solucionario de motores de combustion

SOLUCIONARIO

Motores

Antonio Salinas Villar

Solucionario. Motores.

CAPÍTULO 1: EL MOTOR TÉRMICO DE COMBUSTIÓN INTERNA.

1.1. Solución:

El motor térmico es una máquina compuesta por diversos elementos mecánicos, unos fijos y otros móviles, que está diseñada para transformar la energía química que posee un determinado fluido en energía mecánica o movimiento. La transforma-ción se realiza mediante la conversión inicial de la energía química en calor, y pos-teriormente de este en trabajo, por lo que es necesario un proceso de combustión.

1.2. Solución:

Rendimiento: El motor debe obtener del combustible la mayor cantidad de energía posible, o lo que es lo mismo, ofrecer la potencia requerida con el mínimo consumo.

Mínima contaminación: El motor ha de cumplir en todo momento, y en cualquier circunstancia, con la normativa medioambiental del país donde se comercializa el vehículo.

Fiabilidad: Los motores deben ser capaces de funcionar con absoluta seguridad du-rante su vida útil y en cualquier circunstancia de funcionamiento.

Economía: Deben poder fabricarse con el menor coste posible, tener poco peso y el menor volumen posible.

Agrado de utilización: Su funcionamiento debe ser suave y silencioso, además de tener una total ausencia de vibraciones y responder a las exigencias del conductor en cuanto a prestaciones como la aceleración, velocidad, elasticidad, etc.

Adecuación al vehículo: El motor debe adecuarse a las características del vehículo en aspectos como la potencia, el consumo, el tipo de combustible, complejidad y coste del mantenimiento.

1.3. Solución:

Se emplean habitualmente los motores alternativos con encendido provocado (Otto) o por comprensión (Diesel) de dos o cuatro tiempos, siendo este el tipo habitual. También se emplea de forma minoritaria el motor Wankel, que es de tipo volumétri-co y rotativo.

1.4. Solución:

Lugar donde se realiza la combustión Movimiento del fluido. Movimiento de los elementos del motor Tipo de combustible y tipo de encendido. Lugar donde se realiza la inyección del combustible. Por el modo de trabajar. Por la disposición de los cilindros.

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1.5. Solución:

Alternativos y rotativos. En ambos, los elementos móviles generan en su movimien-to volúmenes variables entre uno máximo y otro mínimo. Los primeros se emplean mayoritariamente

1.6. Solución:

Motores de explosión (Otto) con sistema de encendido externo y motores Diesel, de encendido por compresión.

1.7. Solución:

El pistón, accionado por la fuerza que ejercen sobre él los gases resultantes de la combustión, actúa como elemento de cierre móvil de un cilindro, por el que se des-plaza con movimiento alternativo. Este movimiento se transmite mediante una biela al cigüeñal, donde se transforma en movimiento circular debido a su forma acodada.

1.8. Solución:

Sistema de alimentación y de encendido. Circuito de admisión. Circuito de escape. Sistema de distribución. Sistema de lubricación. Sistema de refrigeración.

1.9. Solución:

Accionar las válvulas a través de las cuales circulan los gases y los gases de escape. Los movimientos de las válvulas han de estar sincronizados con el movimiento del pistón para asegurar el mejor llenado posible de la cámara de combustión.

1.10. Solución:

Asegurar que las superficies de deslizamiento estén perfectamente lubricadas para minimizar el rozamiento, evacuar calor de los órganos internos del motor, arrastrar partículas de suciedad y simultáneamente, garantizar la estanqueidad entre los aros y el cilindro.

1.11. Solución:

Bloque motor. Culata. Tren alternativo: pistón, biela y cigüeñal. Volante de inercia. Tapa de culata y cárter de aceite.

1.12. Solución:

La fijación “pendular” del motor presenta como ventaja la menor transmisión de vi-braciones a la carrocería.

1.13. Solución:

La unión entre el motor y sus soportes se establece mediante la interposición de unos elementos de caucho denominados casquillos goma-metal, que tienen como misión la de filtrar las vibraciones de una determinada frecuencia, por lo que sus ca-racterísticas son propias para cada motor.

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1.14. Solución:

Desmontar los elementos que impiden el acceso al motor, tanto por la parte superior como inferior, que en general consisten en tapas y protecciones que encapsulan al motor.

Desconectar tubos y cables que conecten el motor a elementos fijados a la carroce-ría. En primer lugar la batería y sus cables, y a continuación elementos propios del circuito de admisión. Se debe continuar, si es el caso, por los mecanismos de mando del cambio, del acelerador y del embrague.

Vaciar el circuito de refrigeración y desconectar los manguitos del radiador, los tu-bos de combustible y los correspondientes a la dirección asistida y aire acondiciona-do.

Desconexión de los elementos mecánicos como el colector de escape y los palieres, para acabar finalmente con los soportes del motor.

...que se adaptan mejor que otros motores a operar en cargas parciales y a su razona-ble rendimiento.

...que hacen referencia a aspectos como la emisión de productos tóxicos, el ruido, el re-ciclado, etc. y estos aspectos inciden directamente en la forma de funcionar del motor, los materiales empleados, el rendimiento, etc.

...debido a su diseño (estanqueidad del cilindro) es difícil cumplir con las normas sobre emisión de productos contaminantes.

...que el motor funcione de manera suave y silenciosa, además de no presentar vibra-ciones y responder a las exigencias del conductor en cuanto a prestaciones como la aceleración, velocidad, elasticidad, etc.

…representa, junto con sus circuitos auxiliares, un volumen y un peso suficientemente importantes como para afectar a su dinámica.

...permite un gran ahorro de espacio, favorece la refrigeración, la transmisión del mo-vimiento a las ruedas delanteras y colabora como protección de los ocupantes en caso de colisión frontal.

...un incremento en la transmisión de vibraciones a la carrocería (mayor ruido), mayor basculación del motor, tensiones mecánicas en componentes que unen el motor con la carrocería, etc.

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CAPÍTULO 2: MOTORES OTTO Y DIÉSEL.

2.1. Solución:

Es una serie de procesos cíclicos en los que la temperatura varía entre dos valores, tiene lugar en una máquina y el objetivo es la obtención de trabajo.

2.2. Solución: .

En el ciclo teórico, el ciclo se realiza mediante cuatro fases denominadas admisión, compresión, explosión y escape. En cada una de ellas el cilindro realiza un desplaza-miento o carrera, mientras que el cigüeñal realiza dos giros completos y el árbol de levas la mitad. La sincronización entre el cigüeñal y el árbol de levas asegura el co-rrecto accionamiento de las válvulas en el momento oportuno.

2.3. Solución:

Durante la admisión, la válvula de admisión está abierta y la válvula de escape está cerrada.

En las fases de compresión y de combustión, ambas válvulas están cerradas.

En la fase de escape, la válvula de escape está abierta, mientras que la de admisión permanece cerrada.

2.4. Solución:

En el ciclo de trabajo teórico, las válvulas se cierran y se abren coincidiendo con la posición del pistón en los puntos muertos superior e inferior, al igual que el salto de la chispa o el momento de inyección del combustible, según el tipo de ciclo.

En el ciclo práctico, se aplican correcciones como el adelanto de la apertura de las válvulas y el retraso en el momento del cierre con respecto a la posición del pistón. El momento en que salta la chispa también varía en función de diversas variables como las revoluciones, la carga, etc. Las modificaciones son debidas causas como las pérdidas de calor a través de las paredes, el tiempo que dura la combustión, o la inercia del aire y del combustible que forman la mezcla

2.5. Solución:

Admisión, compresión, combustión-expansión y escape. En el primer tiempo el pistón desciende provocando la aspiración del aire a través de la válvula de admi-sión sin estrangulación en el colector y llenando el cilindro. Durante la compresión se comprime el aire de forma que su se genera un aumento de la presión y en conse-cuencia de la temperatura, cuyo valor supera el punto de inflamación del combusti-ble. Al final de la compresión, en el PMS, se inyecta el combustible con una elevada presión, que al entrar en contacto con el aire se vaporiza y simultáneamente se pro-duce su inflamación o autoencendido. La combustión provoca la expansión de los gases, que ejercen una presión sobre la cabeza del pistón y fuerzan su desplazamien-

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to. En el tiempo de escape el desplazamiento del pistón desaloja los gases quemados del cilindro hacia el exterior.

2.6. Solución:

Se denomina así al tiempo que transcurre desde el instante en que se inicia la inyec-ción hasta que se produce el inicio de la combustión, y que aproximadamente es de 1ms.

2.7. Solución:

Se denomina así a la inflamación de la mezcla sin aportación de energía por salto de chispa, y que se produce por el ascenso de temperatura que conlleva una elevada presión. Como se produce en un momento inadecuado, por ejemplo con el pistón as-cendiendo, puede producir graves daños en los órganos del motor.

2.8. Solución:

Es la resistencia a la detonación que presenta el combustible y está definido por su octanaje.

