fundamentos de motores voswagen

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Introducción Fundamentos de Motores

Capítulo 1

El presente folleto contiene el curso de fundamentos de motores BA121 el cual forma parte de lanueva estructura de cursos de Entrenamiento a la Red - Servicio.

Este curso tiene como objetivo, brindar las bases necesarias para el desarrollo de los futurostécnicos VW en el área de motores.Contiene lo fundamental acerca de la nomenclatura, los componentes y los principios defuncionamiento de los motores VW.

Por la importancia de los conceptos técnicos es necesario que su instructor interno dirija lasexplicaciones.

Componentes del MotorComponentes del Motor

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Componentes del motor Fundamentos de Motores

Árbol de levas

Pistón

Anillos del pistón (Segmentos)

Es una barra con excéntricas accionadapor el cigüeñal por medio de una bandadentada o una cadena. Va montado enla culata del motor (a la cabeza) y sutrabajo consiste en accionar las válvu-las en forma sincronizada con las carre-ras de los pistones. Esta disposiciónmecánica reduce el número de compo-nentes y elimina la necesidad de man-tenimiento. (Ver: Buzos hidráulicos)

Se fabrica generalmente de aleación dealuminio y va alojado en un cilindro delmonobloque; constituye la parte inferiorde la cámara de combustión, recibe elempuje de la explosión y se desplazadentro del cilindro con un movimientorectilíneo y reciprocante. Dispone deranuras donde van alojados los anillos ycuenta con un perno con el que seconecta con la biela.

Son aros abiertos que una vez monta-dos en las ranuras del pistón y a latemperatura de trabajo del motor, prác-ticamente quedan cerrados. Su trabajoconsiste en cerrar los espacios entre elpistón y el cilindro. El primero -general-mente son tres- recibe el nombre deanillo de fuego y forma junto con lacabeza del pistón, la parte baja de lacámara de combustión. Sigue el segun-do anillo que complementa la labor delprimero y luego el tercero, llamadoanillo rascador o de control de aceiteque se encarga de dejar una películacontrolada de lubricante en las paredesdel cilindro.

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Cilindro

Biela

Buzos Hidráulicos

Es una cavidad maquinada dentro delmonobloque que sirve de alojamientopara el pistón y dentro de la cual traba-ja éste. Forma las paredes de la cáma-ra de combustión y la superficie detrabajo para los anillos del pistón. Elacabado de su superficie tiene unmicrorrayado para mantener el aceite(película lubricante) entre los anillos yel cilindro.

Constituye el eslabón entre el pistón y elcigüeñal, transmitiendo el empuje deaquél hacia éste. Está fabricada enhierro forjado, dispone de vena de lubri-cación y su trabajo fundamental consisteen convertir el movimiento rectilíneo yreciprocante del pistón, en movimientogiratorio del cigüeñal. En sus extremostiene dos "ojos"; el menor aloja el pernodel pistón, y el mayor (abierto) se instalaen el muñón del cigüeñal.

Se encargan de transmitir el movimien-to de las levas hacia las válvulas paraabrirlas. Su principal característica esque eliminan la necesidad de ajustes ycalibraciones pues desaparecen porcompleto los entrehierros (espaciosentre partes) y por lo tanto los juegos ytolerancias. Son alimentados conaceite a presión que los mantiene car-gados durante su funcionamiento.

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Válvulas

Cárter

Distribución

Tapa de Válvulas

(charola de aceite). Es un depósito quepuede ser de lámina de fierro o fundiciónde aluminio, colecta el lubricante delmotor y se encuentra ubicado en laparte inferior del monobloque, cubre alcigüeñal y a la bomba de aceite y éstatoma de ahí el necesario para sufunción.

Fabricadas generalmente de aleacio-nes de acero, las válvulas, por su fun-ción, pueden ser de admisión o deescape. Accionadas por las levas através de los buzos, las de admisiónabren o cierran el paso del aire exteriorhacia los cilindros. Las de escape abreno cierran la salida de gases del interiorde los cilindros hacia el exterior a travésdel múltiple del mismo nombre.

Consiste básicamente en una pareja deengranes que pueden estar endentadosentre sí o por medio de una banda den-tada o una cadena. El engrane superior,que corresponde al árbol de levas, esmovido por el engrane inferior, quecorresponde al cigüeñal, con una rela-ción de 2 : 1; es decir que el engranedel árbol de levas tiene el doble dedientes que el del cigüeñal. Esto signi-fica que por cada dos vueltas del cigüe-ñal, el árbol de levas sólo dará una.

Constituye la parte superior del motor ycubre al árbol de levas. Al igual que lacharola de aceite puede ser de láminade fierro estampada o de fundición dealuminio. Generalmente se encuentraen ella el tapón hermético para elrellenado de aceite. �

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Volante del motor

Alternador

Bomba de aceite

Es un disco pesado de hierro maquina-do, cuya función básica es acumular lainercia del cigüeñal, al que va atornilla-do en su extremo posterior. Sirvetambién de superficie de trabajo para eldisco de embrague y cuenta con unacremallera (rueda dentada) periféricadonde se aplica el engrane de mandodel motor de arranque (marcha) parahacer funcionar el motor.

Aparato generador de corriente eléctri-ca, movido por el motor a través de unabanda "V". Su eficiencia es alta debidoa que produce corriente aún a bajasrevoluciones del motor y su trabajo con-siste en mantener la batería a su nivelde carga y proveer al motor y al vehículocon la energía eléctrica necesaria paracubrir cualquier demanda, mientras elmotor esté funcionando.

Accionada por el motor por medio deengranes proporciona la presión deaceite necesaria para mantener lubri-cados los elementos móviles del motor.Toma el aceite necesario succionán-dolo del Cárter y regula su presión pormedio de válvulas para mantenerlaadecuada en cualquier circunstanciade funcionamiento.

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Bomba de agua

Múltiple de admisión

Múltiple de escape

Del tipo de propela, es movida por elmotor por medio de una banda. Mantie-ne en circulación el líquido refrigerantea través de las galerías de enfriamientodel monobloque y de la culata hasta elradiador.

Unidad de ductos de fundición gris quese ocupa de llevar los gases residualesde la combustión, desde la culatahasta el tubo del escape.

Unidad de conductos que dirigen el airerequerido para la combustión hasta laentrada de cilindros en la culata. Gene-ralmente son tantos ductos como elnúmero de cilindros del motor. Puedeser hecho de fundición gris, de aluminioo de plástico. �

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Bayoneta

Termostato

Filtro de aceite

Varilla plana y flexible de acero inoxi-dable que sirve para medir el nivel deaceite lubricante dentro del Cárter delmotor para lo que dispone de marcasque indican los niveles mínimo ymáximo.

Dispositivo termosensible que opera pordilatación y se encuentra ubicado en elcurso del líquido refrigerante. Su válvulacierra el flujo de éste cuando el motorestá frío y evita que pase por el radiadorpara acelerar el periodo de calentamiento. Conforme el motor alcanza sutemperatura de trabajo la válvula seabre paulatinamente y viceversa en elproceso de enfriamiento.

El filtro de aceite se encuentra instala-do en el flujo de lubricante y se encargade dejarlo libre de impurezas: carbonillaresultante de la combustión, partículasde metal, rebabas, etc., que pudierandañar o acelerar el desgaste de laspartes móviles del motor. Algunos mo-tores, debido a las características de sutrabajo, incorporan en la base del filtroun enfriador de aceite. El elemento filtrodebe reemplazarse periódica-mente.

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Distribuidor

DIS (Distributorless Ignition System)

Bujía

Mecanismo encargado de enviar losimpulsos eléctricos de alto voltaje,generados por el transformador de en-cendido, hacia las bujías. Es un dispo-sivo giratorio, movido por el motor. Losimpulsos eléctricos salen de él en for-ma consecutiva a través de cables quese conectan a las bujías.

Constituye la etapa final de cualquiersistema de encendido y su funciónconsiste en producir la chispa queservirá para inflamar la mezcla airecombustible. Consiste en un electrodocentral (+) dentro de un aisladormontado a su vez en un cuerpo demetal (-) cuyo extremo roscado seatornilla en la culata de cilindros(cabeza), una por cada cilindro. Así loselectrodos, entre los cuales salta lachispa, quedan en el interior de lacámara de combustión.

