UNIVERSIDAD PARA EL DESARROLLO Y LA INNOVACIÓN
MOTORES A DIESEL Y GASOLINA
Estudiante:
R ONALD ONALD AGUILERA PARADA
Clase:
MANTENIMIENTO AUTOMOTRIZ
Grupo:
ICM
Santa Cruz – Bolivia Bolivia Gestión 2014
ÍNDICE 1. MOTOR A DIESEL .................................................................................................................................... 1 1.1. Antecedentes ..................................................................................................................................... 5 1.2. Combustible diesel ............................................................................................................................. 5 1.3. Mantenimiento de los inyectores diesel ...................... ............................... ................... ................... .................. .................. .................. .................. ................ ....... 6 1.4. Desmontaje y montaje de los inyectores ....................... ................................ ................... ................... .................. .................. .................. .................. ............. .... 6 1.5. Desarmado, D esarmado, limpieza y armado de los inyectores ............... ......................... ................... .................. .................. .................. .................. ................ ....... 7 1.6. Motores diesel de inyección in yección directa .................................. ................ ................................... ................................... .................................... .......................... ........ 8 1.7. Los inyectores diesel .......................................................................................................................... 9 1.8. Principio de funcionamiento ............................................................................................................... 9 1.9. Tipo de inyectores ............................................................................................................................ 10 1.10. La presión de aceite en los motores diesel.................. ........................... ................... ................... .................. .................. .................. .................. ........... .. 10 1.11. Indicador de presión ....................................................................................................................... 10 1.12. La presión de aceite es causada por la resistencia del aceite al flujo. ........... .................... .................. ................... ............. ... 11 2. MOTOR A GASOLINA ............................................................................................................................ 12 2.1. Partes fundamentales del motor de gasolina.................... gasolina............................. ................... ................... .................. .................. .................. ................. ........ 13 2.2. Funcionamiento de un motor típico de gasolina de cuatro tiempos ................... ............................ .................. .................. ........... .. 19 2.3. Algunas causas que pueden impedir que un motor de gasolina funcione correctamente ............ .............. .. 21 3. CONCLUSIÓN ......................................................................................................................................... 23 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................................ 24
1. MOTOR A DIESEL
Para diferenciar de forma coherente el motor de gasolina del motor diésel, se debe atender al menos a tres aspectos fundamentales: a) Sus principios termodinámicos; b) Su fabricación y elementos que lo constituyen; c) Sus aspectos económicos y prácticos en la Automoción.
Al estudiar sus principios termodinámicos, antes de comenzar con sus ciclos característicos, debemos recordar algunos conceptos, que nos ayudarán a su mejor comprensión. Ante todo recordar que los gases se caracterizan por estar constituidos por una materia informe y sin volumen propio, que toma la forma del recipiente que la contiene y que tienden a ocupar un volumen mayor, que el de dicho recipiente (expansibilidad. Por otra parte, si se intenta disminuir el volumen ocupado por una cantidad determinada de gas, la reacción elástica de éste aumenta. Esta reacción es lo que denominamos presión y es el resultado de la compresibilidad de los gases (propiedad de ocupar un espacio menor.
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Se puede definir la presión de un gas como la fuerza ejercida por el mismo sobre la unidad de superficie (generalmente el cm2) que lo encierra y se puede medir en kg/cm2, en atmósferas, o en bares (1 atmósfera = 1,033 Kg/cm2 ; 1 kg/cm2 = 0,98 bares. Las Leyes de Boyle-Mariote y de Gay Lussac establecen la relación entre la presión y el volumen a temperatura constante (P.V = R.T, en la que P es la presión del gas; V, el volumen ocupado por el mismo; T, la temperatura del gas y R, una constante empírica. Las evoluciones de un gas sin intercambio de calor con las paredes del recinto que lo contiene, se llaman proceso adiabático. En 1.823 Carnot enunció un ciclo ideal, Ciclo de Carnot, que se compone de 4 etapas: Admisión, o compresión isotérmica; Compresión, o compresión adiabática; Combustión, o expansión isotérmica y la Escape, o expansión adiabática y que corresponden en su primera fase Admisión de aire puro, a la introducción de una masa gaseosa en un cilindro, su compresión por el pistón a temperatura constante (refrigerando dicho cilindro durante esta fase); en su segunda fase Compresión, se cesa la refrigeración del cilindro y se sigue la compresión rápidamente, de manera que no se efectúe ningún intercambio de calor entre los gases y el cilindro; en su tercera fase inyección del combustible (Combustión), mientras dura la compresión isotérmica, el cilindro refrigerado (expansión isotérmica) debe ser recalentado para mantener la temperatura constante y en la cuarta fase Escape de los gases quemados, sigue la expansión, pero se detiene el calentamiento del cilindro para que se realice sin intercambio de calor entre cilindro y masa gaseosa y así ésta puede recuperar el volumen y la presión, que tenía al principio del ciclo Igualmente recordar que la potencia (P) de un motor es directamente proporcional al par motor (M) del mismo y al régimen de revoluciones (w) a que está sometido (P = K. M.w), siendo K una constante empírica y que, si medimos el par en m x kg y el régimen, en r.p.m., el valor de K es de 1/716, si queremos obtener el valor de la potencia en caballos de vapor (CV). Esta potencia del motor se mide en el cigüeñal por medio de unos bancos de prueba, dotados de un freno mecánico, o eléctrico (dinamómetro), por lo que recibe el nombre de potencia al freno. El motor colocado en el banco puede estarlo con todos los elementos accesorios capaces de consumir esfuerzo, desmontados (bomba de agua, de combustible, ventilador, alternador, filtros de aceite y aire, silencioso, etc) y además realizarse varias medidas (cada 200 rpm), realizando cada vez la puesta a punto del mismo, con lo que se consiguen valores máximos cada vez. Entonces la medida así obtenida se llama potencia SAE y es preconizada por la industria norteamericana. Si se hace con todos los accesorios desmontados y sin retocar los ajustes (puesta a punto) se denomina potencia DIN y es defendida por Alemania. Existe una forma intermedia (italiana) que realiza la prueba con los accesorios desmontados, pero realizando los ajustes citados y se llama potencia CUNA. Se suele usar la potencia DIN, o en casos de índole comercial, la SAE por ser alrededor de un 10% a un 15% mayor y por tanto más favorable publicitariamente. También es preciso recordar el concepto de potencia específica (potencia máxima que puede suministrar el motor por litro de cilindrada) ya que, cuando ésta se mantiene más o menos constante en un intervalo amplio del régimen, el motor es elástico y se recupera rápidamente sin necesidad de cambiar de marcha. Recordados estos conceptos generales, pasemos a estudiar los Ciclos Otto y Diesel, partiendo de un motor de gasolina de 4 tiempos (4 carreras del pistón por cada 2 vueltas del cigüeñal), o sea en un ciclo Otto: En el primer tiempo, en carrera descendente, se produce la admisión de aire-combustible. En el segundo, en carrera ascendente, se produce la compresión. En el tercero, en carrera de nuevo descendente, el encendido y explosión (tiempo de expansión). Finalmente, en el cuarto, ascendiente de nuevo, el escape de los gases quemados. En un ciclo Diesel: 2
Corresponde el primer tiempo con una carrera descendente en la que se produce la admisión de aire puro. El segundo tiempo, carrera ascendente, con una compresión de este aire. El tercer tiempo, con otra carrera descendente, con la inyección del combustible, combustión y expansión y finalmente, el cuarto tiempo, con una carrera ascendente con escape de lo s gases quemados. De hecho el ciclo real es sensiblemente distinto del ciclo teórico. El ciclo Diesel, a presión constante consta a su vez de una primera fase, o compresión adiabática del aire puro previamente aspirado; una segunda fase, combustión a presión constante; una tercera fase, o expansión adiabática y una cuarta fase, o descenso brusco de la presión. En la primera fase el aire puro anteriormente aspirado se comprime y adquiere una temperatura suficiente como para provocar el autoencendido del combustible inyectado; en la segunda fase y al principio de la expansión, la combustión se realiza a presión constante, mientras el volumen aumenta. La dilatación de los gases compensa la caída de presión debida a este aumento de volumen; en la tercera fase la expansión se efectúa sin intercambio de calor con las paredes del cilindro y en la cuarta fase la apertura instantánea del escape produce un descenso muy rápido de la presión, mientras el pistón se mantiene en el punto muerto (volumen constante). En cuanto a su fabricación y elementos que los constituyen, diremos que después de haber desplazado en un tiempo el motor diesel al de gasolina, sobre todo en sus aplicaciones de propulsión de vehículos, usos industriales, navales y agrícolas, por las causas que más adelante expondremos, si bien la fabricación del motor diesel es más cara y alguno de sus dispositivos auxiliares (refrigeración, filtrado de combustible, etc) son de coste más elevado que los de gasolina, hoy día se ha llegado con las grandes producciones en serie a un menor coste, que los iguala casi a los de gasolina, máxime con la incorporación en éstos de las nuevas técnicas de la inyección de gasolina. El bloque motor es similar en ambos tipos de motores, si bien el dimensionado de los mismos es mayor en el diesel por trabajar éstos bajo cargas mayores. Suelen ser de fundición perlítica y llevar camisas recambiables (generalmente húmedas) con una pestaña de tope en su parte superior (en los Diesel). Los pistones en estos motores desempeñan múltiples funciones, por lo que se diferencian de los de gasolina en la forma del fondo y en la cabeza, que dependen del sistema de inyección utilizado; en el perfil de la falda, actualmente en óvalo progresivo curvilíneo; en la disposición de los segmentos (en ocasiones alojados en gargantas postizas) y en la altura del eje; su espesor en la cabeza es superior por las presiones y condiciones térmicas a que son sometidos.
