Motos 4tps Clase 1

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MOTORES

Mecánica de Motos motores cuatro tiempos

Manual del Curso Año 2011

Aristóbulo del Valle 5125 Villa Ballester - Bs As - Argentina 4767-4878 e-mail: [email protected] www.cursositm.com.ar

MECANICA DE MOTOS CON MOTORES 4 TIEMPOS

CUADERNO DE CONOCIMIENTO

“La reproducción o transcripción total y parcial de este material está prohibido, salvo expresa autorización por escrito de ITM Instituto Tecnológico de Motores”

Las informaciones contenidas en este manual son exclusivamente para complementar el curso estando sujetas a modificaciones sin previo aviso

Bibliografía de referencia: - Motocicletas Puesta a punto de motores de 4 tiempos de John Robinson – Ed. Paraninfo – Madrid – 96 - Motocicletas, chasis de John Robinson – Ed. Paraninfo – Madrid – 96 - EL gran libro de la Motocicleta de Hugo Wilson – Ed. Aguilar – Madrid – 93. - Manual de Servicio, mantenimiento y reparación de motocicletas de Gabriel Sanchez Garcia – Ed. Prentice Hall - Hispanoamericana S.A. – México - 94 - Guía Práctica de la Moto de SARPE - Madrid - 2000 - Trucaje de motores de 4 tiempos de Miguel de Castro Vicente – Ed. Ceac – Barcelona – 95.

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Índice

Página

Principios básicos y ciclo cuatro tiempos........................................................ Principios básicos de física. Diagrama de distribución. Potencia y par motor. Curvas características. Sistemas de admisión y escape.

Características de los motores cuatro tiempos................................................. Monocilindros, dos y cuatro cilindros en línea, dos y cuatro cilindros en V, dos y cuatro cilindros horizontales opuestos, tres cilindros en línea, cinco cilindros en línea, seis cilindros en línea, seis cilindros en V y ocho cilindros en V.

Componentes del motor................................................................................... Cigüeñal, pistón, pernos, cojinetes, bielas, aros, tapas de cilindro y carter, válvulas de admisión y escape. Resortes de válvulas, guías y seguros, botadores, balancines y varillas. Engranajes y cadenas de distribución.

Sistema de distribución y árboles de Levas................................................. Diagrama de distribución. Geometría de las Levas. Desarrollo e levas con cruces. Armado y puesta a punto de la distribución. Pruebas de velocidad y aceleración.

Carburadores y carburación ......................................................................... Mezcla, aire y combustible. Propiedades físicas y químicas. Relaciones estetiométrica y de máxima potencia. Aditivos y mejoradores de combustión. Clasificación de los carburadores. Surtidor principal, surtidores de aire, surtidor de ralentí. Cuba y bomba de alimentación. Reglaje del carburador.

Sistemas de lubricación y refrigeración ...................................................... Motores refrigerados por aire – Motores refrigerados por agua – Bombas de agua – Radiadores. Clasificación y propiedades de los aceites lubricantes. Bombas de aceite, características y funcionamiento. Conductos de lubricación y mantenimiento de los mismos.

Inyección electrónica de combustibles ........................................................ Características del sistema. Inyectores y bombas. Sistemas monopunto y multipunto. Sistemas de suministro. Calibración de caudal y presión. Sensores, Microcomputadoras y Actuadores. Laboratorio y taller.

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Sistema de escape .......................................... ................................................... Conductos de escape y cálculo de longitud. La incidencia del volumen. Silenciadores, estranguladores. Cámaras y conos de convergencia y divergencia. Dimensionamiento del sistema de escape. Tubos primarios, colectores, tubos secundarios, difusores.

Electricidad y encendido convencional y electrónico .................................... Principios de corriente eléctrica. Unidades – Ley de Ohm. Magnetismo y electro magnetismos. Acumuladores – Alternadores y Motores de arranque. Sistemas de encendido. Bujías – Bobina – Distribuidor, Platino y condensador. Puesta a punto y orden de encendido. Encendido electrónico – Semi conductores – Diodos y transistores – Sistema de encendido estático – Amplificación de señales. Sensores, actuadores y micro computadoras.

