Veremos seguidamente a lo que bien podría llamarse como el “corazón” del automóvil, para este caso, hablaremos de los motores de 4 tiempos, DIESEL Y NAFTERO por ser los más utilizados.
Su función primordial, es generar un movimiento mecánico –vueltas-, para luego ser trasmitido por diferentes elementos encargados de desplazar el vehículo.
Pertenece a la categoría de motores térmicos de combustión interna y funciona al transformar la energía que posee un combustible en energía mecánica.
En el motor, se convierte el movimiento alternativo del pistón en circular continuo recogido por un eje cigüeñal, para que mediante el sistema de trasmisión, llegue a las ruedas.
La transformación de la energía del combustible, es producida cuando se quema una mezcla de aire y combustible previamente comprimida en el interior de una cámara de combustión. Esto provoca un aumento extraordinario de temperatura y la presión, provocando un fuerte empuje sobre el conjunto pistón-biela que hace girar el cigüeñal.
En uno de los extremos del cigüeñal se ubica el volante de inercia, que cumple las siguientes funciones:
oAlmacenar energía y regularizar la marcha del motor mediante la inercia que proporciona su elevado peso.
oAlojar una corona dentada, donde engrana el motor eléctrico de arranque que moviliza al motor para ponerlo en marcha.
oDar movimiento al resto de los elementos de transmisión a través del embrague.
PRINCIPIOS DEL FUNCIONAMIENTO TEÓRICO.
La palabra ciclo indica aquella serie de variaciones que se efectúan para conseguir un fin y que una vez llegadas a su término se reproducen en la misma forma sucesivamente.
El ciclo de un motor endotérmico, está basado en 4 tiempos coincidentes con los recorridos alternativos de un pistón, denominados también carreras entre lo que se conoce como punto puerto superior PMS (cuando el pistón se halla en el punto más alto posible) y el inferior PMI (donde el pistón ya no puede ir mas abajo).
Estos 4 tiempos reciben la siguiente denominación:
1.>Admisión
2.>Compresión
3.>Explosión/expansión
4.>Escape
ADMISIÓN
Iniciamos desde el PMS, la primer carrera descendente del pistón con la válvula de admisión abierta y la de escape cerrada, esto genera una depresión en el interior del cilindro que aspira una mezcla compuesta de 14,7 gr. de aire por cada 1 gr. de combustible (aproximado) en el caso de un motor naftero, o solo aspira aire en caso de un motor diesel. Al llegar al PMI, habrá concluido el primer tiempo y el cigüeñal girado 180º -media vuelta-
COMPRESION
Desde el PMI hacia el PMS, pero ahora con las dos válvulas cerradas, el pistón comienza su segunda carrera comprimiendo la mezcla o el aire que ha ingresado en el tiempo anterior. Veamos que el volumen inicial se va reduciendo hasta llegar al que ocupa la cámara de compresión. Como consecuencia de esto, aumenta la presión y la temperatura de la mezcla o del aire, (el aumento de presión y temperatura es mucho mayor que el diesel), preparándola para la mayor combustión. Mientras el cigüeñal luego de girar otros 180º ha desarrollado una vuelta completa desde el inicio del ciclo.
EXPLOSIÓN/EXPANSIÓN
Durante este tiempo las válvulas también permanecen cerradas. El pistón se encuentra en su carrera ascendente comprimiendo la mezcla, muy cercano al PMS, cuando la combustión de la mezcla –por medio de una chispa de bujía en el motor naftero y por la inyección de gas oil en el Diesel- produce un aumento considerable de la presión y la temperatura, generando entonces una fuerza expansiva que obliga el descenso del pistón hacia el PMI en otro medio giro del cigüeñal. La combustión es el fenómeno químico, en el cual ciertos elementos constitutivos de los combustibles se combinan con el oxígeno, liberándose simultáneamente importantes cantidades de calor. De los 4 tiempos, este es el único que produce “trabajo”, razón por la cual recibe la denominación de tiempo útil o motriz y genera energía suficiente como para abastecer de movimiento a los otros 3 tiempos “no motrices” y disponer de un adicional que utilizaremos para movilizar el vehículo.
ESCAPE
Los gases quemados durante la combustión son evacuados en este tiempo, cuando el pistón desde el PMI asciende hasta el PMS expulsándolos por la válvula de escape, durante la última carrera del ciclo de 4 tiempos.
Ø PRINCIPIOS DEL FUNCIONAMIENTO PRÁCTICO
Para mejorar el rendimiento de los motores, se producen modificaciones en los ciclosde funcionamiento teórico, cambiando los tiempos de apertura y cierre de lasválvulas, lo que se denomina reglaje o cotas de la distribución.
Con los avances de apertura y retardos de cierre de las válvulas, respecto del PMSy el PMI se consiguen mejor llenado y vaciado de los cilindros.
Esto ocasiona que durante un momento, ambas válvulas permanezcan abiertas, lo que seconoce como “cruce” de válvulas y tiene como misión que los gases frescos y losquemados colaboren entre si, para vaciar y llenar mejor los cilindros.