2.9. Solución:

Una de las más importantes es su peso específico, cercano a 0,840 gr./litro (a 15º C), algo mayor que el de la gasolina. En los motores Diesel se deben utilizar combusti-bles que favorezcan el inicio de la combustión de forma que el retardo de la misma sea lo menor posible. Esta característica la define el número de cetano, que debería ser siempre superior a 45. Otras características del combustible son la viscosidad, cuyo valor oscila entre 2 y 4 centiStokes (a 40ºC), y que influye en el grado de pul-verización, y los puntos de opacidad y el punto de fluidez.

2.10. Solución:

Las válvulas de admisión y de escape se abren y cierran con un cierto adelanto o re-traso respecto a los PMS y PMI que produce un solape en sus aperturas que se deno-mina cruce de válvulas.

2.11. Solución:

El combustible se inflama al contacto con el aire y da lugar el comienzo del proceso de combustión que se realiza en varias fases. Desde el instante en que se inicia la in-yección hasta que se produce el inicio de la combustión, transcurre un tiempo apro-ximado de 1ms, denominado retardo de la combustión. Inicialmente se quema de forma rápida una parte del combustible con una liberación importante de energía, y en una fase posterior lo hace el resto de combustible, pero mucho más lentamente.

2.12. Solución:

Cada gramo de gasolina ha de mezclarse con 14,7 gramos de aire, está proporción se denomina mezcla estequiométrica. La mezcla ha de ser ligeramente rica para pro-porcionar la máxima potencia y ligeramente pobre para minimizar el consumo. Ade-más de la proporción adecuada, la gasolina debe estar perfectamente emulsionada y la mezcla ser homogénea.

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2.13. Solución:

Los factores más importantes de los que depende el momento en que salta la chispa son: las revoluciones a las que gira el motor, la carga del mismo o cantidad de mez-cla que se ha de quemar, la temperatura en la cámara de compresión, la calidad de la mezcla o como circula esta en la cámara de compresión.

2.14. Solución:

El combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión. La inyección se produce a una elevada presión y en un momento que depende de las condiciones de funcionamiento del motor.

...el aire sigue llenando la cámara de combustión debido a la inercia. Esta situación se mantiene mientras que la presión antes de la válvula sea superior a la existente en la cámara.

...la presión existente en la cámara de combustión ya no es útil para empujar al pistón pero suficiente como para provocar la salida al exterior.

…en el tiempo que dura la explosión, el pistón ha realizado una parte importante de su recorrido. El mayor volumen de la cámara en ese momento impide presiones elevadas, y sin estas, la transformación de calor en trabajo es menor que la posible.

...una parte del combustible que llega a la cámara de combustión se pierde por la lum-brera de escape durante el proceso de llenado y hasta que el pistón produce su cierre.

....es la forma de compensar la menor velocidad del aire en el conducto de admisión cuando el motor funciona en baja carga. Esto es debido a que dispone de mariposa de gases.

...transcurre un tiempo desde dicho momento hasta que se produce el inicio de la com-bustión del combustible.

...necesitan trabajar con un exceso de aire del 50%, de forma que se asegura la com-pleta combustión del gasoil en cualquier circunstancia.

...que en el primero depende de la cantidad de combustible que se inyecta, mientras que en el segundo se dosifica la cantidad de mezcla que llega a la cámara de combustión.

...permite un mayor grado de pulverización del combustible y por lo tanto una mayor superficie de contacto del mismo con el aire.

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CAPÍTULO 3: MOTORES POLICILÍNDRICOS.

3.1. Solución:

Un motor policilíndrico es el que está formado por al menos dos cilindros situados en uno o dos bloques unidos entre sí, y en el que sus correspondientes pistones y bielas están conectados a su vez a un único cigüeñal.

3.2. Solución:

La disposición policilíndrica permite que varios pistones, adecuadamente dispuestos y sincronizados, aporten suavidad de marcha, diminuyan o desaparezcan los tiempos muertos y se minimicen los desequilibrios dinámicos. El menor tamaño de los ele-mentos móviles del motor aportan una menor inercia, y en consecuencia es posible una mayor velocidad de giro, lo que proporciona más potencia al motor y un mejor reparto de cargas con respecto al cigüeñal.

3.3. Solución:

Los motores tienen una mayor complejidad mecánica y en consecuencia tienen un mayor coste de fabricación y de mantenimiento. Un mayor número de cilindros pre-senta una mayor superficie de contacto, y por lo tanto, un mayor rozamiento, que a su vez requerirá sistemas de lubricación y de refrigeración más eficaces.

3.4. Solución:

Los motores con cilindros en línea son más simples y de construcción más económi-ca. Con cuatro cilindros todavía es posible su colocación transversal, lo que propor-ciona un ahorro notable de espacio en el hueco motor. Esto permite habitáculos más espaciosos, o simplemente, vehículos de menor longitud.

3.5. Solución:

El valor del ángulo entre las muñequillas se calcula dividiendo 720º por el número de cilindros para los motores de cuatro tiempos, y 360º por el número de cilindros, para los motores de dos tiempos. La cifra de los grados se obtiene de multiplicar 180º por el número de tiempos del ciclo de trabajo.

3.6. Solución:

Es la relación numérica entre el par máximo y el par medio durante un ciclo de tra-bajo. El valor para un motor de cuatro cilindros en línea es de 2,95.

Es la relación entre el par máximo que genera un motor y el valor de su par medio. Su valor numérico se denomina indice de irregularidad y es propio para cada tipo de configuración. Para motores de un cilindro es de 10,3, con cuatro cilindros de 2,95, con seis cilindros de 1,65 y para un motor de ocho cilindros de 1,49.

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3.7. Solución:

La forma de identificar a los cilindros está normalizada y se realiza mediante un nú-mero que se relaciona con su posición en el bloque. Los cilindros se empiezan a enumerar por el lado opuesto al que se cede la energía, es decir en el lado opuesto al volante motor. En el caso de los motores en V se respeta la misma regla para ambos bloques, pero comenzando por el bloque situado a la izquierda según el sentido de giro del motor.

3.8. Solución:

Es el orden en que se producen las explosiones-combustiones en los cilindros. Se elige la más adecuada para cada tipo de motor en función de diferentes criterios. En-tre ellos se tienen en cuenta evitar que no se acumulen tensiones torsionales en el ci-güeñal, que los esfuerzos del cigüeñal deben repartirse de la forma más uniforme posible entre sus apoyos o que la sucesión de los tiempos no provoque interferencias en los conductos de aspiración o de escape.

3.9. Solución:

Estos motores tienen los cilindros dispuestos en dos bloques unidos por la base con una inclinación entre ambos de 60º o 90º usualmente, aunque también existen de 120º. El más favorable es el primero.

3.10. Solución:

En los motores con cinco cilindros en línea las muñequillas del cigüeñal están desfa-sadas 72º y se produce una combustión cada 144º, siendo su orden de encendido ha-bitual es 1-2-4-5-3 (otro posible es 1-3-5-4-2).

3.11. Solución:

En los motores en V, el ángulo que forman los cilindros y el ángulo de desfase entre las muñequillas del cigüeñal o bien son iguales, o bien el primero es un múltiplo del segundo.

3.12. Solución:

1-3-4-2

3.13. Solución:

Tienen como principal característica que sus cilindros tienen un ángulo de inclina-ción entre ellos de 15º, lo que permite su ubicación en un solo bloque y compartir una sola culata, al igual que ocurre en los motores con los cilindros en línea

3.14. Solución:

Estos motores se obtienen de la unión de dos motores VR con cuatro, cinco o seis cilindros, formando un ángulo de 72º, de forma que se obtienen motores W8, W10, W12 e incluso W16. Con este tipo de motor se consiguen unas elevadas prestaciones con un tamaño muy compacto y un refinado funcionamiento.

3.15. Solución:

Se produce una combustión cada 144º.

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...los elementos móviles del motor tienen al tener una menos inercia por su menor peso, permite una mayor velocidad de giro, lo que proporciona más potencia al motor y un mejor reparto de cargas con respecto al cigüeñal.

…en consecuencia se presenta una mayor superficie de contacto, y por lo tanto, se pro-duce un mayor rozamiento.

…que la disposición de los pistones permite que desaparezcan o diminuyan o los tiem-pos muertos y se minimicen los desequilibrios dinámicos, además de que el cigüeñal trabaja en mejores condiciones,º puesto que recibe un mayor número de impulsos pero de menor intensidad y mejor repartidos.

...se puede evitar la acumulación de tensiones torsionales en el cigüeñal con más de un orden, de forma que los esfuerzos del cigüeñal se repartan de la forma más uniforme posible entre sus apoyos o que la sucesión de los tiempos no provoque interferencias en los conductos de aspiración o de escape

...la disposición horizontal de los cilindros opuestos permite un trabajo equilibrado del motor, y por lo tanto un funcionamiento libre de vibraciones y una respuesta del motor rápida.

...su excesiva longitud obliga a que su colocación sea longitudinal. Una longitud gran-de del cigüeñal también le obliga a soportar esfuerzos de torsión mayores.

...sus cilindros están situados en un único bloque y por lo tanto comparten una misma culata.

Completa el siguiente diagrama…

Observa el siguiente diagrama y contesta…

- Determina el orden de encendido: 1-5-3-6-2-4

- Identifica el tipo de motor de que se trata: seis cilindros en línea.