Sistemas de luces y accesorios ...................................................................... Luces de advertencia, luces de seguridad, luz de giro, luces de stop, alimentación e interruptores.

Bastidor y suspensión ........................................... ......................................... Características y diseño del bastidor. Mantenimiento y reparación del bastidor. Funcionamiento y componentes de la suspensión. Suspensión delantera y dirección, amortiguadores simples, flotantes (Suzuki), amortiguación delantera (Kawasaki), brazos oscilantes (Kawasaki), amortiguadores de aire (S&W) Sistema de suspensión delantera y trasera dentro del bastidor (American Honda), geometría de la dirección, fallas del sistema detectadas en el manejo.

Sistema de frenos ........................................... ................................................. Funcionamiento y componente de frenos a tambor y frenos a disco. Sistema anticabeceo (Kayaba American Suzuki). Sistema de freno unificado (Yamaha). Lubricación de sistema. Mantenimiento y servicio.

Ruedas y neumáticos ......................................................................................... Características básicas de las llantas y neumáticos. Diseño de ruedas. Mantenimiento y reparaciones, elección de neumáticos.

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Introducción Para abordar el estudio de los sistemas y componentes de motos equipadas con motores de cuatro tiempos que trataremos en este curso, es necesario utilizar el presente manual como soporte didáctico para conocer el funcionamiento, la aplicación, la verificación y la medición de todos los elementos mencionados. Este manual dedicado a los elementos y componentes, denominado Mecánica de Motos con motores cuatro tiempos, recoge los contenidos básicos necesarios para poder abordar el estudio y resolución de fallas específicas. El presente trabajo se caracteriza fundamentalmente por la sencillez del lenguaje utilizado, así como la forma y síntesis de los contenidos manteniendo el rigor técnico que un curso como este requiere. Cada tema se complementa con dibujos y gráficos que facilitan la comprensión de los contenidos previos. El objetivo fundamental de este manual, es el de conseguir la máxima claridad posible y acudir siempre a lo práctico con preferencia a los largos estudios teóricos de una de las más importantes nuevas tecnologías que actualmente se han incorporado en las motos, como por ejemplo la inyección electrónica y los sistemas de frenos ABS.

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CONCEPTOS BÁSICOS DE FÍSICA Objetivos 1) Estudiar los conceptos básicos de Física. 2) Introducir los parámetros requeridos para el posterior cálculo de par y potencia.

Temperatura y Calor La primera noción de temperatura la adquirimos mediante el sentido del tacto, que nos permite apreciar si un cuerpo está frío o caliente, e incluso, cuál de los dos está más caliente, aunque con poca precisión. La experiencia demuestra que cuando un cuerpo cambia de temperatura, varían algunas de sus propiedades físicas, como por ejemplo su volumen.

Calor Cuando calentamos una determinada cantidad de agua, se observa que su temperatura va subiendo de manera continua a medida que transcurre el tiempo, hasta que se alcanza el punto de ebullición (100°C), en que la temperatura ya no sube más a pesar de que continúe comunicándosele calor. Esta experiencia demuestra que calor y temperatura son cosas distintas. Si en lugar del agua, lo que se calienta es una misma masa de aceite, se verá que la temperatura de éste sube con mayor rapidez que en el caso anterior, alcanzándose valores mayores en el mismo tiempo de calentamiento, o lo que es igual, habiendo recibido la misma cantidad de calor, el aceite ha alcanzado una temperatura superior a la del agua, manteniendo en ambos casos invariable la fuente calorífica. De estas experiencias deducimos:

a- Se puede comunicar calor a un cuerpo sin que su temperatura aumente. b- Cantidades iguales de calor, comunicadas a cuerpos diferentes (de igual masa), producen distintas elevaciones de temperatura.

