Av. Chama, C. C. Polo I, Nivel Planta Principal., Local PP 27, Colinas de Bello Monte. T elf.: 7539757- 7531076, http://atema.com.ve/ Correo electrónico:
[email protected]
Guías Atema Primer Semestre
1. MOTOR DE 4 TIEMPOS
Guías Atema by Atema is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-N Reconocimiento-NoComercial-SinObraDer oComercial-SinObraDerivada ivada 4.0 Internacional License . Creado a partir de la obra en guias-atema.blogspot.com guias-atema.blogspot.com..
Guías Atema 1.1
EL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
Guías Atema 1.1
EL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
El motor de combustión interna es aquel que produce trabajo aprovechando el calor desarrollado, al quemarse un combustible tal como la gasolina en una cámara cerrada. El calor hace aumentar la temperatura y la presión de los gases, originando una expansión (aumento de volumen). Dicha expansión puede transformarse en el movimiento de un mecanismo y éste aprovecharse como fuente de energía o fuente motriz. En la Figura Nº 1 se muestra esquemáticamente la disposición de un motor de combustión de émbolo, que son generalmente los más empleados en los autos, desarrollado por Nicolás Augusto Otto a finales de 1876.
1.2 NOMBRES DE LAS PARTES DEL MOTOR Y SUS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Antes de estudiar el funcionamiento de los motores de explosión fijaremos algunas ideas y nomenclaturas fundamentales para éste. En la figura anterior ( Figura Nº 1) se encuentra cortado para ver su interior un motor de cuatro tiempos que para simplificar se ha dibujado de un solo cilindro.
Nicolás Augusto Otto
Véase que el CILINDRO (K) esta formado por una pieza, cuyas paredes son dobles, dejando entre sí un espacio por el que circula agua que sirve para enfriarlo; a éste espacio se le da el nombre de CÁMARA DE REFRIGERACIÓN (M). En los motores policilíndricos los diversos cilindros y la cámara de agua que es común a ellos forma una sola pieza que recibe el nombre de bloque de cilindros, construido mediante el método de fundición
G F M
El cilindro esta unido por su parte inferior a una media caja que cierra la parte del espacio donde esta sujeto el CIGÜEÑAL (J) y que recibe el nombre de CARTER SUPERIOR (A).
K
En muchos motores el carter superior y el bloque de cilindros forman una sola pieza llamada bloque motor.
A
La parte inferior esta cerrada por otra media caja denominada CARTER INFERIOR (D) o carter de aceite.
J
La parte superior del cilindro esta cerrada por una pieza en forma de tapa denominada CULATA (F) la cual también esta formada por paredes dobles.
D Figura Nº 1
En un agujero practicado en la culata y que llega hasta el interior del cilindro se halla colocado el dispositivo que produce la chispa para explotar la mezcla de aire y combustible, el cuál se llama BUJÍA (G).
1
Guías Atema Dos VÁLVULAS (H) situadas en dos colectores distintos permiten poner o no al cilindro en comunicación con el exterior. Una de ellas regula el paso de la mezcla y se llama VÁLVULA DE ADMISIÓN. La otra regula la salida de los gases quemados y se llama VÁLVULA DE ESCAPE, Figura Nº 2.
H C
Dentro del cilindro y perfectamente ajustada a él gracias a los SEGMENTOS (L) hay una pieza que puede deslizarse en movimiento alternativo llamada ÉMBOLO (E) que recibe el empuje de la explosión.
L E
B
El émbolo transmite su movimiento al eje acodado (cigüeñal) por medio de una recia pieza llamada BIELA (B) que une a ambos transformando el movimiento en giratorio. En uno de los extremos del cigüeñal hay colocada una rueda pesada llamada VOLANTE, Figura Nº 3. Cuando el émbolo se halla en su posición más baja se dice que está en su punto muerto inferior (PMI) y cuando se halla en su posición mas elevada se dice que está en su punto muerto superior (PMS). La distancia o recorrido que existe entre una y otra posición se denomina carrera.
Figura Nº 2
Al espacio entre el émbolo cuando esta en PMS y la culata, se le denomina CÁMARA DE COMBUSTIÓN (C).
1.3 EXPLICACIÓN DE ALGUNAS PIEZAS DEL MOTOR 1.3.1 Cigüeñal Especie de manivela que presenta un eje de giro formado por los apoyos y codos o muñequillas donde se articula a las bielas, también posee contrapesos para regularizar su movimiento giratorio, Figura Nº 3. El Cigüeñal recoge el esfuerzo de las explosiones y lo convierte en par motor (torque) a determinadas revoluciones. Se construyen generalmente de acero tratado por procesos de estampación, sementado y templado con aleaciones de níquel y cromo o silicio. En su proceso de fabricación tienen gran importancia los tratamientos térmicos que se aplican en determinadas superficies, como el temple superficial y sementado que se da a las muñequillas y apoyos de bancada, llamado flameado o nitruración. El Cigüeñal es robusto y rígido para resistir la flexión y la torción, ya que ésta, es una de las piezas que más sufre del todo el mecanismo.
Figura Nº 3
2
Guías Atema 1.3.2 Cojinetes o Conchas Evitan una excesiva fricción entre las bielas y el cigüeñal y entre éste y la bancada, Figura Nº 4. Permiten una fácil reparación y reemplazo de las piezas, ya que son del tipo de manguito partido. Son construidas con un respaldo de acero y con un revestimiento de materiales anti-fricción, con aleaciones de estaño, plomo, antimonio y pequeñas cantidades de cobre y níquel. Figura Nº 4
Se funden a menos de 400 °C actuando de ésta forma como una especie de fusible.