- ¿Qué cilindros se mueven emparejados? El 3 con el 4, el 2 con el 5 y el 1 con el 6.

- ¿En qué posición relativa están los cilindros 2 y 5? Se mueven al unísono.

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CAPÍTULO 4: DINÁMICA DE LOS MOTORES TÉRMICOS.

4.1. Solución:

La cilindrada unitaria de un motor está definida por el volumen del cilindro que se forma por el desplazamiento del pistón. El valor del mismo se calcula multiplicando la superficie del círculo que tiene por diámetro el del cilindro, por la distancia (ca-rrera) que recorre el pistón entre el PMS y el PMI.

4.2. Solución:

El mayor diámetro del cilindro en los motores cuadrados permite que las válvulas sean más grandes, la presión de los gases se ejerce sobre una mayor superficie. La carrera corta permite que el cigüeñal sea más rígido al tener los brazos más cortos, las masas en movimiento están más cerca del eje de giro, por lo que se producen menos desequilibrios, y finalmente, la carrera corta permite que la velocidad media del pistón disminuya y con ella el rozamiento.

Una carrera larga favorece el aumento de par, y el menor diámetro del cilindro per-mite una cámara con menos superficie y por lo tanto con menos pérdidas de calor con el consiguiente aumento del rendimiento térmico.

4.3. Solución:

La fórmula para su cálculo se define teniendo en cuenta que el pistón recorre dos ca-rreras por cada vuelta del cigüeñal. Se calcula multiplicando el doble de la carrera por el número de revoluciones y dividiendo el resultado por 60.000.

4.4. Solución:

La relación de compresión está determinada por la relación existente entre la cilin-drada unitaria y el volumen de la cámara de compresión. Se define con un número sin magnitud.

4.5. Solución:

El aumento de la relación de compresión conlleva un aumento del trabajo de com-presión, y llega un momento en que el incremento del rendimiento del motor se anu-la. El aumento de temperatura por encima de un determinado valor puede provocar el autoencendido de la mezcla y en consecuencia un aumento excesivo y rápido de la presión que se traduce en pérdidas de potencia y daños en los elementos motrices del motor.

4.6. Solución:

Luego, para el cálculo de la cantidad de trabajo que desarrolla en cada ciclo, bastará con conocer la cantidad de calor suministrado al motor y aplicar al mismo el equiva-lente térmico del trabajo, que tiene un valor 4,187 joules por cada caloría. El resulta-



do, al no tenerse en cuenta ningún tipo de pérdida, representa la cantidad de trabajo teórico que desarrolla el motor: = Q ·

4.7. Solución:

El calor (Q) que se aporta en un ciclo al motor depende de la cantidad de combusti-ble que llega al cilindro, de su densidad y de su poder calorífico.

4.8. Solución:

Si a la cantidad de trabajo teórico que desarrolla un motor se le aplica el rendimiento indicado, se obtiene el trabajo indicado, o trabajo que desarrolla el motor sin tener en cuenta los rozamientos internos ni el arrastre de los órganos auxiliares

4.9. Solución:

El rendimiento indicado y el efectivo. En el primero no se consideran los rozamiento mecánicos ni el arrastre de los órganos auxiliares, mientras que en el segundo si se tienen en cuenta.

4.10. Solución:

El rendimiento efectivo en el caso de los motores térmicos, equivale al producto de tres rendimientos: rendimiento térmico, rendimiento de diagrama y rendimiento me-cánico.

4.11. Solución:

Es la cantidad de trabajo efectivo o útil que puede desarrollar un motor y que por lo tanto está disponible a la salida del cigüeñal. Se calcula aplicando a la cantidad de trabajo teórico el rendimiento efectivo.



4.12. Solución:

Se define como par al resultado de aplicar una fuerza sobre un cuerpo a una cierta distancia de su eje de giro.

En el caso del motor, el cigüeñal recibe una fuerza ejercida por el pistón y transmiti-da por la biela. La distancia equivale a la existente entre el eje de giro del cigüeñal y la componente vertical de dicha fuerza. Depende fundamentalmente de la presión media efectiva y de la geometría del cigüeñal. El par motor representa el trabajo ins-tantáneo producido en un ciclo

4.13. Solución:

El campo de elasticidad esta definido por la zona comprendida entre el número de revoluciones en las que el motor ofrece el par máximo y las revoluciones en las que genera la máxima potencia, y es la zona óptima de aprovechamiento del motor

4.14. Solución:

Se calcula dividiendo el cuadrado del número de revoluciones a máxima potencia, por el producto entre el número de revoluciones a par máximo y el numero de revo-luciones de par a potencia máxima.

...una misma cilindrada se puede obtener con carreras y diámetros del pistón distintos además de que su relación de compresión también puede ser diferente

...el aumento de la relación de compresión conlleva un aumento del trabajo de compre-sión, y llega un momento en que el incremento del rendimiento del motor se anula.

…a medida que aumenta, también lo hace el rozamiento y las fuerzas alternas de iner-cia. El límite aceptable para el valor de esta velocidad se sitúa en torno a los 20 m/s, pero en la mayoría de los motores está entre 12 m/s y 16 m/s.

...cuanto mayor es la relación de compresión, mayor es la presión inicial, y en conse-cuencia mayor es la presión final.

...en su cálculo no interviene ni el tiempo ni el número de revoluciones a las que gira el motor, conceptos que sí son necesarios para el cálculo de la potencia del mismo.



...la observación de la pendiente de la curva, que es indicativa del comportamiento del motor, y la determinación de los puntos en que se ofrece la potencia útil máxima y la potencia máxima.

...determinar la zona de trabajo donde el motor ofrece el consumo mínimo, y por lo tan-to adecuar en consecuencia el uso del motor.

…aporta un mayor agrado de conducción al permitir circular en condiciones diversas sin tener que recurrir con frecuencia al cambio de marchas, debido a que aporta una elevada capacidad de recuperación o facilidad de subir de régimen desde valores ba-jos.

…el desarrollo del motor y de las unidades de mando para la verificación de las presta-ciones del motor. También permite simular multitud de condiciones específicas de fun-cionamiento que facilita el análisis del comportamiento del motor y detectar fallos del mismo en una situación específica.

Calcular la cilindrada de un motor de cuatro cilindros…

Solución: 2.041 cm3.

Calcular la velocidad media de un pistón…

Velocidad media = (2 · 0.076 · 5.200) / 60.000 = 13,17 m/s.

Calcular la relación de compresión de un motor de cuatro cilindros…

Cilindrada unitaria = 1.600 cm3 / 4 = 400 cm3.

Relación de compresión = (400 cm3 + 45 cm3) / 45 cm3 = 9.88.



Calcular la temperatura y la presión en la cámara de compresión de un motor Diesel…

Temp. final + 273 = (80º C + 273) · 20 1.405 – 1

Temp. final = (80º C + 273) · 20 0.405 - 273.

Temperatura final = 1.086º C.

Presión final = Pinicial · Rc -1

Presión final = 0,1MPa · 20 1.405 - 1

Presión final = 0,1 Mpa · 20 0.405

Presión final = 0,114 MPa.

Calcular la cantidad de trabajo efectivo…

Volumen de combustible: 1.600 cm3 · (1/ 12.000) = 0.133 cm3 /ciclo.

Cantidad de combustible: 0.133 cm3/ciclo · 0.68 gr/cm3 = 0.090 gr/ciclo.

Cantidad de calor: 0.090 gr/ciclo · 10.000 calorías/gr = 900 calorías/ciclo.

Cantidad de trabajo teórico: 900 calorías/ciclo · 4, 187 joules = 3.768 joules/ciclo.

Trabajo efectivo: 3.768 joules/ciclo · 0.32 = 1.205,8 joules/ciclo.



Calcular la potencia indicada y la potencia efectiva de un motor de cuatro tiempos…

Potencia teórica = 2.850 julios/60 · 3.250 r.p.m. = 154.375 watios.

Potencia indicada = 154.375 watios · 0.32 = 49.400 watios.

Potencia efectiva = 154.375 watios · 0.87 = 134.306,25watios.



CAPÍTULO 5: DESCRIPCIÓN Y MANTENIMIENTO DE LOSELEMENTOS FIJOS.

5.1. Solución:

Las principales características del bloque son: Resistencia al desgaste en la zona de contacto con elementos móviles, resistencia mecánica, rigidez estructural y capaci-dad de evacuar rápidamente el calor originado por la combustión. La culata ha de ser, además de ligeras, capaz de conducir muy bien el calor y permitir una rápida evacuación del mismo. Las dilataciones de la culata y del bloque han de ser simila-res para no provocar falta de estanqueidad.

5.2. Solución:

La razón más importante es la reducción de peso con respecto a otros materiales, co-mo la fundición. El aluminio también es mejor conductor del calor, razón por la que el motor alcanza la temperatura de servicio en menor tiempo y de forma más homo-génea.

5.3. Solución:

Los bloques fabricados con fundición gris presentan una elevada resistencia mecáni-ca y una gran resistencia al desgaste, por lo que los cilindros pueden mecanizarse di-rectamente. El aspecto más negativo es el elevado peso.

