Motores de explosión interna

Mecánica. Combustión de carburantes. Transmisión del movimiento. Automóviles. Funcionamiento del motor. Piezas

  • Enviado por: Javier Eixea Sergio Garrido
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 13 páginas

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INTRODUCCIÓN

Motor de explosión:

- CONCEPTO: Transforma la energía obtenida por combustión de una mezcla gaseosa carburada, proveniente del carburador, en energía mecánica utilizada para propulsar un émbolo que actúa sobre una biela, la cual mueve el cigüeñal y a través de transmisiones provoca el movimiento de las ruedas.

- FUNCIONAMIENTO: Gasolina y aire forman una mezcla peligrosa. La más leve chispa basta para que se inflame en un instante y así funciona un motor. Los pistones de los cilindros se encargan de comprimir la mezcla, facilitando la ignición, provocada por la chispa eléctrica emitida por la bujía. Estalla en llamas con tal velocidad y violencia que hace descender el pistón por el cilindro. Este movimiento determina el giro del cigüeñal y da su fuerza al motor. En casi todos los motores de coches esta explosión tiene lugar en uno de los cuatro movimientos del pistón, por lo que se le denomina Motor de cuatro tiempos.

Los cuatro tiempos del motor son así:

1º. - Admisión: la válvula de entrada se abre. El pistón desciende por el cilindro dejando entrar una mezcla de combustible y aire previamente mezclada en el carburador y que se llama carga.

2º. - Compresión: la válvula de entrada se cierra de un golpe, y el pistón sube comprimiendo la carga en un pequeño espacio, en la parte superior del cilindro.

3º- Explosión: La chispa emitida por la bujía incendia la carga a presión. Los gases en expansión empujan el pistón hacia arriba. El pistón mueve el cigüeñal.

4º- Escape: la válvula de salida se abre. Los gases, a gran temperatura salen expulsados empujados por el pistón. El ciclo empieza de nuevo.

DESCRIPCIÓN DE LAS DIFERENTES PIEZAS

Este motor el cual hemos realizado la practica de montaje consta de estas piezas que acto seguido serán descritas: consta de carter, cilindro, pistón, biela, el cigüeñal, el volante y el damper.

  • El carter: El carter también llamado bloque motor o bloque de cilindros sirve de apoyo a los cilindros y encierra los demás órganos del motor protegiéndolos del polvo y del agua, uniéndose al bastidor del automóvil por tres o cuatro puntos. El carter esta dividido por dos partes, el carter inferior y el carter superior.

  • Carter inferior: El carter inferior sirve de deposito de aceite y en el se aloja la bomba de engrase, es una pieza montada con una pieza de estanquidad que sufre pequeños esfuerzos, y en muchos motores se hace de palastro estampado (hojas de acero a las que se da forma por medio de potentes prensas). Además de un orificio para medir el nivel de lubricante y los tapones de vaciado, va provisto de un respiradero que lo pone en comunicación con el aire libre.

  • Carter superior: que recibe por su parte alta a la culata, forma casi siempre cuerpo con los cilindros, fundiéndose en una pieza con el bloque. Lleva los cojinetes de apoyo del cigüeñal, que queda colgado de aquel, y es la pieza por donde se apoyan las patillas al conjunto motor (planta motriz) en el bastidor de vehículo.

  • El bloque motor debe ser:

        • Ser rígido para soportar los esfuerzos originados por la combustión.

        • Permitir evacuar, por conducción, parte del calor originado por la misma.

        • Resistir a la corrosión del liquido de refrigeración, cuando no se ha utilizado este sistema.

    c. El material mas utilizado son: la fundición, que ofrece gran

    rigidez y resistencia al desgaste, y aleación de aluminio por su buena conducción térmica y su poco peso.

  • El cilindro: Consta de dos partes el cuerpo, de forma cilíndrica y culata.

  • En el interior se origina la explosión de la mezcla y dentro del se desliza el pistón en un movimiento alternativo entre el punto muerto suprior (p.m.s) y punto muerto inferior (p.m.i) por lo que las paredes del cilindro están cuidadosamente pulimentadas.