Sistema de encendido sin distribuidor,totalmente electrónico. Se basa en lasseñales de dos sensores, uno inductivo(magnético) que registra las rpm delcigüeñal y otro del tipo Hall que hace lomismo pero en el árbol de levas. Ambosenvian sus señales a la Unidad deMando y ésta define el momento de lainyección y el avance al encendido.Carece de partes móviles por lo que nosufre desgaste. �

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Inyector

Transformador de encendido

Cuerpo de mariposa

Es una válvula electromagnética que vainstalada en el múltiple de admisión a laentrada de cada cilindro (inyección indi-recta). Consiste en un solenoide (bobi-na con núcleo hueco) en cuyo interiorse mueve una aguja apoyada por unresorte. La punta de esa aguja mantie-ne cerrado el orificio de inyección mien-tras el solenoide no tiene corriente, peroal energizarse éste, levanta la aguja desu asiento y permite el paso de gasolinapor el orificio. Como aquella viene apresión, sale finamente dispersada.

Dispositivo electromagnético que seencarga de producir, a partir de losdoce voltios del sistema, el alto voltaje(30,000V) necesario para hacer saltar lachispa de encendido entre los electro-dos de las bujías. Dispone de una etapafinal de potencia que se ocupa de lograrla interrupción eléctrica indispensablepara la creación y colapso del campomagnético.

Dispositivo que controla el paso del aireexterior hacia el motor. Consiste en unaválvula de estrangulación accionadapor el pedal del acelerador; en la medi-da en que se oprime el pedal, la válvulase abre. Se encuentra ubicada a laentrada del múltiple de admisión y dis-pone de sensores y actuadores paracontrolar su operación.

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Ventilador

Radiador

Motor de arranque (marcha)

Los radiadores modernos se fabricangeneralmente de aluminio para reducirel peso del vehículo. El líquido refrige-rante circula por el radiador, impulsadopor la bomba, a través de tubos dotadosde aletas de enfriamiento que por sugran superficie expuesta al paso delaire, enfrían el líquido refrigerante. Ésteregresa al motor en un ciclo ininterrum-pido que le permite acarrear más calordesde el motor y dejarlo en el aire quepasa por el radiador.

Cuando el vehículo se desplaza, bastacon el viento que pasa por el radiadorpara lograr un buen enfriamiento, peroen tráfico denso, un sensor térmico(bulbo) hace funcionar el motoventila-dor eléctrico para lograr el mismo efec-to. También existen ventiladores con unacoplamiento viscoso que hace girar lasaspas en la medida que sube latemperatura del motor. En ambos ca-sos se busca que el motor no gasteenergía para mover el ventilador cuan-do no se necesita.

Es un motor eléctrico que, alimentadocon corriente de la batería y accionadopor la llave de encendido, hace girar elmotor del vehículo para hacerlo funcio-nar. Dispone de un mecanismo electro-mecánico que conecta el piñón (engra-ne pequeño) de la marcha con la cre-mallera del volante del motor en elmomento de girar la llave y liberándoseal soltarla una vez encendido el motor.

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BUZO

CARTER

CUÑERO

CUÑA

VÁLVULA

RESORTE

ARANDELA

ÁRBOLDE LEVAS

CULATA

VÁLVULAS

BANDADENTADA

POLEA DELCIGÜEÑAL

CIGÜEÑAL

ENGRANESDE DISTRIBUCIÓN

BOMBA DEACEITE

FILTRO DEACEITE

BIELA

PISTÓN

CILINDRO

MONOBLOQUE

BUJÍABUZOS

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Principios de funcionamiento Fundamentos de Motores

Capítulo 2Principios de funcionamientoPrincipios de funcionamiento

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Principios de FuncionamientoFundamentos de Motores

Desde su presencia en la Tierra, el hombre se ha movido por la superficie del planeta, primero como unnómada y después, ya establecido, para comunicarse con otros asentamientos humanos. Los caminos ylas rutas comerciales empezaron a surcar el mundo; las caravanas con productos a la espalda deporteadores y a lomo de animal dejaron su huella durante muchos años. Después, con la invención de larueda y el carro, aquellos caminos se ensancharon; grandes volúmenes de mercancías comenzaron afluir a la velocidad permitida por la tracción animal y esta historia se prolongó también por muchosaños... hasta la invención de la máquina de vapor y su aplicación a la locomotora. Como ya sabemos, lamáquina de vapor consistía básicamente en una caldera con agua a la que se le aplicaba el calorproducido por un fogón en la parte exterior. El vapor generado por la ebullición del agua se conducía aunos grandes émbolos y su fuerza expansiva movía las ruedas de la locomotora que arrastraba asígrandes convoyes. La máquina de vapor era pues, un motor de combustión externa que rápidamenteevolucionó y logró ser aplicado en los primeros intentos por substituir al caballo en la tracción de carros.Sin embargo, no fue sino hasta el desarrollo del motor de combustión interna, que se logró integrar elconcepto moderno de automóvil; un vehículo que se mueve por sí mismo, impulsado por la fuerzagenerada al quemar su combustible dentro del motor.

El motor de combustión interna ha conservado hasta la fecha sus características fundamentales, si bienha sufrido en los últimos años modificaciónes y refinamientos que lo han convertido en una máquinaaltamente sofisticada que incorpora los más avanzados sistemas de control electrónico, la mayoría delos cuales tiene por objeto el máximo aprovechamiento del combustible y la reducción consecuente delas emisiones contaminantes. El objetivo de este fascículo es el de familiarizar al lector con los órganosdel motor y sus principios de funcionamiento.

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Diagrama de un cilindro típicoDiagrama de un cilindro típico

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Pistón y biela dando un giro al cigüeñal

0° 90° 180° 270° 360°

Al efectuar su trabajo dentro del cilindro, el pistón se desplaza en forma rectilínea y reciprocante, esdecir, va y viene en línea recta. Corresponde a la biela convertir ese movimiento del pistón en circular ycontinuo del cigüeñal.

Del mismo modo en que al operar una manivela puede hacerse girar un mecanismo, o igual que alaplicar fuerza sobre los pedales de una bicicleta, cada uno de los pistones, a través de su biela respecti-va, transmite su energía al cigüeñal.

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Disposición de los pistones en un motor cuatro en línea

Como se puede apreciar en el esquema superior, en un motor de cuatro cilindros los pistones seencuentran dispuestos por pares, es decir, cuando dos de ellos están arriba, los otros dos están abajo.Esta disposición favorece el balance dinámico del motor ya que cuando las masas de dos pistonessuben, otras dos masas equivalentes bajan. Cabe recordar que todos los pistones de un motor debenpesar lo mismo y ese criterio se aplica también para las bielas.

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El ciclo OTTO de cuatro tiempos

Tiempo de compresión

Tiempo de admisión

Este ciclo recibe el nombre de su inventor,Nicolás Augusto Otto (izq.), quien llevó a lapráctica un sistema de operación del motora base de válvulas cuyo uso se ha genera-lizado y se aplica prácticamente en lamayoría de los diseños de motores paraautomóviles.

Al continuar girando el cigüeñal, elpistón inicia su carrera ascendente; laválvula de admisión se cierra y la mez-cla aire-combustible queda confinadaen el interior del cilindro donde es com-primida violentamente. Las partículasde combustible se encuentran entoncesrodeadas apretadamente por partículasde oxígeno y en ese momento (PMS),tiene lugar la chispa entre los electro-dos de la bujía de encendido.

A partir de su punto muerto superior, elpistón inicia su carrera descendente. Almismo tiempo, la válvula de admisiónse abre y permite la entrada de lamezcla aire-combustible que llenará lacavidad del cilindro. El tiempo deadmisión y la carrera del pistón termi-nan cuando éste llega a su puntomuerto inferior (PMI).

PMI

PMS

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Tiempo de fuerza

Tiempo de escape

La mezcla aire-combustible se encien-de por lachispa, desarrollando una ele-vada presión degases en expansión. Como las válvulas siguencerradas, los gases impulsan al pistón en sucarrera descendente y la biela comunica esafuerza al cigueñal haciéndolo girar. Esta carreradel ciclo Otto es la única que produce energía,mientras que las otras tres la consumen enmayor o menor medida.

