Motor Nissan Ed 33

RECONOCIMINTO DE PARTES Y PARAMETROS CONSTRUCTIVOS DEL MCI

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INDICE

INTRODUCCION------------------------------------------------------------------------------2

FUNDAMENTO TEORICO-------------------TEORICO--------------------------------------------------------------------------------------------------------4 --4

PROCEDIMIENTO--------------PROCEDIMIENTO-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------20 ---20

DATOS DEL LABORATORIO-------------------LABORATORIO-------------------------------------------------------------------------------------------24 ------24

CALCULOS Y RESULTADOS---------------------RESULTADOS----------------------------------------------------------------------------------------24 -----24

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES------------------CONCLUSIONES------------------------------------------------------------------27 -------27

RECOMENDACIONES---------------RECOMENDACIONES--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------28 28 BIBLIOGRAFIA--------------BIBLIOGRAFIA---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------29 -------29

ANEXOS--------------------------------------------------------------------------------------30

LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

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INTRODUCCION

En el mundo actual, se utilizan en la mayoría de industrias motores de combustión interna de 2 y 4 tiempos, por lo tanto es de vital importancia el reconocer sus principales características así como algunos parámetros constructivos. En este informe se busca comprender el funcionamiento del motor de combustión interna con sobrealimentación Diesel, así como reconocer sus principales piezas y su uso e importancia en el motor. Además tomamos algunos datos con los cuales podremos analizar si el funcionamiento funcionamiento y estado del motor siguen siendo favorables o si necesita algún tipo de mantenimiento. Finalmente aplicaremos algunas fórmulas de cursos anteriormente llevados como (dinámica, mecanismos, matemáticas, etc.) para luego así poder entender la cinemática del movimiento del pistón. Todo este trabajo se da con el fin de aprender más acerca de este motor ya que servirá de gran ayuda para poder resolver con éxito más adelante problemas relacionados a este tema.


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INTRODUCCION

En el mundo actual, se utilizan en la mayoría de industrias motores de combustión interna de 2 y 4 tiempos, por lo tanto es de vital importancia el reconocer sus principales características así como algunos parámetros constructivos. En este informe se busca comprender el funcionamiento del motor de combustión interna con sobrealimentación Diesel, así como reconocer sus principales piezas y su uso e importancia en el motor. Además tomamos algunos datos con los cuales podremos analizar si el funcionamiento funcionamiento y estado del motor siguen siendo favorables o si necesita algún tipo de mantenimiento. Finalmente aplicaremos algunas fórmulas de cursos anteriormente llevados como (dinámica, mecanismos, matemáticas, etc.) para luego así poder entender la cinemática del movimiento del pistón. Todo este trabajo se da con el fin de aprender más acerca de este motor ya que servirá de gran ayuda para poder resolver con éxito más adelante problemas relacionados a este tema.


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OBJETIVO

Identificar las partes principales de un motor de combustión interna. Determinar el volumen útil de trabajo, la cilindrada del motor la relación de compresión, el orden de encendido, los ángulos (AVA, CVA, AVE, CVE), el traslapo y ángulos paramétricos más con la ayuda de las dimensiones tomadas en el laboratorio para el motor de un Nissan ED33.

Comprender el funcionamiento de un motor de combustión interna Nissan ED-33


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I.

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FUNDAMENTO TEORICO

Motor de combustión interna Un motor de combustión interna, es un tipo de máquina que transforma la energía química de un combustible, que arde dentro de una cámara de combustión, en energía mecánica.

Fig. 01 Motor Diesel de combustión interna

Entre los motores de combustión interna más conocidos tenemos el motor de gasolina y motor diésel, son motores térmicos.

Motor Diesel El motor diésel es un motor térmico de combustión interna cuyo encendido se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en el interior del cilindro. Fue inventado y patentado por Rudolf Diesel en 1895, del cual deriva su apellido. Fue diseñado inicialmente y presentado en la feria internacional de 1900 en parís como el primer motor para biocombustible, como aceite puro de palma o de coco. Diesel también reivindico en su patente el uso de polvo de carbón como combustible, aunque no se utiliza por lo abrasivo que es.


