ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DEL MOTOR

Culata
http://www.reycomotor.com/Reyco/Kitset/Images/Culata.gif
Sirve de cierre al cilindro por su parte superior ( la mas alejada del cigueñal). En ella va dispuesta la camara de combustion, en la que a su vez se disponen las valvulas, la bujia y/o el inyector (segun sea gasolina o diesel) y , si procede, el arbol de levas. Entre ella y el cilindro, se dispone la llamada junta de culata, elemento de gran importancia, or estar expuesta a las elevadas temperaturas y presiones que se generan en el interior de la cavidad volumetrica.

La culata se suele fabricar en aluminio, debido a su ligereza y conductividad termica. Asimismo, en su interior dispone de conductos para lubricacion y, si procede, refrigeracion, asi como los correspondientes a admision y escape, para renovar la carga despues de cada ciclo. En vehiculos industriales, el material utilizado es la fundicion de hierro, por su mayor robustez.

Su funcion mas importante es servir de cierre al cilindro por su parte superior, alojando la camara de combustion, de cuyas formas y perfiles dependen en gran medida el rendimiento obtenido del motor.

ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DEL MOTOR

Cilindro. Bloque

Sirve de guia al pistón en su recorrido, el cual se lleva a cabo a lo largo de la carrera, delimitada entre ambos puntos muertos (PMI y PMS). En motores multicilindricos (con mas de un cilindro) de automovil, se disponen en el llamado bloque, que sirve de soporte y anclaje al resto de los elementos del motor.

Los bloques se suelen fabricar en aluminio (disposicion mas empleada en motores de gasolina) o en fundicion de hierro (propia de motores diesel), disponiéndose en el primer caso de un elemento postizo, constituido por una camisa de hierro que constituye el cilindro como tal, puesto que es por donde se desplaza el pistón. Según la posposición de los cilindros en el bloque, y el material utilizado en la fabricacion del mismo, se distinguen cuatro tipos de construccion:

1. Bloque Integral: En el que no se disponen camisas, por estar el bloque fabricado en fundición de hierro y mecanizarse directamente los cilindros en el mismo.


2. Bloque de Camisas Secas: Fabricado en cualquiera de los materiales citados, como se ha mencionado anteriormente, se dispone un cilindro postizo, denominado camisa, por el que se desplaza directamente el pistón. Presenta el inconveniente de que la unión camisa-bloque ha de ser muy precisa, para que se pueda trasmitir con eficacia el calor sobrante de la combustión al circuito de refrigeracion.


3. Bloque de Camisas Húmedas: Empleado en motores con refrigeracion liquida (son los mas numerosos hoy en día). En el mismo, las camisas o cilindros postizos están en contacto directo con el liquido refrigerante, permitiendo una refrigeracion mas eficaz y fiable.


4. Cilindros Tratados: Sistema empleado cuando cuando el material usado en la fabricacion del bloque es aluminio o cualquier aleación ligera a base de dicho material y no se emplean camisas. Para ello se sustituye la camisa de hierro por un tratamiento superficial del aluminio, que consiste en un recubrimiento electrolitico formado por níquel y carburo de silicio y que se generaliza como nikasil.

Preguntas para resolver

1. ¿Que ventajas ofrecen las camisas húmedas?
2. ¿Con que componentes se realiza el tratamiento conocido como nikasil?
   

TIEMPOS EN EL MOTOR DIESEL

Se estudiara el funcionamiento de cada tiempo en el motor diesel, con la particularidad de que sera comparado con el ciclo otto, ya conocido, y cuya estructura básica es muy similar. Esto sera aprovechado para facilitar las explicaciones, al tiempo que se evita caer en reiteraciones innecesarias. Aquí partimos con la base de un motor alternativo, similar al de gasolina, en el que la principal diferencia con el mismo esta en la sustitucion de la bujía por un inyector. Dispone por lo tanto de válvulas, biela, pistón etc.

1. Admisión: En el que, a diferencia del motor de gasolina, el pistón al descender solo succiona aire; es decir, no entra combustible en la cavidad volumétrica. Dada la menor inercia del aire frente a la mezcla, el llenado es mas efectivo.
2. Compresion: Lógicamente, al haberse admitido solo aire en el tiempo anterior, es solo eso lo que se comprime, lo cual es una diferencia en si misma, pero por otra parte, dicho aire es comprimido mucho mas que en el motor de gasolina. Ello esta motivado por el elevado índice de relación de compresion, que practicamente dobla al del citado motor. Por tanto la presión y temperatura al final de este tiempo son mucho mas elevadas, siendo ello imprescindible para la realización del siguiente tiempo.
3. Combustión: En el que la temperatura del aire ha de estar muy por encima del punto de inflamacion del gasoil. Por tanto, el combustible es introducido en la cámara de combustión por el inyector, a alta presión (desde 120 hasta 2000 bares), para así contrarrestar el alto valor de la misma existente en la cavidad volumétrica. Al iniciarse la inyección, el gasoil entra en contacto con el aire caliente, iniciándose la combustión. Ello hace que la presión aumente considerablemente, provocando el desplazamiento del pistón hacia el PMI, generándose por tanto trabajo. Dado que la inyección se prolonga en función de la dosificacion, la combustión se realiza durante la carrera descendente del pistón, por lo que el volumen de la cavidad volumétrica aumenta considerablemente.
4. Escape: Aquí existen pocas diferencias con respecto al motor de gasolina realizándose el barrido de gases residuales en circunstancias similares a este.

