GC Tema 23

TEMA

23

Automovilismo. Mecánica del automóvil. Automovilismo. Motores: clases. clases. Cilindros. Tiempos. Reglajes. Motor diesel. Pistón. Biela. Cigüeñal. Volante. Cárter. Motor de dos tiempos. Alimentación en motores de explosión y diesel. Lubricación. Refrigeración. Mecanismos de transmisión. Suspensión. Suspensió n. Dirección. Frenos. Frenos. Electricidad del automóvil. Sistemas Sistemas de encendido. Dinamo. Alternador. Batería. Motor de arranque. Distribución GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

305

AUTOMOVILISMO. MECÁNICA DEL AUTOMÓVIL

1. AUT UTOM OMOV OVIL ILIS ISMO: MO: ME MECÁ CÁNI NICA CA DE DEL L AUT UTOM OMÓV ÓVIL IL De la propia expresión “automóvil” se desprende que estas máquinas son de movimiento autónomo, es decir, disponen de los medios de propulsión necesarios para moverse y lo que es más específico de ellas, no dependen de conexiones exteriores para lograrlo. En todos los casos se producirá la transformación de algún elemento energético, que generará la fuerza necesaria para mover estos ingenios. Desde el punto de vista de la Física se denomina, con carácter general, motor a toda máquina capaz de transformar cualquier tipo de energía mecánica en trabajo. Según lo dicho ya podemos establecer una primera prim era división en lo que se refiere a tipo de motores, los cuales clasificaremos atendiendo a la naturaleza del agente que proporciona la alimentación. Esta alimentación puede provenir de fluidos, ya sean en forma de gas o de líquido, de sólidos o de alguna forma concreta de electricidad, siendo los más comunes los motores hidráulicos, los eólicos, de aire comprimido, térmicos (de explosión o de combustión), etcétera. Si bien es cierto que en la actualidad existen algunos automóviles con motores propulsados mediante energía eléctrica, son los de combustión interna y los de explosión los más extendidos, los cuales utilizan como combustible ciertos derivados de los hidrocarburos tales como la gasolina o el gasóleo. En el caso de la automoción el motor será el encargado de aprovechar el potencial energético de estos derivados del petróleo, transformando su energía química en energía mecánica, mediante combustión (proceso lento) o explosión (proceso instantáneo), el cual generará una alta presión de gases dentro del mismo. Se tratan, pues, de motores térmicos. Por automóvil conocemos a una máquina compleja, formada por una serie de elementos bien diferenciados y perfectamente relacionados entre sí. Vamos a conocer estos con juntos mecánicos, su función, qué trabajo realizan y qué relación guardan con los demás. Todo automóvil Todo automóvil está consti constituid tuidoo por: Motor, Transmisión, Dirección, Frenos, Suspensubdivide en sus sus componentes componentes principales principales sión, Ruedas y Carrocería. A su vez el motor se subdivide que son la Distribución, la Alimentación, el Encendido, el Engrase Engrase y la Refr Refrigera igeración ción. Estudiaremos a continuación sólo los más importantes, los cuales serán el centro de atención del presente temario.

2. EL MOTOR

2.1. 2. 1. CLA CLASE SESS DE MO MOTTOR ORES ES En concreto y referidos a la automoción podemos decir que son tres los más importantes:

2.1.1. Motor de explosión El encendido se produce por la aparición de una chispa que hace explosionar una mezcla de aire y combustible liquido pulverizado. Puede ser de dos o cuatro tiempos y se utiliza en vehículos que necesitan una respuesta muy rápida, tales como turismos, motocicletas, etcétera. Utilizan gasolina, alcohol o gas. 306

GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)


1. AUT UTOM OMOV OVIL ILIS ISMO: MO: ME MECÁ CÁNI NICA CA DE DEL L AUT UTOM OMÓV ÓVIL IL De la propia expresión “automóvil” se desprende que estas máquinas son de movimiento autónomo, es decir, disponen de los medios de propulsión necesarios para moverse y lo que es más específico de ellas, no dependen de conexiones exteriores para lograrlo. En todos los casos se producirá la transformación de algún elemento energético, que generará la fuerza necesaria para mover estos ingenios. Desde el punto de vista de la Física se denomina, con carácter general, motor a toda máquina capaz de transformar cualquier tipo de energía mecánica en trabajo. Según lo dicho ya podemos establecer una primera prim era división en lo que se refiere a tipo de motores, los cuales clasificaremos atendiendo a la naturaleza del agente que proporciona la alimentación. Esta alimentación puede provenir de fluidos, ya sean en forma de gas o de líquido, de sólidos o de alguna forma concreta de electricidad, siendo los más comunes los motores hidráulicos, los eólicos, de aire comprimido, térmicos (de explosión o de combustión), etcétera. Si bien es cierto que en la actualidad existen algunos automóviles con motores propulsados mediante energía eléctrica, son los de combustión interna y los de explosión los más extendidos, los cuales utilizan como combustible ciertos derivados de los hidrocarburos tales como la gasolina o el gasóleo. En el caso de la automoción el motor será el encargado de aprovechar el potencial energético de estos derivados del petróleo, transformando su energía química en energía mecánica, mediante combustión (proceso lento) o explosión (proceso instantáneo), el cual generará una alta presión de gases dentro del mismo. Se tratan, pues, de motores térmicos. Por automóvil conocemos a una máquina compleja, formada por una serie de elementos bien diferenciados y perfectamente relacionados entre sí. Vamos a conocer estos con juntos mecánicos, su función, qué trabajo realizan y qué relación guardan con los demás. Todo automóvil Todo automóvil está consti constituid tuidoo por: Motor, Transmisión, Dirección, Frenos, Suspensubdivide en sus sus componentes componentes principales principales sión, Ruedas y Carrocería. A su vez el motor se subdivide que son la Distribución, la Alimentación, el Encendido, el Engrase Engrase y la Refr Refrigera igeración ción. Estudiaremos a continuación sólo los más importantes, los cuales serán el centro de atención del presente temario.

2. EL MOTOR

2.1. 2. 1. CLA CLASE SESS DE MO MOTTOR ORES ES En concreto y referidos a la automoción podemos decir que son tres los más importantes:

2.1.1. Motor de explosión El encendido se produce por la aparición de una chispa que hace explosionar una mezcla de aire y combustible liquido pulverizado. Puede ser de dos o cuatro tiempos y se utiliza en vehículos que necesitan una respuesta muy rápida, tales como turismos, motocicletas, etcétera. Utilizan gasolina, alcohol o gas. 306



2.1.2. Motor de combustión También llamado de autocombustión o Diesel. El encendido se produce También prod uce por p or una muy m uy fuerte compresión del aire que eleva su temperatura, quemando el gasóleo pulverizado a medida que éste va apareciendo. Utilizan gasóleo o fuel-oil. En ambos casos la fuerza se consigue mediante la onda expansiva fruto de la combustión o la explosión del carburante, la cual se transmite a otras partes del motor empujando piezas móviles para su aprovechamiento.

2.1.3. Motor eléctrico Se basa en la electromecánica. Utiliza la electricidad almacenada previamente p reviamente en acumuladores. Son motores para recorridos cortos, escasa velocidad y autonomía.

2.2.. PART 2.2 PARTES ES DEL MOTO MOTOR R El motor puede ser dividido en principio en dos grandes grupos de elementos: –

Elementos fijos y

–

elementos mó móvviles.

Son elementos fijos el bloque motor moto r, los cilindros, cilindr os, la culata y el cárter. Son elementos móviles los pistones, los segmentos, las bielas, el cigüeñal, el volante motor y los contrapesos. Estudiaremos brevemente algunos de ellos para pasar a conocer con profundidad p rofundidad aquellos otros de mayor interés para el temario que nos ocupa.

2.2.1. Elementos fijos El bloque motor Es el cuerpo del motor. Sirve para alojar a los cilindros y demás componentes mecánicos. Por la parte superior se cierra con la culata y por la parte inferior por el cárter .

 

 

El cilindro



Es la parte más importante del motor. En el cilindro se produce la onda expansiva responsable del movimiento generado. Se trata de una o varias cavidades de forma cilíndrica cuyas paredes aparecen muy pulimentadas para facilitar el movimiento continuado del pistón en su recorrido ascendente y descendente. Su interior se denomina cámara de combustión o explosión. Se compone de tres partes: cuerpo del cilindro, culata y cámara mar a de com compre presió sión n. GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)



  



307


La parte más alta, denominada cámara de compresión o de explosión está perforada por los orificios que alojan a las válvulas de admisión y de escape. En el centro de las mismas se sitúa normalmente la bujía cuya misión es desprender una descarga eléctrica en forma de chispa que inflama la mezcla de combustible y aire. Todo el cilindro, particularmente su parte superior Todo superior,, va rodeado de la llamada camisa de agua, conducto formado por una doble pared, por el que circula el agua que refrigera el recinto. Los tipos de motores más comunes, según el número de cilindros son: –

De un solo cilindro: Su funcionamiento ya ya se ha estudiado al describir el cilindro. Pocos son los tipos de motores de un solo cilindro, con la excepción de los de pequeñas potencias, tales como los instalados en ciclomotores y motocicletas. Los hay de dos y de cuatro tiempos

–

De dos cilindros: admite a su vez dos variaciones:

–

*

Dos cilind cilindros ros parale paralelos. los. En ellos los dos cilindros cilindros se sitúan sitúan parale paralelamente lamente y sus sus pistones tienen movimientos simultáneos de forma que los dos suben y bajan a la vez. Para conseguirlo, el cigüeñal presenta dos codos en igual disposición y juntos, de forma que, al girar girar,, los dos pistones a ellos acoplados mantienen un movimiento simultáneo.

*

Dos cili cilindro ndross opuest opuestos. os. Cons Consist istee en un cigü cigüeña eñall con codos codos opue opuesto stoss de modo modo que las bielas a ellos acopladas se mueven en sentidos opuestos, juntándose y separándose sus pistones.

De cuatro cilindros. El más utilizado de los motores de explosión es el de cuatro tiempos y cuatro cilindros, éstos acoplados en línea, es decir, decir, un cilindro al lado de otro en paralelo, consiguiéndose mejor equilibrio de los órganos móviles. Esta disposición supone que, en un momento determinado, d eterminado, los pistones acoplados a los codos del cigüeñal, estarán en la siguiente posición: *

Los dos extr extremos emos en su part partee más sup superi erior or,, inicia iniciando ndo el el descen descenso. so.

*

Los dos cent central rales es en su parte parte más más infe inferio riorr, inicia iniciando ndo el el ascens ascenso. o.

Para conseguir un movimiento suave, sin brusquedades, el orden, en cuanto a explosiones en cada cilindro, numerándose estos de delante hacia atrás, si el motor está situado longitudinalmente en el vehículo, es el siguiente: 1-3-4-2, es decir, primero explosiona el pistón 1, después lo hará el 3, etc., de forma que, en cada cad a media vuelta del cigüeñal uno de los cuatro pistones se encuentre en el tiempo de explosión. Un motor de cuatro cilindros menos frecuente es el de cilindros horizontales y opuestos, disposición muy adecuada para la refrigeración por aire y adoptada por algunas marcas. En este caso, el orden de explosión de cada cilindro es 1-4-3-2. –

308

Motor de seis cilindros. Con esta disposición los pistones 1-6, 2-5 y 3-4 tienen en cada momento la misma disposición, estando situados los codos respectivos a 1/3 de vuelta uno de otro. De esta forma, el giro de estos motores es más regular. GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)


–

Motor de ocho cilindros. En este tipo de motores, por cada media vuelta de cigüeñal se producen dos explosiones, es decir, en las dos vueltas de cigüeñal se dan 8 explosiones. Debido a que colocar los ocho cilindros en línea significaría un eje cigüeñal muy largo, con las consecuencias negativas en cuanto a torsión del mismo y tamaño del motor, existe una disposición utilizada, tanto en este tipo de motores como en los de más cilindros, 12, 16, etc. Es la disposición en V . En esta modalidad, los cilindros se dividen en dos partes, colocándose cada mitad en línea y acoplándose estos dos bloques en ángulo de 90º, formando una V. Cada codo soporta dos bielas acopladas a pistones de líneas diferentes.