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Intercambios y transmisión de calor El calor puede transmitirse de varias formas: a) por conducción, b) por convección y c) por radiación. a) Por conducción: cuando se introduce el extremo de una varilla metálica en una llama, se observa que el extremo opuesto a éste se va calentando cada vez más, aunque no esté en contacto con la llama. Decimos entonces que el calor pasa por conducción del extremo caliente al frío. b) La convección es un proceso mecánico de transporte de calor, que tiene lugar exclusivamente en los fluidos, consistente en una transferencia de calor de una a otra parte del fluido, merced a las corrientes originadas en su interior en virtud de diferencias de densidad. El líquido se expansiona al calentarse, haciéndose menos denso, por cuya causa asciende; mientras que desde arriba el líquido frío desciende, cerrando así la circulación, que tiende a igualar las temperaturas en toda la masa líquida. c) El tercer mecanismo mediante el cual puede pasar el calor de un cuerpo a otro, recibe el nombre de radiación y es la denominación que se da a la transmisión de energía por medio de ondas a través del espacio. Estas ondas son semejantes a las de la luz y se propagan en el vacío, pudiendo reflejar, transmitir o absorber. Gracias a la radiación llega el calor del Sol a la Tierra.

Energía Debido a su constitución, su posición, o su movimiento, en los cuerpos existe una cierta capacidad para realizar un trabajo. Precisamente esta capacidad recibe el nombre de energía. El principio de conservación de la energía dice que ésta no se crea ni se destruye, es decir, en el mundo hay siempre la misma cantidad de energía y cuando en alguna parte desaparece una porción, aparece en otra parte la misma cantidad; por ejemplo, un cuerpo que se enfría pierde energía calorífica, que pasa al aire que lo rodea y a otros cuerpos próximos, calentándolos, siendo la energía total que estos ganan exactamente igual a la que el cuerpo perdió en su enfriamiento. La gasolina posee energía, pues quemándola en un motor se puede producir trabajo. Para que un cuerpo posea energía no es necesario que esté realizando trabajo; es suficiente con que pueda realizarlo. La energía se utiliza permanentemente en todas las formas y puede ser transformada de unas en otras. En los automóviles, la energía química contenida en la gasolina se transforma en el motor en energía calorífica, que a su vez es transformada en energía mecánica de rotación del eje del motor.

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Trabajo Toda fuerza que desplaza un cuerpo siguiendo una dirección determinada, efectúa un trabajo. Por la acción de una fuerza el cuerpo puede ponerse en movimiento. El trabajo es el producto de la fuerza aplicada por el espacio recorrido. Si la fuerza se expresa en kilogramos y la distancia recorrida en metros, la unidad en que viene expresado el trabajo es el kilográmetro. Un kilográmetro es el trabajo a realizar contra la fuerza de un kilogramo para recorrer la distancia de un metro. Cuando levantamos a un metro de altura el peso de un kilogramo, el trabajo realizado es de un kilográmetro y el cuerpo almacena una energía potencial equivalente (un kilográmetro), que devolverá en cuanto lo soltemos, haciéndole caer, realizando con este movimiento el trabajo de un kilográmetro.

Acciones dinámicas de las fuerzas. Inercia Cuando se aplica una fuerza a un cuerpo libre, se obtiene el desplazamiento de éste. El movimiento que adquiere depende de su estado inicial, de la fuerza aplicada, del tiempo que ésta actúa, etc. Dinámicamente, una fuerza se conceptúa como la causa capaz de producir o modificar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo, o de originar una deformación en él. La relación que existe entre la fuerza que se aplica a un cuerpo y la aceleración del movimiento que éste adquiere, es un coeficiente característico del cuerpo, que recibe el nombre de masa inerte. Estas consideraciones nos permiten enunciar el principio de la inercia, que dice: “mientras no actúe una fuerza sobre un cuerpo, éste permanece en su estado inicial de reposo o de movimiento uniforme”. Un cuerpo en reposo tiende a permanecer en su estado, resistiéndose a cualquier intento de ponerlo en movimiento; sin embargo, una vez en movimiento, se opone a cualquier intento de cambio de dirección, de aceleración o de paro. Consideremos un automóvil. Cuando se halla detenido, debe vencerse su inercia mediante la aplicación de una fuerza para ponerlo en movimiento. Para aumentar su velocidad es necesario aplicar una fuerza mayor en el mismo sentido del movimiento y, para disminuirla, debe aplicarse una fuerza en sentido contrario al movimiento.