Preguntas para resolver

1. Diga 4 diferencias durante la compresion en un motor diesel frente al motor de gasolina.
2. Como se encuentran las valvulas de escape y admision cuando el piston esta e PMS.

MOTOR DE 4 TIEMPOS CICLO DIESEL

El motor diesel ha adquirido en nuestros días una relevancia tal , que en muchos segmentos del mercado, las ventas de automoviles dotados de este tipo de propulsor, están muy por encima de las de los modelos dotados de motores de gasolina. De todos es conocida su economía de utilizacion, unida al hecho de emplear un combustible con un precio de mercado muy inferior al de la gasolina.
En cuanto a su ciclo de funcionamiento, al igual que el motor de ciclo otto, puede ser de dos o de cuatro tiempos, siendo este ultimo con diferencia, el mas empleado. A su vez en función del tipo de alimentacion empleado, el ciclo sufre transformaciones tan grandes, que se hace necesario hablar de ciclos distintos.
Como combustible emplea el gasoil, que es un derivado del petróleo integrado en el conjunto de los aceites combustibles, obtenido por destilación fraccionada, obteniéndose en un porcentaje que oscila en torno al 10%, respecto al volumen total del crudo. El dato mas importante a considerar en el gasoil es la llamada temperatura de inflamacion, la cual se encuentra en los combustibles comerciales, en torno a los 65°.

La importancia de este dato viene dada por la forma de inflamarse el combustible, dado que en este motor, a diferencia del otto, ello se produce por contacto con el aire previamente calentado, al ser introducido directamente en la cavidad volumétrica al final de la compresion, por lo que no se dispone bujía ni circuito de encendido.

Preguntas para resolver

1. Diga 4 diferencias entre los motores diesel y gasolina.
2. Diga 2 diferencias durante la compresion en un motor frente al motor de gasolina.

MOTORES DE INYECCION DIRECTA

En este tipo de motores, de reciente aparición en el mercado se conjugan una seria de modificaciones durante el tiempo de admisión, que hacen que se vea afectado el propio ciclo de funcionamiento.

Dado que la aportación de combustible se realiza directamente en la propia cavidad volumétrica, solo circula aire por el conducto de admisión, lo cual beneficia el llenando, dado que posee menos inercia que la mezcla, transcurriendo menos tiempo desde que el pistón comienza a succionar, hasta que el aire entra. Asimismo, dada la forma de los colectores y de la cabeza del pistón, la turbulencia generada por la corriente de entrada, no se dirige hacia las paredes del cilindro, sino que lo hace en sentido ascendente, dirigida hacia la zona de la bujía, para así favorecer posteriormente la preparación del frente de llama.

Preguntas para resolver

1. En los motores de inyección directa, ¿que ventajas se obtienen en el modo de alimentacion convencional?
2. ¿Que dosificacion se emplea en el modo de alimentacion de bajo consumo, en una inyección directa?

CICLO 4 TIEMPOS

Aquí se quiere hablar un poco del ángulo de giro de cigüeñal, y de algunos ángulos característicos en el motor. El ángulo antes aludido es el que forma el brazo del cigüeñal con la vertical del eje del cilindro, llamado α en la figura.

α es cero en el punto muerto superior (PMS) correspondiente al cruce de válvulas, 180º (o π) en el punto muerto inferior (PMI) después de admisión, 360º (vale, también 2π) en PMS durante combustión, etc.

La admisión de la mezcla en el cilindro suele empezar algo antes de que el cigüeñal pase por el punto muerto superior, se llama Adelanto a la Apertura de Admisión (AAA) al ángulo que gira el cigüeñal desde que se empieza a abrir la válvula de admisión hasta que pasa por el PMS. Termina algo después de que el cigüeñal pase por el PMI. Se llama Retardo al Cierre de Admisión (RCA) al ángulo que gira el cigüeñal desde que pasa por el PMI hasta que se cierra la válvula de admisión. Podemos decir que la admisión va desde α=-AAA hasta α=180º+RCA.

La compresión comienza en ese punto, y dura hasta que comienza la combustión, algo antes del siguiente PMS. Se llama, de manera genérica para todos los tipos de motor, Adelanto a la Ignición al ángulo que transcurre desde que comienza la reacción de combustión hasta que el cigüeñal pasa por el segundo PMS del ciclo. Igual que antes, la combustión empieza en un ángulo α=180º+RCA hasta α=360º-AI

El siguiente proceso, la expansión, comienza al finalizar la combustión, y dura hasta algo antes del segundo PMI. El ángulo que gira el cigüeñal desde que se abre la válvula de escape hasta que pasa por el PMI se llama Adelanto a la Apertura de Escape (AAE). La combustión y expansión van entonces desde α=360º-AI hasta α=540º-AAE, en ese momento empieza el escape, que como se ha dicho empieza algo antes del PMI y dura hasta algo después del siguiente PMS (que podría ser el comienzo del nuevo ciclo), definiendo el Retardo al Cierre del Escape (RCE) como el ángulo girado desde el PMS hasta el momento de cierre completo de la válvula de escape, teniendo el proceso completo una duración desde α=540º-AAE hasta α=720º+RCE (bueno, o α=RCE del siguiente ciclo).