La culata En ella van roscadas las bujías y se une al bloque mediante la llamada junta de culata, la cual proporciona hermetismo a este conjunto. 



          







  



El cárter: Se trata de una caja hermética que sirve de apoyo a los cilindros y cierra al bloque por su parte inferior. Contiene el aceite para el engrase, el cual puede vaciarse mediante un tapón situado en su parte más baja. El cárter se divide en cárter superior e inferior . –

Cárter superior: Se fabrica en una pieza de fundición, junto al cuerpo de cilindro o bloque de cilindros. Lleva los cojinetes de apoyo al cigüeñal y, a su vez, es la parte que se asienta en el bastidor del vehículo para su sujeción.


309


–

Cárter inferior: Es la parte que cierra al cárter inferiormente, sirviendo de depósito del aceite lubricante. Es un departamento estanco fabricado de material más débil que el cárter superior ya que no va a soportar esfuerzos ni tensiones. Se acopla a éste con tornillos y posee una boca de entrada de aceite y un tornillo o tapón de vaciado.

2.2.2. Elementos móviles El pistón: También llamado émbolo, es una pieza cilíndrica en forma de vaso invertido y realizada en material de fundición o de aluminio, que encaja perfectamente con las paredes interiores del cilindro. Su diámetro es ligeramente inferior al del cilindro para minimizar el rozamiento, sin embargo aunque el ajuste entre pistón y cilindro no es hermético los gases no escapan gracias a los llamados segmentos. Los segmentos son unos aros o anillos elásticos, de material más blando que el cilindro y de diámetro ligeramente mayor que el pistón, que tienen como misión fundamental el ajuste perfecto entre el pistón y el cilindro, para que no escapen gases procedentes de la explosión y se aproveche totalmente esta energía. Su número es indeterminado, existiendo segmentos con especialidades distintas: –

Segmentos de compresión cuya misión es impedir la fuga de gases de la explosión. Se sitúan en la parte más superior del pistón, siendo el llamado segmento de fuego el más cercano a la explosión, es decir, el más alto.

–

Segmentos de engrase, cuya misión es rascar el aceite de las paredes del cilindro, impedir que pase a la cámara de explosión y reconducirlo al bulón y biela. Para ello dispone de unos agujeros que permiten el paso del aceite al interior del pistón.

El pistón realiza un movimiento longitudinal dentro del cilindro, de arriba hacia abajo y viceversa, conforme a los distintos tiempos de estos motores. La conversión de este movimiento rectilíneo en circularse se lleva a efecto por el conjunto biela-cigüeñal, auténtico eje de giro que se encarga de transmitir la rotación a las ruedas. El pistón se divide en cabeza y falda. En su parte central tiene un orificio que lo atraviesa de lado a lado, donde se introduce el bulón o eje, a través del cual el pistón se une a la biela. El bulón, pues, gira libremente dentro del orificio.

La biela: Es una pieza de acero, debido a los grandes esfuerzos que ha de realizar, en forma de H o doble T que tiene como cometido engarzar, articulados, al pistón y al cigüeñal, para, en unión de este último, convertir el movimiento rectilíneo en circular. En esta pieza se distinguen tres partes:

310

–

Pie de biela: Es la parte que va unida al pistón, abrazando al bulón por medio de un casquillo.

–

Cuerpo, en forma de H o T doble une el pie a la cabeza.

–

Cabeza, abraza al codo del cigüeñal por “medios” cojinetes de material antifricción. Consta de cabeza superior, unida al cuerpo, y cabeza inferior o sombrerete que, GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)


por medios de tornillos, se fija a la cabeza superior, abrazando al codo del cigüeñal. Está provista de lubricación interior mediante aceite para reducir la fricción. Cada pistón está unido a su correspondiente biela.

El Cigüeñal: Es la pieza del motor que más esfuerzos soporta, por lo que se construye de forma muy robusta, en acero forjado. Consiste en un eje provisto de tantos codos como pistones tenga el motor. A cada codo se acoplan sendas bielas, articuladas por medio de sus cabezas, provistas de material antifricción. Su movimiento es ya giratorio y para este giro se apoya en cojinetes antifricción, en número variable según la potencia del motor y la longitud del cigüeñal. Por ejemplo, en los motores Diesel con los cilindros en línea, el número de codos con cojinetes será igual al número de cilindros más uno. Al girar, aprovechando la explosión en el cilindro, transforma el movimiento rectilíneo del pistón en circular, por medio de la biela, transmitiendo este movimiento a las ruedas del vehículo. Este enlace no es directo, sino a través de un embrague que lo une, o separa, de los engranajes que conforman la caja de cambios. A su vez, el giro del cigüeñal, permite la realización de otras funciones fundamentales en el funcionamiento del motor: –

Distribución: Que permiten la apertura y cierre de las válvulas.

–

Encendido: Producción de chispas en las bujías de cada cilindro.

–

Engrase o lubricación de las partes móviles.

–

Movimiento del generador de corriente eléctrica (dinamo o alternador), para la fabricación de este tipo de energía necesaria en el automóvil; igualmente con su movimiento facilita la refrigeración del vehículo.

El Volante Motor: El Pistón en su ciclo normal de funcionamiento pasa por los denominados puntos muertos superior e inferior , los cuales, de no disponerse de cierta energía residual que fuerce la repetición del proceso provocarían que éste se detuviese en su recorrido. La energía necesaria para solucionar este inconveniente la proporciona el volante motor o volante de inercia. Se trata de una pieza en forma de rueda dentada, muy pesada, fabricada de fundición o de acero, que se monta en un extremo del cigüeñal (mirado longitudinalmente y en su parte posterior). y que tiene como misión, entre otras, homogeneizar el movimiento del motor, permitiendo un giro suave en los tiempos muertos o tiempos nulos, de esta forma la inercia conseguida por el volante motor permite a los pistones seguir moviéndose después de haber llegado a los puntos muertos superiores o inferiores. Cuanto mayor es el número de cilindros, menor es el tamaño del volante y al contrario, cuanto menor es el número de cilindros mayor será en volante. Junto al volante motor o de inercia se encuentra montada una corona con dientes que tiene como misión engranar con el motor de arranque, de esta manera y una vez accionado el mismo, un fuerte impulso es transmitido a través del cigüeñal a los cilindros para iniciar GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

311


la puesta en marcha. También al volante se acopla el embrague o dispositivo que permite, o no, la transferencia de movimiento del cigüeñal a los engranajes de la caja de cambios y de ésta, a las ruedas del vehículo. Suele llevar en la superficie de su llanta, unas referencias grabadas que se utilizan para los reglajes de la distribución y del encendido y al otro extremo del cigüeñal un engranaje que mueve el árbol de levas, la bomba del agua, el alternador y el ventilador. Como quiera que su colocación, en un extremo del cigüeñal, desequilibra a éste, con la posibilidad de esfuerzos suplementarios de torsión, en el otro extremo se coloca un contrapeso o dámper, consistente en otra rueda, a la que normalmente se adhiere una polea que mueve el ventilador del sistema de refrigeración del automóvil.

3. LOS TIEMPOS. CICLOS DEL MOTOR. PRÁCTICO Y TEÓRICO Todos los motores de combustión interna tienen un mismo principio de funcionamiento: el aprovechamiento de la energía motriz desarrollada en la explosión-combustión de hidrocarburos en el interior del cilindro. Para conseguir explosionar el combustible es necesario una serie de fases que estos motores han de cumplimentar de una forma teóricamente regular y efectiva en la práctica, tales como la entrada del combustible, su preparación (compresión) y la expulsión de los gases ya utilizados. Se denominan tiempos de un motor de combustión interna a las distintas fases que ha de desarrollar para conseguir la explosión del combustible. Cuando el ciclo de la combustión se realiza en cuatro etapas o tiempos se denomina al motor de cuatro tiempos, cuando se completa en dos lo llamaremos de dos tiempos. Vamos a desarrollar ambos tipos de motores en apartados diferentes.

3.1. EL MOTOR DE CUATRO TIEMPOS. CICLO TEÓRICO Fue ideado por Nicholas Otto, por lo que, técnicamente, se le conoce como motor de Otto. Durante cada ciclo el pistón realiza cuatro recorridos: dos ascendiendo y dos descendiendo. Los cuatro tiempos se suceden de la siguiente manera: 1. Admisión. 2. Compresión. 3. Explosión. 4. Escape.

312



             

         

         

              

a) Primer tiempo, admisión: En él, el pistón desciende hacia la parte más inferior del cilindro. La válvula de admisión por donde llega la mezcla combustible, se encuentra abierta. El cigüeñal gira media vuelta, pasando el pistón del Punto Muerto Superior (PMS) al Punto Muerto Inferior (PMI); estos puntos son los límites superior e inferior del recorrido de la cabeza del pistón; este trayecto se denomina carrera. El pistón aspira en su descenso la mezcla (aire y combustible), llenándose. b) Segundo tiempo, compresión: En este tiempo la válvula de admisión se ha cerrado y, por la inercia, el cigüeñal sigue girando otra media vuelta; con ello el pistón sube desde el PMI al PMS, dando otra media vuelta y comprimiendo la mezcla. Los gases quedan reducidos en su volumen, en la llamada cámara de compresión o explosión que está situada en la parte más elevada del cilindro. Se llama relación de compresión a la existente entre los volúmenes que ocupa la mezcla combustible cuando el pistón está en el PMI y cuando está en el PMS. En este tipo de motores, es normal una relación de 7:1. La mezcla se ha calentado al aumentar de presión y a la vez, el aire está más cerca de la gasolina: son las mejores condiciones para producir la explosión. c) Tercer tiempo, explosión: Estando cerradas las válvulas de admisión y escape, la bujía emite una chispa que hace explotar la mezcla comprimida. Por la expansión de los gases el pistón desciende violentamente desde PMS al PMI. El cigüeñal ha dado otra media vuelta. Este es el auténtico tiempo motor, pues es el único donde se desarrolla potencia. d) Cuarto tiempo, escape: De nuevo, por la inercia del volante, éste sigue girando otra media vuelta y hace que el pistón pase del PMI al PMS, a la vez que se abre la válvula de expulsión, desalojando los gases, ya quemados, del cilindro. Ya está preparado el cilindro para un nuevo ciclo.


313


Al haberse realizado el movimiento en cuatro fases es por lo que se le llama motor de cuatro tiempos, pero realmente, la potencia mecánica útil se obtiene en el tercer tiempo, de explosión, realizándose los restantes a expensas de éste. Como dato práctico para determinar cuál es la válvula de escape y cuál la de admisión, señalaremos que al iniciarse la tercera vuelta del cigüeñal, la primera que abre es la válvula de escape. Otro dato a tener en cuenta es que el giro de estos motores se produce, mirando el motor de frente, de izquierda a derecha, como las agujas del reloj.

3.2. EL MOTOR DE CUATRO TIEMPOS. CICLO PRÁCTICO O DE REGLAJES Una vez conocido, de forma teórica, el funcionamiento del motor de cuatro tiempos es necesario señalar que aunque es cierto que el motor de cuatro tiempos realiza durante su ciclo todas y cada una de las funciones estudiadas, hay ciertas alteraciones introducidas a nivel práctico que tienen como misión aumentar el rendimiento y conseguir mayor potencia final. A estas alteraciones que afectan al momento de apertura de las válvulas y al del salto de la chispa en la bujía las llamamos reglajes. Los reglajes de motor afectan a la admisión, el encendido y el escape, siendo alterados en la práctica tanto la admisión como el escape.