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La inercia del coche se resiste a cualquier reducción de su velocidad; por lo cual, los frenos del mismo deben contrarrestar la inercia, es decir, deben absorber la energía cinética de movimiento almacenada en el vehículo, transformándola en calorífica en el dispositivo del freno instalado en las ruedas. De forma análoga, cuando un automóvil toma una curva, su inercia intenta hacerlo salir de ella, siendo los neumáticos en su rozamiento con el piso los que deben contrarrestar esta inercia.

Fuerzas de rozamiento Los rozamientos podemos diferenciarlos en tres clases distintas: a) Rozamiento seco, que es el existente entre las superficies secas de dos cuerpos en contacto. Si estas superficies son rugosas, el rozamiento es relativamente alto; mientras que si son lisas, el rozamiento será menor. b) Rozamiento límite o de película de aceite, que es el obtenido cuando se interpone una capa de aceite o grasa entre los cuerpos en contacto, considerándose entonces que las partículas de aceite llenan las cavidades de las irregularidades que presentan las superficies de contacto, dando como resultado unas superficies equivalentes a otras mucho más pulidas, que dan un rozamiento considerablemente menor que el del anterior apartado. c) Rozamiento viscoso, que es el existente entre las capas de la película de líquido interpuesta entre las superficies rozantes, cuando la distancia entre ellas es suficiente para que no lleguen a tocarse entre sí, sino a través de la película de aceite interpuesta entre ambas, de grosor mayor que en el aparato anterior. En este caso, las sucesivas capas de aceite se adhieren a ambas superficies, desplazándose con ellas y rozando entre sí.

Par de Fuerzas Las fuerzas son magnitudes de naturaleza vectorial, ya que para determinarlas no basta con conocer su valor, sino que además debe precisarse su sentido y dirección. Varias fuerzas actuando sobre un cuerpo, no solamente pueden producir el desplazamiento de éste, sino también otro tipo de movimiento, como el giratorio. En consecuencia, dado un conjunto de fuerzas actuantes sobre un cuerpo, no basta con obtener la suma geométrica o resultante general de todas ellas, sino que además ha de obtenerse la suma de los momentos que resultan de la aplicación de estas fuerzas con respecto a un punto del cuerpo (centro de momentos). En el lenguaje técnico, un par produce un esfuerzo de torsión o giro. Cuando giramos el volante de un automóvil o desenroscamos el tapón de una botella, no hacemos más que aplicar un par.

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Potencia Es el trabajo realizado en la unidad de tiempo. La potencia representa, por lo tanto, la velocidad con que se realiza un trabajo. Cuando se habla de potencia de un motor, se da a entender que ésta es la máxima que puede desarrollar, aunque en un movimiento determinado esté dando menos. En todo proceso de transformación de energía, siempre se pierde una parte del trabajo o lo que es igual, una parte de la potencia de la máquina que realiza el trabajo se pierde en la transformación, debido a rozamientos, calentamientos, etc.

TEORIA DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA Este capÍtulo explica el proceso del motor de combustión interna, examinando primero las leyes físicas que intervienen en el mismo. Se explicará el proceso de combustión real, incluyendo los factores que influyen en la combustión y en el rendimiento del motor. Se presentarán las anormalidades que pudieran ocurrir en el proceso de combustión, mencionando algunos conocimientos prácticos sobre el motor y su capacidad para producir trabajo.

LEYES FÍSICAS QUE INTERVIENEN EN LA COMBUSTIÓN Las leyes de la termodinámica y de los gases explican qué es lo que hace posible la combustión.

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Termodinámica La termodinámica, la ciencia del calor y de la energía, ha establecido leyes que predicen los efectos del calor y de la transferencia de la energía. En el proceso de combustión operan las leyes siguientes: - La energía no puede ser creada ni destruida. - La energía puede ser convertida de una forma a otra. Leyes de los gases - Ninguna conversión de energía es 100% eficiente. Se han formulado leyes para predecir el comportamiento de los gases en expansión. Existen varias complicaciones que deben considerarse, pero las leyes siguientes proporcionan una explicación básica de cómo funciona un motor: 1. Si se comprime aire, aumenta su temperatura. 2. El aire, al ser calentado, tiende a expandirse. 3. Mientras más se comprime y calienta el aire, mayor será su presión.

