Mecánica Primera Evaluación PDF

El motor es el encargado de transformar la energía química del carburante en energía mecánica, aprovechando la fuerza expansiva de los gases inflamados en el interior de un cilindro, que es recogida en el árbol motor, cuyo giro es transmitido a las ruedas que dan impulso al vehículo. FUNCIONAMIENTO...

El motor es el encargado de transformar la energía química del carburante en energía mecánica, aprovechando la fuerza expansiva de los gases inflamados en el interior de un cilindro, que es recogida en el árbol motor, cuyo giro es transmitido a las ruedas que dan impulso al vehículo. FUNCIONAMIENTO MOTOR 4 TIEMPOS Los motores que funcionan en el ciclo de cuatro tiempos, efectúan cuatro carreras durante dicho ciclo, de las cuales, en una solamente se produce trabajo. Las otras tres son imprescindibles para la obtención del trabajo en esta cuarta. El cigüeñal, por tanto, recibe un impulso cada dos vueltas completas, que proporciona al volante de inercia la energía suficiente para arrastrar al cigüeñal durante la vuelta y media siguientes en las que no recibe impulso alguno, sin que su velocidad de rotación disminuya en exceso. A Balancín y válvula de admisión B Cárter superior C Conducto de admisión D Culata E Cámaras de refrigerante F Bloque motor G Cárter inferior H Aceite motor I ärbol de levas J Balancín y válvula de escape K Bujía L Conducto de escape M Cilindro N Pistón O Biela P Cigüeñal CICLOS OPERATIVOS Denominamos ciclo operativo a la sucesión de operaciones que se realizan en el interior del cilindro y se repiten con ley periódica. La duración de este ciclo se mide por el número de carreras del pistón necesarias para realizarlo. Así, se dice que los motores alternativos son de cuatro tiempos, cuando el ciclo completo se realiza en cuatro carreras del pistón; y de dos tiempos, cuando son suficientes dos carreras para completar el ciclo. 1-ADMISION 2-COMPRESION 3-EXPLOSION 4-ESCAPE 1-ADMISION Al comienzo de este tiempo, el pistón se encuentra en el p.m.s. y la válvula de admisión abierta. El descenso del pistón hasta el p.m.i. durante esta fase, crea una depresión en el interior del cilindro que provoca la entrada de una mezcla de aire y combustible dosificada en el carburador. Estos gases van llenando el espacio vacío que deja el pistón al bajar. Cuando ha llegado al p.m.i., se cierra la válvula de admisión, quedando los gases encerrados en el interior del cilindro. Durante este recorrido del pistón, el cigüeñal ha girado media vuelta. Segundo tiempo: Compresión Cuando el pistón llega al p.m.i., se cierra la válvula de admisión y comienza la carrera ascendente. La válvula de escape está cerrada también, haciendo que el cilindro sea estanco en este momento. Los gases encerrados en su interior, van ocupando un espacio cada vez más reducido a medida que el pistón se acerca al p.m.s. Alcanzado este nivel, están encerrados en el espacio formado en la cámara de compresión y, por tanto, se encuentran comprimidos y calientes por efecto de la misma compresión. Al final de la carrera de compresión, los gases quedan sometidos a una presión aproximada de 10 bares y alcanzan una temperatura de alrededor de 280 °C. con la elevación de temperatura se logra una mejor vaporización de la gasolina, con lo que la mezcla se hace más homogénea, resultando más íntimo el contacto con el aire. Durante esta nueva carrera del pistón, el cigüeñal ha girado otra media vuelta. Tercer tiempo: Explosión Finalizada la carrera de compresión, cuando el pistón alcanza el p.m.s.. salta una chispa eléctrica en la bujía que inflama la mezcla encerrada en la cámara de compresión, la cual se quema rápidamente por capas sucesivas desde la bujía. Esta combustión rápida recibe el nombre de explosión y provoca una expansión de los gases ya quemados, que ejercen una fuerte presión sobre el pistón, empujándolo hasta el p.m.i. A medida que se acerca a este nivel, la presión en el interior del cilindro va descendiendo, por ocupar los gases un mayor espacio. En este nuevo tiempo, el pistón ha recibido un fuerte impulso que transmite al cigüeñal, el cual seguirá girando debido a su inercia, hasta recibir un nuevo impulso. Durante esta nueva carrera del pistón, el cigüeñal ha girado otra media vuelta. A esta fase se la llama motriz, por ser la única del ciclo en la que se produce trabajo. Cuarto tiempo: Escape cuando el pistón llega al p.m.i. finalizando el tiempo de explosión, se abre la válvula de escape, y por ella escapan rápidamente al exterior los gases quemados. El pistón sube hasta el p.m.s. en esta nueva carrera, expulsando los restos de gases quemados del interior del cilindro cuando alcanza este nivel, se cierra la válvula de escape y se abre nuevamente la de admisión, con lo que en la siguiente carrera descendente, se realizará nuevamente la admisión, cerrándose de esta forma el ciçlo. Durante el tiempo de escape, el pistón ha realizado una nueva carrera y el cigüeñal ha girado otra media vuelta. Diferencias Como pudimos observar en los gráficos anteriores las diferencias son sustánciales tanto en la forma del diagrama como en los valores de la temperatura y presiones. Perdidas de calor: En el ciclo teórico son nulas pero bastantes sensibles por el contrario en el ciclo real. Como el cilindro esta refrigerado(para asegurar el buen funcionamiento)una parte del calor fluido se transmite a las paredes. Las líneas de compresión y expansión no son por consiguientes adiabáticas, sino politropicas se produce por tanto una perdida de trabajo útil correspondiente a la superficie A Combustión Instantánea: En el ciclo teórico se supone que la combustión se realiza a volumen constante es por lo tanto Instantánea; en el ciclo real por el contrario la combustión dura un cierto tiempo. Si el encendido sucediera justo en el PMS. la combustión ocurriría cuando el pistón se aleja de dicho punto y el valor de la presión seria inferior a lo previsto, con la correspondiente perdida de trabajo útil. Por las razones anteriormente vistas es necesario anticipar el Encendido, de forma que la combustión pueda tener lugar, o que termine cerca del P.M.S. Esto produce un redondeamiento de la curva (línea teórica) de introducción del calor, y por lo tanto una perdida de trabajo útil indicada en el área B