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Arquitectura del motor

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Motor policilindrico Se entiende por motor policilindrico el formado por varios cilindros situados en uno o mas bloques unidos entre s y cuyas bielas atacan a un solo cigeal. La disposicin de varios cilindros tiene por finalidad aumentar la potencia del motor, conseguir una velocidad de rotacin ms uniforme y compensar los momentos de inercia al repartir las masas en movimiento. Adems permite lograr un mayor nmero de revoluciones al disminuir el peso de las masas en movimiento. Como inconveniente los motores policilindricos utilizan un mayor nmero de piezas en movimiento, lo que complica la construccin del motor, lo encarece y aumenta la posibilidad de averas.

Agrupacin de los cilindros El nmero de cilindros de un motor puede ser de 2 hasta 12, los cuales, segn su disposicin en el motor, reciben el nombre genrico de:

Motores con cilindros en linea Motores con cilindros en "V" Motores con cilindros horizontales opuestos o "boxer".

Motores con cilindros en linea Estos motores tienen dispuestos los cilindros en un solo bloque en posicin vertical uno detrs de otro. Estos motores pueden llevar desde hasta 8 cilindros. Los mas generalizados son los de 4 cilindros, ya que en motores de 6 cilindros o mas, la longitud del cigeal es demasiado grande, lo que puede producir vibraciones o lo que es peor su deformacin o rotura.

Motores con cilindros en "V" Estos motores llevan los cilindros repartidos en dos bloques unidos por una base o bancada y formando un cierto ngulo. Cada bloque lleva igual nmero de cilindros y todos ellos atacan un cigeal nico. Esta forma constructiva es ventajosa para un nmero de cilindros igual o mayor que 6, ya que es ms compacta, con lo cual el cigeal, al ser ms corto, trabaja en mejores condiciones, evitndose deformaciones por flexin y vibraciones torsionales.

Motores con cilindros horizontales opuestos (boxer) Estos motores son una variante particular de los motores en "V". Llevan sus cilindros dispuestos en dos bloques que forman un ngulo de 180 colocados en posicin horizontal y en sentidos opuestos que se unen por una base o bancada. Las bielas de cada cilindro atacan a un solo cigeal central. Esta disposicin tiene la ventaja de reducir la altura de motor. Por eso se aplica a vehculos con espacio lateral suficiente y poca altura disponible, como es el caso de motocicletas de gran potencia, donde se utilizan motores de este tipo de 2 y 4 cilindros. Los de 4 y 6 cilindros se emplean en turismos y los de 8 cilindros en autocares donde, debido a la poca altura que ocupan, se aprovecha al mximo la longitud del chasis, obteniendose as mayor espacio til de la carrocera.

Motores con cilindros en "V" pequea (VR) En estos motores los cilindros se entrecruzan en una "V" estrecha a 15, dando por resultado un bloque motor mas corto que un motor en linea y de construccin mas sencilla que un motor en "V". Estos motores solo tienen una culata. Existen motores "VR" de 5 y 6 cilindros.

Motores con cilindros en "W" En estos motores los cilindros se disponen en dos bloques de cilindros "VR" que se unen en una sola bancada inferior donde atacan a un solo cigeal. Los cilindros de una fila guardan un ngulo de 15 entre s, mientras que las dos filas VR se encuentran en un ngulo de la V de 72.

Numeracin de los cilindros La numeracin de los cilindros en todos los casos constructivos viene determinado segn la normativa UNE 10 052-72 y la DIN 73 021. Se empieza la numeracin de los cilindros del motor por el lado opuesta a la toma de fuerza, es decir al lado contrario del volante motor. En los motores en "V" y en los horizontales (boxer), la numeracin de los cilindros comienza tambin por el lado opuesto del volante de inercia y por el bloque de cilindros situado a la izquierda, enumerando a continuacin los cilindros situados en el bloque de la derecha y tambin en el mismo sentido.

Sentido de giro del motor Segn la normativa DIN 73021 el motor puede girar

Giro a la derecha: en el sentido de las agujas del reloj, visto en el lado opuesto al de entrega de fuerza. En ingls: clockwise (cw).

Giro a la izquierda: en el sentido contrario a las agujas del reloj, visto en el lado opuesto al de entrega de fuerza. En ingls: counter clockwise (ccw).

Disposicin del cigeal y orden de encendido en los motores policilndricos La disposicin de las muequillas del cigeal, o codos de unin de las bielas de cada cilindro con el mismo, est en funcin del nmero de cilindros del motor, ya que para cada ciclo de funcionamiento se realizan tantos impulsos motrices (explosiones) como nmero de cilindros haya. Por tanto, la muerquillas tienen que estar dispuestas de forma tal que los impulsos motrices se equilibren con respecto al circulo de rotacin que describe el cigeal. En motores de 4 tiempos, como cada ciclo de funcionamiento se realiza en 2 vueltas del cigeal que equivale a 720, la separacin de los codos de cigeal o distancia entre encendidos, corresponder a un ngulo de giro determinado por la divisin de 720 entre el numero de cilindros.

Igualmente, para motores de dos tiempos, donde cada ciclo de funcionamiento se realiza durante una vuelta de cigeal que equivale a 360, las muequillas deben estar situadas de forma que los encendidos se sucedan con un ngulo o desfase de:

Motor de dos cilindros horizontales opuestos Este tipo de motor esta formado por dos cilindros en oposicin. Las bielas atacan a un cigeal central que tiene dos puntos de apoyo con las muequillas dispuestas a 180, de forma que los dos pistones suben y bajan a la vez y se encuentran sucesivamente ambos en el PMS o en el PMI. Debido a la disposicin de los codos del cigeal, los bloques se encuentran un poco desplazados, como ocurre en todos los motores con cilindros en "V" y horizontales. El orden de explosiones es (1 - 2), con un desfase entre los impulsos motrices de 180 360, segn que el motor sea de dos o cuatro tiempos.

ngulo de encendido = 720/2 = 360 (cuatro tiempos). ngulo de encendido = 360/2 = 180 (dos tiempos).

Orden de encendido:

1 - 2.

Motor de 3 cilindros en linea Este tipo de motor esta formado por tres cilindros en linea. Est formado por un solo bloque

vertical. Sus tres cilindros, situados uno a continuacin del otro, las bielas atacan a un cigeal que tiene cuatro puntos de apoyo y las muequillas dispuestas a 240.

La configuracin especifica de los muequillas del cigeal en un motor de 3 cilindros provoca una serie de oscilaciones en su funcionamiento. Para contrarrestar estas oscilaciones y conseguir una marcha suave del motor se utiliza un rbol equilibrador. El rbol equilibrador gira en sentido opuesto al del motor. Se acciona a travs de una cadena impulsada por el cigeal. .

Orden de encendido:

1 - 3 - 2.

Motor de 4 cilindros en linea El motor de 4 cilindros en linea y 4 tiempos es el ms utilizado actualmente en vehculos de turismo. Est formado por un solo bloque vertical. Sus cuatro cilindros, situados uno a continuacin del otro, atacan a un cigeal que tiene 3 o 5 puntos de apoyo. Las muequillas estn dispuestas en un ngulo = 720 / 4 = 180, de forma que cuando los mbolos 1 y 4 se encuentran en el PMS, los otros dos mbolos 2 y 3 se hallan situados en el PMI.

