la bomba del líquidorefrigerante,el termostato, la junta de la culata, etc.), siempre se debe cambiar el líquido refrigerante para garantizar que se forme una nueva capa protectora. En otros motores se aplica, p. ej., un refrigerante basado en aminoácidos. En este caso, la coloración es rosada. El líquido refrigerante basado en aminoácidos corroe ligeramente la superficie de los componentes formando una capa de óxido que actúa de capa protectora. Si se mezcla el líquido refrigerante de silicato con el basado en aminoácidos, la mezcla

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pierde su mecanismo de protección y adquiere un color marrón. 3 Si el refrigerante del vehículo presenta una coloración marrón, se debe enjuagar varias veces el circuito de refrigeración para eliminar todas las impurezas y finalmente se debe llenar con el líquido refrigerante prescrito. 1

51 - Líquido refrigerante

Índice Explicación 1 Líquido refrigerante con silicato 2 Líquido refrigerante con aminoácidos

Ventilador El ventilador tiene la función de suministrar al radiador y al compartimento del motor suficiente aire de refrigeración. Esto es especialmente importante al circular a velocidad baja o cuando el vehículo está parado, situaciones en las que el viento de marcha ya no aporta la refrigeración necesaria. Al principio se utilizaban ventiladores de accionamiento forzado según el régimen del motor, pero en la actualidad se utilizan ventiladores con acoplamiento Visco y ventiladores eléctricos. Estos permiten, respectivamente, variar el número de revoluciones y desconectarlos. Ventilador Visco En un ventilador Visco, la regulación se realiza mediante un embrague de fricción de fluido con control por temperatura. En función de la temperatura del aire de escape del radiador, el embrague se abre o se cierra. En este caso se transmite al lado secundario, que está unido al ventilador, mediante fricción de aceite una desmultiplicación determinada porelmotorconelnúmeroderevolucionesde accionamiento del lado primario. Mediante el llenado de aceite regulable del acoplamiento

se puede variar el número de revoluciones del ventilador desde un régimen de ralentí hasta casipordebajodelnúmeroderevolucionesde accionamiento. En situación normal, el embrague Visco se activa a partir de una temperatura de aprox. 82  ° C. Se vuelve a desconectar en el momento en que la refrigeración del aire que fluye es de aprox. 60  °C. 3 Si el aire de reflujo presenta una temperatura baja, el ventilador Visco produce  justo después del arranque del motor unos ruidos perceptibles; normalmente, estos desaparecen al poco tiempo. El motivo es que, con el vehículo parado, el aceite de silicona se acumula en la posición inferior haciendo que el ventilador también gire. Este giro hace que el aceite de silicona se distribuya en todo el contorno y, en consecuencia, se abre el embrague Visco. 1 3 En caso de que se vaya a transportar o almacenar el motor o sólo el embrague del ventilador durante un tiempo prolongado, este no debe quedar inclinado a más de 45°. D e l o contrario, la pérdida de fluido puede menoscabar el funcionamiento del embrague (el riesgo es mayor en embragues que ya hayan estado en servicio). 1

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Ventilador eléctrico Actualmente, el ventilador Visco ha sido sustituido en gran medida por los ventiladores eléctricos, que al principio sólo se usaban en los vehículos como ventiladores adicionales del climatizador (cuando este aún no era de serie).

52 - Ventilador eléctrico

En los ventiladores eléctricos, el ventilador es accionado por un motor eléctrico propio. Con el uso de los ventiladores eléctricos se

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desarrollaron módulos de refrigeración compactos tal y como se encuentran actualmente como unidades constructivas en todos los vehículos. La carcasa y el propio ventilador están hechos de plástico. El ventilador eléctrico es activado por el sistema de control del motor. Al principio sólo se montaban ventiladores de dos niveles. Estos dos niveles se convirtieron más adelante en tres, y actualmente el sistema de regulación es continuo (es decir, sin niveles). El hecho de que sea el sistema de control del motor el que active el ventilador contribuye a optimizar la regulación térmica del motor. También el sistema de calefacción/ climatización del vehículo influye en el nivel del ventilador. En función del vehículo, el nivel de potencia, las particularidades del país de uso (regiones frías o cálidas) y el equipamiento, se utilizan diferentes ventiladores eléctricos con diferentes propiedades. 3 Al manipular el ventilador eléctrico no se debe tocar el anillo ya que se puede romper. 1

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