El tiempo de escape es el último del ciclo ytiene lugar en la carrera ascen-dente del pistón.La válvula de escape se abre y permite laexpulsión de los gases quemados que seránconducidos al exterior a través del tubo delescape. El ciclo se reanuda de inmediato yaque a continuación sigue de nuevo el tiempo deadmisión y así sucesivamente en formaindefinida.

PMI

PMS

En la página siguiente podrá observar el ciclo completo de cuatro tiempos. Con un poco de observaciónpodremos darnos cuenta de que para efectuarlo, el cigüeñal tuvo que completar dos vueltas. Esto tendrárelevancia para poder entender más adelante la sincronización con las válvulas.

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Ciclo OTTO de cuatro tiempos

ADMISIÓN COMPRESIÓN1 2

FUERZA ESCAPE

43

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Orden de encendido

2

2°3

3°1

1°4

4°

El orden de encendido es la secuencia en que tiene lugar la chispa de la bujía en cada cilindro. Estachispa coincide con el inicio de la carrera de fuerza respectiva y se presenta, en motores de cuatrocilindros en línea, de la manera siguiente: 1 - 3 - 4 - 2, es decir, que encenderá primero el cilindro númerouno, después el número tres, a continuación el cuatro y por último el número dos. Este ciclo, como yasabemos, se repite continuamente de modo que habrá sólo un pistón en carrera de fuerza, otro encarrera de compresión, uno más en carrera de admisión y otro en carrera de escape, en cualquiermomento de giro del cigüeñal, siguiendo siempre ese orden de encendido.

En el diagrama superior encontramos al pistón número 1 al final de su carrera de fuerza, en su puntomuerto inferior; por lo tanto, el pistón número 3 se encontrará al final de su carrera de compresión apunto de encender su mezcla, luego el pistón número 4 estará al final de su carrera de admisión y elpistón número 2 se encontrará al final de su carrera de escape.

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Árbol de levas

El árbol de levas se encarga de abrir las válvulas de admisión y escape, para lo que dispone de un parde levas por cada cilindro del motor (en un motor de dos válvulas por cilindro). Las válvulas permanecencerradas durante las carreras de compresión y fuerza por efecto de sus resortes que las mantienen enlos asientos de la culata. Durante este periodo, las válvulas disipan su temperatura a través de la culata,que a su vez es enfriada por el líquido refrigerante que circula por ella.

Obviamente, el régimen de apertura de las válvulas está determinado por la sincroni-zación que existeentre el árbol de levas y el cigüeñal. La válvula de admisión se abrirá en un cilindro sólamente cuandoéste se encuentre en su carrera de admisión, y la de escape se abrirá nada más en su carrerarespectiva. Esta sincronización se logra por medio de los engranes respectivos del árbol de levas y delcigüeñal, que se encuentran comunicados entre sí (en la ilustración) por medio de una banda dentada.La relación de transmisión entre ambos engranes es de 2:1 (dos a uno), debido a que el engrane delárbol de levas tiene el doble de dientes que el del cigüeñal. Esto significa que mientras el engrane delcigüeñal da dos vueltas (¿recuerdan el ciclo de cuatro tiempos?) el del árbol de levas da sólo una.

ENGRANE DELCIGÜEÑAL

ENGRANE DELÁRBOL DELEVAS

TENSOR

ÁRBOLINTERMEDIO

RELACIÓN DETRANSMISIÓN

2:1

UNA VUELTA

DOS VUELTAS

BANDADENTADA

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Árbol de levas a la cabeza

Acción de una leva sobre el buzo y la válvula

BuzoHidráulico

ArandelaDel

Resorte Cuñas

Cuñero Resorte

Vástago Cabeza

El árbol de levas a la cabeza se encuentra instalado en la cabeza del motor o culata de cilindros, dedonde deriva su nombre, para diferenciarlo de otras disposiciones mecánicas en las que dicho árbol vamontado en el monobloque. La ubicación en la cabeza reduce al mínimo el número de partes móvilespara transmitir el movimiento, así como los desgastes y el consumo de energía.

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Buzos hidráulicos

Interior de un buzo hidráulico

Árbolde levas

Buzo

Cámara dereserva

Válvuladeretención

Vena delubricación

Resorte dela válvula

Leva

Válvula

Asiento delresorte

Culata

Los buzos hidráulicos deben su nombre al hecho de utilizar el aceite del motor para llenar su cavidadinterna y mantener contacto permanente con las levas durante todo su recorrido. Esta característicapermite eliminar los entrehierros (espacios entre dos componentes que anteriormente existían y debíancalibrarse periódicamente) y desde luego, eliminó también la necesidad de mantenimiento. Comoresultado del contacto permanente entre la leva y el buzo, su funcionamiento es silencioso.

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Motores multiválvulas

Árbol de levaspara las válvulas

de escape

Árbol de levaspara las válvulas

de admisión

Culata de motor multiválvulas de 4 Cil.

El desarrollo de la tecnología en los motores de combustión interna ha traído como consecuencia unaevolución extraordinaria de los sistemas de admisión. Si tomamos en consideración que en la medida enque un motor llene de una manera plena sus cilindros tendrá una compresión más elevada y unacombustión más eficiente, resulta evidente que las vávulas de admisión juegan un papel preponderanteen el logro de este objetivo. Uno de los logros más significativos en este campo es sin duda alguna eldiseño de motores multiválvulas. Si en un motor típico nos encontramos con una válvula de escape yuna de admisión por cada cilindro, un motor multiválvulas podrá tener tres válvulas de admisión y dos deescape por cada cilindro, es decir, tendrá cinco válvulas por cilindro. Si el motor es de cuatro cilindros,tendrá un total de veinte válvulas. Se dice fácil, pero esa cantidad de válvulas plantea problemas dediseño para hacerlas funcionar. Por principio, se requerirán dos árboles de levas, uno para mover las deadmisión y otro para mover las de escape. El que moverá las de escape tendrá ocho levas en cuatropares y el que moverá las de admisión deberá tener doce levas en cuatro grupos iguales. Asimismo, elespacio disponible en la culata, por cada cilindro, es muy pequeño para alojar cinco válvulas de modoque se redujo el diámetro de éstas. Así, además de las válvulas se tuvo espacio suficiente para alojar labujía de encendido.

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Detalle de culata en un cilindro con cinco válvulas

Detalle de culata de 4 cilindros (20 válvulas)

Válvulas de admisión

Válvulas de escape

Bujía

Como podemos observar en la ilustración, el espacio para las válvulas es crítico, sin embargo, elvolumen de aire admitido y expulsado es muy superior al de sistemas con menos válvulas. Esto setraduce en una mayor eficiencia en el llenado del cilindro y en un escape de los gases prácticamente sinrestricciones. Resultado: un motor de elevado rendimiento con muy bajas emisiones contaminantes.

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Caballaje

1 m

76 Kg

1 seg.

Una carga 76KgUna distancia 1mUn tiempo 1 seg.

El nombre de Caballo de Potencia se le dió a esta unidad física de medición para perpetuar la memoriadel noble cuadrúpedo, al que el hombre debió su locomoción durante muchos años ubicándolo al frentede sus vehículos de ruedas. A fin de cuentas, a continuación se ilustran las constantes que determinan elCaballo de Potencia, CP o como se le conoce en inglés HP (horse power).

Según la ilustración tenemos tres elementos que determinan la unidad llamada Caballo de Potencia:

De aquí obtendremos la siguiente definición :

Un Caballo de Potencia es la energía necesaria para levantar un peso de 76 kilogramos,a la altura de 1 metro, en 1 segundo de tiempo.

Con cualquier variación en alguno de estos factores, obtendremos un resultado mayor omenor a un Caballo de Potencia.

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Relación de compresión

La relación de compresión es un concepto que aparece con frecuencia en las fichas técnicas de losvehículos y que amerita un poco de desarrollo para su asimilación.

Recordemos que cuando el pistón se encuentra en el punto muerto superior (PMS), al final de la carrerade compresión, queda un espacio entre él y la culata de cilindros. Este espacio recibe el nombre decámara de combustión, debido a que es donde tiene lugar la inflamación de la mezcla aire - combustible.Al descender el pistón y llegar a su punto muerto inferior (PMI) tenemos el volumen total del cilindro.Pues bien, la relación de compresión no es sino el número de veces que la cámara de combustión cabeen el volumen total del cilindro. La ilustración siguiente explica claramente esta relación.