También difieren en el árbol de levas en los casos en que el motor diesel esté equipado de inyectoresbomba. La culata suele diferir bastante en uno y otro caso, ya que los de gasolina suelen ser de una sola pieza y en los diesel acostumbra a disponerse de una culata por cada 3 cilindros, o una individual por cada uno 3
de ellos. La disposición de los conductos de agua es diferente, pues los Diesel deben refrigerar no sólo las cámaras de turbulencia, sino los inyectores. También puede serlo la disposición en la misma de una parte de la cámara de turbulencia, mecanizada en la misma. Finalmente el sistema de inyección diesel en cualquiera de sus modernos procedimientos de commonrail, inyectores-bomba, control electrónico, etc, constituyen un elemento diferenciante respecto a los de gasolina. En lo tocante a sus aspectos económico y práctico vemos que los diesel tienen un mejor rendimiento térmico gracias a su elevado grado de compresión y a que su combustión se efectúa con un exceso de aire, pudiendo llegar a un 60% frente a un 45% en algunos de gasolina. Además el poder calorífico del diesel es superior al de la gasolina. El consumo específico del diesel es inferior, lo que unido al menor precio del gasoil, es un elemento determinante en el transporte de mercancías; sobre todo al ralentí; la relación de consumos es de 1 a 4 , lo que lo hace particularmente adecuado para la distribución (furgonetas). La duración de la vida del motor es asimismo superior en el diesel, que en el de gasolina (hasta 3 veces) y su valor residual es también mayor. Otro punto favorable es la facilidad de puesta en marcha a bajas temperaturas, que los gases de escape sean menos tóxicos y que el peligro de incendio sea menor, pues el gasoil es menos volátil que la gasolina y sus vapores necesitan temperaturas de 80ºC para inflamarse, mientras que los de la gasolina lo hacen a 20ºC. Sin embargo como negativos diremos que tanto el motor Diesel como su equipamiento es más pesado que los motores de gasolina; es más caro de construir, como hemos dicho; su mantenimiento es laborioso. En general y además, pese a los avances conseguidos, es más ruidoso que el de gasolina.
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1.1. Antecedentes Rudolf Diesel desarrolló la idea del motor diesel y obtuvo la patente alemana en 1892. Su logro era crear un motor con alta eficiencia. Los motores a gasolina fueron inventados en 1876 y, específicamente en esa época, no eran muy eficientes. Las diferencias principales entre el motor a gasolina y el Diesel eran: Un motor a gasolina succiona una mezcla de gas y aire, los comprime y enciende la mezcla con una chispa. Un motor diesel sólo succiona aire, lo comprime y entonces le inyecta combustible al aire comprimido. EL calor del aire comprimido enciende el combustible espontáneamente. Un motor diesel utiliza mucha más compresión que un motor a gasolina. Un motor a gasolina comprime a un porcentaje de 8:1 a 12:1, mientras un motor diesel comprime a un porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La alta compresión se traduce en mejor eficiencia. Los motores diesel utilizan inyección de combustible directa, en la cual el combustible diesel es inyectado directamente al cilindro. Los motores a gasolina generalmente utilizan carburación en la que el aire y el combustible son mezclados un tiempo antes de que entre al cilindro, o inyección de combustible de puerto en la que el combustible es inyectado a la válvula de succión (fuera del cilindro). La siguiente animación muestra el ciclo diesel en acción. Puede compararlo a la animación del motor a gasolina para ver las diferencias: Note que el motor diesel no tiene bujía, se toma el aire y lo comprime, y después inyecta el combustible directamente en la cámara de combustión (inyección directa). Es el calor del aire comprimido lo que enciende el combustible en un motor diesel. En esta animación simplifica, el aparato verde pegado al lado izquierdo del cilindro es un inyector de combustible. De cualquier forma, el inyector en un motor diesel es el componente más complejo y ha sido objeto de gran experimentación -en cualquier motor particular debe ser colocado en variedad de lugares-. El inyector debe ser capaz de resistir la temperatura y la presión dentro del cilindro y colocar el combustible en un fino rocío. Mantener el rocío circulando en el cilindro mucho tiempo, es también un problema, así que muchos motores diesel de alta eficiencia utilizan válvulas de inducción especiales, cámaras de pre-combustión u otros dispositivos para mezclar el aire en la cámara de combustión y para que por otra parte mejore el proceso de encendido y combustión. Una gran diferencia entre un motor diesel y un motor a gasolina está en el proceso de inyección. La mayoría de los motores de autos utilizan inyección de puerto o un carburador en lugar de inyección directa en el motor de un auto, por consiguiente, todo el combustible es guardado en el cilindro durante el choque de succión, y se quema todo instantáneamente cuando la bujía dispara. Un motor diesel siempre inyecta su combustible directamente al cilindro, y es inyectado mediante una parte del choque de poder. Esta técnica mejora la eficiencia del motor diesel. La mayoría de motores diesel con inyección indirecta traen una bujía incandescente de algún tipo que no se muestra en la figura. Cuando el motor diesel está frío, el proceso de compresión no puede elevar el aire a una temperatura suficientemente alta para encender el combustible. La bujía incandescente es un alambre calentado eléctricamente (recuerde los cables calientes que hay en una tostadora) que ayuda a encender el combustible cuando el motor está frío. 1.2. Combustible diesel Comparando el combustible diesel y gasolina, se sabe que son diferentes. Huelen diferente. El combustible diesel es más pesado y aceitoso. El combustible diesel se evapora mucho más lento que la 5
gasolina -su punto de ebullición es más alto que el del agua-. Usted oirá a menudo que al combustible diesel lo llaman aceite diesel por lo aceitoso. El combustible diesel se evapora más lento porque es más pesado. Contiene más átomos de carbón en cadenas más largas que la gasolina (la gasolina típica es C9H20 mientras el diesel es típicamente C14H30). Toma menos tiempo refinar para crear el combustible diesel, ya que es generalmente más barato que la gasolina. El combustible diesel tiene una densidad de energía más alta que la gasolina. En promedio, un galón de combustible diesel contiene aproximadamente 147x10 6 joules, mientras que un galón de gasolina contiene 125x106 joules. Esto, combinado con la eficiencia mejorada de los motores diesel, explica porqué los motores diesel poseen mejor kilometraje que el equivalente en gasolina. 1.3. Mantenimiento de los inyectores diesel Un inyector defectuoso puede dañar el electrodo de la bujía de incandescencia; por lo tanto si ha habido problemas con los inyectores en motores de inyección indirecta deberá comprobarse el estado de dichas bujías. El estado de los inyectores tiene una importancia crítica para el buen funcionamiento del motor y por ello es necesario comprobarlos periódicamente. Los síntomas de suciedad o desgaste de los inyectores son la emisión de humo negro en el escape, fuerte golpeteo del motor, pérdida de potencia, sobrecalentamiento, fallos de encendido y mayor consumo de com bustible.
