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Motores de Combustión Interna I
UNIDAD I
MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA 1.
CONCEPTO DE MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA Un motor constituye una máquina termodinámica formada por un conjunto de piezas o mecanismos fijos y móviles, cuya función principal es transformar la energía química que proporciona la combustión producida por una mezcla de aire y combustible en energía mecánica o movimiento. Cuando ocurre esa transformación de energía química en mecánica se puede realizar un trabajo útil como, por ejemplo, mover un vehículo automotor como un coche o automóvil, o cualquier otro mecanismo, como pudiera ser un generador de corriente eléctrica. De igual forma, con la energía mecánica que proporciona un motor térmico se puede mover cualquier otro mecanismo apropiado que se acople al mismo como puede ser, una bomba de agua, la cuchilla de una cortadora de césped, etc.
Fig. 1.1 Motor de combustión interna
Se denomina motor de combustión a un motor capaz de transformar en movimiento la energía proveniente de la combustión de sustancias adecuadas, denominadas combustibles. Cuando la combustión se produce dentro de un recinto cerrado se denominan motores de combustión interna, normalmente utilizados en automóviles, motos, etcétera. También existen motores de combustión externa, que son los que mueven los aviones jet, de propulsión a chorro, a reacción, o más vulgarmente llamados "reactores". Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. 1
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Los motores de combustión interna alternativos, vulgarmente conocidos como motores de explosión (gasolina) y motores diésel, son motores térmicos en los que los gases resultantes de un proceso de combustión empujan un émbolo o pistón, desplazándolo en el interior de un cilindro y haciendo girar un cigüeñal, obteniendo finalmente un movimiento de rotación.
Fig. 1.2 Componentes principales del motor de combustión interna.
2.
CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA 2.1 POR EL TIPO DE COMBUSTIBLE •
Motor a Gasolina: (Motor Otto) Es aquel que utiliza para su funcionamiento los diferentes tipo de gasolina (84-90-95-97 octanos). La mezcla se forma fuera de la cámara de combustión y su combustión es provocada por una chispa eléctrica.
•
Motor Diesel: (Ciclo Diesel) Es aquel que utiliza para su funcionamiento el petróleo diesel o gasoil. La mezcla se efectúa en el interior de la cámara de combustión y la combustión se produce por autoencendido debido a la alta temperatura de la compresión.
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2.2 POR EL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN •
Por aire: Es aquel que utiliza el flujo de aire aspirado y conducido a través de deflectores y paletas para refrigeración.
•
Por agua o líquido: Es aquél que utiliza el agua o líquido para su refrigeración. Son de circuito cerrado con ayuda de un circuito abierto o un flujo de aire. Utilizan galerías para el desplazamiento del refrigerante del motor.
2.3 POR EL CICLO DE TRABAJO •
Motores de 4 carreras: Son aquellos que requieren dos vueltas completas o 720º de giros del eje del cigüeñal para efectuar su ciclo de funcionamiento.
•
Motores de 2 carreras: Son aquellos que requieren una vuelta completa o 360º de giro del eje del cigüeñal para efectuar su ciclo de funcionamiento.
2.4 SEGÚN LA CARRERA DEL PISTÓN •
Motores largos: Son aquellos en los que el diámetro del cilindro es menos que la carrera del pistón.
•
Motores cuadrados: Son aquellos en los que el diámetro del cilindro es igual a la carrera del pistón.
•
Motores súper cuadrados: Son aquellos en los que el diámetro del cilindro es mayor que la carrera del pistón.
Fig. 1.3 Cámaras de combustión según la carrera del pistón
2.5 SEGÚN EL NÚMERO DE CILINDROS • Motores mono-cilíndricos: Son aquellos que tienen un solo cilindro.
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• Motores poli-cilíndricos: Son aquellos que tienen 2 o más cilindros. 2.6 SEGÚN LA DISPOSICIÓN DE LOS CILINDROS •
Motores en línea: Son aquellos dispuestos uno detrás de otro.
que
•
Motores en “V”: Son aquellos que tienen sus cilindros dispuestos en forma de “V”.
•
Motores opuestos: Son aquellos que tienen sus cilindros opuestos a 180º.
•
Motores radiales: Son aquellos dispuestos en forma radial (estrella).
que
tienen
tienen
sus
sus
cilindros
cilindros
Fig. 1.4 Tipos de motor según la disposición de los cilindros
2.7 POR SU APLICACIÓN • •
Motores estacionarios o industriales: Son aquellos que se encuentran fijos. Motores vehiculares: Son aquellos que se encuentran en movimiento (vehículos aéreos, marítimos y terrestres).
2.8 SEGÚN EL CONTROL DE LA COMBUSTIÓN •
Motores de inyección directa: Son motores en donde la inyección del combustible se realiza directamente en la cámara de combustión, sin utilizar otros medios auxiliares.
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•
Motores con cámara de precombustión: Son motores en donde la cámara de combustión tiene dos partes: en una de las cuales se inyecta el combustible para producir una combustión parcial.
•
Motores con cámara de turbulencia: Las cámaras de turbulencia se parecen a las cámaras de precombustión, y presentan alguna similitud con las de inyección directa. Se diferencian de las cámaras de precombustión por su forma y su volumen.