por lógica esta perdida es menor que si no adelantásemos el punto de ignición Tiempo de apertura de la Válvula de Escape: En el ciclo teórico también habíamos supuesto que a sustracción de calor ocurría instantáneamente en el PMI. En cambio en el ciclo real dicha sustracción ocurre en un tiempo relativamente largo; la válvula de escape tiene que abrirse con anticipación (para que una parte de los gases salgan del cilindro antes que el pistón alcance el PMI.para que su presión descienda casi a la presión atmosférica antes de la carrera de expulsión esto provoca una perdida de trabajo útil como indica la letra C Perdidas por bombeo: Durante la carrera de aspiración la presión en el cilindro es menor, a la que se tiene en la carrera de escape salvo casos particulares, se crea por lo tanto en el diagrama una superficie negativa (D) que corresponde al trabajo perdido. El esfuerzo realizado por el motor para efectuar la aspiración y el escape se llama trabajo de Bombeo y esta comprendido generalmente en el trabajo perdido por rozamiento. SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN Constituye el sistema de distribución, el conjunto de órganos que posibilitan el llenado de carburante en los cilindros. Como se sabe, el carburante (mezcla aire – combustible en forma de vapor, realizada por el carburador), llega a los cilindros a través de unos conducciones de ancho diámetro, llamadas colectores de admisión, que desembocan en la parte superior de los cilindros o cámara de combustión. Los colectores y las cámaras de combustión están talladas en la parte inferior de la culata, y es también en esta pieza metálica en la que se fijan los principales órganos de la distribución. El paso de la mezcla a las cámaras está regulado por las válvulas, órganos principales de la distribución. Estas válvulas, de material muy resistente al calor, tienen forma de trompetilla, en la que en su parte mas ancha es la que ajusta perfectamente en la culata, permitiendo un cierre absolutamente estanco. En esta posición de cierre se mantienen en la mayor parte del funcionamiento de los cuatro tiempos de cada cilindro. Dado que el ciclo completo de funcionamiento de un cilindro es de dos vueltas (360º + 360º ), una válvula permanece abierta únicamente unos 190º, manteniéndose el resto del tiempo en reposo, firmemente asentada por medio de los muelles dispuestos para tal fin. La apertura y cierre de las válvulas la determina el árbol de levas. Se trata de un eje, movido solidariamente con el eje cigüeñal por medio de una cadena o correa de caucho, en el que se intercalan tantas levas como válvulas tenga el motor; normalmente 8, es decir, dos válvulas por cada cilindro ( una de admisión y otra de escape). Las levas son muy utilizadas en mecánica y llamadas también excéntricas. Las protuberancias o resaltes de las levas determinan varios factores importantes para la distribución. Si la leva tiene un valor angular alto, la duración de la apertura será también alta; si el diámetro exterior de la excéntrica es elevado, la apertura y cierre serán muy rápidos. El diseño de un árbol de levas es uno de los trabajos mas complejos de la construcción o modificación de un motor. También hay que tener presente que el árbol de levas mueve la bomba de gasolina por medio de otra excéntrica, y el eje del distribuidor y bomba de aceite por medio de un engranaje helicoidal. El árbol de levas se puede encontrar en la parte lateral del block del motor o en la parte superior sobre la culata lo que se denomina árbol de levas en la cabeza, donde pueden ser dos ejes, uno para las válvulas de admisión y otro para las válvulas de escape. En los motores convencionales con eje de levas lateral, la apertura y cierre de las válvulas se efectúa por medio de un sistema de empujadores y balancines. El árbol de levas actúa sobre unos elementos cilíndricos llamados taques y a su vez contra unas varillas metálicas llamadas pulsadores o varillas de empuje. Este conjunto mueven un balancín que actúa ya directamente sobre la válvula. Los balancines se encuentran en la culata, unidos a un eje de pivoteamiento o eje de balancines que no se debe confundir con el árbol de levas. El eje de balancines se halla protegido por una tapa de material ligero o tapa de válvulas, donde se encuentra el tapón de llenado de aceite. Precisamente este zona de los balancines, levas y empujadores, es una de las que mas lubricación precisa. 1 Definición de los componentes Válvulas: Elementos que mantienen la estanqueidad de los cilindros, permitiendo el paso de los gases de combustión y la salida de los gases del escape. Están diferenciadas las de admisión y las de escape. Lo normal en un motor convencional es que exista una válvula de cada tipo en cada cilindro. Resorte de válvula: Mantienen a la válvula en posición de reposo, esto es, cerradas. Los órganos mecánicos que accionan la apertura de las válvulas deben vencer la fuerza de estos resortes. Se apoyan sobre la culata y sobre una caperuza unida al vástago de las válvulas. Balancines: En los motores convencionales de árbol de levas lateral son los encargados de accionar directamente las válvulas, empujándolas al recibir el movimiento ascendente de los empujadores. Están dispuestos los balancines sobre un mismo eje, situado en la culata del motor, protegidos por la tapa de válvulas. Los balancines llevan un sistema de tuerca y contratuerca para permitir el reglaje ( regulación de válvulas ). Empujador o pulsador: Varilla metálica accionada por las levas, que empuja los balancines. Se mueven a través de un orificio del bloque del motor llamado guía, que impide la deformación de estas largas varillas. Su parte inferior, directamente en contacto con la leva se llama taque y es normalmente de material más blando para no ocasionar erosión en la leva. En ocasiones el taque tiene una ruedecilla para facilitar el resbalamiento de la leva. Árbol de levas: Eje situado en el costado del block o en la culata (según el tipo de motor), movido por el cigüeñal, que, además de accionar otros órganos mecánicos (distribuidor, bomba de aceite y gasolina), llevan talladas las levas que van a regular la apertura y cierre de las válvulas, en función de su resalte o excéntrica 2 COMPONENTES DEL SISTEMA DE DISTRIBUCION VALVULA RESORTE