1.4. Desmontaje y montaje de los inyectores Como norma general deberá tenerse en cuenta l os siguientes puntos: 1. Antes de aflojar cualquier conexión del sistema de combustible compruebe que esté libre de grasa y suciedad, para evitar la posible contaminación de las tuberías de combustible. Se puede utilizar aire comprimido para eliminar la suciedad de los racores pero nunca después de haber abierto cualquier parte del sistema de combustible. 2. Primero afloje los racores de conexión de la tubería de combustible al inyector y a la bomba de inyección. Si las tuberías de combustible se mantienen unidas por medio de una o varias abrazaderas, retire éstas. 3. Desacople las conexiones de retorno del inyector, teniendo la precaución de recoger las arandelas de cobre si los racores son del tipo orientable. 4. En los inyectores de sujeción por mordaza o brida con más de una tuerca o tornillo de fijación, afloje estos elementos graduales y uniformemente para no deformar el inyector y después retire las tuercas o 6
tornillos y la mordaza. Si el inyector está muy apretado en la tapa tendrá que utilizar un extractor adecuado. 5. En casi todos los inyectores, la estanqueidad entre éstos y la tapa se consigue por medio de una arandela de cobre. Esta arandela cierra la parte superior del inyector y en algunos casos éste asienta sobre una arandela ondulada o cóncava situada en la parte inferior del alojamiento para el inyector, la cual actúa como aislante térmico. Estas arandelas deberán renovarse cada vez que se desmonte el inyector. Suelen ir encajadas con apriete en el alojamiento del inyector y a menudo hay que utilizar un alambre doblado para extraerlas. Algunos inyectores van montados con un casquillo aislante además de la arandela de estanqueidad y a veces este casquillo sustituye a la arandela cóncava u ondulada. Si el citado casquillo es de tipo desmontable deberá renovarse también cada vez que se desmonte el inyector. 6. Tapone el extremo de todas las tuberías de combustible desconectadas para evitar que entre suciedad. La presencia de suciedad en el sistema de combustible puede provocar graves averías en las delicadas superficies internas de la bomba de inyección y los inyectores, mecanizadas con gran precisión. 7. Es indispensable limpiar meticulosamente los alojamientos de los inyectores antes de volver a montar éstos. 8. Cualquier partícula de suciedad que quede en el alojamiento puede ocasionar fugas de compresión, lo mismo que si se vuelven a utilizar arandelas de estanqueidad viejas, ya aplastadas, y tales fugas pueden originar fuertes erosiones en el inyector debido a las altas temperaturas de los gases de la fuga. Además los depósitos de carbonilla formados entre el cuerpo del in yector y las paredes de la tapa debido a l a fuga pueden hacer que el inyector se aga-rrote en el alojamiento. Si los inyectores son de montaje a rosca y tienen prescrito un determinado par de apriete, respete éste al volver a montarlos. Utilice una llave de inyectores o una llave de vaso de suficiente profundidad para poder utilizar una llave dinamométrica. 1.5. Desarmado, limpieza y armado de los inyectores Todos los inyectores pueden desarmarse ya que el porta inyector y el cuerpo del inyector van unidos a rosca. Con este fin el inyector está provisto, en los lugares adecuados, de caras planas o hexágonos para las correspondientes llaves. La mayoría de los inyectores tienen componentes parecidos, siendo los más importantes el cuerpo del inyector, el porta inyector, la tobera, la válvula de aguja y el muelle de presión. Los motores de inyección indirecta suelen llevar inyectores Bosch y CAV de montaje a rosca, el muelle de presión que mantiene apretada la aguja contra su asiento en el inyector se monta con una precarga conseguida por medio de un suplemento, o de un tornillo de ajuste. Esta precarga determina la presión de apertura del inyector y normalmente no es preciso r eajustarla. No obstante si el resultado de l a prueba de apertura indica que el inyector está descalibrado, puede ajustarse el tornillo de precarga o añadirse un suplemento de distinto espesor para corregir el de fecto. Es esencial limpiar escrupulosamente el inyector antes de desarmarlo. Para ello lo mejor es utilizar un recipiente limpio con petróleo y una brocha de cerdas duras. Cualquier mota de polvo o partícula de suciedad que penetre en el inyector puede ocasionar un grave desgaste del mismo. Entre las piezas del cuerpo del inyector suelen ir montadas arandelas de estanqueidad de cobre; estas arandelas compresibles han de renovarse cada vez que se desarme el inyector. Para desarmar y armar el inyector lo mejor es sujetarlo firmemente en un útil especial o en una morza de banco, teniendo la precaución en este último caso de no apretar el tornillo excesivamente. Los equipos especiales de limpieza suelen contener un cepillo metálico de latón, raspadores de toberas y agujas, un surtido de alambres de limpieza de orificios y de vari-llas para limpieza de canalizaciones, de varios diámetros, y un porta alambres/portavarillas para usar estos utensilios con más facilidad. El latón es el único metal que puede utilizarse sin peligro para escarbar en los orificios o raspar los componentes de los inyectores. 7
Para limpiar las piezas de los inyectores puede utilizar nafta. Durante la limpieza deberá prestarse especial atención a la superficie de asiento y a la válvula de aguja del inyector que deberán secarse perfectamente con un paño que no desprenda pelusa. Los depósitos de carbonilla del exterior de la tobera pueden eliminare con un cepillo de latón. Los depósitos de carbonilla endurecidos pueden rasparse con un trozo de madera dura o una pletina de latón y, si es necesario, reblandecerse sumergiéndolos antes en nafta o gas oil. El vástago de presión de los inyectores de espiga debe examinarse minuciosamente para ver si existen depósitos de carbonilla en la zona del escalón, donde varía el diámetro del vástago. Los orificios y las canalizaciones de combustible deberán limpiarse totalmente de obstrucciones y depósitos utilizando alambres y varillas de latón de los diámetros adecuados. Una vez limpia todas las piezas deberán enjuagarse a fondo el inyector con disolvente y la superficie del asiento y el cono de la aguja deberán secarse con un paño que no desprenda hilachas. Para comprobar si la tobera y el cono de la aguja están perfectamente limpios puede introducirse la aguja en la tobera y escuchar el sonido que produce la primera al dejarla caer contra el asiento de la segunda; deberá ser un claro chasquillo metálico. Si no es así, será necesario limpiar mejor ambas piezas. Antes de armar el inyector, sumergir la tobera y la aguja en gasoil lim pio para que la aguja se deslice con facilidad en su guía. Una vez armado el inyector comprobar su funcionamiento en un banco de pruebas de inyectores como se indicará en futuras notas. 1.6. Motores diesel de inyección directa Las últimas versiones de motores turbodiesel que han llegado al mercado, se caracterizan por equipar sistemas de alimentación de inyección de combustible directa a alta presión, que bajo las denominaciones de "Unijet", "Common Rail", "HDI" y otras según el productor del vehículo- remiten a una nueva tecnología caracterizada por un aumento de la potencia específica y el ahorro de combustible, en particular en regímenes de rotación altos. La novedad fue concebida dentro del Grupo Fiat, con la participación de sus subsidiarias Magneti Marelli, Elasis y el Centro de Desarrollo Fiat, y posteriormente fue cedido a Robert Bosch A.G. de Alemania, para su fase final de desarrollo e industrialización. PSA Peugeot-Citroën, asociada con Mitsubishi, llevaron adelante un desarrollo paralelo, con similares resultados. Respecto de los dispositivos de inyección tradicionales, el Unijet (lo llamaremos así para sintetizar) garantiza una mejora global importante de las prestaciones y un funcionamiento más silencioso, que llega hasta 8 decibeles menos, según el régimen de rotación del motor. En los sistemas usados hasta ahora, con cámara de precombustión, la alimentación de los inyectores del gasoil es accionada por una bomba mecánica (a menudo con control electrónico) y la presión de inyección crece proporcionalmente al aumento del régimen de rotación del motor, lo cual presupone un límite físico para optimizar la combustión, y por ende las prestaciones, el ruido y las emisiones contaminantes. En cambio, en el sistema Unijet la presión de inyección es independiente de la velocidad de rotación del motor, porque la bomba de inyección genera presión por acumulación. De allí deriva la posibilidad de utilizar, por un lado, presiones muy altas y, por el otro, suministrar cantidades mínimas de combustible, e incluso de realizar una preinyección, o inyección piloto. Son dos características que conceden grandes ventajas al conductor: una combustión más eficiente y por lo tanto mejores prestaciones- y una reducción del ruido de combustión. En detalle, el sistema consta de una pequeña bomba sumergida en el depósito que envía el gasoil a la bomba principal. Esta es una bomba de alta presión, arrastrada por la cadena de distribución, que 8
