UT-1ª.-Motores térmicos, funcionamiento y componentes UD-1ª.- Motores de encendido provocado

1.1 -  Las características esenciales que definen a los motores de explosión son:

a) FORMA DE REALIZAR LA CARBURACION: El llenado de los cilindros se realiza con la mezcla aire-combustible, la cual se prepara en el exterior de los cilindros por medio del carburador, o los sistemas de inyección, para después ser comprimida en el interior de los mismos. Debido a esta forma de carburación los motores necesitan consumir combustibles ligeros y fácilmente vaporizables, para que la mezcla se realice en perfectas condiciones de carburación y para obtener así una rápida combustión.

b) RELACIÓN DE COMPRESIÓN Y POTENCIA: Debido a los combustibles utilizados, la relación de compresión en estos motores no puede ser elevada, ya que está limitada por la temperatura alcanzada por la mezcla durante la compresión en el interior del cilindro, la cual no puede ser superior a la temperatura de inflamación de la mezcla. Estas relaciones de compresión limitan la potencia de estos motores. Sin embargo, la preparación de la mezcla fuera del cilindro, con tiempo suficiente durante la aspiración y compresión para obtener una buena carburación de la misma, permite una rápida combustión, con lo que se puede obtener un elevado número de revoluciones en el motor.

c) FORMA DE REALIZAR LA COMBUSTIÓN: Otra de las características esenciales de estos motores es la forma de realizar su combustión (volumen constante). Esta se produce cuando el embolo se encuentra en el punto de máxima compresión y se realiza de una forma rápida, por capas como si fuera una explosión, pero sin que los gases puedan expansionarse o sea, aumentar su volumen. Esto hace que la presión y la temperatura interna se eleven extraordinariamente al final de la combustión y se alcancen presiones considerables (40 a 70 kgf/cm2) que ejerce un empuje notable sobre el pistón, desplazándolo para realizar el trabajo motriz.

d) FORMA DE ENCENDIDO: Estos motores se caracterizan por la forma de encendido, el cual se produce por ignición de la mezcla a través de una chispa eléctrica, que hace expansionar los gases una vez iniciada la combustión.

1.2 – Explica el ciclo de trabajo teórico, real y real corregido de un motor de cuatro tiempos. Ayúdate de los diagramas P-V.

• Ciclo teórico

El ciclo teórico se realiza en cuatro tiempos: admisión, compresión, explosión y escape.

AdmisiónEl pistón desciende desde el P.M.S. al P.M.I. La válvula de admisión se mantiene abierta y la de escape cerrada. Se crea en el cilindro un vacío o

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aspiración, que permite que se llene de mezcla de aire y gasolina en forma de gas.

CompresiónEl pistón asciende del P.M.I. al P.M.S. Las dos válvulas están cerradas. Los gases se comprimen hasta dejar reducido su volumen al de la cámara de compresión, adquiriendo una presión y una temperatura ideal para producir la explosión.

ExplosiónSalta una chispa en la bujía, se inflaman los gases y aparece un considerable aumento de presión, recibiendo el pistón un gran esfuerzo que le hace descender enérgicamente desde el P.M.S. al P.M.I. Las válvulas, durante este tiempo, se han mantenido cerradas. La temperatura de estos gases puede superar los 950º C.

EscapeEl pistón asciende desde el P.M.I. al P.M.S. La válvula de escape se abre y la admisión se mantiene cerrada. Durante este tiempo se produce la expulsión de los gases quemados en la explosión, dejando libre el cilindro para la admisión de una nueva cantidad de mezcla.

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• Ciclo real y real corregido

Ciclo real es el que refleja las condiciones efectivas de funcionamiento de un motor y, cuando se representa en un diagrama P-V, se denomina diagrama indicado.

Las diferencias que surgen entre el ciclo indicado y el ciclo teórico, son las siguientes:

Pérdidas de calor, las cuales son bastante importantes en el ciclo real, ya que al estar el cilindro refrigerado, para asegurar el buen funcionamiento del pistón, una cierta parte de calor del fluido se transmite a las paredes, y las líneas de compresión y expansión no son adiabáticas sino politrópicas.

Tiempo de apertura y cierre de la válvula de admisión y de escape, aunque en el ciclo teórico se supuso que la apertura y cierre de válvulas ocurría instantáneamente, al ser físicamente imposible, esta acción tiene lugar en un tiempo relativamente largo, por lo que, para mejorar el llenado y vaciado del cilindro, las válvulas de admisión y de escape se abren con anticipación lo que provoca una pérdida de trabajo útil.