DE VALVULA BALANCIN TAQUIES PULSADOR EJE DE LEVAS ENGRANAJES DEL CIGÜEÑAL Y LEVAS EJE DE BALANCINES SISTEMA DE DISTRIBUCION DISTRIBUCIÓN OHV DISTRIBUCIÓN OHC BALANCINES EJE DE LEVAS CONDUCTOS BALANCINES PULSADOR TAQUET VÁLVULAS EJE DE LEVAS LEVAS ENGRANAJE DEL LEVA VÁLVULAS ENGRANAJE DEL CIGUEÑAL CREADO POR PROF JUAN L. SAN MARTIN M. REGULACION DE VALVULAS BALANCIN REGULADOR CONTRATUERCA RESORTE DE VALVULA VALVULA PULSADOR O VARILLA DE EMPUJE TAQUET CAMON O LEVA EJE DE LEVAS CLASIFICACION DE LA DISTRIBUCION OHV EJE DE LEVAS EN EL BLOCK O = OVER (SOBRE) H = HEAD ( CABEZA) V = VALVE ( VALVULA) OHC EJE DE LEVAS EN LA CULATA O = OVER (SOBRE) H = HEAD CABEZA) C = CAMSAFHT ( EJE DE LEVAS) REGULACION DE VALVULAS ABERTURA O LUZ DE VALVULA REGULADOR CONTRATUERCA REGULAR VALVULAS, CONSISTE EN DEJAR UN ESPACIO U HOLGURA ENTRE LA COLA DE LA VALVULA Y EL BALANCIN. ESE PEQUEÑO MARGEN ES PARA ABSORBER LA DILATACION DE LA VALVULA PRODUCTO DE LA TEMPERATURA. ESTA OPERACIÓN SE REALIZA INTRODUCIENDO LA LAMINA DEL FEELER EN EL ESPACIO MENCIONADO GIRANDO EL REGULADOR HASTA ENCONTRAR LA REGULACION ESPECIFICADA COTAS ANGULARES YDURACION DE LOS TIEMPOS ANGULO DE CRUCE COTAS ANGULARES AAA 20° 10° A al E PMS RCE 20° COMPRESION ADMISION AAA = Adelanto a la apertura de la admisión ( antes del PMS) RCA = Retraso al cierre de la admisión ( después del PMI) AAE =Adelanto a la apertura del escape ( antes del PMI ) RCE = Retraso al cierre del escape ( después del PMS ) A al E = Adelanto al encendido ( antes del PMS ) A de C = Angulo de cruce AAA + RCE DURACION DE LOS TIEMPOS EXPANSION ESCAPE 60° 65° AAE RCA PMI ADM. = 20° + 180° + 60° COMP.= 180° - 60° - 10° EXP. = 10° + 180° - 65° ESC. = 65° + 180° + 20° = 260° = 110° = 125° = 265° TOTAL = 760° menos Ángulo de cruce = 40° TOTAL = 720° : Averías más frecuentes del motor por la rotura - :rás contunes en los motores alternativos son provocadas - las principales -lc sus elemenros. En la tabla siguiente analizaremos '. rnismos. Pérdida de potencia en el motor con pre- sencia de aceite en el colector de admi5ron. . Uno o varios cilindros desgastados por el uso o Lajunta de culata está defectuosa por un exceso de temperatura lo que provoca una fuga d" ]u totpresiÓn estado La superficie del plano de culata está en mal exceso de temPeratura. . El aceite de motor se mezcla con líquido refrigerante. por un cambios de Una o varias fisuras en el bloque debidas a los temperatura, r Una o varias fisuras en el bloque debidas a los cambios de . temperatura. . Los Fuga de aceite al exterlor sión. . estado por un La superficie del plano de culata está en mal exceso de temPeratura junta de culata está defectuosa por un exceso de tempera- . tura del motor. estado por un La superficie del plano de culata está en mal . i - :'35 lÍquido refrigerante pasa al aceite del motor. El por corrotapones de mecanizado del motor se han roto La exceso de temPerarura. de temUna o varias fisuras en el bloque debidas a cambios . peratu ra. junta de culata está defectuosa por un exceso de temperatura del motor. han roto por corroLos tapones de mecanizado del motor se . La . sión Fuqa de líquido refrigerante al exterlor . de temUna o vartas fisuras en el bloque debidas a cambios peratura. r Los tapones de protecciÓn del bloque se han . de alguno Desalineación del pistón con la biela por desgaste de los elementos. entre el pistÓn y el cilindro por desqaste de uno Excesivo . Excestvo consumo de acelte roto por corro- luego o de ambos. .Excesivoluegoentreelpistóny|ossegmentosdebidoaldesoaste del caieado o de los segmentos . Excesivo juego entre el pistón y el cilindro por desgaste de uno o de am00s. .Excesivojuegoentree|pistÓnye|bu|ónpordesgastede|a|oRumorostdad excesiva lamiento. . de alguno Desalrneación del pistón con la biela por desgaste . r*..rtolr.go entre el bulÓn y la biela provocado por el des- gaste de los casquillos o co1lnetes' Rumorosidad excesiva . por el desgasExcesivojuego entre bulÓn y el pistÓn provocado te del asiento del bulÓn Pérdida de potencia en el motor. Presencia de humo azul en el escaPe debido a un consumo de acelte. Culata Presencia de humo blanco en el escape debido al paso de presiÓn al circuito de refrigeración. Se aprecian burbujas en . Pérdidas de compresión por la de los segmentos. o Entrada de aceite al cilindro por desgaste en la guÍa de válvula' ¡ Entrada de aceite a la cámara de compresiÓn debido a una fisrrra de la culata o por rotura de la junta de culata' . Rotura de la junta de culata por exceso de temperatura en el motor. . Arqueo de la culata debido . Entrada de agua a la cámara de compresión y llenado de uno o varios cilindros por rotura de la junta de culata' ¡ Entrada de agua a la cámara de compresiÓn y llenado de uno o varios cilindros por rotura de la iunta de culata' ¡ Entrada de aceite a la cámara de compresiÓn por rotura de la iunta de culata. Humo blanco en el escaPe Junta de la culata Humo azul en el escape Exolosiones en la admisiÓn o en el escape. Pérdida de aceite. Ruido en forma de golPeteo con buen rendimiento del motor. a un calentamiento excesivo del motor este circuito. El motor de arranque no consigue girar el motor térm¡co. junta de culata o por desgaste . Intercambio de compresiÓn entre los cilindros' . Junta de culata rota por los orificios de engrase' . Excesivo juego axial del árbol de levas por desgaste de los casquillos o de los soPortes . Acoplamiento de los engranajes de los distintos órganos inade- cuaoo. Árbol Golpeteo exceslvo de levas Chirrido excesivo con buen rendimiento del motor. Ruido excesivo con pérdida de rendimien- . Grioaie de aloún apovo del árbol de levas. . Comienzo de un posible gripaje del árbol . Rotura de alguna leva o juego excesivo de las mismas' . Gripaje del árbot d" to del motor. El motor no arranca. de levas deoloo al defectuoso de alouno de sus apoyos. l"u@ o Excesivo juego entre los segmentos y el pistón por desgaste de los segmentos o del cajeado. Consumo de aceite del motor. . Excesiva distancia entre las puntas de los segmentos por desgaste de los mismos. . Segmentos pegados por exceso de temperatura en el motor. . Segmentos Disminución de ootencia en el motor. . Segmentos pegados por exceso de temperatura en el motor. r Pérdida de compresión debido al excesivo desgaste de los seg- . . Rumorosidad