"empuja" constantemente el combustible. De esta manera en el "rail" o depósito de acumulación, siempre hay combustible a presión. Un sensor ubicado en el rail y un regulador en la bomba, adaptan la presión a la demanda de la central, generada por la presión sobre el acelerador. De este modo se puede variar constantemente la presión del gasoil, eligiendo para cada punto de funcionamiento el valor ideal. Está claro que gestionar bien la presión en todo el campo de funcionamiento del motor, significa disponer de más eficiencia de combustión y por lo tanto mejores prestaciones y menores consumos. Esto ocurre porque cuanto más alta es la presión con la que llega el combustible al inyector, mejor se pulverizan las gotas de combustible, mezclándose bien con el aire y quemándose completamente. Pero alta presión, significa también fuerte ruido. Contra esto último, el sistema Unijet acudió a otro dispositivo: la inyección piloto, una operación que tiene lugar en aproximadamente 200 microsegundos. Se trata de una solución que permite aumentar la temperatura y la presión de la cámara de combustión cuando el pistón llega al Punto Muerto Superior, preparando así la cámara para la verdadera combustión. Lo que se consigue, en realidad, es una curva menos escarpada de desprendimiento de calor, junto a picos de temperatura y presión más bajos, lo que redunda en obtener la misma energía, pero suministrada en forma más paulatina, lo que reduce drásticamente el ruido de funcionamiento. En los nuevos motores turbodiesel, el "common rail" garantiza mayor eficiencia de combustión y mejores prestaciones, mientras que la inyección piloto permite disfrutar de un funcionamiento más silencioso, arranques en frío más fáciles y un nivel de emisiones más reducido. 1.7. Los inyectores diesel La misión de los inyectores es la de realizar la pulverización de la pequeña cantidad de combustible y de dirigir el chorro de tal modo que el combustible sea esparcido homogéneamente por toda la cámara de combustión. Se debe distinguir entre inyector y porta-inyector y dejar en claro desde ahora que el último aloja al primero; es decir, el inyector propiamente dicho esta fijado al porta-inyector y es este el que lo contiene además de los conductos y racores de llegada y retorno de combustible. Destacar que los inyectores son unos elementos muy solicitados, lapeados conjuntamente cuerpo y aguja (fabricados con ajustes muy precisos y hechos expresamente el uno para el otro), que trabajan a presiones muy elevadas de hasta 2000 aperturas por minuto y a unas temperaturas de entre 500 y 600 °C. 1.8. Principio de funcionamiento El combustible suministrado por la bomba de inyección llega a la parte superior del inyector y desciende por el canal practicado en la tobera o cuerpo del inyector hasta llegar a una pequeña cámara tórica situada en la base, que cierra la aguja del inyector posicionado sobre un asiento cónico con la ayuda de un resorte, situado en la parte superior de la aguja, que mantiene el conjunto cerrado. El combustible, sometido a un presión muy similar a la del tarado del muelle, levanta la aguja y es inyectado en el interior de la cámara de combustión. Cuando la presión del combustible desciende, por ha berse producido el final de la inyección en la bomba, el resorte devuelve a su posición a la aguja sobre el asiento del inyector y cesa la inyección.
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1.9. Tipo de inyectores Existe gran variedad de inyectores, dependiendo estos del sistema de inyección y del tipo de cámara de combustión que utilice cada motor, aunque todos tienen similar principio de funcionamiento. Fundamentalmente existen dos tipos:
Inyectores de orificios, generalmente utilizados en motores de inyección directa. Inyectores de espiga o de tetón (que pueden ser cilíndricos o cónicos) para motores de inyección indirecta. Dentro de este tipo, existe una variante, que se d enomina inyectores de estrangulación, con los que se consigue una inyección inicial muy pequeña y muy pulverizada y que en su apertura total consigue efectos similares a los in yectores de tetón cónico.
1.10. La presión de aceite en los motores diesel La lubricación consiste básicamente en mantener separadas las superficies metálicas en movimiento. Esto se logra mediante el efecto HIDRODINAMICO. Bajo estas condiciones, se forma una cuña de aceite, la cual fluye en la misma dirección de la superficie en movimiento. En otras palabras, se produce también un efecto de BOMBEO del lubricante, lo que obliga a reponer el aceite desplazado para mantener las condiciones hidrodinámicas. La reposición del aceite lubricante se efectúa por medio de la bomba de aceite, la cual dirige al aceite, hacia todas las partes a lubricar, impulsando varios litros de aceite por minuto a una presión controlada. La presion de aceite es el parámetro más importante que afecta al circuito de lubricación, en motores de lubricación forzada. En la práctica en todos los motores de combustión interna de 2 y 4 tiempos, el lubricante es obligado a circular por diversos conductos al interior del motor, debido a la presión generada por la bomba de aceite. La presión máxima en el circuito dependerá de la válvula limitadora de presión, y la presión mínima del ralentí del motor. Un factor decisivo es la viscosidad del lubricante, un aceite de alta viscosidad ( o a bajas temperaturas ) mantendrá una presión elevada, como en caso contrario un aceite de viscosidad baja ( o de altas temperaturas ) mantendrá una presión débil. Por este motivo los indicadores de presiones de aceite en los motores, nos dan una orientación sobre las condiciones de lubricación al régimen normal de funcionamiento. 1.11. Indicador de presión Este instrumento indica la presión existente en el sistema, si la lectura es notablemente inferior puede ser señal de desgaste de los cojinetes de bancada o en los de biela; este desgaste produce un aumento en las tolerancias de los componentes internos y en consecuencia una caída en la presión. El funcionamiento del indicador de presión consta en su interior de un tubo metálico flexible unido al sistema de lubricación. Al aumentar la presión, el tubo tiende a desenrollarse. Al hacerlo la aguja se desplaza a lo largo de la escala del indicador. Sin embargo, los usuarios notan un cambio en la presión de aceite de sus motores diesel cuando cambian un aceite monogrado a un multigrado. Efectivamente la presión del aceite en un multigrado es más baja y el usuario puede interpretar la caída de la presión como un problema en su motor o tiende a confundir y poner en duda su calidad como multigrado. La presión alta puede necesariamente no ser buena, ya que se puede deber a un aceite demasiado viscoso, que esté tapado un conducto, o que sencillamente el ralentí del motor es demasiado alto. Sin embargo la presión baja en un motor no necesariamente puede ser mala, ya que podría ser ventajosa para un motor diesel que opere en condiciones normales. La presión de operación normal de un motor diesel debe ser establecida por su fabricante. 10
1.12. La presión de aceite es causada por la resistencia del aceite al flujo. La presión estable, ni alta ni baja, es la clave para un funcionamiento seguro del motor. En condiciones ideales, la presión del aceite debe ser estable, por lo tanto, cualquier alza u disminución de la presión debe investigarse. Cuando el motor está frío, el aceite se encuentra en el cárter por lo que la presión es cero, por ello es conveniente verificar su operación una vez puesto en marcha. El aceite frío tiene una resistencia natural alta al flujo, por consiguiente su presión será alta al momento del arranque. Cuando el aceite comienza a circular y va tomando temperatura, su viscosidad disminuye hasta llegar a un nivel de presión estable. Solamente en ese momento el motor está siendo lubricado debidamente. Hasta que la presión del aceite se estabiliza, los porcentajes de desgaste son altos debido a la alimentación insuficiente del aceite a las superficies adosadas. Por lo tanto, un buen aceite llega a una presión estable rápidamente. Es por esta razón que el usuario debe preocuparse tanto de la presión alta como la baja. Una presión alta hace trabajar doblemente a la bomba de aceite, lo que resta potencia y pérdida en el rendimiento del motor. ( una presión alta no significa una buena circulación del aceite ). Así también una presión baja quiere decir que el aceite lubricante está circulando vigorosamente por todas las partes donde el motor lo requiera, para evitar desgastes futuros. También puede suceder que por efecto de diluciones por combustible la viscosidad del aceite se vea afectada teniendo como consecuencia una caída en la presión de aceite. Una buena lubricación se consigue con una presión adecuada, lo cual asegura un flujo de aceite suficiente como para mantener lubricado, refrigerado y limpio el sistema de lubricación. Por lo tanto no debe engañarse con las indicaciones de presión de aceite en sus motores. No siempre una alta presión significa un alto caudal de aceite a mayor caudal de aceite - mayor lubricación, refrigeración, limpieza - mayor vida útil del equipo Presión Baja del Aceite -- Causas y Solución Causa posible o Síntoma