Orden de encendido En su desplazamiento, cada uno de los mbolos realiza una carrera completa con un desfase de encendido de 180; por tanto, en cada ciclo de funcionamiento para que los impulsos sean regulares y equilibrados, debe producirse una explosin por cada media vuelta del cigeal. Para que esto ocurra, cada uno de los cilindros debe estar en un tiempo diferente del ciclo. Como los mbolos 1 y 4 bajan simultneamente, cuando el cilindro numero 1 hace explosin, el numero 4 debe hacer la admisin. A su vez, los mbolos 2 y 3 -que suben tambin simultneamente- mientras uno hace el escape el otro debe hacer la compresin. Como se ve cada uno de los cilindros realiza un tiempo diferente cada 180 del ciclo. Segn esto para cada uno de los cilindros se obtiene un orden de encendido:

1 - 3 - 4 - 2

1 - 2 - 4 - 3

Motor de 4 cilindros horizontales opuestos Este tipo de motor en que el ciclo se realiza en 4 tiempos, es el ms generalizado entre los de disposicin horizontal. Esta formado por dos bloques dispuestos horizontalmente y cuyos crteres van unidos por sus bases. Sobre esta base comn va situado el cigeal, apoyado en tres puntos. En cada uno de los dos bloques se alojan dos cilindros, cuyas bielas atacan el cigeal en cuatro puntos de empuje dispuestos dos a dos con un ngulo de 180, en forma anloga al cigeal de los motores en linea.

Orden de encendido El orden de explosiones se sucede con un desfase ngulo = 720 / 4 = 180. Segn esto para cada uno los cilindros se obtiene un orden de encendido:

1 - 4 - 3 - 2

Motor de 5 cilindros en linea Este motor esta formado por un solo bloque con sus cilindros situados en linea que atacan a un cigeal que tiene 6 puntos de apoyo. El cigeal lleva sus muequillas dispuestas en un ngulo = 720 / 5 = 144 y produce en cada ciclo de funcionamiento cinco impulsos motrices simtricos con respecto al giro del cigeal.

Orden de encendido Por tanto, teniendo en cuenta el posicionado de los cilindros y sus desplazamientos, el orden de encendido en este motor es:

1 - 2 - 4 - 5 - 3

Motor de 6 cilindros en linea Este motor esta formado por un solo bloque con sus cilindros situados en linea que atacan a un cigeal que tiene 5 o 7 puntos de apoyo. El cigeal lleva sus muequillas dispuestas en un ngulo = 720 / 6 = 120 y produce en cada ciclo de funcionamiento seis impulsos motrices simtricos con respecto al giro del cigeal. La distribucin por parejas, en cuanto al posicionado de los mbolos, se realiza a partir de los extremos hacia el centro (1-6; 2-5; 3-4). Esta disposicin la adoptan todos los motores policilindricos porque garantiza el equilibrado dinmico del cigeal con respecto a sus puntos de apoyo.

Orden de encendido Considerando los mbolos 1 y 6 situados en el PMS y segn la distribucin adoptada por las munequillas del cigeal como se ve en la figura anterior, podemos obtener un orden de encendido:

1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4 (disposicin 1).

1 - 3 - 5 - 6 - 4 - 2 (disposicin 2).

Motor de 6 cilindros en "V" Este motor tiene seis cilindros repartidos en dos bloques que forman un ngulo de 120. El ataque al cigeal lo realiza conjuntamente una biela de cada bloque por cada muequilla. El cigeal va dispuesto en un crter comn sobre cuatro puntos de apoyo; por tanto, lleva tres muequillas o puntos de empuje, situados con un ngulo = 720 / 6 = 120. Segn la posicin de ataque sobre las muequillas del cigeal los mbolos de cada bloque se encuentran en la posicin siguiente:

1 y 5 en el PMS 2 y 6 en posicin intermedia bajando 3 y 4 en posicin intermedia subiendo

Orden de encendido Por tanto, teniendo en cuenta el posicionado de los cilindros y sus desplazamientos, el orden de encendido en este motor es:

1 - 3- 6 - 5 - 4 - 2

Motor de 8 cilindros en "V". Igual que el anterior, este motor tiene los cilindros repartidos en dos bloques, formando entre si un ngulo de 90. Las bielas atacan a un cigeal comn que tiene cinco apoyos y cuatro muequillas distribuidas con un ngulo = 720 / 8 = 90. Con este sistema se obtiene tambin dos impulsos motrices para cada media vuelta del cigeal. Segn la posicin de las muequillas del cigeal, representadas en la figura inferior, la posicin de los mbolos, en sus respectivos bloques ser la siguiente:

1 - 6 en el PMS 4 - 7 en el PMI 3 - 5 subiendo 2 - 8 bajando

Orden de encendido Por tanto, teniendo en cuenta el posicionado de los cilindros y sus desplazamientos, el orden de encendido en este motor es:

1 - 3 - 7 - 5 - 6 - 2 - 4 - 8

En la figura inferior tenemos una lista con el orden de encendido mas habitual en los diferentes tipos de motores.

Nota: como podemos ver en el grfico inferior, la numeracin de los cilindros no siempre es igual para todos los fabricantes y pases, por lo tanto, siempre que se quiera hacer trabajos sobre un motor hay que tener a mano las especificaciones tcnicas que nos proporciona el fabricante para cada marca y modelo de vehculo.

Elementos mviles

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Elementos mviles del motor El grupo de elementos motrices es el encargado de transformar la energa trmica, desarrollada en el interior del cilindro, en energa mecnica, a travs de un sistema biela-manivela que transforma el movimiento alternativo del mbolo en movimiento de rotacin del cigeal. El conjunto esta formado por una serie de elementos sometidos, durante su funcionamiento, a grandes esfuerzos y altas temperaturas. Por ello estn dotados de caractersticas especiales, en funcin de tipo de motor y de la potencia a desarrollar.

Embolo o pistn En la carrera de explosin, el pistn recibe un fuerte impulso por su parte superior, que lo lanza del PMS hacia el PMI. Este impulso se transmite al cigeal por medio de la biela. La fuerza que acta sobre la cabeza del pistn en el momento de la explosin depende del tipo del vehculo de que se trate, pero puede suponerse de 1500 kg. Este impulso lanza al pistn hacia abajo con una velocidad lineal aproximada de 12 m/s en un motor que gire a 5.000 rpm. Las temperaturas medias que alcanza el pistn durante el funcionamiento oscilan entre los 300 a 400C. El pistn, por tanto, deber ser resistente para soportar las presiones y elevadas temperaturas que se desarrollan en el momento de la explosin y tener un peso reducido para atenuar los efectos de inercia debidos a la gran velocidad con que se mueve.

Una de las caractersticas importantes del pistn es la precisin de algunas de sus medidas debido a la extremada exactitud de su acoplamiento con el cilindro para mantener la estanqueidad. Tambin hay que considerar la influencia de la dilatacin de los materiales empleados. Si el mbolo se ajusta en fro, al producirse la dilatacin, se agarrota. Si por el contrario se ajusta en caliente, con el motor fro se produce un cabeceo en el mbolo que golpea las paredes del cilindro.

Debido a esto se requiere el empleo de materiales con un reducido coeficiente de dilatacin trmica, muy difcil de conseguir con las aleaciones ligeras.

Estructura del embolo Un embolo es semejante a un vaso invertido, completamente hueco para reducir al mximo su peso. Esta formado por una cabeza () destinada a recibir los esfuerzos de empuje, en el cual se mecanizan las ranuras () que contienen los aros o segmentos encargados de hacer el cierre hermtico con el cilindro. La parte inferior llamada falda (), sirve de gua al embolo en su desplazamiento por el cilindro. En ella se sita el alojamiento () destinado al ajuste del buln de amarre con la biela, a travs del cual se transmiten los esfuerzos de empuje.

La cabeza del mbolo puede ser plana, o adoptar formas especiales, destinadas a provocar la turbulencia del gas, como ocurre en los motores Diesel, o con protuberancias en forma de deflector para conducir los gases, en los motores de inyeccin directa y tambin en los de 2 tiempos. Tambin los pistones pueden tener rebajes para no interferir con las vlvulas

Caractersticas de los mbolos Teniendo en cuenta las condiciones de funcionamiento a que estn sometidos, los mbolos deben reunir las siguientes caractersticas:

Disponer de una estructura robusta, sobre todo en las zonas de mayor esfuerzo, como son la cabeza y el alojamiento del buln.

Tener el menor peso posible y estar perfectamente equilibrados en todos los cilindros. Mxima resistencia al desgaste y a los agentes corrosivos. Mnimo coeficiente de dilatacin. Gran conductibilidad trmica.