    Con objeto de atenuar el desgaste, en algunos motores modernos se croman (baño de revestimiento de un metal cromo) las partes altas de un cilindro aumentando la dureza y la resistencia a la corrosión debida a los ácidos formados en la combustión. La parte alta del cilindro (cámara de explosión) se comunica con la de admisión y el escape mediante la correspondiente válvula. La bujía se coloca cerca de la admisión o en el centro.

    En los motores de varios cilindros es corriente fundirlos todos en una sola pieza llamada bloque, en ocasiones cuando el tamaño es muy grade se hace en dos piezas para su facilidad de fabricación que suele ser en camiones.

    Las oquedades del bloque motor destinadas a los cilindros van revestidas de unos forros de acero o camisas para una mayor protección a los rozamientos, desgaste y choque térmico evitando así en caso de avería tener que cambiar todo el bloque, hay varios tipos de camisas: las camisas secas, camisas húmedas que están en contacto con el agua, para evitar fugas de agua están provistos de unos anillos de caucho sintético especial haciendo estancas las uniones.

    La cámara de explosión o combustión es el espacio donde quedan reducidos los gases al final de la compresión. Como lo que nos interesa es que el grado de compresión sea los mas elevado posible en beneficio del rendimiento del motor y esto nos aumenta la temperatura del mismo siendo de por sí elevadísima, se usa las culatas de aluminio que disipan el calor con mas facilidad así repartiéndolo por toda la masa metálica evitando que todo el calor se quede concentrado en un mismo punto y al ponerse al rojo vivo originara de forma prematura la explosión de los gases.

  • La culata: Puede tener diferentes formas según la concepción del motor, recubriendo un cilindro, un grupo de cilindros o bien todos los cilindros de un motor. Es casi siempre desmontable por medio de espárragos con tuercas, al plano superior del bloque.

  • El material empleado para su constitución es de fundición, aleación ligera o aluminio.

    Entre sus características cabe destacar que ha de ser resistente a la presión de los gases, posee buena conductividad térmica, es resistente a la corrosión, tener un bloque de dilatación idéntico al del bloque de cilindros, presentar unas paredes de combustión sin irregularidades ni salientes y los riesgos de auto encendido y tener los conductos de admisión y escape cortos y lisos para no frenar el paso de los gases.

    En la culata se instalan las válvulas de admisión y escape, así como los elementos de encendido o inyección.

    La culata y el bloque deben formar un conjunto para evitar el paso del agua de refrigeración al aceite o viceversa, para ello la culata debe de ser totalmente plana con un alabeo máximo de 0.05mm.

    Para asegurar dicha estanquidad se interpone entre dichos elementos una junta (junta de culata) de amianto grafitado recubierto de dos hojas de acero de cobre o materiales similares así haciendo impermeable la unión.

    Una junta de culata defectuosa dará lugar a una fuga de gases y de agua en el sistema de refrigeración, con el consiguiente deterioro rápido del motor.

    Al montar y desmontar esta parte del motor hay que aflojar y apretar los tornillos en cruz para asegurar así una correcta estanquidad, estos tornillos deben estar apretados a una determinada presiona ya fijada y calculada por el fabricante y procederemos a fijar dicha presión con una llave dinamométrica.

    La culata recibe de forma lateral los colectores de admisión y de escape.

    La principal característica del colector de admisión es su perfecto diseño en cuanto a longitud y diámetro interior del tubo, con el fin que la mezcla o el aire, en su caso, llegue sin perdida de carga a los cilindros.

    El colector de escape se suele fabricar de hierro fundido ya que tiene que soportar altas temperaturas y presiones en la salida de gases quemados.