Consecuencia, defecto
avería
o Solución
Testigo presión de aceite no Falta de Aceite se apaga
Apague el motor y compruebe el nivel de aceite
Bajo nivel de Aceite
Llenar de aceite a nivel y buscar posibles fugas
Posible falla del motor
Testigo presión de aceite se Bajo nivel del aceite en el Rellene hasta nivel adecuado enciende al tomar una curva cárter del motor Viscosidad del aceite reducida Mayor consumo de aceite y Cambiar el aceite; si el por dilución desgaste del motor problema persiste, buscar fugas en el sistema Cambio de aceite
Ninguna
Ninguna - el aumento y/o disminución de la presión de debe a otros factores
Presión alta de Aceite -- Causas y Solución 11
Consecuencia, defecto
Causa posible o Síntoma
avería
o
Solución
La presión del aceite Posible falla grave del motor permanece alta después de la Falla potencial del motor partida en frío
Apagar el motor; cambiar el aceite motor por uno que tenga mejores propiedades a baja temperatura
Aceite demasiado viscoso por Falla potencial del motor causa del hollín, y/o oxidación
Cambiar el aceite y el filtro; revisar los inyectores; evitar el funcionamiento excesivo en ralentí
Viscosidad del demasiado alta
Consultar manual del operador o su proveedor de lubricantes para el grado de viscosidad correcto
aceite Duración reducida del motor
Aceite demasiado frío
falla potencial del motor
Válvula de derivación deja Reducida vida del motor circular el aceite sin pasar por el filtro Obstrucción de la succión de la Elementos extraños; bomba reducida del motor
Revisar termostato del motor; comprobar que la viscosidad del aceite sea el adecuado Investigar obstrucción
su
posible
vida Parar el motor, investigar causa
2. MOTOR A GASOLINA Muchas personas en algún momento habrán tenido la oportunidad de ver la parte externa de motor de gasolina (llamado también "motor de explosión" o "de combustión interna"); sin embargo, es muy probable que también muchas de esas personas desconozcan su funcionamiento interno. Cuando decidimos obtener la licencia para conducir un coche o cualquier otro vehículo automotor, en algunos países se exige responder un test o examen en el que, precisamente, se incluyen algunas preguntas relacionadas con el principio de funcionamiento de los motores de térmicos de combustión interna, ya sean de gasolina o diesel.
Motor de gasolina de un coche o automóvil moderno. No obstante, como simple curiosidad, quizás tú te hayas interesado también en conocer cómo funciona un motor de gasolina y cuáles son las partes y piezas que lo integran, aunque entre tus proyectos a más corto plazo no se encuentre, precisamente, obtener una licencia d e conducción. 12
Un motor de gasolina constituye una máquina termodinámica formada por un conjunto de piezas o mecanismos fijos y móviles, cuya función principal es transformar la energía química que proporciona la combustión producida por una mezcla de aire y combustible en energía mecánica o movimiento. Cuando ocurre esa transformación de energía química en mecánica se puede realizar un trabajo útil como, por ejemplo, mover un vehículo automotor como un coche o automóvil, o cualquier otro mecanismo, como pudiera ser un generador de corriente eléctrica. De igual forma, con la energía mecánica que proporciona un motor térmico se puede mover cualquier otro mecanismo apropiado que se acople al mismo como puede ser un generador de corriente eléctrica, una bomba de agua, la cuchilla de una cortadora de césped, etc.
Pequeño motor de gasolina acoplado a una cortadora de césped. En líneas generales los motores térmicos de combustión interna pu eden ser de dos tipos, de acuerdo con el combustible que empleen para poder funcionar: De explosión o gasolina De combustión interna diesel Mientras que los motores de explosión utilizan gasolina (o gas, o también alcohol) como combustible, los de combustión interna diesel emplean sólo gasoil (gasóleo). Si en algún momento comparamos las partes o mecanismos fundamentales que conforman estructuralmente un motor de gasolina y un motor diesel, veremos que en muchos aspectos son similares, mientras que en otros difieren por completo, aunque en ambos casos su principio de funcionamiento es parecido. Tanto los motores de gasolina como los diesel se pueden emplear para realizar iguales funciones; sin embargo, cuando se requiere desarrollar grandes potencias, como la necesaria para mover una locomotora, un barco o un generador de corriente eléctrica de gran capacidad de generación, se emplean solamente motores de combustión interna diesel. 2.1. Partes fundamentales del motor de gasolina Desde el punto de vista estructural, el cuerpo de un motor de explosión o de gasolina se com pone de tres secciones principales: Culata Bloque Cárter
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Partes principales en las que se divide un motor de gasolina. La culata La culata constituye una pieza de hierro fundido (o de aluminio en algunos motores), que va colocada encima del bloque del motor. Su función es sellar la parte superior de los cilindros para evitar pérdidas de compresión y salida inapropiada de los gases de escape. En la culata se encuentran situadas las válvulas de admisión y de escape, así como las bujías. Posee, además, dos conductos internos: uno conectado al múltiple de admisión (para permitir que la mezcla airecombustible penetre en la cámara de combustión del cilindro) y otro conectado al múltiple de escape (para permitir que los gases producidos por la combustión sean expulsados al medio ambiente). Posee, además, otros conductos que permiten la circulación de agua para su refresco. La culata está firmemente unida al bloque del motor por medio de tornillos. Para garantizar un sellaje hermético con el bloque, se coloca entre ambas piezas metálicas una “junta de culata”, constituida por
una lámina de material de amianto o cualquier otro material flexible que sea capaz de soportar, sin deteriorarse, las altas temperaturas que se alcanzan durante el funcionamiento del motor. El bloque En el bloque están ubicados los cilindros con sus respectivas camisas, que son barrenos o cavidades practicadas en el mismo, por cuyo interior se desplazan los pistones. Estos últimos se consideran el corazón del motor. La cantidad de cilindros que puede contener un motor es variable, así como la forma de su disposición en el bloque. Existen motores de uno o de varios cilindros, aunque la mayoría de los coches o automóviles utilizan motores con bloques de cuatro, cinco, seis, ocho y doce cilindros, incluyendo algunos coches pequeños que emplean sólo tres. El bloque del motor debe poseer rigidez, poco peso y poca dimensión, de acuerdo con la potencia que desarrolle. Las disposiciones más frecuentes que podemos encontrar de los cilindros en los bloques de los motores de gasolina son las siguientes: En línea
En “V”
Planos con los cilindros opuestos
Diferente disposición de los cilindros en el bloque de los motores de gasolina: 1.- En línea. 2.- En "V". 3.Plano de cilindros opuestos. 14
Bloque de un motor de cuatro cilindros en línea, visto por la parte de arriba. Los bloques en línea pueden contener 3, 4, 5 ó 6 cilindros. Los motores con bloques en “V” tienen los cilindros dispuestos en doble hilera en forma de “V”. Los más comunes que se pueden encontrar son: “V 6”, “V-8”, “V-10” y “V-12”. Los bloques planos son poco utilizados en los motores de gasolina, aunque se
pueden encontrar de 4, 6 y hasta de 12 cilindros en unas pocas marcas de coches. Existen además otras disposiciones de los pistones en un bloque, como por ejemplo los radiales o de estrella (ilustración de la derecha), estructura esta que se empleó durante muchos años en la fabricación de motores de gasolina para aviones. El cárter es el lugar donde se deposita el aceite lubricante que permite lubricar el cigüeñal, los pistones, el árbol de levas y otros mecanismos móviles del motor. Durante el tiempo de funcionamiento del motor una bomba de aceite extrae el lubricante del cárter y lo envía a los mecanismos que requieren l ubricación. Existen también algunos tipos de motores que en lugar de una bomba de aceite emplean el propio cigüeñal, sumergido parcialmente dentro del aceite del cárter, para lubricar “por salpicadura” el mismo
cigüeñal, los pistones y el árbol de levas.
