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Leccin 2: Componentes de los Motores Diesel Caterpillar

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Introduccin

Caterpillar disea y construye motores diesel de cuatro tiempos, parasatisfacer las exigencias de los equipos Caterpillar y de una ampliavariedad de equipo de otros fabricantes.

Para realizar en forma eficaz el diagnstico, la reparacin y elservicio del motor Caterpillar, es necesario tener un conocimientocompleto de los principios de operacin y de la construccin de losmotores diesel.

Objetivos

Al terminar esta leccin, el estudiante podr identificar loscomponentes del motor diesel y explicar sus principios de operacin.

Material de referencia

El libro del motor LEBQ9801Introduccin a los motores diesel TECB6005

Unidad 1 1-2-2 Fundamentos del MotorLeccin 2

NOTA: Use la publicacin El libro del motor (LEBQ9801).Revise lo siguiente:

Principios de combustin externa (pgs. 1 a 5)Principios de combustin interna (pg. 6)Operacin del motor de gasolina (pg. 17)Construccin del motor (pgs. 17 a 24)Operacin del motor diesel (pgs. 24 a 27)Sistema de inyeccin de combustible (pgs. 28 a 36)Sistema de enfriamiento (pgs. 37 a 41)Sistema de lubricacin (pgs. 42 a 45)Sistema de admisin de aire (pgs. 46 a 49)

NOTA: Use la publicacin Introduccin a los Motores Diesel(TECB6005).

Revise lo siguiente:

Operacin del motor diesel de cuatro tiempos (pgs. 4 y 5)Componentes bsicos (pgs. 5 a 15)Especificaciones de rendimiento (pgs. 16 a 18)


Esta presentacin revisar los componentes y los sistemas principalesdel motor diesel 3406B Caterpillar.

Fig. 1.2.1 Motor 3406B Caterpillar

Motor 3406B Caterpillar

Gracias a sus aos de experiencia en motores diesel, Caterpillar tienela tecnologa necesaria para disear y construir motores de altacalidad, que ofrecen un rendimiento mximo a costos totales bajospara el cliente. Las consideraciones de diseo especficos del Motor3406B incluyen:

Confiabilidad Facilidad de servicio Larga vida til antes del reacondicionamiento general Costos bajos de reacondicionamiento general Flexibilidad en las aplicaciones Economa de combustible Control del aceite Rendimiento

Caterpillar siempre se ha caracterizado por sus motores de altaresistencia y calidad, y esta caracterstica est presente en el Motor3406B. El 3406B es un motor diesel para servicio pesado que secaracteriza por tener 6 cilindros en lnea, un calibre de 5,4 pulgadas,una carrera de 6,5 pulgadas y una cilindrada de 893 pulgadas cbicas.


Los principales componentes del motor se vern, ahora, con detalle.

Fig. 1.2.2 Bloque de motor

Bloque de motor

El bloque de motor es uno de los principales componentes del motordiesel que requiere mxima resistencia. Para suministrar estaresistencia, el bloque se funde a precisin, usando una combinacinde aleaciones especiales.

Fig. 1.2.3 Culata

Culata

El diseo de la culata le brinda una excelente resistencia estructural yrigidez. Pruebas rigurosas de choque de ciclo trmico profundoaseguran larga duracin y proveen culatas con mayor resistencia a lasfisuras.

La plancha espaciadora de aluminio o de acero usada entre la culata yel bloque elimina la necesidad de abocardados profundos en el bloqueque, de otro modo reduciran la integridad estructural del bloque y lodejaran propenso a la fisura.


Fig. 1.2.4 Cigeal del Motor 3406B

Fig. 1.2.5 Cigeal del Motor 3406C Cigeal del Motor 3406C

En el Motor 3406C, el tamao de los cojinetes de biela se haincrementado significativamente (en un rea de 19%). Estos cojinetesms anchos permiten extender la carga sobre un rea superficial msgrande, lo cual disminuye dramticamente la carga sobre el cojinete yprolonga as su vida til. En la figura 1.2.5 se muestra un cojinete debiela anterior en un cigeal nuevo del Motor 3406C, donde se veclaramente la mayor rea del nuevo cojinete. Este cambio ademsaumenta el grosor de la pelcula de aceite en 50% y permite que elMotor 3406C tenga la mayor capacidad de cojinete de biela en motoresde este tipo y elimina as los cojinetes de rodillos que slo tienen lamitad de la vida til en comparacin con el nuevo cojinete.

Cigeal del Motor 3406B

El cigeal es una pieza forjada de acero al carbn, templada en sutotalidad. Algunos otros fabricantes de motores diesel hacen slo eltemplado de los muones y ngulos del cigeal usando el mtodo deinduccin. Este proceso puede dejar tensiones inadecuadas en el lmiteentre las reas templadas y las no templadas. El proceso de templadototal de la superficie del cigeal patentado por Caterpillar provee uncigeal ms resistente y de mayor duracin. Con la superficie delcigeal templada en su totalidad, se reduce el riesgo de que el cigealse fisure.


