Principios del Motor

Transcripción

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Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea
Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile
Capítulo 1. ¿Qué es un motor?
1. ¿Qué es un Motor? ................................
2. Tipos de Motores....................................
3. Diagrama de Motor .................................
4. Fuerza Expansiva & Fuerza de Inercia ...
5. Motor Recíproco .....................................
6. Carreras de Admision & Escape.............
7. Carreras de Compresión & Combustión .
8. Estructura del Motor ...............................
9. Motor Diesel ..........................................
10. Motor de Combustión Interna ...............
11. Motor de Explosión pobre .....................
Capítulo 4. Sistema de Admisión
1. Aumento de eficiencia volumétrica .........
2. Efecto de Inercia de Entrada & Efecto de
pulsación ....................................................
3. Sistema de Admisión Variable ...............
4. Sistema de Admisión ..............................
5. Válvula de la mariposa & Multiple de
Admisión ....................................................
Capítulo 5. Sistema de escape
1. Sistema de Escape ................................
2. Efecto de inercia de escape & Efecto de
pulsacion ....................................................
3. Componentes del gas de escape ...........
4.
Relación
aire
combustible
&
Componentes de escape............................
5. Sistema de Purificación de escape .........
6. Dispositivo de recirculación del gas de
escape (Blow-by)........................................
Capítulo 2. Bloque de cilindros y
componentes móviles
1. Bloque de cilindros .................................
2. Cilindro ...................................................
3. Camara de Agua ....................................
4. Pistón .....................................................
5. Anillos de pistón .....................................
6. Biela .......................................................
7. Eje Cigueñal ...........................................
8. Cuerpo del cigueñal ...............................
9. Bancada .................................................
10. Volante .................................................
11. Eje de balanceo, balance para la fuerza
de inercia secundaria ..........................
Capítulo 6. Cargador
1. Tipos de cargadores ...............................
2. Turbocargador ........................................
3. Presión de refuerzo & Relación de
Compresión ................................................
4. Turbo Lag ...............................................
5. Sistema de sobrecarga & Calor ..............
6. Supercargador........................................
Capítulo 3. Culata
1. Culata.....................................................
2. Leva & eje de levas ................................
3. Accionamiento del eje de levas ..............
4. Válvulas de Admisión & Escape .............
5. Sistema de accionamiento de Válvulas ..
6. Sincronización de Válvulas .....................
7. Sincronización Variable de Válvulas .......
8. Malfuncionamiento de válvula ................
9. Sobre revoluciones & Zona roja .............
Capítulo 7. Sistema de Lubricación
1. Función del aceite en el motor................
2. Métodos de Lubricación .........................
3. Componentes del sistema de lubricación
4. Aceite de Motor ......................................
Capítulo 8. Sistema de refrigeración
1. Sistema de refrigeración .........................
2. Radiador.................................................
3. Refrigeración de la culata .......................
4. Sobrecalentamiento ...............................
2
Capítulo 9. Sistema de Combustible
1. Carburador .............................................
2. Sistema mecánico de Inyección de
combustible. ...............................................
3. Sistema electronico de inyección de
combustible ................................................
4. Sistema de suministro de combustible ...
Capítulo 10. Sistema de encendido
1. Encendido tipo punto ..............................
2. Encendido total con transistor ................
3. Encendido sin distribuidor ......................
4. Bujía .......................................................
Capítulo 11. Combustión y cámara de
combustión
1. Proceso de Combustión .........................
2. Relación A/F & Velocidad de la llama .....
3. Tiempo de encendido .............................
4. Efecto de turbulencia ..............................
5. Detonación ............................................
6. Combustión anormal ..............................
7. Forma de la cámara de combustión .......
8. Válvula de admisión-escape & Camara de
combustión .................................................
9. Pistón & Cámara de combustión ............
Capítulo 12. Desempeño. Consumo de
combustible,
ruido
y
vibración.
1. Desempeño requerido ..........................
2. ¿Qué es Potencia? ...............................
3. Método de representación de Potencia ..
4. ¿Qué es el Torque? ...............................
5. Aumento de potencia .............................
6. Potencia & Relación C/D ........................
7. Potencia & Relación de Compresión ......
8. Incremento de potencia en altas rpm......
9. Característica transiente & Respuesta ...
10. Disposición de cilindros & Rendimiento
11. Relación de consumo de combustible ..
12. Potencia & Eficiencia de combustible ...
13. Eficiencia de combustible del vehículo .
14. Vibración del motor ..............................
15. Ruidos en el motor ..........................................
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Capítulo 1.
¿Qué es un motor?
1. ¿Qué es un motor?
Este libro presenta el motor del automóvil
especialmente el motor a gasolina.
Sin embargo, es muy difícil definir el motor, es
decir, ¿qué es un motor? En conceptos
generales, el motor es el mecanismo que
convierte continuamente la energía de las
fuentes naturales como el fuego, el viento o
materiales eléctricos en energía. Hay muchos
tipos de energía y ellas son conducidas de
diferentes maneras.
Por lo tanto, podemos definir el motor a
gasolina, como un tipo de mecanismo de
combustión, en otras palabras, es el
mecanismo que cambia el calor adquirido por
la combustión de gasolina en fuerza mecánica
para mover los vehículos.
¿Cómo el la energía del calor convertida en
energía mecánica? Por ejemplo, una botella u
olla. Cuando se calientan, la tapa se mueve
con un sonido.
Hay una cosa importante. La fuerza de
movimiento no proviene de la energía del calor,
sino que del aire caliente o vapor por el trabajo
del calor.
El calor adquirido desde el gas o la energía
eléctrica hace hervir el agua de modo que el
vapor de agua levanta la tapa de la botella o la
olla.
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Estos medios son necesarios para el cambio
de energía. Este medio es el fluido de trabajo
en terminología tecnológica. El fluido para el
trabajo del motor a gasolina es el aire que
ingresa al motor y luego es convertido en
combustión y escape.
Sin embargo, cuando la energía del calor es
transformada en energía mecánica, debe
existir un fluido de trabajo. Siendo el medio
para la transformación de la energía, habrá
mucha pérdida de calor que puede ser
transformada en energía mecánica, la
eficiencia, es un factor importante en el motor.
Combustible
2. Tipos de motores
Hay muchos tipos de motores.
Combustión
Los motores pueden ser clasificados por el
número de cilindros, por la disposición de los
cilindros o por la forma de instalación en el
vehículo etc. Como usted sabe, el motor
produce la fuerza de conducción por el
movimiento recíproco del pistón dentro del
cilindro de manera que la Potencia esta
determinada por el número de cilindros.
Generación de calor
Expansión del aire
Generación de presión
Movimiento del Pistón
El procedimiento para transformar el
combustible en energía mecánica dentro del
motor del vehículo sera explicado en las
siguientes secciones.
Por lo tanto, el motor es clasificado
principalmente por el número de cilindros. Los
vehículos comerciales son clasificados en 2, 3,
4, 5, 6, 8, y 12 cilindros. Más cilindros implican
mayor desplazamiento de volúmen. De
acuerdo a la disposición, hay tres tipos
incluyendo los de tipo en línea con disposición
en serie, el tipo V con disposición en forma de
V y el de tipo opuesto en el cual se enfrentan
entre sí.
En este proceso, el fluido de trabajo es el aire.
Si no hay fluido de trabajo, la transformación
de la energía no debería producirse.
Por
el
contrario,
piense
sobre
la
transformación de la energía mecánica en la
energía de calor. En el vehículo, se representa
con el sistema de frenos. El principio de calor
es la fricción que proviene al frotar o friccionar
los dos materiales. Podemos calentar nuestras
manos, frotándolas, es decir, la fuerza de
movimiento (frotación) puede transformarse
fácilmente en energía calórica (manos
calientes). Esta vez, no hay fluido de trabajo.
La fuerza es cambiada por calor directamente.
De acuerdo al tipo de instalación del motor,
hay dos tipos, uno es a lo largo, y el otro a lo
ancho. Cuando los motores están dispuestos a
lo largo se llaman del tipo longitudinal, cuando
los motores están a lo ancho de les llama
transversales.
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Tipo tranversal
en la parte delantera del auto. Sin embargo
todos los vehículos no tienen el motor en la
parte delantera. En 1770, con el origen del
auto, el motor de auto a vapor de Cugnot
estaba colocado en el extremo delantero da la
carroceria. En 1885, el primer auto equipado
con motor a gasolina, el motor del auto
Daimler estaba localizado debajo del asiento y
delante del eje de las ruedas traseras.
Tipo longitudinal
En la historia, muchas investigaciones han
sido realizadas para encontrar la mejor
posición para instalar el motor. En 1891, el
auto FR (motor delantero con traccion trasera)
era frances. El tipo FR significa que el motor
estaba instalado en el lado delantero y las
ruedas delanteras eran las que traccionaban.
Después de eso, el diagrama de este auto
pasaría a ser el montaje de motor estandar.
Hasta ahora, el auto de pasajeros más grande
y los autos deportivos aceptan este tipo.
Por ejemplo, el auto tipo FR que tiene el motor
en la parte delantera y que dirige las ruedas
traseras tiene el motor instalado en forma
longitudinal. La razón es que el eje propulsor
que transmite la fuerza del manejo a las
ruedas traseras debe ser instalado por debajo
del piso. En el caso del auto tipo FF, en autos
más pequeños, tiene el motor en la parte
delantera y dirige las ruedas delanteras, el
motor es montado tranversal porque el eje de
rotación del motor debe estar paralelo. Sin
embargo, cuando el auto tipo FF tiene un
motor de 6 cilindros, si el motor es en linea y
esta instalado en dirección trancersal,
entonces el ancho del auto es demasiado
grande. Por lo tanto, en este caso, la mejor
disposicon de motor para este tipo de
instalacion el el de tipo V. De esta manera,
considerados
con
el
volumen
de
desplazamiento y el tipo de vehículos, el tipo
de disposicion del motor y el tipo de instalación,
se selecciona para una mejor combinación en
el diseño.
La característica típica del auto tipo FR es que
el motor esta delante de la cabina, el control de
la dirección es en las ruedas delanteras y la
traccion en las ruedas traseras de modo que la
operación y la carga del peso están divididas
igualmente entre el lado trasero y el lado
delantero y la traccion del movimiento y la
conveniencia del pasajero están balanceadas
tanto como la vibración y el ruido que son
menores que en otros tipos. En el diagrama
de un auto relativamente pequeño, ha habido
dos grandes desarrollos por cerca de cien
años. El primero es el Volkswagen en 1936
teniendo el motor en el lado posterior para
conducir las ruedas traseras.
3. Diagrama del Motor
Después de la Segunda Guerra Mundial, este
tipo estaba liderando el diseño por todo el
mundo en el flujo de autos de pasajeros de
motor trasero de conducción trasera tipo (RR).
El segundo es el Mini de Inglaterra en el año
1959. El Mini instalaba el motor delantero y
tracción delantera tipo (FF) que tenía el motor
a lo ancho en la parte delantera para la
conducción de las ruedas delanteras. Hoy en
FF: Motor delantero, tracción delantera
FR: motor delantero tracción trasera
MR: motor central, tracción trasera
RR: Motor trasero, tracción trasera
Es posible suponer que el motor sera instalado
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día, este tipo es aplicado tanto a los autos
pequeños como a los sedanes de tamaño
mediano.
pasajero de manera que es principalmente
aplicado a los autos deportivos. Cuando las
partes principales del motor están localizados
en el lado delantero más que el tipo de rueda
trasera, se llama del tipo de instalacion al
medio. Cuando las partes principales son
localizadas en el lado trasero, se le llama del
tipo con el motor trasero.
El auto tipo FF tiene el motor y los mecanismos
de conducción en la parte delantera de
manera que no se debe aplicar al auto cuyo
peso se concentra en el lado delantero. El
problema con esto es que no es fácil guíar el
auto. Sin embargo tiene el espacio interno y el
maletero relativamente grande, y la seguridad
es mayor comparada con otros tipos. Por lo
tanto es el mejor diseño como disposición en
autos utilitarios.
El tipo de conducción trasera y con el motor en
el medio (MR) está enfocado en el rendimiento
más que en la conveniencia del
Item
FF
FR
MR
RR
Proyección Frontal
Largo
Largo
Corto
Corto
Trasero pequeño
Frontal
Frontal
Posición en la Cabina
Frontal pequeño
Proyección Trasera
Corto
Largo
Corto
Largo
Espacio para la Cabina
Ancho
Medio
Pequeño
Medio
Altura desde el piso
Bajo
Alto
Medio
Medio
Espacio para el maletero
Ancho
Medio
Pequeño
Pequeño
Distribución de Peso
Frontal
Frontal pequeño
Central
Central
-Tendencia al
Sub-viraje
-Dirección estable -Buena capacidad
-Buena
conducción
de retorno
Rendimiento del sistema
-Con tracción
en línea recta
relativamente alta -Con alta tracción
-Buena conducción
en camino
resbaladizo
Aplicación de vehículos
Pequeño~Mediano
Mediano~Largo
Deportivo
-Alta tracción
-Tendencia al
sobre viraje
Pequeño~Mediano
Disposición del Motor & Características del Vehículo
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superior, hay un cigueñal en la parte inferior, el
pistón y el cigueñal están conectados por la
biela.
El motor a gasolina usa el aire como medio de
fluido de trabajo para transformar la energía
calórica en energía mecánica. El aire es
mezclado con la gasolina pulverizada en el
cilindro. Cuando la mezcla de aire y gasolina
son comprimidas usando el pistón y
combustionados, entonces el gas presionará
el pistón.
La fuerza de expansión que
presiona el pistón conducirá el pistón.
4. Fuerza de Expansión y Fuerza de Inercia
Casi todos los motores a gasolina de los
vehículos comerciales son motores recíprocos
excepto el motor rotatorio en el cual el principio
de trabajo es diferente. La palabra reciproco
proviene de reciprocidad. La reciprococidad
es el movimiento mecánico de ir y venir de
manera que el motor recíproco es el
mecanismo que transforma el movimiento
recíproco en movimiento de rotación usando el
giro el cual es el mecanismo que tiene forma
prominente y hundida.
Esta vez, excepto por la fuerza de expansión,
existe una fuerza de inercia la cual estamos
considerando. Esta fuerza es más bien
extraña porque se genera sin intención; sin
embargo, esta fuerza es seguida en la parte
móvil del motor en forma natural. Por lo tanto
puede afectar al rendimiento del motor o
puede ser la fuente de la vibración o ruido.
Considerando el movimiento recíproco del
pistón, el pistón comienza a moverse desde el
estado de detención en la posición más alta de
la carrera, tiene la maxima velocidad en mitad
de la carrera. Despues de eso la velocidad se
reduce y se detiene en la posición más baja de
la carrera y luego regresa a la posición más
alta nuevamente. Durante el desarrollo de
La vista de la sección transversal del motor
reciproco muestra que hay un pistón recíproco
que se mueve en el cilindro en la parte
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estos movimientos, las fuerzas de inercia
serán generadas cuando cambia la velocidad
de los movimientos. Por ejemplo, desde la
posición más alta del pistón hacia la mitad de
la carrera, hay una fuerza de inercia
ascendente, después hay una fuerza de
inercia descendente desde la mitad de la
carrera hacia la posición más baja del pistón.
dentro del cilindro, la mezcla es quemada
usando la chispa eléctrica que provoca la
combustion, la fuerza de la explosion conduce
al pistón en movimiento recíproco, y el
movimiento recíproco es cambiado al
movimiento de rotación en el eje cigüeñal.
Funcionamiento del motor de 4 tiempos:
Cuando el pistón está en la posición más alta,
la válvula de admisión se abre. Mientras el
pistón esta bajando, la mezcla de aire y
combustible se inyecta dentro del cilindro
hasta que la válvula de admisión se cierra
[Tiempo de Admisión]. En seguida, el pistón
se moverá hacia arriba para comprimir la
mezcla del gas [Tiempo de Compresión].
Luego, la mezcla comprimida de gas se
quemará por el encendido eléctrico [Tiempo
de Combustión]. El gas quemado que tiene
alta presión y alta temperatura, presionará el
pistón hacia abajo. En este momento, se abre
la válvula de escape para expulsar el gas
quemado [Tiempo de Escape]. Estos tiempos
se repiten continuamente.
Cuando esta fuerza de inercia produce
resonancia con las otras fuerzas de inercia
desde los otros pistones, podría haber
vibraciones o ruidos.
5. Motor recíproco
Entre estos 4 tiempos, sólo en el tiempo de
combustión, el motor produce la energía para
el trabajo. Por lo tanto, habrá necesidad de
fuerzas adicionales, para ingresar y sacar el
gas en el tiempo de admisión y de escape, y
para comprimir la mezcla en la carrera de
compresión.
Para hacerlo se instala un
volante en el eje cigüeñal para hacer que estas
fuerzas adicionales usen la fuerza de inercia
para asegurar el movimiento de rotación
continuo.
Los motores recíprocos son clasificados en
dos tipos, el de 2 tiempos y el de 4 tiempos.
Despues de haber sido desarrollado por
Daimler de Alemania en 1883, el tipo de 4
tiempos, el cual completo su sistema estandar
en 1900, es el más usado de los vehículos.
El principio del motor recíproco es que la
mezcla de aire y gasolina son inyectadas
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operaciones de compresión y de combustión
son desarrolladas, antes y después de que el
pistón esté ubicado en la posición más baja, la
operación de escape y admisión se
desarrollan al mismo tiempo. Por lo tanto, a
través de dos tiempos, se realiza un ciclo de
trabajo completo del motor. El motor de 4
tiempos ejecuta el tiempo de combustión en un
tiempo por dos giros del eje cigüeñal, pero el
motor de dos tiempos ejecuta la carrera de
combustión en cada giro del eje cigüeñal. Por
lo tanto, el de dos tiempos es más rápido.
El motor de 2 tiempos comprime durante las
dos carreras. Durante la operación este motor
realiza los cuatro tiempos, admisión,
compresión, combustión y escape como el
motor de 4 tiempos, pero solo en dos carreras.
Expulsión Gases
Adicionalmente, no tiene válvulas de admision
y escape de manera que tiene una estructura
simple y de bajo costo. Sin embargo, este
mérito puede ser un defecto.
Compresión y Expansión
El gas de escape es expulsado por el ingreso
de nuevas mezclas de gas cuando el pistón se
localiza en la posición más baja. Por lo tanto,
algunas nuevas mezclas se mezclarán y los
gases de la combustión sin quemar serán
expulsados. Produce contaminacion del aire y
alto consumo de combustible.
6. Tiempos de Admisión & Escape
Escape y Admisión
Este contenido se enfoca en la explicación del
motor de gasolina de 4 tiempos, el tipo más
usado.
Sin embargo, Antes y después de que el pistón
este ubicado en la posición más alta, las
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Para comprender los 4 tiempos, admisión,
compresión, combustión y escape, es útil
referirse a los dibujos, el diagrama indicador
(diagrama P-V) que muestra el proceso de las
operaciones del motor.
De hecho, el ciclo de las carreras o tiempos es
comenzar por el tiempo de admisión. Para
entender la operación del motor, es fácil
empezar por el tiempo de escape. Para
aspirar más aire como sea posible, el motor
usa también la fuerza de la salida del gas de
escape hacia el exterior del motor a través del
puerto de escape.
La carrera de escape empuja el gas de la
combustión hacia el exterior de la cámara de
combustión por el movimiento del pistón desde
la posición más baja hasta la posición más alta
cuando se haya abierto la válvula de escape.
En principio, se cree que la válvula de escape
se abrirá cuando el pistón esté alcanzando la
posición más baja.
Parece un poco complicado, pero es fácil
entender solo mirando los dibujos.
Carrera de Escape
Sin embargo, realmente, la válvula de escape
se abre antes de que el pistón alcance la
posición más baja, es decir, en la posición D
del dibujo.
Permaneciendo la fuerza de
presión del gas quemado, el escape del gas de
la combustion es más efectivo abriendo la
válvula de escape en avance. Después, el
pistón empujará el resto del gas usado
completamente para terminar la carrera de
escape.
El diagrama indicado es un gráfico que
consiste en un eje horizontal que representa el
volúmen de la cámara. Al extremo izquierdo
del gráfico, C y F, el pistón esta localizado en
la posición más alta del cilindro, y en los
extremos derechos del gráfico, G y H, el pistón
es localizado en la posición más baja del
cilindro.
En la carrera de admisión, la válvula de
admisión, se abre y el pistón baja desde la
posición más alta hacia la posición más baja
de modo que la mezcla de gas de combustible
y el aire son aspirados hacia adentro del
cilindro desde el puerto de admisión. Esta vez,
la válvula de admisión se abrirá justo antes de
que el pistón alcance la posición más alta, es
decir, en E del dibujo. Haciéndolo de este
Comparando las líneas del gráfico con los
cuatro tiempos, la línea de A-B es el tiempo de
admisión, B-C es el tiempo de compresión,
C-D es el tiempo de combustión y D-E es el
tiempo de escape.
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modo la operación se mejora en cierta forma
porque la fuerza de escape del gas producto
de la combustion succionará los gases de
admisión.
La razón por la que es dificil arrancar el motor
en invierno se debe a que es difícil que la
gasolina se evapore. Para solucionar este
problema, un método es mezclar más gasolina
con aire. Otro problema es que; cuando la
gasolina es vaporizada, el calor ambiental es
usado para la vaporización, de manera que la
temperatura de la cámara de algún modo
disminuye. Puede decrecer la eficiencia de la
combustión del motor. Para evitar que baje la
eficiencia del motor, la cantidad de la gasolina
se reduce. Sin embargo, al hacerlo así, la
temperatura de la cámara es tan alta que la
combustión puede ser desarrollada previa al
encendido, de manera se la llama combustión
anormal.
Carrera de Admisión
De la misma manera, la válvula de admisión se
cerrará cuando el pistón está en B. De esa
forma, mayor cantidad de mezcla será
aspirada en el cilindro por la fuerza de inercia
del gas de admisión. La aspiración de aire
hacia el interior del motor es realizada por la
diferencia de la presión de aire. Cuando el
pistón baja, la presión de aire en el cilindro es
más baja que la presión externa al cilindro, de
modo que el aire alrededor de la válvula de
admisión será aspirado al cilindro. El tiempo
de apertura de la válvula es diferente de la
posición de la carrera para aspirar tanto aire
como sea posible.
El hecho más importante de la carrera de
admisión a la carrera de compresión es el flujo
de las mezclas de gasolina y aire. No es
adecuado que el flujo sea demasiado
poderoso para ser encendido. Las pequeñas
partículas de gasolina deben ser mezcladas
con aire. Por lo tanto, hay muchas
investigaciones de fabricantes y desarrollo de
la forma del puerto de entrada y la proporción
de las mezclas de manera que la fuerza y el
modelo del flujo de mezcla son mantenidas
hasta que la carrera de combustión consiga la
mejor eficiencia del motor.
7. Tiempos de Compresión y Combustión
En la carrera de compresión, las mezclas de
gas son comprimidas por el pistón, de manera
que la presión y temperatura se incrementan
por la compresión adiabática. Por lo tanto, la
gasolina es vaporizada por el calor
comprimido del aire, listo para la combustión.
La gasolina pulverizada inyectada en el
cilindro con el aire es vaporizado en estado de
gas por la compresión adiabática. Entonces
está listo para ser quemado fácilmente. Este
espacio para la combustión es llamado
cámara de combustión.
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Comenzando la combustión, las mezclas
evaporizadas son quemadas en un breve
tiempo por lo que la presión y la temperatura
son incrementadas. En este tiempo el gas
expandido por la combustión presionará al
pistón. Esta fuerza de presión debería ser lo
más fuerte posible. El periodo de tiempo de
combustión es preferible que sea breve para
fortalecer la fuerza. Si el periodo de tiempo
para la combustión es más largo, entonces la
fuerza de combustión no está llevando la
presión al pistón sino que está siguiendo al
pistón. Por lo tanto la eficiencia del motor es la
peor. El periodo de tiempo combustión es
afectado por el flujo las mezclas definidas por
el tamaño y forma de la cámara de combustión
y el componente de la mezcla y así
sucesivamente.
8. Estructura del Motor
Carrera de Compresión
Cuando se produce la carrera de compresión,
el pistón alcanza la posición más alta. Cuando
el pistón está en C en el dibujo, El encendido
se producirá por la chispa eléctrica generada
en la bujía. El tiempo para producir la chispa
es muy importante. La mezcla no se quema
totalmente en el tiempo de encendido, pero la
combustión comienza desde el encendido. Por
lo que se necesita algún intervalo de tiempo
entre el tiempo de encendido y el tiempo para
la máxima presión de la cámara.
El motor a gasolina es una máquina
complicada que comprende distintas partes.
Miremos como está estructurado el motor.
Carrera de Combustión
El tiempo de encendido es determinado
considerando que la combustión se
completará entre la posición más alta y la de la
mitad de la cámara de combustión. Además,
la velocidad de combustión es proporcional a
la velocidad de rotación del motor de manera
que el tiempo de encendido debería ser
ajustado con la velocidad del motor.
El motor es similar a un edificio de tres pisos.
El primer piso es el carter de aceite que incluye
el eje cigüeñal, este transforma el movimiento
recíproco en movimiento giratorio. El segundo
piso es el bloque de cilindros que incluye el
cilindro en el cual un pistón se está moviendo
con movimiento recíproco. El tercer piso es la
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culata de cilindros.
etc.
En esta estructura, los componentes que se
mueven en la primera y segunda parte se les
llamana partes móviles, estas incluye el
pistón, el eje cigüeñal y la biela.
9. Motor Diesel
El motor diesel tiene forma y estructura similar
al motor a gasolina. El punto diferente es el
método de encendido. El motor a gasolina
enciende la mezcla de combustible con la
chispa eléctrica. Por el contrario, en el motor
diesel el combustible es inyectado dentro del
aire comprimido que tiene alta temperatura.
Cuando el aire es comprimido, la temperatura
del aire es incrementada. El motor a gasolina
comprime la mezcla de gas de combustible
hasta 1/10 del volumen inicial.
En la tercera parte, hay válvulas que controlan
la admisión y escape de los gases de admisión
y escape, y el eje de levas que acciona las
válvulas. Estos se llaman el sistema de la
culata.
Sobre la culata, está el multiple de admisión
que envia gasolina y aire al cilindro y el
múltiple de escape que saca el gas quemado.
Estos son llamados el sistema de admisión –
escape. El múltiple consta de “Many” y de
“Fold”, es decir mucho materiales combinados.
En realidad, hay muchos tubos de cañerías
que distribuyen el aire y la gasolina hacia cada
cilindro o que juntan los gases de escape en
un solo lugar.
Está el sistema de combustible que incluye
la bomba de combustible que toma la gasolina
desde el estanque de combustible hacia el
carburador o inyector de combustible para
hacer la mezcla aire combustible.
Está el sistema de lubricación que incluye la
bomba de lubricante que suministra el aceite
para reducir las fricciones y el filtro de aceite
para filtrar el aceite.
También está el sistema de refrigeración
que incluye el radiador y la bomba de agua
para mantener la temperatura del motor en
forma adecuada.
Para el funcionamiento del motor, se necesita
la energía eléctrica. Hay dispositivos
eléctricos que incluyen el encendido de la
bujía, el alternador que genera la energía
eléctrica y el motor de partida que suministra el
movimiento inicial al motor.
Además, están los sistemas auxiliares tales
como la bomba de aceite para la dirección
hidráulica, el compresor de aire acondicionado,
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liviana. Cuando la cantidad de combustible es
pequeña a baja velocidad, el combustible sera
quemado casi perfectamente. Sin embargo,
con mayor carga, el motor diesel necesita más
cantidad de combustible de manera que la
cantidad de aire es respectivamente pequeña.
Por lo tanto, puede escapar un poco de humo
negro.
En el motor a gasolina, el encendido es
ejecutado por la chispa eléctrica de manera
que el período de tiempo de la combustión es
muy corto. Sin embargo, en el motor diesel, el
combustible diesel es rociado dentro del aire
comprimido, de manera que necesita algún
periodo de tiempo para ser evaporizado. Por
lo tanto, la velocidad máxima del motor está
limitada a ser relativamente más baja y la
respuesta será más baja que en el motor a
gasolina.
El motor diesel comprime aire alrededor de
1/20 del volumen inicial para aumentar la
temperatura del aire sobre 600℃, e inyecta el
Comparado con el motor a gasolina, las
fuerzas de expansión y de inercia de las partes
móviles son mayores de modo que hay ruido
más alto y más vibración. Tiene la ventaja de
fácil mantención por no tener partes delicadas
tales como el sistema de encendido y la buena
eficiencia del combustible de manera que es
usado para propósitos comerciales o de
negocios más que para autos de pasajeros.
combustible comprimido con más de 100
atmosferas a través de la bomba de inyección
durante 1 a 2 ms. La potencia será controlada
por la cantidad de mezcla de aire combustible
inyectada para el motor a gasolina. Por otro
lado, la potencia del motor diesel puede ser
controlada por la cantidad combustible
inyectado sin controlar el aire (cantidad fija de
aire).