Combustión no instantánea, ya que aunque en el ciclo teórico se supone que la combustión se realiza según una transformación isocora instantánea, en el ciclo real la combustión dura un cierto tiempo. Por ello, si el encendido tuviese lugar justamente en el P.M.S., la combustión ocurriría mientras el pistón se aleja de dicho punto, con la correspondiente pérdida de trabajo. Para evitarlo se recurre a anticipar el encendido de forma que la combustión tenga lugar, en su mayor parte, cuando el pistón se encuentra en la proximidad del P.M.S, lo que en el ciclo se representa por un redondeamiento de la isocora de introducción del calor, y por tanto, una pérdida de trabajo útil. Evidentemente esta pérdida resulta bastante menor que la que se tendría sin adelantar el encendido.

Pérdidas por bombeo, las cuales aunque en el ciclo teórico se supone que tanto la admisión como el escape se realizan a presión constante, considerando que el fluido activo circula por los conductos de admisión y escape sin rozamiento, en el ciclo aparece una pérdida de carga debida al rozamiento, que causa una notable pérdida energética.

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Para cuantificar la relación entre el ciclo teórico y el ciclo indicado, se calcula el cociente entre las superficies correspondientes, y dividiendo la superficie del ciclo indicado por la respectiva del ciclo teórico, se obtiene el denominado rendimiento indicado. De cuantas razones han sido expuestas, se puede asegurar que el rendimiento indicado es debido principalmente al tiempo que tarda la mezcla en quemarse y a la deficiencia en el llenado y evacuado de los gases residuales, lo que hace que disminuya la cantidad de mezcla fresca que entra en el cilindro. Para conseguir que el ciclo indicado se acerque lo más posible al teórico, se actúa sobre la distribución adelantando y retrasando el instante de comienzo y de finalización de la entrada y salida de fluido operante del cilindro, con el propósito de conseguir un mejor llenado y evacuación de los gases y además se realiza un adelanto del encendido o de la inyección para compensar el tiempo necesario para la combustión.

Estas variaciones en la apertura y cierre de válvulas y en el adelanto del encendido, conocidas como cotas de reglaje en la distribución, son las siguientes:

Adelanto en la apertura de la admisión (AAA), consigue que al hacer que la válvula se abra antes de que el pistón llegue al P.M.S. en su carrera de escape, al iniciarse la aspiración de la mezcla, la válvula esté muy abierta, evitando la estrangulación a la entrada de los gases.

Retraso en el cierre de la admisión (RCA), consigue que al hacer que la válvula se cierre un poco después de que el pistón llegue a su P.M.I., debido a la inercia de los gases al final de la admisión éstos siguen entrando en el cilindro, aunque el pistón comience a desplazarse hacia el P.M.S.

Adelanto del encendido (AE), consigue compensar el tiempo necesario para que, al final de la combustión, el movimiento del pistón en su fase de trabajo sea mínimo.

Adelanto en la apertura de escape (AAE), consigue que la presión interna baje antes, y que cuando se inicie el escape la válvula, esté completamente abierta, evitando el estrangulamiento a la salida y la pérdida de energía necesaria para realizar el barrido de gases.

Retraso en el cierre del escape (RCE), consigue una mejor evacuación de los gases quemados debido a la succión provocada por la alta velocidad de los gases de escape,

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evitándose así que los gases residuales que pueden quedar en el interior del cilindro impidan la entrada de gases frescos.

Cruce de válvulas, es el periodo en el que las válvulas de admisión y escape están simultáneamente abiertas. Durante el mismo, debido a la velocidad de los gases de escape, crean una succión que facilita la entrada de la nueva mezcla y barre los gases residuales. Cuando los gases frescos llegan a la válvula de escape ésta ya está cerrada sin que se pierdan en la atmósfera. El cruce de las válvulas beneficia notablemente el rendimiento del motor, ya que elimina mejor los residuos de gases quemados y hace que la mezcla contenida en el cilindro para realizar el nuevo ciclo sea lo más pura posible, con lo cual el aprovechamiento de la cilindrada y energía del combustible es mayor.