Fig. 1.2.6 Bielas

Bielas

Las bielas de aleacin de acero y boro forjado, templadas y sometidasa disparo granallado, brindan un mayor alivio de las tensiones deesfuerzo. El diseo de bordes biselados provee una mayor rea decontacto entre el pasador y el cilindro durante la carrera de potencia.El resultado es mayor resistencia y duracin del pistn y del conjuntode la biela.

En el nuevo Motor 3406C la biela es ms grande y resistent, eincluye un cojinete de biela ms grande. En efecto, en los motorespara servicio pesado de su clase, el cojinete de biela del Motor 3406Ces el que tiene mayor capacidad de transportar carga. El cojinete, aldistribuir la carga del encendido sobre una mayor rea superficial,provee mayor confiabilidad y vida til en todas las clasificaciones delmotor.


Fig. 1.2.7 Pistones

Pistones

Los pistones son piezas decisivas en el diseo, vida til y rendimientogeneral del motor. El pistn de tres anillos del Motor 3406BCaterpillar es una pieza forjada de aleacin de aluminio, con unabanda forjada de hierro-nquel para los anillos de compresin. Labanda de hierro-nquel da mayor dureza y resistencia al desgaste delas ranuras.

El diseo del pistn de tres anillos suministra una excelentecompresin y control de aceite, lo cual reduce la friccin y lageneracin de calor. Esto resulta en una vida ms larga del pistn,anillos y camisas, y reduce los costos de reacondicionamiento generaldel motor.

Los anillos del pistn se fabrican de hierro nodular que brindanmayor resistencia y duracin. El anillo del aceite y el anillointermedio son cromados, mientras que el anillo superior tiene unacapa de plasma. Ambos tipos de anillos tienen excelentes propiedadesde resistencia al desgaste y al rayado.


Banda dela camisa Sellos

anulares

Fig. 1.2.8 Camisas

Fig. 1.2.9 Vlvulas

Vlvulas

Las vlvulas de admisin y escape del Motor 3406B son de altaresistencia para permitir una larga vida til. Se usan tres materiales enlas vlvulas de escape. El vstago se fabrica de acero inoxidabletemplado. Una aleacin especial se usa en las cabezas para proveerresistencia a altas temperaturas. Las caras de los asientos se fabricande estelita para dar resistencia al desgaste por alta temperatura. Lascabezas y los vstagos de las vlvulas de admisin son de aceroinoxidable templado, para proveer mayor resistencia al desgaste.

Camisas

Las camisas se fabrican con una aleacin de hierro y molibdenoforjado, que la proveen de un margen extra de dureza. En lasuperficie interna de la camisa, templada por induccin, se imprimeun diseo de patrn transversal que ayuda al control de aceite. Lossellos anulares sellan la camisa con la cavidad del refrigerante delbloque. Una banda de la camisa sella la parte superior. Como elmotor es rgido, estos sellos permanecen en su ubicacin ysuministran un excelente sellado de la camisa.


Fig. 1.2.10 Insertos de asiento de vlvula

Fig. 1.2.11 rbol de levas

rbol de levasEl rbol de levas se fabrica de una aleacin de acero especial, forjadoy templado para dar mayor seguridad y duracin. El engranaje delrbol de levas se calienta y se prensa durante la instalacin.

Insertos de asiento de vlvulaSi se desgastan o se daan los asientos de vlvula, los insertos deasiento de vlvula se deben reemplazar. Los insertos de la vlvula deadmisin se fabrican con aleaciones de acero inoxidable, y los de lavlvula de escape, con aleaciones a base de nquel.

Cada vlvula posee un rotador que mueve la cara de la vlvula tresgrados con relacin a su asiento durante un ciclo completo del motor.Esto asegura un desgaste uniforme que permite una vida ms larga dela vlvula y ayuda a evitar que las vlvulas se quemen.


Fig. 1.2.12 Retardador BrakeSaver

Fig. 1.2.13 Sistema de combustible

Sistema de combustible

En el motor 3406B se usa un sistema de combustible de alta presinde inyeccin directa con bomba helicoidal. El sistema es muyeficiente ya que permite una corta duracin de la inyeccin y unapulverizacin excelente del combustible, lo que da como resultadobajas emisiones y mayor economa de combustible.

Retardador BrakeSaver

El Motor 3406B tiene un retardador hidrulico BrakeSaver optativoque suministra un frenado eficiente, silencioso y suave del vehculo.El retardador BrakeSaver desarrolla una capacidad de retardacin de360 HP y mantiene la temperatura normal del motor en descensosprolongados. La operacin del retardador hidrulico BrakeSaversuministra un engrane suave y gradual, lo cual reduce el riesgo depatinaje o coleo del vehculo.