3.2.1. El Reglaje de admisión Este reglaje se efectúa sobre la válvula de admisión y lo que se pretende es permitir la entrada de mayor cantidad de combustible en el cilindro. En la práctica esto se consigue adelantando la apertura de dicha válvula y retrasando su cierre. En el ciclo práctico, la válvula de admisión se abre un poco antes de que el pistón alcance su posición más elevada, es lo que se denomina avance de admisión y se cierra un poco después de haber alcanzado el punto más bajo en su recorrido, denominado en este caso retraso de admisión .

3.2.2. El Reglaje de encendido También denominado reglaje de explosión, se consigue adelantando el instante en que se produce la chispa en la bujía. Con esta maniobra se pretende que toda la mezcla sea consumida antes de que llegue el pistón al punto muerto superior, ya que aunque la explosión es muy rápida, las partes de la mezcla más alejadas de la bujía no llegarían a tener tiempo suficiente para incendiarse. Se logra así que antes de que el pistón suba a su punto máximo toda la mezcla haya tenido tiempo de explosionar. También el momento de la explosión en cada cilindro debe reglarse en relación a los otros ya que el funcionamiento del motor sería irregular si, por ejemplo, todas las explosiones se produjesen a la misma vez, sometiendo al cigüeñal a unos empujes excesivamente bruscos 314



que probablemente no podría soportar. Es por esto que el orden de explosiones debe ser combinado para que los distintos encendidos se produzcan sucesivamente pero no siguiendo la progresión en la que están montados en el motor, sino de forma alternativa. Esta alternancia se logra mediante los codos del cigüeñal, que a través de las bielas hacen que los distintos pistones alcancen diferentes alturas dentro de sus respectivos cilindros. Así por ejemplo en los motores de cuatro cilindros cuando en uno se produce la admisión en el siguiente se produce la compresión, a continuación la explosión y en el último el escape y así a razón de un ciclo completo por cada media vuelta del cigüeñal. En los motores de cuatro cilindros, por cada vuelta del cigüeñal se completan dos ciclos en cada cilindro. Este orden de explosiones se representa por unas cifras que corresponden al orden de montaje de cada cilindro empezando por el que está más alejado del volante motor, siendo el 1, 3, 4, 2 el más utilizado.

3.2.3. El Reglaje de escape Consiste en la apertura de la válvula de escape antes de que el pistón alcance el punto más bajo y se cierre después de haber llegado al punto más alto, coincidiendo con la apertura de la válvula de admisión. Debido a que la válvula de admisión adelanta su apertura y la de escape retrasa su cierre existe un momento en que ambas válvulas están abiertas, a este momento lo denominamos traslado o solapo .

4. EL MOTOR DE DOS TIEMPOS Basado en el mismo principio de funcionamiento, es más simple que los anteriores pues se suprimen, por innecesarias, piezas tales como el árbol de levas, distribución, válv ulas, etc., ya que la admisión y escape se efectúan a través de tres ventanas o lumbreras. En un ciclo completo de cigüeñal (dos medias vueltas) se realizan los cuatro tiempos ya estudiados; es decir, que por cada ciclo del cigüeñal se produce una explosión. Su forma se corresponde con la figura que se acompaña, en la que se puede observar que el cárter (sitio de alojamiento del cigüeñal) tiene una misión de pre-cámara de compresión y de bombeo de la mezcla al cilindro (cárter-bomba). Al final del recorrido del pistón existen dos aberturas, una frente a otra (2 y 3 en la figura) correspondientes a la admisión de mezcla a la cámara de compresión y escape de gases, respectivamente, y aún más abajo, la admisión de mezcla del carburador al cárter (1). 1.er Tiempo: Compresión y Explosión En éste, con media vuelta del cigüeñal, el pistón sube del PMI ( Punto Máximo Inferior) al PMS (Punto Máximo Superior) realizándose, por una parte, la admisión de la mezcla al cárter, por la lumbrera 1 y la compresión y explosión de la mezcla situada sobre el pistón. GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

315








 





  

     

     

2.º Tiempo: Admisión y Escape La mezcla del cárter, previamente comprimida al bajar el pistón debido a la explosión, pasa por una tobera lateral (2) a la parte superior del pistón, entrando en el cilindro, a la vez que por la lumbrera de expulsión (3), se realiza la salida de gases quemados. A esta operación se le llama “barrido”. Lógicamente pueden perderse con esta última apertura, parte de la mezcla, pero regulándose bien las salidas y entradas, esto último sucede en cantidades ínfimas. A fin de evitarlo, la cabeza del pistón se construye de formas especiales (deflector), no planas, de manera que desvíe los gases de salida hacia su tobera e impida la salida de mezcla combustible, aunque, actualmente se consigue el mismo efecto sin utilizar deflector, orientando adecuadamente la salida de estos gases. Como particularidades hay que destacar la necesidad de que la mezcla lleve aceite para lubricar las partes interiores del cárter (en el de cuatro tiempos, al ser éste un recinto cerrado, se lubrica con aceite no detergente introducido permanentemente en él), aproximadamente en una proporción de 4 por 100. Esta disposición se utiliza normalmente en un motor con dos cilindros, cada uno de los cuales está en un tiempo, y su utilidad más frecuente es en motocicletas y máquinas de poca potencia, aunque también existen de tres cilindros en línea. Son motores de poco rendimiento y tienen como característica su reversibilidad, esto es, que el ciclo se produce para cualquier giro del cigüeñal, cosa que no sucede en el motor de cuatro tiempos.

5. EL MOTOR DE COMBUSTIÓN O DIESEL Recibe el nombre de Diesel de su inventor, Rodolfo Diesel. La fuerza generada durante su funcionamiento se produce al quemar, que no explosionar, el combustible presente en los cilindros. Se caracterizan estos motores, a diferencia de los anteriores, en que no tienen carburador ni sistema de encendido, los motores diesel tampoco llevan bujías sino calentadores los cuales sirven para precalentar el aire del cilindro produciendo lo que se llama autocombustión. 316



5.1. DIFERENCIAS ESENCIALES CON EL MOTOR DE EXPLOSIÓN Las diferencias más importantes en relación al motor de gasolina o explosión son: –

Carecer de encendido.

–

Carecer de carburador.

–

No usan bujías sino calentadores

–

Disponer de inyector o inyectores.

–

Relación de compresión mucho mayor.

Los cilindros suelen formar un bloque único, el cigüeñal tiene tantos apoyos como cilindros y en general puede decirse que el motor diesel es más robusto que el de gasolina. Los pistones son de una longitud mayor que los de los motores de explosión y de cabeza plana. El elemento más característico de este tipo de motores es la culata, ya que la forma y disposición de la cámara de combustión, así como la presencia de inyectores la hacen exclusiva del mismo. No necesita carburador, pues el aire entra limpio en el pistón, sin mezclar. A cambio, ha de llevar un equipo de inyección, para pulverizar a altas presiones el gasoil, una vez comprimido el aire. No tiene sistema de encendido, ya que el combustible se inflama al ponerse en contacto con el aire a muy altas temperaturas. Los calentadores sólo funcionan al iniciarse el motor, para calentar el aire y conseguir un mejor y rápido arranque. La relación de compresión es mucho más elevada. Se ha dicho que mientras que, en el motor de gasolina, esta relación es de 7:1, en el de gasoil es del doble, aproximadamente. Esto obliga a una construcción mucho más robusta. Menor consumo, pero costo superior en reparaciones, particularmente en el equipo de inyección.

5.2. FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL En el motor Diesel el cilindro aspira aire puro que es comprimido para elevar su temperatura, momento que es aprovechado para lanzar sobre él combustible pesado (gasoil de más poder calorífico que la gasolina), pulverizado y a mayor presión que el aire comprimido, inflamándose y provocando, con la expansión de los gases, el movimiento del pistón. El carburador es sustituido por un equipo de inyección formado por bomba e inyector. Es de destacar que, mientras que el acelerador en un motor de gasolina provoca la entrada de mayor o menor cantidad de mezcla en el cilindro regulando la entrada de aire, en


317


los motores de gasoil, la entrada del aire en el cilindro siempre es la misma, variando con el acelerador la entrada de más o menos combustible inyectado. También, como en los de gasolina, esta disposición se utiliza normalmente con cuatro cilindros. Los Ciclos de un motor Diesel de 4 tiempos son: a) Primer tiempo: Aspiración de aire o admisión: Se abre la válvula de admisión y, descendiendo el pistón, aspira aire filtrado, a través del colector. La válvula de escape está cerrada. La de admisión se cierra al llegar el pistón a su posición más baja. b) Segundo tiempo: Compresión. Cerradas las dos válvulas, el pistón hace un recorrido vertical, comprimiendo el aire aspirado hasta conseguirse presiones de 40 atmósferas. Como consecuencia, la temperatura en el interior del cilindro asciende hasta los 600 ºC. La relación de compresión en estos motores puede alcanzar los 21:1, mientras que en los de explosión las relaciones son del orden de 7:1 y 10:1. c) Tercer tiempo: Inyección-combustión. Cuando el pistón alcanza su posición más elevada y en consecuencia el aire se encuentra sometido a la máxima presión y temperatura, a través del inyector se introduce en la cámara de combustión el gasoil pulverizado a muy altas presiones (hasta 300 atmósferas) que, en contacto con el aire caliente, se inflama produciendo su combustión y, como consecuencia, su expansión, empujando el pistón hacia abajo. d) Cuarto tiempo: Escape. El pistón sube, expulsando los gases quemados, para lo cual se abre la válvula de expulsión.

6. EL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN EN MOTORES DE EXPLOSIÓN Y DIESEL

6.1. ALIMENTACIÓN EN MOTORES DE EXPLOSIÓN El sistema de alimentación tiene por objeto garantizar el aporte de combustible, en forma de mezcla, que el motor requiere en función de las distintas necesidades en las que se ve obligado a trabajar. Todos los motores de explosión utilizan derivados del petróleo para su funcionamiento, y será el tipo de esfuerzo a realizar el que determine el carburante específico para cada caso. Sea como fuere, todos los combustibles utilizados presentan gran facilidad para formar mezclas muy combustibles en presencia de oxígeno sin ver alterada la seguridad a la hora de almacenarse y transportarse en los mismos vehículos. Su alta volatilidad e inflamabilidad los hace ideales para estos motores donde se necesita una combustión muy rápida. Entre los elementos que conforman el sistema de alimentación de los motores de explosión los más importantes son: El depósito, la bomba y el carburador. 318



6.1.1. El depósito Normalmente colocado en la parte trasera del automóvil y alejado del motor como medida de seguridad, su capacidad es variable según el tipo de motor, oscilando entre los 25 y los 70 litros o más de los grandes motores. Está dividido en compartimentos interconectados para evitar que el movimiento del líquido perturbe la estabilidad del vehículo. Los motores de poca cilindrada disponen de un depósito situado junto a él, en su parte superior, de forma que por la acción de la gravedad, la gasolina pasa al carburador, donde se efectúa la mezcla con la gasolina. Pero en la mayoría de los automóviles, el depósito está colocado en su parte trasera, a nivel inferior que el carburador, por lo que, para llevar la gasolina hasta el carburador, se necesita de un dispositivo llamado bom ba de gasolina.

6.1.2. Bomba de gasolina Normalmente es de tipo mecánico, accionada por medio del árbol de levas, por lo que se sitúa junto al motor, acoplada a este eje. El modelo más empleado es el llamado de membrana y consiste como su propio nombre indica en una membrana de material plástico o caucho que accionada intermitentemente, succiona y empuja la gasolina hasta el carburador. Este movimiento se realiza acoplando la bomba a una leva de este eje; al girar mueve una palanca que presiona a la membrana, permitiendo con la succión la entrada de gasolina en la bomba por medio de una válvula unidireccional. Una vez dentro, en el siguiente movimiento, la impulsa a través de otra válvula similar pero invertida de sentido. Otro tipo de bomba de gasolina es la eléctrica, en la que el movimiento de la membrana se realiza por medio de un electroimán, que se conecta y desconecta por medio de un ruptor, con un principio de funcionamiento similar al de un timbre eléctrico. La gasolina es bombeada a la cuba del carburador.