10 : 1

CILINDRO

CÁMARA DECOMBUSTIÓN

12345678910

En el ejemplo de arriba la relación es de diez a uno. Esto nos indica que el volumen total del cilindro secomprime diez veces para reducirse al tamaño de la cámara de combustión. Esta característica nos dauna idea de las prestaciones del motor, su eficiencia y su potencia; en la medida que el número de laizquierda sea mayor, la relación será más elevada y las prestaciones superiores... dentro de ciertoslímites. La relación de compresión está relacionada directamente con la presión de compresión,concepto diferente que veremos a continuación.

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Presión de compresión

CÁMARA DECOMBUSTIÓN

10 bar

1 bar = 1 Kg / cm2

COMPRESÓMETRO

La presión de compresión se conoce simplemente como compresión y consiste en el nivel depresurización que la mezcla aire-combustible alcanza al ser confinada por el pistón en la cámara decombustión. Esta presión puede ser medida en diferentes unidades - libras sobre pulgada cuadrada(lbs/sq.in.) o en kilogramos sobre centímetro cuadrado (Kg/cm ) - y se emplea para ello uncompresómetro. Este instrumento de medición se instala quitando las bujías y aplicándolo en cadacilindro uno por uno al tiempo que se hace girar el motor con la marcha. La ilustración muestra el proce-dimiento.

A diferencia de la relación de compresión, que por ser una característica de diseño nunca cambia, lapresión de compresión es un factor cambiante y generalmente decreciente pues el desgaste que afectalas paredes del cilindro y los anillos va permitiendo la fuga de presión hacia el cárter. De esa manera, unmotor muy gastado registrará lecturas bajas al aplicar el compresómetro por lo que este aparato es unamuy útil herramienta de diagnóstico.

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Presión de compresión

Aceite quemadoen la cámara decombustión

Aceite pasadohacia el cárter

PISTÓN CON ANILLOS Y CILINDRO GASTADOS

Es posible que el lector haya escuchado la frase “ya está pasando aceite” cuando alguien se refiere a uncoche muy usado. Eso significa que los desgastes del motor, específicamente entre los anillos y loscilindros, ya son muy grandes y esos componentes han llegado al límite de su vida útil. ¿Qué es lo queestá pasando? Que el espesor de la película de lubricante entre anillos y pistones es cada vez mayor enla medida que avanza el desgaste en los anillos de control de aceite y por supuesto también en los decompresión. Por esta razón,al descender el pistón, queda en las paredes del cilindro más aceite de lonecesario que se quema también durante la combustión de la mezcla aire-combustible, provocando unacantidad de humo azul blanquecino tan espeso como sea el grado de desgaste.

Parte de estos humos pasa, a través de los anillos gastados, hacia el cárter del motor de donde sonaspirados hacia el múltiple de admisión para ser ingresados y quemados junto con la mezcla nueva. Estotiene como consecuencia más “humedad” en las cámaras de combustión, posible mojado de las bujías yuna mayor emisión de hidrocarburos en el escape. Lubricantes de mayor viscosidad eran usados parareducir este problema e incrementar la compresión. Con el mismo objetivo se emplean ciertos aditivosrestauradores de la compresión; sin embargo en ambos casos sólo se trata de un paliativo mientras selleva a cabo la reparación necesaria.

Motor Otto

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El presente folleto constituye el contenidode principios básicos de funcionamiento deuna caja de cambios, tanto manual comoautomática.

Esperamos que con un lenguaje sencillofacilíte la comprensión y la asimilación delos conceptos en este contenido.

Ejemplo de un Motor del tipo de 4 tiempos

AI motor de gasolina, tambien se le llama Motor Otto, en honor de su inventor de origen alemanel cual lo dió a conocer en 1868.

En este folleto le explicamos el funcionamiento del motor "Otto" o sea de gasolina, de 4 tiempos,para lo cual usamos como ejemplo un motor enfriado por agua como el que usamos en nuestrosautos.

Motor Otto

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Motor en línea

¿Por qué?¿Por qué?

¿Por qué?¿Por qué?

Se le llama motor en línea al que tiene los cilindros paralelos (en una sola hilera)

La secuencia en que se siguen las explosiones en los cilindros se Ilama el "orden de encendi-do". Las explosiones se ocasionan debido al encendido por chispa eléctrica de la mezcla decambustible-aíre.

Las partes excéntricas del cigüeñal, unidas con el eje central por medio de los llamadoscontrapesos están colocadas entre sí de modo que siempre los pistones del primer y del últimocilindro suben simultáneamente al punto muerto superior (PMS). En este momento los émboloso pistones del segundo y tercer cilindro se encuentran en el punto muerto inferior (PMI), o seaen la posición opuesta.

Esto hace que no sólo el peso esté bien equilibrado sino también los impulsos de fuerza. Si unmotor tuviera el orden de encendido 1-2-3-4, habría vibraciones considerables que actuaríansobre el cigüeñal, cosa que se evita diseñando el cigüeñal en la forma mostrada en la imagende abajo, por el orden de encendido 1-3-4-2.

Este es el orden de encendido que usa la mayoría de los motores de 4 cilindros en línea. Comocilindro No.1 tenemos el del lado de las poleas o sea el del extremo opuesto al embrague.

El orden de encendido de nuestro motor es: 1-3-4-2

Motor Otto

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Motor en línea

En el perímetro del volante del motor se encuentra una marca. En la carcaza de la transmisiónhay una contramarca que sirve como punto de referencia. el PMS está marcado en el volantepor medio de un "0". Esta marca se refiere a los pistones No. 1 y 4 del motor, o sea que lospistones No. 1 y 4 se encuentran en el PMS si la marca en el volante del motor coincide con lacarcaza de la transmisión.

"Punto muerto superior"(PMS) se denomina a la posición

superior del émbolo o pistónen el cilindro

(PMS) (PMI)

"Punto muerto inferior"(PMI) se denomina a la posición

inferior del émbolo o pistónen el cilindro

El pistón del cilindro No. 1 está en el PMS. Ambas válvulas están cerradas. Aquí comienzael tiempo de exposición, por que la chispa eléctrica en la bujía enciende la mezcla de aire ygasolina previamente comprimida.

El pistón del cilindro No. 4 también está en el PMS. La válvula de admisión ya comienza aabrirse, o sea que empieza el tiempo de admisión.

Ambos pistones están a punto de comenzar a descender, mientras los pistones de loscilindros No. 2 y 3 están a punto de comenzar a ascender.

El émbolo No. 2 está en tiempo de escape, por eso ya comienza a abrir la válvula deescape.

En cambio el tercer émbolo está al principio del tiempo de compresión, para lo cual ambasválvulas están cerradas.

Motor Otto

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Motor de 4 tiempos de gasolina

E= EscapeA= Admisión

El cigüeñal dío media vuelta (180º). Ahora los pistones de los cilindros No. 2 y 3 están enel PMS, mientras que los pistones del 1 y 4 están en el PMI.

Ahora el que inicia su explosión es el cilindro No. 3

El pistón del cilindro No. 1 terminó su media vuelta de explosión o fuerza y está a punto deiniciar el movimiento ascendente para expulsar el gas quemado, llamado tiempo de escape.

El pistón No. 2 ya expulso el gas quemado, se cierra la válvula de escape y se comienza aabrir la de admisión, va a iniciar su carrera descendente de admisión.

El pistón No. 4 terminó de hacer su admisión, o sea que por medio del vacío formado aldescender cargó el cilindro de mezcla de combustible y aire. Se cierra su válvula deadmisión y comienza el tiempo de compresión.

Motor Otto

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El cigüeñal dio otra media vuelta de 180º

Ahora el pistón que le toca la explosión o fuerza es el No. 4

El pistón No.1 comienza a hacer su movimiento descendente de admisión, ya se estáabriendo su válvula de admisión.

Mientras el pistón No. 3 inicia su tiempo de expulsión o escape.

El No. 2 comienza a hacer su movimiento ascendente de compresión.