excesiva del motor Desalineación de la biela sobre su eje debido al desgaste de alouno de los elementos. de los casquillos provocado por uso del motor. . Excesivo juego en las muñequillas del cigüeñal por desgaste de los casouillos. . Excesivo juego en el cigüeñal por desgaste de los casquillos axiales. Esto se reconoce si al pisar el embrague disminuye o desaparece el ruido. r Presión de aceite baja provocada por el desgaste de los casquillos y muñequillas del cigüeñal. Rumorosidad excesiva del motor. . Rumorosidad excesiva del motor. Excesrvo juego del cigüeñal sobre sus casquillos y semicasqui- llos axiales por desgaste de estos. . Desgaste excesivo de los casquillos del cigüeñal provocado por uso del motor. . Fuga de aceite debida a la rotura de algún tapón de mecanización del cigüeñal. ¡ Desgaste excesivo de los casquillos del cigüeñal provocado por uso del motor. no . Desequilibrio del cigüeñal debido al desgaste de los casquillos. El motor no se mueve al engranar el motor de arranoue con la corona denta- . Cigüeñal gripado por rotura o fusión de los casquillos. Disminución de ootencia en el motor. Cigüeñal o casquillos La fuga de la compresión del motor al cárter debido al excesivo desgaste de los segmentos. o Desgaste excesivo Disminución de potencia en el motor. Casquillos de la biela juego entre los segmentos y el pistón por desgaste de mentos. Fuga de aceite por los retenes del cigüeñal, juntas del cárter o varilla de nivel. Biela Excesivo los segmentos o del cajeado. Rumorosidad excesiva. Presión de aceite baja. Excesiva vibración del motor a un determinado de revoluciones. da del volante el cioüeñal. Excesivo ruido del motor. Vibraciones del motor a un no determinado de revoluciones. Trepidación en el vehículo al soltar el Volante emDrague. de inercia El cigüeñal no se mueve al engranar el piñón del motor de arranque con la coro- . Posible holgura en el volante de inercia por una sujeción defi- ciente. . Posible holgura en el volante de inercia por una sujeción defictenre. . Suoerficie de fricción del volante de inercia desqastada. . Sujeción de la corona dentada al volante en mal estado. . Corona defectuosa o rotura de uno o varios dientes. na. Incorrecto acoplamiento del piñón del motor de arranque con la corona dentada. AVERIA El motor se calienta excesivamente y no funcionan los electroventiladores. El motor se calienta excesivamente funcionando los electroventiladores. Bajada del nivel de refrigerante de la botella.      COMPROBACIÓN Nivel del liquido refrigerante Existencia de aire en el circuito Funcionamiento del electroventilador Funcionamiento del interruptor térmico Apertura y cierre del termostato      Existencia de aire en el circuito Paso del liquido por el radiador Tensión de la correa de la bomba Limpieza del circuito Funcionamiento de los distintos componentes: Electroventilador, interruptor térmico. Etc. Si el circuito pierde liquido:  Verificar las perdidas de refrigerante por los manguitos y las uniones de los componentes, por ejemplo la bomba. Si el motor consume liquido:  Si se pasa el agua al motor, se observa en el aceite una espuma debido a la mezcla de ambos líquidos  Si se para agua a la admisión, el vehiculo echa humo blanco por el escape durante el funcionamiento El motor no se calienta debido a que el Si el interruptor térmico esta deteriorado, al electroventilador no se para desconectar su conexión se debe para el electroventilador, en caso contrario existe una derivación en el circuito AVERIAS MAS FRECUENTES EN EL CIRCUTO DE REFRIGERACIÓN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN En el interior de una cámara de combustión se generan, por la inflamación de la mezcla carburante, temperaturas entre 2000º y 2500º centígrados. (Pared del cilindro, entre 150º y 200º centígrados) Este calor debe ser evacuado por varias razones; porque una temperatura elevada eliminaría el efecto lubricante de los aceites y grasas, por lo cual las diferentes partes metálicas en rozamiento del motor terminarían por “ griparse “, lo que no es otra cosa que el agarrotamiento de dos partes móviles producido por dilatación. Además, alta temperatura genera una serie de “puntos calientes”, que si no se produce una evacuación de calor inflamaría la mezcla antes de que la bujía produjese la chispa eléctrica ( lo que se le llama efecto de autoencendido). ·La construcción de un motor con refrigeración de uno u otro tipo es bastante distinta. ·Un sistema de refrigeración no es mas que un “vehículo” que transporta el calor desde el motor hasta el medio ambiente. AGUA: El mas comúnmente empleado en los motores convencionales de los automóviles es el de agua; el de aire es casi exclusivamente de los motores citroën ( y no todos) y de casi la totalidad de las motocicletas. Para que el agua se mantenga en movimiento se instala una bomba de agua, accionada por una correa que mueve el propio motor. La transferencia del calor del agua a la atmósfera se produce en un radiador. Aparte de la bomba de agua, existe la circulación por convección (en deshuso) Cualquier fluido al aumentar su temperatura disminuye su densidad. Un fluido que esté sometido a diferentes temperaturas tendrá distintas densidades, la parte de este fluido con mayor temperatura tendrá menor densidad y se desplazará hacia la parte más alta, según vaya enfriándose descenderá (al aumentar la densidad), provocándose de este modo una circulación del fluido. La circulación por convención ofrece la ventaja de ser automática y de autoregularse, ya que aumenta en proporción a la cantidad de calor que debe absorber. Además continua durante un cierto período de tiempo aunque el motor se pare y por lo tanto disminuye el peligro de congelación en invierno o de ebullición en verano. En la práctica la circulación con radiador no se utiliza por las excesivas dimensiones del radiador. AIRE: ·Se suele recurrir a una turbina que crea una permanente corriente de aire que envuelve al motor y permite una mayor transferencia de calor al medio ambiente. ·La refrigeración por aire fue el primer sistema empleado en los motores de combustión, pero potencia comienza a elevarse, se hace necesario ( aunque en verdad que en la actualidad hay motores refrigerados por aire de gran potencia, como pueden ser algunos motores Porsche). 