El material empleado para la fabricacin de mbolos destinados a motores es a base de aleaciones ligeras, a base de aluminio-silicio con ligeros contenidos de Cu, Ni y Mg, fundidas en coquilla. Una vez mecanizados se someten a un tratamiento trmico escalonado con la finalidad de elevar la dureza y resistencia al desgaste. Para motores de alta potencia y Diesel sobrealimentados, los pistones se fabrican mediante forja y estampacin, con altos contenidos de silicio, hasta un 25%.

Tipos de mbolos Los diferentes tipos de mbolos empleados actualmente en automocin se diferencian esencialmente por los procedimientos empleados en cuanto a diseo, para regular la dilatacin trmica. Los mas importante son los siguientes:

mbolos autotrmicos con bandas anulares Las bandas de acero, a modo de arandelas, se insertan circularmente durante la fundicin e impiden una dilatacin trmica exagerada en todo el permetro circular. Estos mbolos de falda completa son aptos para motores de dos tiempos con distribucin por lumbreras y aseguran una holgura constante en toda su periferia.

Embolo compensador En el se aprovecha la diferencia de temperatura entre la cabeza y la falda para fabricarlo en forma acampanada y ligeramente ovalada en sentido perpendicular al eje del buln. Con esta disposicin la falda del mbolo queda ajustada en fro, lo que impide el cabeceo. Cuando se alcanza al temperatura de trabajo, la dilatacin se produce en el sentido del menor dimetro del mbolo, que toma forma cilndrica.

Embolo compensado por ranuras En esta clase de mbolo la compensacin trmica se realiza practicando en la falda del mbolo unas ranuras en forma de "T" o en "U". Esta precaucin da lugar a que la dilatacin trmica se produzca a travs de ellas sin que aumente el dimetro del mbolo. Este se caracteriza por su sencillez y economa, emplendose en motores de serie de pequea cilindrada. Es necesario cuidar en su montaje que la ranura no quede situada en la zona de mayor esfuerzo lateral. Otro mbolo de este tipo es el tubular, donde la cabeza va separada de la falda por medio de una garganta circular, interrumpida en la zona del buln. Con esta disposicin la falda queda separada de las fuertes temperaturas y dilataciones trmicas a que est sometida la cabeza.

Segmentos Los segmentos son unos anillos elsticos situados sobre las ranuras practicadas en la cabeza del pistn. Tienen como misin:

Hacer estanco el recinto volumtrico durante el desplazamiento del mbolo. Asegurar la lubricacin del cilindro. Transmitir el calor absorbido por el mbolo, a la pared del cilindro para su evacuacin.

Tipos de segmentos segn el trabajo que realizan Existen dos tipos de segmentos:

Segmentos de compresin. Segmentos de engrase

Segmentos de compresin Los segmentos de compresin estn destinados a realizar el cierre hermtico del cilindro y van colocados en nmero de 2 3 en la parte superior del mbolo. Su posicin el el pistn hace que estos segmentos sean los mas afectados por la temperatura y las elevadas presiones que se originan durante el ciclo. El primero de ellos es el que recibe directamente los efectos de la explosin, por lo que tambin se le conoce como "segmento de fuego". Su forma rectangular les permite adaptarse perfectamente a la pared del cilindro y facilita la transmisin del calor y su montaje flotante sobre la ranura del mbolo para compensar las dilataciones que en ellos se producen. Los segmentos deben poder moverse en sus alojamientos libremente con una holgura axial calculada. Tambien deben contar con una abertura entre puntas es necesaria para asegurar en todo momento una presin radial del segmento sobre las paredes del cilindro a pesar de las dilataciones y del desgaste.

La estanqueidad se consigue por desplazamiento lateral de los segmentos en su ranura correspondiente. Durante el desplazamiento del mbolo quedan asentados sucesivamente sobre las superficies superiores e inferiores de las ranuras (como se ve en la figura inferior), asegurando as el cierre hermtico e impidiendo la fuga de gases a travs de esta holgura de montaje. Esta pequea holgura permite a su vez el engrase del cilindro y las superficies en contacto por bombeo, ya que durante el descenso se llena de aceite el hueco que queda entre segmento y ranura; luego es expulsado hacia la parte superior durante la subida del mbolo. El pequeo consumo de aceite que se produce puede llegar a ser excesivo cuando los segmentos estn desgastados o la holgura de montaje es excesiva.

Los segmentos deben moverse en sus cajeras libremente con una holgura axial suficiente para que pueda absorber la dilatacin trmica. Tambin es necesario una abertura entre puntas para asegurar en todo momento una presin radial del segmento sobre las paredes del cilindro independientemente de las dilataciones y el desgaste de los motores a medida que acumulan una gran cantidad de kilmetros.

Segmento de engrase Los segmentos de engrase tambin llamado segmento "rascador", van situados por debajo de los de compresin, tienen la misin de barrer, durante el descenso del mbolo, el exceso de aceite depositado sobre la pared del cilindro, permitiendo, dentro de unos limites, su paso a la parte alta del mismo. El aceite que no es arrastrado por el segmento de engrase es recogido por los segmentos de compresin, y una mnima cantidad pasa a lubricar la zona alta del cilindro. Los segmentos de engrase suelen ir provistos de un muelle expansor que asegura el contacto continuo con el cilindro.

Caractersticas de los segmentos Los segmentos durante el funcionamiento del motor estn sometidos a fuertes desgastes por rozamiento y a elevadas temperaturas, por tanto, deben reunir unas caractersticas especiales en cuanto a forma, dimensiones y calidad de material, que les permita cumplir la misin encomendada. El material empleado para la fabricacin de segmentos debe tener una dureza suficiente para evitar un desgaste prematuro, pero no excesiva, para no ocasionar desgastes en el cilindro. Por otra parte han de poseer una estructura lo suficientemente elstica, para mantener la presin necesaria sobre la pared del cilindro y asegurar as la estanqueidad. En la fabricacin de segmentos se utiliza la fundicin de hierro aleada con ligeras proporciones de Si, Ni, y Mn, con una estructura perltica de grado fino obtenida por colada centrfuga. Para mejorar el comportamiento del segmento en la friccin, se le somete a un tratamiento de fosfatacin. Con este tratamiento se consigue formar una capa porosa que se impregna de aceite, lo que ayuda a mejorar las condiciones de rozamiento, con una elevada reduccin del desgaste. A los segmentos de fuego en particular se les da un tratamiento de cromado para que puedan soportar las condiciones extremas a las que trabajan.

Tipos de segmentos segn su forma y caractersticas (figura inferior):

Segmento cilndrico de seccin rectangular (A) Se utiliza como segmento de fuego, al cual se le da un revestimiento de cromo con un espesor de 0,06 a 1 mm, segn las caractersticas del motor. Presenta gran superficie de contacto que facilita la estanqueidad y la evacuacin del calor.

Segmento cnico (B) Se emplea como segmento de compresin y se sita debajo del segmento de fuego. Su forma acelera el asiento circular durante el rodaje como consecuencia de su conicidad. La cara superior debe venir marcada para no invertir su posicin en el montaje ya que, en este caso, aumentara considerablemente el paso de aceite.

Segmento de torsin (C) Este tipo de segmento conserva su forma cilndrica en la parte exterior o superficie de asiento, pero tiene una cierta conocidad en la parte interior. A cada variacin de sentido del mbolo tiende a bascular en su ranura, lo cual aumente la estanqueidad durante la carrera de ascenso y durante el descenso hace las veces de segmento rascador.

Segmento trapecial (D y E) Se utiliza en motores con elevada temperatura interna, como en los Diesel. La menor dimensin de la cara interna, debido a la forma trapecial, les permite bascular en ambos sentidos y evita que se queden clavados en la ranura por efecto de la mayor dilatacin en esa zona. Se utiliza como segmento de fuego.

Segmento con expansor (F) Conserva las caractersticas de fundicin en cuanto a la cara de deslizamiento, pero lleva sobre el fondo del alojamiento un resorte de banda de acero que le permite aumentar la presin superficial sobre el cilindro.