10. Motor de Combustión Interna
Para quemar el combustible perfectamente
aumentando la temperatura del aire, la
relación de compresión aumentará. Sin
embargo, al hacerlo así, el poder de expansión
aumentará también. Por lo tanto, el motor
debería ser más robusto para soportar el
aumento de la fuerza. Además, es necesaria
una alta calidad de combustible para ser
inyectado por la bomba. Entonces el motor es
más pesado y el costo es más alto. De modo
que el motor diesel no es el más adecuado
para aplicar al auto de pasajeros.
La fuerza del motor a gasolina de 4 tiempos,
como el de combustión interna, cambia de
acuerdo a las rpm (Revoluciones por minuto)
del motor comparado con el motor eléctrico o
el motor a vapor.
De manera que, es
imposible conducir con revoluciones más
bajas que cierto valor específico. Por lo tanto,
se deben incorporar el embrague y la
transmisión cuando el motor a gasolina es
utilizado en vehículos.
Para el motor de 4 tiempos, usando las 4
carreras, la fuerza del movimiento se produce
quemando la mezcla de aire y combustible en
el cilindro. Es muy diferente con el motor
En el motor diesel, debido a que la cantidad de
volumen de aire aspirado es constante, la
carga que se aplica al motor es relativamente
15
eléctrico usado en vehículos eléctricos que
pueden arrancar sólo aplicando la energía
eléctrica. Si las mezclas no se suministran al
cilindro en condición de ralentí, el motor no
puede continuar funcionando. Para que el
motor pueda estar funcionando continuamente
cuando el vehículo está detenido, el
mecanismo para conectar o desconectar la
fuerza del movimiento del motor, por lo que
debe incorporar un sistema de embrague.
rendimiento básico ha sido probado en
laboratorios, el costo de fabricación es muy
alto. Sin embargo se han sugerido algunas
patentes y tecnologías para utilizarlas.
11. Motor de combustión pobre
El sistema de purificación de escape usando
los catalíticos de 3 vías tiene la característica
de mantener la relación real de aire
combustible ideal para desarrollar la oxidación
y reducción de los componentes peligrosos
simultáneamente. Para hacerlo así, la
purificación del gas de escape será limitada, y
la cantidad de combustible usado para el
motor es decidida por el estado de conducción
del motor. Por lo tanto, el motor no puede ser
desarrollado para obtener más fuerza de
conducción con menos cantidad de
combustible.
En general, los vehículos necesitan más
potencia cuando es arrancado o acelerado,
pero cuando se maneja a velocidad constante,
no necesitan mayor energía. Para el motor
eléctrico, hay potencia cuando gira a bajas
rpm, y cuando las rpm aumentan, la salida
podría ser más baja. Por lo tanto, el motor
eléctrico puede ser aplicado en vehículos sin
ningún mecanismo de transmisión.
Sin embargo, para el motor gasolina, la
energía es determinada de acuerdo a las rpm
del motor. El rango de rpm esta limitado dentro
de ciertos rangos. Por ejemplo, las rpm del
motor a gasolina estan alrededor de
700∼7000 revoluciones por minuto, y las rpm
para obtener la máxima fuerza (torque) esta
alrededor de 4000 revoluciones. Por lo tanto,
cuando los vehículos están funcionando
dentro de varios rangos de velocidades, es
necesario controlar la velocidad incorporando
la transmisión entre el motor y las ruedas.
El sistema de combustión limpia es
desarrollado para fortalecer la eficiencia de
combustible con buena purificación del gas de
escape. Fortalecer la eficiencia es más
importante para el futuro. El motor de
combustión limpia es una de las tecnologías
públicas más atractivas.
A simple vista el motor puede ser la mejor
máquina para los vehículos. El factor
importante es el combustible, la fuente de
energía. La gasolina es fácil de guardar
durante la operación del motor, pero es difícil
para el motor almacenar energía eléctrica
efectivamente.
Con relación A/F alta, se reduce la gasolina en
la mezcla, al igual que los tres elementos más
dañinos, monóxido de carbono, hidrocarburos
y oxido nitroso. El oxigeno es más usado que
el combustible, de manera que la cantidad de
monóxido de carbono será menor o la mayor
parte del monóxido de carbono será
transformado en dióxido de carbono, gas que
no es peligroso. El hidrocarburo también se
quemará completamente y transformado en
dióxido de carbono y agua.
Ahora
Para desarrollar los vehículos eléctricos, es
esencial desarrollar baterías que tengan alta
eficiencia para cargar y mantener cargadas las
baterías. Muchas compañías están tratando
de desarrollar el método para mantener
baterías recargables.
Aún cuando el
16
consideraremos solo el último, el oxido de
nitroso. Si la relación A/F es alta, entonces la
temperatura aumentará por la cantidad de
oxigeno y la cantidad del oxido nitroso
aumentará.
Con una relación de aire
combustible de alrededor de 16, se
maximizará el óxido nitroso. Si la relación A/F
es más alta que 16, entonces la temperatura
de combustión bajará de modo que el torque
también bajará. Si la relación A/F es más y
más alta, la combustión no es estable, y el
torque es muy inestable, finalmente la
combustión no se realizará.
Los fabricantes estan enfocados en las
variaciones del torque de acuerdo con la
combustión limpia. Adaptando un sensor de
presión de combustión que detecta la presión
de combustible en el cilindro, el motor es
operado con la relación A/F justo antes de se
produzca la variación de torque. Por lo tanto,
ellos pueden hacer la próxima generación de
motores de combustion limpia con bajo
consumo de combustible y menos cantidad de
oxido nitroso. En ese sistema, la combustión
limpia es desarrollada en condiciones en las
cuales la conducción no está obstaculizada
por un torque bajo con baja carga. Cuando el
vehículo está acelerando o con alta carga, la
combustión se produce con la relación teórica
de A/F y el gas de escape es purificado por el
catalizador de 3 vías. Muchos fabricantes
continúan investigando para fortalecer el
consumo de combustible enfocándose en el
sistema de admisión y la cámara de
combustión con una relación de A/F de
16∼20. Muchos motores nuevos que
satisfacen este requisito de combustión y que
tienen menos problemas de gas de escape se
están mostrando gradualmente.
17
considerado como el material ideal para el
motor. No es fácil aplicar el aluminio al motor
porque tiene diferente coeficiente expansión al
calor que el acero, se utiliza como material
principal de las otras piezas, pero es
complicado para diseñar las estructuras del
motor. Además es más caro que el acero.
Capítulo 2.
Bloque de Cilindros & Partes
Móviles
1. Bloque de cilindros
Para los autos de pasajeros, el peso del motor
es alrededor de 10∼15% del peso total del
auto. El 15∼20% del peso del motor proviene
del bloque de cilindros. Es importante que sea
liviano manteniendo la resistencia tanto como
sea posible. Por lo tanto el esqueleto de la
estructura del bloque de cilindros tiene
distintos espesores, es decir, el espesor es
mayor en la parte donde se aplica más fuerza
pesada o tiene mayor posibilidad de
deformación y el espesor es el menor de las
otras piezas. Para diseñar el bloque de
cilindros que considera estos factores, el
análisis de la estructura es desarrollada por el
método de elemento finito en el cual el motor
es dividido en celdas rectangulares o
triangulares y que cada elemento es
establecido en ecuaciones simultáneas para
calcular por análisis numérico usando el
computador.
El bloque de cilindros es la pieza básica del
motor. Está fabricado de hierro forjado o
aluminio. Comprende el cilindro en el cual el
pistón se estará moviendo recíprocamente, la
camisa de agua para la circulación del agua de
refrigeración manteniendo la temperatura del
cilindro, y el eje cigüeñal instalado en la parte
baja.
El rol del cilindro es guiar el movimiento
recíproco del pistón soportando la fuerza y la
alta temperatura de la combustión de las
mezclas, para enfriar apropiadamente el
cilindro y para soportar el eje cigüeñal. Como
base del motor, debería tener suficiente fuerza
para soportar todas las piezas instaladas en el
motor.
En el lado del bloque de cilindros, debería
haber una camisa de agua para la circulación
del agua de refrigeración de modo que debe
ser cuidadosamente fabricada por lo
complicado de la estructura. Para evitar que
se quiebre en el punto de cuello de botella de
diferente espesor o para fortalecer la
resistencia contra el desgaste. Debería ser
tratado con calor.
Con estos propósitos, el cilindro es fabricado
generalmente de hierro forjado porque el
hierro
es
fácil
de
ser
procesado
mecánicamente y tiene la característica de
buena resistencia contra al desgaste y la
corrosión.
2. Camisa de cilindros
El muro interno del bloque de cilindros es la
cara de fricción con el pistón con aceite
lubricante entre ambos. Por lo tanto, satisface
los requisitos estrictos de endurecimiento a
alta temperatura y de desgaste, los cambios
de dimensión por el coeficiente de expansión
Recientemente, en vez del hierro forjado, la
aleación de aluminio es más conocida. El
aluminio es más liviano y disipa el calor con
más facilidad que el acero, por lo que es
18
de calor estarán dentro de la tolerancia, y que
no será adhesiva con otra por la alta
temperatura.
expansión del calor del aluminio es casi el
doble de la del acero de manera que la holgura
se reducirá a alta temperatura del motor, la
holgura
será
de
30∼40
micras
(0.03∼0.04mm) a temperatura ambiente. Si
la camisa y el pistón son de aluminio, entonces
la holgura será de 10 micras porque no hay
diferencia de la expansión de calor entre ellos.
El entorno de la camisa del cilindro está
formado como un paso para el agua para
refrigeración, cámara de agua, para mantener
la temperatura del motor en un valor
determinado absorbiendo la energía calórica
que proviene de la energía remanente de la
combustión.
Generalmente cuando el material del bloque
es el acero, esta pieza es hecha puliendo el
cilindro de hierro forjado, llamándose del tipo
sin camisa. Cuando el material del bloque es
de aluminio forjado, la pared interior del
cilindro que tiene una camisa hecha de hierro
forjado para evitar el desgaste de la pared
lateral. La camisa es lo que está adherido
dentro del cilindro. La camisa del cilindro
puede ser fabricado junto con el bloque de
cilindros o en forma separada y unidos
después con el cilindro.
3. Cámara de Agua
Cuando se forja el motor, el cilindro es
rodeado por el núcleo hecho de arena para
formar espacios vacíos. Estos espacios son
las cámaras de agua para dejar circular el
agua refrigerante y bajar la temperatura de la
culata y el cilindro a una adecuada
temperatura de operación.
El agua que
circula en el interior de la cámara de agua va
hacia el motor desde el puerto de salida del
radiador enfriando el agua caliente. El agua
fluye desde la parte inferior del motor hacia la
parte superior del motor.
Después de
enfriarse la culata, el agua caliente es sacada
desde el motor y va hacia el puerto de entrada
superior del radiador. Durante la circulación
dentro de la cámara de agua, es importante
enfriar a cada cilindro de igual forma. El diseño
de la cámara de agua es enfocado sobre el
método de flujo para esparcir el agua
ligeramente sobre todas las piezas con el
menor volumen de agua posible. El agua
caliente es enfriada en el radiador y entonces
regresa a la cámara de agua de nuevo. En
invierno, el agua caliente selectivamente fluye
adentro de otro radiador para calentar el
habitáculo de pasajeros.
Para el bloque de cilindros de aluminio, se usa
el hierro forjado. Es más pesado que la
aleación de aluminio a la vez que tiene la
relación de transmisión de calor más baja que
el aluminio. Por lo tanto, para el motor de
carrera o para altas exigencias, se fabrica una
camisa especial de aleación de silicio especial
basada en el aluminio o se utiliza un
tratamiento especial sobre las superficies
aluminio.
Estas camisas especiales son caras y difíciles
de fabricar. Además existen algunas pruebas
para desarrollar en el cilindro sin camisa con el
bloque de cilindros de aleación de aluminio.
Aun cuando el cilindro sin camisa es más caro,
el motor puede ser más barato y compacto de
manera que es principalmente aceptado por
los motores de alto rendimiento.
La holgura entre la camisa del cilindro y el
pistón dependen del material. Cuando la
camisa es de hierro forjado y el pistón es de
aluminio, considerando que la proporción de
19
Generalmente, la cámara de agua está
rodeando completamente al cilindro. Para
reducir la longitud del paso a lo largo de la
disposición del cilindro, la cámara de agua
está rodeando el lado exterior del cilindro de
manera que el agua no fluye en el espacio
adyacente a los cilindros. Este tipo se conoce
como el tipo de los siameses, algunas
porciones de la camisa que rodean cada
cilindro son sumergidas en un solo cuerpo. La
camisa convencional es llamada la del tipo de
camisa completa.
4. Pistón
El pistón se mueve dentro del cilindro
recíprocamente y transmite una fuerza de 3~4
toneladas (5 toneladas para el motor diesel) de
acuerdo con la combustión de la mezcla de
combustible la que tiene una temperatura de
2000°C en la carrera de combustión hacia la
biela. Lo primero que debe considerarse en el
diseño del pistón es que éste debe fabricarse
de materiales livianos para reducir la fuerza de
inercia del movimiento recíproco. El próximo
punto es que su material debe tener la fuerza
necesaria para resistir la fuerza de combustión.
Y luego el material del pistón deberá tener
buena captación del calor y no deformarse por
la alta temperatura.
Para los motores que tienen una camisa, es
dividido en dos tipos ya sea que el agua esté
en contacto o no con la camisa. Cuando la
camisa del cilindro es rodeado por la pared del
bloque de cilindros de modo que la parte
externa de la camisa no puede encontrarse
con el agua de refrigeración, se le llama tipo de
camisa seca. Cuando la mayoría de las
porciones de la camisa se contacta con el
agua fría directamente, se le llama del tipo
humeda.
La camisa del tipo humeda tiene mejor
rendimiento de enfriamiento.
Debe estar
sellado con un o’ring entre la camisa y el
bloque para evitar la fuga de agua fría. En KIA,
la mayoría de los motores que tienen camisas,
son del tipo secas porque la KIA no tiene
problemas que provengan del calor adhesivo
del motor, no obstante nos preocupamos de la
pérdida de agua enfriada.
Al principio, el aluminio o la aleación del
aluminio pueden considerarse para alivianar y
20
fortalecer. Entonces, para fortalecer la
resistencia al calor y para evitar que cambie de
dimensión, el tratamiento del calor debe ser
realizado.
mayor. Así, el diámetro debería ser diseñado
considerando el balance con el tamaño del
pistón
La parte superior del pistón es llamada la
cabeza del pistón o corona del pistón. Es una
parte muy importante que forma la cámara de
combustión con la culata. Para fortalecer la
eficiencia de la combustión de la mezcla de
combustible instantáneamente, la forma de la
cabeza del pistón debe ser plana. Para
mejorar la relación de compresión, la mitad de
la porción debe estar levantada o hay algunas
posiciones de partes rebajadas, el fresado
para las válvulas de admisión y de escape es
para evitar tocar el pistón. La porción inferior
del pistón es el faldón que estabiliza el
movimiento recíproco del pistón. Algunas
porciones delanteras del faldón parecen
cortadas debido al peso para balanceo que
pasa por estas áreas cuando el pistón baja.
Hay una holgura entre el pistón y el cilindro.
Esta holgura se sella con el anillo del pistón.
Cuando el pistón se mueve en forma recíproca
algunas partes del faldón pueden tocar la
pared del cilindro. Para reducir este contacto,
la forma del faldón debe ser cambiada. La
longitud más corta del faldón tiene menos
ruidos de fricción con el pistón y con menor
peso. Sin embargo, es preferible que al
diseñar el faldón esté balanceado con el
tamaño del pistón
5. Anillos de pistón
Las principales funciones del anillo del pistón,
la rueda de acero que rodea parte de la
cabeza del pistón, son evitar la pérdida de gas
a través del sellado entre el pistón y el cilindro,
para evitar que queden restos del aceite
lubricante en la cámara de combustión cuando
el aceite baja por las paredes del cilindro y
para evitar que se transmita el calor del pistón
al cilindro.
Generalmente el pistón consta de tres anillos.
Los dos anillos que están cerca de la cabeza
son llamados anillos de compresión. El anillo
que está cerca del faldón es retén. El anillo
superior de los anillos de compresión es usado
para sellar el gas, el retén es usado para
remover el aceite lubricante, y el segundo
anillo de los anillos de comprensión es usado
para sellar y controlar el espesor de la película
de aceite lubricante.
El pistón está conectado a la biela con el
pasador de pistón. De manera que las fuerzas
más grandes son aplicadas a este pasador.
Como el pasador de pistón tiene estructura de
un hueco cilíndrico, el diámetro externo más
grande, del mismo peso, es la mayor presión
contra la fuerza de deformación. Sin embargo,
cuando el diámetro del pasador de pistón es
agrandado, la cabeza del pasador de pistón
también debe agrandarse. Por lo tanto, la
altura de compresión, la longitud desde el
pasador hacia la cabeza del pistón, también es
alargada de manera que el peso del motor es
Algunos pistones tienen dos anillos, el anillo
de compresión y el anillo de aceite. En este
caso, los roles de los anillos son de alguna
forma perdidos, pero la eficiencia puede ser
fortalecida reduciendo la pérdida de fuerza de
fricción entre el anillo del pistón y la pared del
cilindro. Algunos autos de carrera aceptan el
sistema de dos anillos para acortar la altura del
21
pistón y reducir el peso del motor.
6. Biela
El anillo de compresión está hecho de acero
de resorte con hierro forjado y la superficie
debe ser tratada con calor para reducir la
fricción y fortalecer la lubricación del pistón.
Para insertar el anillo en la porción con
muesca y asegurar la fuerza de tensión para la
compresión del cilindro, una porción del anillo
debe estar abierta. Esta porción abierta se
llama espacio del extremo. El gas quemado
tiene un poco de perdida a través de este
espacio. El gas perdido es regresado a la
cámara de combustión por el sistema Blow-by
evitando las perdidas.
La biela es la pieza que conecta el pistón y eje
cigüeñal. Transfiere el movimiento recíproco
en movimiento de rotación. La biela se mueve
en forma muy compleja con movimiento de
balanceo sobre el pasador del pistón y el
movimiento lineal hacia arriba y hacia abajo.
De manera que se produce el peso de
balanceo para controlar la fuerza de inercia
generada por movimientos complicados.
La porción con ranura del pistón para los
anillos de compresión es ligeramente más
grande que el ancho de los anillos. Cuando el
pistón se mueve hacia arriba o hacia abajo, los
anillos están rotando para evitar que el
espacio del extremo de los tres anillos se
alinien. Si los anillos no tienen no tienen
tensión suficiente, los anillos se agitan dentro
de las ranuras a alta velocidad del motor de
manera que no puede sellarse el gas
apropiadamente.
La relación de contribución del peso de la biela
a la fuerza de inercia es alrededor de 2 a 1 en
movimiento recíproco. Para alivianar la carga
al cojinete y la vibración reduciendo la fuerza
de inercia, la biela debe ser lo más liviana
posible. Sin embargo, debe tener la fuerza
suficiente para transmitir la fuerza de
combustión al eje cigüeñal.
La biela esta fabricada de acero especial
forjado o fundido.
El forjado es
preferentemente usado para asegurar la
fuerza. Para los autos de carrera, se utilizan de
aleación de titanio, el que es liviano y muy
resistente pero con alto costo.
La sección transversal del retén tiene forma de
una C invertida. Los aceites que se juntan en
los anillos son devueltos hacia el interior del
pistón a través del orificio localizado en la
parte inferior del anillo en forma de “C”
invertida. Cuando el motor tiene alta velocidad,
el anillo no puede juntar el aceite solamente
con la fuerza de tensión, entonces un resorte
adicional, el expansor, deberá ser conectado
para reforzar la fuerza de compresión del anillo
hacia el cilindro.
22
Las bielas pueden ser divididas en dos tipos
de acuerdo a la forma seccional transversal
del vástago: el tipo I y el tipo H.
Si la fuerza es la misma, entonces el tipo I es
más liviano que el tipo H. Por lo tanto los autos
comunes aceptan el tipo I. El tipo H tiene
estructura más poderosa contra la fuerza de
deformación hacia la dirección del eje del
pasador.
7. El eje cigüeñal
El cigüeñal transforma el movimiento
recíproco en movimiento rotacional como se
ha mencionado hasta ahora. En los primeros
tiempos de la historia del vehículo, el motor se
arrancaba con una manivela. Después el
motor eléctrico fue usado para dar partida al
motor, hasta los años 50 algunos autos tenían
una manivela en la parte delantera del motor
como mecanismo de emergencia en caso de
mal funcionamiento del motor.
Como la biela es más larga, la vibración lateral
es menor. La razón es que; considerando la
fuerza aplicada al pistón en la rotación del
cigüeñal dividida en dirección lateral y
longitudinal, la biela más larga puede reducir la
relación de la fuerza a la dirección lateral que
la biela más corta de manera que la vibración y
la fricción también se pueden reducir. Sin
embargo, si la biela es demasiado larga, el
peso del motor es mayor de modo que no se
prefiere. Generalmente la longitud desde el
centro del pasador del pistón al pasador del
cigüeñal, es alrededor de dos veces la longitud
del la carrera.
El eje cigüeñal conecta cada manivela con
cada cilindro. El apoyo del eje principal se
llama bancada del cigüeñal y la parte que
conecta al extremo grande de la biela se llama
muñequilla del cigüeñal. Por otra parte, la
conexión del extremo pequeño de la biela con
el pistón es llamada pasador de pistón. La
conexión que une la bancada del cigüeñal y la
muñequilla de cigüeñal se llama brazo del
cigüeñal. El sector formado por el péndulo en
la parte delantera del brazo del cigüeñal se
llama el peso del balanceo o peso de
equilibrio.
La porción del extremo de la biela en el lado
del pistón es llamado el extremo pequeño, y la
porción del extremo en el lado del cigüeñal se
le llama el extremo grande. El extremo
pequeño es conectado al pistón con el
pasador del pistón, y el grande es conectado a
la muñequilla del cigüeñal insertando el
cojinete.
23
8. Cuerpo del cigüeñal
El cuerpo del cigüeñal es la parte que cubre
desde el cilindro en el bloque hasta el eje
cigüeñal.
En el cuerpo del cigüeñal, hay varios
mecanismos auxiliares tales como el
alternador (generador de corriente alterna),
para producir energía eléctrica, el compresor
de aire acondicionado y la bomba de aceite
para la dirección hidráulica Y los soportes del
montaje del motor que sostienen el motor al
chasís del vehículo también están conectados
al cuerpo del cigüeñal. Como la caja del
cigüeñal es parte del bloque de cilindros,
siempre vibra por el movimiento recíproco del
pistón y el movimiento del eje cigüeñal. Por lo
tanto, el material del eje cigüeñal debería
satisfacer los requisitos de la resistencia
contra la fuerza de choque y la vibración.
La razón de la forma del peso de balanceo
extendiéndose desde el centro (raíz) hacia la
porción circunferencial (porción externa) es
que puede tener más fuerza de inercia cuando
gira sobre la parte de la raíz; aún cuando el
peso de balanceo tiene la misma densidad de
peso. En el motor recíproco, el pistón presiona
la bancada del cigüeñal con la biela en la
carrera de combustión. El eje cigüeñal es
afectado por el efecto de doblado y la fuerza
de distorsión. Por lo tanto, la bancada del
cigüeñal tendrá la fuerza suficiente para
resistir estas fuerzas por lo que está fabricado
de acero forjado. Para los motores de alto
rendimiento en los autos de carrera, el acero
forjado se usa más para resistir la fuerza.
Los tipos de caja de cigüeñales están
divididos en dos tipos de acuerdo al rango de
cubierta sobre el eje cigüeñal, el de tipo medio
faldón y el de tipo faldón profundo Y los
soportes del montaje del motor que sostienen
el motor al chasís del vehículo también están
conectados al cuerpo del cigüeñal. En el tipo
faldón profundo, la caja del cigüeñal cubre la
tapa de cojinete.
Para el vehículo general o de propósitos
comerciales, el acero fundido es usado debido
a que el proceso de forjado es más caro. Aún
cuando el acero fundido resiste menos fuerza
que el acero forjado, no es un punto tan crítico
porque es posible fabricar el peso de balaceo
en forma precisa.
El peso de balanceo equilibra las fuerzas entre
el movimiento recíproco del pistón y el
movimiento de rotación del cigüeñal.
Simplemente piense, balancear el peso es
hacer coincidir las fuerzas de inercia del pistón
y el peso de balanceo en relación de 1:1. El
peso de balanceo debería ser pequeño en lo
posible dentro de los requerimientos de rango
de carga de la bancada para reducir el peso
del cigüeñal.
Debido a que el tipo de medio faldón tiene una
longitud corta, es posible que el bloque sea
24
liviano. Sin embargo, la fuerza conjunta será
más débil que el tipo de faldón profundo,
porque el área que se une es pequeña cuando
la transmisión es conectada al motor. Es fácil
de que se produzca algunas vibraciones de
modo que es necesario ser apoyado por los
soportes. Además, el espacio para adjuntar
los dispositivos auxiliares será más pequeño.
Para asegurar el cigüeñal al bloque de
cilindros y reforzar la fuerza del bloque, un
dispositivo de apoyo podría ser formado con el
cojinete del cigüeñal en la parte inferior del
cárter del motor. Según el tipo de dispositivo,
están el tipo estructura de escala y el tipo de
viga de cojinete.
En la parte inferior del bloque de cilindros,
existe también un depósito de aceite. Este es
para juntar el aceite, completando el rol de
lubricación y refrigeración. Está fabricado de
una hoja de acero prensada y está conectada
por una cubierta de caucho como la cubierta
superior. Es fácil que el depósito de aceite
haga ruidos de modo que está fabricado con
una placa hecha de acero resistente a la
vibración. La placa de acero está fabricada
para insertar una placa de resina entre las dos
placas de acero para evitar que vibre.
cojinetes, incluyendo el cojinete plano que
sostiene el eje con el lado más ancho y plano,
y el cojinete de bolas o rodillos. Generalmente,
para el cigüeñal del motor, es más usado el
cojinete plano.
La razón por la cual el tipo de cojinete de
rodillos no es aplicado al cigüeñal es que la
carga puede ser concentrada en los puntos de
contacto de la bola o el rodillo en un punto o
línea fija. En el cojinete plano la carga es
aplicada sobre el lado lubricado, el área de
contacto es más grande que el cojinete de
rodillo o de bola de modo que el cojinete plano
puede soportar mayores fuerzas.
El cojinete liso también se le denomina como
cojinete de deslizamiento, el eje se desliza
sobre el cojinete con el aceite lubricante.
Incluso si se le aplica con mucho cuidado y
con precisión a la superficie del cuerpo sólido
de metal, una capa de superficie lisa de todas
formas tendría cierta aspereza. Por lo tanto,
cuando los dos cuerpos sólidos se ponen en
contacto
directamente,
ellos
deberían
desgastarse.
El aceite lubricante que ingresa entre el
cojinete liso y el eje puede convertir la
superficie rugosa de estos dos cuerpos sólidos
en una superficie suave. Los dos cuerpos
sólidos no se contactan directamente aún
cuando estén conectados.
9. Cojinetes (Cojinete principal)
El cojinete ayuda a la rotación suave del eje y
soporta al eje de rotación. Hay varios tipos de
El espesor de la película de aceite, es decir el
espacio con el cojinete, es cambiado por la
carga o la expansión de calor. Cuando es muy
pequeño, se le puede adherir calor de fricción.
De otra manera, cuando es muy grande,
puede producir vibraciones y ruido.
El cojinete es fabricado soldando la aleación
que tiene poco peso y buena resistencia a la
fatiga, como son el cobre o el aluminio, sobre
la superficie con una base especial de metal
como el plomo. El cojinete tiene agujeros y un
25
surco de aceite para suministrar el aceite
lubricante y lubricar la porción de contacto
entre la biela y la bancada del cigüeñal y entre
el cigüeñal y el cárter del motor. El cojinete de
manivela, el eje rotatorio del cigüeñal, es
conectado a la parte inferior del bloque de
cilindros por la tapa del cojinete con el cojinete
liso. Para el motor en serie, este cojinete
debería estar conectado en el lado delantero y
el lado trasero del cilindro. Si es de 4 cilindros,
tiene 5 cojinetes y si es de 6 cilindros, tiene 7
cojinetes, es decir, es llamado de 5 cojinetes y
de 7 cojinetes respectivamente.
Ciertos
motores de modelos antiguos podrían tener la
estructura de 3 cojinetes. Este tipo no es
usado porque es fácil que se doble el cigüeñal
y también porque produce vibraciones.
El volante está incorporado en el lado de la
transmisión del cigüeñal para mantener la
rotación pareja usando la fuerza de inercia y
reduciendo la irregularidad de la fuerza
rotatoria. El cigüeñal gira dos veces por cada
tiempo de combustión. En las otras carreras,
la fuerza invertida direccional será necesaria
para la compresión, la admisión y el escape.