Leyes físicas en operación La combustión convierte la energía química en energía calorífica. Un motor funciona comprimiendo la mezcla de aire / combustible en un pequeño espacio y aprovecha su expansión cuando aquella se calienta. Antes de comprimirse la mezcla de aire / combustible es gaseosa y está contenida en un cilindro. A continuación se comprimida por un pistón y encendida por una bujía, lo que hace que la mezcla se queme. Esta combustión, conocida como oxidación rápida, es realmente una reacción química que ocurre muy aprisa. Durante la oxidación rápida, el combustible y el oxígeno del aire se combinan para formar nuevas moléculas, principalmente dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Mientras el combustible y el oxígeno se están convirtiendo en nuevas moléculas, pierden parte de su energía interna. Esta energía es liberada en forma de calor, lo que causa un aumento tremendo en la presión dentro del cilindro, y empuja el pistón hacia abajo. Parte del calor es absorbido por el cilindro circundante. Marzo 2011____________________11



EL PROCESO DE LA COMBUSTIÓN INTERNA Existen tres fases en el proceso de la combustión interna: retardo en la combustión, combustión activa y actividad post-combustión.

Retardo en la combustión El pistón comprime una mezcla gaseosa de una relación aire / combustible apropiada. La bujía enciende una pequeña porción de la mezcla cerca de las bujias. Una bola de fuego se expande hacia fuera y empieza a consumir el resto de la mezcla aire / combustible. Esta combustión dentro del cilindro es una reacción en cadena de combustible quemándose y se extiende hacia los lados de la cámara de combustión. Pero esta bola de fuego, que inicia la combustión, no se esparce inmediatamente. Antes de que se extienda la reacción en cadena, ocurre un corto periodo de quemado lento. Esta combustión lenta se conoce como retardo en la combustión.

Retardo en la combustión

Combustión activa

Actividad postcombustión

Combustión activa Esta segunda etapa se inicia una vez que se ha superado el retardo inicial la reacción en cadena empieza acelerarse hacia fuera a velocidades cada vez mayores. Conforme se consume la carga, tiene lugar un incremento rápido de temperatura y presión. 12

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Se acelera la reacción en cadena de la combustión de las moléculas, y las conversión química hace que se libere calor rápidamente.

Esta calor hace que las moléculas vibren con mayor rapidez, en forma similar al agua que se convierte en vapor al ser hervida. De acuerdo con las leyes de los gases, el incremento tremendo en la temperatura, hace que la presión en el cilindro aumente en forma proporcional. Esta chispa de encendido se sincroniza de tal forma que la carga quede casi completamente quemada mientras el pistón está cerca del punto muerto superior.

Actividad post-combustión Una vez que ha sido consumida la mayor parte de la carga y mientras el pistón está cambiando de dirección en el punto muerto superior, la combustión contribuye muy poco a la producción de potencia. Conforme el pistón desciende y aumenta el volumen dentro del cilindro, lo que permite que se reduzca la presión, el pistón absorbe potencia. El cilindro elimina ahora los gases quemados, para prepararse a un nuevo ciclo de mezcla nueva de aire / combustible. Todos los motores empiezan a liberar gases de escape hacia fuera del cilindro mucho antes de que el pistón llegue al punto muerto inferior.

FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA COMBUSTIÓN Y EL RENDIMIENTO DEL MOTOR Existen varios factores que influyen en el proceso de combustión y el rendimiento del motor. Estos son la relación de compresión, la eficiencia volumétrica, el tamaño y la carrera del cilindro, la relación aire / combustible y los gases residuales.

Relación de compresión La relación de compresión es la diferencia en el volumen de aire cuando el pistón está en el punto muerto inferior, comparado con el volumen de aire que ha quedado atrapado cuando el pistón está en el punto muerto superior.