Segmentos recogedores de aceite (tipo G y H) Se emplean como segmentos de engrase. Tienen forma de U, con unos orificios o ranuras centrales a travs de las cuales pasa el aceite al interior del pistn para su retorno al crter. La forma de los labios puede ser recta (G) o en forma de bisel (H).

Aro compuesto (I) Se emplea tambin como segmento de engrase. Esta formado por una arandela gua (1) a cada lado del segmento, un espaciador hueco (2) y un expansor (3) de lmina de acero.

Biela La biela se encarga de unir el pistn con el cigeal. La funcin de la biela es transmitir la fuerza recibida por el pistn en la combustin hasta el cigeal. Se trata de una pieza de suma importancia, tanto para la transmisin de potencia, como para la transformacin del movimiento. Durante su funcionamiento est sometida a esfuerzos de traccin, compresin y flexin por pandeo. Debe tener una longitud que guarde relacin directa con el radio de giro de la muequilla del cigeal y la magnitud de los esfuerzos a transmitir. Tiene que ser lo suficientemente robusta para que soporte las solicitaciones mecnicas que se originan.

Material empleado en su fabricacin El material empleado en su fabricacin es el acero al carbono aleado con Ni y Cr, con un tratamiento adecuado para obtener las elevadas caractersticas mecnicas que se precisan. Se fabrica por estampacin en caliente y se mecanizan las zonas de amarre al mbolo y al cigeal, as como los elementos de unin y los pasos de aceite. Las condiciones exigidas en la fabricacin de las bielas para su correcto funcionamiento destacan:

Igualdad de peso para cada grupo de bielas de un mismo motor. Paralelismo entre ejes de simetra. Precisin en la longitud o distancia entre centros.

Partes y caractersticas constructivas de una biela Las caractersticas constructivas de la biela, en cuanto a forma y dimensiones, estn en funcin del trabajo a desarrollar. En una biela hay que distinguir las siguientes parte:

Pie de biela. Cabeza de biela. Perno de unin. Cuerpo de la biela.

Pie de biela Es la parte alta de la biela, por donde sta se une al mbolo mediante un pasador o buln. Trabaja, por tanto, bajo carga alternativa y oscilante, lo que produce un fuerte desgaste en las zonas superior e inferior del dimetro. Para reducir este desgaste se coloca un cojinete de antifriccin entre el buln y el alojamiento de la biela. El dimetro interior de este alojamiento (d1) viene determinado por las condiciones de engrase, de forma que ste se realice en perfectas condiciones bajo carga, sin que se rebase el limite de fatiga del material. Las dems dimensiones del pie de la biela dependen del diseo y posterior mecanizado de la misma, siempre orientado a reducir al mximo su peso. La anchura (A) del biela suele tener un valor aproximadamente igual a la mitad del dimetro del mbolo. En la parte superior exterior suele llevar una especie de cresta o saliente, que confiere rigidez al conjunto y es donde suele ir situado el taladro de engrase para las bielas con montaje de buln flotante.

Cabeza de biela Esta parte de la biela es por donde se una a la muequilla del cigeal. Para facilitar el montaje se divide en dos partes. La parte llamada semicabeza va unida directamente al cuerpo de la biela y la otra, llamada sombrerete, queda unida a la biela a travs de unos pernos. En la superficie de unin de ambas piezas hay una serie de estras de anclaje para asegurar un posicionado correcto y para dar resistencia a la unin, ya que esta sometida a cizallamiento. Otros modelos de bielas llevan el asiento totalmente plano y la posicin se determina par medio de dos nmeros marcados en la biela y el sombrerete. Para determinar la anchura (B) y dimetro exterior (d4) se suelen tomar valores que estn en funcin del diseo y resistencia del material.

El plano de unin entre el sombrerete y la biela puede ser horizontal o inclinado. Esta ultima disposicin se utiliza cuando las dimensiones de la cabeza son grandes, con objeto de facilitar su extraccin a travs del cilindro, o tambin para reforzar la zona de mayor empuje cuando la cargas son elevadas, debiendo coincidir en su montaje, el menor ngulo de inclinacin por la parte por donde baja la biela.

Los pernos (tornillos) que unen el sombrerete a la biela, deben fabricarse de material resistente para que soporten los esfuerzos de traccin y cizalladura a que estn sometidos durante su trabajo. Su tamao y disposicin debe facilitar su montaje y desmontaje. Deben permanecer inmviles, para eso en los tornillos pasantes se suele practicar un chafln sobre la cabeza para sirva de tope en su asiento, o tambin se dispone una chapa de freno en los tornillos que van roscados a la parte fija de la biela.

Cuerpo de la biela Constituye el elemento de unin entre el pie y la cabeza de la biela. Su perfil o seccin es de doble T, ya que es la forma constructiva que proporciona mayor resistencia con una menor seccin y, al mismo tiempo, es de fcil estampacin. La longitud de la biela es otra de las caracterstica importantes y depende del tipo de motor, de la relacin carrera-calibre y del ciclo de funcionamiento del motor. El numero de revoluciones del motor influye sobre la longitud de la biela, en motores mas revolucionados la longitud de la biela se acorta dentro de unos limites admisibles, con el fin de evitar, en lo posible, los efectos de la inercia. Bielas para motores en "V" Las bielas empleadas en estos motores, cuya unin al cigeal se realiza de una forma especial, suelen ser de tres tipos:

Bielas ahorquilladas Bielas articuladas Bielas conjugadas

Bielas ahorquilladas Este sistema emplea un casquillo comn para unir las dos bielas que trabajan sobre el mismo codo del cigeal. El casquillo va montado fijo en la biela principal y hace de buln en la biela secundaria que tiene dos cabezas. Las ventajas de este sistema consisten en que se aprovecha al mximo el casquillo de unin y las carreras se realizan perfectamente, sin que se produzcan esfuerzos adicionales. Tienen el inconveniente de su elevado costo y que el cojinete de unin soporta mayores esfuerzos, ya que tiene que sufrir los efectos de inercia y las cargas de ambas bielas.

Bielas articuladas Este tipo realiza la articulacin de la biela secundaria en la parte lateral de la biela principal. Emplea un cojinete nico para ambas bielas y su construccin es ms sencilla y econmica. Por el contrario, en este montaje son mayores los esfuerzos laterales que se producen en el mbolo, como consecuencia de la posicin de los ejes de las bielas y tambin lo son las flexiones a que esta sometida la biela principal debido al empuje que sobre ella realiza la biela secundaria.

Bielas conjugadas Este tipo de biela es el mas empleado en la actualidad para motores en V. Se caracterizan por ser iguales e independientes en su funcionamiento y se articulan sobre la misma muequilla del cigeal. Tienen el inconveniente del rozamiento lateral que se produce entre ambas bielas, por lo que requieren un tratamiento especial en esa zona para que el desgaste sea mnimo.

Buln La unin de la biela con el mbolo se realiza a travs de un pasador o buln, el cual permite la articulacin de la biela y soporta los esfuerzos a que est sometido aquel. Debe tener una estructura robusta y a la vez ligera para eliminar peso.

Estos bulones se fabrican generalmente huecos, en acero de cementacin. El dimetro exterior del mbolo es aproximadamente el 40% del dimetro del mbolo o pistn.

Montaje segn la forma de unin Segn la forma de unin de la biela con el mbolo se distinguen cuatro tipos de montaje:

Buln fijo al mbolo. Buln fijo a la biela. Buln flotante Buln desplazado

Buln fijo al mbolo En esta forma de montaje el buln queda unido al mbolo a travs de un tornillo pasador o chaveta, mediante los cuales se asegura la inmobilizacin del buln. La unin buln-biela se realiza por medio de un cojinete de antifriccin.

Buln fijo a biela En este tipo de montaje, la biela se fija al buln a travs de un tornillo de cierre. En este caso, el buln gira sobre su alojamiento en el mbolo.