Si no hay volante, entonces la fuerza rotatoria
del cigüeñal se reduce en estas carreras. Por
lo tanto, cuando los intervalos de cada carrera
de combustión sean largos como los del
estado de ralentí, el motor podría detenerse.
10. Volante
Alrededor del volante se instala una corona
dentada para hacer girar el cigüeñal a traves
del piñon del motor de arranque. El disco de
embrague puede conectarse al lado plano del
volante mediante una placa para transmitir la
fuerza
motriz
a
la
transmisión.
26
acero que tiene más fuerza.
11. Eje de equilibrio o compensador para la
fuerza de inercia secundaria
El pistón, la biela y el cigueñal producen la
fuerza de inercia según el movimiento
recíproco y rotatorio. Por esta razón, si el
motor de un cilindro no tiene el peso contrario
para equilibrar entre la fuerza de inercia y el
peso del pistón, la biela y el cigueñal, entonces
el motor puede vibrar demasiado y
desestabilizarse.
La magnitud del torque de rotación es
calculada multiplicando la magnitud de la
fuerza por la distancia entre el centro del eje al
punto en el cual la fuerza es aplicada. La
magnitud de la fuerza es proporcional a la
masa de inercia de modo que si el volante es
pesado y el diámetro externo es grande, o si la
parte externa es pesada, entonces la fuerza
del volante podría ser grande.
En el motor convencional, la mitad de la masa
de inercia total es distribuida en el volante. Por
lo tanto, cuando la rotación del motor es baja o
cuando el motor convencional está en estado
de ralentí, la masa de inercia del volante debe
ser grande para hacer girar el motor
regularmente. Sin embargo, con la masa de
inercia grande del volante, la rotación del
motor no puede cambiarse fácilmente. Es
difícil aumentar la rotación del motor
presionando el acelerador, o frenar el giro del
motor soltando el acelerador. Es decir la
respuesta de motor será deficiente.
De
manera que la eficiencia del combustible
también será la peor.
Para el motor de 4 cilindros en serie, los 4
pistones están conectados al eje cigüeñal
apareándose el primero con el cuarto, y el
segundo con el tercero, frente a frente entre sí.
Cuando el cigüeñal gira, las fuerzas de inercia
son compensadas de modo que el peso
contrario puede que no se necesite.
En la estructura de movimiento real del
sistema de manivela de pistón del motor de 4
cilindros, la fuerza de inercia no será
compensada. Esto proviene de la estructura
en la cual el pistón en el movimiento recíproco,
es conectado al cigüeñal en el movimiento
rotatorio con la biela. Por ejemplo, en la
rotación de mitad del cigüeñal cuando el pistón
se mueve desde el punto más alto (PMS,
punto muerto superior) al punto más bajo (PMI,
punto muerto inferior), el pistón tiene la
velocidad máxima cerca del punto más alto de
la carrera más que a la mitad de ella. La
rotación del cigueñal es regular de modo que
la fuerza de inercia de la manivela de cada
cilindro (la fuerza de inercia primaria) es
fácilmente balanceada.
Sin embargo, la
fuerza de inercia del pistón no lo es. Por
ejemplo, la fuerza de inercia superior
generada cuando el primero y cuarto pistón se
mueven desde el punto más alto hacia el punto
más bajo es más grande que la fuerza de
inercia inferior generada cuando los segundos
y terceros pistones se mueven desde el punto
más bajo al punto más alto.
Algunos motores usan el 30% de torque
generado por el motor para aumentar la
rotación del motor mismo, cuando se acelera
en un cambio de baja velocidad. El tamaño y
el peso del volante son decididos según el
propósito del vehículo. Por ejemplo, el motor
para el auto de carrera usa uno de tamaño
pequeño, y él auto para la familia usa uno de
tamaño grande. Para objetivos generales, el
volante está fabricado de hierro fundido, y para
objetivos especiales como el auto de carrera,
está fabricado con cortes en el material de
27
fuerza de inercia secundaria. Este eje de
equilibrio o balanceo está diseñado para girar
al doble de velocidad en dirección inversa al
cigüeñal.
La fuerza de inercia adicional
generada desde el eje de equilibrio
compensará la vibración de la fuerza de
inercia secundaria.
Representando esta relación en el gráfico con
la fuerza de inercia en el eje vertical y el ángulo
de rotación del cigüeñal en el eje horizontal,
cuando la fuerza de inercia superior del primer
y cuarto pistón es el valor máximo, la fuerza de
inercia inferior del segundo y tercer pistón es
de valor mínimo, y viceversa después que el
cigüeñal gira 180°. De esta relación, sabemos
que la fuerza de inercia es generada con la
proporción de 2 veces por una rotación del
cigüeñal.
Esta fuerza de inercia es
denominada fuerza de inercia secundaria. Es
fácil que se produzca cuando el motor está en
estado ralentí.
El motor de cuatro cilindros es equipado
generalmente en el auto de pasajeros
pequeño. Para conveniencia de los pasajeros,
un eje de balanceo, es un eje de equilibrio que
tiene la forma de la mitad de un círculo en la
vista de corte transversal, se conecta a ambos
lados del motor para reducir la vibración de la
28
La cámara de combustión es una parte muy
importante para decidir sobre el rendimiento
del motor. Entonces la forma y el tamaño son
factores importantes.
Si la cámara de
combustión es grande, el intervalo de tiempo
para quemar la mezcla de combustible es
largo, aún cuando la mezcla pueda ser
suficientemente comprimida. Entonces no se
puede asegurar más potencia. Por lo tanto, es
preferible que la cámara de combustión sea
compacta.
Capítulo 3.
Culata
1. Culata
Además, la forma de la cámara de combustión
debe tener la menor cantidad de superficies
desiguales para realzar la combustión de las
mezclas.
Si la forma de la cámara de
combustión es complicada, entonces el calor
de la combustión fácilmente se perderá
porque la superficie de la cámara es
demasiado grande sobre el volumen, por lo
tanto, la fuerza que presiona el pistón será
inferior.
La culata está instalada sobre el bloque de
cilindros con un sello para evitar que se
escape el gas quemado. La parte inferior de la
culata es también el piso de la cámara de
combustión. Por lo tanto, la forma de la culata
muy es complicada. La parte en forma de caja
rectangular localizada en la parte superior,
tiene el sistema de conducción de válvulas que
aspira la mezcla de combustible hacia el motor
y arroja el gas quemado, y el conector de
encendido de modo que la forma y la
operación de esta parte pueda además decidir
además del funcionamiento de motor, la
combustión de la mezcla de combustible.
El puerto de admisión es también la parte
importante, porque el flujo de la mezcla de
entrada esta definido por el tamaño y la forma.
Considerando sólo el flujo, la superficie interna
más lisa es mejor para reducir la resistencia
contra el flujo y la forma directa de puerto es el
mejor. Sin embargo, la forma del puerto es
provechosa para la aspiración de la mezcla en
el cilindro para formar un flujo agitado y para
ser quemado en la carrera de combustión
tanto como sea posible.
La cámara de agua absorberá el calor restante
que queda después de la combustión hasta
que termine la carrera de escape tan rápido
como sea posible para evitar que aumente la
temperatura de las próximas mezclas de
aspiración. Especialmente, alrededor de las
partes que tienen alta posibilidad de aumentar
la temperatura tales como la válvula de escape
y la bujía que debe ser enfriado principalmente
para impedir que se produzca un problema por
el exceso de calor. En la culata, está el
cojinete para sujetar el sistema de conducción
La estructura de la culata varía según el tipo
de motor. La mayoría de las culatas tienen la
típica estructura así.
En la parte superior, hay un sistema conductor
de válvulas en cual el puerto de admisión que
aspira la mezcla de combustible en la cámara
de combustión y puerto de escape que saca el
gas quemado en la dirección longitudinal.
Dentro de la culata, hay una cámara de agua
que hace circular el agua fría desde el bloque
de cilindros.
29
de la válvula que incluye al eje de levas. El
cojinete es lubricado y enfriado por el aceite
del motor.
de leva levantan la válvula de modo que el
estado de apertura sea determinado por el
perfil de disco de leva. La sincronización de la
apertura y el cierre de las válvulas son
determinados por el ángulo de operación, el
ángulo desde el punto de partida hacia el
punto final de la cabeza.
2. Leva y eje de levas
Cuando la válvula se cierra en el asiento de la
válvula, es preferible que el impacto sea
pequeño en lo posible, de modo que la forma
en sección de cruz del disco de leva sea de la
forma de un huevo.
El disco de leva conduce la apertura y el cierre
de las válvulas de admisión para aspirar la
mezcla de combustible hacia la cámara de
combustión y las válvulas de escape para
sacar el gas quemado. Para el motor OHC o
DOHC, el disco de leva es conectado al árbol
de levas instalado en la parte del medio de la
culata.
Siempre se le aplica a la válvula una fuerza en
la dirección de cierre mediante el resorte de
válvula. Presionando el resorte con la nariz
del disco de leva, las válvulas se abrirán.
Si la velocidad de disco de leva se hace rápida
para ampliar la fuerza de inercia de la válvula,
el movimiento recíproco de la válvula no es
equilibrado con el movimiento rotatorio del
disco de leva.
La velocidad del motor
generada por esta velocidad limitada de
apertura y cierre es la velocidad máxima del
motor. Entonces el perfil del disco de leva es
muy importante.
El árbol de levas tiene los discos de leva con el
mismo número de las válvulas para la
admisión y el escape que están distribuido en
ángulos según la sincronización de apertura y
cierre. Para el motor de 4 ciclos, la relación de
apertura de las válvulas de admisión y las
válvulas de escape es de una por dos
revoluciones del cigüeñal. Por lo tanto, el
árbol de levas gira con la proporción de una
vuelta por dos revoluciones del eje cigüeñal.
La parte protuberante del disco de leva se
llama nariz de leva o la alzada de leva. La
altura se denomina el levantador de disco de
leva. "Levantador" quiere decir que los discos
La superficie de la nariz del disco de leva debe
ser tratada en forma especial para asegurar la
resistencia contra las fricciones del levantador
de válvula y el balancín instalado en la válvula.
Para hacerlo así, el árbol de levas esta
fabricado de hierro fundido y la nariz de disco
de leva debe ser tratada con un tratamiento en
frío tal como el método de congelación para
fortalecer la superficie, cuando es fundido.
Leva pequeña
Leva grande
Hay dos métodos para suministrar el aceite
30
lubricante al cojinete de leva que sujeta la
nariz de disco de leva y el árbol de levas,
desde afuera y desde adentro. En el método
de suministro exterior, el aceite será
suministrado desde el cojinete. En el método
de suministro interior, el árbol de levas tiene un
agujero para suministrar el aceite lubricante
desde la parte del medio del cojinete. Además,
el árbol de levas está fabricado de un tubo
ahuecado y el aceite lubricante puede ser
suministrado a través de este tubo ahuecado.
3. Accionamiento del eje de levas
Para el motor OHC, el cigüeñal esta localizado
en la parte inferior el bloque de cilindros y el
árbol de levas esta localizado sobre la culata,
por lo que debe haber una cadena o correa
para transmitir el movimiento rotatorio del
cigüeñal al árbol de levas. La conducción de
las válvulas de admisión y escape debería ser
exactamente sincronizada con la rotación del
cigüeñal, para algunos casos como el auto de
carrera, utiliza engranajes para transmitir
exactamente el movimiento rotatorio.
En el sistema de cadena para la transmisión,
la rueda dentada para la cadena se le
denomina engranaje. El que va conectado en
el cigüeñal es el engranaje de cigüeñal, y el
otro conectado al árbol de levas es el
engranaje del árbol de levas.
En el sistema en el cual el árbol de levas es
conducida por la cadena, la proporción del
número de dientes entre el piñón de cigüeñal y
el árbol de levas es de 1:2. Para mantener la
tensión de la cadena, se instala un tensor de
cadena, y la guía de cadena impide que esta
se sacuda durante el giro.
Si este método es aplicado al motor DOHC, el
engranaje tendrá el diámetro grande según la
relación del número de dientes. Por lo tanto, la
holgura del árbol de levas y la holgura de las
válvulas de entrada se agrandará.
Por consiguiente, este método no es aplicado
a los motores de tipo compactos. Para
solucionar este problema, un engranaje
adicional se inserta entremedio para transmitir
el movimiento rotatorio al engranaje del árbol
de levas. La correa de distribución usa una
correa que tiene la superficie dentada y la
polea, en vez de la cadena y el engranaje,
respectivamente. En este tipo, el engranaje y
la polea conectada al extremo del árbol de
31
levas tienen la marca de distribución que
indica el tiempo de apertura y cierre de la
válvula. Entonces usamos el término de
"distribución" al nombre de las partes. La
polea conectada en el cigüeñal es la polea de
engranaje de distribución del cigüeñal y la que
está conectada al árbol de levas es la polea de
engranaje de distribución de árbol de levas.
En el sistema de cadena, habrá un tipo de
reducción directa y un tipo de reducción doble.
Incluso aunque el motor OHC pueda aceptar la
cadena larga para conducir el árbol de levas,
se usa principalmente el método conductor de
la correa. La razón es que la cadena larga
puede producir el mal ajuste de sincronización
por un lado y grandes ruidos por otro y además
el sistema de cadena necesita lubricación. Sin
embargo la correa está fabricada de fibra y
caucho entonces fácilmente puede romperse
por el calor o el aceite. Es preferible que se
cambie cada 90.000km de funcionamiento.
resorte. La temperatura de la combustión está
sobre 2000ºC, y la temperatura del gas
quemado que pasa a través de la válvula es
más de 1000ºC. Por lo tanto, la temperatura
de la válvula de escape es más de 800ºC y la
de la válvula de entrada es más de 300ºC.
Entonces el material de la válvula debería ser
de acero resistente al calor.
4. Válvulas de Admisión y Válvulas de
Escape
El tamaño de la válvula es representado por el
diámetro en la parte de la cabeza. La válvula
de admisión es más grande que la válvula de
escape. Representando el área de la parte de
la cabeza, cuando la válvula de entrada es de
100,
la
válvula
de
escape
es
aproximadamente 75 ~ 85. Esta diferencia en
sus tamaños es para equilibrar el flujo de gas.
La entrada es realizada por la presión
disminuida que resultando de la bajada
forzada del pistón, por otro lado, el escape es
realizado por la alta presión que resulta de la
combustión. Para equilibrar el flujo de entrada
y escape, el tamaño de válvula de entrada
debe ser más grande que el de la válvula de
escape.
La culata incluye el puerto de admisión que
aspira la mezcla de combustible al cilindro y el
puerto de escape sacando el gas quemado.
Las válvulas en los puertos son la válvula de
admisión
y
válvula
de
escape,
respectivamente. De acuerdo a la forma de
hongo de la válvula, se le denomina válvula de
movimiento vertical.
Las poseen una cabeza de válvula y el
vástago de válvula. El vástago apoya la guía y
el resorte de válvula. La válvula es abierta por
la operación de presión de la nariz del disco de
leva y es cerrada por la fuerza elástica del
32
El vástago de la válvula esta diseñado,
considerando el flujo, tal como el de la válvula
de admisión es más delgada para reducir la
resistencia de flujo y la de la válvula de escape
es más grueso para transmitir el calor desde la
parte protuberante del vástago . El calor es
transferido a través del paso del vástago de la
válvula, la guía de la válvula, la culata y el
agua de refrigeración. Algunos motores de
alto rendimiento usan el vástago hueco relleno
con
sodio para asegurar una mejor
refrigeración de la válvula.
Válvula de tipo lateral
En la válvula de tipo lateral, el árbol de levas
instalado cerca del eje cigüeñal y presiona un
sistema largo de válvulas para abrir y cerrar la
válvula. La cámara de combustión es grande y
tiene el intervalo largo de tiempo para quemar
la mezcla de combustible de modo que no
pueda producir alta potencia. Hoy día este tipo
no es usado.
La parte del puerto que se pone en contacto
con la cara de válvula se le denomina asiento
de válvula. Si la culata está fabricada de hierro
fundido, entonces el asiento de la válvula
tiene la doble estructura. Si la culata está
fabricada de aleación de aluminio, entonces el
asiento es fabricado de acero con resistencia
al calor.
El resorte de la válvula siempre presiona la
válvula para conectar al disco de leva de modo
que el resorte de válvula se prefiere porque es
suave para reducir la resistencia de fricción
generada cuando la nariz del disco de leva
presiona la válvula. Además, para ampliar la
cantidad de gas de entrada y gas de escape, la
válvula puede ser ampliada y el levantamiento
del disco de leva puede extenderse así como
el resorte de válvula puede ser ablandado para
que opere más rápido. Pero esto puede
producir problemas y es más difícil el
balanceo.
Tipo OHV (Válvulas en la culata)
En el tipo de válvulas en la culata (OHV), la
válvula parecida al tipo de válvula lateral es
conectada sobre el cilindro para abrir y cerrar
la válvula usando un alza válvulas. La forma y
la estructura son similares a los motores
usados actualmente para mejorar el
rendimiento.
5. Sistema de accionamiento de válvulas
Como la válvula controla los gases para
aspirarlos y para sacarlos del cilindro, su
método de conducción puede entregar efectos
importantes en el rendimiento del motor. Hay
varios tipos de accionamiento de válvulas.
Han sido desarrollados desde el tipo de
válvula lateral, OHV, OHC hasta el tipo de
DOHC.
33
gemelo (twin cam). Además, el motor tipo V,
tiene dos culatas entonces los árboles de
levas serán cuatro.
Tipo OHC (árbol de levas en la culata)
Tipo directo Balancín
Después de eso, se desarrolló el tipo OHC
(árbol de levas en la culata). Como su
nombre lo indica, el árbol de levas está
localizado sobre la culata, exactamente, en el
la parte central de esta. En las levas de OHC,
hay dos tipos, el tipo en línea en la cual las
válvulas de admisión y de escape son
alternativamente instaladas en dirección líneal,
y el otro es del tipo de instalación en forma
de V en la que la válvula de admisión y la de
escape están localizadas una frente a la otra
en oposición para formar el tipo V. Este último
tiene más eficiencia y más alto rendimiento.
Alza válvulas
El método de conducción para las válvulas de
admisión y escape se divide en el tipo directo,
en el cual el disco de leva directamente
conduce las válvulas, y el tipo de balancín, en
el cual el disco de leva conduce la válvula que
usa una palanca. En el tipo de balancín, una
palanca conecta el punto de apalancamiento y
la leva. Usando la palanca se puede conducir
la válvula más rápido que el levantamiento de
disco de leva.
El tipo directo tiene menos componentes y
mucha fuerza. Usando la presión del aceite
para el taqué hidráulico, la válvula puede
recorrer el perfil de disco de leva siempre.
6. Tiempo de válvulas
La sincronización de válvulas corresponde al
momento de apertura y cierre de la válvula de
admisión y de escape. El tiempo estándar de
cada carrera está determinado por el inicio en
la apertura y finalización del cierre de la
válvula, en realción al giro del eje cigüeñal y el
puento muerto superior y punto muerto inferior
del pistón.
Tipo DOHC (doble árbol de levas en la culata)
Desarrollando más y más este arreglo en
forma de V, el tipo DOHC (doble árbol de levas
en la culata), en el cual las válvulas de
admisión
y
de
escape
son
independientemente conducidos por el árbol
de levas, principalmente es usado hoy en día
para motores de alto rendimiento. Como dice
el nombre, hay dos árboles de levas de modo
que los llamaremos sistema de disco de leva
34
suficientemente aspirada.
Sincronización de la válvula de Admisión
Cuando el pistón pasa el punto más bajo, la
válvula de entrada no se cierra en el fondo. Al
hacerlo así, la mezcla será aspirada en el
cilindro por la inercia del flujo de la mezcla. Al
final de la carrera de combustión, la válvula de
escape se abrirá justo antes de que el pistón
alcance el punto más bajo (PMI).
Como se dice simplemente sobre la apertura y
el cierre las válvulas, la válvula de escape se
abrirá cuando el pistón está en el punto más
bajo. Después de la extracción del gas,
cuando el pistón está en el punto más alto, la
válvula de escape se cerrará. Al mismo
tiempo, la válvula de admisión se abrirá para
que ingrese la mezcla de combustible.
Cuando el pistón está en el punto más bajo, la
válvula de entrada se cerrará. Sin embargo,
esto es justo el concepto para la operación de
válvulas. La mezcla de combustible y el gas
usado tiene masa, de modo que el flujo de la
mezcla o el gas no son ejecutados al instante,
necesitan algunos intervalos de tiempo.
Además, las válvulas no pueden abrir y
cerrarse instantaneamente. Por ejemplo, la
válvula de admisión necesita algún tiempo de
intervalo para abrirse totalmente, y la mezcla
no es aspirada durante algún tiempo por la
inercia del flujo.
Sincronización de válvula de escape
Esto es para sacar el gas quemado tan rápido
como sea posible por la fuerza de expansión
dejada en el cilindro. De la misma manera que
con la válvula de admisión, aún cuando el
pistón pase el punto más alto (PMS), la válvula
de escape aún está abierta para expulsar el
gas quemado totalmente usando la inercia del
flujo de escape.
Por lo tanto, la válvula de entrada se abrirá
antes que el pistón alcance el punto más alto y
cerrará después del PMI. Cuando el pistón
comienza a bajar, entonces la válvula ya está
un poco abierta para tomar la mezcla de
combustible dentro del cilindro. Por esto la
entrada se abre un poco antes. La válvula se
abrirá completamente cuando el pistón
alcance el punto más bajo, de modo que la
mezcla
de
combustible
puede
ser
35
7. Sincronización Variable de Válvulas
Tipo de ángulo de árbol de leva Variable
Según estos procesos de operación de las
válvulas, hay un momento en que las válvulas
de admisión y de escape se abren al mismo
tiempo, porque la válvula de escape se cierra
después de pasar a través del punto más alto
(PMS) y la válvula de admisión se abre antes
de alcanzar el punto más alto (PMS). En este
momento, la fuerza de inercia de vacío
generada del gas de escape puede acelerar la
aspiración de las mezclas de combustible.
Este período se llama traslapo de válvulas.
Siendo traslapado en el momento de de
apertura de la válvula de admisión y de escape,
la eficacia de entrada mejorada de las mezclas
es tan alta como la eficacia de escape del gas
usado, es decir la rotación del motor. Por otro
lado, cuando el motor está en estado rotativo a
baja velocidad como en estado ralentí, la
eficacia de motor puede disminuir por la
reducción del flujo de gas.
Especialmente, para algunos motores de alto
rendimiento que tenga gran traslapo, a baja
velocidad, la válvula de admisión se abrirá con
gran cantidad de gas quemado en el cilindro,
de modo que el gas quemado sera adherido al
puerto de entrada. Por lo tanto, la combustión
será inestable o incompletamente quemada.
En el motor de 4 válvulas, si el traslapo de
válvula es demasiado grande, entonces el
motor se pondrá fácilmente inestable en
estado de ralentí. Entonces el tiempo de
traslapo para el motor de 4 válvulas será muy
corto, o en algunos casos tendrá traslapo cero,
es decir la válvula de entrada se abrirá si la
válvula de escape se cierra.
36
modo la eficiencia mejorada del combustible.
Para la alta velocidad del árbol de levas, la
válvula se abrirá antes y se cerrará después y
el levantador abrira más para aspirar más
mezcla de manera que la potencia del motor
aumentará. Este sistema también se llama
sistema de distribución de válvulas variable no
obstante este sistema controla la alzada de
válvulas también. Este es un sistema más
avanzado.
8. Mal funcionamiento de la válvula
Tipo lóbulo de árbol de levas selectivo.
La válvula es abierta por el árbol de levas y
cerrada por el resorte. Realmente, la válvula
conectada por el resorte al asiento de válvula
es abierta con la presión del camón. En ese
momento, la fuerza de rotación del eje de
levas es más bien pequeña. Entonces el
resorte suave es más apropiado. Sin embargo,
para algunos motores de alto rendimiento que
tienen gran tamaño de la válvula o levantador,
el resorte se pondrá más duro y el balance de
la fuerza del resorte es un factor importante.
Como se mencionó, el tiempo de distribución
de válvula es diferente según la velocidad de
rotación del motor. Es decir la válvula de
admisión debería abrirse un poco casi al
término de la rotación inferior, y un poco antes
en la rotación superior. Por lo tanto, un
dispositivo adicional controlado por la presión
del aceite es instalado en el engranaje del eje
de levas de admisión para que el árbol de
levas pueda girarse ligeramente cuando el
motor esté con ciertas RPM, de modo que la
leva presione antes la válvula de admisión.
Esto es el sistema de tiempo de distribución
variable de válvulas.
Aunque no ocurra en la situación normal de
conducción, la dureza del resorte con el peso y
la fuerza de la válvula pueden crear una
operación anormal tal como el salto de la
válvula, el rebote de la válvula o la agitación de
la válvula, cuando el motor está rotando sobre
el límite de las RPM.
En el sistema de tiempo de distribución de
válvulas variable, la forma de disco de leva no
cambia, entonces la válvula también se
cerrará antes cuando se abra antes. Con el
cierre temprano de la válvula, se reduce la
cantidad de mezcla aspirada. Por lo tanto, la
opción del tiempo de distribución de válvula es
decidida no sólo por la velocidad de rotación
del motor, sino que también por la carga del
motor.
El salto de la válvula se produce cuando la
fuerza de inercia de la válvula es demasiado
grande de modo que el árbol de leva no puede
presionar el resorte y la válvula salta del
camón cuando el eje de levas está girando a
alta velocidad. La válvula puede retornar a la
posición original pero los otros componentes
móviles incluyendo el camón, el balancín, el
alza válvulas, etc. resultan dañados por la
fricción entre ellos.
Por consiguiente, el sistema de disco de leva
incluirá las dos clases de discos de leva: uno
para baja velocidad del motor y el otro para la
alta velocidad del motor. Para el disco de leva
de baja velocidad, la válvula se abrirá después
y se cerrará antes, el levantamiento será
pequeño, entonces se reducirá la mezcla
aspirada de combustible obteniendo de este
37
9. Zona roja y de giro a alta velocidad
En el tacómetro del motor, hay una zona de las
rpm de color rojo llamada la zona roja.
Algunos medidores tienen la zona amarilla
justo antes de la zona roja.
Rebote de la válvula se produce cuando la
cara de la válvula no se contacta con el asiento
de válvula (porción contactada con la válvula)
pero rebota desde el asiento de la válvula
cuando la válvula es cerrada por el resorte.
Los componentes móviles serán dañados por
este rebote. Con el aumento de la rotación del
motor, el rebote se produce sobre el límite de
las RPM. Este límite de RPM es conocido
como la velocidad de choque o límite de rpm
del motor.
Las rpm del inicio de la zona roja es el máximo
de rpm permitidas establecida por las
características y requisitos para la duración de
los componentes móviles incluyendo las
válvulas,
resortes
y
los
principales
componentes del sistema incluyendo el pistón
y la biela. Cuando el motor es operado con la
máxima velocidad tiene la máxima potencia.
Agitación de la Válvula es la vibración
anormal del resorte. Como la frecuencia
natural del resorte corresponde a la
distribución elástica del camón, el resorte
puede moverse mucho por su propia vibración.
Por lo tanto el motor gira por la fuerza, si
continúa así entonces el resorte se romperá.
Estas operaciones anormales de la válvula se
pueden producir fácilmente cuando la válvula
es pesada y el alza válvulas es grande.
Cuando la mayoría de los motores usados
eran OHC de 2 válvulas, estos eran los
mayores problemas.
Después de que
apareció el motor DOHC de 4 válvulas, estos
problemas raramente ocurrían.
Como el
sistema de 2 válvulas se transformó en el
sistema de 4 válvulas, el área de válvula se
agrandó de modo que el flujo era más parejo.
Por lo tanto, el alzador no tiene que ser
agrandado. Además, la válvula es alivianada
de manera que el resorte no tiene que estar
reforzado aún si las rpm aumentan.
La operación del motor sobre el máximo de
RPM permitidas, se llama sobre revoluciones.
El sobre giro puede producirse cuando el
cambio se hace con una marcha de velocidad
más baja al conducir a alta velocidad. Cuando
el motor está en estado de ralentí, si las RPM
aumentan en fuerza, entonces el motor estará
en estado de sobregiro.
Cuando el motor está sobre revolucionado, la
válvula funcionará anormalmente como una
válvula agitada, con saltos o rebotes. En este
caso, la válvula y el resorte se pueden dañar, o
en algunos casos, el pistón puede dañarse al
chocar con la cabeza con la válvula. Para
38
evitar este choque entre pistón y válvula, se
deja un área de alojamiento en el pistón. Sin
embargo, si el pistón salta sobre el área de
alojamiento chocará con la válvula.