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CR (relación de compresión) = CV + CCV CCV CR = relación de compresión CV = volumen del cilindro CCV = volumen de la cámara de combustión

La relación de compresión de un motor es un factor dominante en el rendimiento del mismo. En muchos casos, al incrementar la relación de compresión se incrementa de potencia.

Gráfica que muestra la relación entre la compresión y los caballos de fuerza a unas rpm dadas

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En el gráfico vemos que al elevar la relación de compresión de 6:1 a 7:1 se aumenta la potencia en 10%. Al elevar la relación de compresión de 9:1 a 10:1 se aumenta la potencia únicamente en un 4%. La disminución progresiva en potencia es el resultado de elevar la relación de compresión.

Eficiencia volumétrica La eficiencia volumétrica y la presión de compresión están relacionadas. La eficiencia volumétrica es una medida de la capacidad de aire consumido realmente por el motor, en comparación con cuanto podría aspirar, de acuerdo con el tamaño del cilindro. Importante - Un motor que puede consumir una carga plena de mezcla, aire / combustible tendrá una eficiencia volumétrica alta. - Un motor con una relación de compresión alta pudiera no ser potente, si tiene una eficiencia volumétrica baja. Esto se debe a que un cilindro que no se llene completamente con la carga de aire no producirá mucho calor durante la compresión.

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Diámetro del cilindro y carrera del pistón El proceso de combustión y el rendimiento del motor también son influidos por el tamaño o desplazamiento del mismo. El desplazamiento del motor se determina por el diámetro del cilindro y la distancia que recorre el pistón al recorrer del punto muerto inferior (PMI) al punto muerto superior (PMS). El diámetro interior del cilindro del motor se llama diámetro de cilindro. La distancia que recorre el pistón del punto muerto inferior al punto muerto superior se denomina carrera. La cilindrada del motor puede ser calculado utilizando esta fórmula:

volumen total de cilindrada =Diámetro cilindro x diámetro cilindro x carrera x 0.7854 x número de cilindros

Relación aire/combustible Únicamente mezclas de aire y nafta en ciertas proporciones se queman en forma óptima La relación teórica, químicamente correcta de aire / nafta para la combustión completa del combustible, se conoce como relación estequiométrica. La relación estequiométrica es aproximadamente 14.7 partes de aire por 1 parte de nafta, medidas en peso. La potencia máxima se obtiene disminuyendo aproximadamente en 10% la cantidad de aire de esta relación (mezcla rica). El consumo mínimo de combustible se consigue aumentando aproximadamente 10% la cantidad de aire de esta mezcla (mezcla pobre).

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Relación aire/combustible

La densidad del aire depende de la humedad, temperatura y altitud. Una humedad alta aumenta la densidad del aire, y cuando aumenta, el oxígeno en el aire se incrementa también, y esto puede dar como resultado una relación aire / combustible más pobre. Una temperatura alta y/o una mayor altitud disminuye la densidad del aire, y cuando disminuye, se reduce el oxígeno del mismo, lo cual puede dar como resultado una relación aire / combustible más rica. Dado que un motor opera a muchas velocidades, cargas y temperaturas diferentes, la relación estequiométrica debe cambiar para responder a las diversas condiciones de operación. Este trabajo de modificar las relaciones es manejado por el carburador o por un sistema de inyección electrónica de combustible.

COMBUSTION ANORMAL Hasta este momento, hemos descrito un motor de combustión interna operando bajo condiciones ideales. La combustión se ha explicado como una combustión homogénea y pareja de la mezcla de aire / combustible. En las aplicaciones prácticas el objetivo es una combustión normal. La cual no siempre se consigue.

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Hay dos tipos de combustión anormales: la preignición y la detonación.