Aunque desde la década de los años 80 del siglo pasado los fabricantes, sobre todo de automóviles, han introducido una serie de cambios y mejoras en los motores de gasolina, a continuación se exponen los componentes básicos que formaron y forman parte todavía en muchos casos o con algunas variantes, de un motor de explosión o gasolina: 1. Filtro de aire.- Su función es extraer el polvo y otras partículas para limpiar lo más posible el aire que recibe el carburador, antes que la mezcla aire-combustible pase al interior de la cámara de combustión de los cilindros del motor. 2. Carburador.- Mezcla el combustible con el aire en una proporción de 1:10000 para proporcionar al motor la energía necesaria para su funcionamiento. Esta mezcla la efectúa el carburador en el interior de 15
un tubo con un estrechamiento practicado al efecto, donde se pulveriza la gasolina por efecto venturi. Una bomba mecánica, provista con un diafragma de goma o sintético, se encarga de bombear desde el tanque principal la gasolina para mantener siempre llena una pequeña cuba desde donde le llega el combustible al carburador. En los coches actuales esa bomba de gasolina, en lugar de ser mecánica es eléctrica y se encuentra situada dentro del propio tanque principal de combustible. Para evitar que la cuba se rebose y pueda llegar a inundar de gasolina la cámara de combustión, existe en el interior de la cuba un flotador encargado de abrir la entrada del combustible cuando el nivel baja y cerrarla cuando alcanza el nivel máximo admisible. El propio carburador permite regular la cantidad de mezcla aire-combustible que envía a la cámara de combustión del motor utilizando un mecanismo llamado mariposa. Por medio del acelerador de pie del coche, o el acelerador de mano en los motores estacionarios, se regula transitoriamente el mecanismo de la mariposa, lo que permite una mayor o menor entrada de aire al carburador. De esa forma se enriquece o empobrece la mezcla aire-combustible que entra en la cámara de combustión del motor, haciendo que el cigüeñal aumente o disminuya las revoluciones por minuto. Cuando la mezcla de aire-combustible es pobre, las revoluciones disminuyen y cuando es rica, aumentan. Los motores más modernos y actuales no utilizan ya carburador, sino que emplean un nuevo tipo de dispositivo denominado “inyector de gasolina”. Este inyector se controla de forma electrónica para lograr que la pulverización de la gasolina en cada cilindro se realice en la cantidad realmente requerida en cada momento preciso, lográndose así un mayor aprovechamiento y optimización en el consumo del combustible. Es necesario aclarar que los inyectores de gasolina no guardan ninguna relación con los inyectores o bomba de inyección que emplean los motores diesel, cuyo funcionamiento es completamente diferente. Inyector de gasolina. 3. Distribuidor o Delco.- Distribuye entre las bujías de todos los cilindros del motor las cargas de alto voltaje o tensión eléctrica provenientes de la bobina de encendido o ignición. El distribuidor está acoplado sincrónicamente con el cigüeñal del motor de forma tal que al rotar el contacto eléctrico que tiene en su interior, cada bujía recibe en el momento justo la carga eléctrica de alta tensión necesaria para provocar la chispa que enciende la mezcla aire-combustible dentro de la cámara de combustión de cada pistón. 4. Bomba de gasolina.- Extrae la gasolina del tanque de combustible para enviarla a la cuba del carburador cuando se presiona el “acelerador de pie” de un vehículo automotor o el “acelerador de mano” en un motor estaciona rio. Desde hace muchos años atrás se
utilizan bombas mecánicas de diafragma, pero últimamente los fabricantes de motores las están sustituyendo por bombas eléctricas, que van instaladas dentro del propio tanque de la gasolina. 5. Bobina de encendido o ignición.- Dispositivo eléctrico perteneciente al sistema de encendido del motor, destinado a producir una carga de alto voltaje o tensión. La bobina de ignición constituye un transformador eléctrico, que eleva por inducción electromagnética la tensión entre los dos enrollados que contiene en su interior. El enrollado primario de baja tensión se conecta a la batería de 12 volt, mientras que el enrollado secundario la transforma en una corriente eléctrica de alta tensión de 15 mil ó 20 mil volt. Esa corriente se envía al distribuidor y éste, a su vez, la envía a cada una de las bujías en el preciso momento que se inicia en cada cilindro el tiempo de explosión del combustible. 6. Filtro de aceite.- Recoge cualquier basura o impureza que pueda contener el aceite lubricante antes de pasar al sistema de lubricación del motor.
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7. Bomba de aceite.- Envía aceite lubricante a alta presión a los mecanismos del motor como son, por ejemplo, los cojinetes de las bielas que se fijan al cigüeñal, los aros de los pistones, el árbol de leva y demás componentes móviles auxiliares, asegurando que todos reciban la lubricación adecuada para que se puedan mover con suavidad. 8. Cárter.- Es el lugar donde se deposita el aceite lubricante que utiliza el motor. Una vez que la bomba de aceite distribuye el lubricante entre los diferentes mecanismos, el sobrante regresa al cárter por gravedad, permitiendo así que el ciclo de lubricación continúe, sin interrupción, durante todo el tiempo que el motor se encuentre funcionando. 9. Aceite lubricante.- Su función principal es la d e lubricar todas las partes móviles del motor, con el fin de disminuir el rozamiento y la fricción entre ellas. De esa forma se evita el excesivo desgaste de las piezas, teniendo en cuenta que el cigüeñal puede llegar a superar las 6 mil revoluciones por minuto. Como función complementaria el aceite lubricante ayuda también a refrescar los pistones y los cojinetes, así como mantenerlos limpios. Otra de las funciones del lubricante es ayudar a amortiguar los ruidos que produce el motor cuando está funcionando.. El aceite lubricante en sí ni se consume, ni se desgasta, pero con el tiempo se va ensuciando y sus aditivos van perdiendo eficacia hasta tal punto que pasado un tiempo dejan de cumplir su misión de lubricar. Por ese motivo periódicamente el aceite se debe cambiar por otro limpio del mismo grado de viscosidad recomendada por el fabricante del motor. Este cambio se realiza normalmente de acuerdo con el tiempo que estipule el propio fabricante, para que así los aditivos vuelvan a ser efectivos y puedan cumplir su misión de lubricar. Un tercio del contenido de los aceites son aditivos, cuys propiedades especiales proporcionan una lubricación adecuada. 10. Toma de aceite.- Punto desde donde la bomba de aceite succiona el aceite lubricante depositado en el cárter. 11. Cables de alta tensión de las bujías.- Son los cables que conducen la carga de alta tensión o voltaje desde el distribuidor hasta cada bujía para que la chispa se produzca en el momento adecuado. 12. Bujía.- Electrodo recubierto con un material aislante de cerámica. En su extremo superior se conecta uno de los cables de alta tensión o voltaje procedentes del distribuidor, por donde recibe una carga eléctrica de entre 15 mil y 20 mil volt aproximadamente. En el otro extremo la bujía posee una rosca metálica para ajustarla en la culata y un electrodo que queda situado dentro de la cámara de combustión. La función de la bujía es hacer saltar en el electrodo una chispa eléctrica dentro de la cámara de combustión del cilindro cuando recibe la carga de alta tensión procedente de la bobina de ignición y del distribuidor. En el momento justo, la chispa provoca la explosión de la mezcla aire-combustible que pone en movimiento a los pistones. Cada motor requiere una bujía por cada cilindro que contenga su bloque.