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Motor de explosión Un motor de explosión es un tipo de motor de combustion interna que utiliza la explosión de un motor de combustible, provocada mediante una chispa para expandir un gas así empujando un pistón. Hay de dos y cuatro tiempos. El ciclo termodinámico utilizado es conocido como ciclo Otto. Este motor, también llamado motor de gasolina o motor Otto es junto al motor diésel el más utilizado hoy en día en nuestro país.

Formación de la mezcla y combustión En el motor de encendido por chispa, esta mezcla se forma en el carburador (hoy en día ya poco usado y la mezcla se realiza por medio de inyectores en la cámara de combustión) y entra en el cilindro a través del conducto y de la válvula de aspiración. La válvula de mariposa del carburante sirve para regularla cantidad de mezcla entrante. En el motor de encendido por compresión, el combustible se introduce en el cilindro por medio de Un Inyector. La cantidad de combustible está regulada por la bomba de Inyección, mientras que no hay ninguna regulación para la cantidad de aire que entra por el conducto v la válvula de aspiración. Como la combustión es consecuencia de la alta temperatura del aire, intensamente comprimido en el cilindro, no es necesaria la bujía. En los motores de encendido por chispa se inicia la combustión al saltar la chispa entre los electrodos de la bujía: en los motores de encendido por compresión, con el encendido espontáneo del combustible pulverizado por el Inyector (en la figura anterior puede imaginarse la bujía sustituida por el inyector). El pistón o émbolo, dotado de aros de compresión, que impiden el escape de gas entre pistón y cilindro, transmite el empuje de dicho gas, a través del perno, a la biela, y de ésta, a la manivela del eje cigüeñal o árbol motor. La biela y la manivela transforman el movimiento lineal alternativo del pistón en movimiento rotativo del eje cigüeñal que gira entre cojinetes de bancada, montados en ésta. Los conductos a cuyo través se descargan al exterior los productos de la combustión son la válvula de escape y el colector de escape. Tanto la válvula de aspiración como la de escape están accionadas por órganos llamados de distribución. Un eje de distribución o eje de camones es accionado por el eje cigüeñal mediante una cadena o por engranajes. Los camones montados sobre el eje actúan sobre una serie de piezas, tales como los taqués, los empujadores y los balancines, los cuales transmiten el movimiento a la válvula según la ley


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definida por la forma del correspondiente camón. La válvula es mantenida en su asiento por la acción de su muelle Ter m in o lo g í a

No todos los motores corresponden al esquema descrito, pero las partes esenciales, así como el funcionamiento, son similares. Para el estudio de los motores endotérmicos es necesario conocerla terminología universalmente usada hoy para indicar algunas dimensiones y valores fundamentales.

Fig. 02 Posición del pistón en el P.M.S

Punto muerto superior (P.M.S.) Posición del pistón más próxima a la culata. Punto Muerto Inferior (P.M.I.) Posición del pistón más alejada de la culata. Diámetro (en inglés: Bore) Diámetro interior del cilindro. Expresado generalmente en milímetros (mm). Carrera (en inglés: Stroke) Comprende la distancia entre el P.M.S. v P.M.I. es igual, salvo raras excepciones, al doble del radio de la manivela del eje de cigüeñales. Se expresa generalmente en mm. Volumen total del cilindro (V 1) Es el espacio comprendido entre la culata y el pistón cuando este se halla en el P.M.I. Viene expresado, por lo general, en cm 3


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Volumen de la cámara de combustión (V 2) Está comprendido entre la culata v el pistón cuando este se halla en el P.M.S. Suele expresarse en cm3 Volumen desalojado por el pistón o cilindrada (V 1- V2) Es el generador por el pistón en su movimiento alternativo desde el P.M.S. hasta el P.M.I. Se expresa, por lo común, en cm 3. Relación volumétrica de compresión (ε) Se entiende por tal la que hay entre en volumen total del cilindro V 1 y el volumen de la cámara de combustión V 2. En general, para abreviar, es llamado simplemente relación de compresión:

   