Buln flotante En este sistema el buln (3) queda libre tanto de la biela (2) como del mbolo (1). Es el sistema mas empleado en la actualidad pues, adems de un fcil montaje, tiene la ventaja de repartir las cargas de rozamientos entre ambos elementos. La unin con la biela se realiza a travs de un cojinete antifriccin (4). El buln se monta en el mbolo, en fro, con una ligera presin, de forma que al dilatarse queda libre. Para mantener el buln en su posicin de montaje y evitar que pueda desplazarse lateralmente, en unas ranuras (5) practicadas sobre el alojamiento del mbolo se monta unos anillos elsticos (6) cuyas medidas estn normalizadas.

Buln desplazado En motores que soportan grandes esfuerzos laterales se suele montar el buln en el mbolo ligeramente desplazado hacia el lado sometido a mayor presin, con el fin de equilibrar los esfuerzos laterales y mantener alineado al mbolo en su desplazamiento. Con este sistema se reduce el desgaste en esa zona del cilindro.

El rozamiento del pistn con el cilindro no es todo lo regular que podra desearse y, as, ocurre que, en la carrera de explosin, el esfuerzo F (figura inferior) transmitido al pistn, no pasa en su totalidad a la biela, sino que se descompone en los esfuerzos A y B, como se aprecia en la figura, resultando que una gran parte se pierde en frotamiento del pistn contra la pared del cilindro. Vemos, por tanto, que el pistn esta sometido a un empuje lateral, que produce un fuerte rozamiento contra la pared del cilindro, lo que provoca un mayor desgaste en esta zona. En las carreras ascendentes, la biela empuja al pistn haciendole subir y est empuje C se descompone, actuando una fuerza D en el sentido vertical ascendente, que hace subir el pistn, y otra fuerza E que aplica al pistn contra la pared. El rozamiento, por lo tanto, es mayor cuando el pistn desciende empujado por la explosin y es menor cuando el pistn asciende empujado solamente por la inercia del cigeal.

Debido a estos rozamientos, el desgaste de las paredes del cilindro es irregular, acentuadose ms en el eje perpendicular al buln. Para igualar la presin lateral y rozamiento del pistn, se recurre en la actualidad en mucho vehculos a desplazar el eje del buln como hemos dicho anteriormente, quedando descentrado hacia el lado por donde baja la biela. Con este sistema se consigue que las presiones que actan sobre cabeza del pistn, al estar desigualmente repartidas a ambos lados del eje, mantengan el pistn alineado en todo momento y as se reduzca el rozamiento contra la pared izquierda de la figura que es la que sufre mayor desgaste.

Cigeal El cigeal es la pieza que recoge el esfuerzo de la explosin y lo convierte en par motor a determinadas revoluciones. Es el encargado de transformar el movimiento alternativo de los

pistones en un movimiento rotativo. El cigeal tambin transmite el giro y fuerza motriz a los dems rganos de transmisin acoplados al mismo.

El cigeal esta constituido por un rbol acodado, con unos muones (A) de apoyo alineados respecto al eje de giro. Dichos muones se apoyan en los cojinetes de la bancada del bloque. Durante su trabajo, el cigeal se calienta y sufre una dilatacin axial; por esta razn las muequillas de apoyo se construyen con un pequeo juego lateral, calculado en funcin de la dilatacin trmica del material. En los codos del rbol se mecanizan unas muequillas (B), situadas excntricamente respecto al eje del cigeal, sobre las que se montan las cabezas de las bielas. Los brazos que unen las muequillas se prolongan en unos contrapesos (H), cuya misin es equilibrar el momento de giro y compensar los efectos de la fuerza centrfuga, evitando las vibraciones producidas en el giro y las deformaciones torsionales. En la parte posterior del eje va situado el plato de amarre (D) para el acoplamiento del volante de inercia. El cigeal tiene una serie de orificios (I) que se comunican entre s y con los taladros de engrase (L), situados en las muequillas y muones. La misin de estos conductos es hacer circular el aceite de engrase para la lubricacin de los cojinetes, tanto en los apoyos como en las muequillas, y expulsar el sobrante al crter. En (E) existe un orificio con casquillo de bronce, donde se apoya el eje primario de la caja de cambios, sobre el eje se monta el embrague. En (F) se monta un pin por mediacin de un chavetero o rosca, del que se saca movimiento para el rbol de levas. En (G) se monta una polea, tambin por mediacin de un chavetero, que da movimiento generalmente a la bomba de agua

Equilibrado esttico y dinmico del cigeal

Equilibrado esttico Consiste en disponer toda su masa perfectamente repartida con relacin al eje de rotacin, de forma que el cigeal, situado sobre los apoyos de la bancada, quede en reposo cualquiera que sea su posicin. Para que esto ocurra, el peso de las muequillas debe estar perfectamente compensado con los contrapesos, ya que entonces las fuerzas laterales quedan equilibradas, tanto en reposo como en movimiento, produciendo un par de rotacin uniforme. El equilibrado se efecta en una mquina especial llamada equilibradora dinmica. El equilibrado se consigue suprimiendo material de la zona ms pesada por medio de vaciados en los contrapesos o aplicando una pasta especial (mastic) en la zona necesaria, hasta conseguir que toda su masa quede uniforme.

Equilibrado dinmico El equilibrado dinmico se consigue con el correcto diseo de las muequillas del cigeal, de forma que las fuerzas centrfugas o momentos dinmicos que actan sobre ellas en el giro, con respecto a cualquiera de los puntos de apoyo, se compensen y su resultante sea nula.

El cigeal se equilibra despus de su mecanizado mediante maquinas especiales. La operacin se realiza al eliminar material de los contrapesos hasta conseguir el equilibrio. El volante de inercia tambin se equilibra por separado y a continuacin conjuntamente con el cigeal.

La falta de equilibrio provoca fuertes cargas sobre los cojinetes de apoyo y vibraciones que se transmiten a la carrocera.

Vibraciones en el cigeal Las vibraciones en el cigeal se pueden producir, bien por el desequilibrado del cigeal, bien por las fuerzas que actan sobre l. Cuando el pistn se halla en el PMS, la biela y el codo del cigeal forman una linea recta (Fig. 1). En esta posicin la fuerza (Fe) acta de forma radial sobre la muequilla del cigeal y, por tanto, no produce momento de giro. Si el cigeal sigue girando (Fig. 2), aparece un momento de giro cuando la biela toma un cierto ngulo y acta la fuerza de empuje en el codo o brazo de palanca e impulsa el cigeal. El brazo de palanca eficaz varia segn el ngulo del cigeal y produce un momento de giro irregular; estas irregularidades las compensa precisamente el volante de inercia. La fuerza de empuje (Fe) que acta sobre la muequilla del cigeal se descompone en otras dos que forman entre si, un ngulo recto y que actan como se indica (Fig. 4). La fuerza (F1), tangencial a la seccin de la muequilla, proporciona el trabajo de giro, mientras que la otra fuerza radial (F2) acta como presin sobre el cojinete y consume una parte de la fuerza de empuje que recibe del mbolo. Estas fuerzas varan lgicamente con la posicin del brazo del cigeal e influyen en la marcha del motor, ocasionando un desgaste irregular en la muequillas a causa de la carga unilateral.

En los puntos de inflexin actan las fuerzas perpendiculares al eje del cigeal. La presin de la combustin que acta sobre el cigeal hace que se flexione hacia abajo, pero las fuerzas de inercia actan rpidamente en sentido contrario y restablecen el equilibrio. Estas fuerzas se producen en cada una de las muequillas del cigeal y dan origen a vibraciones relativamente importantes que repercuten negativamente en todos los rganos del motor.