  • EL PISTON: Tiene forma de vaso invertido, la parte superior que recibe la presión originada por la explosión se llama fondo o cabeza del pistón, cuya forma depende de la cámara de combustión, de la relación volumétrica y del recorrido de las válvulas, en otros casos. En la falda (pared delgada que sirve para guiar el pistón en el cilindro), hay un orificio que lo atraviesa y sirve para alojar el pasador o eje de pistón, llamado bulón al que se sujeta el pie de biela, dicho balón es un eje de acero duro, tratado y rectificado, hueco, a veces cromado y centrado en el pistón, se apoya en los cojinetes que forman los salientes interiores redondos y rectos.

  • Para que el pistón no salga por ningún lado y raye las paredes del cilindro, se le mantiene dentro por estos procedimientos:

        • Se queda apoyado en los apoyos por medio de un espárrago o tornillo cuya cabeza queda apoyada a la vez con un pasador para que no pueda caerse.

        • El bulón queda flotante es decir girando libremente con bulón y biela. La sujeción a cada lado se hace por medio de un pequeño clip o muelle que al meterse se tiene que comprimir y al soltar se expande quedando enclavado en una pequeña ranura evitando que salga.

        • Queda enclavado al extremo pequeño o pie de biela, mediante un tornillo que, al apretar la abrazadera formada por el pie de biela, se encaja en la escotadura del bulón, quedadando este prisionero de la biela, pero girando este libremente en los apoyos del embolo.

    Estos son los tres sistemas más utilizados en la actualidad pero también existen varios métodos para esta sujeción como prescindir de clips y utilizar unas pastillas de metal blando para que al salirse el bulón el roce sea suave e inofensivo.

    El pistón, durante su recorrido debería ajustar perfectamente a todo el alrededor del cilindro, asegurando la estanquidad, para que no hubiera fugas de aceite y de gases que hicieran perder fuerza a la compresión y a la explosión pero como esto produciría un fuerte rozamiento, se deja un ligero huelgo entre el pistón y el cilindro, y se recurre, para evitar dichas fugas a la colocación de segmentos. Estos son aros o anillos de fundición de diámetro algo mayor que el pistón, alojados en unas hendiduras, que les permite contraerse cuando el pistón se monta en el cilindro. Se hace de material menos duro que el bloque para que en el rozamiento con el bloque al subir y bajar el pistón sean los segmentos los que se desgasten.

    El pistón va provisto por dos tipos de tipos de segmentos, la parte superior se encuentran los segmentos de compresión que tienen la función de ceñirse a las paredes del cilindro para evitar perdidas de potencia. Por otra parte para que el lubricante que sube desde el carter engrasando las paredes entre el pistón y el cilindro no pase a la cámara de explosión, aumentando el consumo del aceite y creando depósitos de carbonilla en las cámaras, se utilita un segmento de engrase, rascador de aceite que va generalmente dispuesto por encima del bulón sobre una garganta con una serie de orificios por los que el aceite baña la pared del cilindro; Al bajar el pistón es rasgado por el segmento, pasa al interior del pistón, engrasa en pie de biela y cae al carter nuevamente.

    Los pistones se construían generalmente de fundición (materia que hoy se usa casi siempre estañando las superficies frontales, que a veces se niquelan) pero para hacerlos mas lo más ligeros posibles, como conviene en la gran rapidez con que se mueve hacia arriba y hacia abajo dentro del cilindro, se hacen muchos de aluminio y sus aleaciones, con lo que también ayuda a enfriar mejor su cabeza.

    El pistón trabaja efectuando unos movimientos en forma de vaivén de la biela, es decir transversal al eje del motor y por eso también los ejes se desgastan y se abalizan hacia los costados del motor, par evitar esto existen varios métodos pero el mas utilizado en estos tiempos para evitar este campaneo de los pistones en frió es que estos no sean redondos con exactitud, si no que se fabriquen ligeramente ovalados (elípticos con el eje mayor en el sentido del campaneo, o sea transversal al motor), de modo que al calentarse se dilaten quedando redondos y ajustados.

  • LA BIELA: Son forjadas de acero o níquel-cromo y, aunque de sola una pieza es lo fundamental podemos distinguir en ella tres partes: el pie el cuerpo y la cabeza.