CICLOS OPERA TIVOS MOTORES DE 4 Y DE 2 TIEMPOS

Por ciclo operativo entendemos la sucesión de operaciones que el fluido activo ejecuta en el cilindro y repite con ley periódica. La duración del ciclo operativo es medida por el número de carreras efectuadas por el pistón para realizarlo. Se dice que los motores alternativos son: • 4 tiempos 

El ciclo se realiza en 4 carreras del pistón



Realizan un ciclo cada dos revoluciones del árbol motor

• 2 tiempos 

El ciclo se realiza solamente en 2 carreras del pistón



Realizan un ciclo a cada revolución

Se han ideado, sin embargo, motores en los cuales el ciclo operativo se verifica en 6 carreras del pistón. En este caso particular, cuatro de las seis carreras son empleadas para ejecutar las mismas operaciones del ciclo de cuatro tiempos, y las dos restantes sirven para retener la mezcla combustible en el interior del cilindro con objeto de permitir al combustible, cuando es poco volátil, vaporizarse por completo y difundirse en el aire comburente, o bien realizar un barrido del cilindro con aire puro. Estos motores no han tenido, sin embargo, una difusión práctica.


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Ciclo de 4 tiempos para un motor Diesel El ciclo inicia con el proceso de admisión, la válvula de admisión se abre con cierto adelanto respecto al PMS (punto 1), este proceso está representado por la línea 1-2-3. El ingreso de aire termina cuando se cierra la válvula de ingreso (punto 3). El aire ingresante se mezcla con los residuos de la combustión anterior y forman la mezcla de trabajo. Finalizado el proceso de admisión, continúa el proceso de compresión, existiendo intercambio de calor entre el aire admitido y las paredes del cilindro. Este proceso está representado por la línea 3-4, siendo el punto 4 el instante en que ingresa combustible al cilindro. En este instante la temperatura del aire comprimido es superior a aquella en que el combustible puede inflamarse. Luego continuamos con el proceso de combustión, el cual se inicia con la ignición del combustible, en este instante se produce un elevado incremento de la presión. Este proceso está representado por la línea 4-5. El proceso de expansión se representa por la línea 5-6, terminando en el momento en que se abre la válvula de escape (punto 6). El proceso de escape se representa por la línea 6-1-2 y termina en el instante en que se cierra la válvula de escape. Si el motor trabaja sin sobre alimentación los gases residuales de la combustión se expulsan a una sobrepresión insignificante en comparación con la presión atmosférica.


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Fig. 03 Diagrama indicado P-V real de un motor de 4 tiempos de aspiración natural

Fig. 04 Diagrama circular de la distribución de gases de un motor de combustión interna de 4 tiempos. LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

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Ciclo de 2 tiempos para un motor Diesel En la figura se representa un diagrama indicado típico de un motor de 2 tiempos. Como tampoco hay, en este caso, correspondencia entre "tiempo" y "carrera", para comodidad de la exposición hemos hecho coincidir el principio de los dos tiempos con los puntos que corresponden, respectivamente, al comienzo de la fase de combustión y al inicio de la fase de barrido. a) Primer tiempo: En el punto 3 se efectúa el encendido de la carga, y se desarrolla la combustión para dar origen después a la expansión. Esta continúa hasta que el pistón, en correspondencia con el punto 5, abre las lumbreras de escape. Como la presión en el cilindro es todavía elevada, la fase de escape comienza de modo espontaneo. Inmediatamente después, es decir, cuando la presión se ha reducido a un valor igual aproximadamente al de la que reina en el conducto de alimentación, se abre en 1 la lumbrera de admisión, y el aire, o la mezcla, empujada por la presión existente en cárter u originada por un compresor, entran en el cilindro. b) Segundo tiempo: En este punto comienza la fase llamada de barrido, la cual se desarrolla pasando por el P.M.I., y, por encontrarse abiertas las lumbreras de escape y de admisión, se verifica simultáneamente el escape de gases y la introducción de la nueva carga. Los gases frescos expulsan a los gases de combustión para ocupar su puesto. Si la compresión de la nueva carga se realiza en el cárter, la presión en el cilindro continua disminuyendo durante el barrido, porque el cilindro esta en comunicación con la atmósfera y al presión de alimentación va decreciendo gradualmente. Cuando, por el contrario, la presión de la nueva carga es producida por un compresor, la presión permanece constante tanto en el conducto de admisión como en el cilindro. En algunos casos, con tubos de escapes más bien largos, la inercia de la columna de gases de escape produce una succión de gas fresco en el periodo final de la fase. Por esta razón, cuando en 2' se cierra la lumbrera de admisión y prácticamente cesa la introducción de gas fresco, puede continuar el escape, con pérdida de gas que es imposible reemplazar. Más adelante veremos como en los motores Diesel lentos se elimina este inconveniente adoptando las llamadas válvulas de barrido, dispuestas en el conducto de admisión. La presión del cilindro se mantiene casi constante hasta que en el punto 2'' se cierra también la lumbrera de escape para dar comienzo a la fase de compresión. En el