También es conveniente, adelantar el momento del salto de la chispa o de la inyecciónen el Diesel, anticipándolo al PMS, lo cual se conoce como “avance”, con elpropósito que la mayor cantidad de mezcla se queme en el momento preciso, yaque la combustión no es instantánea y tarda un cierto tiempo en quemarse.
El reglaje de la distribución, se expresa en grados de giro del cigüeñal, a partirdel ciclo teórico.
A.A.A. Avance a la Apertura de la Admisión: La válvula se abre unos grados antes del PMS, con lo que se logra mejorar el llenado de gases frescos y colaborar con la eliminaciónde los quemados. Ya que también la válvula de escape se encuentra abierta y los gases quemados salen con cierta inercia, lo que genera una leve de presión en el cilindro, permitiendo la anticipada entrada de gas fresco.
R.C.A. Retardo al Cierre de Admisión: donde vemos que la válvula no se cierra en el PMI, sino que lo haceunos grados después. En este caso se aprovecha la inercia de los gases frescosque ingresan, para mejorar el llenado del cilindro.
A.A.E. Avance a la Apertura de Escape: Aquí también se adelanta la apertura de esta válvula con relación al ciclo teórico, de manera que se atenúen contrapresiones entre el interior y el exterior del cilindro y mejoren el barrido de gases quemados por encontrarse la válvula totalmente abierta cuando el pistón inicia su carrera ascendente.
R.C.E. Retardo al Cierredel Escape: Esta demora en el cierre consigue una mejor evacuación del cilindroal permanecer durante unos pocos grados las dos válvulas abiertas.
A.E. Avance al Encendido: Como la mezcla demora un cierto tiempo en quemarse, para que la carga sobre el pistón producto de la combustión, ocurra en el momento mas conveniente, se adelanta respecto del PMS el momento en que salta la chispa dela bujía, en un motor naftero. Este avance varía automáticamente con las revoluciones y la carga que recibe el motor, mientras que para el caso de diesel, lo que se avanza es la inyección del combustible.
Ahora que conocemos el funcionamiento básico de un motor térmico de 4 tiempos paremos a la descripción de sus piezas.
BLOCK
Agrupa a los cilindros y a las bancadas en una sola pieza, los cilindros pueden ser mecanizados en él o ser postizos, estos últimos pueden formar camisas secas o húmedas.
En el se alojan pistones y el cigüeñal y accesorios de funcionamiento.
CIGÜEÑAL
Se aloja en las bancadas del block sujeto por las tapas de bancadas, con interposición de los cojinetes o metales que evitan el desgaste prematuro del muñón del cigüeñal. Efectúa en unión con la biela, la transformación de movimiento (lineal – circular y viceversa), comunica, por medio del volante, la energía útil a la transmisión.
BIELA
La biela, transforma el movimiento rectilíneo del pistón en el movimiento circular del cigüeñal.
Va sujeta a él por las tapas de biela, por medio de cojinetes o metales, de las mismas características que los usados en el cigüeñal, en el otro extremo, a través de un perno, se aloja el pistón.
PISTON
Generalmente de aluminio, recibe directamente el proceso de combustión y el efecto de los gases, en el se alojan los aros, que cumplen con la función de generar la estanqueidad para producir una buena compresión de la mezcla o el aire, también recoge el exceso de aceite de las paredes de los cilindros, son elásticos y trabajan por expansión.
oAros de compresión
oAros de expansión
oAros rasca-aceite
TAPA DE CILINDROS
Fijada en la parte superior del block, cerrando los cilindros, en forma individual o conjunta, común para todos. Aloja las válvulas y en algunos modelos de motores al árbol de levas, forma junto con el pistón la cámara de combustión y en motores de inyección indirecta, la cámara de turbulencia o precámara, en ella se montan los inyectores (motor diesel) o las bujías (motor naftero).
JUNTA DE CILINDROS
Asegura la estanqueidad en la fijación de la tapa contra el block, cerrando independientemente la cámara de combustión de los conductos de lubricación y refrigeración.
CARTER
Fijado a la parte inferior del block, cumple la función de depósito de aceite y facilita la refrigeración del mismo.
LA DISTRIBUCIÓN
La distribución se encarga de sincronizar el giro del cigüeñal, con el giro del árbol de levas y el giro de la bomba inyectora (motor diesel) o el distribuidor (motor naftero), mediante correa, cadena o engranajes.
Realiza la apertura y cierre de las válvulas en el momento preciso, para el llenado y vaciado de los cilindros. Está formado por:
VÁLVULAS
Con sus correspondientes, GUIAS, ASIENTOS y RESORTE, son las encargadas de cerrar o abrir el pasaje de combustible y la salida de los gases de escape.
Se clasifican en:
oVálvulas de admisión: permiten el pasaje del aire (motor diesel) o de la mezcla (motor naftero)
oVálvulas de escape: permiten la salida de los gases quemados producto de la combustión.
Esta constituidas por, la cabeza y el vástago, ubicadas en la tapa de cilindro.