Bujía 17
13. Balancín.- En los motores del tipo OHV (Over Head Valves – Válvulas en la culata), el balancín constituye un mecanismo semejante a una palanca que bascula sobre un punto fijo, que en el caso del motor se halla situado normalmente encima de la culata. La función del balancín es empujar hacia abajo las válvulas de admisión y escape para obligarlas a que se abran. El balancín, a su vez, es accionado por una varilla de empuje movida por el árbol de levas. El movimiento alternativo o de vaivén de los balancines está perfectamente sincronizado con los tiempos del m otor. 14. Muelle de válvula.- Muelle encargado de mantener normalmente cerradas las válvulas de admisión y escape. Cuando el balancín empuja una de esas válvulas para abrirla, el muelle que posee cada una las obliga a regresar de nuevo a su posición normal de “cerrada” a partir del momento que cesa la acción de empuje de los balancines.. 15. Válvula de escape.- Pieza metálica en forma de clavo grande con una gran cabeza, cuya misión es permitir la expulsión al medio ambiente de los gases de escape que se generan dentro del cilindro del motor después que se quema la mezcla aire-combustible en durante el tiempo de explosión. Normalmente los motores poseen una sola válvula de escape por cilindro; sin embargo, en la actualidad algunos motores modernos pueden tener más de una por cada cilindro. Válvula de admisión.- Válvula idéntica a la de escape, que normalmente se encuentra junto a aquella. Se abre en el momento adecuado para permitir que la mezcla aire-combustible procedente del carburador, penetre en la cámara de combustión del motor para que se efectúe el tiempo de admisión. Hay motores que poseen una sola válvula de admisión por cilindro; sin embargo, los más modernos pueden tener más de una por cada cilindro. 16. Múltiple o lumbrera de admisión.- Vía o conducto por donde le llega a la cámara de combustión del motor la mezcla de aire-combustible procedente del carburador para dar inicio al tiempo de admisión. 17. Cámara de combustión.- Espacio dentro del cilindro entre la culata y la parte superior o cabeza del pistón, donde se efectúa la combustión de la mezcla aire-combustible que llega del carburador. La capacidad de la cámara de combustión se mide en cm3 y aumenta o disminuye con el movimiento alternativo del pistón. Cuando el pistón se encuentra en el PMS (Punto Muerto Superior) el volumen es el mínimo, mientras que cuando se encuentra en el P MI (Punto Muerto Inferior) el volumen es el máximo. 18. Varilla empujadora.- Varilla metálica encargada de mover los balancines en un motor del tipo OHV (Over Head Valves – Válvulas en la culata). La varilla empujadora sigue siempre el movimiento alternativo que le imparte el árbol de levas. 19. Árbol de levas.- Eje parecido al cigüeñal, pero de un diámetro mucho menor, compuesto por tantas levas como válvulas de admisión y escape tenga el motor. Encima de cada leva se apoya una varilla empujadora metálica, cuyo movimiento alternativo se transmite a los balancines que abren y cierran las válvulas de admisión o las de escape.
Culata de un motor de explosión o gasolina, del tipo DOHV (Dual Over. Head Valves – Culata de válvulas dobles), donde se puede apreciar el. funcionamiento de las válvulas de admisión y de escape. Esas válvulas. son accionadas directamente por dos árboles de levas (vistos de frente), que actúan 18
directamente encima de éstas, para abrirlas y cerrarlas, sin. necesidad de utilizar, ni varilla empujadora, ni balancín. El árbol de levas se encuentra sincronizado de forma tal que efectúa medio giro por cada giro completo del cigüeñal. Los motores OHV (Over Head Valves – Válvulas en la culata) tienen un solo árbol de levas, mientras que los DOHV (Dual Over Head Valves – Válvulas dobles en la culata) tienen dos árboles de levas perfectamente sincronizados por medio de dos engranes accionados por el cigüeñal. En los motores DOHV los árboles de levas están colocados encima de la culata y actúan directamente sobre las válvulas sin necesidad de incluir ningún otro mecanismo intermediario como las varillas de empuje y los balancines que requieren los motores OHV. 20. Aros del pistón.- Los aros son unos segmentos de acero que se alojan en unas ranuras que posee el pistón. Los hay de dos tipos: de compresión o fuego y rascador de aceite. Las funciones de los aros son las siguientes: De compresión o fuego: Sella la cámara de combustión para que durante el tiempo de compresión la mezcla aire-combustible no pase al interior del cárter; tampoco permite que l os gases de escape pasen al cárter una vez efectuada la explosión. Ayuda a traspasar a los cilindros parte del calor que libera el pistón durante todo el tiempo que se mantiene funcionando el motor. Ofrece cierta amortiguación entre el pistón y el ci lindro cuando el motor se encuentra en marcha. Bombea el aceite para lubricar el cilindro. Rascador de aceite: Permite que cierta cantidad de lubricante pase hacia la parte superior del cilindro y “barre” el sobrante o
el que se adhiere por salpicadura en la parte inferior del propio cilindro, devolviéndolo al cárter por gravedad. Normalmente cada pistón posee tres ranuras para alojar los aros. Las dos primeras la ocupan los dos aros de compresión o fuego, mientras que la última la ocupa un aro rascador de aceite. Los aros de compresión son lisos, mientras que el aro rascador de aceite posee pequeñas aberturas a todo su alrededor para facilitar la distribución pareja del lubricante en la superficie del cilindro o camisa por donde se desplaza el pistón. 2.2. Funcionamiento de un motor típico de gasolina de cuatro tiempos Ciclos de tiempo del motor de combustión interna Los motores de combustión interna pueden ser de dos tiempos, o de cuatro tiempos, siendo los motores de gasolina de cuatro tiempos los más comúnmente utilizados en los coches o automóviles y para muchas otras funciones en las que se emplean como motor estacionario. Una vez que ya conocemos las partes, piezas y dispositivos que conforman un motor de combustión interna, pasamos a explicar cómo funciona uno típico de gasolina. Como el funcionamiento es igual para todos los cilindros que contiene el motor, tomaremos como referencia uno sólo, para ver qué ocurre en su interior en cada uno de los cuatro tiempos: 19
Admisión Compresión Explosión Escape
Ciclos de tiempos de un motor de combustión interna: 1.- Admisión. 2.- C ompresión. 3.- Explosión. 4.- Escape. (Clic sobre la imagen para ver el motor funcionando). Funcionamiento del motor de combustión interna de c uatro tiempos Primer tiempo Admisión.- Al inicio de este tiempo el pistón se encuentra en el PMS (Punto Muerto Superior). En este momento la válvula de admisión se encuentra abierta y el pistón, en su carrera o movimiento hacia abajo va creando un vacío dentro de la cámara de combustión a medida que alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior), ya sea ayudado por el motor de arranque cuando ponemos en marcha el motor, o debido al propio movimiento que por inercia le proporciona el volante una vez que ya se encuentra funcionando. El vacío que crea el pistón en este tiempo, provoca que la mezcla aire-combustible que envía el carburador al múltiple de admisión penetre en la cámara de combustión del cilindro a través de la válvula de admisión abierta. Segundo tiempo Compresión.- Una vez que el pistón alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior), el árbol de leva, que gira sincrónicamente con el cigüeñal y que ha mantenido abierta hasta este momento la válvula de admisión para permitir que la mezcla aire-combustible penetre en el cilindro, la cierra. En ese preciso momento el pistón comienza a subir comprimiendo la mezcla de aire y gasolina que se encuentra dentro del cilindro. Tercer tiempo Explosión.- Una vez que el cilindro alcanza el PMS (Punto Muerto Superior) y la mezcla aire-combustible ha alcanzado el máximo de compresión, salta una chispa eléctrica en el electrodo de la bujía, que inflama dicha mezcla y hace que explote. La fuerza de la explosión obliga al pistón a bajar bruscamente y ese movimiento rectilíneo se transmite por medio de la biela al cigüeñal, donde se convierte en movimiento giratorio y trabajo útil. Cuarto tiempo Escape.- El pistón, que se encuentra ahora de nuevo en el PMI después de ocurrido el tiempo de explosión, comienza a subir. El árbol de leva, que se mantiene girando sincrónicamente con el cigüeñal abre en ese momento la válvula de escape y los gases acumulados dentro del cilindro, producidos por la explosión, son arrastrados por el movimiento hacia arriba del pistón, atraviesan la válvula de escape y salen hacia la atmósfera por un tubo conectado al múltiple de escape. 20