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caso en que el fluido fresco se comprime en el cárter, el pistón antes de alcanzar el punto muerto superior, descubre las lumbreras de entrada en el mismo y el fluido entre requerido por la depresión que se produce durante la carrera ascendente del pistón. El fluido es comprimido en el cárter en el curso de la primera fase de la cerrera siguiente.

Fig. 05 Diagramas indicados de un motor Diesel de 2 tiempos


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Partes principales del motor de combustión interna

Fig. 06 Vista lateral izquierda de un motor de combustión interna

1. El carburador es donde se mezclan el aire y la gasolina antes de que pasen al motor. 2. El múltiple de admisión es un conducto por donde circula la mezcla de aire y gasolina que va del carburador a la cámara de combustión. 3. El distribuidor y los cables de alto voltaje transmiten electricidad a las bujías. 4. La bomba de impulso o transferencia succiona combustible del tanque y lo envía al carburador. 5. El filtro de aceite limpia el lubricante antes de que circule por el motor.


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Fig. 07 Vista frontal de un motor de combustión interna.

1. El termostato controla la temperatura del agua y regula su paso hacia el radiador. 2. El múltiplo de escape recibe los gases quemados que son expulsados de los cilindros. 3. El bloque de los cilindros aloja las principales partes móviles del motor. 4. El ventilador aumenta el paso del aire al radiador para enfriar el agua. 5. El alternador suministra energía para mantener cargada la batería y activar los componentes eclécticos. 6. La correa acciona el ventilador la bomba de agua y el alternador. 7. El cárter contiene el aceite que lubrica el motor. 8. El tapón del Carter se quita para cambiar el aceite.


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Fig. 08 Vista lateral derecha de un motor de combustión interna.

1. La culata es la parte superior del motor donde se encuentran las válvulas y las cámaras de combustión. 2. La varilla del nivel de aceite sirve para verificar la cantidad de aceite que hay en cárter. 3. El motor de arranque está montado en la parte inferior al costado y es parte integrante del sistema eléctrico del automóvil. 4. El termostato controla la temperatura del agua y regula su paso hacia el radiador. 5. El múltiple de escape recibe los gases quemados que son expulsados de los cilindros. 6. El bloque de los cilindros aloja las principales partes móviles del motor. 7. El ventilador aumenta el paso del aire al radiador para enfriar al agua. 8. El alternador suministra energía para mantener cargada la batería y activar componentes eléctricos. 9. La correa acciona el ventilador, la bomba de agua y el alternador. 10. El cárter contiene el aceite que lubrica el motor. 11. El tapón del cárter se quita para cambiar el aceite.


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Fig. 09 Vista trasera de un motor de combustión interna.

1. El carburador es donde se mezclan el aire y la gasolina antes de que pasen al motor. 2. El múltiple de admisión es un conducto por donde circula la mezcla de aire y gasolina que va del carburador a la cámara de combustión. 3. El distribuidor y los cables de alto voltaje transmiten electricidad a las bujías. 4. La bomba de impulso o transferencia succiona combustible del tanque y lo envía al carburador. 5. El filtro del aceite limpia el lubricante antes de que circule por el motor. 6. La varilla del nivel de aceite vista desde otro ángulo. 7. El piñón del arranque hace girar el volante para hacer funcionar el motor. 8. El volante, por medio de la cremallera, engrana con el piñón del arranque.