6.1.3. Carburador Esta parte, específica del motor de explosión, tiene como misión preparar la mezcla de aire y de gasolina en tal proporción que, al saltar la chispa resulte una combustión que parezca instantánea. Esta mezcla se llama aire carburado y su proporción normal es de 10.000 litros de aire por cada litro de gasolina, aunque el carburador debe estar preparado para variar esta proporción, haciéndola, en momentos determinados, más rica, es decir, con más gasolina, lo que da explosiones más potentes y provoca mayores revoluciones del motor. Por lo que decimos que el carburador mezcla, dosifica y prepara la mezcla carburada El funcionamiento del carburador se basa en la corriente de aire originada por el descenso del pistón en la admisión y que, a través del colector de admisión que comunica el carburador con los cilindros, succiona la gasolina. GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

319


Con el paso de los años, y la utilización de los motores de explosión en los más diversos usos y trabajos se hizo necesario el diseño de distintos tipos de carburadores que se adaptasen a esos motores específicos y que los dotasen de una alimentación adecuada. Algunos de los más utilizados son: –

Doble carburador. Para motores de muchos cilindros. En un principio estaban constituidos por dos carburadores que alimentaban cada uno la mitad de los cilindros; posteriormente se ideó el doble carburador o dual, consistente en una cuba y filtro de aire comunes que, a partir del estrangulador, se dividen en dos sistemas de carburación, con sus economizadores, ralentí, bombas, etc., distintos, que conducen la mezcla a colectores independientes, aunque las dos mariposas del pedal acelerador van unidas.

–

Carburador doble. Su diferencia con el dual estriba en que en éste el colector es único para todos los cilindros, disponiendo el carburador de dos cuerpos: el principal o primario, que proporciona el gas necesario mientras se pise el acelerador menos de 1/3 o 1/2 de su recorrido, y el secundario que abre su mariposa a mayor presión del acelerador. Es utilizado en cilindradas mayores de 1.500 cc., en motores de pocos cilindros (4 o 6), con colector único.

–

Carburador cuádruple. Se compone de dos carburadores dobles y se utiliza para cilindradas de más de 1.500 cc. y un número de cilindros considerable. Dispone de dos tubos colectores.

Las partes que No intervienen directamente en la carburación son: 1. La cuba: Pequeño deposito que mantiene constante el nivel de combustible por medio de un flotador o boya que abre o cierra la entrada de gasolina. 2. El surtidor: Es el conducto que comunica el carburador con el colector de admisión y por el que se produce el aporte de gasolina a la corriente de aire. 3. El difusor: Es el punto donde, mediante el efecto venturi y al establecerse una corriente de aire, se provoca la succión de la gasolina consiguiéndose la mezcla de ambos elementos. Debido a que las condiciones de trabajo pueden variar, la respuesta del motor debe ser adecuada a las exigencias, por lo que se complementa al carburador con otros elementos que garantizan su correcto funcionamiento. Estas partes no intervienen en la preparación de la mezcla carburada. 4. La válvula de mariposa : Esta válvula está mandada por el pedal del acelerador y está situada en el colector de admisión, abriendo o cerrando el paso de la mezcla. 5. Surtidor de ralentí : Es un surtidor anejo al principal que permite la entrada de mezcla aun cuando el pedal acelerador no se pise. 6. Compensador o surtidor de compensación: Es un depósito situado junto a la cuba, utilizado en los momentos más revolucionados del motor. 7. Bomba de aceleración: La función de ésta es vigorizar la mezcla en momentos de fuerte aceleración. 320



8. Economizador: Ahorra combustible en régimen normal de funcionamiento del motor, bien estrangulando la entrada de gasolina, bien aumentando la entrada de aire. 9. Filtros de aire y gasolina : Generalmente se trata de filtros secos de papel poroso que impiden el paso de las partículas en suspensión del aire y filtros de telas metálicas para la gasolina. 10. Estrangulamiento automático . El estárter : En un motor frío, la riqueza de la mezcla debe ser mayor que en régimen normal, debido a la presencia de agua por condensación en la mezcla, por lo que se dispone de otra mariposa de paso de aire que es independiente a la del carburador y que, manual o automáticamente, cierra la entrada de aire. En el caso de estárters automáticos esta función la realizan mediante un termostato que va abriendo el paso de aire a medida que el motor se calienta. 11. La Inyección: Este sistema de alimentación es propio de los motores diesel, sin embargo son cada vez más el número de fabricantes de automóviles que los están montando en sus modelos de gasolina, por las múltiples ventajas que presenta, frente al clásico de carburadores. Consiste en la sustitución del carburador por un equipo que inyecta la gasolina pulverizada, bien en el colector o directamente en cada cilindro, según el modelo. Su único inconveniente radica en el precio, muy elevado al ser un dispositivo muy complejo y delicado. Las ventajas que presenta son las siguientes: *

Para un mismo motor, se consigue más potencia (hasta un 20% más).

*

Más elasticidad en su funcionamiento (pasa de 600 a 6.000 rpm en directa, sin vibraciones).

*

Menor consumo (hasta un 10% menos), al medirse exactamente el que entra en cada cilindro, siendo el mismo para todos ellos.

Existen dos tipos de sistemas de inyección: Directa e indirecta

6.2. ALIMENTACIÓN EN MOTORES DIESEL En estos motores no es necesario el carburador pues a los cilindros no entra mezcla de combustible sino aire puro en la admisión y gasoil puro, en mayor o menor cantidad, cuando se pisa el acelerador. Tampoco existe sistema de encendido pues la mezcla en los cilindros se inflama con las altas temperaturas de éstos, al aumentar la presión de los gases en el tiempo de compresión. El gasoil debe entrar muy limpio, para lo cual se efectúan varios filtrados, y a muy ele vada presión, pues debe contrarrestar la existente en el cilindro. Para esto último, estos motores disponen de un equipo de inyección compuesto de bomba y de inyector. GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

321


Cuando el acelerador no está pisado, entra una mínima cantidad de gasoil para la marcha en ralentí. La proporción de gasoil que puede quemar es de 1 litro por cada 13.000 litros de aire. El rendimiento de estos motores es mayor que el de los de gasolina y, para la misma potencia, el diesel tiene una economía de combustible un 30% mayor que aquel. El camino recorrido por el gasoil hasta ser quemado en los cilindros es el siguiente: El gasoil es aspirado desde el depósito por una bomba con filtro de entrada, enviándolo a un filtro general, situado en la parte superior del motor, desde donde cae a la bomba de inyección que, por medio de cuerpos de bomba, lo envían a presión a los inyectores, situados en cada cilindro. El sobrante regresa por tuberías al depósito general de los inyectores y del filtro general. La bomba de inyección se mueve aprovechando el giro de los engranajes de la distribución, a la misma velocidad que ésta y está regulada por medio de una palanca mo vida por el pedal acelerador. Sin describirla exhaustivamente, al ser un dispositivo muy sofisticado y preciso (de ahí su carestía), básicamente consiste en un eje de levas movido por el engranaje de la distribución. Estas levas permiten el movimiento vertical de sendos pistones, uno para cada válvula de admisión. Los pistones tienen unas entalladuras que permiten el paso de más o menos gasoil al girarse sobre su eje, regulando la cantidad que entra en las válvulas. Este giro se consigue por medio de una cremallera que los manda y que se mueve por el pedal acelerador. Los inyectores son los dispositivos que permiten la entrada del gasoil a los cilindros. Existen dos tipos de inyectores: a) En espiga o tetón, pequeño cilindro terminado en punta que abre o cierra el orificio de salida. b) De orificios, cuya salida son varios agujeros de décimas de milímetros que pulverizan adecuadamente el gasoil. En cuanto a su disposición en los cilindros, existen varias modalidades que sólo enumeramos: –

Inyección directa o en cabeza.

–

En antecámara o indirecta.

–

En cámara auxiliar o de turbulencia

–

En acumulador de aire.

Por otra parte, en este tipo de motores el arranque presenta cierta dificultad. Al estar frío el motor, el combustible no se inflama fácilmente, debido a que inicialmente parte del calor se pierde en las paredes de los cilindros, por lo que hay que recurrir a un sistema de calentamiento previo. Existen tres procedimientos distintos para conseguirlo: –

322

Por medio de calentadores. Es el sistema más empleado. Éstas son unos elementos resistivos que al paso de la corriente eléctrica se ponen incandescentes, calentando el aire que existe en los cilindros, donde se instalan, facilitando de esta forma el arranque. GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)


–

Por calefacción del conducto de admisión . En el colector de admisión del aire se instalan unos calentadores que consiguen que el aire introducido esté ya caliente.

–

Por combustibles especiales de alta inflamabilidad . Tales como el éter, que se inyecta en el momento del arranque, produciendo la primera explosión y consiguiendo calentar el cilindro y facilitar el arranque.

7. LA DISTRIBUCIÓN Se entiende por tal al conjunto de piezas que regulan la entrada y salida de gases en el cilindro, abriendo y cerrando las válvulas apropiadas en el momento oportuno mediante el giro del cigüeñal. Las partes fundamentales de la distribución son: –

Engranaje de mando: Conjunto de piñones que, aprovechando el giro del cigüeñal, transmiten el movimiento a un eje denominado árbol de levas.

– Árbol de levas: Es un eje acoplado al cigüeñal por medio de engranajes o cadenas. A lo largo del mismo se disponen unas excentricidades o salientes asimétricos, en número de uno por cada válvula, que reciben el nombre de levas; su misión es empujar las válvulas de los cilindros, abriendo sus orificios y permitiendo el paso de gases o mezcla. Esta recobra su posición, por medio de resortes, cuando le coincide la parte menos prominente de la leva. Como por cada dos vueltas del cigüeñal son dos los tiempos en que permanece una de las dos válvulas de cada cilindro abiertas (admisión y escape), este eje ha de dar una sola vuelta por cada dos del cigüeñal, es decir, girará a la mitad de velocidad, lo que implica que el piñón al que se encuentra unido dispone de doble número de dientes que el del cigüeñal. El sentido de giro será contrario al de aquél. Otra forma muy usual de transmisión de este movimiento, cuando el árbol de levas esta muy separado del cigüeñal, es por medio de cadenas o correa dentada de tejido plástico. En este caso el sentido de giro de ambos ejes será el mismo. – Válvulas: Son unos dispositivos instalados en la cabeza del cilindro (raras veces en la parte lateral), que permiten la apertura de los orificios de admisión y escape de gases. Consta de dos partes: Cabeza y vástago o cola .

La cabeza, con forma de seta, en su posición de reposo, forzada por un resorte o muelle hacia arriba, tapona el orificio; la cola enlaza con el árbol de levas por medio de una pieza, llamada taqué, el cual sube o baja con el giro de la leva, presionando al vástago hacia abajo y permitiendo la apertura de la válvula. Como quiera que la válvula está sometida a dilataciones por calentamiento, entre el taqué y el vástago se deja un espacio milimétrico de holgura llamado juego de taqué, que permite, además, realizar un movimiento más rápido en la apertura o cierre de válvulas. GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

323


En cuanto al tamaño de las válvulas, ambas suelen tener el mismo, aunque actualmente se construyen de forma que la de admisión es algo mayor que la de escape, para permitir más entrada de combustible y alcanzar mayor potencia. –

Balancines: Hay veces, cuando las válvulas están situadas en cabeza del cilindro, y no laterales, que se requiere un mecanismo adicional a los mencionados. Se trata de los llamados balancines. Para transmitir el movimiento desde la leva hasta las válvulas se emplea una especie de balanza acoplada a un eje, llamado eje de balancines, que tiene como misión transmitir este movimiento, de forma que cuando la leva presiona a una parte del balancín, este inclina en sentido contrario el otro brazo, presionando al taqué y moviendo la válvula.