De esta forma se completan los cuatro tiempos del motor, que continuarán efectuándose ininterrumpidamente en cada uno de los cilindros, hasta tanto se detenga el funcionamiento del motor. Ciclo Otto El motor de gasolina de cuatro tiempos se conoce también como “motor de ciclo Otto”, denominación que
proviene del nombre de su inventor, el alemán Nikolaus August Otto (1832-1891). El ciclo de trabajo de un motor Otto de cuatro tiempos, se puede representar gráficamente, tal como aparece en la ilustración de la derecha. Esa representación gráfica se puede explicar de la siguiente forma: 1. La línea amarilla representa el tiempo de admisión. El volumen del cilindro conteniendo la mezcla airecombustible aumenta, no así la presión. 2. La línea azul representa el tiempo de compresión. La válvula de admisión que ha permanecido abierta durante el tiempo anterior se cierra y la mezcla aire-combustible se comienza a comprimir. Como se puede ver en este tiempo, el volumen del cilindro se va reduciendo a medida que el pistón se desplaza. Cuando alcanza el PMS (Punto Muerto Superior) la presión dentro del cilindro ha subido al máximo. 3. La línea naranja representa el tiempo de explosión, m omento en que el pistón se encuentra en el PMS. Como se puede apreciar, al inicio de la explosión del combustible la presión es máxima y el volumen del cilindro mínimo, pero una vez que el pistón se desplaza hacia el PMI (Punto Muerto Inferior) transmitiendo toda su fuerza al cigüeñal, la presión disminuye mientras el volumen del cilindro aumenta. 4. Por último la línea gris clara representa el tiempo de escape. Como se puede apreciar, durante este tiempo el volumen del cilindro disminuye a medida que el pistón arrastra hacia el exterior los gases de escape sin aumento de presión, es decir, a presión normal, hasta alcanzar el PMS.. El sombreado de líneas amarillas dentro del gráfico representa el "trabajo útil" desarrollado por el motor. 2.3. Algunas causas que pueden impedir que un motor de gasolina funcione correctamente Las causas para que el motor de gasolina falle o no funcione correctamente pueden ser muchas. No obstante la mayoría de los problemas que puede presentar un motor de gasolina se deben, principalmente, a defectos eléctricos, de combustible o de compresión. A continuación se relacionan algunos de los fallos más comunes: 1.- Defectos eléctricos Bujía demasiado vieja o con mucho carbón acumulado. Cables deteriorados que producen salto de chispa y, por tanto, pérdidas de la corriente de alto voltaje. Cable partido o flojo en la bobina de ignición, el distribuidor, las bujías o en el sistema electrónico de encendido. La bobina de ignición, el ruptor o el distribuidor que envía la chispa a la bujía no funciona adecuadamente. Distribuidor desfasado o mal sincronizado con respecto al ciclo de explosión correspondiente, lo que produce que la chispa en la bujía se atrase o adelante con relación al momento en que se debe producir. Mucho o poco huelgo en el electrodo de la bujía por falta de calibración o por estar mal calibradas. 21
Batería descargada, por lo que el motor de arranque no funciona. Cables flojos en los bornes de la batería. 2.- Fallos de combustible No hay combustible en el tanque, por lo que el motor trata de arrancar utilizando solamente aire sin lograrlo. Hay gasolina en el tanque, en la cuba del carburador o en los inyectores, pero la toma de aire se encuentra obstruida, impidiendo que la mezcla aire-combustible se realice adecuadamente. El sistema de combustible puede estar entregando muy poca o demasiada gasolina, por lo que la proporción de la mezcla aire-combustible no se efectúa adecuadamente. Hay impurezas en el tanque de gasolina como, por ejemplo, agua o basuras, que se mezclan con el combustible. En el caso del combustible mezclado con agua, cuando llega a la cámara de combustión no se quema correctamente. En el caso de basura, puede ocasionar una obstrucción en el sistema impidiendo que el combustible llegue a la cámara de combustión. 3.- Fallos de compresión Cuando la mezcla de aire-combustible no se puede comprimir de forma apropiada, la combustión no se efectúa correctamente dentro del cilindro produciendo fallos en el funcionamiento del motor. Estas deficiencias pueden estar ocasionadas por: Aros de compresión o fuego del pistón gastados, por lo que la compresión de la mezcla aire-combustible no se efectúa convenientemente y el motor pierde fuerza. Las válvulas de admisión o las de escape no cierran herméticamente en su asiento, provocando escape de la mezcla aire-combustible durante el tiem po de compresión. Escapes de compresión y de los gases de combustión por la culata debido a que la “junta de culata”, que
la sella herméticamente con el bloque del motor se encuentra deteriorada. Otros defectos que pueden ocasionar el mal funcionamiento del motor de gasolina son los siguientes: Cojinetes de las bielas desgastados, impidiendo que el cigüeñal gire adecuadamente Tubo de escape obstruido Falta de lubricante en el cárter, lo que impide q ue el pistón se pueda desplazar suavemente por el cilindro llegando incluso a gripar o fundir el motor.
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3. CONCLUSIÓN Comparando el motor a diesel y gasolina encontramos que el primero es mucho más económico, aunque sus piezas son mucho más caras que los del motor a gasolina. Por otro lado es también más ruidoso, y se utiliza por lo general para maquinaria pesada. Los motores a diesel tienen diversas características que los motores de combustión interna no pueden igualar. Sus ventajas incluyen una buena eficiencia térmica que se traduce en relativas bajas emisiones de CO2, un poderoso torque inclusive en bajas velocidades y una alta durabilidad. Los motores a diesel operan bajo un sistema de auto ignición o sistema de ignición por compresión, el cual no requiere de dispositivos de ignición y de un método de mezcla no uniforme en el cual el aire y combustible son enviados por separado hacia la cámara de combustión en donde se mezclan juntos y la combustión espontánea se lleva a cabo. Los niveles de emisiones de escape son muy diferentes entre los motores a diesel y los motores de gasolina. Los motores a diesel emiten altos niveles de oxido de nitrógeno (Nox) y partículas de materia (PM) que los motores de gasolina, mientras que por su menor eficiencia de combustión, los motores de gasolina emiten altos niveles de CO, CO2 y HC. Los motores a diesel son extremadamente versátiles en sus aplicaciones, una de las razones de su flexibilidad es la capacidad de generar potencia desde pocos caballos de fuerza hasta miles de ellos. Esto permite a los motores a diesel que le den potencia a todo, desde vehículos de pasajeros, camiones, barcos, equipo de construcción, generadores eléctricos para industrias o edificios. Ningún otro motor de combustión interna cuenta con un rango tan amplio de aplicaciones potenciales, lo que permite a los motores a diesel a jugar un rol muy importante en nuestras necesidades energéticas diarias. La habilidad de aprovechar efectivamente el poder de pequeñas cantidades de combustible, hace a los motores a diesel económicamente amigables. Son también muy versátiles, corriendo el aceite de diesel no únicamente en automóviles y aceite pesado en barcos, pero puede también correr en una variedad de otros aceites como son los bio-combustibles como los aceites vegetales y sintéticos, proporcionando de nuevas fuentes de energía amigables con el ambiente.
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BIBLIOGRAFÍA Sistemas auxiliares de motor, de José Manuel Alonso. Revista Car and Driver, de Marzo del 2.003. Revista GT Max, de Septiembre / Octubre de 2.002. Revista GT Max, de Enero / Febrero de 2.004. http://html.rincondelvago.com/el-motor-diesel_1.html http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_di%C3%A9sel
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