componentes basicos y subsistemas de los motores alternativos

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

1.5 PRINCIPALES COMPONENTES DEL MOTOR.

Figura 28. Principales componentes del motor.

Fuente: http://tinyurl.com/6egkx3s


Un motor está constituido por un cilindro, en cuyo interior se desliza un pistón. La

parte superior del cilindro está cerrada por la culata, pieza que contiene la bujía

(MICH) o el inyector (MIC), las válvulas de admisión y escape. En la figura 28, se

observa un despiece del motor con sus principales partes.

El pistón va unido, por medio de la biela al cigüeñal el cual permite transformar el

movimiento alternativo en movimiento rotativo. La mezcla (aire – gasolina o

gasóleo), que constituye el combustible del motor, es introducida al cilindro a

través de la válvula de admisión, mientras los gases expulsados salen por la

válvula de escape.

La apertura y cierre de ambas válvulas dependen del sistema de distribución,

compuesto por el eje excéntrico o árbol de levas, los empujadores o tanques, las

varillas los balancines y los muelles de las propias válvulas. El árbol de levas está

conectado al cigüeñal mediante el sistema de distribución (piñones, cadena

dentada) de distribución y gira con relación de 1:2 respecto al cigüeñal, es decir

por cada dos vueltas de cigüeñal el árbol de levas da una. Las características

constructivas del sistema de distribución varían para cada motor según el

fabricante.

El BLOQUE (fig. 29), es el elemento constitutivo del motor más voluminoso y

pesado. Su función es dar soporte a todo el conjunto móvil de piezas dentro del

motor. Soporta las camisas de los cilindros y contiene los conductos que permiten

la circulación del agua de enfriamiento alrededor de las camisas. Sin embargo,

algunos bloques tienen conductos integrales para su enfriamiento y para la

circulación del aceite lubricante y del aire (en los motores 2 tiempos).

Para comprender el proceso de fabricación del bloque véase:

http://www.youtube.com/watch?v=4V9-ZeQIFFg


Figura 29. Bloque para motores a) 6V y b) 4 en línea de cuatro tiempos.

a) b)Fuente: http://tinyurl.com/3qf5tmb Fuente: http://tinyurl.com/62awxq3

El CILINDRO es el hueco por el que el pistón se mueve hacia arriba y hacia abajo

(fig. 30). En la mayor parte de los casos, el bloque del cilindro se hace de hierro

fundido, que es relativamente barato, se puede trabajar fácilmente y tiene gran

fortaleza mecánica. Sus inconvenientes son que es pesado y bastante quebradizo.

También se pueden fabricar cilindros de aleación ligera

El aluminio, por ejemplo, es menos pesado y quebradizo, y dispersa mejor el calor,

pero es mucho más blando y necesita que las paredes de los cilindros tengan

forros o camisas de acero y además resulta más caro. Los bloques de hierro

fundido suelen tener sus cilindros directamente vaciados como parte del propio

bloque, pero también se utilizan en ellos camisas de acero.


Figura 30. Camisas, pistón, anillos y bulón.

Fuente: http://tinyurl.com/6hgbvy5.

Los PISTONES están hechos de Aluminio en los motores pequeños y de Acero

fundido en motores grandes de baja velocidad. Ambos pistones sellan el cilindro y

Figura 31. Despiece del pistón.1

1 Extraída de A-PUNTO, Fichero practico del automóvil, editorial SARPE, 1982.


transmiten la presión generada por los gases productos de la combustión al codo

del cigüeñal por medio de la biela. En la figura 31, se observa los elementos que

componen el conjunto biela – pistón.

El BULÓN del pistón es usualmente hueco para reducir su peso, es el elemento

de unión entre la biela y el pistón (fig. 31). El movimiento oscilatorio de la biela

produce una fuerza oscilatoria en la falda del pistón (la región debajo de los anillos

del pistón). El pistón está ajustado con anillos los cuales se ubican en unas

ranuras en la cabeza del pistón para evitar fugas de gas y hacer control del flujo

de aceite.

La biela, que usualmente de de Acero o aleación forzada, está unida al pistón por

medio de un bulón de Acero a través del pie de biela. La combustión depende de

la geometría de la cabeza del pistón como se muestra en la figura 32.

Para comprender el proceso de fabricación del bloque véase:

http://www.youtube.com/watch?v=4V9-ZeQIFFg

Figura 32. Pistones de diferentes configuraciones.

Fuente: http://tinyurl.com/3ceuwo4.


Figura 33. Biela. (a) Acero Forjado, (b) Aluminio.

Fuente: http://tinyurl.com/6b8skoe.

Las BIELAS se encargan de convertir el movimiento rectilíneo del pistón en

movimiento rotatorio al centro del cigüeñal por medio de los muñones de biela.

Están fabricadas en aleaciones muy resistentes debido a que reciben gran presión

por el empuje del pistón, también se fabrican de acero forjado (fig. 33a),

aleaciones o aluminio (fig. 33b), en motores pequeños. La figura 34 indica un

despiece total del conjunto cilindro – pistón – anillos – bulón y biela.

Figura 34. Despiece conjunto biela – pistón.2

2 HEYWOOD, John B. Internal combustion engine fundamentals, Mc Graw Hill1988.

a) b)


El CIGÜEÑAL está constituido por un eje con semiejes excéntricos, sobre los que

se apoyan las bielas (fig.35), está enlazado a los conjuntos de pistones y a la

transmisión, convierte el movimiento vertical de los pistones en movimiento

giratorio, que se puede transmitir a las ruedas por diversos procedimientos.

Además de transmitir ese movimiento, el cigüeñal cumple otras varias funciones;

entre éstas se hayan hacer girar el árbol de levas, la polea del ventilador y el

engranaje del volante que enlaza con el motor de arranque.

Figura 35. Despiece de un cigüeñal.3



El cigüeñal internamente tiene canales para lubricar los casquetes de la biela y

bancada. El cigüeñal tiene un conjunto de paletas que se emplea para “salpicar” el

aceite del cárter y balancear el eje para que no vibre mientras está girando.

Se fabrican por lo general en Hierro forjado aunque existen de fundición modular

aceptados normalmente en motores de automóvil. Mientras que los propios

cigüeñales se hacen de aleaciones de acero duras, usualmente acero al níquel-

cromo-molibdeno, y los gorrones de los codos están especialmente endurecidos,

los cojinetes se hacen de un metal más blando. Esto quiere decir que la parte más

barata y más fácil de sustituir se desgasta antes.

Las VÁLVULAS mostradas en la son usadas normalmente en los motores de

cuatro tiempos. Las válvulas (fig. 36), son de Acero aleado forjado; el enfriamiento

de la válvula de escape que operar cerca de los 700°C puede ser implementada

pero usando un eje de válvula hueco parcialmente inyectado con Sodio que a

través de la evaporación y condensación lleva calor de la cabeza de la válvula a la

base refrigerada. Los motores modernos de encendido por chispa tienen

localizadas las válvulas en la parte superior del conjunto (a veces llamadas

válvulas en cabeza o configuración de cabeza).

El vástago de la válvula se desliza sobre una guía de fundición, que suaviza el

rozamiento y atenúa el desgaste debido al funcionamiento de la válvula (fig. 36).

Dicha guía se monta a presión en la culata. La holgura entre la cola de la válvula y

su guía debe ser el adecuado a fin de impedir que pase aceite a la cámara de

combustión a través de ambos. En algunas ocasiones se dispone un retén en

forma de anillo de caucho, emplazado en la guía de la válvula. El muelle descansa

en la culata sobre el platillo y por su extremo opuesto apoya en este, que a su vez

aloja a las chavetas, que forman el sistema de fijación de la cola de la válvula.


Figura 36. Válvulas y sus empaques.

Fuente: http://tinyurl.com/62ya3qv

Los asientos de válvula se fabrican en la actualidad de aleaciones especiales de

acero, capaces de soportar las elevadas temperaturas a que estarán sometidos.