5.4. Solución:

Los colectores de admisión y de escape están situados en ambos lados de la culata, de forma que los gases circulan por la culata transversalmente.

5.5. Solución:

El cárter es el elemento que cierra el bloque por la parte inferior y actúa como depó-sito para el aceite del motor, donde también se refrigera. Se une al bloque motor me-diante tornilolos con interposición de una junta de estanqueidad.

5.6. Solución:

La junta de culata asegura una unión estanca entre el bloque motor y la culata. La estanqueidad entre ambos es necesaria para los gases producidos durante la combus-tión y para el líquido refrigerante y el aceite

5.7. Solución:

La forma de la cámara se complementa con al rebaje aplicado en la cabeza del pis-tón, que junto al adecuado diseño del colector de admisión y la presencia en el mis-mo de mariposas auxiliares, consiguen el guiado del aire y que la mezcla inflamada no entre en contacto con las paredes del cilindro



5.8. Solución:

Las camisas húmedas se introducen en alojamientos situados en la parte inferior del bloque y están fijadas en la parte superior por la fuerza de apriete de la culata. El re-frigerante circula entre la camisa y su alojamiento, mientras que las camisas secas están ajustadas directamente al bloque.

5.9. Solución:

La mecanización de las paredes del cilindro debe aportar el adecuado grado de rugo-sidad que asegure la adherencia del aceite. Así es posible la formación de una pe-lícula que permite el correcto deslizamiento de los pistones.

5.10. Solución:

Con ambas operaciones se consigue, además de la adecuada rugosidad, que aflore un porcentaje elevado de grafito. Para el bruñido se emplean elementos abrasivos rí-gidos, mientras que en el lapeado se utilizan elementos flexibles y no se alteran las dimensiones.

5.11. Solución:

En el bloque se deben comprobar de forma especial la plenitud de la superficie de apoyo, su calidad superficial, las dimensiones y forma de los cilindros, la ausencia de fisuras y la correcta limpieza de las superficies, de los circuitos y de los aloja-mientos de tornillos, etc. En la culata se deben comprobar los mismos aspectos, pero incluyendo la comprobación del volumen de las cámaras de combustión y la compa-ración entre ellas.

5.12. Solución:

El desgaste normal provoca una conicidad en el cilindro, siendo la parte mas afecta-da la zona próxima al PMS al estar peor lubricada y la temperatura es superior. También es normal que se produzca una ovalización del cilindro debido a que las fuerzas laterales con las que se apoya el pistón sobre el cilindro no son iguales a am-bos lados del bulón. También existe un desgaste de origen químico por corrosión, provocada por productos generados durante la combustión,

5.13. Solución:

Los daños principales que puede sufrir una culatas son la aparición de grietas que provocan falta de estanqueidad, falta de plenitud en la superficie de apoyo y acumu-lación de carbonilla en la cámara y en los conductos de los gases.

5.14. Solución:

La cota de resalte es la distancia entre la cara superior de la camisa y la superficie de apoyo del bloque. Su dimensión determina la presión de apriete y por lo tanto, es de-terminante para el aseguramiento de la estanqueidad.



5.15. Solución:

Se debe generalmente a un mal montaje, mecanizados con forma defectuosa en la zona de apoyo y a la presencia de suciedad:

Profundidad del alojamiento del collarín excesiva Falta de planitud en el mecanizado del asiento del collarín. Limpieza deficiente de la zona de asiento de la camisa , y su alojamiento en el bloque. Aplicación de los pares de apriete y ángulos de giro de forma errónea. Utilización de juntas de estanqueidad inadecuadas. Mecanizado defectuoso del perfil del asiento de la camisa, en cuanto a la planitud de la

cara de apoyo y a las dimensiones de chaflanes y radios.

5.16. Solución:

Los desgastes en la parte inferior de la camisa o cilindros no son habituales, y si se dieran están relacionados con dimensiones o formas inadecuadas .

5.17. Solución:

Los tornillos se aflojan comenzando por los que están situados en el exterior, y se fi-naliza por los situados en el centro, alternando entre ambas filas. Durante el apriete se aplica la secuencia inversa, es decir, se comienza siempre por los tornillos centra-les y se avanza hacia el exterior, también alternando el orden.

5.18. Solución:

El incorrecto apriete provoca deformaciones de la camisa que provocan desgastes y deformaciones reconocibles por tratarse de zonas brillantes y pulidas. En general, el pistón no presenta ninguna señal de desgaste o deformación. Como consecuencia de estos desgastes, el consumo de aceite es excesivo.

5.19. Solución:

Apriete inadecuado de la culata, por exceso o por defecto. Planitud incorrecta de las superficies de apoyo del bloque o de la culata. Relación de compresión demasiado alta. Proceso de combustión incorrecto. Fallos de funcionamiento en el circuito de refrigeración. Montaje incorrecto de la junta: falta de centrado, etc. Junta de culata que no corresponde en tipo o espesor. Acabado superficial de las caras de apoyo con demasiada rugosidad.



…el aluminio es buen conductor del calor, por lo que el motor alcanza la temperatura de servicio en menor tiempo y de forma más homogénea.

…sus condiciones de refrigeración son peores que la de los cilindros situados en los ex-tremos.

...que permiten eliminar las crestas producidas por el mecanizado de forma favorable

…aumentar la rigidez del conjunto formado por el motor y el cambio de marchas.

…tiene como consecuencia la acumulación de combustible en la cámara, y al tener un coeficiente de compresibilidad muy bajo, actúa como un elemento rígido.

…está producido por la abrasión provocada por partículas que llegan al cilindro junto con el aceite o arrastradas por el aire, circunstancias que indican que los filtros de aire o de combustible no se han renovado con la frecuencia adecuada.

…que la acción conjunta de la dilatación provocada por el calentamiento de la culata, bloque y tornillo, provoca una tensión excesiva del mismo que puede causar deforma-ciones en los hilos de la rosca.

…la disminución de la presión en el circuito permite la aparición de procesos de cavi-tación que acaban erosionando las camisas, que a su vez están relacionada con las vi-braciones de alta frecuencia.

…para que se produzca una unión correcta y estable, los pernos roscados o tornillos deben permanecer dentro de su límite elástico, y ejercer una determinada fuerza, una vez efectuado el apriete. Un segundo uso generalmente provoca la superación de ese lí-mite elástico para unas mismas condiciones.

…la presión final es desigual en los cilindros y con ella la fuerza que reciben los pisto-nes, y por lo tanto la desigual aceleración a la que está sometido el cigüeñal.

..se modifica el nivel relativo del aceite. Su mayor nivel puede provocar una sobrepre-sión en el cárter, en consecuencia una mayor presencia de los vapores de aceite en la admisión (generación de carbonilla) etc. La toma de aceite puede estar dañada y no ser posible la aspiración del aceite, y por lo tanto dificultar la lubricación del motor.

...su rendimiento, puesto que disminuye la relación de compresión.



CAPÍTULO 6: DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS MOTRICES.

6.1. Solución:

Resistencia mecánica. Buena conductibilidad térmica. Poco peso y buen coeficiente de deslizamiento. Mínima dilatación posible.

6.2. Solución:

Porque solo estas aleaciones reúnen las cualidades de resistencia mecánica, baja densidad y grado de conductibilidad térmica requeridas para las condiciones reinan-tes en el cilindro.

6.3. Solución:

La aleación más utilizada para pistones de motores de explosión de cuatro tiempos es Al Si 12 Cu Ni. Para pistones de motores Diesel, turboalimentados, o de dos tiempos, se emplean las aleaciones Al Si18 Cu Ni, o bien Al Si25 Cu Ni. Un aumen-to de la cantidad de silicio aumenta la resistencia mecánica, la resistencia al desgaste y disminuye la dilatación, en contra, dificulta la mecanización. En los motores Die-sel se exigen en mayor medida estas características debido a que la combustión ge-nera condiciones de trabajo más extremas.

6.4. Solución:

Cada aro tiene un cometido especial. Los dos primeros aros (pueden ser tres en mo-tores de servicio pesado) aseguran el sellado, y se llaman aros de compresión. En la última ranura siempre está colocado el aro de engrase, cuya misión es conseguir que el aceite que baña las paredes del cilindro, forme una capa del espesor adecuado.

6.5. Solución:

Son pistones en los que se insertan elementos metálicos durante el proceso de fundi-ción. Su función es aportar estabilidad dimensional al equilibrar las dilataciones tér-micas del pistón. Estos elementos pueden ser placas o anillos de acero situados nor-malmente en la zona del bulón.

En el caso de incorporar un anillo, este es una pieza de acero de sección transversal circular, con la parte exterior lisa o dentada. Esta pieza especial aporta una reduc-ción notable de la dilatación de la parte superior de la falda, es decir, la contigua al alojamiento del segmento rascador de aceite. Existen variantes en las que el aro tie-ne sección transversal oval o bien una placa de acero que rodea completamente a la falda, y que confiere una especial resistencia al pistón.



6.6. Solución:

En general se aplican tres técnicas para el montaje del bulón: deslizante sobre la bie-la y fijo al pistón, fijo a la biela y deslizante sobre el pistón, y deslizante en la biela y deslizante en el pistón (o bulón flotante).