Motor Otto

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Ahora usted mismo debe decir en que tiempo de trabajo se encuentra cada uno de los pistones

Otra vez el cigüeñal dio media vuelta de 180º

Ahora el segundo pistón está iniciando su tiempo de fuerza. Tiene ambas válvulas cerradas

El primer pistón comienza con

El tercer pistón comienza con

El cuarto pistón comienza con

Motor Otto

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* Si usted ahora ya entendió como operan sincronizados los 4 cilindros de un motor en línea,tambien podrá captar fácilmente el siguiente tema.

* Hasta este momento usted aprendio lo siguiente:

- Qué es el orden de encendido.- Qué orden de encendido tiene nuestro motor.- Por qué los excentricos del cigüeñal tiene la posición con respecto al centro y entre sí.- Lo que son el punto muerto superior e inferior.- Lo que hacen los pistones y válvulas durante el desarrollo de los 4 tiempos.- Cuantas vueltas tiene que dar el cigüeñal para que los 4 cilindros hayan hecho una explosióncada uno.

Pero:

¿Qué es lo que regula el desarrollo de los cuatro tiempos?

¿Por qué bajan y suben los pistones?

¿Qué hacen en cada uno de los 4 tiempos?

¿Usted ya lo sabe?

Motor Otto

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El cigüeñal dio 2 vueltas de 360º cada una, para que en cadauno de los 4 cilindros se desarrollan los 4 tiempos. O sea,que cada media vuelta del cigüeñal uno de los 4 cilindros esel que hace el trabajo por medio de la explosión.

El mando de las válvulas.

Para que en cada cilindro se desarrollen en forma correcta los cuatro tiempos, las válvulastienen que abrir y cerrar exáctamente en el momento adecuado. Además la chispa en la bujíadebe brincar precisamente cuando el pistón correspondiente esté en la posición para comenzarla explosión.

Las válvulas se accionan por el árbol de levas, el cual por su parte se mueve desde el cigüeñalpor medio de una banda dentada. Durante los cuatro tiempos de un ciclo de trabajo (una vueltadel árbol de levas, 2 del cigüeñal), el árbol de levas debe abrir cada una de las válvulas de cadacilindro una vez, y en su momento requerido.

Durante el desarrollo de los 4 tiempos, el cigüeñal da dos vueltas completas (360º cada una).Puesto que durante los tiempos de compresión y explosión ambas válvulas del cilindro tienenque estar cerradas, el árbol de levas sólo debe dar una vuelta ya que de otra manera lasválvulas abrirían tambien durante los tiempos de compresión y explosión. Además la posicióndel árbol de levas con respecto al cigüeñal debe ser tal que sus levas abran y cierren lasválvulas exactamente en el momento requerido.

El árbol de levas sólo da una vuelta cuando el cigüeñal da 2, o sea que va a la mitad de lavelocidad del cigüeñal. Eso se logra por que el engrane del árbol de levas tiene el doble decircunferencia que el del engrane del cigüeñal.

Los dientes de la banda dentada, en los engranes del cigüeñal y del árbol de levas hacen queesta posición siempre sea constante.

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El mando para los 4 tiempos

Durante el tiempo de admisión debe abrir la válvula de admisión.Durante el tiempo de escape debe abrir la válvula de escape.

Durante el tiempo de compresión y el de explosión ambasválvulas permanecen cerradas.

O sea: 2 vueltas del cigüeñal corresponden a una del árbol de levas.

Los tiempos en que deben abrir y cerrar las válvulas se miden en grados del movimiento delcigüeñal. Las formas de las levas y su posición en el árbol de levas y entre sí es lo que controlael tiempo de las válvulas.

En uno de los 4 tiempos se expulsa el gas de quemado y en el siguiente se admite o absorve lamezcla aire-combustible. A este acontecimiento se le denomina "Cambio de Gases".

El cambio de gases se hace durante el tiempo de escape y el de admisión.

Se pensaria que la válvula de admisión no debe abrir sino hasta que la de escape termine decerrar, lo mismo se pensaria que la válvula de escape no comenzaria a abrirse sino hasta queel pistón pase del punto muerto inferior.

Sin embargo: para acelerar este cambio de los gases, la válvula de escape ya comienza aabrirse antes del PMI, para iniciar ya el tiempo de escape. La válvula de admisión también seabre algunos grados del cigüeñal antes del PMS, o sea que comienza a abrir la de admisiónantes que acabe de cerrar la de escape, a este fenómeno se le llama Traslape Valvular.

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Tiempos de válvulas

El hecho de traslaparse los movimientos de las válvulas (iniciarsea abrir la de admisión antes de que acabe de cerrar la de escape)acelera el cambio de los gases.

Los gases que van de escape tienen cierta inercia, la cual haceque se forme un vacío en la cabeza del cilindro y al mismo tiempohace que salgan mejor los gaes de escape.

AdmisiónEscape

Para un cambio óptimo de gases adicionalmente hay otros factores que considerar.

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Tiempos de válvulas

La forma de la cámara de compresión.- El diámetro de las válvulas- La forma de las levas- La forma del múltiple de admisión- La forma del múltiple de escape

La imagen nos muestra el sentido de flujode los gases al combinarlos.

Entre el tiempo de encendido y la combustión de la mezcla de combustible y aire hasta que seacaba de consumir, pasa un lapso de milésimas de segundo. Ese tiempo no depende de lavelocidad (revoluciones por minuto = RPM) del motor, por eso la chispa debe saltar a tiempopara que la presión de la combustión llegue a su máximo, poco antes del punto muerto superior.Si la chispa brinca demasiado pronto, en vez de dar fuerza, frena el pistón que apenas vasubiendo.

En cambio, si la chispa brinca demasiado tarde, la combustión comienza cuando el pistón ya vahacia abajo y ya se está disminuyendo la compresión.

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Tiempo de encendido

Para que exista suficiente tiempo parala combustión de la mezcla aire-combustible,normalmente el tiempo de encendido es unpoco antes del PMS, de modo que la presión

es mayor despúes del PMS.

El punto de encendido se refiere a la posicióndel cigüeñal en el PMS, y se expresa como

grados de ángulo, llamado tambien "tiempo"de encendido.

Según si la chispa brinca antes o despúesdel punto muerto superior, se habla de

avance o atraso de la chispa.

Este grupo se compone de:

- Los cuatro pistones.- Las cuatro bielas.- El cigüeñal.- El volante del motor.

El conjunto del cigüeñal y pistones es la parte propulsora del motor. Es el lugar donde lascombustiones producen un calor repentino, haciendo que se expandan los gases y haciendo asíuna serie de esfuerzos mecánicos, los cuales aprovechamos en muchas formas.

Veamos nuevamente en forma detallada los componentes del grupo.

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El conjunto de Cigüeñal, Bielas y Pistones

Cada pistón al tocarle su tiempo de explosión, empuja su muñónexcentrico del cigüeñal hacia abajo. En los otros tres tiempos el

cigüeñal es el que mueve el pistón hacia arriba o abajo.

La biela es la unión entreel émbolo o pistón y el muñón

excentrico del cigüeñal

El volante del motor le damás inercia al cigüeñal paraque pase con un mínimo de

vibraciones los puntos muertos,sobre todo en marcha lenta.

El muñón excentrico: Es elpunto donde va unida la

biela al cigüeñal.

Los muñones de bancada:Son los muñones centrados delcigüeñal, sobre los cuales giran

y van montados en el monoblock.

El pistón está unido con la biela por medio del perno del pistón que corre dentro del buje de labiela dando una unión articulada. El perno además necesita su lubricación, la cual llega por unaperforación en el cojinete grande de la biela donde sale un chisguete de aceite hacia arriba cadavez que la perforación del cigüeñal de paso coincide con dicha perforación. Los anillos deseguro en los extremos de la perforación del pistón sirve para que el perno no pueda correrhacia ningún lado. La parte superior del pistón, que va hacia la cámara de combustón, escerrada. En los costados exteriores tiene sus ranuras, cuyo conjunto se llama "zona de anillos",en cada ranura va uno de los anillos. Entre el canto superior del pistón y la del primer anillo seencuentra la zona llamada "puente de control de fuego". La parte que sigue abajo de la zona deanillos tambien se le dice "falda del pistón".