El volante de inercia es otro agente productor de vibraciones, ya que su peso retarda la propulsin del cigeal. La presin de trabajo produce un esfuerzo de torsin sobre el cigeal y, en la compresin, las resistencias en el cilindro actan de nuevo, pero de forma antagnica. La alternancia de estas fuerzas ocasiona unas vibraciones llamadas vibraciones de torsin que aparecen especialmente en el momento de arranque y en el frenado. Estas vibraciones destruyen poco a poco la estructura del material y originan la rotura por fatiga. Para evitar estos efectos, en los motores de ms de 6 cilindros, se acopla un amortiguador de vibraciones. Cuando el motor gira a determinado numero de revoluciones, llamado nmero de revoluciones crtico, se suman las diversas vibraciones (resonancia) y, por este motivo se pueden producir cargas peligrosas. Cuando esto ocurre todo el vehculo vibra y esta circunstancia debe evitarse con la mxima diligencia.

Cojinetes de biela y bancada La unin del cigeal a la biela y el montaje de sus apoyos sobre el crter del bloque, se realiza a travs de unos cojinetes especiales en dos mitades llamados semicojinetes de biela o bancada.

Debido a las condiciones duras de trabajo a que estn sometidos deben reunir las siguientes caractersticas:

Resistencia al gripado, para evitar el riesgo de microsoldadura. Se emplea para ello materiales o afines con el cigeal.

Facilidad de incrustacin, para que las impurezas, que se introducen con el aceite entre las superficies en contacto, se incrusten en el material del cojinete y de esta forma no daen el cigeal.

Conformabilidad, para absorber las pequeas deformaciones producidas en la alineacin de los elementos.

Resistencia a la fatiga, para que soporten las cargas a que estn sometidos. Resistencia a la corrosin, que producen los agentes qumicos que pasan al crter

procedentes de la combustin o diluidos en el aceite de engrase. Gran conductibilidad trmica, para evacuar el calor producido por rozamiento en el

cojinete.

Clases de aleaciones antifriccin La fabricacin de este tipo de cojinetes se realiza a base de chapa de acero recubierta en su cara interna con aleacin antifriccin, la cual rene las caractersticas mencionadas. Estas aleaciones, segn los materiales empleados, pueden ser de varios tipos:

Metal blanco con estao o plomo. Bronce al cadmio. Bronce al cobre. Bronce al aluminio. Bronce al cobre-niquel impregnado de plomo.

Estas aleaciones proporcionan un rozamiento suave y evitan el desgaste del cigeal. Al mismo tiempo, gracias a su bajo punto de fusin, si se calienta excesivamente por falta de engrase, el cojinete se funde y as evita el agarrotamiento del cigeal con los elementos de unin. Cuando se produce la fusin de una de las bielas, la holgura resultante ocasiona un golpeteo caracterstico, que se conoce en el argot automovilstico como "biela fundida".

Montaje de los semicojinetes Los semicojinetes se suministran con su dimetro nominal estndar y se montan fcilmente en su apoyo o soporte. La fijacin se consigue mediante la tapa respectiva que los mantiene sujetos a la cabeza de la biela, debido a la presin de la tapa y al sistema de posicionamiento del casquillo.

Ranuras de engrase La garanta de un perfecto rodaje y de la conservacin de la forma geomtrica y las dimensiones del orificio de un cojinete, depende en gran parte de la eficacia del sistema de engrase. Por esta razn es importante conocer la forma y situacin que deben tener las ranuras y orificios de engrase del cojinete con el fin de garantizar una adecuada lubricacin.

Cojinetes axiales El cigeal va provisto tambin de cojinetes axiales que soportan los esfuerzos producidos por el accionamiento del embrague. Se disponen axialmente en ambos lados de uno de los soportes de bancada.

Volante de inercia El volante de inercia es una pieza circular pesada unida al cigeal, cuya misin es regularizar el giro del motor mediante la fuerza de inercia que proporciona su gran masa. Su trabajo consiste en almacenar la energa cintica durante la carrera motriz y cederla a los dems tiempos pasivos del ciclo de funcionamiento. El diseo del volante debe ser calculado, sobre todo su peso, teniendo en cuenta las caractersticas del motor. Un peso excesivo del volante se opone a una buena aceleracin del motor.

El volante se fabrica en fundicin gris perlitica, que se obtiene por colada en moldes y despus se mecaniza en todas sus partes para equilibrar su masa. En su periferia se monta la corona de arranque en caliente y, una vez fra, queda ajustada perfectamente a presin en el volante. El volante debe ser equilibrado independientemente y despus montado con el cigeal para obtener en conjunto la compensacin de masas.

Amortiguador de vibraciones El amortiguador de vibraciones tambin llamado "damper", tiene como misin atenuar las vibraciones que se producen en la polea del cigeal, por causa de los esfuerzos de torsin y flexin a que est sometido, para que no se transmitan a la correa o cadena de la distribucin. Estas torsiones y flexiones, se producen debido a la fuerza de las explosiones y por las inercias que tiene que soportar el cigeal, por el movimiento que recibe de los pistones a travs de las bielas, ya que este movimiento vara con las revoluciones y la carga del motor.

Si la frecuencia de vibracin torsional coincide con la frecuencia propia de torsin del cigeal, puede dar lugar a una resonancia, aumentando la amplitud de la vibracin y provocando la rotura del cigeal. Para evitar esto, se pueden instalar poleas Damper o amortiguadores torsionales, en el lado de la distribucin, moviendo la correa de accesorios. La idea es que estos elementos absorban la energa torsional fluctuante del cigeal, amortiguandola. Este tipo de amortiguadores pueden ser de dos tipos: con dos masas que se unen por un elemento de caucho o de dos masas que se mueven relativamente interponiendo un medio viscoso como silicona.

Este dispositivo esta compuesto por una masa volante cuya unin al cigeal no es rgida, y permite un ligero deslizamiento elstico provocado por su resistencia a la inercia, lo que amortigua las vibraciones torsionales del cigeal. El amortiguador de vibraciones se utiliza en motores de gran cilindrada, generalmente en motores de 6 cilindros en adelante, con arquitectura tanto en linea como en "V".

El elemento se compone de tres partes, la polea del cigeal, un disco amortiguador que lleva unos muelles sujetos a una placa y por ltimo un disco de friccin. El disco de friccin va unido a la polea, y es oprimido por el disco amortiguador. Entre la polea y el disco existe un cojinete de friccin para el desplazamiento entre ambas. Y la polea une todo el conjunto por medio de unos tornillos que se sujetan a la placa del disco amortiguador y que pasan por los orificios dispuestos en el disco amortiguador.

Elementos mviles

Indice del curso

La distribucin Se llama distribucin al conjunto de piezas que regulan la entrada y salida de gases en el cilindro. Este sistema debe estar en perfecto sincronismo con el cigeal, para que las aperturas y cierres de las vlvulas se produzcan con arreglo a las sucesivas posiciones del pistn dentro del cilindro y en los momentos adecuados.

La distribucin esta formada por los siguientes componentes:

Las vlvulas con sus muelles, asientos, guas y elementos de fijacin. El rbol de levas y elementos de mando. Los empujadores y balancines.

Tipos de distribucin Los sistemas de distribucin se pueden clasificar dependiendo de la localizacin del rbol de levas. Hasta los aos 80 los motores estaban configurados con el rbol de levas situado en el bloque motor. Actualmente prcticamente todos los motores tienen el rbol de levas montado en la culata. La distribucin se puede clasificar teniendo en cuenta la localizacin del rbol de levas en el motor:

El sistema SV o de vlvulas laterales representado en la figura inferior, en el que se puede ver que la vlvula ocupa una posicin lateral al cilindro, es decir, la vlvula esta alojada en el bloque. El mando de esta vlvula se efecta con el rbol de levas situado en el bloque motor. Este sistema de distribucin no se utiliza desde hace tiempo ya que las vlvulas no estn colocadas en la culata sino en el bloque motor, lo que provoca que la cmara de compresin tenga que ser mayor y el tamao de las cabezas de las vlvulas se vea limitada por el poco espacio que se dispone.