•
Motores con cámara de acumulación de aire: Conocidos también como motores con célula de energía, pueden considerarse como los más típicos entre los modelos que usan cámaras auxiliares.
Fig. 1.5 Control de la combustión
3.
FORMAS CONSTRUCTIVAS DEL MOTOR Las disposiciones más frecuentes que podemos encontrar de los cilindros en los bloques de los motores de gasolina son las siguientes: • • •
En línea En “V” Planos con los cilindros opuestos
Los bloques en línea pueden contener 3, 4, 5 ó 6 cilindros. Los motores con bloques en “V” tienen los cilindros dispuestos en doble hilera en forma de “V”. Los más comunes que se pueden encontrar son: “V-6”, “V-8”, “V-10” y “V-12”. Los bloques planos son poco utilizados en los motores de gasolina, aunque se pueden encontrar de 4, 6 y hasta de 12 cilindros en unas pocas marcas de coches.
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Fig. 1.6 Formas constructivas del motor
Existen además otras disposiciones de los pistones en un bloque, como por ejemplo los radiales o de estrella (ilustración de la derecha), estructura esta que se empleó durante muchos años en la fabricación de motores de gasolina para aviones.
Fig. 1.7 Motores radiales
3.1 MOTOR ROTATIVO WANKEL Un motor rotativo o Wankel, en honor a su creador el Dr. Felix Wankel, es un motor de combustión interna que funciona de una manera completamente diferente de los motores convencionales.
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Fig. 1.8 Motor rotativo Wankel
Es un motor alternativo; en el mismo volumen (cilindro) se efectúan sucesivamente 4 diferentes trabajos - admisión, compresión, combustión y escape. En un motor Wankel se desarrollan los mismos 4 tiempos pero en lugares distintos de la carcasa o bloque; es decir, viene a ser como tener un cilindro dedicado a cada uno de los tiempos, con el pistón moviéndose continuamente de uno a otro. Más concretamente, el cilindro es una cavidad con forma de 8, dentro de la cual se encuentra un pistón triangular que realiza un giro de centro variable. Este pistón comunica su movimiento rotatorio a un cigüeñal que se encuentra en su interior, y que gira ya con un centro único. Al igual que un motor de pistones, el rotativo emplea la presión creada por la combustión de la mezcla aire-combustible. La diferencia radica en que esta presión está contenida en la cámara formada por una parte del recinto y sellada por uno de los lados del rotor triangular, que en este tipo de motores reemplaza a los pistones. El rotor sigue un recorrido en el que mantiene sus 3 vértices en contacto con el alojamiento, delimitando así tres compartimentos separados de mezcla. A medida que el rotor gira dentro de la cámara, cada uno de los 3 volúmenes se expande y contraen alternativamente; es esta expansióncontracción la que succiona el aire y el combustible hacia el motor, comprime la mezcla, extrae su energía expansiva y la expele hacia el escape.
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Fig. 1.9 Tiempos de funcionamiento del motor rotativo Wankel
ROTATIVO
ALTERNATIVO
Motores de Combustión Interna Turbina de gas de ciclo Turbomáquinas abierto Volumétrico Motor Wankel Encendido Provocado por chispa Motor de explosión Otto Encendido por compresión Motor de cohete
REACCIÓN
Aeroreactor sin Compresor
Motor Diesel Cohete especial de propulsante sólido/líquido Estatoreactor Pulsoreactor Turbo reactor, Turbo hélice Turbo fan
Tabla 1.1 Motores de combustión interna
4.
PRINCIPALES SISTEMAS DEL VEHÍCULO Y MECANISMOS DEL MOTOR 4.1 COMPOSICIÓN DEL VEHÍCULO -
MOTOR: GASOLINA O DIESEL
Fig. 1.10 Motor
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TREN DE TRANSMISIÓN 1. FF 2. FF 3. MR 4. 4WD
Fig. 1.11 Tren de transmisión
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CHASIS Suspensión, dirección y frenos
Fig. 1.12 Suspensión, dirección y frenos
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SISTEMA ELÉCTRICO DEL MOTOR
Fig. 13 Sistema eléctrico del motor
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SISTEMA ELÉCTRICO DE LA CARROCERÍA
Fig. 14 Sistema eléctrico de la carrocería
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CARROCERÍA
Fig. 15 Carrocería
4.2 EL MOTOR A GASOLINA
Fig. 16 Motor a Gasolina
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En un motor a gasolina, la mezcla de aire y combustible explota en el motor y está fuerza se transforma en un movimiento giratorio que mueve el vehículo. Para hacer funcionar el motor existen diversos sistemas además del motor. El motor esta compuesto por los siguientes sub sistemas, que son: -
EL MOTOR
Fig. 17 Motor
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SISTEMA DE AIRE
Fig. 18 Sistema de admisión de aire
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SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE
Fig. 19 Sistema de alimentación de combustible
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SISTEMA DE LUBRICACIÓN
Fig. 20 Sistema de lubricación
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SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
Fig. 21 Sistema de refrigeración
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SISTEMA DE ESCAPE
Fig. 22 Sistema de escape
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DISTEMA DE DISTRIBUCIÓN
Fig. 23 Sistema de distribución
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SISTEMA DE ENCENDIDO
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Fig. 24 Sistema de encendido
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ANOTACIONES:
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