aprendisaje ................................
- 1. UNIDAD 2 EL MOTOR • Es una máquina térmica que transforma la energía calorífica del combustible en energía mecánica
- 2. Definiciones • Es una máquina cuya función es la transformar cualquier tipo de energía, en energía mecánica útil al hombre asociada al movimiento de un cuerpo rígido (rotación de un eje, desplazamiento de un cilindro, movimiento del propio motor en su conjunto). • Conjunto de piezas (órganos o elementos) móviles y no móviles, que por efecto de sus enlaces son capaces de transformar la energía química, en energía mecánica. • Máquinas termodinámicas, que utilizan la energía de la combustión transformándola en movimiento
- 3. Reseña histórica del motor de combustión interna El motor de combustión interna no puede atribuirse a una sola persona, es decir, que fueron las ideas combinadas de los inventores las que contribuyeron al desarrollo del primer motor de combustión interna. El inventor francés llamado LEBON ideó en el año de 1799 una maquina a la cual dio el nombre de “motor de combustión interna”, en esa máquina el inventor hizo arder cierta cantidad de gas combustible con determinada cantidad de aire, dentro de un cilindro provisto de un pistón y la expansión de los gases producidos por la combustión empujo el embolo hacia afuera. Sin embargo, la maquina no fue perfeccionada debido a la muerte de LEBON. En el año 1860, un inventor francés llamado LENOIR alcanzo un adelanto considerable en el perfeccionamiento de las máquinas de Lebon, Cecil y Bamett; pero tenía muy poco conocimiento sobre la disipación de calor, por lo tanto sus trabajos no dieron el fruto. Lenoir fracaso en sus esfuerzos de mantener su motor a una temperatura moderada de manera que pudiera funcionar sin recalentamiento; tampoco logro aprovechar parte del calor generado por la combustión de los gases dentro del cilindro para mejorar la eficiencia del motor
- 4. •Otro ingeniero francés en 1862, llamado BEAU DE ROCHAS, patento un motor de combustión interna cuyo funcionamiento se basaba en el ciclo de cuatro tiempos. No obstante que Rochas no construyo un modelo de su invento, las teorías de su patente eran suficientemente convincentes para poner en manifiesto su efectividad. El principio de funcionamiento del motor que tan detalladamente describió Beau de Rochas, es la utilizada en los motores de combustión interna con ciclo de cuatro tiempos. Gracias a los esfuerzos de dos científicos alemanes llamados NICOLAUS AUGUST OTTO y EUGEN LANGEN, quienes en la exposición de París de 1867 presentaron al público un motor de combustión interna cuyo principio de funcionamiento estaba basado en la teoría de Beau de Rochas. Por tal motivo el principio del ciclo de cuatro tiempos, también se conoce con el nombre de “CICLO OTTO”. Otto construyo un motor de gasolina siguiendo la secuencia de fases anteriormente descrita y comenzó su fabricación de escala industrial que giraba a 180 RPM.
- 5. •En 1883 GOTTLIEB DAIMLER, por su interés en los vehículos de propulsión mecánica y motores de más altas revoluciones, desarrollo el primer motor de cuatro tiempos adecuado para vehículos automotores, el cual giraba a cerca de 900 RPM. En el año de 1893 el ingeniero alemán Rudolf Diésel publicó un trabajo titulado Teoría y construcción de un motor térmico racional. Mediante la termodinámica se intentaba llegar a comprender las relaciones existentes entre el calor y el trabajo con el fin de aplicarlas luego en la construcción de convertidores de energía más eficaces. La teoría de Diésel se basaba en dos consideraciones fundamentales. La primera consistía en el hecho de que cuanto más se comprimía una determinada cantidad de gas, más aumentaba su temperatura y de manera análoga cuanto más se expandía disminuía la temperatura. Por ejemplo la temperatura de la mezcla es muy alta cuando es comprimida por el pistón en su carrera ascendente y alcanza su mínimo volumen y se enfría cuando el gas alcanza su máximo volumen. La segunda consideración de Diésel se basaba que cuanto mayor fuese la diferencia entre las dos temperaturas del gas, antes y después de la compresión mejor funcionaría el motor. La relación entre los dos volúmenes de gas en el cilindro antes y después de la compresión, se denomina relación de compresión.