  • Para evitar los cabeceos de la carrera del pistón en el cilindro los ejes de la cabeza y pie de biela deben de estar bien alineados.

    El pie de biela, que es la parte de la biela que se une al pistón, abraza al bulón con interposición de un casquillo antifricción generalmente de bronce de fósforo. El cuerpo de biela, situado entre el pie y la cabeza de biela, asegura la rigidez de la pieza, casi siempre tiene forma de H o de doble T. La cabeza de biela fundido en el mismo cuerpo gira sobre el cuerpo del cigüeñal y consta de dos partes: Una superior o cabeza, solidaria al cuerpo y otra llamada sombrerete situada en la parte inferior que es desmontable y que se sujeta a la parte superior mediante unos pernos o espárragos con un par de apriete de unos 3.5mkg.

    Para que el roce con el codo del cigüeñal sea más suave se realiza por medio de unos rodamientos o por unos medios cojinetes recubiertos interior mente por un metal antifricción que a demás que cuando algún defecto de engrase hace trabajar la biela en seco o con aceite defectuoso, se funde antes de que la articulación se engarrote del calor y se estropeen la biela y el cigüeñal en tal caso biela fundida recurriremos al cambio del material antifricción. Si dicha avería no se repara inmediatamente el huelgo con que juega la articulación produce un golpeo que rompe los pernos, la biela y el pistón, al caerse al carter, puede perforarlo con el riesgo que estropee también el cigüeñal y el árbol de levas.

  • EL CIGÜEÑAL: El cigüeñal o árbol motor, recibe el impulso de las explosiones de cada cilindro, impulso que hace girar con el volante, y este a su vez hace girar el cigüeñal en los tiempos de escape, admisión y compresión siguientes. Del giro de este se obtiene su movimiento por intermedio de engranajes o cadenas los órganos de distribución, encendido (distribuidor) y engrase (bomba de aceite), y en la misma forma o más bien por correas los de refrigeración (ventilador y bomba de agua), el generador de corriente (dinamo o alternador) y compresor de aire acondicionado en su caso. Estos órganos todos ellos absorben una parte de energía del motor y disminuyen por tanto la energía transmitida a las ruedas.

  • El cigüeñal presenta e sus extremos un damper o antivibrador para absorber las vibraciones, el volante motor para acumular inercia y regularizar el giro del cigüeñal y un piñón para el engranaje para el mando de la distribución.

    El cigüeñal gira sobre cojinetes unidos al cárter superior cuyo numero depende de la cilindrada y potencia del motor.

    Los cigüeñales de seis cilindros pueden tener mas cojinetes de apoyo ubicados entre medio del cigüeñal.

    Como el cigüeñal recibe varios impulsos en cada vuelta, violentos y aislados, producidos por la explosión de cada cilindro, y a través del se trasmite toda la potencia que ha de obligar a moverse al automóvil resulta ser una de las piezas que más sufren del mecanismo, y por ello ha de ser robusto y rígido para resistir a la flexión y a la torsión con material de la mejor calidad.

    Actualmente algunos cigüeñales y en algunos modelos concretos se fabrican huecos manteniendo su misma robustez y teniendo menor peso. También ha de estar equilibrado, estática y dinámicamente, evitando variaciones en su rápido giro pudiendo llegar a la rotura. Dependiendo de la potencia del motor variara él numero de apoyo a mas potencia él número de apoyos será mayor. Como cada biela su pie al émbolo y la cabeza del cigüeñal, de manera que aquella tiene un extremo sometido al movimiento alternativo de vaivén de los pistones, y el otro al movimiento circular de los codos del cigüeñal para equilibrar el movimiento resultante este ultimo lleva unos contrapesos forjados o colocados en sentido opuesto al de los codos.