En algunas ocasiones se recubre de estelita (aleación de cobalto, tungsteno y

cromo) la superficie de apoyo con la válvula. Las válvulas se abren desplazándose

hacia el interior de la cámara de combustión, con lo que se favorece la

estanqueidad, dado que la presión de los gases tiende a cerrarlas. La forma de la

cabeza de la válvula y su acoplamiento al asiento se realizan de manera que, en

consonancia con la alzada, se permita una gran sección de paso al gas y una

orientación adecuada que frene lo menos posible su velocidad. Esta es la razón

por la que el asiento forma generalmente un ángulo de 45° con el plano de la

cabeza de la válvula. La unión de ésta al vástago se redondea siguiendo la forma

más idónea para el recorrido del gas. Con el mismo objeto se adapta el colector a

la cámara de combustión con la inclinación más propicia.


Figura 37. Configuración de las válvulas.4

Un EJE DE LEVAS (fig. 38), se fabrica de Acero fundido o Acero forjado con una

leva por válvula es usado para abrirlas y cerrarlas. Las superficies de las válvulas

están endurecidas para obtener una vida útil adecuada. En los motores de cuatro

tiempos, los ejes de levas giran a la mitad de velocidad que el cigüeñal.

Figura 38. Árbol de levas y sistema de distribución árbol – válvulas.

Fuente: http://tinyurl.com/3gpfc53 Fuente: http://tinyurl.com/6chtyzs

4 HEYWOOD, John B. Internal combustion engine fundamentals, Mc Graw Hill1988.


Los árboles de levas tienen diferentes disposiciones en el motor, los más usados

en motores es el montaje sobre la culata (Over Head Valves) (fig. 39 b), doble

árbol de levas (fig. 39 a), para mayores requerimientos de potencia en motores de

cilindros en V; también existen árbol de levas sobre el bloque en motores de gran

tamaño y de inercias considerables, ubicadas de esta manera para disminuir el

impacto del peso del árbol sobre los elementos del mecanismo biela – pistón y

lograr un mejor aprovechamiento de la transmisión con el cigüeñal.

Figura 39. Disposición del Árbol de levas: a) DOHV (Double Over Head Valves) b)

OHV (Over Head Valves).

a) b)

Fuente: http://tinyurl.com/67rdjfo Fuente: http://tinyurl.com/3uuz9un.

La CULATA (Fig.40), tapa los cilindros y está hecha de hierro fundido o aluminio.

Esta debe ser fuerte y rígida, para distribuir las fuerzas que los gases ejercen

sobre ella, a través del bloque del motor, lo más uniformemente posible y de alta

conductividad térmica logrando que el calor de la combustión sea evacuado al

exterior, evitándose la formación de puntos calientes que pueden ocasionar la

detonación. La culata contiene la bujía en los motores de encendido por chispa o


el inyector de combustible en los motores de encendido por compresión, y parte

del mecanismo de válvulas en los motores con válvulas en la culata.

Figura 40. Culata o cabeza de cilindros.

Fuente: http://tinyurl.com/6cxha9p

La culata se manufactura con sistemas evacuadores de calor alrededor de las

cámaras de combustión para producir el debido enfriamiento ya sea ductos para

agua o aletas de refrigeración dentro de una corriente de aire fresco para la

transferencia térmica.

El CÁRTER (Fig.41), es el elemento que cierra al bloque por la parte inferior, su

forma cóncava actúa aporta la capacidad de funcionar como depósito para el

aceite del motor. Con el objeto de evitar el oleaje del aceite, que suelen disponer

en el cárter de chapas que frenan el desplazamiento del mismo, especialmente en

el sentido de la marcha.

Normalmente el cárter se fabrica por estampación a partir de chapa de acero, con

aleaciones ligeras de aluminio que sin aportar demasiado peso, y debido a su


buena conductibilidad térmica, disipan una gran cantidad de calor, a lo que

contribuye en muchos casos la presencia de aletas de refrigeración. El empleo de

este material presenta la ventaja añadida de que disminuye el nivel acústico del

motor.

Figura 41. Cárter con aletas para motores VAG 1.8T 20VT

Fuente: http://tinyurl.com/3naokzd

1.6 SISTEMAS AUXILIARES DE LOS MOTORES ALTERNATIVOS

Para su funcionamiento el motor debe controlar ciertas variables que permiten el

óptimo desarrollo de cada elemento que compone el motor.

Es necesario comprender los sistemas que permiten mantener una temperatura de

operación sobre el rango permisible, como se logra eliminar y transportar el calor

producto de la combustión en el pistón y disminuir al mínimo los desgastes por

fricción en los elementos cinemáticos del mismo. Además, el sistema de

distribución mecánica, el sistema de arranque, el mecanismo que permita la


admisión y escape del combustible y los gases productos de la combustión, los

principales componentes y actualidades.

También es de suma importancia conocer los sistemas de alimentación del

combustible, diseñados para controlar el consumo, las emisiones contaminantes y

control en las variaciones de carga del motor.

El SISTEMA DE LUBRICACIÓN a presión dosifica la circulación de aceite entre

los diferentes elementos cinemáticos, permitiendo su movimiento con facilidad y

suavidad sobre la marcha del motor.

Para reducir el rozamiento en los acoplamientos metálicos móviles se interpone

entre ambas superficies, una fina película de aceite, de tal manera, que forme una

cuña de aceite que mantenga separada e impida el contacto entre sí. También, el

aceite funciona como medio de transporte para liberar el calor producto de las

altas temperaturas generadas sobre los elementos que producen el movimiento

alternativo.

En la mayoría de los motores el aceite se encuentra alojado en el cárter, es

succionado por una bomba rotativa (fig. 42), la cual lo impulsa hacia el filtro de

aceite eliminando impurezas y luego se lanza a presión hacia los casquetes

axiales del cigüeñal, al muñón de biela, los cojinetes, apoyos, al bulón del pie de la

leva, los engranajes de transmisión; también se suministra lubricación a cada

pistón y a su cilindro correspondiente.

Esta presión debe ser la correcta para que el aceite llegue a los puntos a

engrasar, no conviene que sea excesiva, ya que aparte de ser un gasto

innecesario llegaría a producir depósitos carbonosos en los cilindros y las válvulas.

Luego el aceite usado se dirige hacia un intercambiador de calor5 (permite

5 Se incorpora un radiador para el aceite para motores de alto cilindraje y potencia. (Diesel).


mantener la temperatura del aceite en los rangos admisibles de lubricación), se

recolecta o descarga en el cárter para repetir el ciclo (cárter húmedo).

Figura 42. Sistema de lubricación por cárter húmedo.

Fuente: http://tinyurl.com/3weuhwf.

En los sistemas de cárter seco, la mayor parte del aceite está contenida en un

depósito separado. El aceite que cae del motor al cárter vuelve a aquel depósito

por medio de una segunda bomba auxiliar, y desde él la bomba principal impulsa

al aceite por el conducto principal de lubricación del motor. Es usada en

automóviles de carreras, Ralley y aviones. En la figura 43, se presenta el sistema

de alimentación Porshe 911 GT3 por cárter.


Figura 43. Motor Porshe 911 GT3, con cárter seco.

Fuente: http://tinyurl.com/6gd6bvs

La bomba (fig. 44), recibe el movimiento del árbol de levas y, por tanto, su

velocidad de funcionamiento está de acuerdo con la velocidad de giro del motor. Si

el motor gira deprisa, también lo hará la bomba y, por tanto, enviará más aceite a

las conducciones de lubricación.

Figura 44. Bomba de rotores excéntricos. a) Despiece del rotor, b) En corte.

a) b)Fuente: http://tinyurl.com/6aplvnr


Si el aceite está frío, ofrecerá dificultad a pasar por las canalizaciones,

produciendo un aumento de presión en las tuberías, superior a la normal, que

traerá consigo mayor trabajo para la bomba y un aumento de deterioro de aceite.

Para mantener la presión adecuada existe la válvula limitadora o válvula de

descarga, que tiene por misión descargar las tuberías de lubricación del aceite

sobrante cuando hay un exceso de presión limitando esta presión máxima de

funcionamiento. Normalmente la válvula de alivio está incorporada en la bomba de

aceite.

El elemento filtrante del aceite es cilíndrico y está contenido en un bote metálico

atornillado al lado del bloque del motor. Una varilla y un muelle dentro del bote

fijan con firmeza el elemento filtrante a la cabeza del filtro.