Gracias a las cotas de reglaje de la distribución el diagrama obtenido en el ciclo real tiene una superficie mucho mayor, y el rendimiento indicado llega a ser del 80%. Las cotas de reglaje son prefijadas por el constructor, y se fijan, en principio, por comparación con otros tipos de motores con características análogas, y posteriormente se corrigen durante los ensayos en el banco, hasta conseguir los datos óptimos de máximo rendimiento. Estas cotas de reglaje en la distribución, que suelen estar comprendidas dentro de los valores indicados a continuación, son, una vez fijadas, invariables, excepto en algunos motores que llevan sistemas dinámicos de variación. El adelanto del encendido o de la inyección, dado que debe ser variable en función de la velocidad de régimen del motor se efectúa automáticamente. Un inadecuado instante de encendido en los motores causa una serie de deformaciones en el ciclo, que hacen que disminuya su rendimiento, tal como se puede observar en el siguiente diagrama p-v.

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1.3 - ¿A qué se llama relación de compresión y como se determina?

La relación de compresión es el término con que se denomina a la fracción matemática que define la proporción entre el volumen de admisión y el volumen de compresión.

 

Fórmula para Calcular la Relación de Compresión Teórica

V1 + V2

V1

V1 = Capacidad en centímetros cúbicos de la cámara de combustión de la culata.

V2 = Capacidad del cilindro, con el pistón en su punto muerto inferior.

En general, la eficiencia térmica (capacidad para transformar calor en movimiento), y la potencia, dependen de la relación de compresión. Un motor gasta energía para comprimir los gases y aporta energía al quemar los gases. A medida que se aumenta la compresión, la diferencia entre gasto y aporte de energía crece. Es decir, a mayor compresión el motor es más eficiente.

1.4 - ¿Qué representa la superficie del diagrama obtenido durante el funcionamiento de un motor y qué factores intervienen en la representación del mismo?

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Representa el trabajo obtenido en el eje del cigüeñal. Absorbe calor del foco frio W= Q1-Q2. Los factores que intervienen en la superficie del trabajo obtenido es la presión y el volumen, también tenemos como factores la relación de compresión, masa de aire-combustible aspirado, adelanto y retraso de apertura y cierre de válvulas, adelanto en el encendido.

1.5 - ¿Qué influencia tiene la relación de compresión sobre el rendimiento de los motores?

La influencia de la relación de compresión en el proceso de combustión radica en elevar la relación de compresión aumenta la presión y temperatura de la mezcla en el instante del encendido, con lo que se favorece la rapidez del proceso de combustión.

Este hecho se justifica porque el rendimiento del ciclo termodinámico ideal depende esencialmente de este parámetro, siendo mayor cuanto mayor es la relación de compresión.

Paralelamente a estos condicionantes, el aumento de la relación de compresión comporta una disminución del volumen del recinto de combustión, lo que favorece la creación de turbulencia.

En consecuencia, el aumento de la relación de compresión favorece el buen comportamiento del motor, ya que permite obtener mayor rendimiento del calor aportado por la combustión, a la vez que ésta se realiza de forma más rápida.

El límite de la relación de compresión vendrá impuesto por la aparición de la detonación, determinada por las características de la cámara de combustión.

1.6 – Explicar por qué los motores de explosión no pueden alcanzar grandes relaciones de compresión.

La razón que en los motores Otto no nos permitiría aumentar la relación de compresión de manera que obtengamos mayor rendimiento y menos consumo seria el riesgo de autoencendido. Si tenemos una gran compresión elevaríamos la temperatura por encima de los 500º C, con lo cual se daría el efecto de autoencendido, el cual podría dañarnos piezas fundamentales del motor como pistones, bielas, cigüeñal etc...

1.7 - ¿Qué misión cumple las cotas de reglaje en la distribución y en qué consisten?

Las cotas de reglaje sirven para que el funcionamiento de un motor sea más completo y no pierda tanta superficie de trabajo en cuanto a diagrama P-V nos referimos. Las cotas de reglaje consisten en el adelanto y retraso de apertura y cierre de válvulas y en el adelanto del encendido. A continuación este cuadro nos dirá donde suelen estar comprendidos los valores anteriormente mencionados.

1.8 - ¿Qué se entiende por distribución cruzada y qué mejoras representa en los motores?