- 6. La idea racional de Diésel consistía en aumentar la eficacia del motor de combustión interna de Otto, aumentando su relación de compresión, pensaba construir un motor que pudiera comprimir el aire hasta 16 veces de su volumen original; en este estado el aire alcanzaría una temperatura de 538 °C. Entonces se inyectaría directamente en el cilindro el carburante que debido a la alta temperatura prendería espontáneamente. En los primeros modelos de motor Diésel quemaban polvo de carbón.
- 7. Términos Básicos Punto Muerto Superior (PMS): Punto máximo de desplazamiento del pistón cuando se ha acercado al límite superior de su desplazamiento dentro del cilindro. • Punto muerto inferior (PMI): Posición más baja del pistón cuando este ha llegado al límite de su desplazamiento descendente. • Carrera: La distancia que se desplaza el pistón desde sus posiciones extremas, Puede ser: Ascendente del PMI al PMS o Descendente del PMS al PMI. • Diámetro: Se refiere al diámetro interno del cilindro • Ciclo: También llamado tiempo; la serie de etapas del motor: admisión, compresión, explosión, escape se realizan en cuatro carreras del pistón y dos vueltas completas del cigüeñal. Cada etapa discurre durante media vuelta del cigüeñal
- 9. Partes fijas y móviles del motor Culata de Cilindros: Es la tapa de los cilindros y se fija al bloque por medio de pernos y espárragos, es casi siempre desmontable. La culata puede estar hecha de aluminio o aleaciones ligeras, en su interior posee aberturas que se comunican con las camisas de agua en el bloque de cilindros. En la culata se instalan las válvulas de admisión y escape, los elementos de carburación o inyección.
- 10. La culata realiza las siguientes funciones: • Forma la superficie de sello superior de la cámara de combustión. • Disipa el calor a medida que el refrigerante pasa por los conductos de agua internos. • Dirige el aire de admisión y escape hacia adentro o afuera de la cámara de combustión. • Da soporte a las válvulas e inyectores. La culata contiene más piezas móviles que cualquier otra parte del motor y controla; • Los gases de combustión y el (lujo de gases dentro del motor, la utilización del combustible y el enfriamiento del motor. • La culata debe soportar altas presiones y temperaturas muy altas, debe ser suficientemente rígida para sellar el bloque a la culata, al aplicar presión a la empaquetadura de la culata. La culata también sostiene las válvulas y el tren de válvulas para asegurar una operación uniforme y confiable.
- 11. Bloque de cilindros El bloque de motor es la estructura que soporta lodos los componentes del motor. Mantiene el cigüeñal, los pistones, las bielas y otros componentes en alineación precisa. El bloque también contiene el refrigerante y el aceite del motor y provee espacio para sujetar componentes externos como la bomba de agua y el filtro de aceite. El bloque tiene tres funciones principales: 1. Enfriar – Los conductos de agua dentro del bloque suministran un flujo de refrigerante alrededor de cada perforación de cilindro, a través del frente de llama y dentro de la culata. 2. Lubricar - Los conductos de aceite abiertos en lodo el bloque suministra aceite para lubricar todas las piezas del motor. 3. Dar estabilidad - Los bloques mantienen su forma y tamaño en una variedad de temperaturas y cargas del motor
- 12. Cárter Sirve de depósito de aceite y en él se aloja la bomba de aceite. El cárter es la parte inferior del motor en la que gira el cigüeñal. Está divido en dos partes: La parte superior del cárter constituye la parte inferior del bloque. La parte inferior del cárter constituye el depósito de aceite.