ARBOL DE LEVAS
También llamado eje de distribución, acciona sobre cada válvula, por medio de levas o excéntricas, dispuestas en diferentes ángulos (según las características del motor). Actúa en sincronismo con el cigüeñal, por medio del “engranaje de distribución” que girara junto con el árbol, al fijarse mediante una chaveta.
El árbol de levas puede tener distintas ubicaciones en el motor, en el block dispuesto lateralmente (varillero) o en la culata o tapa de cilindros (a la cabeza) y esto condiciona su funcionamiento
oVarillero: En la leva se apoyan botadores, que empujan las varillas y los balancines que abren las válvulas.
oA la cabeza: a diferencia del anterior el árbol se encuentra directamente por encima de las válvulas.
LUBRICACIÓN
Su misión es reducir el rozamiento en los acoplamientos mecánicos móviles, mediante la interposición de una película fluida que se distribuye por los circuitos de lubricación.
Principalmente los elementos a lubricar son:
oLos cilindros
oLos pistones, los aros, las bielas
oEl árbol de levas
oEl cigüeñal en sus apoyos y sus enlaces con las bielas
oLos balancines, varillas y botadores
oLas guías y colas de válvulas
oLos elementos de sistemas anexos
El aceite es tomado desde el carter por medio de la bomba de aceite, esta lo forzara a circular por los circuitos destinados a la lubricación de piezas generadoras de fricción. El retorno será de dos formas, por medio del conducto de retorno pasando por el elemento filtrante (filtro de aceite), o por medio de la gravedad, es decir que cae por su propio peso, sin pasar por ningún filtro, por esto se dice el filtrado del aceite no es totalmente efectivo.
La refrigeración del aceite se realiza por medio del propio carter, sus paredes exteriores evacuaran la temperatura trasmitida por el aceite, ya que se encuentra en contacto con el aire exterior.
BOMBA DE ACEITE
Accionada generalmente por el árbol de levas, succiona el aceite del carter y lo manda forzadamente al circuito de lubricación.
VÁLVULA DE DESCARGA
Limita la presión máxima en el sistema, descargando al carter parte del aceite, se sitúa en cualquier sitio del sistema de lubricación según lo estipulado por el fabricante.
FILTROS
Es el encargado de retener cualquier tipo de impurezas, ya sean partículas metálicas producidas por el desgaste, productos de la combustión que puedan pasar al carter o sustancias propias del degradamiento del aceite. Están fabricados de un papel micro poroso especial. Puesto que su valor es mínimo y el daño que podría ocasionar usarlo tapado es elevadísimo, conviene cambiarlo en cada cambio de aceite.
ENFRIADORES DE PISTON
Son aspersores situados en la parte inferior de los cilindros, pulverizan el aceite hacia arriba enfriando la cabeza del pistón en su descenso.
LA REFRIGERACIÓN
Su misión es evacuar parte del calor producido por el motor, de modo que no se “sobre caliente”, ni se pierda el efecto lubricante, evitando deformaciones, grietas, desgastes anormales, etc.
Por medio del cigüeñal y de una correa se acciona la bomba que impulsa el agua refrigerante en el circuito. El fluido circula alrededor de los cilindros, zonas calientes de la tapa, entre las guías de válvulas, inyectores y las cámaras. Si el motor ésta frío, un termostato permanece cerrado y el circuito refrigerante también, cuando el liquido refrigerante alcanza 80ºC/100ºC, el termostato se abre y permite la circulación del agua a través del radiador, en el cual se aloja el ventilador que facilita el enfriamiento del circuito.
BOMBA DE AGUA
Es una bomba de tipo centrífuga por medio de una correa por el cigüeñal, al girar su turbina genera el desplazamiento del agua para que circule por el circuito.
VENTILADOR
Se encarga de desplazar el aire a través del panel del radiador, este mecanismo puede ser accionado por las siguientes formas:
1.Por el cigüeñal mediante una correa, puede ser fijo o automático
2.Por un motor eléctrico llamado electro ventilador, este electro es comandado por un bulbo sensor ubicado en el radiador.
RADIADOR
Está compuesto pro dos depósitos y un cuerpo central (panel) con múltiples canalizaciones y gran superficie de contacto en el aire.
TERMOSTATO
Situado en el circuito radiador motor, a modo de válvula, regula el paso del líquido hacia el radiador para mantener el motor a temperatura de servicio y facilitar el calentamiento en el arranque en frio.
Funciona por dilatación, en el arranque en frio permanece cerrado, interrumpiendo el circuito, de esta manera el motor alcanza su temperatura de servicio con mayor facilidad, cuando la temperatura del motor alcanza 80ºC/100ºC, el termostato abre, permitiendo la circulación del agua refrigerante para el posterior descenso de temperatura.
DEPÓSITO DE COMPENSACIÓN
Es un recipiente unido al radiador por medio de mangueras o tuberías que, conectan entre si al depósito, radiador y motor.
TAPÓN DE PRESIÓN Y DEPRESIÓN
Se encuentra ubicado en el depósito de compensación o en el radiador, permite elevar la temperatura de ebullición del refrigerante y evitar o reducir su pérdida y compensar la depresión interna.