El sistema OHC o de levas y válvulas en culata es el medio más directo de transmitir el movimiento a las válvulas. Pero, aunque evita los efectos de inercia y de holgura, resulta más

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complejo ya que la colocación de los árboles sobre la culata requiere soportes especiales que dan al motor mayor altura y exigen en su fabricación elementos específicos para accionar la bomba de combustible, la bomba de aceite y el distribuidor del encendido, los cuales, en los sistemas anteriormente descritos, toman el movimiento desde el mismo eje que acciona las levas conocido como árbol de levas. A pesar de sus inconvenientes, este tipo de distribución reduce al máximo los efectos de inercia en la transmisión, lo que lo hace particularmente apto para motores muy revolucionados.

El accionamiento de las válvulas puede ser por mando directo o por medio de semibalancines, según se presenta en la siguiente figura:

El reglaje de taqués u holgura entre el balancín y la válvula se consigue colocando finas láminas de acero hasta conseguir la holgura deseada. En lo que sigue se va a proceder a un estudio detallado de los elementos constituyentes de la distribución.

1.9 - ¿Qué características, de funcionamiento presentan los motores de explosión para su aplicación en los turismos?

Presenta una característica fundamental, es más ligero, la potencia máxima se obtiene de la relación del peso del vehículo y la potencia que llega a alcanzar el motor.

Averías menos costosas Combustible utilizado Mantenimiento menos costoso Funciona con presiones moderadas Elementos constructivos más ligeros Limitada la relación de compresión

1.10 - ¿Por qué los motores de explosión pueden alcanzar altas revoluciones y a qué se debe la limitación máxima de los mismos?

Debido a que los componentes móviles utilizados en el motor son más ligeros.

Cuanto mayor sea el numero de revoluciones tendremos menor tiempo en el vaciado y llenado del cilindro en cuanto mezcla aire-combustible.

1.11 - ¿A qué es debido la necesidad de dar un adelanto al encendido y qué ventajas proporciona?

El adelanto del encendido es debido a que consigue compensar el tiempo necesario para que, al final de la combustión, el movimiento del pistón en su fase de trabajo sea mínimo.

Las ventajas en cuanto al adelanto del encendido es que en el ciclo teórico saltaría la chispa cuando el pisto se encuentra en el PMS y la combustión se produciría cuando el embolo ya hubiese hecho la mitad del recorrido hacia el PMI es por esto que si adelantamos el encendido el motor tendría un ahorro de trabajo.

1.12 – Características especificas motores de dos tiempos.

El encontrar un adecuado equilibrio entre el escape y la admisión y, sobre todo, un buen barrido de los gases quemados, son causas de numerosas experiencias y tanteos antes de lanzar un modelo de motor al mercado; aspectos que retrasaron el desarrollo del motor de dos tiempos.

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Cada motor que se fabrica está diseñado y construido de la forma más conveniente, con vistas a obtener el máximo rendimiento; esto es tan riguroso, que si por ejemplo, a un motor de dos tiempos se le suprime su silencioso, se le quita resistencia a la salida de los gases quemados, con lo que aumenta su velocidad y arrastran a los frescos que vienen detrás, perdiéndose más parte de ellos por el escape. Como la cantidad que puede entrar en el cilindro es la misma, la potencia resultante será menor al ser más pequeño el volumen de gases frescos que hay ahora dentro del cilindro.

Una característica curiosa del motor de dos tiempos es que es reversible; es decir, que lo mismo funciona girando a izquierdas que a derechas: En efecto, el ciclo de operaciones en el cilindro viene mandado por el vaivén del pistón y éste es el mismo cualquiera que sea el sentido de giro del cigüeñal. En los motores de cuatro tiempos, el orden está determinado por el árbol de levas, que si gira en sentido contrario, gira las válvulas a destiempo del pistón y no es posible realizar el ciclo.

Si las lumbreras fuesen muy anchas y frente a una de ellas coincidiese la ranura de cierre de un segmento, como la elasticidad de éste tiende a abrirlo, podrían las ranuras sobresalir demasiado del pistón y, al seguir éste su movimiento, tropezar en el borde de la lumbrera, con la rotura subsiguiente del segmento y las graves averías que los trozos sueltos originarían. En previsión de tal accidente, las lumbreras son relativamente estrechas (una décima parte de la periferia del pistón), o se colocan los segmentos con topes que les impiden girar sobre su garganta, de modo que las ranuras terminales no pueden ponerse nunca frente a las lumbreras.