Combustión normal

Preignición Durante la combustión normal, la mezcla se enciende mediante una chispa producida por la bujía. El sistema de encendido asegura que la bujía suelte la chispa precisamente en el momento adecuado. Pero algunas veces la mezcla se enciende antes de que la bujía funcione. Esto se conoce como preignición. La preignición es causada por algún objeto dentro de la cámara de combustión que se calienta lo suficiente como para encender la mezcla antes de que lo haga la chispa. Un depósito de carbón proveniente del combustible o del aceite lubricante, un electrodo de bujía sobrecalentado, o el borde de una junta que penetre en la cámara de combustión pueden encender la mezcla antes de que ocurra la chispa normal. Usualmente, la preignición ocurre en un motor con mucho kilometraje recorrido o que no ha recibido un servicio adecuado.

Un tiempo de encendido incorrecto o una mezcla inadecuada o incorrecta de aire / combustible, también reducirá la eficiencia de un motor al elevarse las temperaturas causando la preignición.

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Si pierde potencia durante la preignición porque el pistón debe vencer la elevación de presión antes de llegar al punto muerto superior. Durante la preignición el calor de la combustión está presente en la cámara por un tiempo mayor de lo normal. Esto puede sobrecalentar las partes del motor. Algunos de los efectos de la preignición son un exceso de acumulación de calor y aumento anormal de la presión. Este calor y presión excesivos pudieran hacer que se clave el pistón, originar una pérdida de potencia, que se funda un pistón o una bujía o ambas cosas. La forma más fácil de tener bajo control la preignición es mantener una buena afinación del motor.

Preignición

Detonación Conocida también como autoignición, la detonación es una explosión violenta de los últimos gases remanentes, pendientes de quemarse, debido a aumentos excesivos de presión y temperatura. Las velocidades de combustión superan los 120 m/seg. Normalmente, el frente de fuego barre a través de la cámara de combustión y consume la carga completa, incluyendo las mezclas de gas que estén en los lugares más recónditos. Los gases finales pueden llegar a la temperatura de detonación antes de que hayan sido consumidos por la carga principal. Estos gases finales pueden encenderse espontáneamente si se calientan lo suficiente, y explotarán si antes de ser quemados alcanzan la temperatura de detonación. Esta explosión enviará una onda de presión tremenda que rebotará en las paredes del cilindro con un sonido como el de un martillo golpeando metal. Este es el origen de los sonidos metálicos agudos y del cascabeleo.

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Detonación

La elevación rápida de la presión generada por la detonación pone una carga tremenda sobre el pistón. En algunos casos los cojinetes son golpeados, las bujías se pueden desintegrar, y la parte superior del pistón puede de hecho ser volada en pedazos. Y en otros casos este golpeteo adicional reducirá de manera notable y drástica la vida útil de estos componentes. Para evitar la detonación, las condiciones de un motor deben ser correctas, y los gases terminales consumirse antes de que exploten. Para mantener las temperaturas en un nivel aceptable la mezcla aire / combustible deberá quemarse de forma controlada. La clasificación de octanaje de una gasolina controla la combustión, lo cual se explica en próximos capítulos.

DISEÑO DEL MOTOR Y COMBUSTION La mayor parte de los motores trabajan en el límite entre la combustión normal y la detonación. Existen varios factores en el diseño de un motor que pueden agravar o evitar una combustión anormal.

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Estos factores son: relación de compresión, carga del motor, calidad del combustible, turbulencia y estado de la afinación.

Relación de compresión Si bien la relación de compresión genera la potencia. Una relación de compresión excesiva puede crear la detonación, especialmente cuando se combina con una carga densa de gases de admisión. Actualmente el diseño de la tapa de cilindros de las motocicletas es muy eficiente y permite una relación de compresión elevada. Los efectos de una relación de compresión excesiva pueden ser evitados mediante el empleo de un combustible de buena calidad. Normalmente una relación de compresión elevada requiere de un combustible de alto octanaje.

Carga del motor La carga del motor es lo que el motor debe vencer a fin de ejecutar trabajo. Una motocicleta con mucho peso que está subiendo una pendiente muy inclinada, exige demasiado al motor. Bajo cargas tan severas, el conductor deberá meter el acelerador a fondo, para entregar la potencia máxima.