6.7. Solución:

Las bielas están sometidas a fuerzas de compresión, de tracción y de flexión por pandeo, por lo que deben presentar una elevada tenacidad y la menor masa posible.

6.8. Solución:

Desplazamiento lateral de los ejes Falta de paralelismo en los ejes. Torsión del cuerpo de biela. Desgaste de los cojinetes.

6.9. Solución:

Asegurar un deslizamiento suave que evite el gripado. Amortiguar los efectos de las elevadas cargas de trabajo. Evitar el deterioro de la superficie de deslizamiento del cigüeñal por presencia de

partículas que pudieran rayarla. Aliviar al cigüeñal de tensiones mecánicas provocadas por deformaciones o falta de

alineación entre diferentes elementos.

6.10. Solución:

Entre los materiales, se utiliza desde el acero al carbono, para cigüeñales con solici-taciones medias, al acero al níquel-cromo, o aceros al cromo-molibdeno-vanadio pa-ra solicitaciones altas.

6.11. Solución:

Los acodamientos donde se conectan las bielas se denominan muñones de biela o muñequillas, y su posición es alternada con respecto a los muñones de apoyo. En al-gunos de estos brazos, y en el lado opuesto a las muñequillas, se incorporan los contrapesos para compensar el desplazamiento de masa con respecto al eje de giro.

6.12. Solución:

Es importante lubricar perfectamente cada elemento con el aceite adecuado, además de aplicar unaescrupulosa limpieza y de respetar las normas de montaje, y en espe-cial los pares de apriete.

Una vez finalizado el montaje completo del motor, la primera vez que se ponga en marcha debe girar varios minutos al ralentí, y otros a media carga antes de someterlo a un uso normal.

6.13. Solución:

El principio de funcionamiento del amortiguador de oscilaciones se basa en la absor-ción de las mismas mediante un material elástico (normalmente un elastómero) in-terpuesto entre dos discos, uno de ellos solidario al cigüeñal. También se emplean amortiguadores de oscilaciones integrados en el cigüeñal y que disponen como ele-mento de absorción un conjunto de resortes con masas de inercia.



6.14. Solución:

El volante motor es un disco fijado en uno de los extremos del cigüeñal y que tiene de una elevada masa, en consecuencia también dispone de una elevada inercia, que al oponerse a las variaciones de velocidad de rotación del cigüeñal, asegura un fun-cionamiento regular del motor. Esta inercia también permite almacenar energía ciné-tica durante el tiempo de máximo empuje de uno de los pistones. Esta energía se de-vuelve posteriormente al cigüeñal, y permite a este accionar los pistones para reali-zar el resto de las fases del ciclo de trabajo.

6.15. Solución:

La falta de lubricación que ha provocado el gripado es debida probablemente a que la temperatura en la cámara de combustión ha sido excesiva, y ha destruido la pe-lícula de aceite.

Las causas del exceso de temperatura tienen relación con una sobrecarga de trabajo del motor, con disfunciones en el sistema de refrigeración o en el de lubricación, y también con unas combustiones deficientes (mezcla pobre, ángulo de encendido re-trasado, etc.). En los motores diesel puede ocurrir que el combustible diluya el aceite en esa zona. Esto es posible debido a inyectores que gotean, deformados por un mal montaje, o por un momento de inyección incorrecto.

6.16. Solución:

Las causas más habituales de daños en las bielas son:

Lubricación defectuosa. Líquidos o cuerpos extraños en la cámara. Defectos de forma en el cigüeñal. Combustiones detonantes.

6.17. Solución:

Normalmente el pistón se suministra con los aros correspondientes ya montados. Cuando este es el caso, se debe procurar no desmontarlos para evitar deformaciones o roturas de los mismos.

En el montaje de aros nuevos, debe asegurarse que el tipo y sus dimensiones se co-rresponden con las especificaciones del fabricante, además de que se montan en la posición correcta: la cara con la marca “TOP” hacia arriba y los cortes desfasa-dos 120º entre sí. Los aros, una vez montados, deben poder deslizarse con facilidad en la ranura, y tener con respecto a esta la holgura definida por el fabricante. Tanto para el desmontaje, como para el posterior montaje de los aros, es muy conveniente utilizar el útil adecuado (Figura 6.89). Este consiste en unas pinzas especiales que permiten la separación de las puntas del aro y su posterior expansión.

6.18. Solución:

La comprobación de la compresión se realiza con un instrumento llamado compre-sómetro o compresógrafo, La presión en el cilindro desplaza una aguja. El desplaza-miento de la misma queda registrado sobre una tarjeta, donde una escala de valores permite observar el resultado de la prueba, o bien se muestra el valor en una panta-lla.



6.19. Solución:

Se deben aplicar todas aquellas medidas que aseguren la ausencia de partículas ex-trañas tanto en las superficies de trabajo como en los circuitos de lubricación y se-gún el caso de combustible, como por ejemplo limpiar los componentes con papel, no utilizar líquidos abrasivos, en la medida de lo posible, no utilizar el aire a pre-sión, no sacar del envase los componentes hasta el momento del montaje, mantener tapados los componentes desmontados, etc.

...que han de garantizar su cometido tanto en frío como, especialmente , en caliente, por lo que sus dimensiones y formas compensan las dilataciones y deformaciones que se producen en este estado.

...normalmente presenta una sección trapezoidal, que al invertirse, facilita el paso de aceite al interior de la cámara.

...orientada en la dirección del movimiento del pistón para que la expansión provocada por las fuerzas de inercia ayude a mantener el anillo en su ranura.

...el calentamiento excesivo provoca la rotura de la película de aceite y las superficies del pistón y del cilindro dejan de estar adecuadamente lubricadas.

...el semicojinete que corresponde a la parte fija de la cabeza de biela, tiene especiales características de resistencia a la fatiga, al desgaste y a la corrosión.

...aumenta la sección de paso del aceite y por lo tanto el caudal de la misma que retor-na al carter, con la consiguiente caída de presión en el circuito.

...evitar modificar la posición durante el posterior montaje.

...su menor inercia permite mayores aceleraciones angulares.

...que presentan muy buena resistencia a la abrasión y deben trabajar necesariamente en seco.

...mide de forma sencilla y con bastante precisión la holgura entre los componentes y los efectos que sobre ella tienen aspectos como tolerancias de forma, pares de apriete, etc.

...comprobar, como adicional, que la falta de compresión es debida a un mal ajuste de los aros, puesto que dicho aceite sella dicha fuga, por lo que la lectura del valor de la compresión debe subir.

...los cojinetes axiales del cigüeñal.



CAPÍTULO 7: DESCRIPCIÓN Y MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN.

7.1. Solución:

El sistema de distribución en un motor alternativo tiene la misión de permitir la entrada de la mezcla o del aire, según el tipo de motor, al interior de los cilindros y la posterior salida de los gases resultantes de la combustión al exterior. Tanto la llegada como la salida de los mismos se debe producir en los momentos adecuados, y de forma sincronizada con la posición de los pistones

7.2. Solución:

Existe cierta diversidad de los mismos debido a que se aplican diferentes configuraciones de la distribución, pero en general están presentes los siguientes:

Válvulas de admisión y de escape con sus sistemas de fijación y apoyo: Guías y asientos de válvula, resorte de válvula y los elementos de apoyo del mismo, llamados copela y semiconos.

Árbol de levas y mecanismos de accionamiento: Ruedas dentadas, cadenas, correas y tensores.

Balancín y eje de balancín. Empujador mecánico o hidráulico y mecanismos de regulación de la holgura.

7.3. Solución:

El árbol o los árboles de levas se encuentran formando parte del conjunto de la culata y están situados muy cerca de las válvulas, de forma que se simplifican los mecanismos de accionamiento de las mismas al requerir muy pocos componentes. El reducido número y peso de los componentes permiten que el conjunto de la distribución aporte poca inercia, y en consecuencia facilite un elevado número de revoluciones al motor.

7.4. Solución:

Normalmente se realiza mediante uno de los siguientes: por cadena guiada por patines, por correa dentada con tensores, o por tren de engranajes. Cada uno de estos sistemas, con sus ventajas e inconvenientes, se pueden montar en cualquier tipo de motor, aunque está generalizado el uso de la correa dentada, y en menor medida, el tren de engranajes. Otro sistema posible, el accionamiento por árbol de reenvío, se utiliza muy poco.

7.5. Solución:

Es un sistema económico por la simplicidad del mecanismo y por los materiales em-pleados en su fabricación. Su funcionamiento es silencioso, no necesita lubricación y su montaje o desmontaje no ofrece complicaciones debido a que se encuentra en la zona exterior del bloque motor.



7.6. Solución:

Esta solución se utiliza cuando el cigüeñal y el árbol de levas están lo suficiente-mente próximos, por ejemplo en disposición OHV, o en motores de competición de filosofía DOHC que desarrollan un alto par motor, donde el régimen de giro es muy elevado y prima su seguridad de marcha.