En los motores modernos es frecuente el uso de cojinetes de bolas, rodillos o agujas en la cabeza de la biela. En cambio, los del cigüeñal, si la pre-compresión se hace en el cárter, eran lisos para que no hubiese fugas por ellos; pero en la actualidad ya son de rodillos o de bolas con taponamientos laterales que los hacen estancos.

1.13 – Diferencias esenciales entre los motores de explosión de dos y cuatro tiempos.

El motor de dos tiempos Otto se diferencia en su construcción, del motor de cuatro tiempos Otto en las siguientes características:

Ambas caras del pistón realizan una función simultáneamente, a diferencia del motor de cuatro tiempos en el que únicamente esta activa la cara superior.

La entrada y salida de gases al motor se realiza a través de las lumbreras. Este motor carece de las válvulas que abren y cierran el paso de los gases en los motores de cuatro tiempos. El pistón dependiendo de la posición que ocupa en el cilindro en cada momento abre o cierra el paso de gases a través de las lumbreras.

El cárter del cigüeñal debe estar sellado y cumple la función de cámara de pre-compresión. En el motor de cuatro tiempos, por el contrario, el cárter sirve de depósito de lubricante.

La lubricación, que en el motor de cuatro tiempos se efectúa mediante el cárter, en el motor de dos tiempos se consigue mezclando aceite con el combustible en una proporción que varía entre el 2 y el 5 por ciento. Dado que esta mezcla está en contacto con todas las partes móviles del motor se consigue la adecuada lubricación.

1.14 – Definir las fases de trabajo en un ciclo de funcionamiento de dos tiempos.

Fase de admisión-compresión

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El pistón se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión en el cilindro, la cara inferior succiona la mezcla de aire y combustible a través de la lumbrera. Para que esta operación sea posible el cárter tiene que estar sellado. Es posible que el pistón se deteriore y la culata se mantenga estable en los procesos de combustión.

Fase de explosión-escape

Al llegar el pistón a su punto muerto superior se finaliza la compresión y se provoca la combustión de la mezcla gracias a una chispa eléctrica producida por la bujía. La expansión de los gases de combustión impulsan con fuerza el pistón que transmite su movimiento al cigüeñal a través de la biela.

En su recorrido descendente el pistón abre la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustión y la lumbrera de transferencia por la que la mezcla de aire-combustible pasa del cárter al cilindro. Cuando el pistón alcanza el punto inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.

1.15 – Explica el ciclo de trabajo teórico, real y real corregido de un motor de dos tiempos. Ayúdate de los diagramas P-V.

• Ciclo teórico

El motor de dos tiempos funciona con un ciclo durante el cual el pistón efectúa dos carreras y el cigüeñal da sólo una vuelta o giro de 360º. La característica principal de este tipo de motor es que no lleva válvulas, sino que es el propio pistón el que, en su desplazamiento en el interior del cilindro, hace que el fluido operante entre y salga a través de las denominadas lumbreras u orificios tallados en el cilindro.

En este motor, se realiza una pre-admisión de los gases frescos en el cárter, el cual con respecto al de los motores de cuatro tiempos es más reducido y estanco. En él son sometidos a una pre-compresión, pasando luego al interior del cilindro por una conducción denominada conducto de carga que lo comunica con el cárter. Se refrigeran generalmente por aire a través de una serie de aletas que rodean todo el cilindro y cámara de combustión, y como tampoco llevan circuito de engrase, el cual se realiza por mezcla de aceite con el combustible en una proporción del 3-5%, son ligeros, resistentes y necesitan muy poco entretenimiento.

El funcionamiento de estos es como sigue:

Durante su carrera desde el PMI al PMS el pistón hace salir a la atmósfera los gases quemados que ocupan el cilindro y abre la lumbrera de admisión por lo que los gases frescos de la atmósfera pasan al interior del cárter, aspirados por la depresión creada al desplazarse. Desde este momento hasta el final de su recorrido se produce la compresión del aire o de la mezcla en el interior del cilindro, mientras continúa la pre-admisión de gases frescos en el interior del cárter.

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Durante esta carrera la muñequilla del cigüeñal ha girado 1800 y se han realizado las siguientes fases:

Barrido de gases residuales.

Compresión de la mezcla.

Pre-admisión o llenado del cárter.