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Dinámica del mecanismo biela-manivela Como ha sido expuesto, el movimiento del pistón se transforma en movimiento circular del cigüeñal gracias a un sistema biela-manivela

Fig. 10 Sistema biela- manivela

Para determinar la velocidad y aceleración de pistón es necesario determinar en primer lugar la ecuación de posición del pistón en función del ángulo girado por el cigüeñal.

Fig. 11 Esquema biela- manivela


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Donde: l : longitud de la biela r : radio de la manivela c : carrera del pistón x : posición del pistón referida al punto muerto superior  Ángulo girado por le cigüeñal contado desde el punto muerto superior  Ángulo que forma la biela con el eje del cilindro Se puede obtener de la figura anterior que:

En la expresión anterior el desplazamiento del pistón x se expresa en función de

 y de 

por

lo que para calcularlo solo en función del ángulo girado por el cigüeñal.es necesario proceder como se presenta a continuación: Por tener un lado común los triángulos cuya hipotenusas son la biela y la muñequilla del Cigüeñal. Se puede establecer que:

Llamando λ a la relación entre la longitud de la manivela y la de la biela, que en los motores

actuales es de orden de 0.33, se obtiene que:

De la expresión anterior se obtiene



para cada posición

 de la manivela

Como:

Sustituyendo este valor se obtiene la expresión del desplazamiento del pistón en función del ángulo girado por la manivela cuya expresión es


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La representación gráfica de la ecuación anterior en unos ejes cartesianos en los que en abscisas se tome el ángulo girado por el cigüeñal y en ordenadas el valor del desplazamiento angular del pistón ofrece una gráfica como se presenta a continuación

Fig. 12 Diagrama desplazamiento del pistón


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II.

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PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

El procedimiento el cual se utilizó para el laboratorio fue el siguiente: 1.- Reconocimiento de las partes externas del motor : Lo primero que realizamos fue reconocer las principales vistas del motor, frontal, trasera, lateral derecha y lateral izquierda. Además también reconocimos los colectores de ingreso y escape, los cuales están hechos de aluminio y fierro fundido respectivamente.

Fig. 13 Vista frontal del motor Nissan ED-33.

Fig. 15 Colector de admisión del motor Nissan Hecho de aluminio

Fig. 14 Vista lateral izquierda del motor Nissan ED-33

Fig. 16 Vista lateral derecha del motor Nissan


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Fig. 17 Colector de escape del motor Nissan Hecho de fierro fundido

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Fig. 18 Vista trasera del motor Nissan

2.- Desmontaje del motor para el reconocimiento de las partes internas y la medición de los parámetros constructivos: Lo primero que uno puede observar al iniciar el desmontaje es el eje balancines o eje de levas, posteriormente se desmonta la culata pudiéndose observar la empaquetadura y los pistones.

Fig. 19 Eje de levas o balancines del motor Diesel.


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3.- Medición de los parámetros constructivos (volumen muerto, carrera y diámetro del pistón): Primero procedemos a medir la carrera del pistón, para ello utilizamos el reloj comparador para establecer el punto máximo de altura del pistón y con ayuda de la regla de vernier calculamos la carrera del pistón. Luego utilizamos la probeta con aceite para medir el volumen muerto del pistón mediante diferencia de volúmenes, habiendo nivelado previamente la superficie del motor con ayuda del marcador de nivel.

Fig. 20 Utilizando el reloj comparador.

Fig. 21 Medición del volumen muerto en el pistón.


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4.- Medición de los ángulos de apertura y cierre de las válvulas de ingreso y escape así como el orden de encendido: Para medir los ángulos de escape establecimos una marca en la rueda de la parte posterior para los puntos medios superior e inferior. Y analizamos para el primer pistón los momentos en que se abren o cierran las válvulas de admisión y escape. Y para el orden de encendido se analizaron los 4 pistones a la vez para un ciclo entero del motor.

Fig. 22 Marca del PMS en la rueda dentada del motor Diesel.