1 Componentes del sistema de refrigeración: Cámaras de agua: Espacio que rodean a los cilindros en el interior del bloque motor, que permiten que el calor que se genera en las explosiones sea recogido por el agua. Líquido de refrigeración: Al agua se añade una serie de productos químicos que evitan que se congele por debajo de los cero grados y que se hierva por encima de los cien grados; estos productos químicos (compuestos por glicoles, glicerina y alcoholes), son comúnmente llamados “anticongelantes”, aunque también son “antiespumantes” , “anticorrosivos” y retardadores del punto de ebullición. Manguitos: Conducciones externas por las que circula el agua: Suelen ser de caucho de gran resistencia a la presión y a la temperatura. Una fisura de estos manguitos, por pequeña que sea, origina una pérdida total de agua. Bomba de agua: Bomba impelente aspirante, de funcionamiento mecánico, accionada por una correa. Ventilador: Fuerza el flujo de aire cuando la velocidad del automóvil no es suficiente para que el aire que entra en el compartimiento del motor. El ventilador puede estar movido por una correa y mas sencillamente por un motorcito eléctrico de funcionamiento continuo o de funcionamiento térmico, es decir, que el motor se pone en marcha solamente cuando la temperatura del agua supera unos límites preestablecidos. Termo contacto: Pequeño elemento enroscado al bloque motor que genera una pequeña corriente eléctrica cuando la temperatura del agua alcanza determinada temperatura. Esta corriente pone en marcha el electro ventilador, y a la vez su intensidad variable hace desplazar una aguja en un reloj que nos indica permanentemente la temperatura. Radiador: Elemento de gran tamaño, constituido por una gran longitud de tubo de pequeña sección. Termostato: Válvula que impide que el motor trabaje excesivamente refrigerado. Vaso de expansión: Todo el sistema de refrigeración esta herméticamente cerrado, se logra que el agua, aunque supere los cien grados de temperatura, no llegue a hervir. Para que el sistema funcione correctamente, siempre debe haber el mismo volumen de agua. La regulación de este mini circuito la efectúa el tapón del radiador. Sistema de calefacción: Tienen un segundo circuito con un pequeño radiador que funciona idénticamente que el circuito principal y que recoge el agua caliente de éste. Al abrir la llave de paso del sistema de calefacción ponemos en circulación dos o tres litros mas de agua, por lo que la temperatura del agua del sistema total de refrigeración desciende notablemente, conviene recordar este punto cuando el motor supera la temperatura normal de funcionamiento. 2 REFRIGERACION POR AIRE En un solo cilindro dichas explosiones se repiten entre 20 y 50 veces por segundo. Ningún chorro de aire es capaz de llevarse la enorme cuantía de calor desprendida por un cilindro limitado al volumen y superficie global que presenta para desarrollar el trabajo que se exige (en motores muy potentes). Por consiguiente, es imprescindible multiplicar artificialmente esa superficie de contacto con el fluido refrigerante, a fin de mantener entre 75 y 95º C la temperatura de funcionamiento. Así nacieron las aletas que rodean el bloque de cilindros. Según la teoría molecular y cinética, el calor es producto de los constantes movimientos de las moléculas que se entrechocan sin cesar en el seno de la materia. Cuanto mayor es la violencia de los choques y el calor desprendido. Las aleaciones ligeras (basadas en aluminio) permiten disponer de metales de estructura espaciada, que facilitan el “escape” del calor y provocan temperaturas específicas mínimas, tenemos productos muchísimos mas fácil de refrigerar. Disponemos de todo cuanto se precisa para le realización de un motor de logradísima refrigeración por aire, con todas las ventajas de tal dispositivo. Las ventajas prácticas en beneficio de los automovilistas son dignas de atender:  Se suprime el radiador de agua y la bomba de agua. (=menos coste reparación).  Desaparecen los riesgos debido a las bajas temperaturas del invierno  Mantenimiento se reduce a controlar el buen estado del ventilador, así como la limpieza de las aletas.  En recorridos urbanos y durante los meses fríos del año, el motor alcanza casi inmediatamente su temperatura óptima de funcionamiento (ahorro de combustible y en el desgaste de las piezas en movimiento.  Se reduce en un 15% el peso rodante del conjunto motor – accesorios (-consumo). -Bajando una larguísima pendiente, esperar un minuto antes de pedir el máximo esfuerzo al motor, ya que es posible que la temperatura del mismo sea un poco inferior a 75º si la del medio ambiente es bastante fría. -Subiendo una larguísima pendiente, no vacilar en retroceder de 3 a a 2a , en plena carga, si se aprecia una subida de temperatura superior a 95º C. 3 ANTICONGELANTE Cualquier sustancia que agregada al agua rebaja su punto de congelación, mejorando la acción refrigerante. ·Presenta aspectos negativos porque solidifica a 0ºC, experimentando un peligroso aumento de volumen del 9% y también porque es un agresivo químico muy fuerte frente al acero y la fundición. ·El agua destilada, contrariamente a lo que se supone, es todavía más corrosiva si no se mezcla con anticongelantes adecuados. El anticongelante está compuesto esencialmente por una mezcla de agua y de glicol etilénico con un punto de congelación de unos -50º C. Las mezclas más utilizadas son a base de agua y glicerina o con agua y alcohol; variando el porcentaje de glicerina o de alcohol se obtienen diferentes temperaturas de congelación de la mezcla. Un anticongelantes de buena calidad debe reunir los siguientes requisitos: a) Temperatura de congelación suficientemente baja. b) Elevadas propiedades anticorrosivas. c) Capacidad de neutralizar eventuales productos ácidos. d) Propiedades antiincrustantes. e) Propiedades antiespumantes. f) Temperatura de ebullición razonablemente elevada. g) Calor específico y conductibilidad térmica aceptables. h) Escasa agresividad frente a los elastómeros. i) Viscosidad relativamente baja. j) Reducida toxicidad. El punto de congelación de los anticongelantes y de sus mezclas con agua se determina enfriándolos y observando la temperatura a la que aparecen los primeros cristales de sustancia sólida en el seno