Figura 45. El tipo de filtro de aceite deflujo total suministra aceite limpio alconducto principal. Es el filtro que secoloca en la mayoría de los automóvilesactuales. 6

Figura 46. El filtro de derivación(“bypass”) envía aceite limpio de vueltaal cárter y un restrictor, evita el filtrarparte del flujo de aceite impulsado porla bomba.

Los filtros de aceite de flujo total (fig. 45), este tipo de filtro se acopla entre la

bomba de aceite y el conducto principal, filtrando todo el aceite que se envía al



motor. El elemento filtrante no debe ser tan fino como para restringir el flujo de

aceite, debido a que produciría una sobrepresión en el sistema (estado

deteriorado), por ello es necesario colocar un bypass en la carcasa del filtro, de

manera que se disponga de un circuito alternativo para el aceite de engrase.

Los filtros de desvío de aceite (fig. 46), utiliza una materia filtrante más fina que un

filtro de flujo total, pero filtra solamente una parte del aceite que envía la bomba. El

filtro se instala en un circuito de desvío, que devuelve el aceite filtrado al cárter.

Sin embargo, debido a que una parte del aceite está siendo filtrada

continuamente, éste se mantiene limpio razonablemente. También, el filtro debe

ofrecer la suficiente resistencia al flujo del aceite para mantener la presión del

sistema de lubricación.

En los motores generalmente se disponen dos filtros, uno en el suministro y otro

en la parte de alta presión del sistema de lubricación, inmediatamente después de

la bomba de aceite. Normalmente, el pequeño filtro del cárter se denomina

“colador”, ya que su paso o trama es relativamente grande para reducir al mínimo

el riesgo de estrangular el efecto de succión. El colador sólo puede atrapar las

partículas de mayor grosor y es principalmente el filtro de aceite de alta presión el

que conserva el aceite limpio.

Los sistemas de lubricación de última generación, son instalados en vehículos de

altas prestaciones y de competencia, añadiendo por ejemplo más puntos de

succión en el cárter y mediante gestión electrónica aumentar el caudal de aceite

antes de que el motor produzca una alta aceleración para que ya esté prelubricado

antes de llegar a ese régimen.

En el mercado existen algunos vehículos que incorporan una pequeña bomba

auxiliar eléctrica de aceite, la cual se activa antes de arrancar el vehículo envían

aceite a la parte superior del motor y a aquellas zonas en las que con el vehículo

parado hay deficiencia del mismo garantizando una suavidad plena en el arranque

y favoreciendo el ahorro de carga eléctrica procedente de la batería para mover el

motor de arranque.


La finalidad del SISTEMA DE ENFRIAMIENTO (fig. 47) es mantener el motor a su

temperatura de funcionamiento más eficiente a todas las velocidades y en todas

las condiciones. Durante la combustión, las temperaturas son altas y se genera

una gran cantidad de calor. Alrededor del 25% del calor se utiliza para efectuar

trabajo útil, 31% se disipa con los gases de escape y 33% se absorbe en el

sistema de enfriamiento. El resto del calor se utiliza para vencer la fricción del

motor.

Parte del calor de las cámaras de combustión lo absorben las paredes de los

cilindros, culatas de cilindros y pistones. Éstos a su vez deben ser enfriados por

algún medio a fin de que las temperaturas no se vuelvan excesivas. La

temperatura en la pared de los cilindros no debe subir por arriba de 300°C.

Figura 47. Sistema de refrigeración.

Fuente: http://tinyurl.com/6y547t


Las temperaturas más altas hacen que se desintegre la película de aceite y pierda

sus propiedades lubricantes: sin embargo, es deseable que el motor funcione a

una temperatura lo más cercana, hasta donde sea posible, a los límites impuestos

por las propiedades del aceite. Si se disipa demasiado calor a través de las

paredes y de la culata de los cilindros, se reduciría la eficiencia térmica del motor.

Dado que el motor es muy poco eficiente cuando está frío, el sistema de

enfriamiento incluye componentes que evitan el enfriamiento normal durante el

periodo de calentamiento. Estos componentes permiten que las piezas del motor

alcancen con rapidez su temperatura de funcionamiento y reducen el ineficiente

periodo de funcionamiento en frío.

Por tanto, el sistema de enfriamiento hace bajar la temperatura con rapidez

cuando el motor está caliente y sólo permite enfriamiento lento o no lo permite

durante el periodo de calentamiento y cuando el motor está frío.

Para motores de mayor tamaño se utiliza un sistema de refrigeración que consiste

en hacer circular agua a presión por el interior del bloque y la culata. Para extraer

a su vez el calor del agua una vez recorrido el interior del motor, se emplea un

radiador externo compuesto por tubos y aletas de enfriamiento. En los vehículos

antiguos, las aspas del ventilador de radiador y la bomba que impulsa en

circulación el agua se movían juntamente con el cigüeñal por medio de una correa.

Actualmente se emplean ventiladores con motores eléctricos, el cual comienza a

funcionar automáticamente cuando el termostato se lo indique.

La bomba de agua, es una bomba centrífuga accionada por el motor mediante una

correa, la capacidad de la misma debe ser suficiente para proporcionar la

circulación del líquido refrigerante por el circuito de refrigeración, transportando el

calor sobrante hacia el exterior, el flujo del líquido refrigerante regresa a la bomba

de agua a través del desviador cuando está cerrado el termostato y por el radiador

cuando el termostato está abierto.


Figura 48. La bomba de agua (izquierda) impulsa agua hacia el bloque del motor.

A la derecha, un ventilador con embrague fluido. Cuando la temperatura del aire

que pasa por el radiador sube, la espiral bimetálica se dilata y abre la válvula de

control. Entra más fluido dentro de la cámara del rotor, el embrague agarra con

más fuerza y el ventilador gira con más rapidez. Al enfriarse el motor, la velocidad

disminuye. 7

Los motores refrigerados por agua (fig. 47), tienen canales que atraviesan el

bloque alrededor del cilindro y en ellos circula continuamente agua, que hace

pasar el calor desde el motor a la atmósfera por el intermedio de un radiador.

Los bloques de cilindros que no tienen camisa tienen las cámaras de agua

alrededor de los huecos de los cilindros con sólo el metal suficiente entre unas y

otros para resistir las presiones que se crean en el interior de los cilindros. En los

motores que tienen camisas, por el contrario, las cámaras de agua pueden entrar



en contacto con ellas (camisas húmedas) o puede que haya una pared de metal

entre la camisa y la cámara de agua (camisas secas) (fig. 49).

Figura 49. Las camisas de los cilindros son de dos tipos: húmedas y secas. Las

húmedas son adyacentes a las cámaras de agua, mientras que las secas no lo

son. 8

El radiador (fig. 50), es un dispositivo para contener una gran cantidad de agua en

íntimo contacto con un volumen considerable de aire, con el fin que el calor resulte

transferido del agua al aire. Constructivamente, un radiador está formado por dos

compartimientos, totalmente aislados uno del otro.

El termostato tiene por finalidad lograr que el motor llegue a su temperatura

normal de funcionamiento lo más rápidamente posible y además regular el paso

del agua hacia el radiador, según temperatura, cuando el motor está frío el

termostato está cerrado, (no deja pasar el agua al radiador) motor caliente, el

termostato está abierto.

8 Extraida de A PUNTO Fichero Práctico Del Automóvil 1983 SARPE ediciones, España


Figura 50. Un radiador típico (izquierda), con su vía de agua. A la derecha, corte

de los paneles de dos tipos de radiador. El tipo tubular (arriba) es actualmente

menos común que el celular (abajo), pero durante muchos años fue el dominante.9

En la actualidad el ventilador que logra forzar el aire a pasar por el radiador es

alimentado por un motor eléctrico, en los modelos antiguos se montaba una

transmisión mecánica al cigüeñal para producir dicho efecto.

Para motores a condiciones climáticas bajo 0⁰C, es necesario añadir al agua

sustancias anticongelantes que eviten la expansión que sufre ésta al congelarse.