La perforación del pistón para el perno está un poco fuera de centro (ver línea vertical roja queindica el centro del pistón). Por eso el pistón nunca debe montarse al revés, la flecha en la partecerrada del pistón debe apuntar hacia el lado delantero (el de la banda dentada) del motor. Elsentido de la flecha y las protuberancias en el pié de la biela y la tapa de su cojinete tambiendebe coincidir.

El asiento para el cojinete de la biela se maquina con la tapa puesta. Por eso al montarlo, debecoincidir la protuberancia superior y la inferior, para estar seguro que está en su posición,tampoco es admisible cambiar la tapa de una biela a otra. El hacer caso omiso de esto, puedecausar daños considerables al motor en muy poco tiempo.

Los metales de los cojinetes sirven para lograr características favorables de trabajo, el metal secompone de varias capas delgadas de aleación de plomo o estaño, las cuales están montadasen una concha de lámina, para asegurar la pre-tensión de los metales.

Sobre la superficie deslizante en la mayoría de los casos viene una capa de plomo sumamentedelgada y aplicada por proceso galvánico, para el principio del trabajo.

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El Pistón o Embólo con su Biela Unida

Un metal de cojinete se compone como sigue:

Metal BásicoCapa de plomo con bronce de 0.3 a 1.5 mmCapa de níquel de 0.001 a 0.0015 mmSuperficie deslizante de 0.02 a 0.025 mm

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El pistón o émbolo

Sus misiones:

1. Transmitir por medio de la biela la fuerza formada por la explosión al cigüeñal, en el tercertiempo, llamado explosión.

2. El movimiento del émbolo ocasionado por la vuelta del cigüeñal hace que los gases hagan losiguiente:- En el primer tiempo de admisión, se absorbe la mezcla de aire y combustible por medio del

vacío formado.- En el segundo tiempo, llamado compresión, comprimir la mezcla admitida en la cámara decombustión.

- En el cuarto tiempo, llamado escape, expulsar los gases quemados por la válvula deescape.

Por consiguiente, el pistón es el cierre móvil del conjunto cámara de compresión / cilindro haciala caja del cigüeñal.

El juego entre el pistón y la pared del cilindro debe ser lo mínimo posible, para que quede lomejor hermetizada la cámara de combustión y para que el vástago del émbolo sufra la menorcarga lateral posible. Al montar el émbolo debe procurarse su clasificación correcta:

- Los pistones deben ser del mismo peso aproximado (marcado con + O – en la superficie delpistón).

- El diámetro del pistón (marcado en la superficie del pistón) debe coincidir con la clasificaciónde los cilindros del monoblock.

El perno del pistón está descentrado hacia el lado que recibe la mayor presión. Por eso se diceque el perno está "fuera de centro".

La excentricidad del eje del perno hacia el lado de mayor presión ejerce cierta influencia sobreel movimiento transversal del émbolo y es una medida eficaz de evitar ruidos del pistón.

La parte cerrada superior del pistónes lo que recibe el golpe de la pre-sión de la explosión.

La perforación para el perno, recibela fuerza de la explosión sobre elpistón y la transmite por medio delperno a la biela.

Los anillos hermetizan las paredes del pistónhacia las del cilindro, para que no escape lafuerza. El anillo inferior se llama anillo deaceite, ya que es el que riega el aceite sal-picado en las paredes del cilindro al bajarel pistón, para que no pase a la cámara decombustión y se queme ahí. Los anillos delpistón además también transmiten calor a lasparedes del cilindro.

La falda del pistón: es la guía del pistón en elcilindro, para que éste no se trabe, ya que lafuerza de la biela es oblicua. Además despidecalor hacia las paredes de los cilindros y haciael aceite.

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Los anillos del pistón

- Sirven como junta hermetizadora entre el conjunto cámara de combustión y cilindro hacia lacaja del cigüeñal.

- Sirven como conductor térmico entre el pistón y la pared del cilindro.- Recogen el aceite sobrante que ha salpicado hacia la pared del cilindro (el inferior por eso esel de aceite).

- Mejoran la guía lateral del pistón.

Deben ser elásticos y tener cierto juego dentro de sus ranuras. Los 2 anillos superiores cierranla cámara de compresión y combustión a prueba de gases. Su elasticidad compensa eldesgaste normal tanto de ellos mismos como del cilindro. Por eso se llaman "anillos decompresión". Al superior más cercano de la acción directa de la explosión, también se le llamacon la palabra tomada en inglés. "anillo de control de fuego".

La presión formada cuando el pistón sube y las válvulas están cerradas, se llama "compresión".El anillo superior o "de control de fuego" sufre el calor de la combustión en forma muy directa,por eso debe ser de un material muy resistente.

El anillo para el aceite tiene la misión de recoger todo el aceite sobrante salpicado hacia lasparedes de los cilindros, evitando así que el aceite pase desde la caja del cigüeñal hacia lascámaras de combustión por los cilindros. Por eso también la ranura para ese anillo tiene lasperforaciones requeridas para recoger el aceite, y el anillo se compone de dos secciones, entrelas cuales están los pasillos para que ese aceite entre a dichas perforaciones.

Si los anillos tienen el lado de arriba marcado (con la palabra inglesa "TOP" o con unpunto), es el lado que debe apuntar hacia el lado cerrado del pistón. Esto es por quela forma del anillo en el lado superior e inferior es diferente.

Anillos de compresión

Pared del cilindro

Anillo de aceite

Zona de anillos

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La carga sobre el pistón

Durante el trabajo, los pistones están expuestos a cargas sumamente altas, tanto mecánicascomo térmicas. Al hacerse la explosión de la mezcla del aire y combustible se formantemperaturas hasta de 2,500 ºC.

Hay una carga de unos 50 bar (aproximadamente 50 Kg./cm2) sobre el lado cerrado del pistón,fuerza que pasa a la perforación para el perno. en el lado cerrado del pistón constantementehay una temperatura de unos 300 ºC. Puesto que el pistón se expande con el calor, tienen queconsiderarse estas cargas térmicas y mecánicas al diseñar el pistón. Los flancos son ligeramen-te ovalados, de modo que la zona de la mayor carga térmica (zona de los anillos y la parte dearriba del anillo de control de fuego, así como la parte inferior de la falda del pistón) tengansuficiente campo para hacer esta expansión. En el dibujo hemos marcado esta forma ovaladaen forma exagerada por medio de las líneas rojas.

En frío, el pistón es ligeramente ovalado, como ya dijimos; esto está diseñado de modo que alcalentarse se hace exactamente redondo, para lo cual también hay que considerar la aleaciónde los elementos en la falda del pistón que controlan esa expansión por medio del calor. Elémbolo mismo está hecho de un material muy ligero, que combina poca expansión al calentarsey alta dureza. A RPM medianas del motor, el pistón sube y baja 100 veces por segundo. Paraque aguante esta carga, el interior del pistón está reforzado de acuerdo con la zona de carga.Los datos de carga del pistón, que aquí sólo hemos mencionado en forma aproximada eincompleta, ya demuestran que se trata de una pieza de diseño sumamente complicada.

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El cigüeñal

Es la pieza que transforma el vaivén de los pistones en un movimiento giratorio. Es hecha deacero fundido, balanceada para evitar vibraciones. Por eso hay lugares donde se hacenbarrenos para balancear el cigüeñal.

Los muñones excéntricos de los cilindros No. 1 y 4 están fuera del centro en el mismo sentido,en cambio los de 2 y 3 también en el mismo sentido entre sí, están a media vuelta ó 180º de los2 primeros.

Brida del cigüeñal: parafijarle el volante del motor.

El cojinete con caras lateralespara ajustar el juego longitudinalo axial del cigüeñal.

Perno final: es para montarle elengrane para la banda dentada yla polea.

El contrapeso es para compensarel peso excéntrico con el muñónde la biela.

Cojinetes principales los debancada: Se encuentran alo largo del centro del ci-güeñal, son los puntos deapoyo sobre los cuáles giray lo detienen contra todaslas fuerzas radiales.

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El Monoblock

Es la pieza en que van montados todos los demás componentes del motor.