8. LA LUBRICACIÓN Los motores mecánicos tienen sus piezas continuamente expuestas al desgaste que supone el rozamiento de unas con otras. Entre las más expuestas al rozamiento se encuentran las paredes del cilindro, la biela, los cojinetes, el árbol de levas, los taqués, cola y guía de las válvulas y los balancines. Y es que, aunque se fabrican muy ajustadas y pulimentadas, esto no impide que se produzcan calentamientos, que pueden llegar a originar roturas o incluso la fundición de ciertas partes del motor. Para evitar estos problemas se recurre a la lubricación, es decir, a interponer entre las piezas en fricción una delgada capa de aceite que disminuya el rozamiento y, por lo tanto, el calentamiento y rotura de las piezas móviles. El aceite empleado debe ser de tal naturaleza que no se queme y mantenga sus características a altas temperaturas, siendo el más común el denominado aceite mineral, derivado del petróleo bruto, y más modernamente el aceite sintético. Cumple pues el aceite la triple función de: –

Lubricar las piezas sometidas a rozamiento.

–

Refrigerarlas, (puesto que al estar en continuo movimiento, el calor se traslada a todos los órganos.).

–

Sellar las superficies que deban permanecer estancas, impidiendo, como en el caso del cilindro, la salida de gases por los laterales del pistón.

8.1. TIPOS DE LUBRICANTES Respecto a sus propiedades, existen las siguientes clases de aceites:

324

–

Normal, (regular), sin aditivos.

–

De Primera (premium), con aditivos antioxidantes y anticorrosión. GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)


–

Detergentes, que, además de las ventajas del anterior, son limpiadores.

–

Multigrados, que permiten su uso a temperaturas ambientes extremas.

–

Con grafito o molibdeno, cuya propiedad es hacer más resbaladizo el contacto.

– Aceites sintéticos: No son derivados del petróleo, pero tienen las mismas características que aquel.

8.2. TIPOS DE LUBRICACIÓN Existen diferentes sistemas de lubricación en atención a cómo llegue canalizado el aceite. El recinto donde se almacena es en el cárter inferior, desde donde una bomba engranada al árbol de levas le proporciona la presión necesaria para alcanzar todos los puntos que lo requieran. a) Engrase a presión: La bomba, situada en el fondo del cárter, aspira el aceite a través de un colador, enviándolo al filtro, de donde se canaliza por tuberías, que lo llevan a los apoyos del cigüeñal y cabezas de biela, apoyos del árbol de levas, cadena de distribución, y taqués. El aceite rebosa por todos estos apoyos y con el movimiento de las bielas lo salpica a todo el resto del motor, cilindros, bulón, segmentos, etc., formando una niebla aceitosa. b) Por barboteo; en este sistema el aceite de la bomba se canaliza dentro del cárter a unos pequeños depósitos o bandejas, situados bajo los codos del cigüeñal; éste dispone de unas cucharas que lo envían a todos los otros órganos móviles mediante salpicaduras. c) Engrase por cárter seco , poco empleado, se almacena el aceite en un recinto separado del cárter, de donde pasa a la bomba que lo reparte a todos los órganos. El aceite sobrante cae al cárter inferior, desde donde otra bomba lo lleva hasta el depósito. d) Mixto: En él se combinan el barboteo y el engrase por presión.

8.3. ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE ENGRASE a) Bomba de engrase , cuya misión es proporcionar al aceite la necesaria presión para realizar su función. Existen distintos tipos: *

De engranajes, la más usada, consistente en dos ruedas dentadas que reciben el movimiento del árbol de levas; una de ellas está suelta y es arrastrada por la otra, aspirando el aceite del cárter.

*

De rotor, de funcionamiento similar a la anterior, pero, en este caso, es un rotor el que mueve a una pieza loca que engarza con él y, en su movimiento, arrastra al aceite.

*

De paletas. Una excéntrica, con dos paletas deslizantes, se mueve dentro de un cuerpo cilíndrico; las paletas ceñidas al interior por un resorte hacen el vacío e impulsan el aceite.


325


*

De émbolo, que es un cilindro y pistón que recibe el movimiento de la biela y que, por medio de válvulas de entrada y salida, permiten aspirar el aceite e impulsarlo por otro conducto.

b) Válvula de descarga o reguladora: Situada a la salida de la bomba, regula que la presión a la que sale no sea ni excesiva, por mayor revolución del motor, ni pequeña por desgaste de piezas. c) Manómetro, instalado en el salpicadero, señala al conductor la presión con que circula el aceite (no la de la bomba). d) Nivel. A medida que el aceite se usa y se va ensuciando y gastando es conveniente revisar de vez en cuando su nivel en el cárter; esto se hace por medio de una varilla introducida en él que posee dos marcas: mínimo y máximo, entre las cuales debe estar permanentemente el aceite. f) Radiador. Para mantener el aceite dentro de unos límites admisibles de temperatura, se canaliza a través de un radiador situado, a veces, junto al del agua. Si la temperatura es baja, por medio de una válvula da paso directo al aceite desde la bomba al interior del motor, sin pasar por este radiador. En muchas ocasiones, es sustituido por el fondo estriado del cárter, que lo refrigera de forma más sencilla. g) Ventilación del cárter. Tiene como misión desalojar los vapores de agua y gasolina que, producidos en el cilindro, pasan al cárter a través de los segmentos. Se consigue establecer una corriente de aire procedente del filtro general, el cual se canaliza al cárter, que arrastra estos sobrantes y los reconduce al carburador para su nueva entrada en la admisión. h) Filtro de aceite. Con el desgaste de piezas y la pequeña entrada en el cárter de humos procedentes de la combustión, el aceite se va ensuciando de carbonilla y polvo, por lo que conviene su filtrado permanente, a cuyo efecto se dispone un filtro, al que llega el aceite a través de la bomba. Consiste, generalmente, en un recinto en cuyo interior existe un material poroso doblado en forma de acordeón, y que no ofrece dificultad al paso del aceite, depositando en sus paredes las impurezas descritas. En otras ocasiones está conformado por varias telas metálicas que realizan la misma labor. Sustituto de este filtro es el depurador centrífugo impuesto por varias marcas de fabricantes y que tiene como misión separar por fuerza centrífuga las impurezas del lubricante, más densas que el aceite y que se adhieren a las paredes del cárter, circulando por las tuberías el aceite depurado.

9. LA REFRIGERACIÓN La alta temperatura que se alcanza en la explosión y el continuo roce de las piezas hace necesario un sistema que refrigere el conjunto, manteniendo la temperatura del motor dentro de límites admisibles, y cuyo valor ideal son los 85/90 º C. Para alcanzar valores más admisibles y próximos al punto ideal se recurre a distintos sistemas para enfriar el motor: – 326

Refrigeración por agua : Es el sistema más empleado. Se hace circular agua por unos espacios huecos del cárter, culata y cilindros que reciben el nombre de GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)


camisa. La temperatura se reduce por medio del radiador, dispositivo situado en la parte delantera del motor, que expone al agua a una gran superficie refrigerante gracias a la marcha del vehículo y el apoyo de un electroventilador, cuyo objeto es potenciar la corriente de aire cuando el flujo provocado por el movimiento del vehículo es deficitario. Consiste en una hélice movida por un motor eléctrico que es activado mediante un termostato. El aire aspirado de esta forma atraviesa el radiador y pasa por la superficie del motor, apoyando la refrigeración del mismo. Para conseguir mejores prestaciones, al agua se le añade líquido anticongelante, que evita los problemas de congelación por baja temperatura ambiente. Consiste, en esencia, en glicerina líquida, o alcohol, que puede rebajar la temperatura de congelación del agua hasta los –20 º C. Hay varios tipos de radiadores como el tubular, de panal o de láminas de agua, pero el fundamento de todos es el mismo Dos son los procedimientos para conducir el agua a través de los conductos y elementos: a) Por termosifón. El agua caliente se eleva y pasa a la parte alta del radiador que la enfría y cae hacia abajo, regresando al cárter, calentándose de nuevo al extraer su calor volviendo a realizar el mismo recorrido. b) Por bomba de agua. Intercalada en el circuito, recibe el movimiento, normalmente, por medio de una correa acoplada al cigüeñal, y que, a su vez, acciona el ventilador. La bomba más empleada es de tipo centrífugo. Todo este sistema de refrigeración trata de reducir la temperatura del motor a límites admisibles, lo que se hace más evidente en tiempo caluroso; pero cuando la temperatura ambiente es baja, y, sobre todo, a motor parado, no conviene que ésta baje demasiado, por lo que se hace necesario anular el sistema de refrigeración. A tal fin se dispone del llamado termostato, que es una válvula mandada, normalmente, por una pieza bimetálica que, según la temperatura se curvará más o menos, abriendo o cerrando el paso del agua al radiador. A motor frío la válvula se cierra y el agua aspirada por la bomba retorna al cárter sin pasar por el radiador. –

Refrigeración por aire : Sistema empleado en motocicletas y algunos motores de coche, consistente en hacer pasar directamente el aire a la parte externa de los cilindros, que, con este fin, son construidos con aletas de refrigeración. Este sistema es más barato, y con menos posibilidad de averías, pero más ruidoso, ya que la camisa de agua es un amortiguador del sonido de los pistones.

10. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN La función del sistema de transmisión, como su propio nombre indica, es la de transmitir el esfuerzo y giro del cigüeñal hasta las ruedas, logrando con ello el desplazamiento del vehículo automóvil. GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

327


Existen distintos tipos de transmisiones como la delantera, (ruedas motrices delanteras), la trasera (ruedas motrices traseras) y total (a las cuatro ruedas). Los órganos fundamentales de la transmisión son los siguientes: –

Embrague.

–

Caja de cambios o de velocidades.

–

Árbol de transmisión.

–

Puente trasero.

–

Palieres

10.1. EMBRAGUE El embrague es un mecanismo que permite aislar el movimiento giratorio del cigüeñal del resto de elementos que lo transmiten a las ruedas. Se sitúa entre la caja de cambios y el motor. Su utilidad más importante es el cambio de velocidad de marcha, para lo cual, en cada cambio, se ha de desembragar, es decir, se ha de pisar el pedal de embrague y separar esta pieza del resto de mecanismo de transmisión. Otra función muy importante durante el funcionamiento del motor es asegurar la unión entre éste y los demás elementos que integran la transmisión. Los embragues utilizados son los del tipo de fricción. Este embrague está constituido por uno o más discos que se colocan entre el volante motor y la caja de cambios. Al volante y por medio de unos espárragos, se acopla con resortes un plato conductor que presiona a un disco cuyas caras van cubiertas de material antideslizante. El disco de embrague va acoplado a un eje que gira con él y que transmite el movimiento. Para conseguir que el cambio de marcha sea suave y progresivo, el disco va provisto de unos dispositivos (resortes, láminas dentadas y curvadas, etc.), a tal fin, de forma que la entrada de velocidad no se produzca de manera brusca y que pueda dañar a otros mecanismos. Por el pedal de embrague se transmite el movimiento a una horquilla que separa o une el disco al volante, permitiendo, o no, que el giro del cigüeñal se transmita a través del eje, hasta la caja de cambios y de ésta a las ruedas. Se han desarrollado distintos tipos de embrague entre los que cabe destacar, aparte del estudiado, los siguientes: de discos múltiples, de mando hidráulico, automático y de turbo-embrague.