Existen sistemas de refrigeración constituidos por una cámara de expansión que

comunica con el exterior mediante una válvula de seguridad y cuando el vapor de

agua se enfría y condensa por diferencia de presión, vuelve al radiador (fig. 51).

El sistema por refrigeración es de uso común en motores de motocicletas como en

aviones, además de motores de bajo rango de potencias (fig. 52).



Figura 51. El termostato de cera se contrae cuando el agua está fría y cierra las

válvulas. Cuando el motor funciona, el agua se calienta, el termostato se dilata y

vuelve a abrir la válvula. Su operación es gradual según la velocidad del motor.10

Entre los sistemas más utilizados se encuentra el propio aire atmosférico o el tiro

de aire forzado que se obtiene con la ayuda de un ventilador. Se emplean para

motores que desarrollan poca potencia como las motocicletas y vehículos

pequeños.

Figura 52. Refrigeración por aire.

Fuente: http://tinyurl.com/6d2wzua



El SISTEMA DE ADMISIÓN es el encargado de suministrar el flujo de aire o

mezcla (carburador) a la velocidad adecuada al pistón, para aprovechar al máximo

el llenado del mismo y lograr una mejor combustión del motor. El sistema lo

componen el filtro de aire, la mariposa de aceleración y el múltiple de admisión

(fig. 53).

Figura 53. Múltiple de admisión tradicional.

Fuente: http://tinyurl.com/3tqvfw7.

El sistema de admisión variable ( múltiple de flujo variable) se utiliza para mejorar

la entrada de aire a los cilindros en dependencia del régimen al que se encuentre

el motor, mejorando directamente el par motor a esos regímenes y en

consecuencia las prestaciones de motor (fig. 54)

Los colectores de admisión convencionales no disponen de la flexibilidad, con la

que cuentan los colectores de admisión variable, para adaptarse a los distintos

regímenes del motor. Con los colectores de admisión convencionales se consigue

un par motor elevado a un numero de revoluciones bajo o una potencia elevada

para un numero de revoluciones alto, pero no se consigue las dos condiciones a la

vez, por eso la necesidad de un sistema eficaz para todos los regímenes de

funcionamiento del motor.


Figura 54. Colector de admisión variable Porsche

Fuente: http://tinyurl.com/4xtfcul

El aire necesario para la combustión en el motor fluye a través del colector de

admisión hasta la válvula de admisión. Los sistemas de inyección de combustible

modernos para motores de gasolina inyectan el combustible en el colector de

admisión justo antes de la válvula de admisión.

Figura 55. Sistema de admisión variable.


La longitud del colector de admisión está sujeta a demandas variables − y de

hecho contradictorias − en diferentes estados de marcha, a fin de asegurar la


mayor tasa posible de afluencia de aire a cualquier régimen de revoluciones del

motor y proporcionar una buena carga de los cilindros (fig. 55).

Mientras que, a bajas revoluciones, el par debe suministrarse lo más rápidamente

posible − lo ideal para ello es un colector de admisión corto −, la potencia máxima

a regímenes elevados requiere colectores de admisión largos. El colector de

admisión variable presenta un sistema de aletas controlado electrónicamente para

satisfacer ambas demandas, canalizando el aire por el colector de admisión corto

a regímenes bajos y por la sección larga a regímenes elevados. En la figura 56, se

observa el circuito que rige la admisión variable

Figura 56. Circuito electróneumático del sistema de admisión variable


En los motores de 4 válvulas por cilindro, tenemos 2 válvulas de admisión, por lo

que podemos utilizar en vez de un conducto de admisión por cada cilindro, 2

conductos, uno para cada válvula de admisión. Uno de los conductos estará

controlado por una válvula mariposa, para cortarlo a bajas r.p.m. y abrirlo a altas

r.p.m. Para poder funcionar con un inyector por cilindro, se realiza una pequeña


abertura en la pared de separación entre ambos conductos justo antes de llegar a

las válvulas de admisión.

En algunos círculos se defiende el pulido a espejo de los colectores eliminando

totalmente su rugosidad. Sin embargo en otros se argumenta que un primer pulido

dejando el colector más refinado es suficiente, y se consiguen los mismos

resultados que con el pulido a espejo.

La base de esta argumentación es que la película de aceitosa que se forma en el

interior del colector, funciona como un pulido a espejo, anulando la ligera

rugosidad que podamos dejar y disipando las ventajas de un trabajo más afinado.

Esto se ha demostrado en competencias deportivas donde los más mínimos

cambios afectan la potencia y la puesta punto del motor.

Algunos sistemas de admisión tienen depósitos extra (puertos de vacio), para

activar P.C.V, la purga del canister, la purga de EGR, en el campo de camperos la

activación del 4x4, sistemas que funcionan por vacio.

Un sistema de filtrado (fig. 57), efectivo provee al motor aire limpio con una

restricción mínima, separando del aire los materiales finos como el polvo, arenas,

etc. También debe permitir la operación del motor por un período de tiempo

razonable antes de requerir servicio.

El SISTEMA DE ESCAPE permite la evacuación a gran velocidad de los gases de

escape hacia el exterior. Sin embargo éste sistema está en cambio permanente

debido a las exigencias ambientales que actualmente legislan los MICH y MIC.

El colector de escape (fig. 58), se fabrica en fundición de hierro para que soporte

las altas temperaturas de los gases de escape


Figura 57. Filtro de aire.

Fuente: http://tinyurl.com/6bw2k7y

Figura 58. Colector de escape y sonda Lamba.

Fuente: http://tinyurl.com/3quperz

El en múltiple de escape también, al igual que en múltiple de admisión, se han

preocupado por lograr que las distancias recorridas por los gases antes de
















encontrar el punto en común sean iguales. Ello se explica por las contrapresiones

que se ejercen sobre los pistones, si las distancias son diferentes existe un

desbalanceo en los pistones del motor. Ésta tecnología se conoce como Múltiples

de escape armónicos.

El turbocompresor es una combinación de turbina y compresor (fig. 59), utiliza la

energía disponible de los gases de escape para lograr la compresión del flujo de

entrada. Son usados en motores Diesel para incrementar la máxima potencia que

puede obtenerse de un motor con un desplazamiento determinado.

Figura 59. Vista isométrica del conjunto turbina-compresor.

Fuente: http://tinyurl.com/5vvdcqp

El trabajo transferido por ciclo por cada pistón, el cual controla la potencia

entregada por el motor, depende de la cantidad de combustible quemado por ciclo

en cada cilindro.


Esto a su vez depende de la cantidad de aire fresco que inducido en cada ciclo.

Incrementando la densidad del aire antes de entrar al motor se incrementa la

máxima potencia que un motor de un desplazamiento dado puede entregar. La

figura 60, muestra un turbocargador utilizado en motores a gasolina.

Figura 60. Turbocargador: a) Vista general, b) compresor.

a) b)

Fuente: http://tinyurl.com/3v9fbrf

El flujo de aire pasa a través del compresor, el intercooler11, al sistema de

alimentación luego por la válvula de admisión al cilindro. La presión del aire al

entrar a la cámara de combustión está alrededor de 100Kpa por encima de la

presión atmosférica. El flujo de salida a través de la válvula de escape conduce la

turbina que a su vez proporciona la potencia al compresor (fig. 61).

11 Sistema de enfriamiento sobre el aire después de la compresión accionada por el turbocompresor.


Figura 61. Vista isométrica del conjunto turbina-compresor (funcionamiento).

Fuente: http://tinyurl.com/3dp364p

El turbocargador de geometría variable (TGV), (Fig. 62) permite orientar los

alabes de la turbina según sea el estado de carga del motor. Para conseguir la

máxima compresión del aire a bajas r.p.m. deben cerrarse los alabes ya que

disminuyendo la sección entre ellos, aumenta la velocidad de los gases de escape

que inciden con mayor fuerza sobre las paletas del rodete de la turbina.

Cuando el motor aumenta de r.p.m y aumenta la presión de soplado en el colector

de admisión, la cápsula neumática lo detecta a través de un tubo conectado

directamente al colector de admisión y lo transforma en un movimiento que

empuja el sistema de mando de los alabes para que estos se muevan a una

posición de apertura que hace disminuir la velocidad de los gases de escape que

inciden sobre la turbina.






