7.7. Solución:

La disposición multiválvula permite mejorar la “respiración” del motor a un alto ré-gimen de giro que favorece una mayor generación de par. Simultáneamente, la cá-mara de compresión puede ser de menor tamaño y de forma más adecuada, además de permitir la ubicación de la bujía, o del inyector, en el lugar ideal. El mejor desa-rrollo de la combustión en estas condiciones disminuye la tendencia al picado del motor, por lo que permite elevar la relación de compresión y conseguir así un mayor rendimiento.

7.8. Solución:

Reciben este nombre por el hecho de que no disponen de eje, y su montaje se realiza mediante el apoyo de sus extremos en la válvula y en un empujador hidráulico. El accionamiento se realiza directamente por la leva, con interposición, en la mayoría de casos, de un rodillo que además actúa como tercer punto de apoyo.

7.9. Solución:

Está configurado como un cilindro hidráulico con dos zonas diferenciadas. La zona superior (taza) recibe el caudal de aceite del motor a través de un orificio situado en una ranura anular. Esta situación se da cuando el empujador está en reposo. La zona inferior está en contacto con el vástago y equipa una válvula antirretorno que cierra una cámara interior.

La presión del aceite provoca el desplazamiento de ambas partes hasta que entran en contacto con la leva y la válvula, adaptándose por lo tanto a la distancia existente en ese momento entre ambos componentes, pero sin ejercer la fuerza suficiente como para desplazar la válvula. Cuando la leva desplaza al empujador se produce el cierre de la entrada de aceite al mismo. El aceite que está atrapado en la “cámara de alta presión” por efecto de la válvula antirretorno, aumenta de presión (debido al grado de incompresibilidad del aceite), convirtiendo al empujador en un elemento rígido que permite la transmisión del movimiento al vástago de válvula.

7.10. Solución:

El objetivo de las guías de válvula es absorber los esfuerzos laterales, deslizamien-tos lineales, centrar la válvula sobre su asiento y disipar calor desde el vástago a la culata. En consecuencia han de ser buenas conductoras de calor, tener un buen co-eficiente de deslizamiento y buenas propiedades autolubricantes.

7.11. Solución:

La fatiga del muelle tiene como consecuencia directa la pérdida de elasticidad y la disminución de su longitud. La falta de perpendicularidad del muelle por causa de estar deformado o mal montado provoca que el vástago de válvula sufre un empuje lateral. La rotura del muelle provoca fallos en el motor debido a que no es posible el correcto cierre de la válvula.



7.12. Solución:

La formación de carbonilla en la cabeza de válvula en la zona contigua del vástago y en el asiento de válvula, lo que dificulta el flujo de gases y puede impedir una correcta estanqueidad del cierre. Los vástagos de válvula pueden presentar desgastes y eventualmente deformaciones, y en la zona del asiento de válvula se pueden producir erosiones, ralladuras o grietas que impiden la perfecta hermeticidad del cierre.

7.13. Solución:

Inicialmente se debe proceder a una inspección visual y observar que las superficies de trabajo, y especialmente las levas, no presentan ningún tipo de daño como des-gastes y roturas. Otros aspectos a verificar son la holgura en los apoyos y su alinea-ción, el alzado de las levas y la holgura axial respecto a su alojamiento.

7.14. Solución:

Se puede proceder de la siguiente forma:

Hacer funcionar el motor tres minutos a 2.500 rpm. Un minuto al ralentí. Repetir el ciclo dos veces. En condiciones normales, los empujadores deberían estar en perfectas condiciones de

funcionamiento. Si persisten los ruidos, se deben realizar otros dos ciclos, que de no ser suficientes, será un indicio de que están en mal estado.

...esta configuración facilita el empleo de soluciones que inciden favorablemente sobre el rendimiento del mismo, como las multiválvulas, las distribuciones variables o los sis-temas de compresión variable y que también inciden en una menor contaminación.

...permite contrarrestar en parte la pérdida de prestaciones que provocan las soluciones que se incorporan al motor para respetar dichas normas, tal como la recirculación de gases, catalizador, filtro de partículas, etc.

...las condiciones de trabajo también lo son y se necesitan materiales y características constructivas distintas para cada una de ellas. Las válvulas de admisión pueden ser menos robustas y de mayor diámetro para favorecer el paso de gases frescos al cilindro. Las válvulas de escape tienen el diámetro de la cabeza proporcionalmente más reducido que el de las válvulas de admisión.

...de esta forma es posible adaptar de forma precisa el movimiento de las válvulas al flujo de los gases.

...se minimiza el esfuerzo absorbido por el trabajo de compresión .

...cuando desaparece la delgada capa cementada y templada, aflora el material con tenacidad, pero con poca dureza.

…actúan en una zona próxima al punto de apoyo, lo que provoca una ampliación del desplazamiento que sufre la parte del balancín en contacto con la válvula.



…que la dilatación de la válvula cuando alcanza la temperatura de servicio, no afecte al recorrido de la misma.

...provocar el giro del empujador, para que de esta forma el desgaste sea uniforme en toda su superficie de deslizamiento.

...las posibles variaciones de algunas propiedades del aceite como la viscosidad, podrían alterar la velocidad de su llenado, mantiene el grado de viscosidad en un margen ncluso las variaciones de viscosidad del aceite afectar

...quedan tensiones acumuladas en la correa que se liberan durante el giro, y que podrían afectar a la correcta regulación del tensor.

...los tratamientos térmicos que aportan dureza, afectan a una capa superficial de las superficies de trabajo, por lo que incluso un ligero mecanizado puede llegar a eliminarla en su totalidad.



CAPÍTULO 8: SISTEMAS DE SOBREALIMENTACIÓN Y BARRIDO.

8.1. Solución:

El sistema de admisión ha de conducir la masa de aire que necesita el motor desde el exterior hasta los cilindros, garantizando la mínima pérdida de carga posible y evitar el paso de partículas que puedan dañar los órganos del motor. La temperatura del ai-re no debe alterarse durante el recorrido, de forma que no incida negativamente so-bre la densidad; además, el ruido de admisión ha de mantenerse en valores que no afecten al confort.

8.2. Solución:

En todos los motores:

Filtro de aire. Conductos de aire. Colector de admisión. Sensores del sistema de gestión del motor (presión, masa, temperatura del aire, etc.)

En los motores sobrealimentados:

Turbocompresor y/o compresor volumétrico. Intercambiador de calor (intercooler).

En los motores de gasolina:

Cuerpo de mariposa.

En un sistema de admisión también se pueden incorporar componentes que cumplan otras funciones, como la recirculación de gases de escape, o el circuito de recupera-ción de los vapores de combustible (cánister).

8.3. Solución:

El diseño del colector favorece el llenado de los cilindros debido al aprovechamien-to de dos efectos producidos por el desplazamiento del aire en el colector: la reso-nancia y la inercia. Se produce un efecto de sobrellenado cuando una onda de pre-sión llega en el momento justo en que se abre la válvula de admisión y se produce cuando el motor gira a un determinado margen de revoluciones. La inercia de la ma-sa de aire que circula por el colector, o resistencia al cambio de velocidad, provoca que continúe entrando en el cilindro, incluso cuando el pistón está iniciando la com-presión. Ambas circunstancias se producen en función del diseño del colector de ad-misión.

8.4. Solución:

El efecto de sobrellenado de los cilindros por resonancia se produce en función de la frecuencia de la pulsación del aire de admisión. Dicha frecuencia depende de la lon-gitud y de la sección del colector para unas determinadas revoluciones. En conse-



cuencia, cuando se alteran estas características geométricas, el efecto de sobrellena-do se puededar en un margen de revoluciones más amplio.

8.5. Solución:

Admisión variable por longitud del colector y admisión variable por resonancia. Los colectores de admisión variable por longitud, incorporan mecanismos que obli-gan a circular al aire por uno de los tramos posibles en función de las revoluciones del motor, y que están ubicados estratégicamente en el colector. Generalmente cons-tan de mariposas, mariposas combinadas, o cilindros giratorios con canales, que se accionan mediante válvulas neumáticas, o bien por motores eléctricos.

Los colectores de admisión variable por resonancia incorporan una cámara, denomi-nada cámara de potencia, con una determinada forma y volumen. Ésta puede estar o no en comunicación con los tubos de reverberación según la actuación de un meca-nismo gobernado por la unidad de control del motor.

8.6. Solución:

Los cambios en el diagrama de distribución están definidos por la actuación de la unidad de control del motor. Las variables que influyen en su gestión son la tempe-ratura del motor, el número de revoluciones y el par que se demanda al motor. La variación de la fase de distribución se puede producir de forma que se adecue a cada momento de trabajo del motor, o bien producirse repentinamente en el instante en que se cumplan las condiciones de trabajo prescritas.

8.7. Solución:

Normalmente se aplica en el árbol de levas de admisión, puesto que existe una ma-yor dificultad para conseguir el correcto llenado de la cámara de compresión que la evacuación de los gases de escape.

8.8. Solución:

Mediante la sobrealimentación se fuerza la entrada de aire en los cilindros con el ob-jetivo de aumentar el grado de llenado de los mismos respecto al que se hubiera ob-tenido por aspiración. A la mayor masa de aire aspirada le acompaña una mayor do-sificación de combustible. La combustión de esta cantidad extra de mezcla provoca un incremento de la presión media efectiva en los cilindros, y en consecuencia, una ganancia de par y potencia para una misma cilindrada y régimen de giro.