Durante la segunda carrera, que comienza cuando el pistón llega al PMS al final de la compresión, instante en el cual salta la chispa eléctrica o se inyecta el combustible, se inicia la combustión y se elevan la presión y la temperatura en el interior del cilindro, generándose una fuerza que empuja al pistón con lo que se produce trabajo útil. Durante el descenso del pistón, se cierra en primer lugar la lumbrera de admisión y se comprime el aire o la mezcla en el interior del cárter (pre-compresión). Poco antes de llegar al PMI el pistón abre las lumbreras de carga y escape, a través de las cuales se produce el escape de gases quemados y el llenado del cilindro con los gases frescos que a cierta presión ocupan el cárter, los cuales, por el conducto de carga, favorecidos por la presión a que se encuentran sometidos, entran en el cilindro incidiendo en la superficie del deyector con lo que se impide al desviar su trayectoria que salgan sin quemarse directamente por la lumbrera de escape. A la vez empujan a los gases quemados que quedan a la presión atmosférica en el interior del cilindro y los hacen salir a la atmósfera. En esta segunda carrera la muñequilla del cigüeñal ha girado otros 1800, completando una vuelta del cigüeñal y se han realizado las siguientes fases:

Combustión y trabajo

Pre-compresión de la mezcla en el cárter.

Escape.

Admisión.

Como se puede observar, el ciclo completo se realiza en estos motores en tan solo dos carreras del pistón y una vuelta del cigüeñal. En la práctica el trabajo producido por estos motores, resulta inferior al previsto, debido a la forma de llenado y barrido de los gases en el cilindro, ya que si en los motores de cuatro tiempos, la admisión y el escape se realizan durante dos carreras completas del pistón y el trabajo durante toda la carrera útil del mismo, en los de dos tiempos, la

admisión y el escape de gases se realizan durante un corto recorrido del pistón que depende de la posición de las lumbreras. De tal forma que su posición es fundamental en el funcionamiento de estos motores, ya que cuanto más próximas están del PMI, el trabajo teórico desarrollado será mayor, si bien el llenado y vaciado de gases es insuficiente, obteniéndose una menor potencia real del motor. Por el contrario, si las lumbreras se sitúan muy alejadas del PMI , aunque el llenado y evacuado de gases se efectúa en mejores condiciones, se acorta la carrera

de trabajo y se obtiene un trabajo desarrollado inferior dando lugar, además, a una mayor pérdida de gases frescos que aumenta el consumo del motor. El rendimiento térmico t de los

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motores de dos tiempos, al igual que en los de cuatro tiempos, es función de la relación de compresión.

Aquí un diagrama sobre el ciclo teórico de un motor de dos tiempos Otto.

• Ciclo real y real corregido

En cuanto al ciclo real podemos comprobar en este diagrama P-V que tiene gran similitud al ciclo teórico y que no hay gran pérdida de trabajo.

Para sacarle más rendimiento a un motor de dos tiempos, hemos visto, que como en el ciclo de cuatro tiempos hace falta unos retoques en cuanto a las lumbreras y al adelanto en el encendido, estos dichos pasos son los siguientes:

1- PMI – Escape y transferencia abiertos. Transformación Isóbara2- Hacia el PMS – Escape y transferencia cerrados, se inicia la compresión.

Transformación adiabática. Admisión3- PMS – Explosión. Transformación isocora.4- PMS – Presión máxima.5- Hacia el PMI – se inicia la transferencia. Transformación adiabática

5- 2 – Abre escape y transferencia y cierra admisión. Transformación adiabática

1- PMI – inicio de la pre-compresión.

1.16 – Explicar la importancia que tiene el posicionado correcto de las lumbreras en los motores de dos tiempos.

En un motor de dos tiempos el posicionado de las lumbreras es muy importante ya que el mismo pistón es el que abre y cierra estas. Es importante esto ya que a la misma vez se tienen que encontrar abierta la lumbrera de escape y de transferencia que en el ciclo real se encontrarían a la misma altura, pero podemos comprobar que en el ciclo real la lumbrera de escape se encuentra unos milímetros más abajo que la lumbrera de transferencia mientras que la lumbrera de admisión se encuentra abierta cuando estas dos están cerradas.

1.17 – Describir los elementos funcionales de un motor rotativo Wankel.

BLOQUE O CARCASA.