Figura 62. Turbocompresor de geometría variable.

Fuente: http://tinyurl.com/5sqpghq

Una válvula de By-pass (Wastegate) controla el flujo de escape en la turbina,

derivando parte de éste cuando se presenta algún aumento brusco de presión en

la misma. Con este sistema se logro implementar la sobrealimentación a motores

de gasolina.

Los elementos catalíticos (fig. 63), que se usan son metales preciosos como el

rodio, el platino, etc; que se colocan en un sustrato cerámico de celdillas situados

en el escape, de este modo los gases al pasar por estas celdillas entran en

contacto con los catalizadores y gracias a ellos se acelera enormemente las

reacciones de oxidación. El panel de celdillas lo que hace es que todo el gas pase

por pequeños conductos de manera que todo el gas así repartido entra en

contacto con el catalizador.


Figura 63. Catalizador del sistema DENOXTRONIC – BOSH.

Fuente: http://tinyurl.com/3rqnx9n

Para cumplir los futuros valores de emisiones límite, ya no es suficiente con aplicar

modificaciones técnicas sobre la combustión en el interior de los motores para

reducirlas. Por ejemplo, bajar el ajuste en el comienzo de inyección en sentido de

retardo, elimina los óxidos de nitrógeno pero al mismo tiempo por el contrario,

eleva la emisión de partículas y el consumo de combustible. Precisamente en el

servicio de los vehículos industriales, con una alta prestación en kilómetros, esto

último conllevaría una rápida elevación de los costes de explotación y con

respecto a la emisión de partículas, aunque ya se desarrollan filtros para minimizar

este componente, todavía no está disponible esta técnica para su introducción en

la fabricación en serie en el área del vehículo industrial.

Para alcanzar la exigida reducción en las emisiones y al mismo tiempo reducir el

consumo de combustible son necesarios los sistemas de tratamiento posterior de

los gases de escape (fig. 64).

La Reducción Catalítica Selectiva - SCR, es una tecnología de control post-

combustión, basadas en la reducción química de los óxidos de nitrógeno (NOx) a


nitrógeno molecular (N2) y vapor de agua (H2O). El uso de un catalizador permite

que este proceso ocurra a unas temperaturas relativamente bajas.

El AdBlue es una solución del 32,5% de urea (amoníaco) en agua destilada. La

sustancia activa del aditivo AdBlue, la urea, se fabrica industrialmente a partir del

gas natural calentando el carbamato amónico, que se obtiene a su vez haciendo

reaccionar a presión el amoníaco y el anhídrido carbónico, es una sustancia

estable y no tóxica que carece de restricciones en cuanto a su almacenamiento o

transporte.

Figura 64. Sistema DENOXTRONIC – BOSH.

Fuente: http://tinyurl.com/3r8ales

El proceso se realiza como sigue: un agente reductor basado en el nitrógeno tal

como el amoníaco o la urea (AdBlue), es inyectado dentro del gas de

poscombustión. El reactivo reacciona selectivamente con el gas de combustión

NOx (óxidos de nitrógeno) dentro de un rango específico de temperatura, y en la

presencia del catalizador y oxígeno, para reducir al NOx en nitrógeno molecular

(N2) y vapor de agua (H2O).


Un filtro previo filtra primero las partículas más grandes que son mayores a 100

μm. El filtrado fino se realiza, a continuación, a través del elemento filtrante, que

retiene el 95 por ciento de las partículas que son mayores a 10 μm. Sólo después

de ese filtrado riguroso, el “AdBlue” llega al módulo de dosificación que se ocupa

de medir la cantidad exacta que se va a inyectar en el flujo de gases de escape.

El sistema DENOXTRONIC – BOSH cumple con las especificaciones de

emisiones aprobadas con la norma EURO V.

Los silenciadores (fig. 65), están previstos para amortiguar el ruido del escape

reduciendo gradualmente la presión de los gases de escape conforme son

expulsados de los cilindros en los motores de combustión interna y de turbinas a

gas.

Figura 65. Silenciadores.

Fuente: http://tinyurl.com/6z4lpgl

El silenciador, convierte esta energía de la onda de sonido en calor, haciéndola

pasar por diversas cámaras con reflectores y tubos en forma de laberintos

perforados con diferentes tamaños.

El SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN es el conjunto de elementos que regulan la

apertura y cierre de válvulas en el momento oportuno y a su vez la entrada de la

mezcla, (gases frescos) y la salida de los gases residuales de los cilindros, en el

momento adecuado después de producirse la combustión.


Figura 66. Diferentes sistemas de distribución: a) por cadena, b) por banda

dentada

a) b)

Fuente: http://tinyurl.com/64n635x

En la figura 66a, se observa la distribución por cadena, se utilizan piñones con

huecos en forma de semicírculo (cigüeñal-árbol de levas) a los que se acoplan los

rodillos de los eslabones de la cadena.

En estos montajes se pueden utilizar cadenas simples, dobles o triples, el sistema

de mando por cadena consiste en realizar la unión de los dos piñones (cigüeñal

árbol de levas) por medio de una cadena dotada de un tensor. Este tensor puede

ser de tipo mecánico o hidráulico. Su lubricación es necesaria y se realiza por

medio del aceite del propio motor. En cuanto al ruido, es menor que el de piñones,

pero aún lo es más que el de correa dentada.

El sistema de banda dentada (fig. 66b), es más utilizado actualmente y presenta

una serie de ventajas frente a las demás:

- Menos ruidosa.

- No necesita engrase.

- Puede situarse en el exterior del bloque.

- Menos costosa.


- Más fácil de sustituir.

Sin embargo, tiene la dificultad de ser menos resistente y duradera, porque

necesita un mantenimiento más periódico. Los distintos componentes de una

correa de distribución son:

El dorso de la correa, el cabo de tracción, el lecho, el dentado y el tejido protector.

El dorso de la correa y también los dientes son de materiales de gran calidad

sobre una base de policloropreno. Estos se adhieren de forma excelente al cabo

de tracción y al tejido protector. Las correas de distribución necesitan tener una

gran resistencia a la tracción. Unos cabos de fibra de vidrio, en forma de tornillo,

cumplen esta exigencia de forma óptima.

Las correas han de estar tensadas correctamente ya que de estarlo

insuficientemente, podrían dar lugar al salto de un diente y provocar una avería.

La distribución variable permite cambiar el momento de apertura y cierre de las

válvulas en función del régimen del motor. Los sistemas más sofisticados también

pueden controlar el tiempo durante el que la válvula permanece abierta.

Para una mejor comprensión véase:

http://www.youtube.com/watch?v=MYflBZHV_wo

Cuanto más rápido gira un motor, más difícil resulta llenar los cilindros, puesto que

las válvulas abren y cierran mucho más deprisa. Lo ideal es que la válvula de

admisión se abra un poco antes del inicio de la carrera de admisión, y la de

escape un poco antes de iniciarse la carrera de escape, para ayudar así al vaciado

y llenado de los cilindros (fig. 67). El inconveniente proviene que el momento

óptimo de apertura de las válvulas es diferente para cada régimen del motor, por

lo que resulta imprescindible sacrificar rendimiento en todos los regímenes de giro

para obtener un resultado aceptable también en todos los regímenes de giro.


Figura 67. Diagrama del cruce de válvulas.

Fuente: http://tinyurl.com/67cab5s

En un motor de cuatro tiempos las válvulas de admisión y escape no se abren y

cierran justo en el momento en que el pistón se encuentra en el punto muerto

superior (P.M.S.) o en el punto muerto inferior (P.M.I.), tal como se explica en el

funcionamiento teórico de un motor (fig. 67b). En realidad la válvula de admisión

su apertura comienza antes de que el pistón alcance el P.M.S. Esto permite

beneficiarse de la inercia de los gases aspirados y conseguir llenar más el cilindro

así como limpiar los gases quemados y se denomina Avance a la Apertura de la

Admisión (A.A.A).

Cuando el pistón llega al P.M.I. en su carrera descendente, la inercia de los gases

que están entrando en el cilindro sigue introduciéndolos aún cuando el pistón ya

inicia su ascenso en la carrera de compresión. Por ello, si la válvula de admisión

se cerrara exactamente en el P.M.I., los volúmenes serian constantes, limitando la

potencia producida por el motor.