Si la velocidad promedio del movimiento del
pistón es anormalmente ajustada por el sobre
giro, el espacio entre el anillo del pistón y el
cilindro se dañarán y la película de aceite del
cojinete en el pasador del pistón y el eje
cigüeñal se romperá, de manera que la
temperatura aumentará o algunas piezas se
pegarán por este calor. Cuando es motor está
operando a alta velocidad la velocidad de la
combustión también aumentará y aumentará
también la temperatura de la cámara de
combustión.
Entonces estos problemas
pueden fácilmente producirse, por lo tanto sea
precavido.
Además, por el sobre giro la fuerza de inercia
aumenta en el motor produciéndose una
vibración anormal. Las piezas se romperán o
se quebrarán. Las revoluciones por minuto
máximas aceptables son puestas en
300~1300 revoluciones por minuto más alto
que las revoluciones por minuto de la potencia
máxima. En algunos motores, la inyección de
combustible se cortará cuando está en la línea
roja para impedir que las RPM aumenten más
del máximo permitido para impedir problemas
debido al sobre giro.
39
⑴ El aire ambiental debería ser aspirado, en
Capítulo 4.
Sistema de Admisión
lo posible, a temperatura no muy alta. El
motor que tiene turbocargador, debería
estar equipado con el interenfriador para
impedir que suba la temperatura del aire
aspirado.
1. Aumento de la eficiencia volumétrica
La presión de la mezcla de combustible al final
de la carrera de admisión es inferior a la
presión ambiental debido a la resistencia
contra el flujo del filtro de aire y el conducto.
⑵ Reducir la resistencia de flujo del gas
aspirado aumentando el número de
válvulas, y ampliando el tamaño y el radio
del conducto y el colector.
Además la temperatura de la mezcla de
combustible es alta porque se contacta con la
válvula caliente, sucediendo lo mismo con la
pared de cilindro cuando lo aspiran. Cuando
la densidad del aire disminuye la presión
también disminuye, mientras que la
temperatura aumenta.
La eficiencia volumétrica es usada para
indicar la capacidad de entrada de la mezcla.
Como se indica la cantidad del aire aspirado
en la relación acerca del desplazamiento de
motor, la eficiencia volumétrica es calculada
dividiendo el peso del aire aspirado por el peso
de la cantidad de aire en el volumen del
cilindro a la misma temperatura y presión. En
otro método para indicar la eficacia de la
carrera de admisión, la eficiencia de la carga
puede ser usada también. Esta es la eficiencia
del volumen cuando la temperatura y la
presión están en condición estándar (25ºC,
99kPa).
⑶ Ampliar el diámetro de la válvula y la altura
del
alzaválvulas,
y
equilibrar
la
distribución de las válvulas en forma
adecuada.
Para una mayor potencia del motor, esta
eficiencia de volumen debería ser tan alta
como sea posible. El método para mejorar la
eficiencia es de la siguiente manera:
40
excepto (1) y (5) al sistema de escape. Por
ejemplo, "la resistencia de flujo del gas
aspirado " del (2) tuvo lugar con "la resistencia
de flujo del gas agotado", y la “energía de
inercia de aire" del (3) tuvo lugar con la “inercia
de escape". Además, la interferencia del
escape será minimizada tanto como sea
posible. Además, un turbocargador aumentará
la resistencia de entrada.
Poniendo a punto el motor, puede ser una
acción efectiva para aumentar la salida, aún si
es muy difícil de ponerlo a punto.
⑷ escoger un múltiple de escape largo a
menor velocidad, y escoger uno corto a
mayor velocidad para usar la inercia y el
efecto de pulsación del aire.
2. Efecto de Inercia de entrada y el Efecto
de Pulsación.
Los efectos de la Inercia del flujo de aire en el
motor se conocen como efectos de inercia del
aire de admisión y usar las características de
la onda longitudinal como la onda sonora
según la densidad del aire como efecto de
pulsación. En el efecto de inercia, cuando el
aire de alta densidad es aspirado dentro del
motor se usa la energía de inercia del motor.
Este proceso se le conoce como la inercia de
supercarga.
El aire en el motor tiene la inercia de flujo del
gas y es el medio para transmitir la onda de
presión. El flujo de aire en el múltiple de
admisión es periódicamente interceptado por
la válvula, de modo que la presión del múltiple
tiene variaciones desde la diferencia de
presiones entre la porción de alta densidad y
baja densidad.
⑸ Ampliar la presión de gas de admisión
instalando un turbocargador.
Hasta ahora, hemos mencionado sobre el
método de optimización para la eficiencia del
volumen relacionada con la carrera de
admisión. Es importante en lo posible, arrojar
perfectamente el gas quemado en la carrera
de escape para mejorar la eficiencia del
volumen. Es posible aplicar los métodos (2) ~
(4) antes mencionados al sistema de admisión
Válvula abierta (Aire Aspirado)
41
apertura determinado entonces el aire con
mayor densidad será aspirado en el cilindro.
Este es el efecto de inercia.
Válvula cerrada (Aire de alta densidad en la
válvula)
Válvula cerrada (aire de alta densidad en la
válvula)
Válvula abierta (Aire Aspirado de alta
densidad)
Por lo tanto, podría producirse el efecto de
inercia de entrada y el efecto de pulsación.
Cuando esta variación de presión afecta a la
carrera de admisión en el ciclo que genera
onda directamente, se llama efecto de inercia.
Cuando la variación de presión no se reduce y
luego afecta al siguiente ciclo, recibe el
nombre de efecto de pulsación. Sin embargo,
no se distingue entre ellos exactamente. Aquí
se llamará efecto de inercia cuando la inercia
de flujo de aire y la onda de presión son
principalmente gobernadas.
Densidad del aire que sigue es baja & las
ondas de presión son reflejadas en la cámara
dinámica
Aire de alta densidad por la reflexión de la ola
de presión que es aspirada
Como el primer ejemplo, asumiremos que la
válvula de admisión se cierra cuando la
mezcla de de combustible es aspirada dentro
del cilindro.
Cuando la densidad del aire cerca del puerto
aumenta, la densidad del aire siguiente
disminuye respectivamente. De manera que,
la parte divisoria produce las variaciones de
presión, es decir ruido. Esta variación de
densidad de aire pasa a través del múltiple con
la velocidad de sonido. Se refleja en el
extremo del múltiple, y luego regresa al puerto.
Cuando el aire de alta densidad está de
regreso en el puerto, si el puerto es abierto,
entonces el aire de alta densidad puede ser
inyectado en el cilindro. Este es el efecto de
pulsación.
Como la mezcla de combustible tiene la inercia
de flujo, el flujo de mezcla en el múltiple de
admisión no puede detenerse justo en el
instante en que se cierra la válvula, esta trata
de fluir continuamente.
Por lo tanto, el aire será presionado justo antes
de la válvula, por la energía de inercia del aire
de admisión.
Por consiguiente, la densidad de aire
aumentará en el puerto de admisión. En ese
momento si la válvula tiene un tiempo de
Como estos efectos son combinados, es difícil
separar uno del otro. Sin embargo, para
42
maximizar el efecto, es preferible producir la
onda de presión en el múltiple para acercar el
aire de alta densidad al puerto cuando la
válvula de abre.
Para hacerlo de este modo, se controlará el
diámetro y la longitud del múltiple de admisión
y la forma del puerto de entrada.
3. Sistema de Admisión Variable
En baja velocidad
Generalmente, la longitud del múltiple ya esta
decidida, de manera que si el motor corre a
cierta velocidad, la inercia de entrada es
efectiva. Sin embargo, si está girando con
velocidad variable, entonces el aire de
densidad inferior puede llegar al puerto
cuando la válvula se abre de manera que la
carga de aire será la peor. Por consiguiente, el
método para variar la longitud de múltiple es
desarrollado según las revoluciones por
minuto del motor. Cuando el motor tiene altas
revoluciones por minuto en la cual la válvula se
abre y se cierra con frecuencia dentro del
mismo intervalo de tiempo, la longitud corta del
múltiple se escoge para tener el ciclo más
corto. Al contrario, cuando las rpm están bajas,
se elige el múltiple más largo para tener un
ciclo más largo. De manera que es posible
obtener el efecto de inercia de admisión en un
amplio rango de rpm. Siendo el sistema de
En alta velocidad
El flujo de aire en el múltiple de admisión no es
uniforme sino que variable según la velocidad
del motor. Cuando el flujo de aire de alta
densidad llega al puerto, sí, idealmente, la
velocidad de entrada es máxima justo antes
del cierre la válvula, entonces el efecto de
inercia de entrada será maximizado.
La frecuencia de pulsación de aire es decidida
por el diámetro y la longitud del múltiple.
Cuando el diámetro es igual, la frecuencia de
pulsación de aire del múltiple es pequeña.
Ocurre lo mismo con el sonido que tiene baja
frecuencia cuando la distancia entre el agujero
y la boquilla del registro es mayor.
43
admisión variable se le denomina sistema de
carga de inercia variable o sistema de
control de admisión variable.
inhibido ampliando el volumen del múltiple de
admisión que está conectado al múltiple.
Cuando se produce la resonancia, en baja y
media velocidad, el efecto de supercarga de
inercia llega a ser tan alto que aumenta la
eficiencia de carga. Esto se denomina efecto
de supercarga por resonancia.
Existen muchos tipos para controlar la longitud
del múltiple de admisión. Principalmente,
estos dos tipos son usados. El primer tipo es
aquel donde los dos grupos separados de
múltiples están conectados. Cuando el motor
está en alta velocidad, el paso es dividido
entre ellos, y cuando el motor está en baja
velocidad, los dos grupos de múltiples están
unidos entre sí para aumentar la longitud del
múltiple completo.
4. Sistema de Admisión
El sistema de admisión toma el aire para
mezclarlo con la gasolina e aspira las mezclas
dentro del cilindro. Generalmente, el sistema
de admisión está formado por el filtro de aire
que extrae el polvo del aire aspirado, el
carburador que mezcla el aire y la gasolina, y
el múltiple de entrada (o múltiple de
admisión) que aspira la mezcla dentro del
cilindro, en la culata de cilindros.
Hoy en día, la unidad que controla en forma
electrónica la inyección de combustible en el
múltiple de admisión es ampliamente usada.
de manera que el diseño del sistema de
admisión ha cambiado mucho.
El otro es para conectar el bypass en el
sistema del múltiple en el cual el aire pasa a
través del bypass cuando el motor corre a baja
velocidad, y el paso hacia el bypass es cerrado
para reducir la longitud del múltiple a alta
velocidad.
Sistema de entrada del carburador
En el caso de conectar algunos múltiples, la
resonancia puede producirse entre los
múltiples. Esto se produce por la vibración de
la presión que tiene la misma frecuencia en el
múltiple separado. En este caso, no se puede
esperar el efecto de inercia de carga aún en
alta velocidad. Este fenómeno puede ser
44
La cámara de resonancia es una pequeña
caja ramificada desde el ducto como
mecanismo para reducir el ruido de entrada, y
es conocida como cámara regeneradora o
rama lateral. De acuerdo a la apertura y cierre
de la válvula de admisión, la vibración del aire
dentro de la caja del filtro de aire o el ducto
pueden aumentar el ruido de entrada u
obstaculizar la operación de entrada. Usando
el efecto de resonancia por la instalación de un
mecanismo de resonancia, esta vibración se
eliminará.
Sistema de entrada MPI
Al principio, el puerto de entrada de aire que
estaba cerca de la culata se movía hacia la
rejilla delantera para ingresar el aire ambiental,
el cual tiene más baja temperatura que el aire
que rodea al habitáculo del motor.
Estando en baja temperatura, el aire tiene
densidad alta, por lo tanto el aire de entrada
tendrá mucha cantidad de oxígeno. Con el
mismo volumen de aire de entrada, se prefiere
una temperatura más baja. Por ejemplo, en
verano a 30ºC de temperatura, cuando el aire
acondicionado está funcionando a baja
velocidad tal como en las horas de congestión
de tránsito en la ciudad, la temperatura del
habitáculo del motor podría alcanzar más de
80ºC, en este caso, calculando, la cantidad de
oxígeno del aire alrededor del habitáculo del
motor es 15% menos que la del aire ambiental.
5. Válvula de mariposa y múltiple
El aire de entrada es aspirado dentro del
múltiple de admisión a través de un ducto largo
vía filtro de aire, de la cámara de resonancia y
el cuerpo de la mariposa.
En el sistema con carburador, el filtro de aire
tipo plato estaba sobre el carburador, pero
actualmente, el filtro de aire tipo caja está
instalado en una esquina del habitáculo del
motor. El filtro no sólo limpia el aire que
ingresa al cilindro sino que también reduce el
ruido desde la operación de admisión. El filtro
de aire debe mantenerse periódicamente.
Tipo mariposa, válvula estranguladora de tipo
deslizante
Para elevar las rpm del motor, presionamos el
acelerador, y para bajar las rpm soltamos el
pedal de aceleración. Como el pedal del
acelerador está conectado a la válvula de la
mariposa por el cable y las conexiones,
45
cuando el pedal es presionado la válvula de la
mariposa se abrirá para el ingreso del aire en
el cilindro. Es decir, el carburador o el sistema
electrónico para la inyección de combustible
automáticamente chequea la cantidad de aire
para suministrar la cantidad de gasolina
adecuada para el patrón de conducción.
adherirse a la pared del múltiple durante la
aspiración. Por lo tanto, la mezcla se
empobrece y así la combustión no es
suficiente. Para solucionar este problema, se
usa el calor del múltiple de escape o del agua
de la refrigeración para el motor, con lo que el
múltiple de admisión debería calentarse.
En el sistema del carburador, la válvula de la
mariposa está equipada con el carburador. En
el sistema de control electrónico está instalado
en el medio del cuerpo de la mariposa
(cámara de la mariposa) aparte en el sistema
de admisión junto con el sensor del flujo de
aire que detecta la cantidad de flujo de aire, el
sensor de posición de la mariposa que
controla el estado de la apertura de la
mariposa.
El método para calentar el sistema de
admisión que usa la temperatura de los gases
de escape sólo es usado para el motor con
flujo contrario en el que ambos múltiples, el de
admisión y de escape, están instalados en el
mismo lado del motor.
El método para
calentar el sistema de admisión usando el
agua de la refrigeración es aceptado en el
motor tipo flujo cruzado en el cual los múltiples
están instalados en lados opuestos entre ellos.
En la válvula tipo aceleración, hay una válvula
de mariposa en la que el disco que tiene la
forma de ala de mariposa está conectado al
eje dentro de la tuberia para controlar la
cantidad de aire girando el eje dentro del plato
de aluminio para controlar la cantidad de aire y
un tipo de deslizamiento en la que el plato de
aluminio controla la cantidad de aire sin
impedimento al abrir la válvula de mariposa,
especialmente para el motor de carrera.
El aire que pasa a través del cuerpo de la
mariposa y la mezcla compuesta por gasolina
y aire en el carburador son distribuidos en el
cilindro por el múltiple de admisión. La
inyección de combustible es ejecutada antes,
distribuyendo el aire en el múltiple, o en cada
cilindro como mezcla. La cosa importante es
que el múltiple de admisión debería aspirar la
mezcla en el cilindro tan parejo como sea
posible, de manera que el múltiple debiera
tener menos partes dobladas y caras más lisas
en el interior.
La gasolina mezclada en el carburador es
aspirada en el cilindro como estado brumoso
en el aire. Cuando la temperatura está baja
justo antes de la partida del motor, esta
partícula brumosa de combustible puede
46
El múltiple de escape está hecho de hierro
moldeado que tiene alta resistencia al calor, o
de aleación de aluminio. La temperatura de
gas de escape es alta, por lo que es necesario
hacer el sistema de escape con el material que
tenga mejor resistencia al calor o que enfríe el
sistema de escape con el viento.
Capítulo 5.
Sistema de escape
1. Sistema de escape
El convertidor catalítico es usado para la
purificación de los gases de escape. Hay un
catalizador instalado cerca del múltiple y bajo
el el piso. El catalizador en el múltiple es más
efectivo porque la temperatura de escape es
más alta que en los otros sistemas. Sin
embargo, se desgasta fácilmente por la alta
temperatura, de manera que generalmente se
usan dos piezas. La parte inferior del
catalizador no es fácilmente afectada, sin
embargo tiene alto rendimiento de purificación.
Abriendo el puerto de escape de la culata, el
gas quemado es eliminado a través del
múltiple de escape, el tubo de escape junta el
gas quemado de cada cilindro, el convertidor
catalítico purifica el gas quemado y el
silenciador que reduce el ruido de combustión.
La cosa más importante en el sistema de
escape es la salida en calma de los gases de
escape. Los gases de escape de cada cilindro
chocan en el tubo de escape que junta cada
múltiple de escape. De manera que, es
importante impedir que cada flujo aumente la
eficacia de escape usando el efecto de inercia
de escape que tiene el mismo principio en del
efecto de inercia de admisión. Sin embargo es
difícil balancear entre la inercia de entrada el
aumento de la eficiencia del escape y el
mejoramiento del rendimiento del motor,
porque hay muchos puntos débiles desde el
motor hasta el silenciador.
El silenciador está equipado para reducir la
temperatura y la presión del gas de escape,
además del sonido de la combustión y el
sonido del escape.
Generalmente, el
silenciador tiene paredes para convertir el
espacio interior en un paso de laberintos para
el flujo del gas de escape, de modo que se
llama tipo laberinto. Existe además un tipo
de silenciador directo el cual es un tubo que
tiene muchos hoyos en la superficie y el
silenciador es similar a una lana de vidrio
dentro del tubo. El silenciador tipo laberinto
tiene mejor absorción de sonidos y más
capacidad para resistir flujos más grandes. El
47
silenciador directo tiene mejor salida pero los
sonidos más fuertes.
En algunos casos, se instalan estos dos tipos
de silenciador simultáneamente, usando dos
tubos separados de modo que el silenciador
de tipo de laberinto sólo sea usado cuando el
motor trabaja en baja velocidad, y el
silenciador de tipo directo además será usado
cuando el motor trabaje en alta velocidad y
con alta carga.
La interferencia del escape puede ser
superada ampliando la distancia entre las
válvulas de escape y el tubo de salida de cada
cilindro o hacer el ángulo del tubo de salida en
ángulo obtuso para asegurar que fluya bien.
Cuando aumenta el número de cilindros, se
debe asegurar bien el flujo de escape
combinando los múltiples aumentados.
2. Efecto de inercia de escape y efecto de
pulsación
En el motor turbo en serie de 6 cilindros, sin
tener la válvula de escape del cilindro 1
completamente cerrada, la válvula de escape
del cilindro 5 es abierta, y sin que esta se cierre,
se abre la válvula del cilindro 3. De manera
que si los 6 ductos de escape se juntan en una
cañería colectora, entonces los gases de
escape
pueden
chocar
entre
sí
consecutivamente. Por lo tanto, los múltiples
son divididos en dos grupos; el primero incluye
el ducto del cilindro 1, cilindro 2 y cilindro 3 y el
otros incluyen el cilindro 4, cilindro 5 y cilindro
6. Cada grupo tiene su propio turbo cargador
para eliminar la interferencia y mejorar la
salida del motor.
Lo más importante para determinar el
rendimiento del múltiple de escape es la
suavidad en la salida del gas de escape. La
interferencia es el problema principal que
obstaculiza el escape suave. E gas quemado
sale desde cada cilindro de acuerdo al orden
del encendido. Como ellos son revueltos en el
múltiple, si la salida de los gases de escape no
esta bien distribuida dentro del múltiple, el gas
que pasa a través del mútiple puede chocar
con otro gas de escape desde otro cilindro o la
presión en el múltiple puede aumentar, de
modo que el gas de escape no puede salir
bien.
El efecto de inercia y el efecto de pulsación
son utilizados para hacer salir los gases de
combustión que quedan en la cámara de
combustión. Tal como sucede con el sistema
de admisión, cuando la válvula de escape se
cierra, la densidad del gas alrededor de la
válvula bajará para acelerar los gases de
escape efectivamente desde la cámara.
Cuando la válvula de escape esta abierta, el
gas quemado que tiene alta presión sale a
través de la válvula de escape y los gases
restantes saldrán por la siguiente presión de
48
compresión del pistón en la carrera de escape
y luego la válvula se cierra. Por lo tanto, el flujo
de escape de gas tiene alta porción de
densidad en el múltiple.
Como mencionamos en el capítulo anterior,
cuando un flujo de gas tiene diferencia de
densidad entonces la onda de presión es
generada. Por lo tanto, esta diferencia es
transmitida a través del múltiple con la
velocidad del sonido.
Este se llama la
pulsación de escape.
Si el gas de combustible es quemado
perfectamente, entonces no se produce
ningún gas dañino en los gases de escape. El
combustible o gasolina, es un hidrocarburo
que esta compuesto de carbón e hidrógeno.
En la cámara, el combustible es cambiado en
dióxido de carbón (CO2) y agua (H2O) con la
conversión de la energía del calor.
Justo antes de que la válvula se cierre, es
posible que la densidad alrededor de la válvula
sea más baja que las otras porciones,
entonces es acelerada por el gas restante de
la cámara que se será sacado al igual que la
mezcla de combustible que será aspirada por
la válvula de admisión.
En la reacción química actual, el hidrocarburo
y el oxígeno no son cambiados en dióxido de
carbón y de agua. Esta reacción química es
muy complicada. Por ejemplo, el hidrocarburo
es dividido en un pequeño material inestable
por el calor y reacciona con el oxígeno, o las
partículas resultantes reaccionan entre sí,
etcétera.
3. Componentes del gas de escape
El gas de escape del sistema de motor y de
combustible arrojado a la atmósfera
comprende el gas quemado del tubo de
escape, el gas de recirculación (Blow-by) del
carter del cigueñal, y el vapor de gas del
depósito de combustible que se produce por la
alta
temperatura
del
clima
y
del
funcionamiento del motor. Como estos gases
incluyen materiales dañinos que contaminan la
atmósfera, cuenta con un sistema de
purificación.
Entre los gases generados durante esta
complicada reacción, el monóxido de carbón,
el gas de hidrocarburo y el óxido nitroso son
los materiales más dañinos. El monóxido de
carbono, (CO) el un material inestable que
tiene una molécula de carbón y una de
oxígeno, material inestable y peligroso, si se
suministra oxígeno y calor adicional.
Si
respiramos el monóxido de carbono,
absorberemos el oxígeno por la hemoglobina
de la sangre para formar dióxido de carbono,
material más estable.
Entonces, nuestro
cuerpo desfallecerá por falta de oxígeno.
Especialmente, el gas de escape es el gas
más importante.
49
óxido nitroso será tratado en el sistema de
escape.
4. Relación de Aire Combustible
Composición del Gas de Escape.
y
El gas de hidrocarburo (Hm Cn: siendo m y n
números enteros) proviene del combustible
que no es quemado o el material intermedio
durante el proceso químico de combustión.
Proviene del sistema blow-by o el combustible
vaporizado desde el estanque de combustible.
Si este gas es arrojado a la atmósfera
reaccionará con el oxígeno y el hidrógeno y se
convertirá en aldehído material dañino que
tiene fuerte estímulo.
Como el material dañino en el gas de escape
es el producto de la combustión, la cantidad de
este es decidida por la relación de aire
combustible, es decir, la relación entre la
cantidad de aire y la gasolina, la temperatura
de la combustión y el estado del flujo de gas.
Cuando la relación aire combustible es más
baja que el valor teórico (estequiométrico), es
rica en combustible, la combustión no es
realizada completamente, se producen el gas
de hidrocarburo y el monoxido de carbono.
El óxido nitroso (NOx) proviene de la
reacción entre el nitrógeno (78% del aire) y el
oxígeno en el aire a alta temperatura, 2000ºC,
en la cámara de combustión. Como el óxido
nitroso es producido en forma diferente al
monóxido de carbono o el gas de hidrocarburo,
este aumentará cuando el monóxido de
carbono e hidrocarburo sean reducidos por la
combustión casi perfecta.
Cuando la
temperatura de combustión está baja, el óxido
nitroso será menor; sin embargo, la eficiencia
de la combustión es peor. Por lo tanto, el
Contrariamente, si la relación de aire y
combustible es más alta que el valor teórico
(estequiométrico) es pobre en combustible,
entonces la gasolina será quemada
completamente. De manera que la cantidad
de óxido nitroso aumentará porque la
temperatura de la combustión es alta.
50
Especialmente, cuando la temperatura está
sobre 2000ºC, el óxido nitroso aumentará
abruptamente. Aún cuando el nitrógeno y el
oxigeno no reaccionan a temperatura
ambiente, en alta temperatura, ellos se
convierten en monóxido de nitrógeno y luego
cambian en dióxido de nitrógeno. Después de
escapar del sistema de escape.
determinada
vehículo por
temperatura
refrigeración,
carga.
para optimizar el estado del
la detección y calculo con la
de mezcla y agua de la
la velocidad del vehículo y la
5. Sistema de Purificación de Escape
Los mecanismos para reducir el material
dañino desde el gas de escape son el
mecanismo de oxidación de escape que
quema el monóxido de carbono y el carbón y el
mecanismo catalizador de 3 vías que trata el
gas de escape y que usa la reacción de
oxidación y desoxidación por los tres
catalizadores para el monóxido de carbón,
hidrocarburo, y óxido nitroso.
La cantidad de óxido de nitrógeno será
maximizado alrededor de relación aire
combustible más alto que la relación teórica
(14.7). Con relaciones más bajas que 16, la
cantidad de óxido de nitrógeno se reducirá
porque la temperatura de la combustión bajará.
Cuando la relación aire combustible es mayor
a 18 con menos combustible, el combustible
no se puede quemar adecuadamente de
manera que los hidrocarburos pueden
aumentar.
Como el monóxido de carbón y el gas de
hidrocarburo provienen desde la combustión
incompleta del hidrocarburo y el oxígeno, el
mecanismo de oxidación provee el aire
adicional al puerto de escape para formar la
oxidación del gas quemado en forma
incompleta e incluida en el gas de escape. De
manera que es llamado dispositivo
secundario de aire. En algunos sistemas, en
la mitad de la cañería de escape, se instala un
convertidor catalítico de oxidación, el
contenedor que incluye el catalizador de
oxidación puede estar equipado para convertir
el monóxido de carbón y el hidrocarburo en
dióxido de carbón y agua respectivamente.
Para reducir el material dañino, es importante
como decidir la relación aire combustible. En
algunos casos, puede ser controlada
aspirando el gas quemado en la mezcla de
admisión; este
es el dispositivo de
recirculación del gas de escape (EGR).
El dispositivo de recirculación del gas de
escape se abrevia como EGR. Este
mecanismo regresa el gas de escape hacia el
cilindro. Haciendo esto, la cantidad real de
combustible es reducida y la velocidad de la
combustión es lenta, y entonces la
temperatura máxima de la cámara de
combustión disminuirá y la cantidad del óxido
de nitrógeno también se reducirá. Pero, si la
cantidad de gas de escape recirculado es
demasiado, entonces la potencia del motor y
la eficiencia de combustible será peor,
entonces es importante controlar la cantidad
de la EGR.
En el sistema de carburador, la cantidad de
gas de escape recirculado es controlado por la
presión inversa del múltiple de admisión. En el
sistema con ECM, la cantidad será
51
necesario mantener
la
relación
aire
combustible con el valor teórico. Para hacerlo
así, un sensor de oxígeno es usado para
detectar el oxígeno.
Si el oxígeno es
detectado en el gas de escape, entonces el
computador calculará la cantidad de aire de
entrada.
6. Mecanismo de recirculación de Gas de
escape (Blow-by).
El gas de blow-by es el gas que sale hacia el
carter del cigüeñal a través del espacio del
extremo del anillo en la carrera de combustión.
Incluye también el aceite vaporizado del motor.
El motor con control electrónico utiliza,
generalmente, el convertidor de 3 vías. En la
oxidación hay monóxido de nitrógeno que
consiste de una molecula de nitrógeno y una
de oxígeno. Si el oxígeno es retirado desde la
oxidación del nitrógeno, es decir la reacción
sin oxidación luego se convierte en gas
nitrógeno. Si el oxígeno adquirido desde la
reacción sin oxidación de la oxidación de
nitrógeno es suministrado hacia el monóxido
de carbono y el hidrocarburo para oxidarlos,
luego los tres gases dañinos pueden ser
simultáneamente purificados.
En los motores antiguos y en algunos motores
de carrera dejan escapar a la atmósfera.
Cuando te quedas parado cerca del auto de
carrera, se puede oler el aceite quemado que
resulta del gas blow by.
Desde esta idea, la acción química ejecuta la
desoxidación del óxido de nitrógeno y la
oxidación del monóxido de carbono y el
hidrocarburo, controlando la relación aire
combustible para eliminar el oxígeno con la
combustión del gas quemado completamente.
El catalizador es el material que acelera
ciertas reacciones químicas. El catalizador
usado para la purificación es llamado el
catalizador de 3 vías. Hay un tipo pellet que
cubre una película de platino y rodio en la
alúmina en partículas y el tipo de panales.