10.2. CAJA DE CAMBIO O DE VELOCIDADES Se denomina velocidad de régimen aquella en la que el motor alcanza su potencia máxima y suele estar comprendida entre 2.000 y 5.000 rpm, traspasada la cual, la potencia del motor decae. 328



Conviene pues que el motor trabaje permanentemente entre límites de velocidad similares a la de régimen, lo que es imposible, ya que las irregularidades de la carretera con subidas y bajadas lo impedirían. Para mantener el giro del motor en valores que determinen su potencia máxima, pero marchando el vehículo a velocidades variables, se utiliza el mecanismo llamado caja de cambio o caja de velocidades , con el cual el giro del motor se demultiplica, transmitiéndose a las ruedas reducido a 1/2,1/3, 2, etc., de aquella velocidad. Consta la caja de cambios de: –

Una caja metálica o carcasa, donde se alojan el resto de componentes.

–

Un eje primario, que toma su movimiento del giro del cigüeñal, cuando ambos están unidos por medio del embrague, girando por lo tanto a la misma velocidad.

–

Un eje secundario, situado en línea con el primario pero separado de éste, el cual recibe el movimiento a través del llamado eje intermediario o contraeje. Este secundario es trasladable longitudinalmente por medio de unas horquillas mandadas por la palanca de cambio manipulada por el conductor.

–

Eje intermediario o contraeje, montado en paralelo y que permanentemente está engranado con el eje primario por medio de una rueda dentada de más dientes y diámetro que la de aquél, con lo que su giro es demultiplicado.

–

Piñón o engranaje de giro , que gira en el mismo sentido que el primario, pero invirtiendo el giro del secundario. Para obtener la marcha atrás, se hace coincidir una rueda dentada del secundario con este tercer piñón, de forma que al invertirse el sentido de giro del eje secundario cambia la marcha del vehículo.

–

Palanca de mando. A través de ella el conductor determina el régimen de demultiplicación acorde con las exigencias de la marcha.

En el eje secundario existen otras ruedas dentadas que engranan con sus correspondientes del contraeje, según la posición que mande la palanca de cambio por medio d e las horquillas. De esta forma, el eje secundario, es el que transmite el giro al árbol de transmisión y este lo traslada a las ruedas motrices directamente (transmisión delantera) o a través del puente trasero (transmisión trasera).Según su posición, engranará con el intermediario con distintas relaciones de transmisión, lográndose las velocidades primera, segunda, etc., diferentes a la del cigüeñal, que puede mantenerse dentro de su velocidad de régimen. También puede el secundario adquirir la misma velocidad que la del eje cigüeñal por medio de un acople directo con el eje primario, consiguiéndose la marcha directa mediante la marcha más alta disponible. Para evitar ruidos molestos y desgastes innecesarios en los cambios de velocidades, estas cajas de cambio se han ido perfeccionando adaptándose soluciones varias: los engranajes no se construyen rectos, sino helicoidales; la unión se hace con la forma de piñones en toma constante girando el secundario loco hasta engranar interiormente GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

329


con un piñón desplazable que lo fija para transmitir su movimiento; se utilizan conos de sincronización para que en el momento de engrane, ambos ejes giren a la misma velocidad, etc., o bien sistemas de engrane distintos tal como ocurre con el llamado planetario o el sistema hidramatic.

10.3. ÁRBOL DE TRANSMISIÓN Y PUENTE TRASERO En los motores de transmisión trasera, el giro del eje secundario se transmite hasta las ruedas a través del llamado árbol de transmisión, eje cuya velocidad será la que determine las distintas velocidades a las que circulará el vehículo. Este giro se ha de trasladar hasta las ruedas, por lo que se precisa de una transmisión en ángulo recto. Esta se consigue mediante el puente trasero, que está constituido por el piñón de ataque (fin del árbol de transmisión) y la corona, disco dentado que engrana con el piñón y que permite su giro transversal.    

   

   

 

  

    

A la corona van acoplados dos semiejes, llamados palieres, que llevan el movimiento hasta las ruedas. Como las ruedas se acoplan al bastidor mediante ballestas o amortiguadores, el desplazamiento continuo de estos palieres por los accidentes de la carretera obligan a que la transmisión no sea rígida, sino flexible por lo que el árbol trasero no se construye de una sola pieza, sino de dos o más, unidas entre sí por las llamadas juntas universales, entre las que se encuentran las juntas flexibles, de caucho ya en desuso, y la popular junta cardan, articulación en el eje compuesta de dos brazos con sus rodamientos, que facilita la flexibilidad necesaria en esta transmisión y permite, además, bajar el eje lo necesario para conseguir la comodidad y estética requeridas. Durante el giro del vehículo a izquierda o derecha, las ruedas traseras no realizan el mismo recorrido, sino que una recorre mayor distancia que la otra, por lo que se hace necesario solucionar el problema de arrastre de una de las ruedas, mediante el conjunto denominado diferencial puente trasero y que evita que los palieres tengan que ser solidarios con la corona. 330



Consiste el diferencial en una caja de cuatro o más piñones, llamada caja de satélites, cuya misión es transmitir indirectamente, mediante un engranaje en cuña que gira «loco», el giro a cada rueda por medio del palier correspondiente. Cuando una rueda ofrece más resistencia porque ha de hacer menor recorrido, el giro de la corona lo absorbe este piñón «loco», permitiendo a la otra rueda realizar todas las vueltas de su recorrido. Todas estas articulaciones formadas por el piñón de ataque, corona y planetarios del diferencial que enlazan los palieres, se encuentran dentro de un recinto sellado y lubricado convenientemente.

11. SUSPENSIÓN Para evitar o disminuir los efectos del irregular firme y trazado de las carreteras, se utiliza en todos los vehículos automóviles el llamado sistema de suspensión, constituido, fundamentalmente, por los propios neumáticos, las ballestas o resortes, los amortiguadores y los estabilizadores. Todos estos elementos se distribuyen, al igual que el motor, sobre el bastidor, especie de armazón de acero de distintas formas, muy robusto, que soporta al resto de los componentes del automóvil. Aunque en un principio se utilizaba el sistema de suspensión por ejes (las ruedas, de dos en dos, sobre un mismo eje), actualmente el sistema más idóneo es la suspensión por ruedas independientes, que suprimen el eje rígido y utilizan, como enlace elástico de cada rueda, las ballestas, los resortes o las barras de torsión o, más frecuentemente, un potente amortiguador. Pero conozcamos en profundidad cada uno de estos elementos: a) Los neumáticos: Además de permitir el desplazamiento del vehículo en su marcha, en cuanto a la amortiguación, absorben los pequeños desniveles del firme (hasta 1 o 2 centímetros). b) Las ballestas: Consisten en un apilamiento de láminas de acero resistentes y elásticas, de tamaño decreciente (más largas las primeras y más pequeñas las finales), firmemente unidas entre sí y que, fijadas al bastidor, normalmente en sentido longitudinal, por sus dos extremos, amortiguan y absorben los movimientos debidos a los accidentes del trazado de la carretera. El eje de las ruedas se acopla a la parte central de estas ballestas. Para hacer más silencioso el juego de movimientos, uno o los dos de los extremos se articula al bastidor por medio del llamado silentbloc, compuesto por dos manguitos de acero unidos entre sí por una pieza de caucho comprimido, que amortigua los ruidos del movimiento de la ballesta. Existen las ballestas duras, generalmente instaladas en el eje delantero, y las blandas, más flexibles, instaladas en los ejes traseros. c) Los resortes: Son especies de muelles en hélice muy fuertes, que, a veces, sustituyen a las clásicas ballestas, realizando la misma misión que éstas. Se colocan verticalmente entre el bastidor y el eje de las ruedas. GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

331


d) Los amortiguadores: Su misión fundamental es el frenado de la amplitud y número de oscilaciones de las ballestas; cuando la ballesta o resorte se contrae, al encontrarse una irregularidad del firme, amortigua el movimiento del bastidor, pero, al recuperarse, imprime toda la energía potencial acumulada, a aquél. Los amortiguadores disminuyen el efecto de este rebote. En un principio fueron un complemento de las ballestas pero actualmente son un componente ineludible en toda amortiguación. Aunque existen distintos modelos y tipos: de discos, de fricción, hidráulicos giratorios, hidráulicos de pistón, etc., el más usado es el hidráulico telescópico. Se compone este tipo de dos tubos concéntricos sellados por su extremo superior por una empaquetadura que permite el paso de un vástago unido a un tercer cilindro que, a modo de capucha, protege los otros dos y que se une al bastidor por medio de un anillo. Por la parte inferior, el amortiguador se une a las ruedas por otro anillo. El vástago lleva un pistón con orificios calibrados. Cuando se comprime la suspensión, el líquido del interior de los cilindros sellados pasa a través de estos orificios, frenando fuertemente su movimiento. e) Los estabilizadores. Se trata de un eje de torsión montado paralelamente al de las ruedas y articulado con éstas por medio de dos bielas, de forma que, cuando actúa la suspensión, se tuerce esta barra, que trata de tomar su posición inicial, reduciéndose la inclinación. Al tomar una curva, el vehículo trata de tumbarse hacia un lado, debido a la fuerza centrífuga; pero el estabilizador actúa oponiéndose a esta tendencia. f) La barra de torsión: Sustituye a veces a las ballestas o a los resortes. Consiste en una barra de acero de perfil cuadrado, sujeta rígidamente a ambas ruedas, de forma que, cuando el sistema de amortiguación de una de ellas actúa, se tuerce, recuperando seguidamente su posición.

12. LA DIRECCIÓN Por dirección se entienden todos aquellos mecanismos que permiten variar la marcha de un automóvil. Como norma general se actúa sobre las ruedas delanteras, cambiándolas de dirección, mientras que las traseras, montadas sobre eje fijo, siguen el camino que aquellas tracen, resbalando ligeramente, en el caso de curvas, sobre su trayectoria. Para mantenerlas debidamente orientadas, las dos ruedas delanteras deben permanecer alineadas en todo momento, para que sus ejes longitudinales de desplazamiento sean paralelos. Para ello, las ruedas se fijan a las llamadas manguetas, sobre las cuales giran libremente, y que son orientables por medio de una barra de acoplamiento que enlaza ambas. La dirección consiste, pues, en hacer mover la barra de acoplamiento, situada transversalmente al vehículo, hacia un lado u otro, inclinando el sentido de las manguetas y, por lo tanto, el de las ruedas. 332



Los elementos que componen la dirección son los siguientes: a) Volante. Dispositivo circular manipulado por el conductor del vehículo que, con su giro, a izquierda o derecha, consigue el desplazamiento del mismo hacia esas direcciones. Como el conductor debe sentarse del lado interior de la carretera en el sentido de desplazamiento, el volante, salvo en algunos países de entorno o ascendencia anglosajona, está situado en la parte izquierda. Éste va acoplado rígidamente a la columna. b) Columna. Es el eje que transmite el movimiento del volante. Actualmente se construyen articuladas y telescópicas, de forma que permitan la elevación voluntaria de la misma y la regulación de su posición, además en caso de accidente esta articulación tiene, hasta cierto punto, la capacidad de evitar que un hipotético empuje del motor hacia el habitáculo sea transmitido al volante y con ello al mismo conductor. La columna termina en un cárter con lubricante, en cuyo interior se encuentra un tornillo sin fin, donde se acopla el engranaje. c) Engranaje. Consiste en una rueda o sector dentado que engrana con el tornillo sin fin, de forma que, al girar la columna, éste arrastra a la rueda dentada, girándola. d) Brazo de mando. (Brazo Pitman). Unido formando pieza con la rueda o sector dentado, es una palanca que se mueve conforme se desplaza la rueda dentada del engranaje, transmitiendo ese movimiento (bien longitudinalmente, bien lateralmente, según los modelos), a la palanca de ataque, a través de una biela. e) Biela. Es un elemento que tiene la simple misión de transmitir el movimiento d esde el brazo de mando a la palanca de ataque. Según el modelo de dirección, pueden existir más de una, colocadas, transversal y longitudinalmente al vehículo. f) Palanca de ataque. Movida por la biela y unida a uno de los pivotes articulados donde se acoplan las manguetas, con su movimiento hace cambiar de dirección a la rueda. g) Brazo de acoplamiento y barra de acoplamiento . Estas dos piezas tienen como misión transmitir el movimiento de la rueda movida por la palanca de ataque, a la otra, de forma que ambas se orienten simultáneamente. Según el tipo de suspensión, la barra de acoplamiento, que enlaza una rueda con la otra, puede ser completa o dividida en 2 o 3 partes. h) Pivote. Es la articulación vertical donde se acopla la mangueta, fijada transversalmente a él. j)

Mangueta. Es el eje de rodamiento de la rueda.