del líquido. ·Temperaturas de congelación y de ebullición de las mezclas agua-etilenglicol: A diferencia de los alcoholes metílico y etílico, el etilenglicol no posee de por sí unas temperatura de congelación muy baja (-13,3ºC), pero su eficacia se manifiesta de modo sorprendente cuando se diluye en agua hasta 60% en volumen. Si se aumenta el anticongelante se obtiene el efecto opuesto (antes se congela). Añadiendo anicongelante etilénico al agua en cantidad inferior al 60%, la temperatura de congelación desciende, y sucede lo contrario si se supera ese porcentaje. Las mezclas de agua y anticongelante etilénico tienen siempre temperaturas de ebullición superiores a 100ºC, pero el calor específico y su conductibilidad térmica son inferiores a las del agua. 4 ANTICORROSIVO La protección contra la corrosión se obtiene añadiendo al anticongelante substancias convenientemente dosificadas (benzoato sódico, bórax, fosfatos alcalinos, etc.). ·Las mezclas adquieren un pH alcalino comprendido entre 7 y 11 y una cierta "reserva alcalina". ·La reserva alcalina se entiende como la capacidad de esas soluciones para neutralizar los compuestos ácidos que llegan a contaminar a los anticongelantes. ·Esto ocurre debido a fenómenos de oxidación o gases de combustión. ·Esta propiedad es todavía más importante en los anticongelantes de "larga duración", que deben garantizar un servicio satisfactorio por un período de tiempo no inferior a 2 años. ·La valoración de las propiedades se expresa en pérdida de peso (mg/cm²). ANTIINCRUSTANTE Las propiedades antiincrustantes se obtienen mediante sustancias quelantes que, por formar complejos, impiden la deposición de sales de calcio y magnesio ·Se introducen generalmente en el sistema de refrigeración cuando se diluye el anticongelante con agua corriente de elevada dureza. ·A veces la adición de un anticongelante con propiedades antiincrustantes provoca el desprendimiento de depósitos o costras producidos anteriormente y hace que aparecen sustancias de aspecto oleoso en las proximidades del tapón del radiador esta particularidad se considera impropiamente como un efecto negativo del anticongelante y ha contribuido a crear entre los usuarios una psicosis injustificada. ANTIESPUMANTE La característica antiespumante de un anticongelante se obtiene incorporando aditivos como siliconas, alcoholes, etc., que, al aumentar la tensión superficial del líquido, limitan la aparición de espuma y disminuyen su estabilidad. TOXICIDAD Si anticongelante se pone en contacto con la pintura de los automóviles, provoque alteraciones e incluso decoloraciones. 5 CAVITACIÓN DIESEL Algunos motores, principalmente casi todos los grandes motores diésel, precisan del empleo de aditivos especiales anticorrosivos, mezclados con el resto del líquido refrigerante, para combatir los fenómenos de cavitación. ·Estos aditivos especiales, recubren las superficies metálicas. ·Aparece cuando se forman capas gaseosas sobre las referidas superficies metálicas, dificultando su contacto con el líquido refrigerante. ·Ese calor tan alto, hace que el líquido entre en ebullición, que se manifiesta por la formación de burbujas de vapor. La capa de vapor adherida a la superficie metálica, causa en ella efectos desastrosos. MANTENIMIENTO DEL ANTICONGELANTE El anticongelante del circuito de refrigeración debe ser renovado cada 2 años, no porque pierda su capacidad para proteger contra las bajas temperaturas, si no porque con el tiempo y el uso se deterioran otros componentes, también del máximo interés, que todo buen anticongelante comercial siempre incorpora. ·La verdadera necesidad de cambiar el líquido se debe, sobre todo, a que (con el uso) el anticongelante viejo va perdiendo poco a poco su poder anticorrosivo. Ese anticongelante seguiría entonces valiendo como tal anticongelante exclusivamente; nada más. 6 TEMA 3: SISTEMA DE LUBRICACIÓN TIPOS DE ROZAMIENTO ROZAMIENTO EN SECO: En el rozamiento entre dos piezas intervienen su dureza y principalmente su estado superficial. Durante la fricción, el contacto se produce entre las irregularidades de las piezas. Se producen presiones muy elevadas que, al mismo tiempo que aumentan la temperatura, provocan la fusión de los puntos de contacto y determinan el gripado de las piezas. RODADURA DE COJINETES: El eje que gira dentro de su cojinete lo ha de hacer con juego, para que pueda haber movimiento. Este juego se llena de aceite de engrase. MÉTODOS DE LUBRICACIÓN LUBRICACIÓN POR GRASA: La grasa se deposita en un recipiente adecuado y es enviada a presión contra las superficies en contacto. LUBRICACIÓN POR GOTEO: El aceite se deposita justo encima de la zona se efectúa mediante la caída libre de gotas sobre las piezas o fieltro que dosifica y reparte el aceite. LUBRICACIÓN POR INMERSIÓN: El aceite está contenido en el interior de un depósito donde se sumergen parte de las piezas móviles que se han de lubricar. LUBRICACIÓN FORZADA: Aceite es conducido a las piezas por un sistema de canalizaciones, por las que circula el lubricante mediante presión producida por una bomba. BRUÑIDO Y SELLADO DEL CILINDRO: En la lubricación tiene gran importancia el grado de rugosidad de las superficies de las piezas en contacto. Una superficie que a simple vista parece uniforme en realidad es discontinua y presenta irregularidades que pueden afectar a todo el espesor de la película. Una superficie cuanto más pulida esté puede trabajar con cargas mayores. ·El aceite actúa también como sellante, ocupando y taponando la fuga de los gases hacia el cárter, contribuyendo a hacer estanca la cámara de explosión. Además, actúa como limpiador de las impurezas constituidas por los residuos de la combustión. LUBRICACIÓN EN LOS MOTORES DE 4 TIEMPOS POR BARBOTEO: Se llena el cárter a un nivel establecido. La biela en su movimiento rotatorio, sumerge en el aceite unas cucharillas y a través de unos conductos, llevan parte del aceite recogido a los casquillos de biela y bancada, el resto es lanzado sobre los cilindros y demás, retornando posteriormente por gravedad al cárter para comenzar de nuevo. LUBRICACIÓN FORZADA: En los motores actuales imponen la necesidad de una lubricación intensa. Esto implica un sistema de lubricación a presión por una bomba. -EXISTEN DOS TIPOS DE LUBRICACIÓN FORZADA: CÁRTER