Aleación ligera, en su interior se encuentra una camisa, superficie de rozamiento capa de material de cromo molibdeno recubrimiento de grafito por su cualidad de auto lubricación. Sobre la carcasa van ubicadas las lumbreras de admisión y escape

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ROTOR

Tiene forma de prisma Triangular Con los tres lados ligeramente convexos, en cada uno de los lados se practica una cámara de combustión. Cada uno de los lados realiza los cuatro tiempos en una vuelta del motor. En el centro rotor hay un orificio con un dentado interno

ARBOL MOTRIZ

Apoyados en sus extremos por rodamientos en las piezas laterales. Fijado en él se sitúan las excéntricas. La transmisión de fuerzas entre el rotor y el árbol motriz se realiza a través de la excéntrica. Generalmente se construyen motores con dos o tres rotores con 600 o 700cc por rotor.

SEGMENTOS

La estanqueidad de las tres cámaras durante el giro del motor se consigue mediante segmentos. Los vértices de rotor van ranurados para alojar a los segmentos. También es necesario estanqueizar los laterales del rotor, para ello se instalan regletas en cada uno de los lados, provistas de muelles expansores para asegurar el contacto con las paredes laterales de la carcasa.

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN Y ENGRASE

Son similares a los que montan los motores de pistón alternativo. La lubrificación de los segmentos se realiza añadiendo aceite al combustible mediante un dispositivo dosificador que dosifica la cantidad de aceite necesario según las revoluciones y la carga del motor.

1.18 – Explicar el ciclo de funcionamiento en el motor rotativo Wankel.

Un motor rotativo o Wankel, es un motor de combustión interna que funciona de una manera completamente diferente de los motores alternativos.

En un motor alternativo; en el mismo volumen se efectúan sucesivamente 4 diferentes trabajos admisión, compresión, combustión y escape. En un motor Wankel se desarrollan los mismos 4 tiempos pero en lugares distintos de la carcasa o bloque; con el pistón moviéndose continuamente de uno a otro. Más concretamente, el cilindro es una cavidad con forma de 8,

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dentro de la cual se encuentra un rotor triangular que realiza un giro de centro variable. Este pistón comunica su movimiento rotatorio a un cigüeñal que se encuentra en su interior, y que gira ya con un centro único.

Al igual que un motor de pistones, el rotativo emplea la presión creada por la combustión de la mezcla aire-combustible. La diferencia radica en que esta presión está contenida en la cámara formada por una parte del recinto y sellada por uno de los lados del rotor triangular, que en este tipo de motores reemplaza a los pistones.

El rotor sigue un recorrido en el que mantiene sus 3 vértices en contacto con el freno, delimitando así tres compartimentos separados de mezcla. A medida que el rotor gira dentro de la cámara, cada uno de los 3 volúmenes se expanden y contraen alternativamente; es esta expansión-contracción la que succiona el aire y el combustible hacia el motor, comprime la mezcla, extrae su energía expansiva y la expele hacia el escape.

1.19 – Características que definen el motor rotativo Wankel.

El motor Wankel por sus propias características produce poca contaminación por NO; uno de los procedimientos clásicos de reducción de emisiones de NO ha sido la recirculación de los gases de escape, que en el motor Wankel era un rasgo intrínseco.

1.20 – Ventajas e inconvenientes del motor rotativo con respecto al motor alternativo.

Ventajas

Menos piezas móviles: el motor Wankel tiene menos piezas móviles que un motor convencional, tan solo 4 piezas; bloque, rotor (que a su vez está formado por segmentos y regletas), árbol motriz y sistema de refrigeración/engrase (similar a los que montan los motores de pistón). Esto redunda en una mayor fiabilidad.

Suavidad de marcha: todos los componentes de un motor rotativo giran en el mismo sentido, en lugar de sufrir las constantes variaciones de sentido a las que está sometido un pistón. Están equilibrados internamente con contrapesos giratorios para suprimir cualquier vibración. Incluso la entrega de potencia se desarrolla en forma más progresiva, dado que cada etapa de combustión dura 90° de giro del rotor y a su vez como cada vuelta del rotor representa 3 vueltas del eje, cada combustión dura 270° de giro del eje, es decir, 3/4 de cada vuelta; compárenlo con un motor monocilíndrico, donde cada combustión transcurre durante 180° de cada 2 revoluciones, o sea 1/4 de cada vuelta del cigüeñal. Se produce una combustión cada 120º del rotor y 360º del eje.