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III.

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DATOS DEL LABORATORIO

Tomamos los siguientes datos del laboratorio:

    Espesor de la empaquetadura:     Para el diámetro del pistón:

Para el volumen muerto:    

   

Carrera del pistón:    

Ángulos de apertura y cierre de las válvulas de ingreso y escape:

Número de dientes totales

:

114 dientes

Adelanto de apertura de la válvula de escape

:

4.5 dientes

Retraso de la válvula de escape en el cierre

:

21.5 dientes

Adelanto de apertura de la válvula de admisión

:

6.5 dientes

Retraso de cierre de la admisión

:

15 dientes

Orden de encendido: 1-3-4-2


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IV.

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CÁLCULOS Y RESULTADOS:

Cálculo del diámetro del pistón:

    Cálculo del volumen muerto del pistón:

                Cálculo del volumen útil del pistón:

             Diagrama circular de la distribución de los gases para el motor Nissan:

                                   LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

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Cálculo de las relaciones de compresión geométrica y real:

            

Para la relación de compresión real, tenemos que utilizar la ecuación de la posición del pistón para el ángulo 180 + β CVA.

  ()  √                              Reemplazando en la fórmula obtenemos:

(())  √ (()     Ahora calculamos Vx:

() ()()          Finalmente la relación compresión real será:

              

Además el orden de encendido de los pistones será el siguiente: Pistón

0-180°

180°-360°

360°-540°

540°-720°

1

EXPANSION

ESCAPE

ADMISION

COMPRESION

2

ESCAPE

ADMISION

COMPRESION

EXPANSION

3

COMPRESION

EXPANSION

ESCAPE

ADMISION

4

ADMISION

COMPRESION

EXPANSION

ESCAPE

Orden de encendido: 1-3-4-2.


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V.



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OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES La relación de compresión que se obtuvo de un motor Nissan está en el rango permitido.



El problema de una baja relación de compresión en un Nissan es el arranque y circulación en frío, hasta el punto de que en climas fríos una muy baja relación de compresión puede impedir el arranque del motor.



Si aumentamos la relación de compresión resulta que hemos aumentado proporcionalmente la presión interna de los cilindros.



Los ángulos característicos obtenidos experimentalmente se aproximan a los de un motor Nissan



El colector de escape, la culata, el monoblock, el cárter tienen que estar hechos de un material resistentes a altas temperaturas, en la mayoría de casos son de fierro fundido.



Por otro lado el colector de admisión es de aluminio para facilitar su ligereza y menor costo.



Teniendo en cuenta los errores que se tuvieron el ojo humano como en el error por parte de los instrumentos se puede concluir que a pesar de no coincidir con mucha precisión estos datos ayudan a tener una referencia de los parámetros de los motores Nissan ED33.



A diferencia de otros motores gasolineros o de ciclo Otto, el motor de ciclo diesel no necesita de una chispa eléctrica para iniciar la combustión, dado que en el proceso de compresión, el aire en el interior del cilindro se eleva a altas temperaturas, lo suficiente para quemar el combustible sin necesidad de chispa.


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VI.



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RECOMENDACIONES

Al momento del desarmado del motor, para medir los volúmenes, se recomienda tener cuidado con el peso de la culata del motor.



Tratar de poner la culata lo más horizontal posible para una correcta medida del volúmenes muertos con el aceite.



Al momento de girar la rueda dentada siempre hacerlo en sentido anti horario hasta obtener el punto de cierre o abertura de las válvulas, luego tratar de encontrar el punto exacto de ello con ligeros movimientos hacia uno y otro lado.



Trabajar con el mayor orden posible, debido a la cantidad de partes que se desmontan del motor.


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VII.

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BIBLIOGRAFÍA



Motores de alternativos de combustion interna. Jesús Andrés



JOVAJ M.S., “Motores de Automóvil”, Editorial MIR, Moscú 1982.



OBERT, E., “Motores de Combustión Interna”, Edit CECSA, México, 1976.



http://redcamelot.com/mecanica/motor_4_tiempos.htm


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Motor Nissan Ed 33

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