    Para que el motor llegue a funcionar por si mismo es preciso que explosione la mezcla de aira y gasolina y para esto tiene que realizarse anteriormente la admisión y la compresión, lo que exige el desplazamiento de los pistones hasta que uno de ellos se ponga en explosión, es necesario hacer girar desde fuera el cigüeñal, lo que se consigue por medio del sistema de arranque que va unido al cigüeñal, (antiguamente por medio de manivela).

    Todos los motores de automóvil giran en el mismo sentido es decir en sentido giran en sentido de las agujas del reloj, (a derechas), mirando de frente el vehículo.

  • El volante: El volante motor acumula inercia y regulariza el movimiento del motor. Consiste en una rueda pesada de fundición o de acero, que se monta en un extremo del cigüeñal más próximo a la caja de cambios, fijándolo al mismo con unos tornillos autofrenables, generalmente descentrados para evitar cualquier tipo de error de posicionamiento.

  • El volante sirve de plato de apoyo al embrague que vale para trasmitir o no, a voluntad del conductor, el movimiento del motor al resto del automóvil.

    Para que el motor eléctrico de arranque pueda engranar sin problemas el volante lleva a su parte exterior, a su contorno, un aro dentado.

  • EL DAMPER: Como el volante motor va montado en un extremo del cigüeñal, por el que se manda la trasmisión a las ruedas y, por tanto el que ofrece la resistencia para girar (quedando el extremo libre), debido a los violentos impulsos que las explosiones comunican a los codos del cigüeñal tiende a torcerse elásticamente, sobre todo cada vez que recibe las carreras motrices de los cilindros mas alejados del volante.

  • Para evitar estas vibraciones que terminaría rompiendo el cigüeñal se emplea un dispositivo llamado damper o antivibrador que absorbe las vibraciones este va montado en el lado opuesto del cigüeñal dentro o fuera del cárter.

    La acción de amortiguamiento es análoga, y se produce porque la inercia del arco pesado para seguir las vibraciones del anillo hueco frena estas y, por tanto, las del cigüeñal, gracias a la viscosidad elástica que une el aro pesado con el anillo hueco.

    Según aumenta la velocidad, por la fuerza centrífuga se concentra el silicón en el borde y hace mas firme el enlace elástico entre el anillo pesado y él aro hueco, frenando con mas energía las vibraciones.

    PRINCIPIO FUNCIONAMIENTO

    Un motor térmico de combustión externa o interna transforma la energía contenida en un combustible en energía mecánica. El de explosión se caracteriza por la combustión rápida de una mezcla de aire y gasolina o gas activo, y por la transformación del movimiento rectilíneo alternativo del pistón en movimiento circular del eje cigüeñal.

    El motor de un automóvil esta constituido por cilindros, dentro de los cuales se realiza la explosión de la mezcla de aire y gasolina que proporciona el carburador, y cuya enorme fuerza expansiva se convierte en energía mecánica por el mecanismo clásico de biela y manivela.

    Funcionamiento básico: El aire aspirado cuando baja el émbolo en la carrera de admisión, que se carga de gasolina en el surtidor del carburador y en la cuantía que permita la mariposa, pasa al cilindro cuando el empujador o taqué, al levantarlo el saliente de la leva, sube basculando el balancín y abre la válvula, forzando el resorte. Al subir el pistón, seguidamente se comprimen los gases.

    La explosión provocada por la chispa que salta en la bujía, hace que el émbolo baje y transmita su fuerza por la biela al codo del cigüeñal, que gira con el volante regularizador en un extremo y el piñón de la distribución en el otro. El piñón grande del engranaje gira al árbol de levas y, por tanto estas abren oportunamente las válvulas al compás del movimiento del cigüeñal y del pistón.

    Los gases quemados los empuja el pistón al subir, ala vez que la leva de izquierda abre la válvula de escape.

    Rodeando a la culata, parte alta del cilindro, bujía y válvulas, se encuentran las camisas de agua, que sirven para su refrigeración.

    En la práctica se realizo el desarmado del motor, con el objeto de identificar y establecer el funcionamiento de las distintas partes que constituyen este motor de encendido por chispa; así como también el orden secuencial para el desarmado, el cual es sumamente importante ala hora de realizar dicho trabajo, debido a que influye directamente en el funcionamiento posterior del motor.