Los componentes de este gas son gas
inflamable de 75∼80% y gas quemado de
20∼25%. Como son las principales causas
de la contaminación del aire, el sistema de
combustión perfecta por la recirculación de
este aire debe estar incluido por ley. Este
mecanismo
se
llama
dispositivo
de
recirculación del gas de blow-by o la
ventilación positiva del carter del cigüeñal
(PCV).
En 1ℓ del gas of blow-by, 0.04∼0.05g de las
Como la relación de aire combustible teórica,
corresponde a la relación de la combustión
completa es de 14.7. Debido a que el
catalizador de 3 vías no funciona
adecuadamente cuando queda oxígeno, es
humedades ácidas fuertes son incluidas, de
52
manera que el interior del motor puede ser
fácilmente oxidado. Por lo tanto, es importante
tratar el gas blow-by para el mantenimiento del
motor.
conectada entre la tapa del balancín y el
estanque igualador o cámara dinámica, la otra
está conectada entre la tapa del balancín y el
conducto de entrada antes del cuerpo de la
mariposa para el aire fresco. También hay un
paso entre el carter del cigüeñal y la tapa del
balancín.
Cuando el motor está trabajando, la presión
del múltiple de admisión es siempre la presión
negativa de manera que el gas blow-by fluirá
desde el carter del cigüeñal hacia el múltiple.
El gas blow-by en el múltiple de escape es
aspirado dentro del cilindro. El gas blow-by
será tratado mediante estos métodos.
La cantidad de gas blow-by aumentará cuando
la diferencia de presión gas entre el cilindro y
la caja del cigüeñal es grande. La presión
dentro del cuerpo del cigüeñal no cambia
mucho aún cuando el motor está corriendo a
alta velocidad. Entonces cuando la velocidad
del motor y la carga aumentan, el gas de
combustión se incrementará. El tratamiento
del gas blow-by debería ser ejecutado en dos
pasos de acuerdo a la carga del motor.
El mecanismo de recirculación del gas blow-by
está compuesto por mangueras, una está
53
Capítulo 6.
Cargador
1. Tipos de cargador
Turbocargador
La base para aumentar la potencia del motor y
el torque es ¿Cómo puede el motor aspirar
más oxigeno? Por ejemplo si la densidad y
cantidad del aire de entrada es alta, entonces
la potencia y el torque serán altos.
Supercargador
El turbocargador se conoce como la “turbina
que conduce el cargador”, un sistema de
compresión de aire mediante el compresor
que hace girar a la turbina usando el flujo del
gas de escape. Es posible obtener más salida
Además, desarrollando el sistema de admisión
y la cámara de combustión, es posible el
ingreso de más aire. Uno de los posibles
métodos es – comprimir el aire e aspirarlo, es
decir, usar un mecanismo auxiliar: el cargador.
Hay
algunos
tipos
de
cargadores.
Generalmente hay un tipo turbocargador en
el cual el cargador es accionado por la turbina
de escape, y el tipo supercargador en el cual
el
supercargador
es
accionado
mecánicamente usando la fuerza de
conducción de alguna pieza (tal como la
rotación del eje cigüeñal).
de potencia usando el flujo de gas de escape.
Es posible obtener más potencia usando un
pequeño dispositivo. Sin embargo cuando el
motor está girando con poca velocidad, la
turbina no puede girar con alta velocidad, de
manera que la potencia de compresión no es
suficiente y se atrasa la aceleración.
54
Por lo tanto, aún si el acelerador es presionado
puede que la rotación del motor no responda
inmediatamente, esto se conoce como turbo
atrasado. La palabra lag significa retraso de
tiempo.
El aire se calienta por la compresión y es
enfiado por el intercooler y después conducido
al motor mediante la válvula de la mariposa.
Los gases de escape pasan a través del turbo
para hacer rotar la turbina. Para evitar que el
turbo se sobrecargue en alta velocidad,
El supercargador es conducido directamente
con el giro del cigüeñal a través de un
mecanismo de accionamiento directo con el
cigüeñal logrando una mejor respuesta del
supercargador. Sin embargo, la eficiencia a
baja
velocidad
disminuye
debido
al
accionamiento directo del supercargador. Con
el motor a alta revoluciones aumenta su
eficiencia.
Para evitar estos efectos la
estructura del sistema del supercargador se
puede cambiar o se puede combinar el
turbocargador y el supercargador en un nuevo
sistema.
El motor sin este supercargador o
turbocargador se llama motor de aspiración
natural o motor NA.
cuando la sobrepresión supera el valor
predeterminado la válvula de compuerta de
descarga (waste gate o válvula de bypass de
escape) del WGT (Turbo con compuerta de
descarga) se abre.
2. Turbocargador
Como el turbocargador es una palabra
combinada de turbo (turbina) y cargador, está
formado por una turbina y un compresor
conectados directamente, de manera que la
La rueda de la turbina gira entre 100.000 rpm
~ 160.000 rpm con el gas de escape alrededor
de 900℃ en alta velocidad. Esta fabricada de
la turbina gira por la energía de los gases de
escape y el aire de admisión será comprimido
por la rotación de la turbina compresora.
material liviano que tiene alta resistencia al
calor como la cerámica.
El turbocargador más pequeño y más liviano
es mejor para la respuesta del motor tal como
la aceleración y desaceleración pero con
menos potencia en alta velocidad. Al contrario,
el turbocargador más grande tiene más
potencia a alta velocidad pero menos
El cuerpo del turbocargador incorpora la
turbina, compresor y eje de la turbina que van
conectadas en el múltiple de escape.
55
respuesta del motor, por lo tanto, es
importante seleccionar el tamaño de la turbina
del turbo de acuerdo al desplazamiento de
volumen del motor. Generalmente, la rueda
del compresor está fabricada de aluminio para
que el turbocargador sea más liviano.
Para resistir la alta velocidad del eje del rotor,
una gran cantidad de aceite de motor es
suministrada al eje para la lubricación y la
refrigeración. Si el motor a alta velocidad se
detiene abruptamente, el turbocargador gira
sin el aceite por la fuerza de inercia del
turbocargador hasta que se detenga por si
mismo. De manera que el eje del rotor puede
adherirse. Por esta razón, el motor turbo debe
ser detenido después del ralentí.
3. Relación de compresión y aumento de
presión.
La presión del aire que es presurizada por el
turbocargador es la presión de aumento
(refuerzo). Si la presión de refuerzo aumenta,
la cantidad de aire de admisión dentro del
cilindro y la salida de potencia también
aumentan. Sin embargo la presión de refuerzo,
no puede aumentar sin límites. Cuando
aumenta la presión de refuerzo, también
aumenta la relación de compresión, de modo
que la detonación se producirá con la presión
a alta compresión.
La relación real de
compresión representa la forma en que la
admisión de aire es comprimida dentro del
cilindro. De manera que la presión de refuerzo
es regulada por la válvula waste gate.
Por esta razón, la relación de compresión del
motor con turbo en la especificación es menos
que la del motor NA. Por ejemplo, si el motor
que tiene la relación de compresión de 10
representada es supercargado con 1 atm,
luego la cantidad de aire será 2 veces y la
relación real será de 20 y la detonación se
producirá súbitamente. Generalmente, la
relación de compresión del motor turbo
comercial es puesto más bajo que el del motor
NA equilibrándose con la potencia, el torque y
la eficiencia del combustible.
La detonación puede ser evitada controlando
el tiempo de encendido del motor NA pero el
control de la detonación por el tiempo de
encendido en el motor turbo no es fácil porque
la detonación es afectada por la presión de
refuerzo.
La detonación es el fenómeno de auto
encendido mientras que la llama se está
esparciendo después del encendido de la
chispa, la mezcla no quemada puede ser
fácilmente auto quemada en condición de alta
temperatura debido a la alta compresión. De
modo que la detonación que se produce es
alta, tal como la relación de compresión real.
La potencia máxima y la eficiencia de
combustible son realizadas justo antes de que
se produzca la detonación porque la velocidad
de combustión es más rápida en esta situación.
Detectando el ruido de la detonación, el tiempo
56
de encendido puede ser completamente
avanzado por el ECM (módulo de control
electrónico) hasta antes que se produzca la
detonación. El sensor que detecta el ruido del
golpe es el sensor de detonación.
El proceso es así; primero, la válvula de la
mariposa se abre, entonces la cantidad de aire
aumenta, por lo que el gas quemado aumenta
y la temperatura del gas de escape aumenta.
Despues de eso, las rpm de la turbina
aumentan por el incremento del gas de escape,
de modo que la cantidad de aire suministrado
por el compresor aumenta. Con este proceso,
la cantidad de aire de admisión aumenta aún
más.
De acuerdo con este proceso, la aceleración
del motor es retrasada desde el inicio de la
aceleración hasta el aumento real de las rpm
del motor.
El sensor de detonación convierte la vibración
de alrededor de 7kHz en señal eléctrica. Esta
instalado en el bloque del cilindro, esta señal
tratada por el computador con las rpm del
motor, el ángulo del cigüeñal y la cantidad de
aire de admisión para controlar el tiempo de
encendido evitandose la detonación.
Para minimizar el retraso del turbo, hay
muchas investigaciones y estudios. Por
ejemplo, como el metodo más simple, existe
uno que aumenta la velocidad del gas de
escape empujado hacia la rueda de la turbina.
Reduciendo el diámetro de la boquilla del tubo
de escape, cuando la velocidad de escape
puede aumentar con el mismo volumen de
desplazamiento, el retraso del turbo puede
minimizarse.
4. Retraso del Turbo
El turbo cargador es un “compresor que
suministra mucho aire”. Usando la presión
negativa adquirida cuando el pistón baja y la
inercia del flujo para la admisión de aire, el
motor NA puede hacer la eficiencia de carga
de 65∼95%. En el turbo cargador, la
Para conectar un turbo pequeño en vez de uno
grande, es posible reducir el retraso del turbo.
Por ejemplo, en el motor de 6 cilindros, un
turbo es conectado por cada tres cilindros.
Haciendolo así, es posible evitar la
interferencia tanto como el aumento de la
potencia. Este método es llamado tipo de
doble turbo, por otro lado, el turbo de dos
vías también acepta el turbo doble, pero sólo
un turbo puede ser conducido a alta velocidad
para reforzar el torque.
cantidad de carga es 1.2∼1.5 veces mas alta
que el motor NA si los volumenes de
desplazamiento son iguales. Por lo tanto, es
posible para hacer el motor mas pequeño que
el motor NA con potencia y torque son
similares.
Sin embargo, tiene un defecto, se llama el
retraso del turbo. Este es el retraso de tiempo
desde el inicio de la aceleración hacia el
aumento real de las rpm del motor.
Especialmente, se produce cuando el motor es
arrancado, aceleración repentina, o acelerar
desde baja velocidad.
57
va hacia la rueda, produciendo menos trabajo
a la turbina y finalmente retrasa al
turbocargador.
5. Sistema de supercargador y calor
Grandes cantidades de aceite de motor son
suministradas al eje de la turbina del
turbocargador para enfriarlos y lubricarlos.
Por lo tanto, el aceite de motor en el motor
turbo se deteriora más fácil que el motor NA.
Turbo Híbrido
Como se quema más mezcla, el sistema de
carga no puede evitar que aumente la
temperatura de la cámara de combustión.
Para otro ejemplo, existe el turbo tipo híbrido
en el cual el supercargador es usado para la
baja y la alta velocidad.
Cuando
el
turbocargador
ejecuta
la
sobrecarga usando la energía del gas de
escape, la eficiencia de la sobrecarga será
mejor a alta temperatura del escape. Por
ejemplo, la ejecución será optimizada
adoptando el material de resistencia al calor a
las partes tales como la válvula de escape con
sodio y múltiple de escape de acero inoxidable,
la fabricación con material resistente al calor.
En el motor con control electrónico, el VGT
(Turbocargador de geometría variable) es
usado para reducir el retraso del turbo y
aumentar el torque del motor.
El VGT usa un conjunto de aspas y toberas
ajustables para dirigir el flujo en la turbina del
turbocargador. Cuando las aspas se cierran,
el flujo es dirigido tangencialmente hacia la
rueda de la turbina. Esto imparte la máxima
energía a la turbina, haciendo que el
turbocargador
gire
más
rápido.
Contrariamente, cuando las aspas se abren el
flujo se dirige en forma más radial hacia la
turbina.
El aire de entrada debe tener en lo posible una
baja temperatura. Porque la densidad de aire
baja cuando la temperatura sube, la relación
de compresión disminuirá cuando la
temperatura suba con el mismo volumen y la
cantidad de oxígeno también disminuirá. Si el
aire de entrada está caliente, la mezcla
comprimida en la carrera de compresión
tendrá más temperatura facilitando la
explosión.
Cuando el aire es comprimido la temperatura
aumenta. Esto es similar en el proceso de
carga.
De manera, que el efecto de
sobrecarga es reducido con el incremento de
temperatura. Por lo tanto, el aire caliente debe
ser enfriado usando el radiador antes de que
llegue a la válvula de la mariposa. Este
mecanismo de enfriamiento se llama
interenfriador.
VGT (Turbocargador de Geometría Variable)
Hay dos tipos de sistemas de interenfriador: el
sistema de enfriamiento con aire y con agua.
Este reduce el momento angular del flujo que
58
6. Supercargador
Tipo de enfriamiento con aire
El supercargador conduce el ventilador y el
compresor de refuerzo usando la potencia del
motor.
Puede producirse más torque y
además se evita la demora en la respuesta, tal
como el retraso de turbo. Sin embargo, la
fuerza de conducción para el turbocargador
proviene de la rotación del cigüeñal, de
manera que la potencia del motor será
consumida. La salida de potencia máxima es
más baja que la del turbocargador.
Tipo de enfriamiento con agua
Hay algunos tipos en el supercargador,
típicamente, el ventilador Roots y el compresor
Lysholm.
El tipo de interenfriador con aire enfría la
temperatura del aire de entrada usando el
viento que llega por funcionamiento del
vehículo. El interenfriador está conectado en
la parte delantera o lateral del radiador. La
estructura del interenfriador es similar a la del
radiador, pero el flujo no es de agua sino que
es aire comprimido mediante el cargador.
El ventilador Roots ha sido usado en el motor
del vehículo. El control de carga es realizado
por el computador. Opera cuando una alta
potencia es necesaria tal como en aceleración
y conducción a alta velocidad.
El tipo de interenfriador de agua enfría el
aire caliente comprimido usando el agua de
refrigeración adicional separada del motor que
proviene del agua de enfriamiento. El agua
tiene mayor capacidad de enfriamiento que el
aire, de modo que el interenfriador tipo
refrigeración de agua es más efectivo que el
de aire, pero el costo de mantenimiento y de
las piezas es más alto.
59
positivamente enviando el aire. El compresor
Lysholm puede enviar el aire comprimido
como el turbocargador.
Ventilador Roots
La estructura del ventilador roots envía el aire
desde un lado al otro por la rotación elíptica de
los rotores de aluminio modelados recubiertos
por una resina especial, en una carcaza
ovalada. Si la presión de carga es
sobrecargada, la válvula se abre para reducir
la carga de aire.
Compresor Lysholm
El compresor Lysholm ha sido usado en el
campo industrial, no en el motor del vehículo.
La estructura cuenta con dos rotores
incluyendo aspas de 3 y 4 tornillos
respectivamente combinadas en una carcaza
de forma elíptica. Es conducida por una
correa tipo V conectada junto al motor. El rotor
esta fabricado de aleación de aluminio
cubierto con resina de teflón. Cuando gira, el
aire suministrados desde una lado es
acumulado y transmitido al otro lado para ser
comprimido. En consecuencia, el aire de
admisión es comprimido hasta 2 veces.
En el supercargador, el ventilador Root no es
un compresor sino que un ventilador como se
conoce por el nombre. En el motor NA, el aire
es cargado por la presión negativa generada
cuando el pistón baja, pero el supercargador
está adicionalmente equipado de un ventilador
para mejorar la eficiencia de carga
60
primero es el rol de sellado en el cual el aceite
de motor entre el anillo del pistón y el cilindro
evita la fuga del aire comprimido o el aire de
combustión.
Capítulo 7.
Sistema de Lubricación
1. Función del aceite en el Motor
El rol principal del aceite de motor es mover
suavemente el sistema móvil tal como el pistón
en el cilindro y el eje cigüeñal. Para hacerlo
así, el aceite forma una película en la
superficie de metal para reducir la fricción
entre las superficies metálicas. Al mismo
tiempo, el aceite de motor puede asegurar que
el gas quemado no se salga hacia el carter del
cigüeñal, enfríe el pistón y la válvula. Además
reduce el golpe transmitido desde el pistón al
eje cigüeñal como también limpia el interior del
motor.
Inyector de Aceite
La culata y la cabeza del pistón directamente
se contactan con el gas quemado de
combustión. La culata se enfría no sólo por el
agua de refrigeración sino que también por el
aceite de las partes móviles. El calor de la
cabeza del pistón es transmitido a la pared del
cilindro mediante el anillo del pistón. Además
el pistón se enfría esparciendo el aceite de
motor.
Otro rol importante del aceite es reducir el
golpe. La fuerza de la combustión es muy
fuerte hasta varias toneladas de peso. Esta
fuerza es transmitida desde el pistón al
pasador del pistón, hacia la biela, a la bancada
y al cigüeñal. En ese proceso, el aceite
absorbe el impacto en el pasador del pistón y
en la bancada del cigüeñal.
Como la lubricación ya se mencionó en la
sección de cojinete de bancada, aquí,
explicaremos los otros roles del aceite. El
61
vehículos. Al aceite contenido en el depósito
se le filtra todas las materias extrañas usando
el colador de aceite, el que consiste en una
malla de acero y es enviado hacia el filtro de
aceite a través de la bomba de aceite para
eliminar cualquier material extraño. Hay una
Galería de aceite en el bloque del motor en un
paso para cada parte dinámica tales como el
eje cigüeñal, la culata, la biela y la pared del
cilindro.
Excepto esto, el aceite de motor puede
empapar los materiales tales como las
partículas de carbón generadas por la
combustión del aceite y las partículas de metal
producto del desgaste de las superficies
metálicas.
Tipo sumergido
El aceite también evita que dentro del motor se
corroa por lo químicos de la combustión.
2. Métodos de Lubricación
En los motores antiguos, el método de
lubricación era llamado el tipo salpicadura en
el cual el extremo ancho de la biela choca y
salpica el aceite ubicado en el depósito de
aceite debajo de la biela. Hoy en día, la
porción necesaria de aceite de lubricación es
enviada a la bomba de aceite depositándose
en el cárter. De acuerdo al método de
circulación del aceite, están los tipos de
depósito seco y húmedo. El mecanismo de
lubricación consiste en el depósito de aceite
que contiene aceite, el filtro de aceite que
purifica el aceite, el depósito de aceite que
envía el aceite a cada parte.
Tipo de depósito seco
El aceite vuelve al depósito de aceite desde el
pistón, la biela, el eje cigüeñal y la culata.
Cuando el auto gira rápidamente, acelera o
desacelera abruptamente, el aceite se
adelgaza en un lado de manera que no podrá
ser bien bombeado. Algunos motores tienen
El depósito húmedo está equipado en la
mayoría de los autos. El tipo de depósito
húmedo es equipado en la mayoría de los
62
un separador, un tipo de división en el depósito
de aceite para evitar que el aceite se adelgace.
Para el motor especial como en autos de
carrera, la bomba de barrido lleva el aceite y
el aire juntos, los que son separados por un
separador así el aceite se ubica en el estanque
de aceite separado. Este es el tipo de
depósito seco.
engranaje propulsor está rotando, el engranaje
impulsado también está rotando. Sin embargo
los centros de cada engranaje son separados
entre sí para que el aceite entre ellos sea
bombeado desde el puerto de admisión hacia
el puerto de salida. De acuerdo a la forma de
los dientes, están los tipo envolvente, el tipo
trocoide y así sucesivamente.
Como el método de depósito seco no contiene
aceite en el depósito, el depósito de aceite
puede ser más delgado. De modo que la parte
inferior del motor es más pequeña y el motor
está diseñado para tener el centro con más
peso. Sin embargo, el mecanismo debe ser
complejo. Es aplicado solamente en casos
especiales para equipar el motor opuesto.
Algunos motores constan de un tipo de
depósito semiseco que tiene la bomba de
aceite para reunir el aceite en el depósito.
3.
Componentes
Lubricación
del
Sistema
Bomba de aceite tipo engranaje
La cantidad de aceite enviada por la bomba de
aceite es proporcional a las rpm del motor.
En alta rotación del motor la presión de aceite
es demasiada alta.
A baja temeperatura, el grado de viscosidad
de aceite aumenta de manera que la presión
de aceite también es demasiado alta.
Debe instalarse un mecanismo para mantener
la presión de aceite.
Este es llamado regulador de presión o la
válvula de alivio.
de
Las 3 partes principales que forman el sistema
de lubricación son la bomba de aceite, el filtro
de aceite y el refrigerante que enfría el aceite.
Hay muchos tipos de bombas de aceite para
extraer el aceite desde el depósito. El auto de
pasajeros usa una bomba movida por
engranajes combinada con una rueda dentada
y conectada directamente al eje cigüeñal.
El filtro de aceite purifica el aceite que tiene
carbón o las partículas de metal. Un papel de
filtro doblado es insertado en la carcaza del
filtro. Hay dos tipos para el reemplazo del tipo
La bomba movida por engranajes
comprende un engranaje impulsado en el
cuerpo de la bomba y el engranaje propulsor
conectado al engranaje impulsado. Cuando el
63
de elemento y del tipo de cartucho. El tipo
cartucho es reemplazado por el filtro con caja,
el tipo elemento es remplazado sólo con el
elemento de filtrado cuando éste se remplaza.
pistón y la culata, sellando el espacio entre el
pistón y el cilindro, liberando el golpe,
limpiando el motor por dentro, evitando la
detonación, etc.
La temperatura del aceite de motor es
alrededor de 80ºC.
Las características requeridas del aceite del
motor son las siguientes,
La temperatura adecuada de trabajo del aceite
del motor es alrededor de 80ºC. Si la
temperatura es demasiado baja, la fricción
llega a ser alta debido a la alta viscosidad. Si
la temperatura es demasiada alta, la presión
de aceite disminuye de modo que la habilidad
de lubricación será degradada y también el
aceite en el motor de alto rendimiento puede
ser fácilmente deteriorado. De modo que el
enfriador de aceite es requerido para el motor
de alto rendimiento.
- Viscosidad adecuada en condiciones de
trabajo.
- Buen rendimiento del lubricante
- Alta resistencia al calor y la corrosión.
- Anti-burbuja
La característica más importante es la
viscosidad. Por lo tanto, el aceite de motor es
clasificado por dos aspectos, la viscosidad o la
calidad.
El aceite de motor comercial es vendido en
depositos de 1lt, 4lt, o 20lt. En el envase está
el nombre del fabricante, la marca y nombre
del aceite con el grado de viscosidad y calidad.
Los enfriadores de aceite se dividen en el
tipo de agua y el tipo de aire. El tipo de agua
mantiene la temperatura de aceite usando el
agua de refrigeración del motor, y el tipo
enfriador de aceite con aire que usa el flujo
de aire durante el funcionamiento.
El tipo de aire tiene un mecanismo más simple,
pero la eficiencia es menor que el de tipo de
agua.
El enfríador con agua es más complicado,
pero asegura una mayor eficiencia de
refrigeración y es más estable.
En la clasificación de viscosidad, de acuerdo al
estándar SAE (sociedad de Ingenieros
Automotrices), la viscosidad más baja tiene el
número más bajo y la viscosidad más alta el
número más alto. Para el tiempo frío, se
agrega la letra “W”. Por ejemplo, ciertas
clasificaciones como la del número 30 es para
propósito general, y el número 20 es para el
invierno, el grado único usa el sistema de un
4. Aceite de motor
Como hemos mencionado, el aceite de motor
trabaja para reducir el desgaste, enfriando el
64
número solamente. Otra clasificación como la
del rango que es representado como 5W-30 o
10W-30, es el multi-grado. En este caso,
comparando el 5W-30 con el 10W-30, el
5W-30 tiene menos viscosidad que el 10W-30
a baja temperatura, pero más alta viscosidad a
alta temperatura.
Generalmente, cuando la temperatura
aumenta, la viscosidad del aceite disminuirá.
Para indicar cómo la viscosidad cambia, se
usa el índice de viscosidad. Si la viscosidad
no es fácilmente cambiada, entonces el índice
del aceite es alto. El índice de viscosidad más
alto es más fácil de usarlo.
La clasificación de calidad, el estandar API
(American Petroleum Institute). Para el motor
de gasolina, la letra “S” seguida de otras letras
del alfabeto son asignadas. Para el motor
diesel la letra “C” seguida de otras letras del
alfabeto son asignadas. Por ejemplo, desde
las letras SD a las SG son asignadas para el
motor a gasolina.
El tipo de aceite de motor y el período de
reemplazo son decididos por el tipo de motor,
la condición de manejo y la temperatura
ambiente, de manera que por favor lea el
manual cuidadosamente para seleccionar el
aceite del motor. El tiempo de reemplazo es
alrededor de 10.000km para SD, y de
15.000km para el SE, y 15.000 Km SF para el
motor a gasolina. Para el motor de turbo, el
aceite de motor debe ser reemplazado cada
5.000km de tiempo de funcionamiento porque
la condución de manejo es muy exigente. Los
intervalos de mantenimiento para cada motor
varían, refieranse a los manuales para cada
motor.
65
Capítulo 8.
Sistema de refrigeración
1. Sistema de refrigeración
De la energía total generada por la combustión
de la mezcla de combustible en el motor a
gasolina, alrededor del 30% es convertido en
energía cinética para empujar el pistón, otra
alrededor de 30% es desperdiciada con el gas
de escape, otra, alrededor de 30% es
transmitida al refrigerante a través del pistón y
otra, alrededor del 10% es perdida por la
fricción.
El sistema de refrigeración para el motor del
vehículo es clasificado en sistema de
refrigeración por agua y el sistema de
refrigeración por aire.
El sistema de
refrigeración por aire no puede enfriar
uniformemente y produce gran ruido, de modo
que hoy en día este sistema casi no se usa en
vehículos.
Entre ellas, si el calor transmitido a la pared de
la cámara de combustión no se elimina tan
rápido como sea posible, el pistón o el cilindro
serán deformados por este calor o la película
de aceite de lubricante se romperá.
Si este calor es enfriado excesivamente,
mucha energía calorica se transmitirá al
refrigerante de manera que la eficiencia de
calor se degradará. Por lo tanto, el sistema de
refrigeración debe ser controlado para
mantener la temperatura de acuerdo a la
condición de conducción.
De acuerdo al tipo de flujo del sistema de
refrigeración de agua, hay un tipo de flujo de
rotorno del tipo U que fluye desde un lado del
motor hacia el mismo lado, y el tipo flujo
cruzado que fluye desde un lado hacia el lado
opuesto. Además, de acuerdo a la dirección
del flujo, puede ser clasificado en el tipo de
flujo longitudinal que fluye a lo largo del motor
y el tipo de flujo lateral del motor.
En el sistema de refrigeración, el agua de
refrigeración circula por la bomba de agua
desde la porción inferior de la camisa de agua
hacia el radiador.
Durante el funcionamiento, fuertes vientos
pueden enfriar el radiador, sin embargo,
cuando el auto esta detenido o es conducido
lentamente, un ventilador debe forzar el aire.
El agua fría regresará a la camisa de agua
enviada por la bomba. Se instala un
termostato entre la camisa de agua y el
radiador para sensar la temperatura del agua
de refrigeración, si el agua de refrigeración
tiene temperatura muy baja, el termostato
bloquea el paso de agua.
66
El termostato más usado es del tipo de cera,
en el cual la cera está encapsulada. La
expansión de la cera producto del calor abre o
cierra
la válvula.
La temperatura de
funcionamiento del termostato es de alrededor
de 85ºC.
2. Radiador
Tipo de flujo descendente
El radiador es un cuerpo que irradia calor, en
este caso, es un mecanismo para irradiar el
calor a la atmósfera. Como el calefactor es
llamado
radiador,
el
mecanismo
de
refrigeración en un auto se llama radiador;
especialmente este es llamado como núcleo
de calor.
Tipo de flujo cruzado
Para mejorar la eficiencia del radiador, el área
debe ser grande como sea posible.
Generalmente, el radiador comprende un
núcleo de radiador fabricado por la soldadura
de muchas aletas de metal alrededor de un
tubo fluyendo agua de refrigeración a ambos
lados del núcleo.
Tipo de flujo de retorno en U
Es el tipo más usado el que sella tipo de flujo
descendente. Hay un tipo de flujo cruzado
en el cual los estanques son conectados en el
lado izquierdo y el derecho para fluir
horizontalmente. En el tipo de flujo cruzado, la
altura del radiador puede bajar y el diseño de
la parrilla delantera puede ser libremente
cambiada. Sin embargo, tiene más resistencia
al flujo. Para otro ejemplo, hay un tipo de
Los tanques son conectados en la parte
superior y la parte inferior del núcleo para que
fluya el agua caliente hacia el estanque
superior y el agua fría hacia el estanque
inferior usando el principio de convección.