12.1. OTROS CONCEPTOS RELACIONADOS CON LA DIRECCIÓN Dirección asistida o servo-dirección: consiste en un mecanismo de ayuda para mover fácilmente el volante, aun con el vehículo parado. Para su funcionamiento es imprescindible que el motor esté funcionando. Consiste, básicamente, en un sistema hidráulico cuya presión de aceite es facilitada por una bomba y que, a pequeñas variaciones del volante, a izquierda o derecha, invierte la entrada de líquido en un cilindro con pistón interior, de forma que éste se desplace en un sentido u otro, ayudando a mover fácilmente los órganos de la dirección. GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

333


12.2. CARACTERÍSTICAS DE UNA BUENA DIRECCIÓN Para que la conducción se realice de forma suave y segura, la dirección debe tener las siguientes cualidades: –

Semi-reversible. Consiste esta característica en que el giro del volante debe ser mayor que el de las manguetas para permitir la transmisión segura del cambio de dirección, y a la vez evitar que el movimiento de las ruedas se transmita al volante. Para ello, en el engranaje se coloca un demultiplicador.

–

Progresiva, esto es, que la demultiplicación aludida no sea siempre la misma, de forma que para giros pequeños se necesiten más vueltas de volante, pero que éstas sean menores para cambios de dirección mayores.

–

Estable, de forma que en recta, al soltar el volante, el vehículo no se desvíe; de igual forma, tras un giro, la dirección debe retornar sola a su posición original.

–

Suave, segura y precisa .

–

Desgaste homogéneo de neumáticos , es decir, que las ruedas rocen por igual sobre la superficie de la carretera.

Todo lo anterior se consigue haciendo determinados ajustes sobre la posición primitiva de las piezas que conforman la dirección. Conceptos básicos a tener en cuenta para conseguir las características aludidas son: – Avance, es la inclinación hacia adelante o hacia atrás del pivote, consiguiéndose con ello una conducción más suave que si estuviese completamente vertical. –

Salida, es la inclinación transversal, hacia afuera, de la parte inferior del pivote. Con ello se consigue que la dirección retorne sola a su posición primitiva.

–

Caída o despunte, es la inclinación, hacia dentro de las manguetas, con lo que las ruedas giran apretadas hacia el eje. Con esta modificación se consigue, entre otras ventajas, que los neumáticos se desgasten por igual, al tenerse en cuenta el abobamiento del asfaltado.

–

Convergencia, se mide por la diferencia de distancia entre los bordes delanteros y traseros de las llantas, de forma que las ruedas se cierren hacia delante, contrarrestando la tendencia a abrirse con la marcha del vehículo. Cuando la inclinación es contraria se llama divergencia.

13. LOS FRENOS

13.1. CONCEPTO Y CLASES La misión del sistema de frenado de todo automóvil es dotar al conductor de la capacidad de detener el movimiento del mismo en cualquier momento y circunstancia. Basa su efectividad en la fuerza del rozamiento bien de ciertas piezas fijas sobre otras móviles y de las mismas ruedas sobre el asfalto. 334



De todas formas este bloqueo del giro de las ruedas no debe ser brusco, ya que correríamos el riesgo de perder el control del vehículo si, en determinadas condiciones, las ruedas llegasen a resbalar sobre la carretera. El frenado, pues, es más efectivo si no se agarrota totalmente la rueda y se mantiene una unión constante sobre el asfalto, facilitando el control de la dirección. El sistema de frenado de un automóvil se basa en un pedal cuyo movimiento se transmite por distintos sistemas a la pieza de freno situada en cada rueda. La fuerza aplicada al pedal se multiplica por medio de palancas: si la distancia del pedal a su eje es 10 veces mayor que la que existe entre el eje y el empuje, la fuerza aplicada al pedal se multiplicará por 10 en el empuje. Existen distintos sistemas de frenos y los podemos dividir de la siguiente forma: a) Por el sistema de transmisión empleado: –

Mecánicos, mediante cable.

–

Hidráulicos.

–

Aire comprimido.

–

Eléctricos.

b) Por los dispositivos empleados como frenos: –

De zapata.

–

De disco.

a) Los frenos mecánicos Por este sistema, la fuerza del pedal de freno se lleva hasta las ruedas a través de cables. El pedal mueve un eje transversal que en su movimiento de giro longitudinal cambia de posición unas palancas a él acopladas, las cuales tensan unos cables que accionan los mecanismos del freno. Normalmente estos cables van desnudos, aunque, a veces, se conducen por el interior de fundas flexibles.

b) Los frenos hidráulicos Son los más usados. La transmisión del movimiento del pedal se realiza por medio de tuberías que contienen un líquido oleoso (aceite y alcohol), presionado por un cilindro de mando. Los elementos que componen este sistema son: –

Depósito, situado solo o formando parte del cilindro, tiene como misión mantener permanentemente el líquido en todo el sistema. Para ello, estando siempre semilleno, se comunica con el cilindro a través de un orificio que, cuando el freno está en reposo, se encuentra abierto, permitiendo el paso del líquido al cilindro, pero inmediatamente que se pisa el pedal, se cierra.

–

Cilindro. Contiene un émbolo que se acciona por la fuerza multiplicada del pedal. Al moverse éste por el interior del cilindro tapona el orificio del depósito, impid iendo que por él salga aceite y toda la presión se ejerce sobre el depositado en las tuberías, transmitiendo la fuerza a todo el sistema.


335


Para que la frenada no sea brusca el cilindro dispone de un pequeño orificio que comunica igualmente con el depósito, llamado de compensación, que disminuye la presión al principio de la frenada. –

Tuberías . Por ellas se comunica la presión hasta el dispositivo para mover el sistema de frenos.

–

Bombas o bombines. En cada rueda se instala una bomba (a veces dos, una por cada zapata) cuyo pistón ejerce la fuerza sobre el sistema de frenado. A mayor superficie del pistón, mayor será la fuerza que se ejerce.

c) Los frenos de aire comprimido Para grandes vehículos, tales como camiones, es muy utilizado el sistema de frenos por aire comprimido. Básicamente, este sistema funciona utilizando los siguientes elementos: –

Compresor, accionado por el propio motor del vehículo a través de una correa. Este aparato toma aire limpio de un filtro y lo presiona hasta 5 Kg, almacenándolo en un depósito.

–

Depósito de aire, mantenido a la presión necesaria, por medio de un regulador que se abre cuando se sobrepasa el límite admitido. El aire contenido a presión se lleva hasta el pedal del freno.

–

Pedal. Presiona sobre una corredera cuya misión es abrir o cerrar el paso, desde el depósito de aire a las tuberías que lo conduce hasta las ruedas.

–

Cilindros, situados en cada rueda, mueven el mecanismo utilizado como freno. Al presionar el pedal, la corredera permite el paso de aire comprimido hasta las tuberías, moviendo con su presión los pistones de éstos.

Cuando cesa la frenada, la corredera retorna a su sitio de reposo, cerrando el paso del aire comprimido y abriendo al exterior el aire contenido en las tuberías, con lo cual cesa la presión sobre los cilindros, y, por lo tanto, la frenada.

d) Los frenos eléctricos El pedal del freno acciona en este caso un interruptor que alimenta los electroimanes situados en cada rueda y que actúan sobre el mecanismo de freno. Existe otro sistema de freno eléctrico llamado ralentizador que se utiliza en grandes camiones intercalándose en el árbol de transmisión. Su fundamento es completamente distinto al estudiado pues basa su funcionamiento en la creación de corrientes parásitas sobre un disco, llamado «de Foucault», que se oponen a su movimiento. En este tipo de freno no hay rozamiento alguno .

e) Los frenos de zapata Este sistema de frenado consiste en un tambor giratorio y hueco, sobre el que se montan las ruedas; este recinto cierra un disco fijo donde se colocan los frenos de zapata. El frenado se consigue al aplicar sobre la superficie giratoria unas zapatas interiores situadas en el disco fijo. 336



Las zapatas son dos láminas metálicas arqueadas, con superficies especiales de amianto (ferodos), que se mueven hacia el tambor, al girar sobre un eje. En reposo, las zapatas se mantienen separadas del tambor mediante unos resortes. Cuando se aplica la fuerza proveniente del pedal de freno, una excéntrica las separa, acercándolas al tambor hasta hacerlas rozar contra él. La leva excéntrica se mueve por medio de palancas, en el caso de transmisión mecánica; en el freno hidráulico esta palanca es sustituida por un bombín o bombines que separan las zapatas. Al abrirse, una de ellas presenta la «punta» enfrentada al movimiento y la otra no; la primera se llama zapata principal y la segunda secundaria. La zapata principal frena más que la secundaria porque tiende a «pegarse» al tambor. A veces se disponen las zapatas de tal forma que las dos son principales, porque giran cada una sobre ejes distintos y presentan sus puntas enfrentadas al movimiento.

f) Los frenos de disco Basa su funcionamiento en el sistema hidráulico de frenada. Cuando se mueve el pedal de freno la presión es transmitida a dos zapatas flotantes, las cuales se aprietan sobre un disco de acero giratorio unido a la rueda. Su ventaja sobre el freno de zapatas es su mayor disipación de calor, al estar el disco de acero exterior, con lo que se refrigera al contacto con el aire, y una mayor superficie de rozamiento.

13.2. LA INMOVILIZACIÓN DEL VEHÍCULO. EL FRENO DE MANO Hasta este momento hemos considerado al sistema de frenos como responsable de la detención del vehículo automóvil cuando éste se encuentra en movimiento, aunque también es función del mismo garantizar la inmovilidad cuando toda actividad ha finalizado o cuando se requiere una detención prolongada sobre una superficie de inclinación pronunciada. Accionado mecánicamente o por sistema hidráulico, consiste en una palanca con rueda dentada que fija su posición por medio de un pasador. Se usa exclusivamente para enclavar el vehículo parado. Otra modalidad es aquella en la que se actúa sobre el eje de transmisión, que es bloqueado por medio de zapatas, aunque más normal es que sean frenadas todas las ruedas o bien sólo las traseras.

14. ELECTRICIDAD DEL AUTOMÓVIL A medida que los vehículos se van haciendo más sofisticados, el sistema de alimentación eléctrica va tomando especial relevancia dentro del conjunto de todos los mecanismos. Sea como fuere, el sistema eléctrico es imprescindible en casos como el motor de explosión, y de gran importancia en el funcionamiento y control de la mayoría de elementos de los motores modernos. GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

337


En esencia, puede decirse que es el propio motor el que genera la tensión eléctrica que necesita para su funcionamiento.

14.1. LA GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA. DINAMO Y ALTERNADOR El principio de funcionamiento de los generadores electromecánicos se basa en la inducción magnética. La corriente necesaria para el funcionamiento del motor debe ser, en todo momento, de valor estable (estabilizada) y sentido fijo (continua). En automoción los generadores más utilizados son la dinamo (corriente continua) y el alternador (corriente alterna). Básicamente ambas máquinas constan de un circuito inductor (electroimanes o imanes permanentes) y un circuito inducido o bobinas, en las que se induce la corriente eléctrica. Según el tipo de máquina, el inductor y el inducido pueden estar en la parte móvil o rotor, o en la parte fija o estátor. El inductor lo forman una serie de electroimanes cuyos polos van alternos, es decir, a un norte le sigue un sur. El inducido tendrá tantos grupos de bobinas como polos tiene el inductor. Al girar uno sobre el otro, las líneas de fuerza de los campos magnéticos cortan a los conductores de las bobinas, creándose en ellos corrientes eléctricas que son recogidas en los llamados colectores, anillos que giran a la vez que el rotor y en los que, por medio de «escobillas» que rozan sobre ellos se recoge la corriente y se conduce hasta las bornas de salida. 