El sistema OHV (OverHead Valve): se distingue por tener el rbol de levas en el bloque motor y las vlvula dispuestas en la culata. La ventaja de este sistema es que la

transmisin de movimiento del cigeal a el rbol de levas se hace directamente por medio de dos piones o con la interposicin de un tercero, tambin se puede hacer por medio de una cadena de corta longitud. La ventaja de este sistema es que la transmisin de movimiento entre el cigeal y el rbol del levas, necesita un mantenimiento nulo o cada muchos km. La desventaja viene dada por el elevado numero de elementos que componen este sistema para compensar la distancia que hay entre el rbol de levas y las vlvulas. Este inconveniente influye sobre todo a altas revoluciones del motor, por lo que estos motores se ven limitados en mximo numero de revoluciones que pueden llegar a alcanzar. Este sistema tambin se ve muy influenciado por la temperatura del motor, lo que hace necesario una holgura de taqus considerable.

El sistema OHC (OverHead Cam): se distingue por tener el rbol de levas en la culata lo mismo que las vlvulas. Es el sistema mas utilizado actualmente en todos los automviles. La ventaja de este sistema es que se reduce el numero de elementos entre el rbol de levas y la vlvula por lo que la apertura y cierre de las vlvulas es mas precisa, esto trae consigo que estos motores puedan alcanzar mayor numero de revoluciones. Tiene la desventaja de complicar la transmisin de movimiento del cigeal al rbol de levas, ya que, se necesitan correas o cadenas de distribucin de mayor longitud, que con el paso de los kilmetros tienen mas desgaste, por lo que necesitan mas mantenimiento. Este sistema en general es mas complejo y caro pero resulta mas efectivo y se obtiene un mayor rendimiento del motor.

Dentro del sistema OHC tenemos dos variantes:

SOHC (Single OverHead Cam): esta compuesto por un solo rbol de levas que acciona las vlvulas de admisin y escape.

DOHC (Double OverHead Cam): esta compuesto por dos rboles de levas, uno acciona la vlvulas de admisin y el otro las de escape.

Las vlvulas pueden ser accionadas directamente por el rbol de levas a travs de los empujadores o el accionamiento se puede hacer indirectamente a travs de balancines y palancas basculantes. Podemos encontrarnos con las siguientes disposiciones en el accionamiento de las vlvulas:

1. rbol de levas situado en la parte superior (OHC OverHead Camshaft), balancn de palanca y vlvulas en paralelo.

2. Arbol de levas situado en la parte superior (OHC OverHead Camshaft), con empujadores de vaso invertido y vlvulas en paralelo.

3. rbol de levas situado en la parte superior (OHC OverHead Camshaft), con balancines y con las vlvulas colocadas en forma de "V". A este sistema tambin se le puede denominar SOCH (Single OverHead Camshaf) cuando accione 3 o 4 vlvulas como ocurre en algunos motores por ejemplo: la marca Honda (VTEC) utiliza esta configuracin.

4. Dos arboles de levas situados en la parte superior (DOHC Double OverHead Camshaft), con la vlvulas colocadas en forma de "V". Es el accionamiento de las vlvulas preferido para la tcnica del motor de 4 y 5 vlvulas.

Mando de la distribucin El movimiento de rotacin del rbol de levas se realiza directamente desde el cigeal, para la cual se emplean distintos sistemas de transmisin a base de:

Ruedas dentadas. Cadena de rodillos. Correa dentada.

El sistema que se adopta depende del tipo motor, situacin del rbol de levas y costo de fabricacin. En la actualidad se tiende, en la mayora de los casos, a obtener una transmisin silenciosa. Sea cual sea el tipo de transmisin empleada, como la velocidad de giro en el rbol de levas tiene que ser la mitad que en el cigeal, los piones de mando acoplados a los rboles conducido y conductor tienen que estar en la relacin 2/1, es decir, que el dimetro o nmero de dientes del

pin conducido (rbol de levas) tiene que ser el doble que el pin conductor (cigeal). El accionamiento de la distribucin ademas de transmitir movimiento al rbol de levas, mueve tambin dependiendo de los motores: la bomba de agua, la bomba de inyeccin en caso de que el motor sea Diesel, como se ve en la figura inferior.

Actualmente tambin podemos ver el accionamiento de la distribucin en motores con distribucin variable, como se ve en la figura inferior.

Transmisin por ruedas dentadas Cuando la distancia entre el cigeal y el rbol de levas es corta, la transmisin se realiza por medio de dos piones en toma constante, que estn en relacin dimensional ya indicada. En este caso el giro de ambos rboles se realiza en sentido contrario, lo cual debe tenerse en cuenta para la puesta a punto de la distribucin y del encendido.

Cuando la distancia entre el cigeal y rbol de levas es mucho mayor y no permite el acoplamiento directo de dos ruedas, se suele montar un tren simple de engranajes con una rueda intermedia. Este montaje consiste en disponer de un pin intermedio que gira libre entre el pin del cigeal y el pin del conducido. Dicho pin intermedio no interviene en la relacin de transmisin, por lo que el nmero de dientes de esta rueda es indiferente, aunque suele ser el mismo que el del pin conducido. En este montaje el sentido de giro en ambos rboles es el mismo, porque la rueda intermedia cambia el sentido de giro que aporta el cigeal. Para obtener una transmisin lo mas silenciosa posible se emplean piones de dientes helicoidales que, al tener mayor superficie de contacto, ofrecen un mayor grado de recubrimiento y, por consiguiente, un engrane ms suave y continuo. Para que an sea mas silenciosa la marcha, en ocasiones se lubrican con aceite, montando el tren en el interior de un crter cerrado hermticamente, llamado crter de la distribucin. En motores destinados a turismos se suele construir el pin intermedio de material plstico, a fin de evitar el contacto directo entre ruedas metlicas.

En motores modernos con rbol de levas en la culata se pueden encontrar algunos sistemas de distribucin accionados por piones. Como la distancia entre el cigeal y el rbol de levas es muy grande hacen falta unos cuantos piones intermedios capaces de transmitir el movimiento entre los distintos dispositivos del motor. En la figura inferior se puede ver el accionamiento de la distribucin de un motor Diesel 2.8 L. 4 cyl. inyeccin directa.

Transmisin por cadena de rodillos La cadena sirve para transmitir el movimiento entre el cigeal y el rbol de levas independientemente de la distancia que exista entre ambos. Por lo tanto la cadena se puede utilizar tanto si el rbol de levas va situado en el bloque motor o en la culata. La distribucin por cadena lleva dos piones principales situados en el cigeal y el rbol de levas. El pin del cigeal arrastra la cadena que a su vez arrastra los dems piones. La cadena de rodillos puede ser simple o doble. La cadena tiene la ventaja de su larga duracin y menor mantenimiento, pero tiene el inconveniente de que la cadena con el tiempo se desgasta esto provoca que aumente su longitud, produciendo un desfase en la distribucin y un aumento en el nivel de ruidos. Estos inconvenientes son mas apreciables cuanto mas larga sea la cadena. Las cadenas utilizadas para accionar la distribucin pueden ser como se ver en la figura inferior: cadena de rodillos y cadena silenciosa.

En la figura inferior podemos ver el accionamiento de la distribucin de un motor con el rbol de levas en el bloque (OHV).

En la figura inferior podemos ver el accionamiento de la distribucin de un motor con el rbol de levas situado en la culata (OHC).

En la figura inferior podemos ver el accionamiento de la distribucin de un motor con el rbol de levas situado en la culata (OHC).

Se utiliza un tensor de cadena para mantener la cadena tirante y compensar los efectos del desgaste. La cadena cuando arrastra los distinto piones que conforman el accionamiento de la distribucin se mantiene tensa por un lado mientras que por el otro esta destensada. En la parte que queda destensada es donde se instala el tensor. La posicin del sensor depender por lo tanto del sentido de giro del motor.