HÚMEDO: El cárter húmedo utiliza como depósito el propio cárter. El aceite que gotea por gravedad de las superficies lubricadas es recogido en el cárter, donde se enfría antes de ser aspirado nuevamente por la bomba. Este sistema es el más utilizado en el automóvil. CÁRTER SECO: Se suele emplear en los vehículos de competición. Se diferencia en que la bomba y el aceite están situados en un depósito separado del grupo motor, asegurando un flujo de aceite más abundante y continuo, y precisa de una segunda bomba que recoja todo el aceite que gotea. ·Al eliminar el depósito en el cárter, permite que el motor pueda reducir su distancia respecto al suelo consiguiendo aumentar la estabilidad del vehículo al rebajar su baricentro, además de poder mejorar su aerodinámica. ·El sentido de circulación de aceite es el siguiente: Aspiración → bomba → filtro → radiador/intercambiador → conducto principal. Éstos actúan tanto en frío como en caliente SURTIDORES DE ACEITE: En los motores de alto rendimiento térmico se colocan en el bloque (bancada), para que el chorro de aceite a presión incida en la parte inferior de la cabeza del pistón, refrigerando éste y al mismo tiempo para que la niebla de aceite engrase el pie de biela, bulón, pistón, segmentos y cilindro. Para asegurar una presión mínima de funcionamiento en el circuito, cada surtidor lleva una válvula que permite la salida de aceite cuando la presión en el circuito alcanza un valor determinado. CÁRTER DE ACEITE: El sistema de lubricación está constituido por un depósito (cárter) donde se aloja el aceite hasta alcanzar un nivel preestablecido por el fabricante. Este nivel debe asegurar que la toma de aspiración de la bomba esté sumergida en aceite en cualquier situación de funcionamiento del vehículo. Para asegurar esta condición, se instalan en el cárter unos rompeolas que evitan en gran medida el desplazamiento del lubricante en las aceleraciones tanto longitudinales como transversales. ·A partir de una determinada fecha, entrará en vigor una normativa de la C.E.E. que obligará a los fabricantes a eliminar el tapón por motivos ecológicos, por lo que será necesario el empleo de una máquina específica para extraer el aceite del cárter, a través de una sonda introducida por el orificio de la varilla. VÁLVULA LIMITADORA: Cuando la presión alcanza un valor determinado, se abre y limita la presión a un valor establecido por el fabricante, descargando hacia el cárter o bien hacia la cámara de aspiración de la bomba el aceite sobrante. ·Esta constituida por: un pistón o una bola que obturan el orificio de descarga. FILTRO DE ACEITE: Encargado de retener las impurezas (superior a 0,005 mm). El sistema más difundido es el de cartucho, compuesto por una tira de papel plegada en forma de acordeón, con el fin de aumentar la superficie filtrante. Está provisto de una válvula de seguridad para garantizar el paso de aceite al circuito de lubricación en caso de obstrucción del papel filtrante, y además puede incorporar una segunda válvula antidescarga para evitar que se vacíe el circuito con motor parado ·Los filtros pueden instalarse en el circuito de lubricación en paralelo o en serie. Los filtros colocados en paralelo filtran sólo una parte del caudal, devolviendo el restante al cárter. INTERCAMBIADORES DE CALOR: Cuando el cárter del motor no tiene capacidad suficiente para reducir la temperatura del aceite se instala un intercambiador de calor. -EXISTEN DOS TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR: INTERCAMBIADOR DE CALOR AGUA – ACEITE: Una serie de conductos, de acero inoxidable, por los que circula en su interior el aceite y por el exterior el líquido refrigerante. INTERCAMBIADOR DE CALOR AIRE-ACEITE: Funciona con el mismo principio del radiador del líquido refrigerante del motor. Se monta una válvula termostática que excluye el paso de aceite, hasta que la temperatura del aceite no alcance un valor determinado. Permite que el lubricante alcance temperatura óptima de funcionamiento en el menor tiempo posible. VARIADOR DE FASE: Se utiliza para su funcionamiento, la presión existente en el circuito de lubricación. TENSOR HIDRÁULICO DE LA CORREA DE LA DISTRIBUCIÓN: Se instala un tensor para la correa de distribución, éste es comandado por la presión del circuito de lubricación. Estos tensores aumentan la tensión de la correa de la distribución cuando la presión del circuito de lubricación desciende por debajo de un cierto valor. Para que un motor de combustión pueda desarrollar su máxima potencia y, simplemente, para que pueda funcionar, no solamente consume combustible, sino también aceite, naturalmente este último en cantidades mucho más reducidas. Mucho cuidado con los motores que aparentemente no consumen nada de aceite: en estos motores, el combustible que se ha depositado en las paredes de los cilindros, baja al cárter de aceite influyendo en el nivel del mismo. Una mínima película de aceite es necesario sacrificar para lubricar los segmentos superiores de los cilindros, quedando ésta en las paredes de los mismos, quemándose junto con el combustible y perdiéndose para siempre del contenido existente en el cárter. Este consumo se ve incrementado en conducciones deportivas. FUNCIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS ELÉCTRICOS Y CIRCUITOS ASOCIADOS INTERRUPTOR MANOMÉTRICO DE INSUFICIENTE PRESIÓN EN EL CIRCUITO DE LUBRICACIÓN: El indicador óptico de insuficiente presión de aceite del motor está controlado por un interruptor manométrico que desconecta a masa el negativo de la lámpara de control cuando la presión en el circuito es insuficiente. INDICADOR DE LA PRESIÓN DE ACEITE DEL CIRCUITO DE LUBRICACIÓN: Al aumentar o disminuir la presión en el circuito de lubricación se deforma una membrana que acciona el contacto sobre una resistencia, provocando una variación de tensión eléctrica que es transmitida al indicador situado en el cuadro de instrumentos. El indicador es el que recibe la variación de tensión del transmisor. ·En los indicadores de presión del aceite digitales la variación eléctrica que reciben del transmisor es procesada electrónicamente. CONTROL DE LA PRESIÓN DE ACEITE: 1. Calentar el motor (temperatura del aceite 90° C). 2. Montar el útil (Racord). 3. Montar el manómetro. 