El monoblock se compone de lo siguiente:

La caja del cigüeñal con los asientos para los cojinetes de bancada, para los centro del cigüeñaly el árbol intermedio. En la parte superior encontramos el bloque de cilindros propiamente dicho,con los cilindros y sus camisas de enfriamiento, en las cuales circula el agua; algunos de losdúctos de aceite se barrenan en la pieza después de fundida, otros ya forman parte de la piezafundida.

El monoblock está formado de una sola pieza de acero colado. Por medio de variosprocedimientos en el maquinado se logra el paralelismo exacto de los cilindros y la calidad desu superficie en las paredes, en los asientos para los cojinetes y en las superficies para lasbridas. Para aumentar la estabilidad, así como para amortiguar vibraciones, tiene refuerzos pordentro y por fuera.

* La palabra es de origen Francés y significa bloque en una sola pieza.

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Los asientos para los cojinetes del Monoblock

Sirven para montarles los metales del cojinete, en las cuales van los muñones de bancada. Deninguna manera es admisible confundir o voltear las tapas al montarlas, porque los 5 asientospara cojinetes están cortados en línea, de modo que cada uno tiene su lugar y posición (esto espor razones técnicas de fabricación).

Tapa de cojinete

Asiento del cojinete(es parte del monoblock)

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La cabeza de los cilindros

(Esta pieza en francés se llama CULASSE, de donde los españoles tomaron la palabra culataque es la usual en España. En inglés y alemán se llama cabeza de cilindros, razón por la cualtambién en México es conocida bajo este nombre).

En la cabeza de los cilindros van montados los siguientes componentes:

- El árbol de levas- Los buzos- Las válvulas, con sus guías y sus asientos.- El sistema de ductos para la mezcla aire-gasolina a las válvulas de admisión y para gas deescape desde las válvulas de escape.

- Las bujías

La cabeza de los cilindros es hecha de fundición gris (hierro fundido) o una aleación dealuminio. En todos los motores VW se usan cabezas de aleación de aluminio. Pesa menos quelas de fundición gris, además conducen mejor el calor.

El lado inferior de la cabeza de los cilindros debe ser completamente plano, para quecierre en forma hermética con el monoblock. Entre la cabeza de los cilindros y elmonoblock se monta una junta a prueba de calor, llamada junta de la cabeza delcilindro (o de la culata). Una ligera torsión o deformación de la cabeza hace que esajunta ya no pueda asentar en forma hermética; pueden pasar gases, agua o aceitedesde el interior del motor.

Por eso es importante que al montar las superficies planas, éstas estén limpias y nodistorsionadas, para lo cual deben apretarse los tornillos en el orden y par de aprieteprescrito.

Tapas de cojinetes del árbol de levas

Árbol de levas.

Bulbo de aceite

Brida para conectar lamanguera de calefacciónal agua de enfriamiento.

Bulbo de temperatura.

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Composición del Mecanismo de Válvulas

Actualmente con la incorporación de busos hidráulicos no se requiere de esta placa de ajuste

Placa de ajuste de válvula

Buzo ó empujador

Seguros de la válvula

Platillo de resorte

Resorte principal o exterior

Resorte interior

Retén del vástago de válvulas

Paltillo de resorte ("roto-cap")

Cojinete del árbol de levas

Árbol de levas

Placa de ajuste

Buzo

Cabeza de la válvulaAsiento de la válvula

Vástago de la válvula

Guía de la válvula

Los resortes mantienenlas válvulas cerradas

Junta de la tapade válvulas

*

*

*

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Composición del Mecanismo de Válvulas

Descripción del funcionamiento de los componentes principales de la cabeza de los cilindros.

Placa de ajuste:Esto sirve para ajustar la distancia entre el lado bajo de la leva y el buzo. Es muy importantepara el motor que este juego sea correcto, ya que con demasiado juego no abre lo suficiente laválvula y hace ruido, en cambio si es insuficiente el juego, la válvula no cierra bien y se quema("flamea"). Con la incorporación de buzos hidráulicos no e requiere más de esta placa de ajuste.

El buzo:Es la pieza que transmite el movimiento de la leva a la válvula.

Los resortes de las válvulas:Estos son para cerrar la válvula y mantenerla cerrada. Tiene 2, uno más delgado dentro del otro,para aumentar la fuerza de cierre, para lo cual nuca se podría poner uno más grueso, por quetendría menos carrera por el espesor de su alambrón. El resorte chico se llama "ResorteProgresivo", y es para darle más fuerza al resorte principal. Los resorte abajo se apoyan en unaespecie de rondana en la cabeza, y en la parte superior tienen un segundo plato, detenido en elvástago de la válvula por medio de 2 piezas semicirculares cónicas, comúnmente llamadas"cuñas".

Las "cuñas" de las válvulas:Fijan el plato del resorte de la válvula en el extremo superior del vástago de la válvula.

Las guías de las válvulas:Las válvulas corren con sus vástagos dentro de las guías, que son hechas de una aleaciónespecial de latón y montadas en la cabeza de los cilindros a presión. El extremo superior llevaun retén para vástago de válvula, para evitar que el motor gaste aceite, jalándolo a través delas guías de las válvulas.

Los asientos de las válvulas:Se trata de anillos de una aleación de acero sumamente resistente al calor. Son la superficiedonde asienta cada válvula con su parte cónica, para cerrar herméticamente la cámara decompresión /combustión. Su fijación es por medio de presión térmica en su caja en la cabezadel cilindro.

Plato de apoyo ("Roto-cap"):El plato de apoyo en el pie del resorte de la válvula es para que la válvula vaya girandolentamente en su asiento, para evitar que se formen fugas de un solo lado porque la válvulasiempre asentaría en la misma posición.

Las válvulas trabajan bajo una carga térmica muy alta. La válvula de admisión se enfría por la mezcla aire-combustible pero laválvula de escape está expuesta a temperaturas de hasta 850º. Por eso la válvula de escape es blindad por medio deprocedimientos especiales. Si las válvulas de escape van a sufrir una carga térmica especialmente alta, por ejemplo en motoresde alto rendimiento, se llenan los vástagos huecos con sodio, el cual distribuye y conduce el calor de la cabeza de la válvula

hacia los vástagos, donde hay enfriamiento.

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La superficie de asiento de la cabeza de cilindros

El lado inferior de la cabeza de los cilindros es la superficie de asiento en la junta. Es el ladodonde asienta, con la junta en medio, sobre la superficie plana del monoblock. En el dibujo seven las 4 cámaras de combustión con sus válvulas, de las cuales las de admisión son las demayor diámetro para lograr un mejor llenado de mezcla.

En el dibujo hemos marcado de azul los puntos donde hay paso de agua hacia la cabeza. Lospasillos de aceite están pintados de amarillo.

Agua

Aceite

Aceite

E= Escape

A= Admisión

Aceite

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Las juntas del Motor

Las juntas son para hermetizar el motor contra lo siguiente:

- Gases- Aceite- Combustible- Agua

En los lugares donde en el motor asientan 2 superficies metálicas y donde es importante que lahermeticidad contra las materias arriba indicadas sea absoluta, normalmente se requiere dejuntas. El material se expande por el calor en el motor, y los metales distintos tienen factoresdiferentes de expansión. Por ejemplo: el monoblock hecho de acero vaciado y la cabeza de unaaleación de aluminio tienen factores de expansión diferentes. Las juntas compensan esasdiferencias, así como las pequeñas asperezas de las superficies.

La junta de la cabeza es de asbesto con un tejido de acero que la refuerza por dentro, formán-dose así un conjunto a prueba de calor.

Los cantos hacia el interior de los cilindros están reforzados con lámina de acero, lográndoseasí una mayor resistencia de la junta contra el calor y contra la presión de la combustión en lacámara de combustión.

La junta de la cabeza de cilindros:

Para hacer que la cabeza asienteherméticamente en la superficie del monoblock,

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Los Retenes de las Piezas Giratorias

El cuerpo del motor, compuesto por el monoblock y la cabeza, tiene retenes para evitar fugas deaceite en las piezas rotatorias.