Bajo estas cargas excesivas, la temperatura del motor se eleva rápidamente. La carga comprimida alcanza temperaturas más altas, lo que podría originar la detonación. Es probable que ocurra también la detonación al conducir en tercera o cuarta velocidad; esto se conoce comúnmente como forzar el motor. Pero en tanto que esto ocurre, el motor recibe demasiado aire dado que el acelerador está completamente abierto. Esto crea una mezcla pobre de aire / combustible, misma que se quema lentamente y hace que se sobrecalienten los gases terminales. La detonación no tarda en aparecer.

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Calidad del combustible Las naftas de hace muchos años se quemaban con una velocidad de reacción no controlable. El aumento de presión en el cilindro era excesiva, lo que causaba que detonaran los gases terminales. En 1921, Thomas Mdgeley descubrió el tetraetilo de plomo. Cuando se utiliza en los combustibles, lo que se conoce ahora como gasolina con plomo, este aditivo aumenta el octanaje de la gasolina, reduciendo la velocidad de reacción. Durante años, la gasolina con plomo permitió relaciones de compresión más elevadas, mismas que fueron utilizadas sin crear detonación. Hoy en día, debido a los estándares ambientales, la mayor parte del plomo de la nafta ha sido eliminado. Se utilizan otros aditivos, pero no con la misma eficacia que la del tetraetilo de plomo.

Turbulencia Al percatarse que la calidad del combustible estaba disminuyendo, los diseñadores de motores buscaron formas de mejorar la eficiencia de la combustión y de suprimir la detonación. Descubrieron que una mezcla de aire / combustible que está en movimiento rápido tiende a quemarse con mayor eficiencia. Al inducir la turbulencia dentro de la cámara de combustible se permite que el fuego se propague hacia los lugares más lejanos de la cámara y que se consuma más aprisa toda la mezcla. Dos investigadores pioneros, Harry Ricardo y Harry Weslake, fueron los primeros en identificar el hecho de que una mezcla con movimiento de torbellino es más eficiente. Weslake encontrón que en un motor de cuatro tiempos, el desplazar la válvula de admisión induce un torbellino circular en los gases de admisión. Ricardo encontró que el compactar la cámara de combustión cerca del centro del pistón reduce la detonación. Los bordes exteriores de la cámara están muy cerca del pistón cuando éste se acerca al punto muerto superior. Esta área que se conoce como efecto Swirl, que de hecho fuerza la carga hacia el centro, induce la turbulencia. Una cámara de combustión esférica también reduce la distancia que deberá viajar el frente de la flama, permitiéndole alcanzar más aprisa los gases terminales. La mayor parte de los motores de dos tiempos utilizan la cabeza de cilindro de tipo esférica con Squisk

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La cámara de combustible esférica arriba del pistón presiona o comprime la carga hacia el centro de la cámara, promoviendo la turbulencia con efecto Squisk.

Las innovaciones para inducir la turbulencia incluyen una cámara de combustión de doble torbellino y un sistema de control de la inducción. El diseño de doble torbellino y utiliza cuatro válvulas por cilindro e induce dos movimientos distintos de torbellino al dividir la cámara en dos segmentos. El sistema de control de inducción incluye sobpuertos separados, que se interconectan en los múltiples da admisión. Estos subpuertos inyectan una corriente de aire en cada carga admitida, haciendo que se mueva rápidamente a través de la cámara.

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Cámara de combustión de doble torbellino (TSCC)

Sistema de control de inducción

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Estado de afinación La detonación puede evitarse manteniendo un buen estado de afinación. Un motor que está fuera de afinación puede surgir por el adelanto en el encendido, lo que ocurre cuando las bujías se encienden demasiado pronto.

El efecto de este encendido adelantado es similar a la preignición; las temperaturas de combustión estarán presentes por más tiempo de lo normal y los gases terminales se sobrecalentarán. Una buena afinación es también importante con los motores de multicilindros que utilizan un carburador por cada cilindro. Todos los cilindros deberán recibir la misma cantidad de mezcla aire / combustible. Un par de cilindros que estén fuera de ajuste pueden hacer que los otros cilindros funcionen mal. Este desequilibrio en el motor eleva las temperaturas y otra vez hace que se den las condiciones para que ocurra la detonación.

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