67
flujo de retorno en U en la cual el núcleo del
radiador se divide en ascendente y
descendente en la porción central y el agua de
refrigeración fluye hacia el lado del núcleo
superior y regresado desde el lado inferior del
núcleo.
refrigeración aumentará. En la tapa
presurizada del radiador, están conectados
una válvula de presión y una válvula de vacío.
Cuando el agua de refrigeración está entre
110º a 120º y la presión interna es alta, La
válvula de presión se abrirá para sacar el agua
de refrigeración; cuando la temperatura está
baja y la presión desciende, entonces la
válvula de vacío se abrirá para succionar el
agua de refrigeración hacia el radiador.
De modo que la presión del agua de
refrigeración se mantiene uniforme.
El material de aluminio es más usado en
ambos el tubo por donde fluye agua y la aleta
que choca con el viento. Para ahcerlo más
liviano, el tanque de resina incluye nylon con
fibra de vidrio en vez de bronce o aluminio que
es más usado.
3. Refrigeración de la Culata
Alta temperatura
La parte más caliente del motor es la cámara
de combustión. El cilindro y la culata son
enfriadas por el agua de refrigeración, el pistón
es enfriado por el aceite de motor.
Baja temperatura
Este calor afecta a la temperatura de la mezcla
de combustible, la condición de combustión y
la temperatura de la mezcla de combustible, la
condición de combustión, y la temperatura del
gas de escape, esto es, a los rendimientos del
motor. Enfriar la culata es lo más importante.
El radiador está equipado con una tapa del
radiador para suministrar el agua de
refrigeración. Convencionalmente esta tapa
es sólo una tapa de manera que el agua de
refrigeración puede contactarse con la
atmósfera exterior directamente. Hoy la tapa
asegura el interior del radiador que es la tapa
del radiador presurizado.
Con presión
atmosférica, el agua hierve a 100ºC y no
aumenta el punto de ebullición. Presurizando
el agua de refrigeración, aumenta la presión y
el punto de ebullición del agua será más alto
de modo que la diferencia con la temperatura
externa es mayor. Por lo tanto, el efecto de
La mayoría de las partes del cilindro son
fabricadas de aleación de aluminio porque
tiene alta conductividad y peso reducido.
Como el puerto de admisión que tiene
temperatura similar de la atmósfera externa y
un puerto de escape que expulsa de modo que
el gas de escape caliente están instalados
cerca pueden deformarse por la diferencia de
la expansión de calor. Por lo tanto es muy
68
importante enfriar con el balance de la
temperatura de cada parte.
agripará.
Si el motor está normal y el termómetro está
variando, entonces significa que se producirá
el sobrecalentamiento. Las principales
razones son cuatro: una es que la cantidad de
aire que pasa al radiador es demasiado
pequeña; otra es que la temperatura del aire
es muy alta; la tercera es que la cantidad de
agua de refrigeración es demasiado pequeña
y la última es que el motor está trabajando
continuamente en situaciones adversas.
El agua de refrigeración es llevada dentro de la
culata desde la camisa de agua en el bloque
del cilindro y fluye alrededor del puerto de
escape caliente y luego es sacado por el
puerto de admisión.
Haciéndolo así, la
diferencia de temperatura entre la culata, el
puerto de escape y el puerto de admisión
puede ser minimizada. Es posible evitar que
las piezas del motor se deformen o
distorsionen por la diferencia de la expansión
de calor.
Cuando el auto tiene aeropartes o neblineros,
el viento que pasa es obstaculizado, o cuando
el auto funciona en camino no pavimentado de
modo que el radiador se tape con suciedad, el
agua de refrigeración puede fácilmente
sobrecalentarse. En otro caso, si la correa del
ventilador no está ajustada o cortada entonces
el
agua
de
refrigeración
puede
sobrecalentarse con facilidad porque la
cantidad de aire enviada al radiador es
reducida.
Adicionalmente cada temperatura alrededor
de cada culata en la serie de cilindros no
debería tener gran diferencia. De modo que la
temperatura de cada cilindro debería ser lo
más similar como sea posible.
Por ejemplo, si los cilindros están
secuencialmente enfriados desde la parte
delantera hacia el extremo, entonces el último
cilindro puede no ser afectado debido a que el
agua de refrigeración ya se calentó. En
algunos casos, el agua de refrigeración es
distribuida a cada cilindro en el comienzo de la
refrigeración
para
ser
enfriada
equitativamente.
Para mejorar el motor turbo, se instala un gran
intercooler en la parte delantera del radiador,
entonces, la cantidad de aire se reducirá y el
agua de refrigeración se puede sobrecalentar.
Si la tubería de agua tiene mucho uso
entonces el agua de la refrigeración se puede
perder, o si la correa para accionar la bomba
de agua está floja o rota, el agua de
refrigeración
se
puede
sobrecalentar
fácilmente debido a esta deficiencia.
El aceite puede ser usado para enfriar la culata.
Sin embargo, las porciones del efecto de
refrigeración por el aceite es de alrededor de
20%, el mayor enfriamiento es realizado por el
agua de refrigeración.
4. Sobre calentamiento
La temperatura del agua del motor es decidida
por el balance entre la capacidad de calor
generado desde el motor y la capacidad de
calor irradiado desde el radiador. Si la
refrigeración no es suficiente, entonces el
agua de refrigeración puede hervir.
En
consecuencia el vapor de agua puede ser
expulsado por la tapa del radiador. Si el auto
se está sobrecalentando entonces el
rendimiento se degradará y al final el motor se
69
Este fenómeno es llamado efecto difusor o
Ventury llamado así por el inventor. Para
mejorar este efecto, el venturi es fabricado del
menor diámetro posible. El diámetro interno
del venturi es llamado diámetro interno
principal, lo que indica el tamaño del
carburador. La cantidad de combustible se
puede controlar de acuerdo al flujo del aire, de
manera que la proporción de aire combustible
se pueda mantener en forma uniforme.
Capítulo 9.
Sistema de Combustible
1. Carburador
En el motor a gasolina, el carburador o el ECM
es usado para mezclar el aire y el combustible.
La mayoría de los motores de 4 cilindros usan
el sistema de ECM, sólo algunos motores
pequeños usan el carburador.
El tubo para suministrar la gasolina es el
inyector principal (agujero de rociado de
combustible).
Seleccionando el inyector
adecuado de acuerdo a las condiciones de
manejo, es posible cubrir el amplio rango de
rpm. Sin embargo, cuando el motor está
girando con la velocidad baja tal como el
estado de ralentí, la presión del difusor
disminuye de manera que la cantidad de
gasolina adecuada no es succionada. Cuando
el motor rápidamente acelera, la cantidad de
gasolina debería ser más grande que el estado
normal. Sin embargo, no es fácil controlar
estas variaciones. Para sobrellevar estos
obstáculos, se han desarrollado varios tipos de
carburadores. Especialmente en los motores
deportivos
como
el
volumen
de
desplazamiento
es
determinante,
el
carburador es el mecanismo más importante
para el rendimiento del motor.
Sistema de combustible del Carburador
La operación del carburador es así: al principio,
la gasolina desde el estanque de combustible
es contenida en la cámara del flotador;
cuando la cantidad de gasolina en la cámara
del flotador es reducida entonces el flotador
baja y más gasolina es suministrada desde el
estanque de combustible. Cuando un
conductor presiona el pedal de acelerador la
válvula de la mariposa se abrirá y el flujo de
aire pasa por la parte del difusor de modo que
la gasolina será sacada del inyector principal.
Sistema Electrónico de combustible
El carburador usa el principio de rociado para
mezclar la gasolina y el aire. Es decir, un
agujero de rociado de combustible es
fabricado en el difusor siendo el flujo de aire en
el difusor alto. De manera que la presión en el
agujero de rociado de combustible disminuye.
De modo que la gasolina seguirá el flujo de
aire en forma de niebla y se mezclará con el
aire.
El carburador tiene esta simple estructura, de
modo que el costo es bajo y tiene pocos
defectos. Sin embargo, para los motores
70
modernos que necesitan mejorar las
emisiones, la eficiencia del combustible y la
salida de potencia, el carburador presenta
muchos problemas.
el medidor del flujo de aire. La palanca que
sujeta este plato está conectada al mecanismo
para controlar la cantidad de combustible
inyectado, y la gasolina es inyectada por el
dispositivo de inyección de combustible en
respuesta a la operación del plato.
2. Mecanismo de Inyección de Combustible
Básicamente, considerando la presión
negativa como la cantidad de aire inyectado, el
carburador suministra la cantidad adecuada
de gasolina usando sólo el dispositivo
mecánico. Por lo tanto, no puede mantener la
relación aire combustible uniforme.
Es
necesario controlar exactamente la cantidad
de combustible inyectada usando la relación
predeterminada de aire combustible para
evitar la pérdida de combustible o mejorar la
respuesta del motor.
Como un sistema que reemplaza el carburador,
el K-jetronic tiene mejor confiabilidad. Sin
embargo, a veces inyecta el combustible de la
misma manera que el carburador y controla la
cantidad de combustible mecánicamente. Por
lo tanto, es difícil controlar la relación de
mezcla con precisión.
En algunos casos, aceptando un ECM en el
sistema, el KE-jetronic compensa estos puntos
débiles. Sin embargo, paso a paso, todo el
sistema ECM está reemplazando estos
sistemas mecánicos para regular el gas de
escape y mejorar la eficiencia del combustible.
Un nuevo sistema es desarrollado en el cual la
cantidad aspirada de aire se mide
directamente, y la gasolina es rociada en el
múltiple de entrada con la relación optimizada
de aire combustible usando el dispositivo
mecánico. Este es el K-jetronic inventado por
Bosch.
3. Sistema de Inyección de Combustible
Electrónico
Comparándolo con el carburador, el
dispositivo de inyección de combustible está
inyectando el combustible en el múltiple
directamente.
Por lo tanto, tiene buena
respuesta en el arranque, aceleración y
desaceleración.
Es difícil para este
mecanismo hacer un bloqueo del vapor que
interrumpe el flujo de combustible por la
evaporización del combustible en la mitad del
tubo de combustible. Adicionalmente no
produce hielo cuando el carburador se
congela.
La parte principal del sistema electrónico de
inyección de combustible es el que decide la
cantidad de combustible a inyectar para formar
la mezcla de combustible ideal, midiendo la
cantidad de aire de entrada. Este sistema tien
un el dispositivo de medición de la cantidad de
aire, el dispositivo de inyección combustible y
el dispositivo de control de estas operaciones.
El dispositivo de inyección de combustible
representativo mecánico, el K-jetronic, usa el
plato de sensor para el mecanismo de
medición de cantidad de aire, y transmite el
movimiento de la placa del sensor a la válvula
controlando el suministro de combustible.
Contrariamente el sistema de inyección de
combustible electrónico mide la cantidad por el
sensor de flujo de aire y es enviado al
computador como una señal eléctrica para
decidir la cantidad de combustible con el
resultado desde el sensor para chequear el
La característica principal del K-jetronic es la
instalación de una placa circular llamada placa
del sensor en la parte delantera de la válvula
de la mariposa, la cantidad de gasolina es
controlada usando el estado de apertura de
este plato que cambia con la cantidad de aire.
Cuando la válvula de la mariposa se abre, el
aire presiona la placa del sensor instalada en
71
eléctrica desde el sensor de temperatura de
agua, sensor de temperatura de admisión
de aire y el sensor de posición de la
estado del motor.
Mediante estos
mecanismos es posible controlar la relación de
aire combustible con precisión.
mariposa y la condición de funcionamiento de
la señal desde el sensor de velocidad y la
señal que indica el estado de funcionamiento
del aire acondicionado. Estas señales son
enviadas al ECM.
La estructura del inyector de combustible se
diferencia de acuerdo al fabricante y se aplica
al tipo de motor. Excepto el sensor de flujo de
aire, la mayoría de las partes son similares.
Aquí explicaremos sobre el tipo de flujo de
masa de aire usando el medidor de flujo de
aire como el sensor de flujo de aire. La
cantidad de aire filtrado es medido por el
caudalímetro de aire, y tomado en la cámara
dinámica a través del cuerpo del regulador que
incluye la válvula reguladora que se une al
pedal del acelerador. Este aire es distribuido
al colector de entrada de cada cilindro, e
aspirado en el cilindro con la gasolina
inyectada del combustible desde la válvula de
inyección de combustible (inyector) al
múltiple o puerto de admisión.
Las señales son enviadas al ECM,
el computador puede inyectar la cantidad
apropiada de combustible, de acuerdo con la
operación del acelerador.
4. Sistema de suministro de combustible
La gasolina está contenida en el estanque de
combustible y es enviada al mecanismo de
inyección de combustible después de eliminar
el polvo y el agua en el filtro. El depósito de
combustible
es
fabricado
de
acero
galvanizado para prevenir la corrosión, debido
a esto el tanque plástico es más usado. Para
evitar que el combustible se, hay algunas
En este momento, un regulador decide la
cantidad de gasolina optimizada al estado de
conducción y de funcionamiento del vehículo.
Esto se denomina ECM, Módulo de Control
Electrónico. El estado de control es una señal
72
divisiones, llamadas separador. Además
incoorpora un calibrador de nivel de
combustible.
Para la inyección de gasolina, se utiliza un
inyector es usado. El inyector tiene una válvula
de aguja que cierra la parte delantera de la
tobera. La válvula se abre con el flujo de
corriente en el solienoide para inyectar la
gasolina.
Para los métodos de inyección, hay un tipo de
inyección individual (SPI) inyectando la
gasolina en una porción del colector de
admisión, y una Inyección Multipunto (MPI)
que inyecta la gasolina a cada múltiple de
cada cilindro correspondiente. La inyección en
un solo punto SPI tiene el inyector en el mismo
lugar que el carburador, pero este forma una
mezcla más efectiva que en el carburador.
Hay varios tipos de bomba de combustible.
El carburador usa la bomba mecánica, el
sistema ECM usa la bomba eléctrica, la que
utiliza un motor eléctrico.
El MPI puede ser clasificado como inyección
puntual, inyección grupal e inyección de banco
de acuerdo al tiempo de inyección. Cada
múltiple tiene un inyector.
La inyección
puntual realiza la operación de inyección en la
carrera de entrada de cada cilindro según la
rotación de motor. La inyección grupal realiza
la operación de inyección con un grupo de los
cilindros que tienen la carrera de entrada
secuencial.
Un regulador de presión controla la presión
de gasolina dentro del rango específico.
Desde luego, la inyección multipunto puede
inyectar la gasolina en el tiempo y cantidad
más optimizada. Sin embargo, el circuito
eléctrico para conducir el inyector es más
complicado. Por lo tanto, algunos autos
comerciales acepta la inyección grupal.
La simplificación de la inyección de grupo es la
inyección por banco.
En la carrera de
admisión cuando el pistón baja, la gasolina
necesaria es inyectada después de dividirse
73
en dos tiempos y tomada en el cilindro
después de juntarse en la carrera de admisión.
Debido a la estructura simple, asegura una
mayor eficiencia en la inyección de gasolina.
Entonces es el método más usado en el motor
de gasolina.
74
alto voltaje de la bobina secundaria a cada
conector.
Capítulo 10.
Sistema de Encendido
En el disco de leva del interruptor tiene un
dispositivo que avanza para controlar la
sincronización de ignición de acuerdo a las
variaciones de régimen del motor para enviar
el voltaje alto aumentado a la bujía en el
tiempo preciso. Como el disco de leva debería
girar an la mitad de las revoluciones por
minuto del motor para calzar la sincronización
de ignición, debería estar conectado al árbol
de levas que tiene la misma velocidad de
rotación. El mecanismo de avance será
explicado en detalle en la sección de “Avance
al Encendido”.
1. Encendido tipo Punto
El sistema de encendido debe encender la
mezcla comprimida en la cámara de
combustión generando una llama con la bujía.
Cuando los polos más y menos de la batería
de 12V son puestos en corte, una chispa
puede producirse.
Sin embargo, es
demasiado débil para encender la mezcla. Por
lo tanto este voltaje debe ser incrementado
hasta 10,000∼30,000V.
El sistema de
encendido consiste en un dispositivo para
aumentar el voltaje, un dispositivo para
distribuir el tiempo de encendido y una serie de
bujías.
El alto voltaje generado por la bobina de
encendido es enviado a cada bujía a través de
una serie de Cables de Alta tensión.
Este sistema de encendido se le denomina
tipo punto de contacto. Si el control del
interruptor disyuntor es realizado por un
transistor, entonces le llaman el tipo de
transistorizado.
Para el aumento del voltaje, una bobina de
encendido o inductor eléctrico, es usado. La
bobina de encendido comprende un núcleo de
hierro, el embobinado de la bobina secundaria
con aproximadamente 20,000 ~ 30,000
vueltas que usan un cable de cobre delgado
como un cabello alrededor del núcleo y la
bobina primaria con 150~300 vueltas usando
un alambre de cobre de 0.5∼1mm de
Además, con el desarrollo del sistema, un
computador controla la función del distribuidor
en el sistema de encendido sin distribuidor.
2. Encendido del tipo de transistorizado
diámetro sobre la bobina secundaria. Cuando
una corriente fluye en la bobina primaria, el
núcleo de hierro se transformará en un
electroimán. Y en el momento cuando la
corriente en la bobina primaria se corta, se
induce un alto voltaje en la bobina secundaria.
En el mecanismo de encendido del tipo punto
de contacto, el punto es abierto por el camón y
el alto voltaje es inducido en la bobina
secundaria cuando la corriente en la bobina
primaria es cortada. Asimismo cuando el
interruptor es puesto en OFF, una pequeña
chispa no deseada se producirá en el punto de
contacto.
Como la inercia mecánica, la
corriente eléctrica tiene inercia. Esta chispa
no deseada se evitará insertando un
condensador dentro del circuito de encendido.
El distribuidor tiene un dispositivo para
distribuir la corriente que fluye en la bobina
primaria con un disco de leva que tiene el
mismo número de partes de salida. Cuando
este disco de leva presiona el brazo por la
rotación, el punto conectado adelante del
brazo se abre para cortar la corriente de la
bobina primaria (disyuntor de contacto). El
distribuidor tiene también un dispositivo, que
se traslapa con el disyuntor, para distribuir el
Además, el punto de contacto podría estar
quemado o no funcionar a alta velocidad. Por
lo tanto, para interrumpir la corriente de la
bobina primaria, un transistor es instalado en
75
vez del punto mecánico.
disyuntor de contacto puede ser resuelto.
Como son muchas las clases en el transistor,
el método de aplicación es variado también.
Cuando es usado como un interruptor, el
transistor tipo NPN es usado. Consiste en una
base hecha de semiconductor de tipo P y dos
semiconductores de tipo N en ambos lados,
uno es un colector, y el otro es el emisor.
3. Sistema de encendido sin distribuidor
En estado normal, la corriente no es
transmitida desde el emisor al colector del
transistor tipo NPN. Sin embargo, si un poco
de corriente (corriente base) es aplicada entre
el emisor y la base, entonces se induce una
corriente amplificada del emisor al colector.
Usando esta característica, puede ser utilizado
como un interruptor.
En el sistema de encendido transistorizado, el
interruptor de apertura de la bobina primaria
es reemplazado por el generador de señal y el
transistor, mientras que el avance y la
distribución de corriente secundaria son
realizados por el mismo dispositivo usado en
el sistema de ignición de punto de contacto.
En el sistema de encendido sin distribuidor, el
avance del tiempo de encendido es realizado
por un computador que usa una señal eléctrica
del sensor para el tiempo de encendido, y la
ignición es realizada usando la corriente
secundaria generada de la bobina de
encendido instalada cerca del embobinado de
encendido.
En vez del disco de leva y el punto de contacto
en el distribuidor, el generador de señal está
equipado para descubrir el tiempo de
encendido, la señal eléctrica es enviada al
igniter incluyendo un transistor. Entonces la
corriente base producto de la señal del
generador es aplicada entre el emisor y la
base, y luego una corriente amplificada es
generada desde el emisor al colector. Usando
esta corriente amplificadora la corriente
intermitente es aplicada a la bobina primaria,
de modo que el voltaje de alta tensión puede
ser generado en la bobina secundaria.
El generador de señal consiste en un rotor
que tiene el mismo número de protuberancias
con respecto a los cilindros, un imán
permanente, y una bobina capatadora que
detecta el cambio de flujo magnético. Como el
rotor de señal gira con la mitad de velocidad
del régimen del motor, los espacios sin
protuberancias pasan a través de la holgura
entre la bobina capatadora y el imán
permanente, captando el tiempo de encendido.
El flujo magnético generado por el imán
permanente será cambiado, entonces una
corriente inducida fluirá en la bobina. Esta
corriente es usada por la corriente base del
transistor. Haciéndolo así, el problema del
La característica principal de este dispositivo
de encendido es el cable de alta tensión que
conecta la bobina de encendido – el
distribuidor - la bujía. Como el cable para unir
la bujía y la bobina es corto debido a que la
bobina esta cerca de la bujia, incluso no es
necsario en algunos casos, los problemas de
interferencia de la onda electromagnética de la
corriente alta en el cable de alta tensión o las
fallas de encendido por efecto de la resistencia
eléctrica del cable pueden ser evitados.
Además, el dispositivo de avance eléctrico es
más compacto que el mecánico.
76
Sensor de Posición del cigüeñal de tipo
inductivo.
Sistema de encendido individual
Sensor de posición del eje cigüeñal tipo óptico
El sensor para decidir el tiempo de encendido,
el sensor de posición de cigüeñal o el sensor
de posición de árbol de levas. Comprenden un
rotor de tiempo, conducido por el árbol de
levas y un captador que detecta la posición del
rotor eléctricamente. Otro tipo comprende un
LED conectado en el rotor que es conducido
por el árbol de levas y un foto diodo para
decidir el tiempo de encendido.
Sistema de encendido grupal
En el método de encendido Individual, la
bobina de encendido es instalada en cada
cilindro para encender secuencialmente según
la orden decidido por el ECM. En el método de
encendido grupal, la chispa de encendido se
produce en los dos cilindros al mismo tiempo
por una bobina de encendido. En este instante,
un cilindro está en la carrera de compresión y
otro cilindro está en la carrera de escape. La
chispa de encendido en la carrera de
compresión es efectivamente usada, pero la
chispa en la carrera de combustión no tiene
relevancia. En este método, la cantidad de
transistores y bobinas utilizados es la mitad del
método de encendido individual, por lo que
tiene menor costo.
En el método de encendido, están el método
de encendido individual y el método de
encendido de grupal.
77
4. Bujía
a alta velocidad, la temperatura del conector
será alta. Incluso en la misma condición de
conducción, la temperatura se diferencia
según el rango de calor del conector.
La bujía se energiza en la mezcla comprimida
para prender esta con el arco de chispa
producto del alto voltaje generado en la bobina
de encendido.
La bujía se contacta, al
principio, con la mezcla que tiene la
temperatura similar de la atmósfera externa en
la carrera de admisión. Después que, entra en
contacto con el gas de escape con más de
2000ºC y genera el alto voltaje de 20.000V.
Por lo tanto es un componente que trabajo en
condiciones severas máximas.
El rango de calor son los grados en el cual la
bujía irradia el calor adquirido de la cámara.
Como el conector fácilmente irradia el calor, el
rango de calor es alto. En el motor de carrera,
el tipo frío que tiene alto rango de calor
debería ser usado para impedir que la
temperatura aumente fácilmente. De un modo
contrario, si el motor es generalmente usado a
baja velocidad, el tipo caliente que tiene bajo
rango de calor debería ser usado para evitar
que se enfríe fácilmente. La gama de calor es
representada con el carácter numérico sobre
el conector. Esto se diferencia según el
fabricante. Debe ser seleccionado según el
conector estándar. Si el conector que no está
en correspondencia con las características del
motor y las condiciones de manejo, por
ejemplo, si es usado en la temperatura baja,
entonces residuos de carbón se depositarán
en el extremo del conector y entonces este no
funcionará.
Si la temperatura es
excesivamente alta, entonces la mezcla puede
encenderse antes de que el encendido
funcionetrabaje, es decir, que se produzca el
auto encendido.
La bujía es usada por muchos tipos de
motores y es fabricado con una especificación
estándar internacionalmente. Hay muchas
clases según la dimensión, la estructura, el
funcionamiento y sobre todo, la característica
relacionada al calor. Esto se distingue por el
indicador alfa numérico. Este carácter de
indicación se diferencia según el fabricante,
por lo tanto tenga cuidado al reemplazarlos.
Se debe ser cuidadoso al substituirlas.
Generalmente, la bujía es clasificada como
14mm, 12mm, y 10mm según el tamaño del
tornillo de sujeción. Para hacer la cámara de
combustión compacta, el conector más
pequeño es el mejor. Sin embargo, mientras
más pequeño es, más fácilmente puede ser
afectado por calor.
Es muy importante
inspeccionar la situación de la temperatura del
motor para determinar la bujía.
La bujía, durante la conducción, es afectada
por varias temperaturas. La temperatura que
más afecta es la cantidad quemada de mezcla
de combustible cada vez. Como el motor está
78
Capítulo 11.
Combustión y Cámara de
Combustión
1. Proceso de combustión
Esta unidad de gas que se quema
inmediatamente
calienta
la
mezcla
circundante. Mientras más mezcla circula la
llama patrón, ésta reacciona con más oxígeno
por este calor y luego se convierte en la unidad
de gas de combustión mayor. Dentro de un
breve
período,
esta
secuencia
es
extensamente extendida de modo que toda la
mezcla es convertida en el gas de combustión.
Esto es el proceso de combustión de la
mezcla.
Para obtener una potencia alta y mejorar la
eficiencia de combustible, es necesario
quemar la mezcla de aire y combustible
perfectamente tan pronto como sea posible
mientras la combustión se lleva a cabo. Por lo
tanto, para realzar el funcionamiento de motor
es necesario conocer la relación de
combustión y estudiar cómo aumentar la
eficiencia de combustible.
Como el tiempo para la chispa es sólo 2/1000
segundos (2 milésimas de segundos: ms), si la
temperatura alrededor de la llama patrón es
baja o el patrón se apaga por el efecto de
remolino de la mezcla, entonces la mezcla no
puede ser quemada. Este fenómeno se
conoce como el mala combustión.
La mezcla de aire y combustible en sistema
con carburador y con inyector es aspirada en
el cilindro a través de la válvula de admisión
con un flujo de agitación por el pistón que sube
del PMI (punto muerto inferior). En este
instante, el combustible en estado de niebla es
convertido en estado de vapor por el calor de
la pared de cámara y la compresión adiabática,
y el fuerte flujo de la mezcla. Algunos
componentes pueden transformarse en gas
inflamable.
En el proceso de la combustión, el límite entre
el gas que se quema y el gas quemado se
llama la superficie de llama. La velocidad de
expansión de la llama es la velocidad de la
llama. La velocidad de llama es la misma
mezcla de la velocidad de combustión que es
la velocidad de llama desarrollada con el gas
de combustible estático, la velocidad de la
expansión del calor de la combustión y la
velocidad del flujo de gas.
Cuando una chispa es aplicada al gas a alta
temperatura, como la chispa patrón se
produce entre los electrodos de la bujía. Este
patrón de llama es una unidad de gas de
combustión que tiene alta temperatura
producida de la reacción del gas de
combustible y el oxígeno en el aire.
La velocidad de combustión es cambiada por
el componente de la proporción aire
combustible que es la proporción de peso
entre el combustible y el aire. Sin embargo, es
muy lento, por ejemplo, varios centimetros por
segundo. Al agregar velocidad de expansión
79
al gas y la velocidad de flujo a la velocidad de
combustión, la velocidad de llama está sobre
15∼20m por segundo, aún puede ser 30m por
que se mezcla.
La gasolina es un líquido que consiste de
4∼12 átomos de carbón en cadena y varias
segundo. Por lo tanto, el flujo de la mezcla es
muy importante.
moléculas incluyendo el átomo de hidrógeno.
2. Relación Aire combustible y Velocidad
de la llama
Si la proporción del componente es cambiada
o un material se agrega para acelerar la
combustión, entonces la velocidad de
combustión y la velocidad de expansión de
gas serán más rápidas.
La proporción que se mezcla es un número
que representa la proporción de cantidad de
combustible y la cantidad de aire. Esto puede
afectar a la velocidad de combustión.
Entonces puede ser representado por el
número de indicación tres como la proporción
de aire combustible (o la proporción A/F), la
proporción de exceso de aire, y la proporción
de equivalencia.
Para mejorar el funcionamiento del motor, la
velocidad de la llama debería ser rápida y la
cantidad de energía del calor que será
convertida en energía cinética debería ser tan
grande como sea posible.