    Cave mencionar que se estudio el estado de desgaste de algunas partes del motor tales como cilindros, pistones, cojinetes, etc. Con el fin de diagnosticar las posibles causas y soluciones pertinentes.

    PROCEDIMIENTO SECUENCIAL UTILIZADO EN LA PRACTICA PARA DESARMAR EL MOTOR DE UN VEHÍCULO (FORD FIESTA)

  • Colocar el motor sobre mesa para proceder con su desarme.

  • Se desmonta el carburador y sus conexiones tales como la guaya del acelerador.

  • Se quita el camarín, el tubo de admisión y sus empaquetaduras.

  • Se desmonta de la bomba de agua .

  • Quitar la tapa de la cadena del tiempo.

  • Desconectar la bomba de combustible y sus conexiones.

  • Desmontar el motor de arranque.

  • Se procede a bajar el alternador .

  • Se desconecta el tubo de escape del múltiple.

  • Quitar el Múltiple de admisión y escape.

  • Desalojar las tuercas del tapa válvula y por ende la tapa.

  • Desprender los ejes del balancín desalojando la tuerca del espárrago del balancín.

  • Seguidamente se sacan los empujadores o varillas y seguidamente los taqués.

  • Se desprenden los tornillos de la culata de dentro hacia fuera o en forma de espiral.

  • Se quita las válvulas de la culata por medio de una prensa muelle.

  • Seguidamente se quita la cadena de tiempo.

  • Se quita el árbol de levas.

  • Se quita el volante de inercia.

  • Se sacan los tornillos de los cojinetes de biela.

  • Se quita el sistema de biela-pistón de los cilindros y los cojinetes de biela.

  • Se quitan los tornillos de todos los cojinetes de las bancadas, considerando la posición original de cada uno tornillo a la hora de montarlos.

  • Bajar el cigüeñal.

  • CRONOLOGÍA DEL MOTOR

  • El ingeniero franco-belga Etienne Lenoir (1822-1900) construye en 1859 un motor de combustión interna.

  • El alemán Nikolaus Otto (1832-1892) construye un motor de 4 tiempos en 1877.

  • Germán W. Daimler construye en 1883 un motor de combustión interna muy veloz.

  • El ingeniero inglés Charles Parsons (1854-1931) diseña el primer generador electrónico de turbina a vapor.

  • 1892. El alemán Rudolf Diesel inventa un motor (llamado motor diesel posteriormente) que funciona con un combustible que se prende a gran presión. En la práctica el motor resulta ser mucho más eficiente que los motores de combustión interna existentes en aquel momento.

  • 1903. Los hermanos Orville (1871-1948) y Wilbur (1867-1912) realizan el primer vuelo con motor con su Kitty Hawk que usa un motor de combustión interna.

  • El ingeniero británico Frank Whittle (1907) construye en 1937 el primer motor a reacción que funciona.

  • Hans von Ohain, ingeniero alemán, construye y pilota el Heinkel He 178, primer avión con motor a reacción. En 1939.

  • 1970. Se utiliza el motor a reacción con turboventilador, el más frecuente hoy en día en los aviones, sustituyendo a los antiguos motores 4 tiempos con hélices.

  • HERRAMIENTA UTILIZADA

  • Llaves fijas 10-11, 12-13, 16-17, 18-19.

  • Juego completo de hallen.

  • Llave dinamométrica.

  • Maza de Nylon.

  • Martillo.

  • Útil para las válvulas.

  • Barra de hierro para mover el volante.

  • Destornilladores planos.

  • Juego de carraca.

  • BIBLIOGRAFÍA

  • MANUAL DEL AUTOMÓVIL (Manuel Arias-Paz Guitán), Coronel de Ingenieros, Ex Director de la escuela de Automovilismo del Ejercito.

  • MECÁNICA DEL AUTOMÓVIL (William H. Crouse).

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