8.9. Solución:

El conjunto de eje con la turbina y el rotor, gira a elevadas velocidades. Soporta temperaturas próximas a los 800ºC en la zona de la turbina, y mucho más bajas, a una corta distancia, en la zona del rotor.

8.10. Solución:

Los compresores de tipo Rotos, están compuestos por dos rotores situados en un alo-jamiento ovalado. El compresor de pistones rotativos Wankel, similar al anterior, pero con los perfiles de los rotores en forma de martillo. Compresores Sprintex , cu-yos rotores son de perfil helicoidal, pero uno de ellos tiene forma de estrella y el otro de lóbulos. El compresor Pierburg de pistón rotativo, similar al Wankel, donde un rotor con tres álabes describen una trayectoria circular sobre un tambor rotativo



con cuatro cámaras. El compresor de lóbulo rotativo KKK dispone de un rotor de dos lóbulos que gira con una determinada excentricidad en el interior de otro rotor cilíndrico. En el compresor G, el aire se comprime mediante el movimiento oscilan-te de una placa con dos láminas con forma de espiral en cada cara (espirales móvi-les), que junto con la carcasa (cárter), con forma de espiral también, dan lugar a una cámara variable

8.11. Solución:

Los sistemas de limitación o regulación de la presión se basan en dos conceptos:

Por derivación de parte de los gases de escape mediante un conducto que puentea al rotor de compresión.

Variando la energía con la que los gases de escape actúan sobre los álabes del rotor (geometría variable).

8.12. Solución:

Está formado por un turbocompresor centrífugo, similar al convencional, que dispo-ne adicionalmente de un disco con álabes directrices alrededor de la turbina. Los ga-ses de escape son obligados a circular entre ellos antes de incidir sobre la turbina. Las diferentes posiciones de trabajo de los álabes fuerzan la velocidad y orientación de los gases de escape sobre el rodete de la turbina del turbocompresor, que en con-secuencia, gira a mayor o menor velocidad.

8.13. Solución:

La presión a la que se somete el aire provoca una considerable elevación de su tem-peratura, y en consecuencia disminuye la densidad de la misma. El intercambiador permite reducir la temperatura del aire de admisión a valores comprendidos entre los 50 y 60ºC, mediante un intercambio de calor con el aire de marcha que lo atraviesa. De esta forma aumenta de nuevo la densidad del aire y por lo tanto la concentración de oxígeno.

8.14. Solución:

El aire está impulsado por un compresor volumétrico y por un turbocompresor. De esta forma, el primero asegura la adecuada sobrealimentación en regímenes bajos y medios del motor, mientras que el segundo lo hace especialmente en regímenes me-dios y altos. Ambos mecanismos pueden trabajar por separado o conjuntamente, en función de las exigencias de par y el régimen de giro del motor. La aplicación con-junta de dos sistemas de sobrealimentación, permite combinar las ventajas de ambos y conseguir que el motor ofrezca valores de par máximos en toda la gama de revolu-ciones.

8.15. Solución:

El sistema de escape tiene por objetivo conducir los gases resultantes de la combus-tión, desde los cilindros hasta el exterior, de forma rápida y eficaz, de manera que permita la expansión de los gases, ofreciendo la mínima resistencia posible y limi-tando el nivel sonoro a valores aceptables.



8.16. Solución:

La instalación de escape está compuesta por el colector de escape, tubos de escape, uno o varios catalizadores, silenciadores y sensores varios fijados en algunas partes de su recorrido.

8.17. Solución:

En el catalizador se transforman, cuando trabaja a pleno rendimiento, la práctica to-talidad de los productos tóxicos presentes en los gases de escape, en productos ino-cuos para la salud. Es un componente fundamental para conseguir que las emisiones de los motores cumplan con la legislación medioambiental, que limita, entre otros productos, las cantidades de monóxido de carbono, hidrocarburos y óxidos de nitró-geno.

8.18. Solución:

La temperatura en el mismo debe ser de 800ºC, que se alcanza debido a su ubicación próxima al colector de escape y al calor generado por las oxidaciones (reacciones exotérmicas). Como el catalizador necesita algunos minutos para alcanzar esa tem-peratura tras el arranque del motor, en muchos casos se instalan precatalizadores junto al colector que alcanzan la temperatura de trabajo rápidamente.

En los catalizadores de tres vías, las reacciones químicas solo se realizan de una for-ma completa si existe una determinada cantidad de oxígeno en los gases de escape. Los catalizadores de dos vías utilizados en las motorizaciones diésel trabajan bajo los mismos principios que los de tres vías, pero no exigen la presencia de la sonda ni la intervención de la unidad de control, y solo es necesario asegurar la suficiente cantidad de oxígeno para que se puedan realizar las dos oxidaciones.

8.19. Solución:

Por reflexión. Por interferencia. Por absorción. Por resonancia.

...que representa un freno a la entrada de aire y por lo tanto provoca una disminución de la cantidad de mezcla que llega a la cámara de compresión.

...disminuye la sección de paso del mismo, modifica el flujo del aire y retiene parte del combustible inyectado.

...a la cámara de compresión llega aire adicional que no ha sido medido, no se inyecta por lo tanto el combustible suficiente y la mezcla resulta pobre.

...el llenado del motor es mejor y lo es en una zona de revoluciones más amplia.

…aumenta la potencia y el par motor sin necesidad de aumentar la cilindrada del mo-tor.



...en el primer caso, solo después de algunos segundos se genera la presión adecuada en el circuito de lubricación, y en el segundo caso, se mantiene la circulación y presión del aceite en el turbo mientras disminuyen las revoluciones de la turbina.

...la elevada presión de soplado calienta el aire en exceso y se produce pérdida de den-sidad.

...al tratarse de hidrocarburos, se oxidan en el catalizador provocando aumentos loca-les de temperatura y la fusión parcial del nicho cerámico del catalizador.

...aporta una mayor o menor facilidad a la evacuación de gases del motor.



CAPÍTULO 9: SISTEMA DE LUBRICACIÓN.

9.1. Solución:

Es un fluido que se interpone entre las superficies de dos componentes y evita el contacto entre ellas, por lo que el deslizamiento solo se produce entre las capas de dicho fluido. Como entre estas capas el rozamiento es muy pequeño, también es mucha menor la energía consumida. La ausencia de contacto físico entre las superficies de los componentes, evita su desgaste y su calentamiento al generarse una menor cantidad de calor.

9.2. Solución:

Además de lubricar, amortiguan los golpeteos entre componentes, lo que minimiza tanto el desgaste como el ruido. Permite evacuar el calor, aporta la estanquidad suficiente para evitar fugas y arrastra residuos e impurezas hasta el filtro.

9.3. Solución:

Existen sustancias lubricantes en estado sólido (grafito, el bisulfuro de molibdeno, aleaciones con un bajo rozamiento, etc.), semisólido (grasas) y líquido (aceite) y que pueden tener origen mineral, vegetal o sintético.

9.4. Solución:

Cada uno de los aditivos aporta o refuerza un comportamiento al lubricante, de forma que se definen tantos como características se exige al mismo: antioxidantes, detergentes, dispersantes, antiespumantes, antidesgaste, los que mejoran la viscosidad, la extrema presión, etc.

9.5. Solución:

Los aceites se clasifican dependiendo de su naturaleza en:

Vegetales. Minerales. Semi-sintéticos. Sintéticos.

9.6. Solución:

Físicas: viscosidad, adherencia, punto de congelación, punto de inflamación Químicas: estabilidad química, extrema presión, fuerza de cohesión, grado de acidez,

grado de cenizas. Físico-químicas: antidesgaste, antiespumante, detergente, dispersante, antioxidante

9.7. Solución:

Es la resistencia que opone un líquido a desplazarse o fluir por un conducto definido, y que depende del mayor o menor rozamiento de sus moléculas al deslizarse entre sí. Este rozamiento es función en gran medida de la temperatura y



de la presión a que está sometido el aceite: A mayor temperatura, menor viscosidad, y a mayor presión, mayor viscosidad.

9.8. Solución:

S.A.E. Sociedad Americana de Ingenieros Automotrices. A.P.I. Instituto Americano del Petróleo. A.S.T.M. Sociedad Americana de Ingenieros Automotrices. C.C.M.C. Comité de Constructores de Automóviles del Mercado Común. A.C.E.A. Asociación de Constructores Europeos de Automóviles. I.S.O. Organización Internacional de Estándares. M.I.L. Militar (Ejército de los Estados Unidos). S.H.P.D.O. Super High Prestaciones Diesel Oil. N.L.G.I. Instituto Nacional de Grasas Lubricantes.

9.9. Solución:

Bomba de engranajes. Bomba de sector. Bomba de rotor.

9.10. Solución:

La limitación de la presión se lleva a cabo mediante la acción de una válvula de descarga situada en la zona de impulsión, que tanto puede ser en la bomba, en el soporte del filtro o en el canal principal.