    

Según el tipo de colector y su disposición, la máquina producirá corriente continua o corriente alterna.

338



Las dinamos son generadores que producen corriente continua. La corriente inducida se recoge en un colector de delgas, que es un cilindro formado longitudinalmente por trozos de conductores, aislados unos de otros y a los que se conectan los terminales de cada una de las bobinas que forman el inducido del generador. Al girar a la vez que el rotor, las corrientes que se recogen en cada uno de estos trozos, es siempre del mismo sentido. Una modalidad de estas dinamos es la magneto, en la que el inductor no está formado por electroimanes sino por imanes permanentes (por ejemplo en los generadores de l uz de las bicicletas). En una dinamo, la disposición de las distintas partes que la componen es: en el estátor están situados los polos inductores y en el rotor los bobinados del inducido. La corriente continua se recoge por dos escobillas que rozan el colector de delgas, conectadas, como ya se ha dicho, a cada una de las bobinas del inducido.





 

 





Salvo en el caso de las magnetos, en las que los polos inductores son imanes permanentes, la alimentación de los electroimanes que conforman el inductor se realiza, lógicamente, con corriente continua, que se toma de la misma que produce la dinamo, dando lugar a los distintos tipos de dinamos: serie, paralelo, o compound. La dinamo no proporciona corriente directamente a los distintos sistemas eléctricos de un vehículo sino que su misión es alimentar a un gran almacén de energía eléctrica, que es la batería de acumuladores, de donde sale para alimentar a los distintos aparatos conectados. Las dinamos van montadas en el cárter superior y su giro lo proporciona una correa acoplada al eje del cigüeñal, de forma que se mueve a la misma velocidad que éste.

Los alternadores: En ellos la producción de energía eléctrica es del tipo alterna. La ilustración muestra un esquema del principio de funcionamiento de un alternador. Se aprecia cómo la corriente generada en las bobinas de inducido se recoge a través de anillos en continuo rozamiento, con lo que, en cada giro de 180 grados, es decir, al pasar los conductores de la bobina de un polo norte a un polo sur, se invertirá el sentido de la corriente, produciéndose lo que se denomina como corriente alterna. La disposición más habitual de un alternador es aquella en la que en el rotor se sitúan los polos inductores, por pares (2, 4, 6...) y en el estátor las bobinas inducidas, donde GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

339


se crea la corriente, que es recogida en unas bornas fijas de salida. Esta disposición es la indicada en la figura. 

    



   

Se hace necesario para la alimentación del rotor la producción de corriente continua; esto se consigue convirtiendo la corriente alterna en continua, por medio de rectificadores de silicio (semiconductores). Estos rectificadores cumplen la misión de proporcionar carga a la batería y sustituyen la función del disyuntor, puesto que impiden que la corriente circule en sentido inverso y siempre lo hará en sentido generador-batería. Sin embargo es necesario desconectar el rotor (alimentado por corriente continua), cuando el motor está parado para que no gaste innecesariamente batería. Esto se consigue intercalando un interruptor en el circuito del rotor, de forma que únicamente cuando se arranca el motor se cierra el circuito inductor. Es necesario también el regulador de tensión para mantener el suministro entre lí mites admisibles. Los reguladores para alternadores son más simples que los de la dinamo, y, actualmente, los contactos vibrantes se han sustituido por transistores, lo que elimina las averías por desgaste. Los alternadores tienen muchas ventajas sobre las dinamos: son más pequeños, pesan menos (la tercera parte), tienen menos averías al no disponer de colector de delgas, las escobillas se gastan menos y cargan más rápido y constantemente la batería de acumuladores. Debido a que la tensión de salida en bornas de cualquiera de estos generadores depende, por un lado, del número de revoluciones a que giren, y por otro, de la intensidad de corriente que circule por los polos inductores, si el motor trabaja en ralentí o está parado, no proporcionará tensión a la batería y, puesto que las bornas del generador están conectadas a ésta, sería la batería la que alimente al generador, con el consiguiente desgaste de energía. 340



Para evitar este inconveniente en el circuito alimentador de la batería, se instala el llamado disyuntor, que permite el paso de corriente desde el generador a la batería y que impide que circule en sentido contrario. Se consigue por medio de dos bobinas sobre un mismo núcleo de hierro: –

Una de cable grueso y muy pocas espiras conectada en serie en el circuito.

–

Otra de hilo fino, de muchas espiras y conectada en paralelo en el circuito.

A la bobina de pocas espiras conectada en serie se le intercala un interruptor móvil, que se cierra cuando en ésta circula corriente con suficiente tensión para crear un campo magnético en el electroimán que atraiga el elemento metálico del interruptor, cuya posición de reposo es abierto, separado del núcleo de hierro, por medio de un resorte, es decir, que sólo cuando existe suficiente tensión producida por el generador se cerrará el circuito que alimenta la batería, permaneciendo abierto cuando esto no suceda. Por otro lado, es conveniente que la tensión de alimentación de la batería sea lo más constante posible y, puesto que el régimen de funcionamiento de un motor oscila entre las 500 rpm (revoluciones por minuto) y las 5.000 rpm, al ser la tensión de salida proporcional a estas revoluciones, habrá momentos en que la tensión sea excesiva. Para evitar este inconveniente se utiliza el llamado regulador de tensión. Consiste, igualmente, en dos bobinas, arrolladas sobre un núcleo de hierro: una de pocas espiras y conductor grueso y otra de muchas espiras y conductor delgado. En este caso, la misión del electroimán es intercalar, o no, según las circunstancias de giro, una resistencia que disminuya el flujo magnético en los inductores de la dinamo, rebajando el valor de su campo magnético. Los contactos que intercalan esta resistencia son vibrantes, lo que es origen de averías

14.2. LA ACUMULACIÓN DE CORRIENTE. LA BATERÍA Aunque los generadores «fabriquen» la corriente eléctrica necesaria para el funcionamiento del motor, ésta se almacena en la llamada batería de acumuladores, desde donde es utilizada para las distintas aplicaciones del automóvil. Cada acumulador consta de dos planchas de plomo, reticuladas, cuyos huecos se rellenan de pasta de óxido de plomo, separándose ambas por medio de unos aislantes. Para formar la batería, estos bloques se conectan entre sí, y, puesto que cada bloque puede almacenar hasta 2,1 voltios de tensión, se consiguen mayores tensiones uniendo varios bloques. Se denomina electrólito al líquido formado por 3 partes de ácido sulfúrico y 8 partes de agua (27%), que adquiere una densidad de 1,28. Se ha de tener en cuenta, para su mantenimiento, que el ácido no se evapora, por lo que, para su puesta a punto, se han de rellenar, sólo de agua, los distintos recipientes GUARDIA CIVIL (MATERIAS SOCIO-CULTURALES Y TÉCNICO-CIENTÍFICAS)

341


donde se contienen los bloques de acumuladores y que se llaman vasos. Nunca se ha de reponer el ácido. Distintos son los usos que, durante su funcionamiento, hace el motor de la corriente eléctrica almacenada. Entre los más importantes se encuentran: –

El encendido, para producir la chispa necesaria en los motores de explosión o el calentamiento de los de gasoil.

–

El arranque, por medio de un motor eléctrico, que fuerza el movimiento de los cilindros en el inicio.

Sin tratar los principios fundamentales de la energía eléctrica, que se estudian en tema aparte, en los epígrafes siguientes se detallan algunos de estos usos para que sean conocidos más en profundidad: 1. El encendido: En «el motor de cuatro tiempos» hemos estudiado que la explosión se produce al saltar una chispa en la bujía que inflama la mezcla. Este arco eléctrico, que se manifiesta en forma de chispa, se produce por la generación entre los electrodos de la bujía de tensiones que pueden llegar a los 20.000 voltios. Existen distintos sistemas de encendido que pasamos a comentar: a) Por delco: Las piezas necesarias para conseguir el encendido mediante este sistema son las siguientes:

–

Bujía: Pieza de porcelana aislante instalada en cada cilindro en cuyo interior se alberga dos electrodos que, en presencia de una tensión ele vada, generan la chispa que, en contacto con la mezcla combustible, la inflama.

–

Bobina: La tensión que se obtiene de la batería es muy pequeña e insuficiente para provocar la chispa en las bujías, por lo que se hace preciso un dispositivo para elevar esta tensión: la bobina. El funcionamiento de la bobina se basa en los fenómenos de inducción electromagnética que, mediante un flujo magnético variable en el tiempo, induce una corriente eléctrica. Sobre un núcleo de hierro se arrollan unas espiras (primario), formando una bobina de pocas vueltas, conectada a la tensión de la batería. Estas espiras crean un flujo magnético en el hierro que, cuando se abre y cierra el circuito, es variable e induce, a su vez, corriente eléctrica en otro bobinado (secundario), formado por un gran número de espiras, cuya tensión se consigue hacer tanto más elevada a medida que mayor es el número de espiras que tenga. Para lograrlo se ha de estar abriendo y cerrando constantemente el circuito, lo que se realiza por medio de un ruptor, interruptor de un material especial (tungsteno), cuyos contactos se conocen con el nombre de «platinos».

342



De esta forma, conectando un terminal de la bobina secundaria o de alta al electrodo de la bujía, aparecerá una tensión eléctrica muy elevada, que hará saltar la chispa al otro electrodo, conectado a masa. Para evitar el deterioro de los contactos del ruptor debido a las pequeñas chispas producidas en cada apertura, se conecta en paralelo con él un condensador que absorbe estas corrientes residuales.

–

Distribuidor. Su misión es aplicar la tensión producida a cada bujía justo en el momento de la compresión. Se coloca sobre el ruptor conectado mecánicamente al mismo eje. Tanto el ruptor como el distribuidor se instalan juntos, en la llamada cabeza del delco, cuya posición determina el momento de encendido, consiguiéndose la apertura y cierre del ruptor por un eje vertical - el mismo que el del distribuidor - que, por una leva, presiona una pieza llamada martillo, separándola de otra, fija, llamada yunque, cuyos contactos son de tungsteno (platinos), consiguiéndose la apertura y cierre de la bobina primaria y la creación del flujo magnético variable necesario para inducir tensión en la bobina secundaria.

Durante el estudio de los distintos reglajes del motor, hemos sabido que uno de ellos era el llamado reglaje de encendido o avance de encendido. Se consigue este reglaje automáticamente moviendo la posición de toda la cabeza del delco por medio de dos sistemas distintos y complementarios: –

Por un lado se instalan unos balancines que, en su giro, por la fuerza centrífuga, abren cada vez más sus brazos que, a su vez, mandan sobre el dispositivo de desplazamiento de la cabeza.

–

También por medio del llamado control de vacío y que consiste en una membrana que se mueve a medida que el motor gira más deprisa, por el vacío de los colectores de admisión.

b) Por magneto: Utilizado en motocicletas y motores auxiliares. La tensión del primario presente en la bobina no es suministrada por una batería, sino por la magneto a través de su propio circuito interior. c) Por transistores o electrónico . En esta modalidad, entre el ruptor y la bobina primaria se intercala un transistor, de forma que éste no corte la elevada intensidad de la bobina primaria. Con este sistema se pueden conseguir tensiones mayores en el secundario y, por lo tanto, producción de chispas más potentes, con sólo construir bobinas de menos espiras primarias y más secundarias, consiguiéndose economía en el consumo del orden de un 5 a un 10%. Como se ha podido deducir de lo visto en cuanto al encendido, el punto débil del tradicional es el ruptor, cuyos contactos se deterioran por el gran número de aperturas que ha de realizar el motor en su marcha.


343

GC Tema 23

Recommend Documents