Al aliviar los frenos de servicio del desgaste severo causado por elfrenado en los descensos prolongados, el retardador BrakeSaverprolonga la vida til del revestimiento de los frenos, tambor yneumticos, y reduce as los costos de mantenimiento.


Fig. 1.2.14 Inyector de combustible

Fig. 1.2.15 Bomba de inyeccin de combustible

Bomba de inyeccin de combustibleLas bombas de combustible individuales de tipo helicoidal para cadacilindro no requieren balanceo y mantienen la eficiencia decombustible sin necesidad de ajustes peridicos.

Inyector de combustible

Los inyectores de combustible pueden reemplazarse en el campo. Lapunta de seis orificios pulveriza el combustible de presin alta en lacmara de combustin, lo cual permite as una completa y eficientecombustin.


Fig. 1.2.16 Avance de la sincronizacin de inyeccin de resorte/hidrulico

Fig. 1.2.17 Avance de la sincronizacin de inyeccin hidrulica

Avance de la sincronizacin de inyeccin hidrulicaSe introdujo un avance de la sincronizacin de inyeccin hidrulicadoble en los Motores 3406B, Serie 4MG3600 y siguientes. En estesistema el avance y el retraso del mecanismo de avance de lasincronizacin se hacen de forma hidrulica usando el aceite delmotor. Una vlvula de carrete accionada por contrapesos controla elflujo de aceite en el mecanismo de sincronizacin. Este sistema,completamente hidrulico, tiene una capacidad de avance desincronizacin de inyeccin de 12 grados.

Avance de la sincronizacin de inyeccin de resorte/hidrulico

El mecanismo de avance de sincronizacin de la inyeccin sensible ala velocidad del motor optimiza el rendimiento y el arranque delmotor. En los primeros Motores 3406B se usaba un sistema deresorte/hidrulico. Con el aumento de la velocidad del motor, elavance de la sincronizacin de la inyeccin se hace en formahidrulica usando el aceite del motor. A medida que la velocidad sereduce, un resorte grande empuja el mecanismo de sincronizacinhacia la posicin de retardacin. El sistema resorte/hidrulico tieneuna capacidad de avance de sincronizacin de nueve grados.


Fig. 1.2.18 Regulador

Fig. 1.2.19 Turbocompresor

Turbocompresor

El rendimiento de los turbocompresores del Motor 3406B se ajusta alas diferentes clasificaciones de potencia. Su diseo de inercia bajareacciona rpidamente a las demandas de carga, mientras suministrapotencia nominal plena en los lmites apropiados de altitud para laaplicacin del motor, lo que significa mejoras en la eficiencia de lacombustin y mayor trabajo til por galn de combustible.

Regulador

El Motor 3406B Caterpillar se caracteriza por tener un regulador degama plena. El regulador de accionamiento hidrulico mantieneprcticamente constante la velocidad sobre un terreno ondulado, enforma similar al control de la velocidad automtica de losautomviles. Esto reduce los cambios de velocidad y de aceleracin,lo que da como resultado mejoras en el tiempo de viaje y menosfatiga del conductor.


Fig. 1.2.20 Ubicacin de los componentes del motor


Ubicacin de los componentes del motorEn el lado derecho del motor se encuentran las siguientes piezas:

Turbocompresor Mltiple de escape Filtro de aceite Enfriador de aceite Conjunto del respiradero y tubo

Ubicacin de los componentes del motorAlgunas piezas ubicadas en la parte delantera del motor son:

Tapa de mando del compresor de aire Tapa del avance de la sincronizacin Amortiguador de vibracin Bomba de refrigerante

Ubicacin de los componentes



Fig. 1.2.23 Enfriador de aceite de la transmisin

Ubicacin de los componentes del motorUbicados al lado izquierdo del motor estn:

Compresor de aire Tuberas de inyeccin Bomba de cebado manual Ubicacin del motor de arranque Filtro de combustible Bomba de transferencia de combustible Bomba de inyeccin de combustible

Dependiendo de la aplicacin del motor, puede haber una disposicindiferente para el filtro de combustible y la bomba de cebado. Enalgunos motores tambin puede haber un posenfriador.

Enfriador de aceite de la transmisinSi se usa, el enfriador de aceite de la transmisin est instalado en ellado derecho del motor.

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2.1

Unidad 1 -1- Fundamentos del MotorCopia del Estudiante: Ejercicio 1.2.1

Unidad 1, ejercicio 1.2.1Usando las publicaciones "Introduccin a los motores diesel (TECB6005) y "El libro del motor(LEBQ9801) escriba una breve explicacin de la funcin de los siguientes componentes.

Bloque de motor

Cigeal:

Biela:

Pistn:

Anillos de pistn:

Pasador del pistn:

Cojinetes:

Camisas de cilindro:

Turbocompresor:

Varilla de empuje:

Levantavlvulas:

rbol de levas:

Vlvulas:

Balancn:

Culata:

Inyector de combustible:

Posenfriador:

Amortiguador de vibracin:

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