De esta forma, se puede representar en dos circunferencias todo el ciclo competo de un motor de cuatro tiempos, o de dos vueltas por ciclo. Lo podemos ver en la siguiente figura. La circunferencia exterior representa la primera vuelta del ciclo, y contiene a la admisión, la compresión y parte de la combustión; la interior es la segunda vuelta, donde termina la combustión y además la expansión y el escape. El primer tramo de la circunferencia exterior y el último de la interior se representan del mismo color porque son el cruce de válvulas, cuando tanto la de admisión como la de escape están abiertas.

Preguntas para resolver

1. cual es la necesidad del avance de encendido (A.E)?

Ejercicio

1. Calcular la duración de los tiempos de un motor considerando un avance de chispa de 10° y sabiendo que el diagrama de distribución es el siguiente:

A.A.A:18°

R.C.A:57°

A.A.E:60°

R.C.E:19°

A.I:10°

DIAGRAMA CICLO OTTO

1-2: Compresión adiabática.

2-3: Ignición, aporte de calor a volumen constante. La presión se eleva rápidamente antes de comenzar el tiempo útil.

3-4: Expansión adiabática o parte del ciclo que entrega trabajo.

4-1: Escape, cesión del calor residual al medio ambiente a volumen constante.

Hay dos tipos de motores que se rigen por el ciclo de Otto, los motores de dos tiempos y los motores de cuatro tiempos. Este, junto con el motor diésel, es el más utilizado en los automóviles ya que tiene un buen rendimiento y contamina mucho menos que el motor de dos tiempos.

MOTOR DE 4 TIEMPOS CICLO OTTO

El motor de 4 tiempos de ciclo ottto, denominado así en honor de su inventor, y mas conocido popularmente como motor de gasolina, es el percusor de todos los motores térmicos que propulsan a la mayoría de los vehículos de hoy en día.

Su funcionamiento es mediante la inflamacion de combustible, el cual se lleva a cabo por medio de una chispa electrica proporcionada por el circuito de encendido, la cual se produce en la bujía.

Su ciclo de funcionamiento se realiza en 4 fases o tiempos:

1. Durante la primera fase el pistón se desplaza hasta el PMI y la válvula de admisión permanece abierta, permitiendo que se aspire la mezcla de combustible y aire hacia dentro del cilindro.
2. Durante la segunda fase las válvulas permanecen cerradas y el pistón se mueve hacia el PMS, comprimiendo la mezcla de aire y combustible. Cuando el pistón llega al final de esta fase, la bujía se activa y enciende la mezcla.
3. Durante la tercera fase se produce la combustión de la mezcla, liberando energía que provoca la expansión de los gases y el movimiento del pistón hacia el PMI. Se produce la transformación de la energía química contenida en el combustible en energía mecánica trasmitida al pistón. El la trasmite a la biela, y la biela la trasmite al cigüeñal, de donde se toma para su utilización.
4. En la cuarta fase se abre la válvula de escape y el pistón se mueve hacia el PMS, expulsando los gases producidos durante la combustión y quedando preparado para empezar un nuevo ciclo.

Preguntas para resolver

1. ¿En que fase del ciclo se lleva a cabo la preparacion de la mezcla para su posterior combustion?
2. Enumere 2 causas por las que se demore el comienzo de la entrada de la mezcla durante la admision.

MOTOR ALTERNATIVO ROTATIVO

Un motor alternativo o motor alternante, también conocido frecuentemente como motor de pistones, es un motor que utiliza uno o más pistones para convertir un movimiento lineal en un movimiento de rotación, aplicando el principio del mecanismo de biela - manivela.

El mecanismo biela-manivela, funciona de tal forma que, en un extremo de la biela (pie de biela, se dispone el embolo o pistón, cuyo movimiento es rectilíneo alternativo, y en el otro (cabeza de biela) se dispone el cigüeñal, cuyo movimiento es continuo rotativo. En un extremo se ubica el llamado volante de inercia, que tiene la misión de almacenar energía y dotar de regularidad al giro del motor. Al conjunto de biela pistón se le conoce como tren alternativo, dado el carácter de su movimiento. Asimismo al conjunto formado por el cigüeñal y el volante recibe el nombre de tren giratorio.

Segun su ciclo de funcionamiento, los motores alternativos pueden a su vez ser:

• Ciclo Otto
• Ciclo Diesel

Preguntas para resolver

1. ¿Que parte de la biela va unida al piston?
2. ¿Cuales son las principales limitaciones del tren alternativo?