4. Comprobar que la presión corresponda a: -Presión aceite motor al ralentí: 0,6 bar. -Presión aceite motor a 4000 r.p.m.: 2.5 bar. Presión baja al ralentí → Puede ser provocada por un índice de viscosidad elevada. Untuosidad: La capacidad que tiene un aceite de asegurar la resistencia de la película lubricante. Lubricación forzada por cárter húmedo: Cuando el cárter se refrigera con el circuito de refrigeración. La fricción entre dos piezas aumenta → Con excesiva presión de lubricación. El regulador de presión del aceite (no el surtidor de aceite) sirve para → Garantizar una presión máxima de funcionamiento. Si un motor diesel aumenta esporádicamente de r.p.m. y no se para aun desconectando el contacto, la causa puede ser por → Electroválvula interceptadora de la bomba de inyección defectuosa. CARBURADOR La carburación tiene por objeto mezclar el aire y la gasolina en la proporción adecuada para que se produzca una buena combustión en los cilindros del motor. Se hace llegar la gasolina desde el deposito en que se almacena por medio de una bomba y alli se mezcla con el aire, es aspirado por motor a través de la válvula de admisión y colector de admisión. TIPOS DE CARBURADORES - Carburadores de difusor fijo (la gran mayoria). - Carburadores de difusor variable (motocicletas principalmente). - Carburadores dobles (motores de altas prestaciones). - Carburadores de doble cuerpo (para motores de gran cilindrada). LA PERCOLACIÓN Y LA CONGELACIÓN EN UN CARBURADOR Son dos femomenos opuestos, pero su origen es común: la evaporación de gasolina. Las soluciones para remediar la congelación favorecen la percolación y viceversa. La congelación: Formación de escarcha en las diferentes partes del carburador, debido al enfriamiento del vapor de agua. La evaporación de la gasolina baja la temperatura, si le sumamos los 0º ambientales, el vapor de aire se deposita en forma de escharca. Los efectos provocados por la congelación trae los siguientes inconvenientes: - Si se deposita en el difusor se reduce la sección, pasa menos caudal de aire y por lo tanto la mezcla se hace mas rica, peligro de calado del motor. - Si se deposita en los orificios del ralentí, se taponan, no funciona el ralentí y el motor se para. - Si se deposita en los orificios del by-pass, la progresión es mas defectuosa. Como remedio se utiliza un elemento que caliente el carburador, como puede ser a través de una derivación del agua de refrigeración del motor. La percolación: Evaporación de la gasolina por la elevada temperatura. Ésto provoca la formación de burbujas de gasolina en el ralentí, que provoca el empobrecimiento de la mezcla y por tanto marcha irregular o calado del motor. El remedio para la percolación es a la hora de diseñar el carburador, despues es dificil, como no sean la mejora de la ventilación del motor e interposición de barreras termicas. REGULADOR MECÁNICO DE VELOCIDAD PARA BOMBA DE INYECCIÓN: Basan su funcionamiento en los efectos de la fuerza centrífuga. Segun aumente o disminuya la rotación del árbol de levas, aumenta o disminuye el caudal inyectado. INYECTOR PARA MOTORES COMMON-RAIL: Son los más usados ya que simplifica el sistema de inyección. Inyector cerrado (estado de reposo): La electroválvula no esta activada (estado de reposo) y por lo tanto se encuentra cerrado el estrangulamiento de salida que hace que la presión del combustible sea igual en la cámara de control que en el volumen de cámara de la tobera (Que pulveriza combustible y cierra rápidamente el circuito). El inyector abre (comienzo de inyección): El inyector se encuentra en posición de reposo. La electroválvula es activada para la apertura rápida. La fuerza del electroimán ahora es superior a la fuerza del muelle de válvula, y abre el estrangulador de salida. Con la apertura del estrangulador de salida puede fluir ahora combustible, saliendo hacia el recinto hueco situado encima. El inyector cierra (final de inyección) Cuando deja de activarse la electroválvula, el inducido es presionado hacia abajo por la fuerza del muelle de válvula y la bola cierra el estrangulador de salida. *La presión de inyección en un sistema Common Rail es independiente del régimen del motor y caudal de inyección. *Es la presión del combustible la que se encarga de levantar la aguja del inyector. DIESEL: *La relación de compresión de un motor diesel es 1/24, muy alta. *El número de cetanos en el gasoil indica la capacidad que tiene para inflamarse. En el biodiesel, el índice de cetano oscila entre 47 y 56 Cz. *Los tipos de cámara de combustión son: Directa, de turbulencia o de precombustión. *La resistencia en Ohmios aprox. de un calentador es de entre 1 y 3 Ohmios. *La bomba diesel en línea no necesita de gestión eléctrica. *El sistema de inyección mecánica con bomba rotativa monta inyectores completamente mecánicos que abren gracias a la presión hidráulica generada por la bomba. GASOLINA: *Según la regulación de la mezcla, sistemas de inyección se clasifican en mecánicos, electromecánicos, y electrónicos. *Según la formación de la mezcla, sistemas de inyección se clasifican en inyección contínua e intermitente. *Según el punto de realización de la mezcla, sistemas de inyección se clasifican en directo e indirecto. *El valor lambda será menor que 1 con mezclas ricas. (Lambda → Relación aire que tiene y el que debería tener) *Tipos de mezclas lambda: Estequimétricas (perfecta), rica, y pobre. *La sonda lambda después del catalizador verifica la efectividad de éste. Trabajará perfectamente cuando alcance los 300º centígrados. Enviará señales eléctricas a la UCE cuando detecte desvío en niveles de oxígeno. *Cuanto más alto sea el número de octanos, más alta es la relación de compresión. *En un sistema monopunto, solo hay un inyector en la parte común a todos los cilindros del colector de admisión. *El tungsteno y el magnesio se utiliza como aditivo antidetonante en las gasolinas. *Regulador de presión de sistema de inyección con rampa la mantiene entre 2,5 y 3 bares. Su trabajo es garantizar la igualdad de caudal en todos los inyectores. *El caudalímetro mide la cantidad de aire aspirado por el motor. *El interruptor de mariposa informa a la UCE (unidad central..) de la situación de ralentí o plena carga (posición del pedal NO). *El cánister es un depósito lleno de carbón activo.