9.11. Solución:

Complementa la acción refrigerante que se produce en el cárter manteniendo la temperatura del aceite en valores próximos a los 85ºC, de forma que no se alteren las cualidades lubricantes del mismo.

9.12. Solución:

Las presiones habituales en el circuito oscilan entre 2 bars y 3.5 bars con el motor a temperatura de servicio, y de 5 bars con el motor frío.

9.13. Solución:

Presión incorrecta: inferior, superior a la nominal o irregular. Consumo excesivo de aceite. Falta de lubricación en un punto o zona. Pérdidas de aceite.

9.14. Solución:

Es un aceite multigrado que se comportará a bajas temperaturas como un 20W, y a altas temperaturas como un SAE 40, incluidos los intermedios SAE 20 y SAE 30.



...los elementos del motor no están correctamente lubricados debido a que la presión de trabajo en el circuito de lubricación no se alcanza de forma instantánea y a que el acei-te no está a temperatura de servicio, por lo que sus características no son las óptimas.

...tenderá a fluir con dificultad por los conductos de engrase, lo que provoca dificulta-des de lubricación un mayor consumo de potencia y sobrecalentamiento del mismo. También quedarán afectados los componentes cuyo funcionamiento depende del siste-ma de lubricación como los taqués hidráulicos, tensores, etc

...el aceite con la viscosidad baja no soportará las exigencias del trabajo con altas car-gas y aumentarán los ruidos de funcionamiento del motor.

...el deslizamiento se produce entre las capas de l mismo y el rozamiento es mucho me-nor.

...permite evacuar el calor de zonas a las que el sistema de refrigeración no tiene acce -so.

…el aceite ha de trabajar a temperaturas muy bajas y muy altas, y debe soportar las cargas y presiones a las que están sometidas los componentes en ambas condiciones.

...en su uso fuera del asfalto pueden adoptar inclinaciones que, de incorporar cárter húmedo, afectan en exceso al nivel del aceite con las consiguientes consecuencias.

...con esta configuración circula una mayor cantidad de aceite por el filtro, lo que repercute favorablemente en su estado de limpieza.

...transcurre un mayor tiempo hasta que es filtrado la totalidad del aceite.

...cuando el elemento filtrante se obtura, no sea posible la circulación del aceite, la vál-vula antiretorno mantiene el circuito lleno de aceite mientras el motor permanece pa-rado.

...aumenta la presión en el cárter, lo que representa una resistencia añadida al despla-zamiento de los pistones, y por lo tanto una pérdida de rendimiento. También aumenta la cantidad de aceite vaporizada que llega al colector de admisión y existe el riesgo de que el cigüeñal gire en contacto con el aceite, lo que puede provocar en casos extremos su rotura.

...a través de la holgura del mismo el aceite pasa al sistema de admisión y al sistema de escape. En el primer caso puede ser el origen de la formación de carbonilla, y en el se -gundo del posible deterioro del catalizador.

...el caudal generado por la bomba retorna al cárter, por lo que no se genera presión en el circuito de lubricación. Sin esta presión, los empujadores hidráulicos no actúan sobre las válvulas y el motor no arranca.

...la totalidad del aceite se decante hasta el cárter y sea posible la verificación segura de su nivel.



CAPÍTULO 10: SISTEMA DE REFRIGERACIÓN.

10.1. Solución:

Conseguir que el motor alcance la temperatura de servicio rápidamente y que se mantenga en el margen previsto en cualquier circunstancia.

10.2. Solución:

Los motores presentan una gran sencillez de construcción con el consiguiente ahorro de costes de fabricación y de mantenimiento. Adicionalmente presentan una relación peso-potencia muy favorable, menor tamaño relativo y una elevada fiabilidad.

10.3. Solución:

La circulación del líquido se fuerza mediante la presencia de una bomba centrífuga accionada por el motor, de manera que la elevada velocidad de circulación del líquido permite evacuar una gran cantidad de calor.

10.4. Solución:

El circuito cerrado y presurizado permite que en su interior la presión alcanze valores superiores a la atmosférica, de forma que la temperatura de ebullición del líquido refrigerante asciende hasta los130ºC, por encima de la temperatura óptima de funcionamiento del motor, próxima a los 100ºC, de manera que la evaporación es prácticamente nula..

10.5. Solución:

El valor máximo de la presión está limitado por válvulas que permiten la salida de vapor del circuito cuando se alcanza el valor máximo de presión, próximo a 1,5 bares.

10.6. Solución:

Los elementos que forman parte de un circuito de refrigeración genérico son los siguientes: bomba de agua, radiador, depósito de expansión, radiador de la calefacción, y canalizaciones. Para la regulación de la temperatura se emplean el termostato y los ventiladores.

10.7. Solución:

Debe presentar una gran facilidad para la circulación del líquido por su interior y simultáneamente, una buena permeabilidad para el paso del aire, una gran superficie de contacto de la zona radiante y capacidad para soportar las tensiones mecánicas producidas por la vibración del vehículo.



10.8. Solución:

El elemento de cierre del termostato está compuesto por una válvula doble, una principal y otra auxiliar, que adoptan diferentes posiciones en función de la temperatura del líquido refrigerante Con el motor frío (temperaturas inferiores a 70ºC), mantienen cerrado el paso del mismo hacia el radiador, por lo que circula desde el termostato hasta la bomba a través del bloque motor, de la culata y por el circuito de la calefacción. De esta forma, el líquido refrigerante se calienta rápidamente. A medida que la temperatura del líquido alcanza valores próximos a 80ºC (dependiendo del motor), la válvula auxiliar cierra el paso del líquido hacia la bomba y la válvula principal permite el paso del líquido frío procedente del radiador, que se mezcla parcialmente con el que está caliente. Cuando el motor está a temperatura de servicio (cercana a 100ºC), la posición de los elementos de cierre de ambas válvulas obliga a la totalidad del líquido refrigerante a circular a través del radiador, por lo que el líquido se refrigera. La regulación de la temperatura se produce mediante continuas aperturas y cierres de la válvula.

10.9. Solución:

Los electroventiladores deben de impulsar el suficiente caudal de aire que garantice la refrigeración en todas aquellas situaciones en las que se produce un incremento de la temperatura del líquido refrigerante, debido a que cuando el vehículo circula a baja velocidad o está parado, el pequeño flujo de aire que incide sobre el radiador, o su total ausencia, no permite la adecuada evacuación del calor.

10.10. Solución:

El control eléctrico del motor se establece mediante termocontactos situados en la parte inferior del radiador. Normalmente, se utilizan dos niveles de refrigeración que están definidos por el tarado de los termocontactos. Cuando el control es electrónico, la unidad de mando del motor asume el control de la temperatura del mismo a partir de la medición de variables como la temperatura del líquido refrigerante, el rendimiento del radiador, el estado de carga del motor, la velocidad del vehículo, la temperatura exterior y las necesidades del climatizador.

10.11. Solución:

Deben tener un bajo punto de congelación, alto punto de ebullición, propiedades anticorrosivas, antiincrustantes y antiespumantes.

10.12. Solución:

Nunca se debe abrir el circuito con el motor caliente, puesto que existe el riesgo de quemaduras por salpicadura. En cualquier caso, se debe utilizar una protección a la hora de aflojar el tapón de llenado (por ejemplo, envolviéndolo con un trapo) y se debe evitar el contacto del líquido refrigerante con la piel, incluso cuando está frío. También debe evitarse su contacto con elementos del vehículo, especialmente las superficies pintadas, puesto que puede llegar a dañarlas.



...que el exceso de temperatura que alcanza el motor, altera algunas características del aceite, entre ellas la capacidad de lubricación.

...es en ese margen de temperatura en el que ofrece un mayor rendimiento y sus compo-nentes trabajan en las condiciones óptimas.

...aumenta la temperatura de ebullición del líquido refrigerante y se evita prácticamen-te las pérdidas del mismo por evaporación.

...mantiene un gran caudal de líquido refrigerante en circulación. En general, la bomba debe imprimir una velocidad al líquido próxima a 1 m/s y un caudal de 1m3/hora a ré-gimen de ralentí.

...presentan una menor altura y tienen un elevado rendimiento, debido a que el líquido entra y sale por el mismo lado del radiador, por lo que ha de recorrer un camino más largo dos veces: en la mitad superior en un sentido, y en la inferior en sentido contra -rio. Este tipo de radiador, debido a su menor altura se adapta mejor al diseño aerodi-námico de los turismos.

...permiten un calentamiento más rápido del motor al cerrar el paso del líquido refrige-rante al radiador

...que en la zona donde se produce no es posible la evacuación de calor y se produce un sobrecalentamiento de los elementos del motor afectados.

...si dicha temperatura aumenta en el régimen de media carga, el motor genera más po-tencia y disminuye la emisión de contaminantes. Esto mismo ocurre cuando la tempera-tura desciende en el régimen de plena carga.

...lo indica el fabricante en el libro de mantenimiento o bien cuando se ha de desmontar algún componente del motor que implica vaciar el circuito de refrigerante.

...que la temperatura del refrigerante no sea excesiva y que no haya presión en el mis-mo para evitar quemaduras por salpicaduras.


solucionario de motores de combustion

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