La proporción aire combustible es el valor
calculado por el cual el peso de aire incluido en
la mezcla es dividido por el peso de
combustible incluido en la mezcla. Se le
conoce como la relación aire/combustible o
A/F. Cuando el aire y el combustible son
mezclados, la proporción A/F para la
combustión completa teóricamente es llamada
la proporción teórica A/F. La proporción
teórica A/F de gasolina común es de alrededor
de 14.7.
La velocidad de la llama es decidida por tres
elementos principales incluyendo la velocidad
de combustión, la velocidad de expansión de
gas, y la velocidad de flujo de mezcla. Para
quemar la mezcla rápido, estos elementos
deben ser mantenidos en las mejores
condiciones.
Considerando la velocidad de combustión y la
velocidad de expansión del gas, la velocidad
de la llama es decidida por la relación de aire y
combustible, la temperatura y la presión de la
mezcla. La temperatura y la presión son
determinadas por la temperatura de la cámara
y la relación de compresión. Considerar la
temperatura y la presión es muy complicado,
de modo que aquí, asumimos que estas
condiciones son constantes. Enfocamos el
componente de combustible y la proporción
Si la proporción real A/F es menos que la
proporción teórica A/F, entonces la cantidad
de la gasolina es más que la proporción teórica
A/F entonces es señalizada como “RICA”, o al
contrario, como “POBRE”.
Para que la mezcla sea quemada en la mejor
condición y para que la velocidad de llama sea
80
más rápido, la proporción A/F es un poco más
pequeña que la relación teórica A/F, es decir
13.5~14. Quiere decir que cuando el
combustible es un poco más que el aire, la
combustión es mejor.
La velocidad de
combustión tiene el valor máximo en la
proporción A/F de 12~13, con más cantidad de
gasolina.
la presión máxima de 15∼20 ° después del
TDC.
Si el tiempo de encendido es realizado con
mucho avance, entonces la combustión se
producirá antes de que el pistón alcance el
punto más alto.
En este caso, la fuerza de combustión
presionará al pistón durante la subida de este,
lo que reducirá la fuerza.
Si el tiempo de encendido es atrasado,
entonces la fuerza de combustión presionará
el pistón que va descendiendo. Entonces la
fuerza
de
combustión
no
trabaja
efectivamente.
Por lo tanto, la salida de potencia del motor
será el máximo en la proporción A/F de 12~13.
De otra manera, se reducirá la potencia de
salida. En el aspecto de proporción de
consumo de combustible, la proporción de
consumo será el valor mínimo sobre la
proporción A/F de 16, es decir, en estado
pobre hay mejor eficiencia de combustible.
Después de la combustión, si no queda
oxígeno, entonces la gasolina no se quemará
completamente.
Como la velocidad de llama es tan rápida
como la velocidad del motor, el tiempo de
encendido debería corresponder con la
velocidad del motor para maximizar la presión
de cámara de combustión en el PMS del pistón.
Esta operación consiste en avanzar el ángulo
de la ignición considerando el ángulo de
rotación del cigüeñal, entonces es conocido
como ángulo de avance.
En el sistema para controlar el ángulo de
avance, hay un tipo mecánico y un tipo
eléctrico. El dispositivo de ángulo de avance
mecánico es montado en el distribuidor que
aplica corriente a la bujía. Detectando la
velocidad del motor mecánicamente, el tiempo
para aplicar la corriente es controlado según la
velocidad del motor para avanzar el tiempo de
encendido de la chispa. Por ejemplo, en el
dispositivo de ángulo de avance en vacío, el
ángulo de avance es realizado por la
operación proporcional de la presión negativa
del dispositivo conectado en el tubo del
carburador, usando el fenómeno en el cual la
presión negativa en el puerto de entrada es
aumentada según la velocidad del motor.
El dispositivo de ángulo de avance eléctrico es
aquel en que la velocidad del motor y la
presión del aire de admisión son detectadas
por el sensor y el mejor tiempo de encendido
es decidido por el computador.
3. Tiempo de Encendido
El tiempo de encendido se produce cuando la
mezcla comprimida es encendida, es decir el
tiempo para producir una llama eléctrica en la
bujía. Generalmente, se puede pensar que
cuando la mezcla esta totalmente comprimida
y el pistón alcanza el PMS (punto muerto
superior) es el mejor tiempo para el encendido.
Sin embargo, es demasiado tarde. La razón
es que la velocidad de combustión de la
mezcla cambia con la velocidad de flujo de gas.
Cuando la velocidad del motor aumenta, el
flujo de gas será más y más rápido. Por lo
tanto, la velocidad de llama será más rápida.
Así, para encenderse cuando el pistón está en
el punto más alto es muy tarde. El mejor
tiempo es cuando el pistón está casi en el
punto más alto es decir, cuando el área de la
superficie de la llama es casi la mitad de la
cámara de combustión.
El tiempo de
encendido es representado por el ángulo de
rotación del cigüeñal sobre el PMS del pistón.
En términos del ángulo, si el tiempo de
encendido es realizado de 40∼30 ° antes del
PMS, entonces la cámara de combustión tiene
81
4. Efecto de Turbulencia
Como la velocidad de la llama es alta, más
energía de calor puede ser convertida en
energía cinética. Inmejorablemente, la mezcla
debería explotar justo cuando el pistón pasa
por el punto más alto para transmitir la fuerza
de expansión del gas quemado al pistón con
más eficiencia. Para la combustión completa,
en términos de ángulo de rotación de cigüeñal,
el tiempo de rotación 40º∼60º podría ser
necesario. Entonces, la situación real se
diferencia de la situación ideal.
Para asegurar la combustión rápida, la
gasolina debería ser bien mezclada con el aire
para permitir que se produzca la reacción
química entre el hidrógeno de carbón y el
oxígeno.
Por lo tanto, algunas investigaciones hacerca
del desarrollo para el puerto de entrada, para
reducir su tamaña y para usar dos puertos de
entrada, de los cuales un puerto de entrada se
cierra para que fluya en turbulencia cuando el
motor trabaja a baja velocidad, para mezclar el
combustible con suficiente aire. El flujo de
agitación es dividido en un torbellino cuya
dirección es horizontal y la caída cuya
dirección es vertical. Lo importante es que el
remolino generado en la carrera de admisión
debería mantenerse hasta que se ponga
mucho más fuerte en las carreras de
combustión-encendido.
Para hacerlo de este modo, la partícula de
gasolina del inyector debería ser diminuta y
fácil de evaporarse tanto como sea posible. Y
el orificio del inyector debería estar frente a la
válvula de entrada para que las partículas de
gasolina no se adhieran en la pared del puerto
de entrada. Para algunos motores de carrera,
dos inyectores pueden ser conectados a cada
cilindro.
Además, para hacer que la velocidad de la
llama sea más rápida, la velocidad de flujo de
gas debe ser más rápida. Cuando el motor
gira a baja velocidad, el flujo de la mezcla es
un elemento muy importante. Cuando el motor
gira a alta velocidad, el flujo de mezcla es alto,
entonces la mezcla está bien y la velocidad de
la llama es suficientemente rápida. Sin
embargo, cuando la velocidad del motor
comienza a desacelerar, la velocidad
descendente del pistón es baja, entonces la
velocidad de flujo de mezcla disminuye y el
vapor de gasolina dentro de la mezcla no
puede ser fácilmente evaporada.
Torbellino
Caída
Para hacerlo así, un método que un pequeño
espacio conocido como área extrema se
82
encuentra entre la posición más lejana de la
bujía y la parte final de la cabeza del pistón,
para soplar la mezcla mediante el área
extrema en el momento en que el pistón está
en el punto más alto.
expansión de la llama. Por lo tanto, el motor
moderno está equipado con la bujía,
especialmente con el conector central, en el
centro de la cámara o con el área de aplaste
mejorando el flujo de la mezcla y haciendo
más angosto la zona del extremo.
5. Detonación
Raras veces ocurre que hoy en día, el motor
hace un ruido cuando el auto es acelerado en
condición de carga alta.
Hoy en día la mayoría de los autos no
producen detonaciones durante la conducción.
El motor esta desarrollado para evitar la
detonación.
Esta es la típica detonación. Proviene de la
combustión que no ha comenzado con la llama
patrón de la bujía y la expansión de la
superficie de la llama, sino que de la
combustión temprana de la mezcla que será
quemada al final.
Por otro lado, hay una investigación para
mejorar el funcionamiento del motor que usa la
detonación. Esta, en primer lugar, se produce
con el motor a baja velocidad en el cual la
combustión de mezcla se atrasa después de
una combustión anormal. Generalmente, se
produce durante el avance, en el tiempo de
encendido, cuando la relación de compresión
aumenta o la velocidad de la llama es alta. Por
lo tanto, detectando la detonación, si el motor
es arrancado con el avance máximo de tiempo
de encendido, se puede obtener la mejor
condición para la combustión.
Como la superficie de la llama es una frontera,
la superficie se llena con el gas quemado y
afuera de la superficie se llena de gas sin
quemarse.
Es decir, la combustión se
expande de la superficie de la llama. Antes de
que esta superficie de llama no sea alcanzada,
el gas sin quemar es autoquemado por la
presión del gas de expansión del gas. Este
gas a alta presión y alta temperatura golpea la
culata y el pistón, produciéndose serios daños
en el motor. La detonación se produce de
inmediato, entonces el pistón y el cilindro
presentan una temperatura anormalmente alta,
produciéndose fácilmente las detonaciones en
serie.
6. Combustión Anormal
Toda combustión contraria a la combustión
normal la que comienza desde la bujía y se
expande por toda la cámara, son llamadas
combustiones anormales. La detonación es el
ejemplo representativo. Hay también otros
tipos de combustiones anormales.
Ya que la detonación es generada en la zona
de final de la cámara de combustión, el
diámetro interno será ampliado por la corta
carrera y fácilmente es generado en el motor
que tiene una distancia más grande de
⑴ PRE-ENCENDIDO & POST-ENCENDIDO
Como el PRE es "antes" y el POST es
83
"Después", este encendido significa que la
mezcla puede ser quemada por otra llama
antes o después de ocurra el encendido
normal. El PRE-ENCENDIDO se produce en
la carrera de compresión por cualquier
razón tal como los residuos de carbón en la
bujía, en la cámara de combustión, el pistón
y las válvulas. El POST-ENCENDIDO es
que las mezclas no quemadas en el período
de llama normal por falla en el encendido, el
gas sin quemar se quema en la carrera de
combustión. Ambos son muy similares a la
detonación, de manera que se pueden
producir grande daños a las partes que
rodean la cámara de combustión.
incompleta en la cámara y explota en el
convertidor catalítico o en el silenciador.
Esto puede dañar el sistema de escape.
⑷ EXPLOSIONES EN LA ADMISIÓN
En el estado en el cual casi todo el gas
quemado es expulsado en la carrera de
escape, quedando residuos de gas. El resto
de gas a alta temperatura produce el
encendido de la mezcla aire combustible al
comienzo de la carrera de admisión. En
algunos casos, el fuego puede alcanzar al
filtro de aire. Esto ocurre principalmente en
el sistema con del carburador.
⑵ AUTOENCENDIDO
También conocido como autoencendido
(Dieseling), es el fenómeno en el cual el
motor todavía trabaja aunque el interruptor
de encendido esté desconectado. Muy
similar con el PRE-ENCENDIDO, el residuo
de carbón trabaja como semilla de la llama.
Esto generalmente se produce cuando la
llave es desconectada con el motor con
carburador recalentado. Es llamado así
porque el motor diesel hace la combustión
sin el encendido.
Esta combustión anormal no se produce a
menudo en situaciones normales de
conducción, sin embargo, procure ser
cuidadoso en mantener el motor.
7. Forma de la cámara de combustión
⑶ DESPUES DEL ENCENDIDO
También se le conoce como DESPUÉS DE
QUEMARSE. Es decir, el gas quemado en
forma incompleta explota en el sistema de
escape con un sonido grande de
combustión. Cuando el acelerador se abre
o cierra abruptamente, la gasolina en
exceso es combustionada en forma
Según el método de combustión, el
funcionamiento de motor será diferente.
Entonces, la forma de la cámara de
combustión es lo mejor para el rendimiento de
motor.
Puede ser verdadero que mientras más rápida
84
sea la velocidad de llama es mejor para
aumentar la potencia del motor. Con la misma
gasolina y la proporción de Aire-Combustible,
podemos considerar los cinco artículos
siguientes para incrementar la potencia del
motor.
⑷La relación de compresión debería ser lo
más alta posible (Con la alta compresión,
para mejorar la eficacia del calor)
⑴ La cantidad de mezcla aspirada debe ser
abundante (más combustible, más calor).
⑸ La cámara de combustión debería ser de
tamaño compacto para impedir la pérdida de
calor.
(Para asegurar la energía de calor convertida
en energía cinética)
⑵ El flujo justo antes del encendido deber ser
el apropiado.
(Mientras más rápido es mejor, sin embargo,
demasiado rápido produce falla en el
encendido).
Ante todo, acerca de la cantidad de aspiración
de mezcla en (1), esta es decidida por el
ángulo de conexión, el número, tamaño, el
levantamiento y la forma de la válvula de
entrada. Es explicado en la sección de válvula
de escape-entrada detalladamente.
En la mezcla fluyen en (2), aquí, cómo la
mezcla es llevada al cilindro, es el punto más
importante. Incluso el flujo de mezcla está
bien, si la forma interna de la válvula y la
cabeza del pistón son complicadas, entonces
el gas no se expandirá suavemente, de modo
que debe tener la forma más simple como sea
posible.
⑶ La bujía de encendido debe estar instalada
en el centro de la cámara de combustión
(para asegurar la combustión rápida de
mezcla).
La posición de la bujía en (3) es decidida por el
número y posición de las válvulas de escape y
admisión. En el motor de 4 válvulas el más
usado hoy en día, la bujía está instalada en el
85
centro de
idealmente.
la
cámara
de
combustión,
puerto de admisión son importantes así como
el ángulo de conexión, el diámetro y el número
de válvulas debería ser apropiado para
Como la relación de compresión en ⑷ es más
alta, la combustión será más rápida porque la
temperatura y la presión de la cámara de
combustión es justo antes del encendido es
alta. Sin embargo, si la combustión es
demasiado rápida, entonces la combustión es
realizada de modo anormal. Entonces la
cámara puede ser dañada por la combustión
anormal tal como la detonación.
Para hacer que el calor no se pierda tan
fácilmente como se menciona en , considere
esto; como el área interna de la cámara de
combustión es más grande, la pérdida de calor
será más alta cuando el gas que explota
presiona el pistón, es decir la energía de calor
que será convertida en la energía de fuerza se
perderá. Con el mismo volumen de la cámara
de combustión, cuando la superficie interior de
la cámara es más pequeña; el calor que
convierte la proporción será más alto.
mejorar la eficiencia de volumen.
El diámetro más grande de válvula es el mejor.
Si la válvula es demasiado grande, es más
pesada, entonces tiene gran fuerza de inercia
cuando se abre y se cierra. Por lo tanto,
impedirá que el motor gire a alta velocidad. El
tamaño de válvula debería ser optimizado.
Recientemente, el motor de 4 válvulas que
tiene dos juegos de válvulas de admisión y de
escape, se aplica más que el motor de dos
válvulas, que tiene un juego de válvulas de
admisión –escape.
El motor de tres válvulas que tiene dos
válvulas de entrada y una válvula de escape
fue considerado. Sin embargo, la bujía no fue
instalada en el centro de cámara, y la válvula
de escape era demasiado grande de manera
que el sistema de dos válvulas de admisión
era peor que el sistema de 4 válvulas.
Por lo tanto, cuando la proporción entre la
SUPERFICIE Y EL VOLUMEN de la cámara
de combustión es la relación S/V; esta
proporción representa la eficacia de la
combustión. Mientras más pequeña la relación
S/V es mejor para la calidad de combustión.
Los tipos de cámara del motor de 4 válvulas
son el tipo PENT ROOF que tiene la culata en
forma de piso y el tipo Poli-esférico que tiene
esferas superpuestas. En ambos tipos, un par
de válvula de admisión y de escape están
frente a frente, y la bujía está localizada en el
centro.
Esto satisface la condición de
exigencia para una excelente calidad de
volumen.
8. Válvula de Admisión-Escape & Cámara
de Combustión
Para obtener la mejor eficiencia del volumen,
es necesario más cantidad de aire de admisión,
y el flujo de gases de entrada-salida debería
ser más parejo. El tamaño y la forma del
86
tanto la cabeza de pistón debería ser
aplanada.
Angulo de válvulas
Grande
Angulo de válvulas
Pequeño
La inclinación del ángulo de las válvulas,
corresponde al ángulo que forma la válvula de
admisión y escape sobre la línea central del
cilindro. El ángulo de válvula es el ángulo
entre las líneas de centro de cada válvula.
Estos ángulos afectan significativamente a la
forma de la cámara, la proporción de S/V, la
relación de compresión, y la forma de puertos
de gases admisión y escape. Si el ángulo de
válvula es más grande, entonces el diámetro
de la válvula puede ser mayor, y el gas de
admisión y escape fluirá en forma más suave.
Sin embargo, la cámara debe ser más grande
también, de modo que se reduzca la relación
de compresión, y la proporción de S/V debe
ser grande. El nuevo tipo de motor tiene una
cámara de combustión compacta con el
ángulo de válvula más pequeño.
En realidad, considerando otros elementos
como el ángulo de válvula, la culata tendrá una
parte en receso. Por lo tanto, para aumentar la
relación de compresión, la cabeza del pistón
debe ser altamente diseñada. Además, si el
motor tiene alta relación de compresión,
entonces el espacio entre la culata y la cabeza
de pistón debe ser angosto de modo que es
necesario realizar una ranura para la válvula
para evitar que opere en forma anormal. Con
estas limitaciones en el mecanismo, hay
muchas investigaciones para una mejor
combustión.
El pistón tiene un rol importante para transmitir
efectivamente la fuerza de combustión a la
biela, de modo que las otras partes excepto la
cabeza de pistón, deberían ser diseñadas con
precisión.
El motor de cinco válvulas tiene tres válvulas
de entrada y dos válvulas de escape, es para
alto rendimiento ampliando el área transversal
de la válvula y aligerando el peso de válvula.
Sin embargo, tiene una cámara más
complicada de modo que la proporción de S/V
será más grande, así como el mecanismo
alrededor de la válvula será más complicado.
El gas quemado es sellado con el anillo del
pistón. Para asegurar el sellado, el espacio
entre el pistón y el cilindro (juego del pistón)
debe ser tan pequeño como sea posible. El
pistón será refrigerado por el aceite lubricante
y el calor será irradiado a través del anillo del
pistón. El coeficiente de expansión térmica del
aluminio, el material principal del pistón, es 23
relativamente más alto que el acero, el cual
tiene el coeficiente de expansión térmica de
12~15, el que es material principal del cilindro.
Por lo tanto es difícil de hacer coincidir el
tamaño del pistón con el tamaño de cilindro.
Por ejemplo, como el lado trasero de la cabeza
de pistón está reforzado, es fabricado un poco
más pequeño que la parte del faldón y el
9. Pistón & Cámara de Combustión
La cabeza de pistón forma la cámara de
combustión enfrentando la parte de válvulas
de admisión y escape de culata. Para quemar
la mezcla más rápido, la superficie interior de
la cámara debe expulsar o apartar las
porciones de las válvulas para que la mezcla
fluya suavemente, y la relación de S/V debería
ser tan pequeña como sea posible. Por lo
87
diámetro del pistón a lo largo del eje de
inserción del pasador del pistón es poco más
pequeño que el eje perpendicular.
Como la biela hace girar el cigüeñal, el pistón
presionará la biela en dirección inclinada. Por
lo tanto, el pistón puede vibrar a lo largo de la
dirección lateral, de manera que el faldón
golpeará la pared de cilindro. Esto se conoce
como pistoneo o golpe lateral. Esta es la
causa del ruido o la pérdida de potencia por
fricción.
Para reducir al mínimo este postoneo, el
centro del pasador del pistón es compensado
1∼2.5mm a lo largo de la dirección de
movimiento de la biela. Haciéndolo de esta
manera, la fuerza de presión del pistón en
dirección lateral se reducirá. Esto es llamado
descentramiento del pistón.
88
hidrocarburo entre los tres materiales más
dañinos en el gas de escape no se producen si
el gas de escape se que,a idealmente el forma
total. El de óxido nitroso es también uno de los
problemas importantes.
Capítulo 12.
Desempeño, Consumo de
Combustible,
Ruido,
Vibración
1. Desempeño Requerido
Considerando que el peso de motor es de 10 o
15 % del total del peso del vehículo, otro
método para mejorar la potencia y la eficiencia
de combustible al mismo tiempo, es hacer que
el motor sea compacto y liviano.
La potencia es mayor en el vehículo que tiene
un motor más liviano. Con la misma salida, la
potencia del vehículo que tiene un motor más
liviano, será más alta. El motor más liviano y
compacto mejora el consumo de combustible.
También, para asegurar buena dirección, el
vehículo debe ser liviano y el balance del peso
debe ser
distribuido 50:50 en la parte
delantera y la parte trasera o similar.
Diferentes rendimientos se le piden al
funcionamiento del motor. Cada requerimiento
está relacionado entre sí de manera compleja,
de manera que afectan en el desempeño del
vehículo. Además, como el tiempo pasa, el
rendimiento es el más importante cuando
cambia. Sin embargo, la potencia de salida es
el ítem más importante porque el objetivo del
motor es desarrollar potencia para el vehículo.
Convencionalmente, para operar el motor para
más trabajo debería necesitarse más
combustible para ser usado. Recientemente,
realzando la eficiencia del motor, se puede
adquirir mejor potencia.
Mejor
respuesta
El
motor
también
debe
tener
las
características para ser conducido de acuerdo
a la exigencia del conductor.
Por ejemplo, cuando el conductor presiona el
pedal del acelerador, si la potencia de motor
es demasiado alta, entonces no será buena la
El desarrollo de la eficiencia de combustión del
motor está relacionado con la purificación del
gas de escape. El monóxido de carbono y el
89
seguridad.
La respuesta, de acuerdo a la cantidad de
presión del pedal del acelerador, puede
producir un gran cambio a la condición de
manejo.
2. ¿Qué es la Potencia?
Muy
silencioso
El motor es el dispositivo que convierte la
energía del calor en fuerza. El funcionamiento
básico es representado por los tres factores
principales tales como el consumo de
combustible que indica la cantidad de
gasolina quemada, el torque que indica la
fuerza generada y la potencia que indica
trabajo realizado por unidad de tiempo.
Entre ellos, el consumo de combustible es fácil
de observar porque es fácilmente detectado
midiendo la cantidad de combustible usado.
¿Entonces, cuales son los otros, la potencia y
el torque?
Como el motor obtiene la fuerza motriz por la
combustión del combustible, no se pueden
evitar el ruido y la vibración. Es importante
disminuir estos ruidos y vibraciones al
pasajero.
Como hemos explicado frecuentemente, el
principio de trabajo del motor a gasolina es
que la fuerza de expansión de la gasolina por
la combustión es convertida en la fuerza que
presiona el pistón para hacer girar el cigüeñal.
Además, como el motor es una parte
mecánica del vehículo, es importante conocer
otros factores para mantener el motor.
Ascendiendo
un
camino
inclinado,
presionamos el pedal del acelerador para
obtener alta potencia. Cuando corremos
constantemente por un camino parejo, sólo
presionamos un poco el acelerador. Cuando
se conecta la válvula reguladora que controla
la cantidad de aire de entrada, la profundidad
de presión del pedal del acelerador afecta
directamente la cantidad abierta de la válvula
de la mariposa.
La cantidad de inyección de combustible es
determinada por la cantidad del aire de
entrada. Cuando el aire es aspirado con poca
cantidad por poca presión del pedal, la
cantidad de inyección de gasolina será
pequeña. Cuando la cantidad de aire es
grande presionandolo
profundamente,
entonces la cantidad de inyección de
combustible aumentará.
90
Es decir la proporción entre la cantidad de aire
y la cantidad de combustible ya es
predeterminada, entonces el pedal del
acelerador controla sólo la cantidad de aire
aspirado. Así, presionando un poco el pedal,
la cantidad de mezcla es pequeña y la
potencia del motor, mientras se presiona más
el pedal, la potencia del motor aumentará
porque la cantidad de la mezcla también
aumentará.
Generalmente, el rendimiento del motor es
determinado por la fuerza del motor. La fuerza
es representada en la unidad de kg. En el
vehículo, como la última fuerza es la fuerza
rotativa que conduce la rueda, es preferible
representarla en la unidad de torque, por
ejemplo kg·m, adquirido por la multiplicación
de la magnitud de fuerza con la distancia entre
el centro de rotación para el punto de
aplicación de fuerza.
Este concepto fue sugerido por James Watts
quien inventó el motor a vapor en Inglaterra.
Para comparar los rendimientos dinámicos de
algunos tipos de motores de vapor, como el
caballo de fuerza usado para bombear agua
en minas de carbón, el otro caballo de fuerza
es de 550 libras·pie/s. Convirtiéndolo en el
sistema métrico, será de 75 kg·m/s. Esta es la
potencia para tirar un peso de 75kg a una
distancia de 1m en un segundo.
En otro aspecto de rendimiento del motor, es
importante saber también cuanto trabajo es
posible dentro de cierto período de tiempo.
Esta cantidad de trabajo es la potencia
representada por el caballo de fuerza.
La unidad de caballo de fuerza, será
representada por la abreviación HP o PS
(Pferde Stärke) en alemán.
El PS es
generalmente mas usado. En el sistema de
unidad SI, representando con una W (watt),
1PS es alrededor de 735.4W. De manera que
100PS es 73.5kW, 100kW son 136PS.
3. Método de Representación para la
potencia
En el catálogo del vehículo, podemos ver la
palabra adicional como (neto) (o bruto)
adelante de la unidad de PS/RPM. Como la
potencia del motor generalmente es medida
poniendo el motor en el equipo de medición, la
potencia medida es cambiada según la
condición de medición, y hay dispersión en los
valores medidos. Por lo tanto, para indicar la
salida, se usan el valor Neto y el valor Bruto. El
valor Bruto es medido sólo en el motor, y el
valor Neto es medido con el motor instalado en
el vehículo. Para el motor a gasolina, el valor
Neto es de 15 % menos que el valor Bruto. Si
no hay ningún dato, el valor más grande es el
Bruto.
Generalmente, el elemento más importante
del rendimiento del motor es la salida
(potencia). Cuando se instala un nuevo motor,
alguien dice " ¿Cuántos caballos de fuerza
tiene?” Este caballo de fuerza es la eficiencia
del trabajo, es decir la unidad que indica la
cantidad de trabajo durante el período de
tiempo específico, de manera que se obtiene
salida dinámica (potencia).
La potencia es en función del tiempo. La
potencia
del
motor
aumentará
91
proporcionalmente con las revoluciones por
minuto porque la cantidad de trabajo por ese
tiempo aumenta cuando las revoluciones por
minuto son más altas. Sin embargo, cuando
las revoluciones por minuto del motor
aumentan, las partes dinámicas no pueden
sobrepasar cierto valor, o el motor no puede
producir admisión o escape al superar este
límite, o la potencia del motor es perdida en
exceso para la conducción misma del motor si
las revoluciones por minuto son más altas que
cierto valor de rpm.
Es la potencia la que tiene un valor de límite.
Es decir, la salida de máxima de potencia. Por
lo tanto, en el catálogo, se indican las rpm.
combustión. El gráfico de funcionamiento del
torque representa la presión del pistón sobre el
cigüeñal, con cuanta fuerza y con cuantas rpm.
Como esta fuerza será transmitida a la rueda
finalmente, la fuerza impulsora del vehículo es
pequeña si el torque del motor es pequeño, la
fuerza impulsora del vehículo es alta si el
torque es alto.
La fuerza de expansión esta determinada por
muchos elementos, sobre todo, por la cantidad
del aire aspirado en el cilindro. Con más aire,
es
posible
conseguir
más
potencia.
Considerando la relación entre la cantidad de
aire aspirado y las revoluciones por minuto de
motor, cuando el motor tiene baja velocidad de
rotación, el movimiento de pistón también es
bajo, y la cantidad de aire aspirada es baja.
Cuando el motor tiene alta velocidad de
rotación, el movimiento del pistón es rápido y
la cantidad de aire aspirada es alta. Sin
embargo, si el motor tiene demasiada
velocidad, la válvula de admisión puede
cerrarse antes de que el aire sea totalmente
aspirado dentro del cilindro. En este caso, la
cantidad de aire aspirada por carrera
(eficiencia volumétrica) disminuye. Por lo
tanto, la curva de torque del motor tiene el
punto máximo.
4. ¿Qué es Torque?
Por ejemplo, compare el torque del motor
entre 2500rpm y 5000rpm. El primero tiene
mejor rendimiento a 2500rpm, pero no tan
buen rendimiento a 5000rpm.