Retén del árbol de levas Árbol de levas

Árbol intermedioRetén del árbol de intermedio

Retén del cigüeñal

Retén del cigüeñal

Cigüeñal

El resorte detiene el labio del retén en con-tacto estrecho con la flecha

Labio del retén

El canto del Labio hermetizante del retént i enen venas he l i co ida les , l as cua lesaumentan la hermetización. La inclinación deestas venas debe corresponder al sentido derotación de la pieza en cuestión, sea el cigüe-ñal, o el árbol intermedio y el árbol de levas,que giran en el mismo sentidoMembrana de hermetización

Apoyo metálico

Importante para montar los retenes siempredebe usarse la herramienta especial paraeste fin, porque de otra manera se puededañar el retén, causando una fuga.

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La Hermetización del Vástago de la Válvula

Por el movimiento de vaivén, el vástago de la válvula trabaja como una bomba. El retén de laválvula sirve para que no pase más aceite al vástago y a las guías que lo indispensable paraque no trabajen en seco. Sin este anillo retén, sobre todo al envejecer el motor, siempre habríala tendencia de absorber aceite a través de la guía excesivo de aceite.

El retén está montado a presión en la guíade la válvula, de modo que apenas dejapasar suficiente aceite para que el vástagode la válvula no trabaje en seco dentro dela guía.

Juego de cojineteCanal de lubricación

Zona de Presión

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La Lubricación

Todas las superficies metálicas que tienen que deslizarse una sobre la otra necesitanlubricarse, para esto tenemos el aceite del motor. Sus 4 principales misiones son las siguientes.

Lubricar, enfriar, limpiar y hermetizar.

Entre los muñones de un árbol o un cigüeñal y llos cojinetes hay un juego de pocas centésimasde milímetro, para que pueda girar libremente la parte interior. Debido a las presiones que seforman en estos lugares, también el aceite debe llegar con una presión de varios bar (Kg/cm2,)para que las superficies metálicas al girar no entren en contacto directo. Al girar el muñóndentro del cojinete, va arrastrando el aceite en el sentido de rotación, formando una películapareja en pocas vueltas. Entre más rápido gira el motor, más aumenta también esa acción dedistribución del aceite. En la zona de presión se forma una especie de cuña de aceite, la cualcarga el cigüeñal o el árbol.

La fricción seca debe transformarse en una amortiguada por líquidos. La fricciónseca entre superficies metálicas tendría como resultado un fuerte desgaste. Sobretodo en los puntos donde hay alta presión al mismo tiempo que fricción, lalubricación constante por medio de aceite es importantísima. Si nos imaginamos loscojinetes del cigüeñal, como ejemplo, trabajando sin aceite, en muy poco tiempoestarían deshechos.

La superficie más lisa, vista a través de un microscopio, es bastante áspera. Bien puede unoimaginarse que esas dos superficies sin aceite se desgastarían una y otra, así en muy pocotiempo estarían destruidas.

Bajo el microscopio uno podría observar la forma en que el aceite separa las 2 superficies paraevitar la fricción directa entre ellas, aunque estén bajo una fuerte presión. Las moléculas(componentes, microscópicos) del aceite, evitan el contacto directo entre las 2 superficiesásperas.

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La viscosidad del aceite del motor se indica en grados. Entre más delgados sea el aceite, másbajo es el número de viscosidad. Un aceite de motor del grado SAE 10 es sumamente delgado.Este tiene una buena consistencia cuando hace frío para que en invierno se inicie luego lalubricación de las paredes de los cilindros y de los pernos de los pistones por salpicadura desdeel pie de la biela, se necesita un aceite bastante delgado. Un aceite de motor del grado SAE 40es un aceite ya bastante espeso para el verano. Aguanta más calor que el aceite delgado, demodo que es el adecuado cuando hace calor. Los aceites multigrados que hoy se usan, tienenuna base de aceite delgado con aditivos químicos. Un aceite SAE 15/50 es bastante delgado,pero al aumentar la temperatura entran en acción sus aditivos químicos, que mantienen suestabilidad y evitan que la película de aceite se destruya, el recomendado en México para esosmotores, es el SAE 15 W 40.

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La Lubricación

Enfriamiento

Al hacerse la combustión en las partes del motor, se genera gran cantidad de calor que debeconducirse hacia afuera. El aceite del motor entra en contacto con las partes de altatemperatura antes que el aire o el agua de enfriamiento.También absorbe parte de calor, de modo que llega caliente al carter, donde se enfría por elcontacto de éste con el aire.El aceite sobre todo enfría los cilindros y los pistones. Según el clima o la estación del año seusa aceite de distinta viscosidad.En climas cálidos o en verano en los climas extremosos, se usa aceite más espeso, ya que elcalor lo hará más delgado. En cambio en la época fría en climas extremosos, se usa un aceitemás delgado, ya que el frío lo hará un poco más espeso. Eso es porque el aceite siempreaumenta su viscosidad (se hace más espeso) al bajar la temperatura y se hace más delgado alsubir. Si se calienta demasiado, puede darse el caso que la película de aceite se adelgace, lassuperficies metálicas entran en contacto directo y se destruyen una y otra. Hoy a menudo seusan aceites de varias áreas de viscosidad, los cuales tienen aditivos químicos que lo hacen

adecuados para trabajar en verano y en invierno en climas cálidos o en fríos.

2

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La Lubricación

Limpieza

Los aceites para motores modernos tienen aditivos que son para mantener en suspensión losresiduos de combustión y partículas metálicas, para que no se puedan depositar en el sistemade presión, obstruyéndolo. Tales aceites se identifican por medio de las letras HD abreviatura depalabras inglesas que significan Servicio Pesado. Además, depósitos de hollín en puntos de altatemperatura como los pistones, pueden tener el efecto que trabajan como aislantes contra laconducción del calor.

3

Como hermetizante

La película de aceite entre el pistón y el cilindro sirve como sellador fino entre el conjuntocámara de combustión/ compresión y cilindro por un lado y la caja cigüeñal por el otro. El aceitedel motor en los pistones y las superficies interiores de los cilindros no sólo está expuesto amucho calo9r, sino también a alta presión. Debe ser capaz de sellar, a pesar de alta presiones,para lo cual es estabilizado por medio de aditivos químicos.

4

En el sistema de lubricación del motor se tienen 2 tipos de lubricación:

Lubricación por presión

La bomba del aceite empuja el aceite hacia el buje del distribuidor, los cojinetes del cigüeñal, delárbol de levas, a través de ductos. Desde los extremos de los cojinetes corer en forma de goteode regreso hacia el cárter.

Lubricación por salpicadura o aspersión de aceite.

El aceite que regresa de los cojinetes rebota por todos lados por el movimiento de los pistones,las bielas, el cigüeñalm el árbol de levas y el intermedio. Debido a la presión que al mismotiempo se forma en el monoblock se atomiza este aceite, de modo que llega hasta los lugaresmás remotos del motor.

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El Sistema de Lubricación

Así trabaja el filtro de aceite: El aceite llega por su ducto al filtro, el cual se compone de papelporoso plegado, igual que el purificador del aire. El papel recoge toda impureza burda y asílimpia el aceite. El filtro de aceite debe reemplazarse a los intervalos prescritos, para que nuncatrabaje obstruido.

Nota: en nuestros filtros de aceite se tiene una válvula de sobrepresión que actúa cuando setapa el elemento filtrante.

Arbol de Levas

Bulbo de presión de aceite

Canal de lubricación

Arbol intermedio

Flecha del distribuidor de encendido

Buje del distribuidor de encendido

Bomba de aceite

Tubo de retorno para el aceite de las válvulas

Bandeja de aceiteCanal de lubricación

Cojinete

La bomba del aceite se compone de 2 engranes dentro de una caja, que al girar forman vacíode una lado y presión del otro. Uno de esos engranes es impulsado desde la flecha propulsorade la bomba y el árbol intermedio; el otro engrane corre libre, por engranar con el primero. Labomba de aceite succiona el aceite desde el carter y lo lleva a los bujes del distribuidor, delárbol intermedio y del árbol de levas, así como a los cojinetes de bancada del cigüeñal, dedonde pasa por las perforaciones del cigüeñal a los cojinetes de biela.

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La bomba de aceite

La válvula de sobrepresión es para limitar la presióndel aceite. Si fuera demasiada alta la presión seríainadmisible, por ejemplo en retenes, juntas delmotor y filtro de aceite.

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