- 13. Múltiple de admisión y escape Fijados por pernos o espárragos a las aberturas o lumbreras de admisión y escape, en la culata de cilindros hay dos conductos llamados múltiple de admisión y escape. El múltiple de admisión puede ser de aluminio, pero los de escape son de hierro o acero
- 14. Rines Los anillos de pistones son generalmente de hierro fundido de grano fino o alguna aleación especial la cual es elástica y le permite contraerse, cuando el pistón se monta y se mete en el cilindro. Adicionalmente los anillos deben ser de material menos duro que el del cilindro, para que en la fricción con las paredes de los cilindros los anillos sean los que se desgasten. El trabajo principal de los anillos de pistón es sellar la presión de explosión y compresión y evitar que llegue al cárter, adicionalmente deben controlar la cantidad de aceite de las paredes del cilindro
- 16. Volante o Dámper Es una pesada rueda fijada en uno de los extremos del cigüeñal. Cuando el cigüeñal y el volante son puestos en movimiento por la fuerza del pistón aplicada mediante la biela durante el tiempo de expansión, las inercias del volante hacen que el cigüeñal continué girando mientras se produce los tiempos de escape, admisión y compresión siguientes. Cuando tiende a acelerarse el volante ejerce una resistencia y cuando pierde velocidad también ofrece resistencia. Al hacer girar el motor por medio del motor de arranque, se pone en movimiento el cigüeñal para completar uno o varios ciclos seguidos, hasta que se produzca el tiempo de expansiona y empiece el funcionamiento regular del motor.
- 17. Cojinetes del Motor Los cojinetes que se utilizan para los casquetes del cigüeñal y las bielas son de gran precisión e intercambiables. Los cojinetes se fabrican a tolerancias exactas, lo cual indica que no requieren rectificación para el montaje. Los cojinetes del cigüeñal y biela ejecutan un difícil trabajo debido a las altas velocidades y cargas que deben resistir. Para proveer una lubricación adecuada de los cojinetes entre la superficie y el eje, existe un juego u holgura de aceite. Generalmente proveen ranuras en las superficies del cojinete, para que ayuden en la distribución del aceite por toda la superficie del cojinete. El flujo está controlado por el diseño de la ranura y en muchos casos por el juego en las mitades que se separan los cojinetes
- 18. Pistones La función principal del pistón es transferir la energía de la combustión al cigüeñal en forma de potencia mecánica. También actúa como una bomba en las carreras de admisión y escape para introducir aire en la cámara de combustión y sacar los gases de escape. El pistón, generalmente hecho de una aleación de aluminio, es de forma cilíndrica modelos de motores, adicionalmente tienen que estar hechos a precisión y fabricados a tolerancias muy estrictas. El pistón entra en el cilindro con el extremo cerrado apuntando hacia la cámara de combustión. El extremo inferior del pistón está abierto para que la biela pueda entrar y conectarse al pasador del pistón. La construcción hueca del pistón permite además que la biela oscile cuando su extremo inferior sigue el círculo descrito por el muñón codo de la biela y adicionalmente disminuye el peso del pistón
- 19. La biela es una pieza de acero forjado que conecta el pistón al cigüeñal. Sirve además para transmitir al cigüeñal la fuerza recibida del pistón. Por ello su construcción debe ser fuerte a fin de resistir la gran tensión y esfuerzo a que es sometida normalmente. Aunque es una sola pieza en lo fundamental se distinguen en ella tres partes: pie, cuerpo y cabeza. El pie de la biela, que es la parte de la biela que se une al pistón por medio de un bulón. El cuerpo de la biela, situado entre el pie y la cabeza de la biela asegura la rigidez de la pieza. La cabeza de la biela, fundida en el mismo cuerpo, gira sobre el codo del cigüeñal y consta de dos partes; una superior o cabeza y la inferior llamada tapa de la biela, que se sujeta por medio de espárragos o tomillos de presión Biela
- 20. Cigüeñal El cigüeñal o árbol del motor es una pieza fundida con una aleación de acero de considerable resistencia mecánica, actualmente algunos cigüeñales modernos son huecos; así pueden ser gruesos y robustos, pero de poco peso. Colocado en el cárter debajo de los cilindros el cigüeñal esta sostenido por cojinetes de acero revestido de metal anti- fricción y dividido en dos secciones. Para lograr un correcto equilibrio dinámico, el cigüeñal está provisto de unas masas metálicas llamadas contrapesos, colocados en posiciones opuestas a los codos de las bielas, es decir, los contrapesos equilibran el peso de la biela y se encuentran en los lados opuestos del cigüeñal en relación con las bielas.