El torque o la fuerza de torsión que es aplicada
a una materia rotatoria tal como un perno, la
barra de eje y la rueda. Depende no sólo de la
fuerza aplicada, sino que también sobre la
longitud del brazo de la palanca con el cual la
fuerza actúa. Por definición, el momento de
rotación es igual a la fuerza multiplicada por la
acción de palanca; la longitud del centro del
rotor al punto en que la fuerza es aplicada. En
el motor, el torque es igual a la fuerza del
pistón que baja multiplicada por la distancia
del centro del pasador al centro del cigüeñal.
Por lo tanto, la magnitud del torque de un
motor es decidida por la fuerza con la cual el
pistón presiona la biela, es decir la fuerza de
Al contrario, el motor que presenta 5000rpm
tiene buen rendimiento a alta velocidad pero
bajo rendimiento en baja velocidad. Por lo
tanto, las características son diferentes entre
92
los motores mencionados anteriormente aun
cuando los torques máximos sean los mismos.
elementos principales incluyendo el volumen
del desplazamiento total, la presión media
efectiva y las rpm deben ser optimizadas. El
trabajo en un determinado tiempo aumentará
mejorando las revoluciones por minuto. Los
principales focos de atención para el
desarrollo y mejoramiento de la potencia del
motor son: determinar el volumen de
desplazamiento total del motor, conocer cómo
la presión efectiva aumenta y saber como se
supera la limitación de las revoluciones por
minuto.
5. Aumento de Potencia
La potencia del motor es la cantidad de trabajo
durante un tiempo específico. La potencia se
puede aumentar con el volumen del cilindro, la
fuerza de combustión y las rpm.
El tamaño de motor esta representado por el
volumen de desplazamiento. El volumen de
desplazamiento de cilindro es la cantidad de
gas que escapa desde determinado cilindro
cuando el pistón se mueves desde el PMI
hasta el PMS. El volumen de desplazamiento
total es la suma de volumen de todos los
cilindros. El volumen de desplazamiento del
cilindro es calculado de la multiplicación del
área seccional por la carrera del cilindro. Se
representacon la unidad cc o lt.
Cuando el volumen de desplazamiento total es
más grande, la potencia del motor será
también más alta. Para comparar el
rendimiento del motor se usa el PS/lt.
El PS/lt representa cuantos caballos de fuerza
son generados por 1litro de volumen de
desplazamiento. Para el auto de pasajeros,
generalmente, mientras más cilindrada, más
alto el valor de PS/lt porque la eficiencia
volumétrica es más alta con múltiples cilindros.
Pero la desventaja de los cilindros múltiples es
la estructura que es muy complicada y el costo
demasiado alto.
La fuerza de presión en el pistón es calculada
dividiendo una cantidad de trabajo por ciclo de
desplazamiento del volumen. Mediante este
cálculo, la fuerza de empuje del pistón es la
presión.
Pero la presión en el pistón
continuamente cambia por la posición del
pistón y la carrera. Por lo tanto, la presión por
ciclo es usada para el cálculo. Esto se llama
presión media efectiva, la presión promedio en
el cilindro.
Para mejorar la potencia del motor, los tres
93
Métodos para incrementar la Potencia Máxima
Método
Item
Incremento de la relación de compresión
Incremento de la presión de compresión
Alta velocidad de combustión
Buena distribución de la cámara de combustión
Incremento de la presión efectiva del
Alta eficiencia de la temperatura
pistón
Relación Volumen/Superficie pequeña de la cámara de
combustión
Correcto tiempo de encendido
Ubicación apropiada de la bujía
Ubicación de la toma de aire frío
Baja temperatura del Temperatura de la cámara de combustión
aire de entrada
Diseño de la cámara d combustión
Uso de interenfriador
Incremento de la
Uso de turbocargador o supercargador
presión de admisión
Multivalvular
Incremento del diámetro interior del múltiple de admisión y
Incremento
escape
de la
Reducción de la
Incremento del radio de la curvatura
eficiencia de
resistencia para
carga
admisión y escape
Superficie interior lisa
Apropiada capacidad de la cámara dinámica
Reducción de la contrapresión
Ancho de la leva
Sistema de válvulas Incremento del cruce de válvulas
Tiempo de válvulas apropiado
Sistema de admisión variable
Uso de inercia &
pulsación
Longitud del múltiple apropiado
Multivalvular
Multiples cilindros
Reducción de la
Carrera corta
velocidad de entrada
Incremento del diámetro de la válvula
de aire
Ancho de la leva
Incremento
del límite de
Incremento de la altura de la leva
las rpm
Reducción del peso del sistema de válvulas
Reducción de inercia
Reducción del peso de los componentes móviles
de las piezas móviles
Doble eje de levas
Reducción de la
Carrera corta
velocidad del pistón
94
proporción de C/D es mayor que 1, la carrera es
mayor que el diámetro y se le denomina Motor
de Carrera Larga. La proporción de C/D es 1,
la carrera es igual al diámetro interno, se le
conoce como Motor Cuadrado.
Diámetro
(D)
Con el mismo volumen de desplazamiento, el
Motor de Carrera Corta tiene más potencial por
tener más poder porque el motor de diámetro
más grande puede tener un diámetro de válvula
más grande y puede producir más altas
revoluciones por minuto del motor sin aumentar
la velocidad de pistón. Ante todo, considerando
el diámetro, la cantidad de gas será más grande
cuando el diámetro de la válvula o el
Levantamiento de Válvula es más grande. Con
más cantidad de gas, es posible obtener la
potencia más alta porque más gasolina será
quemada. Además, si el diámetro de válvula es
más grande, para la misma cantidad de gas, el
levantamiento de válvula puede ser más
pequeño. Entonces el movimiento de válvula
será pequeño a alta velocidad. Sin embargo, el
diámetro de la válvula más grande tiene un
diámetro más grande de puerto de admisión, el
motor de puerto de admisión grande no puede
generar un flujo rápido de gas de entrada a baja
velocidad, por lo tanto la combustión puede
degradarse.
Carrera (C)
6. Potencia & Relación Carrera/Diámetro
El volumen de desplazamiento del cilindro es
calculado por el área seccional del cilindro y la
carrera. También el área seccional es calculada
por el diámetro interno del cilindro. Por lo tanto,
los factores principales de desplazamiento son
el Diámetro Interno y la carrera. Estos pueden
ser diferentes en cada motor aun cuando
tengan el mismo número de cilindros y el mismo
desplazamiento. Es decir, algunos motores
tienen el cilindro delgado y largo; otros tienen el
cilindro grueso y corto. La proporción entre la
longitud de la carrera y el diámetro interno se
llama proporción de Carrera/Diámetro.
Después, considerando la velocidad del pistón.
Con las mismas rpm del motor, el pistón en
carrera larga debería moverse tan rápido como
la longitud de la carrera. La velocidad de pistón
tiene un límite. Cuando el pistón se mueve a
alta velocidad, el aceite lubricante puede que no
trabaje correctamente, o la fuerza de inercia del
pistón será demasiado alta. Las rpm del motor
de carrera corta pueden aumentar más que el
motor de carrera larga, si los motores tienen la
misma limitación de velocidad de pistón.
Recientemente, el límite de la velocidad
promedio del pistón es sobre 15∼22m por
Para el auto de pasajeros, la proporción
Carrera/Diámetro (C/D) es aproximadamente
0.7∼1.3. La proporción de C/D es menor que 1,
segundo.
la carrera es más pequeña que el diámetro, se
le denomina Motor de Carrera Corta. La
2
compresión.
El volumen del cilindro es el volumen total
incluído el volumen de la cámara de compresión
y el desplazamiento del cilindro. La relación de
compresión representa cuánta mezcla de
admisión es comprimida.
La relación de
compresión en el catálogo del vehículo es un
valor teórico mediante un cálculo. En general,
es aproximadamente 9∼10 para el motor de
gasolina normal y aproximadamente 12∼13
para el motor de auto de carrera. Como la
relación de compresión es alta, la mezcla se
comprime con mayor fuerza. Entonces la
temperatura de la mezcla será alta y la
combustión se producirá en poco tiempo.
En general, el motor de alta velocidad y potencia,
como los autos deportivos aceptan la proporción
de carrera corta o relación C/D tipo cuadrado, el
motor para el auto comercial acepta la carrera
larga para aumentar el torque en vez de la
velocidad.
Por lo que la presión de combustión será alta y
el torque y la potencia también serán altos.
Además, en la carrera de combustión, la
proporción de expansión también será alta, de
manera que la temperatura del gas de escape
no será tan alta. Por lo tanto se produce mayor
eficiencia del combustible.
7. Potencia & Relación de Compresión
Sin embargo, si la relación de compresión es
demasiado alta, el motor fácilmente puede
presentar una combustión anormal tal como
detonación. Por lo que tiene limitaciones, la
detonación esta relacionada con la temperatura
de la mezcla, el flujo, la temperatura de la pared
de la cámara así como también la relación de
compresión. Por lo tanto, para aumentar la
relación de compresión debe considerarse un
buen sistema de refrigeración para la culata.
Además, el motor debería tener más fuerza para
la alta relación de compresión. El motor de alto
rendimiento debe ser diseñado cuidadosamente.
Existe la relación de compresión teórica y la
relación de compresión real. La relación de
compresión real indica cuánto aire de admisión
es comprimido en realidad. Por ejemplo, en la
carrera de admisión, si no se aspira aire
suficientemente, entonces la relación de
compresión real es menor que la proporción
teórica. En el motor turbo, si la presión de
En la sección anterior, la potencia puede ser
mejorada aumentando el aire de admisión y
aumentando las rpm del motor. También hay un
método más para aumentar la potencia del
motor. Esta es la relación de compresión.
Cuando el pistón está en el PMS, el espacio que
rodea el pistón y la culata incluyendo las
válvulas de admisión y entrada corresponden a
la cámara de combustión.
La relación de compresión es el volumen del
cilindro dividido por el volumen de la cámara de
2
entrada es de 1 atm, entonces la relación de
compresión real será el doble. De modo que la
relación de compresión real es el factor
importante para el realzar la potencia. Como se
dijo anteriormente, la detonación es afectada
por la relación de compresión real
puede ser reducida alrededor de la válvula
de admisión.
⑶ Aumento del levantamiento de válvula de
admisión y alargar el tiempo de apertura: el
tiempo de apertura de válvula de admisión
es aproximadamente 240° en términos de
ángulo de rotación de cigüeñal. En el motor
de carrera, esto es aproximadamente de
280∼320°.
8. Incremento de Potencia en Altas rpm
(límite de rpm)
Para hacer un motor de alta potencia, se
aumenta la combustión de la cantidad de
combustible. Incluso la cantidad de combustible
aumenta, si la cantidad de aire no aumenta,
entonces esto no tiene sentido. Por lo tanto,
para hacer un motor de alta potencia, la entrada
de aire debe ser mayor. La velocidad de flujo de
aire en el puerto de entrada es la división de la
cantidad de aire de entrada por el área
seccional. La cantidad de aire de admisión
aumentará con el aumento de las rpm del motor.
Por lo tanto, la potencia del motor es
proporcional a las rpm. La resistencia de flujo
del aire aumenatará cuando el flujo de aire sea
rápido. Ampliando el conducto o el volumen de
filtro de aire, se puede reducir la resistencia del
flujo. Sin embargo, la resistencia alrededor de
la válvula no es controlada. Por lo tanto, sobre
ciertas rpm, ya no se puede aumentar más la
potencia.
Por lo tanto, para obtener una
potencia alta en alta velocidad, se debe
disminuir la velocidad del aire de admisión.
Para hacerlo de esta manera, se deben
onsiderar algunos métodos.
⑷ Diseño de carrera corta: con el mismo
volumen de desplazamiento, la CARRERA
CORTA esta hecha para ampliar la válvula.
Por lo tanto, el área de la apertura es
también grande y descenderá la velocidad
de aire de admisión.
Si la velocidad del aire de admisión es
suficientemente lenta, las rpm del motor pueden
aumentar para producir más potencia. Si las
rpm aumentan, el motor debería resistir estas
altas rpm. Es decir el motor debería reforzarse
para asegurar esta función. Generalmente, el
motor debe ser alivianado para reducir la fuerza
de inercia, y tambien debe realzarce la fortaleza
del cuerpo y las partes del motor.
⑴ Aumento del número de cilindros: con el
mismo volumen total de desplazamiento, si
el número de cilindros aumenta, entonces el
diámetro de cilindro se reducirá y también el
diámetro de la válvula. Por lo tanto, la
velocidad de flujo de admisión se reducirá.
⑵ Aumento del número de válvulas de
9. Característica Tansiente & Respuesta
admisión: por la misma razón mencionada
en el punto ⑴, la velocidad de flujo de aire
3
En algunos sistemas de combustible, la
gasolina no puede fluir suavemente porque es
rociada por el inyector. En este caso, cuando la
válvula reguladora es abierta rápidamente, la
mezcla se empobrece, entonces el torque inicial
del motor se puede retrasar. Para solucionar
este problema, hay un método en el cual la
cantidad de inyección aumenta selectivamente
en ese momento. En este caso, cuando la
válvula reguladora se abre rápidamente, la
mezcla es deficiente y luego el torque inicial del
motor puede ser retrasado. Para solucionar este
problema, hay un método en el cual la cantidad
de inyección con criterio selectivo es aumentada
en aquel momento.
En el motor que tiene alto torque la respuesta de
aceleración es lenta, el motor no es un motor de
alto rendimiento. El rendimiento de aceleración
o la respuesta del motor pueden ser afectados
por el peso del auto o la relación de engranajes.
Cuando la condición de conducción es
cambiada, el estado intermedio entre el antes y
el después se llama transiente o estado parcial.
El estado se llama característica de transiente
del motor.
La característica transiente
básicamente es relacionada con el cambio de
las rpm y la fuerza de inercia. Las cosas
importantes para la respuesta son el peso de las
partes dinámicas del motor y la capacidad en la
variación de aire/combustible mientras se
acelera. Para reducir la fuerza de inercia de las
partes dinámicas del motor, las partes
dinámicas deberían ser hechas tan livianas
como sea posible.
10. Disposición de los Cilindros &
Rendimiento
Hay tres formas para la disposición de los
cilindros, en Línea, en V, y de Cilindros
Opuestos. ¿Qué
relación hay entre la
disposición de los cilindros y el rendimiento del
motor?
En el motor con inyección de combustible, un
colector de entrada (la cámara dinámica) tiene
un
volumen
similar
al
volumen
de
desplazamiento total. Cuando el acelerador es
presionado para abrir la válvula reguladora, no
se puede aspirar el aire en el múltiple
inmediatamente debido a la fuerza de inercia del
aire.
Por lo tanto, en el primer movimiento del motor
de torque será retrasado. Para solucionar este
problema, si el volumen del colector (la cámara
dinámica) aumenta, entonces la potenciasalida
de motor aumentará.
4
Sin embargo, es difícil de instalar en el
habitáculo del motor del vehículo tipo FF, por lo
tanto, generalmente, se instala en el vehículo
tipo FR en dirección longitudinal. El de 3
cilindros o de 5 cilindros rara vez se usa en el
tipo en línea. Dividiendo el de 6 cilindros en dos
juegos de serie de 3 cilindros y colocándolos de
frente en paralelo, la longitud es reducida casi a
la mitad del motor en línea de 6 cilindros. En el
motor Tipo en V el motor de 6 cilindros, como
tiene alta eficiencia para la admisión y escape
porque el diámetro interno puede ampliarse
fácilmente, por lo que se puede obtener más
potencia.
Si el ángulo en V es puesto a 60°, la
carácterística está cerrada en el motor en el
motor en serio de 6 cilindros. Puede ser
instalado en el vehículo tipo FF. Entonces es
posible para el auto FF para ser desarrollado
para el auto de alto rendimiento.
El motor de tipo en línea tiene los cilindros
puestos secuencialmente. Existen los de 2 a 6
cilindros. En el tipo en línea, la estructura del
bloque de cilindro es muy simple y la culata es
un cuerpo, de modo que el motor debe ser
liviano y compacto. Es ampliamente usado
desde el auto comercial al auto de carrera.
El motor de Tipo V generalmente consiste en 6
cilindros. Combinando la serie de 4 cilindros y la
serie de 6 cilindros, se pueden fabricar el motor
V8 y el V12 respectivamente. Generalmente
son instalados en vehículos grandes o el auto
deportivo. El motor V6 no es fácil de utilizar
porque el ancho del motor es mayor y es más
pesado.
En el motor tipo en línea, generalmente, el
número de cilindro es de 4 cuando el volumen
de desplazamiento llega hasta 2lt. El de 6
cilindros, es mayor de 2lt y menos de 3.5lt. El
motor de 4 cilindros que tiene el volumen de
desplazamiento de 1lt a 1.5lt es usado para el
vehículo comercial y el que tiene más y hasta 2lt
es usado para autos de alto rendimiento. El
motor para volumen de desplazamiento de 2lt
generalmente es hecho de 4 ó 6 cilindros. El
motor de 6 cilindros tiene la cámara de
combustión más pequeña y es fácil de producir
la CARRERA CORTA. Entonces se puede
obtener así la máxima potencia.
El motor opuesto es similar al motor tipo V,
pero tiene un angulo de 180°. El centro de
gravedad del motor es más bajo que otros
motores.
11. Relación de Consumo de Combustible
El motor en línea de 6 cilindros tiene bastante
longitud entonces por lo que es un poco caro.
Pero, el tamaño es compacto en comparación
con el rendimiento y el turbocompresor
fácilmente puede ser instalado. Entonces se
puede utilizar en el motor de alto rendimiento.
Además, la fuerza de inercia del conjunto biela
del pistón está bien equilibrada, por lo tanto
tiene buenas características de antivibración.
La eficiencia de combustible del motor es
representada por la relación de consumo de
combustible. La cantidad de consumo de
5
combustible cambia con la condición de
conducción.
Cuando el funcionamiento
dinámico es medido con el dinamómetro al
compararse con otro motor, la cantidad de
consumo del combustible debería ser
considerada.
Por lo tanto, la relación de consumo de
combustible esta representada por la cantidad
de consumo de combustible por trabajo
realizado, y la unidad es g/PS·h. Suponga que
cuando un motor gira con 3000rpm en el
dinamómetro, la salida de motor es 55PS, y se
usan 11kg de gasolina durante 1 hora de
funcionamiento en esta condición, entonces la
relación de consumo de combustible es de
220g/PS·hr.
Para indicar el equilibrio de calor tenemos el
gráfico de equilibrio de calor. Generalmente el
calor para producir potencia, el calor perdido en
el gas de escape y el calor perdido por la pared
del cilindro es de aproximadamente un 30% en
forma separada y el 10% para otros sistemas.
Hasta ahora, la mayor parte de la eficiencia de
calor del motor es aproximadamente el 35%, es
decir en el término de la tasa de consumo de
combustible, alrededor de 170g/PS·hr
Cuando se refiere al gráfico de relación de
consumo de combustible en la curva de
rendimiento de motor, la relación de consumo
de combustible se reduce en ciertas rpm del
motor, siendo esto más importante que la
cantidad de combustible. La relación de
consumo real de combustible será medida en la
condición actual de manejo en el vehículo.
12. Potencia & Eficiencia de Combustible
Como la cantidad de aire aumenta para realzar
la potencia del motor, la cantidad de
combustible también aumenta, por lo tanto la
eficiencia de combustible se degrada. Sin
embargo, si la mezcla puede ser quemada
completamente para aumentar la eficiencia de
calor y obtener potencia más alta, entonces se
logrará la alta eficacia de combustible y la alta
potencia. Además, el gas de escape tiene
menos elementos dañinos.
Generalmente hablando, el catalogo indica la
relación de consumo de combustible de 10-15,
el consumo estable de combustible a 60km/hr,
en este manual la relación está relacionada al
motor en si.
Para reducir la relación de consumo de
combustible, el combustible usado es el menor
posible convirtiendo totalmente el calor en
fuerza dinámica.
Por lo tanto, esto está
relacionado con la eficiencia del calor. Por
ejemplo, la mezcla debería ser quemada con
alta temperatura y alta presión completamente,
tan rápido como sea posible. También debe
reducirse la fricción mecánica. Para calcular
como el motor usa el calor de la gasolina, se
utiliza la clasificación de acuerdo al elemento
que se le llama balance de calor.
La eficiencia de calor de motor es la proporción
de la capacidad calorífica usada para el
funcionamiento. Para aumentar la eficiencia de
calor, la expansión del gas debe ser tan grande
como sea posible, al mismo tiempo; la pérdida
de energía debería ser el minimo posible. Las
pérdidas de energía en el motor son la pérdida
por enfriamiento a través del sistema de
refrigeración, la pérdida de los gases de
escape que salen con el gas de escape caliente
y la pérdida de admisión-escape (pérdida de
bombeo) usado para la operación de
6
admisión-escape. Aumentar la eficacia de calor
aumentando la fuerza de expansión del gas
quemado esto está relacionado con el aumento
de la cantidad de mezcla y el aumento de la
relación de compresión.
Para reducir la pérdida por refrigeración, la
temperatura de la cámara de combustión debe
aumentar.
Cambiando la forma de la cámara de
combustión para incrementar la relación de
compresión, la temperatura de cámara
aumentará en la carrera de compresión.
Por otro lado, el método usado para aumentar la
temperatura del refrigerante tambien se
considera.
13. Eficiencia de Combustible del Vehículo
Para reducir la pérdida de admisión-escape
(pérdida de bombeo), el múltiple de
admisión-escape debe ser corto y tener la
mínima curvatura posible.
Para mejorar el flujo de aire, el diámetro de la
válvula puede incrementarse o aumetar el
número de válvulas. Sin embargo, en ese caso,
si el flujo de la mezcla es demasiado lento, o si
la estructura de la cámara es demasiado
complicada, entonces la eficiencia de calor se
degradadará.
Por
lo tanto,
cuidadosamente.
debería
ser
Incluso aunque la relación de consumo de
combustible
indique
la
eficiencia
del
combustible del motor, este valor no es la
eficiencia exacta de combustible de vehículo.
Con el mismo motor, esta eficiencia de
combustible puede diferenciarse de acuerdo al
tipo de vehículo en el que se instala el motor,
grande y/o pesado o un vehículo pequeño y
liviano.
diseñado
Algo más, para realzar la eficiencia de calor,
debería considerarse la pérdida por la fricción
generada cuando el pistón se mueve. Se debe
reducir la pérdida de energía mecánica en la
conducción de los componentes auxiliares.
La comparación de un caso donde un vehículo
incluye un pequeño motor que tiene buena
eficiencia de combustible y otro caso donde un
vehículo incluye un motor grande que tiene mala
eficiencia pero alto potencia, la eficiencia real de
combustible cambiará con la condición de
conducción. Por ejemplo, si un auto es usado
por lo general a baja rpm, entonces el volumen
pequeño de desplazamiento es más efectivo.
Si el auto por lo general es usado en alta
7
La eficiencia de combustible estable a
60km/hr se adquiere de la cantidad de
combustible usado cuando el auto es conducido
con velocidad constante de 60km/hr con el peso
bruto que tienen con los pajeros y equipaje en
camino pavimentado, plano, sin viento.
Generalmente, este valor es medido en estado
ideal por el fabricante para sugerir la conducción.
El valor real es menor que este valor.
velocidad o en alta condición de potencia,
entonces el desplazamiento de volumen del
motor será más eficaz.
Para la comparación de la eficiencia de
combustible entre motores, se requiere un
método específico de prueba. En este método
de prueba las condiciones de prueba son
especificadas.
Hay muchos modos de prueba que deberían ser
sugeridos en el catálogo, el consumo de
combustible que funciona en el modo 10-15, el
consumo estable de combustible a 60km/h, el
modo FTP 75, etcétera.
14. Vibración del motor
En la representación de la relación de consumo
de combustible, para el motor, se usa la unidad
de G/PS-hr, y la unidad de km/lt, que indica
cuantos kilómetros puede recorrer el vehículo
con 1lt de combustible.
La eficiencia de combustible de 10-15 es
adquirida diviendo la distancia que recorre el
vehículo por la cantidad del combustible usado,
el vehículo es probado en el dinamómetro
según el ciclo de patrón predeterminado en
ralentí  aceleración inicial  marchando con
velocidad constante  en desaceleración.
Hay muchas fuentes que producen la vibración
en el motor.
Hay tres fuentes principales, una es la
combustión del motor, la otra es la fuerza de
inercia del movimiento recíproco y rotatorio en el
sistema dinámico del pistón, biela, cigüeñal y
otros.
En el pasado, el patrón de conducción tenía la
velocidad máxima de 40km/h, sin embargo, no
era apropiado para la condición de tránsito
moderno. Actualmente, velocidad máxima se
configura en 70km/hr, el modo 15 es agregada
a esta prueba.
La vibración del motor es tan alta como la
presión de la combustión.
El motor que tiene alta relación de compresión y
alto rendimiento produce más ruido. El motor
turbo produce entre el 20~50% de vibración y
hace más ruido que el motor NA. En este caso,
algunos dispositivos para impedir el ruido son
usados y los dispositivos auxiliares son
conectados en las partes menos afectadas por
la vibración.
Además, cambiando la posición del soporte del
motor o adoptando el amortiguador de vibración
con las partes operativas, la vibración no se
transmite a la carrocería directamente.
8
15. Ruido en el Motor
La fuerza de inercia es la fuente principal de
vibración. Los movimientos de pistón desde el
punto más alto al punto más bajo varían la
aceleración. El cigüeñal produce las ondas de
vibración y una fuerza de inercia por la rotación
del pasador del cigüeñal.
Los ruidos del motor son el ruido de la
combustión y los sonidos mecánicos. Los
sonidos mecánicos son producidos por la
fricción entre las piezas. Cuando el motor gira a
alta velocidad, el ruido cambiará y será mayor.
Cuando un conductor engancha hacia arriba o
hacia abajo las marchas, generalmente, puede
seleccionar el cambio apropiado, por el ruido de
motor. Por lo tanto, el sonido de motor ayuda al
conductor a conducir el vehículo. Por lo tanto,
se debería notar el sonido de motor pero no el
ruido. El ruido mecánico es producido por la
vibración del cilindro y la culata, ambos por la
fuerza de combustión
La Biela produce la fuerza de inercia por la
combinación del movimiento recíproco y
rotatorio. En el motor con multiples cilindros, los
pistones están conectados al cigüeñal,
entonces cada inercia será cancelada entre sí.
Es muy es complicado con el número de
cilindros, la disposición de cilindros y la
sincronización de combustión. Por lo tanto,
usando el peso contrario, la fuerza de inercia es
equilibrada con el peso total. Hacer coincidir el
equilibrio de la fuerza de inercia completamente
es muy difícil.
Cuando la cantidad de mezcla aumenta o la
presión de combustión es más alta, entonces el
ruido será fuerte. Alguien puede sentir que el
motor de turbo hace menos ruido que el motor
NA. Los motivos son: la turbina absorbe la
energía de gases de combustión y la variación
de la presión de combustión es más pequeña.
Los sonidos mecánicos provienen de la fricción
y el golpe de las piezas móviles como los
engranajes, cadena y válvulas. Por ejemplo, el
disco de leva golpea al alzaválvulas, el balancín
y el árbol de levas golpea las válvulas, la válvula
con el asiento, etcétera.
La fuerza de inercia es menor cuando las partes
dinámicas como el pistón y la biela tienen
menos peso. Con el mismo volumen de
desplazamiento, el motor con mayor número de
cilindros tiene menos fuerza de inercia porque
los componentes son pequeños y livianos.
Cuando la fuerza de inercia es pequeña, la
posibilidad de producir la vibración será poca y
esto permitirá el giro a alta velocidad con la
misma fuerza. Alivianando el peso de la parte
dinámica, la fuerza de inercia en cada parte será
pequeña. Con las mismas rpm, la fuerza de
estas partes no se mantendrá alta.
Generalmente, el dispositivo que tiene menos
fuerza es más liviano que el dispositivo que
tiene más fuerza. Alivianar es el punto más
importante para aumentar el rendimiento así
como para evitar la vibración.
9
El ruido de resonancia de la vibración es más
fuerte que el ruido mecánico directo. Por lo
tanto, las causas del ruido del motor no se
pueden encontrar exactamente. De todas
maneras, que haya un ruido no significa una
buena situación porque algunas partes del
motor serán golpeadas por otras y esto es malo
para la resistencia de partes. Si usted descubre
un ruido anormal, por favor revise el sistema tan
pronto como sea posible.
Comparando el ruido de combustión con el ruido
mecánico, en baja velocidad, el ruido de
combustión es más grande. Cuando las rpm
están sobre 3000rpm, la fuerza de inercia es
más grande y el ruido mecánico será más
grande.
El ruido desde el compartimento del motor
puede evitarse instalando materiales de
absorción bajo el capó y delante del tablero, en
el límite entre el motor y el habitáculo de
pasajeros.
Los materiales de absorción del ruido son la
fibra de vidrio, felpa, etcétera.
10

Principios del Motor

Transcripción

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