Menor velocidad de rotación: dado que los rotores giran a 1/3 de la velocidad del eje y al tocar el freno, las piezas principales del motor se mueven más lentamente que las de un motor convencional, aumentando la fiabilidad.

Menores vibraciones: dado que las inercias internas del motor son muy pequeñas (no hay bielas, ni volante de inercia, ni recorrido de pistones, ni movimiento), solo se producen pequeñas vibraciones en la excéntrica.

Menor peso: debido al menor número de piezas que forman el motor en comparación con los de pistones y dado que generalmente se construyen motores de dos o tres rotores de 600 cc o 700 cc cada uno, ayuda a conseguir un menor peso final del mismo.

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Desventajas

Emisiones: es más complicado ajustarse a las normas de emisiones contaminantes, ya que trabaja igual que un motor de 2 tiempos, consumiendo aire, combustible y aceite.

Costos de mantenimiento: al no estar tan difundido, su mantenimiento resulta costoso. Consumo: la eficiencia termodinámica se ve reducida por la forma alargada de las

cámaras de combustión y la baja relación de compresión. Difícil estanqueidad: resulta muy difícil aislar cada una de las 3 secciones del cilindro

en rotación, que deben ser impermeables unas de otras para un buen funcionamiento. Además se hace necesario cambiar el sistema de estanqueidad cada 6 años aproximadamente, por su fuerte desgaste.

Sincronización: la sincronización de los distintos componentes del motor debe ser muy buena para evitar que la explosión de la mezcla se inicie antes de que el pistón rotativo se encuentre en la posición adecuada. Si esto no ocurre, la ignición empujará en sentido contrario al deseado, pudiendo dañar el motor.

Encendido: Este motor necesita de tres "burro de arranque" para mover el motor. Mantenimiento: Las pastillas de freno deben ser reemplazadas regularmente debido al

constante rozamiento de los vértices del rotor con el freno.

1.21 - ¿Cuántas revolución se obtienen en el árbol motriz de los motores rotativo por cada ciclo de funcionamiento?

Por cada vuelta del rotor el árbol motor da 3 vueltas, siendo ello debido a 2 causas: primera, el numero de dientes de la corona interna del rotor es 1,5 veces el de dientes de piñón fijo, segunda, el rotor tiene un movimiento de rotación y otro de translación; ambas causas recogidas en la excéntrica del eje del motor hace que este sea impulsado a una velocidad angular triple de la del rotor.

Ejercicios

1º- ¿Cuál es la cilindrada de un motor monocilíndrico, sabiendo que tiene un calibre de 71,5mm y que su émbolo realiza un desplazamiento de 90mm?

2º- El volumen total de un cilindro, cuando el émbolo se encuentra en el PMI, es de 820 cm3; su carrera es de 110mm y el calibre de 90mm. Determinar:

a) el volumen de la mezcla aspiradab) la relación de compresión del motor

3º- ¿Cuál es la relación de compresión de un motor que tiene una cilindrada unitaria de 360cm3 y efectúa una carrera de 80mm siendo la altura media de la cámara de combustión de 18mm?

4º- Un motor tiene una relación de compresión de 9´5:1, un cilindro de 80mm de diámetro con un desplazamiento del émbolo de 85 mm. Determinar el volumen de la cámara de compresión.

5º- Un motor tiene un cilindro de 70mm de diámetro con un desplazamiento del émbolo de 120mm y un volumen de compresión de 128cm3. Se cepilla su culata rebajando su altura en 1´5mm. Calcular la relación de compresión final obtenida.

Autor: Fº Javier Blasco Moreno 1ºC.F.G.S Automoción Página 15

6º- Siendo las cotas de reglaje de un motor de cuatro tiempos: AE=28º; AAA=18º; RCA=60º; AAE=60º; RCE=15º. Dibujar el diagrama de la distribución de este motor y determinar los ángulos de apertura y cierre de válvulas y el solape o cruce de válvulas.

7º- Un motor de cuatro tiempos tiene un calibre de 60,2mm de diámetro y una carrera de 120mm con una relación de compresión de 6´25:1. Al rectificar el cilindro se aumenta su calibre a 60,8mm de diámetro. Calcular:

a) El aumento de cilindrada obtenidab) La nueva relación de compresión resultante

Autor: Fº Javier Blasco Moreno 1ºC.F.G.S Automoción Página 16