- 21. Válvulas • La válvula de escape tiene que abrirse para que puedan pasar los gases calientes, de acuerdo con esto la válvula de escape puede tener temperaturas de más de 750 C. En la culata de la válvula la temperatura varia siendo una parte más caliente que otra. La válvula de admisión no está expuesta a tanto calor como la válvula de escape, por no estar sujeta a los gases de escape y la mezcla de aire- gasolina contribuye a mantenerla fresca. Las válvulas de admisión y escape son semejantes, aunque están hechas de distintas aleaciones
- 22. Árbol de Levas El árbol de levas es accionado por un engranaje del cigüeñal. A medida que el árbol de levas gira, giran los lóbulos de leva. Los componentes del tren de válvulas conectados al árbol de levas siguen el movimiento hacia arriba y hacia abajo. La función del árbol de levas es controlar la operación de las válvulas de admisión y escape
- 23. Clasificación de los motores Por el Combustible. Por la forma de realizar el ciclo Disposición de los Cilindros. Por el combustible: Motores a Gasolina: Se alimentan de Aire- Combustible. Motores a Diésel: Este se alimenta de aire pre calentado y el combustible es inyectado a presión dentro del cilindro. Por la forma de realizar el ciclo • Motor Cuatro tiempos: Dos vueltas del cigüeñal, cuatro carreras del pistón, una del árbol de levas, 1 ciclo de trabajo. • Motor Dos tiempos: Una vuelta del cigüeñal, 2 carreras del pistón, 1 ciclo de trabajo.
- 24. Disposición de los cilindros Motores con cilindros en línea Tiene lo cilindros dispuestos en línea de forma vertical en un solo bloque. Motores con cilindros en V Tiene los cilindros repartido en dos bloques unidos por la base o bancada, y formando un cierto ángulo (60°, 90°, etc.). Motores con cilindros opuestos Los cilindros van dispuestos en un ángulo de 180° en posición horizontal y en sentido opuesto y están unidos por la base o bancada
- 25. v Los 4 Tiempos Ciclo Otto de Cuatro Tiempos El motor de cuatro tiempos se caracteriza porque el ciclo se cumple en cuatro carreras del pistón (dos revoluciones del cigüeñal). Por lo tanto, es el pistón el que se encarga de expulsar los gases quemados del cilindro, al finalizar la fase de expansión, y los sustituye con una nueva mezcla de aire y combustible, necesaria para llevar a cabo el ciclo sucesivo. El ciclo de cuatro tiempos de un motor que funciona según el ciclo Otto incluye las siguientes seis fases: • Admisión en el cilindro motor de la mezcla de aire y combustible necesaria para llevar a cabo el ciclo de funcionamiento. • Compresión de la mezcla. • Combustión de la mezcla al saltar la chispa entre los electrodos de la bujía. • Expansión de los gases quemados en el interior del cilindro. • Descarga espontánea de los gases quemados por el cilindro a través de la válvula de escape. • Expulsión de los gases quemados a través del conducto de escape.
- 26. Admisión El pistón empieza su carrera de bajada del punto muerto superior (P.M.S.) al punto muerto inferior (P.M.I.); la válvula de admisión se abre y la mezcla gaseosa, de aire y combustible, es aspirada en el cilindro, a causa de la depresión producida por el pistón durante su carrera del P.M.S. al P.M.I.
- 27. El pistón sube (del P.M.I. al P.M.S.), mientras que las válvulas de admisión y de escape están ambas cerradas; el pistón comprime la mezcla de aire y combustible en la cámara de combustión. El valor máximo de compresión se alcanza cuanto el pistón está al final de la carrera de subida, precisamente en el punto muerto superior; en este instante el volumen ocupado por la mezcla es el correspondiente a la cámara de combustión. Este aumento de temperatura no debe provocar el encendido espontáneo de la mezcla (temperatura de autoencendido), ya que el motor no funcionaría adecuadamente, al no poder controlarse el instante de encendido. Compresión
- 28. Explosión Antes de que el pistón llegue al P.M.S. la mezcla de aire y combustible está, comprimida y calentada, en la cámara de combustión, donde salta una chispa entre los electrodos de la bujía. Dicha chispa provoca el encendido y la rápida combustión de la mezcla, con el consiguiente repentino aumento de la temperatura y presión, provocado por el calor desarrollado durante la combustión.
- 29. Escape Antes de que el pistón termine su carrera de trabajo y se alcance el P.M.I., la válvula de escape se abre y los gases quemados, que tienen una presión mayor de la exterior, salen rápidamente hasta alcanzar una presión sólo un poco superior a la atmosférica.