Conviene, cerrar la válvula de admisión en plena carrera ascendente de

compresión y lograr un mejor llenado; se conoce por Retardo al Cierre de

Admisión (R.C.A.).


La válvula de escape tampoco se abre en el P.M.I. exactamente, uno poco antes;

su proceso de apertura no es de una forma instantánea, si al iniciar el pistón su

carrera ascendente de escape no estuviera parcialmente abierta la válvula de

escape, se originarían fenómenos de choque por los gases procedentes de la

combustión. Este adelanto se llama Avance a la Apertura del Escape (A.A.E.).

Cuando el pistón alcanza nuevamente el P.M.S. después de su carrera

ascendente de escape, los gases continúan saliendo del cilindro, por lo que

conviene cerrar la válvula de escape un poco después que el pistón haya vencido

el P.M.S., de esta manera, se facilita la total evacuación de los gases quemados,

con lo que el cilindro queda más limpio y por tanto tiene una mejor calidad la

mezcla. Esto es lo que llamamos Retardo al Cierre del Escape (R.C.E.).

Al instante en que las válvulas de admisión y escape permanecen abiertas se

denomina cruce de válvulas. Estos avances y retardos expuestos anteriormente se

miden en grados y vienen especificados en los manuales de cada motor. Se

representan mediante un diagrama donde se completan los giros pertenecientes a

todo el ciclo.

El SISTEMA DE ENCENDIDO generalmente se define al sistema necesario e

independiente capaz de producir el encendido de la mezcla de combustible y aire

dentro del cilindro en los motores de gasolina o LPG, conocidos también como

motores de encendido por chispa, ya que en el motor Diesel la propia naturaleza

de la formación de la mezcla produce su auto-encendido.


Figura 67. Sistema de encendido convencional (con platinos).

Fuente: http://tinyurl.com/6goeowr

El encendido por magneto suele ser utilizado en motores aeronáuticos mientras

que el encendido por batería y bobina es clásico en motores de automóvil, aunque

en estos últimos está siendo desplazado por el encendido electrónico.

En los motores de gasolina resulta necesario producir una chispa entre dos

electrodos separados en el interior del cilindro en el momento justo y con la

potencia necesaria para iniciar la combustión.

En un motor (ciclo otto) con sistema de encendido convencional, la bujía

necesita de una tensión (voltaje) que está entre 8.000 a 15.000 voltios (8 - 15 kV),

para producir la chispa.

El sistema de encendido convencional ( fig. 67), consta de la llave de encendido

(1), batería(2), bobina (3), Distribuidor (4), cables (5) y bujías (6).


Esta tensión depende de muchos factores, como:

• Desgaste de las bujías (apertura de los electrodos).

• Resistencia de los cables de encendido.

• Resistencia del rotor del distribuidor.

• Distancia entre la salida de alta tensión del rotor y los terminales de la tapa del

distribuidor.

• Punto de encendido (tiempo del motor).

• Compresión de los cilindros.

• Mezcla aire/combustible.

• Temperatura del motor.

El sistema de encendido electrónico (fig. 68), consta de la llave de encendido

(1), batería (2), unidad de comando (3), pre-resistencia (4), bobina (5), distribuidor

(6) y bujía (7).

En los actuales sistemas de inyección electrónica de gasolina se combinan con un

encendido electrónico integral aprovechando muchos de los sensores que les son

comunes y la propia unidad de control (UCE) para gobernar ambos sistemas.

El encendido electrónico posee muchas ventajas sobre el sistema de platino:

• No utiliza platino y condensador, que son los principales causantes del desajuste

del sistema de encendido.

• Mantiene la tensión de encendido siempre constante, garantizando más potencia

de la chispa en altas revoluciones.

• Mantiene el punto de encendido (tiempo del motor) siempre ajustado.


Figura 68. Sistema de encendido electrónico.

Fuente: http://tinyurl.com/6goeowr

El SISTEMA DE ARRANQUE tiene por finalidad girar al motor con una fuente

externa que le permita vencer la resistencia inicial de los componentes

cinemáticos, al ponerse en marcha. Pueden ser para motores de dos o cuatro

tiempos.

El arrancador consume gran cantidad de corriente al transformarla en energía

mecánica para dar movimiento al cigüeñal y vencer la enorme resistencia que

opone la mezcla al comprimirse en la cámara de combustión.

El arranque por aire comprimido se usa para algunos grandes motores en los que

la potencia necesaria hace difícil el uso del arranque eléctrico debido a las

altísimas corrientes necesarias, y en algunos vehículos especiales adaptados para

funcionar a muy bajas temperaturas donde las baterías como acumuladores no


pueden utilizarse. También en estos grandes motores el proceso de arranque es

más complejo y por lo general, deben hacerse girar hasta que se lubriquen las

partes internas antes de someterlos al funcionamiento por ellos mismos.

El arranque por motor de combustión auxiliar se usa en algunas máquinas de la

construcción que usan motores Diesel. Estas máquinas pueden prescindir de las

baterías de acumuladores y así ser más adaptables a condiciones climáticas de

fríos severos. Usan un pequeño motor de gasolina que se arranca por el método

manual o con motor eléctrico, este a su vez acciona el motor principal a través de

un acoplamiento de engranajes desplazables. Estos pequeños motores pueden

hacer girar por largo tiempo al motor principal para permitir la lubricación antes de

la puesta en marcha.

También existen automotores que no poseen el sistema de arranque incorporado

en el motor, son elementos externos y accionan el motor justo al momento de

iniciar su operación. Un ejemplo son los automóviles de la F1.

En un MICH, El sistema de arranque está compuesto por:

La Batería

El alternador

El motor eléctrico.

El principio de funcionamiento se basa en inducir una corriente sobre un motor

eléctrico (fig. 69), en el cual es forzado a girar. Esta capacidad se logra a

expensas de sobrecargar eléctricamente las partes constituyentes ya que el

tiempo de funcionamiento es muy breve, por tal motivo no debe mantenerse en

acción por largo tiempo, so pena de terminar averiado por sobrecalentamiento. El

consumo de electricidad durante el arranque es elevado (hasta 1000 Amp para

grandes motores de combustión), de manera tal que también la batería funciona

en un régimen muy severo durante este proceso


Figura 69. Despiece de un motor eléctrico de arranque.

Fuente: http://tinyurl.com/6ktdg5u

La transmisión de la rotación desde el motor de arranque al motor de combustión

se realiza a través de engranajes. Un pequeño engrane deslizante está acoplado

al eje del motor de arranque, este engrane es desplazado sobre estrías por el relé

a través de una horquilla pivotante, de manera que se acopla a un engrane mayor

que rodea el volante del cigüeñal del motor haciéndolo girar.

Este engrane funciona a través de un mecanismo de rueda libre, de manera que

el torque del motor de arranque se trasmita al engrane del cigüeñal, pero una vez

que el motor de combustión se ponga en marcha, no pueda arrastrar al motor de

arranque.

Cuando el motor de combustión se ha puesto en marcha y el conductor suelta la

llave de encendido, se corta la alimentación eléctrica a la bobina del relé y el

muelle de recuperación retira el núcleo cortando la alimentación con electricidad y

desacoplando ambos engranes.


El SISTEMA DE ALIMENTACIÓN tiene por objeto extraer el combustible del

depósito y conducirlo a los cilindros en las mejores condiciones, para que la

combustión se realice correctamente. Se realiza por métodos físicos que ocurren

dentro de un dispositivo, el cual posee un conjunto de mecanismos que nos

permitirán administrar la dosis aproximadamente adecuada a los pistones en el

momento que lo requiera.

En todos los sistemas de alimentación por presión, es necesaria una bomba de

combustible para enviar éste desde el depósito luego pasa por un filtro que retiene

las partículas sólidas que pudiera contener el líquido, hasta otra bomba de mayor

presión de salida (motores Diesel) o hasta los inyectores de gasolina (inyección

electrónica MICH).