1.3.3 Segmentos o Anillos Permiten un sello entre el émbolo y las paredes del cilindro evitando la fuga de la compresión, Figura Nº 5. Deben ser instalados con sus luces evitando la dirección de empuje del pistón, para prolongar la vida del cilindro.
Figura Nº 5
Son Aros elásticos de fundición gris de grano fino con adecuada dureza, o de acero con baño de cromo, fósforo o grafito que atenúan su desgaste.
1.3.4 Pasador Sujeta el pie de la biela al émbolo o pistón hecho de acero duro y tratado, Figura Nº 6 . Existen tres tipos de pasadores: - Pasador Anclado: anclado en el pistón, flotante en la biela. - Pasador Semi Flotante: flotante en el pistón, anclado a la biela. - Pasador Full o Completamente Flotante: flotante en el pistón y flotante en la biela.
Figura Nº 6
1.3.5 Damper Absorbe las vibraciones del cigüeñal a determinado régimen de giro (velocidad crítica), Figura Nº 7 . Estas vibraciones son características en motores con cilindros grandes o cigüeñales largos. Existen dos tipos: - Damper Clásico: está compuesto por un cubo central, una goma y un anillo de inercia.
DAMPER CLÁSICO
- Damper Fluido: está constituido por una polea y un anillo en cuyo interior tiene silicón fluido. Figura Nº 7
3
Guías Atema 1.3.6 Culata Es el elemento del motor que según su diseño aloja: - Las Válvulas - Los Balancines - El Árbol de Levas - Las Bujías - Los elementos de la Inyección - El Distribuidor El Material empleado en su construcción es de una aleación ligera o aluminio, también se puede encontrar de fundición. Figura Nº 8. Características de la Culata: - Resistencia a la presión de los gases - Buena conductividad térmica - Resistencia a la corrosión - Coeficiente de dilatación idéntico al del bloque - Conductos de admisión y escape cortos - No debe presentar puntas o sobresalientes - Debe sellar perfectamente contra el bloque
PUNTOS DONDE DEBE SELLAR LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN
Figura Nº 8.
1.3.7 Empacadura de la Culata Para garantizar el perfecto sellado se utiliza una empacadura de amianto grafitado (armado) recubierto de dos hojas de acero, de cobre o materiales similares que debe ser apretada con un torque especificado por el fabricante. Forma de Apriete: - En Cruz - En Caracol - De Adentro hacia afuera
1.3.8 Cámaras de Combustión - Cámara Tipo Bañera: Utilizada en motores lentos con torque de baja relación de compresión y flujo lateral. Generalmente sólo usa dos válvulas. - Cámara Tipo Cuña: Común en motores más rápidos, con mayores relación de compresión y flujo lateral. Utiliza válvulas más grandes, mayor turbulencia. - Cámara Tipo Hemisférica: Presente en la mayoría de los motores modernos, permite una explosión suave y progresiva, arreglando mayor número de válvulas, quemando casi la totalidad del combustible. Figura Nº 9. Figura Nº 9.
4
Guías Atema 1.4 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE CUATRO TIEMPOS 1.4.1 Primer Tiempo: Admisión Se abre la válvula de admisión, y el émbolo partiendo de PMS se mueve arrastrado por el cigüeñal hacia el PMI, llenándose el cilindro con la mezcla. La válvula de escape esta cerrada. Figura Nº 10.
1.4.2 Segundo Tiempo: Compresión Estando el émbolo en PMI, se cierra la válvula de admisión y manteniendo la válvula de escape cerrada el émbolo sube hasta el PMS arrastrado por el cigüeñal, comprimiendo la mezcla. Figura Nº 11.
Figura Nº 10
1.4.3 Tercer Tiempo: Explosión Conservando las dos válvulas cerradas y hallándose la mezcla comprimida en la cámara de combustión, se inicia la explosión gracias a la chispa producida por la bujía. El émbolo partiendo del PMS es empujado hacia abajo por la fuerza de los gases en expansión hasta el PMI impulsando al cigüeñal y produciendo así el movimiento. Figura Nº 12.
Figura Nº 11
1.4.4 Cuarto Tiempo: Escape Estando el émbolo en PMI, se abre la válvula de escape y manteniendo la válvula de admisión cerrada el émbolo sube hasta el PMS arrastrado por el cigüeñal, expulsando los gases quemados y enviándolos a la atmósfera. Figura Nº 13. Figura Nº 12 Al llegar el émbolo a PMS se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión quedando el motor en las condiciones iniciales para comenzar un nuevo ciclo. Como se observa, solamente durante el tiempo de explosión el motor produce trabajo, debiendo almacenarse el movimiento en el volante de inercia que permite continuar girando el cigüeñal durante los otros tres tiempos de preparación. En cada tiempo el cigüeñal gira media vuelta sumando dos vueltas al final de cada ciclo. Figura Nº 13
5
1.5
EJERCICIOS PRÁCTICOS
1.5.1 De las partes del motor estudiadas realice un esquema clasificando las piezas fijas y las piezas móviles. 1.5.2 Analice y responda: ¿Qué ventajas ofrece la utilización de aleaciones de aluminio en la construcción de motores? 1.5.3 ¿Durante qué tiempos del Ciclo Otto están las dos válvulas cerradas? 1.5.4 ¿Cuáles cree usted deben ser las características de los motores modernos? 1.5.5 ¿En cuáles de los cuatro tiempos el émbolo sube? 1.5.6 Como trabajo de grupo redacte un procedimiento para cambiar una empacadura de carter inferior. 1.5.7 Investigue: ¿Cuántos tipos de émbolos existen según la forma de su cabeza? 1.5.8 ¿Qué sucedería si las luces de los segmentos quedan alineadas? 1.5.9 Mencione las partes de la Biela. 1.5.10 En las siguientes figuras identifique las partes que las conforman:
7