En Motores a gasolina antiguos, la mezcla del aire-combustible se realizaba en

un solo elemento, el carburador.

El objetivo del carburador (Fig. 70), es conseguir la mezcla de aire-gasolina en la

proporción adecuada según las condiciones de funcionamiento del automóvil. El

funcionamiento del carburador se basa en el efecto venturi que provoca que toda

corriente de aire que pasa por una canalización, genere una depresión (succión)

que se aprovecha para arrastrar el combustible proporcionado por el propio

carburador. La depresión creada dependerá de la velocidad de entrada del aire

que será mayor cuanto menor sea la sección de paso de las canalizaciones.

Si dentro de la canalización tenemos un estrechamiento (venturi) para aumentar la

velocidad del aire y en ese mismo punto se coloca un surtidor comunicado a una

cuba con combustible a nivel constante, la depresión que se provoca en ese punto

producirá la salida del combustible por la boca del surtidor que se mezclara con el

aire que pase en ese momento por el estrechamiento, siendo arrastrado hacia el

interior de los cilindros del motor.


Figura 70. Despiece del carburador Motorcraft.12

En la figura 71, se observa el funcionamiento del motor. Cuando el pistón realiza

su recorrido descendente en el tiempo de admisión se provoca un vacío en la

cámara de combustión, por lo que la presión absoluta en la misma será muy

inferior a la atmosférica; es decir habrá una gran depresión.



Figura 71. Funcionamiento de un carburador.

Fuente: http://tinyurl.com/63xf8pu

Esta depresión se transmitirá a través de la tubería de admisión al carburador y

hacía el exterior, lo que motivará la entrada en funcionamiento del carburador

proporcionando gasolina que se mezclara con el aire que entra debido a la

depresión, formando la mezcla de aire-combustible que después se quemara en el

interior de la cámara de combustión del motor.

La depresión se transmitirá tanto mejor cuanto menos obstáculos encuentre en su

camino. Si la mariposa del carburador está cerrada, ésta actuará como una pared

respecto a la misma, por lo que encima de ella la depresión será muy pequeña, es

decir, la presión será prácticamente igual a la atmosférica.

A medida que se va abriendo la mariposa, la depresión se transmite a la zona del

difusor, disminuyendo la misma en la zona por debajo de la mariposa.

Si aumentamos la sección de paso (abriendo la mariposa), el caudal de aire que

pasará será mayor y la depresión en el difusor será también mayor por lo que

arrastrara mas gasolina del surtidor hacia los cilindros.


Los carburadores actualmente no tienen gran impacto en la industria

automovilística, debido a la implementación de sistemas electrónicos de inyección.

Sin embargo, el carburador es muy útil para motores de bajas cilindradas, como

motores de herramientas domesticas (podadoras), o en motores de altísima

potencia estacionarios, donde sus rangos de las velocidades de operación son

muy cortos o constante. En dichos casos el carburador mantiene vigencia y

aplicabilidad.

Actualmente los MICH el proceso de alimentación, la mezcla se prepara por medio

de la inyección de combustible en el colector de admisión (indirecta) o dentro

del cilindro (directa), se suministra por medio de inyectores electrónicos.

Esta tendencia se explica por las ventajas que supone la inyección de combustible

en relación con las exigencias de potencia, consumo, comportamiento de marcha,

así como de limitación de elementos contaminantes en los gases de escape. Las

razones de estas ventajas residen en el hecho de que la inyección permite una

dosificación muy precisa del combustible en función de los estados de marcha y

de carga del motor; teniendo en cuenta así mismo el medio ambiente, controlando

la dosificación de tal forma que el contenido de elementos nocivos en los gases de

escape sea mínimo. Además, asignando una electroválvula o inyector a cada

cilindro se consigue una mejor distribución de la mezcla.

También permite la supresión del carburador; dar forma a los conductos de

admisión, permitiendo corrientes aerodinámicamente favorables, mejorando el

llenado de los cilindros, con lo cual, favorecemos el par motor y la potencia. En la

figura 72, se indica el cambio de tecnología para un MICH sobre el sistema de

mezcla aire – combustible en el tiempo.


Figura 72. Variación del sistema de alimentación en el tiempo.

Fuente: http://tinyurl.com/3cggqfn

Algunas de las ventajas obtenidas por la inyección son:

Consumo reducido

Mayor potencia

Minimizar las concentraciones de los gases contaminantes.

Tiempos más cortos y mayor aceleración en el arranque en frio y la fase de

calentamiento

La alimentación por inyección en MICH presenta dos rangos específicos de

trabajo:

Mezcla estratificada: El motor es alimentado con una mezcla poco

enriquecida cuando el vehículo se desplaza en unas condiciones de carga

parcial. Para poder conseguir una mezcla pobre para alimentar el motor

éste debe ser alimentado de forma estratificada.


La mezcla de aire y combustible se concentra en torno a la bujía ubicada en una

estratégica posición central en las cámaras de combustión, en cuyas zonas

periféricas se acumula prácticamente sólo una capa de aire. La positiva

característica de economía de consumo es también una consecuencia de la

disminuida dispersión de calor. El aire concentrado de la manera comentada en la

periferia del espacio de combustión mientras se produce la explosión de la mezcla

en la zona central de la cámara proporciona una especie de aislamiento térmico

(fig. 73).

Figura 73. Secuencia de la inyección estratificada.

Fuente: http://tinyurl.com/6zwcabm

Con esta estratificación específica de la carga, el valor Lambda en el área de

combustión oscila entre 1,5 y 3. De este modo la inyección directa de gasolina

alcanza en el campo de carga parcial el mayor ahorro de combustible frente a los

inyecciones convencionales: en marcha de ralentí incluso un 40%. Cuando el

motor trabaja con mezcla estratificada en la carrera de admisión solo entra aire en

los cilindros. Durante la carrera de compresión se inyecta el combustible y salta la

chispa en la bujía.

Mezcla homogénea: El motor es alimentado con una mezcla uniforme en

los regímenes más elevados (cuando se exige potencia al motor).

La inyección es adaptada de forma automática y el combustible no es inyectado

en las fases de compresión sino en las de admisión. Unas determinadas leyes de

la termodinámica imponen, no obstante, un aumento del llenado de los cilindros y

una disminución de la temperatura de compresión en estas condiciones. Estos

ajustes tienen unos efectos secundarios también muy positivos que se manifiestan


en forma de unos elevados valores de potencia y par motor. Con mezcla

homogénea el combustible se inyecta durante la carrera de admisión para crear un

efecto de refrigeración. El inyector de alta presión cambia la forma de funcionar en

este modo para alimentar el combustible mediante un chorro largo en forma de

cono, con objeto de conseguir una dispersión en el cilindro (fig. 74).

Figura 74. Secuencia de la inyección homogénea.

Fuente: http://tinyurl.com/3un96mz

El efecto de refrigeración evita las detonaciones o combustión espontánea en el

cilindro que pueden producirse cuando el motor tiene una relación de compresión

alta y con un elevado calentamiento.

MOTRONIC MED 7 - Inyección Directa de Gasolina

El funcionamiento del sistema Monotronic corresponde a la figura 75.

Con la bomba de alta presión se suministra al tubo distribuidor de combustible

(acumulador de presión). Empalmes hidráulicos unen el tubo distribuidor de

combustible con válvulas de alta presión de accionamiento electromagnético. Un

circuito regulador cerrado compuesto por sensor de presión de combustible,

valvula reguladora de presión y unidad de mando electrónica (ECU), regula la

presión del sistema hidráulico individualmente en todos los puntos de servicio.


Figura 75. Sistema MONOTRONIC MED 713.

Medidor de masa de aire con sensor de temperatura(1), depósito de carbón

activo(2), válvula de purga de aire del depósito(3), bomba de alta presión(4),

válvula reguladora de presión(5), distribuidor de combustible(6), bobina de

encendido(7), Modulo de aceleración(8), dispositivo estrangulador(9), válvula de

retroalimentación de gases de escape(10), Sensor de presión del tubo de

admisión(11), sensor de alta presión(12), válvula de inyección de alta presión(13),

sensor de picado(14), sensor de temperatura del motor(15), sonda lambda

LSU(16), sonda lambda LSF(17), catalizador NOx(18), Unidad de mando

electrónico ECU(19), interfaz para diagnostico (20), lámpara de diagnóstico(21),

Bloqueo electrónico de arranque(22), CAN(23), módulo transportador para bomba

de alimentación(24), sensor de velocidad(25).

La presión de inyección, el comienzo de la inyección y la duración de la inyección

puede elegirse libremente para cualquier punto de servicio del motor, dentro de los

límites predefinidos. La geometría del chorro de inyección se adapta a las

13 Adaptado del Aula Virtual – capitulo 8 (formación de mezcla en MICH)


exigencias del respectivo motor. Mediante la adaptación del caudal de

combustible, del llenado de aire y del ángulo de encendido, el control del motor

mantiene constante el par motor conforme al requerimiento de carga, al producirse

un cambio de servicio (servicio homogéneo, servicio estratificado).

El margen de carga parcial inferior con una mezcla muy pobre (λ>1) y carga

estratificada directa, en funcionamiento sin estrangulación; el margen de

revoluciones aprovechable es limitado y se reduce las pérdidas de cambio de

carga al suprimir la estrangulación. El mando del rendimiento se efectúa por medio

del combustible.

En el servicio homogéneo (λ=1), es útil en el margen total de revoluciones y carga.

La potencia es regulada por el llenado y el encendido.

En el servicio homogéneo (λ>1), la cantidad de combustible es menor (excedente

de aire) respecto al servicio homogéneo (λ=1). La potencia es regulada por el

combustible.

Los sistema de alimentación para MIC, han variado en el tiempo y tienen notables

diferencias con los MICH. Se recopila dos sistemas de inyección para Motores de

Ignición por Compresión (MIC).

En los motores diesel la alimentación se realiza introduciendo por separado, en el

interior de los cilindros, el aire que en el tiempo de compresión alcanza los 600º C,

y el combustible que se inyecta a alta presión, los cuales se mezclan en el interior

de la cámara de combustión, donde se produce la combustión de esta mezcla.

El combustible se toma del depósito, pasa por el separador combustible/ agua,

luego se calienta el combustible que es impulsado por la bomba de alimentación;

pasa por el filtro de combustible y llega a la bomba inyectora que aumenta la

presión del combustible y posteriormente al inyector. El sistema de baja se

considera desde el depósito de combustible hasta la bomba de inyección, el

sistema de alta por su parte, lo compone la bomba de inyección hasta el conjunto

de inyectores.


El sistema con bomba en línea, (fig. 77a) se emplea una bomba de unidades

múltiples con un elemento de bombeo para cada inyector. El combustible a alta

presión que viene de la bomba hace que la aguja del inyector se levante de su

asiento para inyectar el combustible en la cámara de combustión. En el diagrama

(Fig. 76), la bomba elevadora (2) succiona el combustible del tanque y lo envía a

través del filtro (1) hasta la bomba de inyección (6). En el momento correcto, el

elemento de bombeo envía combustible a alta presión al inyector que lo atomiza

en la cámara de combustión en el cilindro del motor.

Figura 76. Sistema de inyección14. a) bomba en línea, b) bomba tipo distribuidor

Figura 77. Bombas de inyección: a) bomba en línea, b) bomba tipo distribuidor.

14 Adaptado de: MAY, Ed. Mecánica para Motores Diesel. Madrid: Mc Graw Hill, 1999.


a) b)

Fuente: http://tinyurl.com/3wsrz9q

El sistema con bomba tipo distribuidor (fig. 77b), es básicamente similar al de

la bomba en línea, pero se emplea bomba del tipo de distribuidor. Tiene un solo

elemento de bombeo y un mecanismo para distribuir el combustible a alta presión

a los inyectores; éstos, a su vez, atomizan el combustible en las cámaras de

combustión. Un pequeño excedente de combustible pasa por los inyectores y

retorna al tanque, igual que en el sistema en línea, los inyectores operan por el

combustible a alta presión enviado desde la bomba de inyección (fig. 76b).

El sistema PT, indica la relación directa entre la cantidad de combustible que se

inyecta en las cámaras de combustión con la presión y con el periodo de tiempo

durante el cual el combustible entra al inyector (presión – tiempo). Este sistema se

emplea en los motores Cummis. El árbol de levas acciona el inyector mediante

una varilla de empuje y un balancín (fig. 78c). Este sistema, a veces, se llama

inyección mecánica para diferenciarlo de los sistemas con bomba de inyección en

línea y de tipo distribuidor en los que sólo hay inyección a presión. En el sistema

PT se acciona un émbolo con un impulsor dentro del inyector para introducir el

combustible en la cámara de combustión. Según el diagrama, una bomba de

engranes que es parte de la bomba de combustible (fig. 78c) (8), succiona el

combustible del tanque a través del filtro (1); después se entrega al inyector a una


presión baja y se inyecta por acción mecánica en la cámara de combustión a una

presión mucho más alta. El exceso de combustible en los inyectores retorna al

tanque.

Figura 78. Sistema de inyección15. c) PT, d) inyector-bomba.

El sistema (Inyector – bomba), o inyectores unitarios (fig. 79); por cada cilindro

del motor se monta una unidad en la culata que es accionada directamente por un

empujador o indirectamente por un balancín. Dispone de una presión de inyección

superior a la proporcionada por las bombas de inyección en línea y rotativas, esto

es debido a que no dispone de tuberías de alta presión. Debido a la elevada

presión de inyección se consigue una importante reducción de emisiones

contaminantes.

Figura 79. Inyector bomba. a) Disposición en el motor, b) vista en corte.

15 Adaptado de: MAY, Ed. Mecánica para Motores Diesel. Madrid: Mc Graw Hill, 1999.


a) b)

Fuente: http://tinyurl.com/3hwgnrp Fuente: http://tinyurl.com/42rhs8p

El inyector se acciona desde el árbol de levas por medio de una varilla de empuje

y un balancín (fig. 78d), la bomba elevadora (2) succiona el combustible del

tanque. Pasa por el filtro primario, luego por la bomba, el filtro secundario y llega al

inyector (5). En el momento preciso se acciona el inyector desde el árbol de levas

para aumentar la presión del combustible y entregarlo en la cantidad correcta a las

cámaras de combustión. En ese sistema, el combustible circula en forma continua

por los conductos en la culata de cilindros, para llegar a los inyectores y retornar el

excedente al tanque.


a) b)











a) b)











El sistema de inyección de acumulador "Common Rail" ofrece una flexibilidad

destacadamente mayor para la adaptación del sistema de inyección al

funcionamiento motor, en comparación con los sistemas propulsados por levas

(bombas rotativas). Esto es debido a que están separadas la generación de

presión y la inyección. La presión de inyección se genera independientemente del

régimen del motor y del caudal de inyección (fig. 80).

Figura 80. Sistema Common Rail.

Fuente: http://tinyurl.com/3r5ksvt

El combustible para la inyección está a disposición en el acumulador de

combustible de alta presión "Rail". El conductor preestablece el caudal de

inyección, la unidad de control electrónica (ECU) calcula a partir de campos

característicos programados, el momento de inyección y la presión de inyección,

el inyector (unidad de inyección) realiza las funciones en cada cilindro del motor, a

través de una electroválvula controlada.

En la figura 81, se indica la disposición de los componentes de este sistema de la

marca BOSCH, en la que se aprecian las señales de entrada de los sensores y la


salida de la unidad electrónica hacia las electroválvulas y bomba, presión de

inyección la suministra la bomba individual arrastrada por el motor. Esta presión se

comunica por medio de una tubería rígida a una rampa o regleta situada en la

culata del motor y a la cual van unidos los inyectores. Los inyectores son el núcleo

del sistema y están controlados por válvulas electromagnéticas. El proceso de

inyección se inicia por medio de un impulso del modulo de control dirigido a dichas

válvulas. La cantidad inyectada depende tanto de tiempo de abertura de la tobera

de inyección como también de la presión del sistema que es generada por la

bomba.

Figura 81. Disposición de los elementos del sistema Common Rail.

Fuente: http://tinyurl.com/3r5ksvt

componentes basicos y subsistemas de los motores alternativos

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