Accionamiento por correa dentada Es el sistema de accionamiento mas utilizado actualmente. Tiene la ventaja de un costo relativamente econmico, con una transmisin totalmente silenciosa, pero con el inconveniente de una duracin mucho mas limitada (80.000 a 120.000 km.). En los motores actuales, es tendencia generalizada montar el rbol de levas en la culata (OHC, DOHC), por lo que el accionamiento de la distribucin se hace con correas de gran longitud. El material de las correas dentadas es el caucho sinttico y fibra de vidrio (neopreno), que tienen la caracterstica de ser flexibles para adaptarse a las poleas de arrastre y por otra parte no se estiran ni se alteran sus dimensiones. Tambin tienen la ventaja de tener un funcionamiento muy silencioso, son mas ligeras, mas fcil de reemplazar y no necesitan engrase.

Estructura Estas correas tienen una estructura compleja (figura inferior), se fabrican de vitrofibra o con alma de acero laminado trenzado (cuerdas longitudinales), recubierto con caucho sinttico o neopreno, que es resistente al desgaste. El dorso de la correa (parte exterior) protege las cuerdas de traccin y se fabrica de un material (como el policloropreno) resistente a la abrasin y acciones de agentes externos, como el aceite.

. Los dientes, que pueden ser redondeados o trapezoidales, estn moldeados en la pieza para obtener una tolerancia menor que la normal y tener un revestimiento muy resistente que proporcione una larga vida de funcionamiento a la correa. Esta combinacin de diseo y construccin da como resultado una correa que se estira poco con el uso.

Vlvulas Las vlvulas son elementos que abren y cierran los conductos de admisin y escape sincronizados con el movimiento de subida y bajada de los pistones. A su vez mantiene estanca o cerrada la cmara de combustin cuando se produce la carrera de compresin y combustin del motor. Se utilizan dos vlvulas por lo menos para cada cilindro (una de admisin y una de escape), aunque actualmente hay muchos motores con 3, 4 y hasta 5 vlvulas por cilindro.

En la figura inferior se puede ver distintas configuraciones del numero de vlvulas por cilindro.

Las vlvulas estn constituidas por una cabeza mecanizada en todo su periferia, con una inclinacin o conicidad en la superficie de asiento, generalmente de 45, que hace de cierre hermtico sobre el orificio de la culata. Unido a la cabeza lleva un vstago o cola perfectamente cilndrico, cuya misin es servir de gua en el desplazamiento axial de la vlvula, centrar la cabeza en su asiento y evacuar el calor de la misma durante su funcionamiento. En la parte del pie de la vlvula lleva un rebaje o chavetero para el enclaje y retencin de la vlvula sobre la culata.

Las vlvulas se fabrican de aceros especiales con grandes contenidos de cromo y nquel, que le dan una gran dureza, pues tienen que soportar grandes esfuerzos y resistir el desgaste y las corrosiones debidos a las grandes temperaturas a que estn sometidas. La vlvula de admisin puede llegar a temperaturas de funcionamiento de 400 C y eso que es refrigerada por los gases frescos de admisin. La vlvula de escape esta sometida al paso de los gases de escape por lo que puede alcanzar temperaturas de hasta 800 C. Para soportar estas temperaturas, tiene que estar fabricada con materiales que soporten estas condiciones de trabajo. El calor que soportan las vlvulas es evacuado en mayor parte a travs de los asientos en la culata, el resto es evacuando a travs de las guas de las vlvulas. Para evacuar mas calor las dimensiones de las guas son distintas dependiendo que sea para la vlvula de escape o de admisin. La gua utilizada para la vlvula de escape ser mas larga para evacuar mas calor El la mayor parte de los motores, las vlvulas de admisin tienen la cabeza con mayor dimetro que las de escape, para facilitar el mejor llenado del cilindro. Las vlvulas de escape, por el contrario, suelen hacerse con menor dimetro de cabeza para darle mayor consistencia, ya que estarn sometidas a las elevadas temperaturas de la salida de los gases. Por esta causa, en

algunos casos, el vstago es hueco y esta relleno de sodio, que tiene la propiedad de que con el calor se hace lquido y transmite muy bien el calor, con lo que se consigue que la elevada temperatura de la cabeza de la vlvula se disipe rpidamente a travs del vstago. El sodio tiene un bajo punto de fusin (97 C) y es muy buen conductor del calor. Al calentarse el sodio se funde y pasa a estado lquido, con el movimiento de subir y bajar de la vlvula, el sodio se desplaza dentro de la vlvula transmitiendo el calor de la cabeza hacia el vstago. Se consigue as rebajar en mas de 100 C la temperatura de la cabeza de la vlvula.

Dimensiones de las vlvulas El dimetros de la cabeza de la vlvula de admisin siempre ser mayor que la de escape, para dejar entrar la mayor cantidad de masa gaseosa en el cilindro. Sin embargo el dimetro de la vlvula de escape es menor por que la salida de los gases de escape se hace a presin empujados por el pistn. La vlvula de admisin tiene un dimetro entre un 20 y 30% mayor que la vlvula de escape. Las medidas mas importante de las vlvulas son:

El dimetro de la cabeza de la vlvula. La alzada o el desplazamiento de la vlvula sobre su asiento. El ngulo de asiento. El dimetro del vstago.

Tipos de vlvulas Las vlvulas se caracterizan por la forma de la cabeza o por disponer de unas caractersticas especiales en cuanto a su fabricacin. Las mas empleadas en automocin son las siguientes:

Vlvula de cabeza esfrica La zona de la cabeza, expuesta directamente a los gases, tiene forma abombada, con un ngulo de cierre en el cono de asiento de 90. Es la ms empleada para motores en serie de gran potencia, ya que su forma esfrica le da una configuracin robusta, limitando con ello la deformacin por efecto de la temperatura.

Vlvula de cabeza plana Esta vlvula presenta la superficie de la cabeza expuesta a los gases completamente plana y, como la anterior, dispone de un ngulo de cierre en el cono de 90. Es menos robusta que la abombada pero mucho ms econmica. Se emplea para motores de serie de pequea y media cilindrada.

Vlvula de tulipa Este tipo de vlvula recibe su nombre por la forma especial que adopta en la cabeza. Tiene un ngulo de asiento en el cono de 120 que facilita grandemente la entrada de los gases. Debido a su elevado costo de fabricacin no se utiliza para motores en serie. Su aplicacin queda limitada exclusivamente a motores para vehculos de competicin y en aviacin.

Vlvulas especiales Dentro de este grupo est la vlvula con deflector, que se emplea como vlvula de admisin en los motores donde se necesita dar una orientacin adecuada a los gases cuando entran en el cilindro. Tambin dentro de este grupo estaran las vlvulas refrigeradas por sodio.

Montaje y disposicin de las vlvulas en la culata El montaje de las vlvulas se realiza generalmente sobre la culata. Estas se deslizan dentro de las guas que estn alojadas fijamente sobre la culata. La vlvula es empujada por el muelle que la mantiene pegada contra su asiento. El muelle por un lado se apoya sobre la culata y por el otro es retenido por una cazoleta que es fijada a la cola de la vlvula mediante unos semiconos o chavetas.

La disposicin de las vlvulas en el motor sobre la culata puede adoptar diferentes configuraciones:

Disposicin en linea: en este caso las vlvulas son accionada por un solo rbol de levas

Disposicin en doble linea: en este caso las vlvulas son accionadas por uno o dos arboles de levas.

Como se puede ver en la figura inferior la disposicin de las vlvulas de admisin y escape no siempre es la misma.

Debido a construccin de motores multivlvulas, la disposicin de las mismas adopta distintas disposiciones como se puede ver en la figura inferior. Para saber mas sobre motores multivlvulas visitar el articulo que tenemos publicado en la web.

Asientos de vlvulas Son piezas postizas colocadas a presin sobre la culata y sobre las cuales asientan las vlvulas para lograr el cierre hermtico de la cmara de combustin. Los asientos se montan porque el material de la culata es excesivamente blando respecto al de la vlvula y no puede soportar el

continuo golpeteo a esta sometido el asiento durante el funcionamiento. El material empleado para fabricar los asientos es la fundicin gris centrifugada y nitrurada, aleada con cromo-niquel para obtener una elevada dureza y resiliencia. El montaje de estas piezas se efecta a presin por medio de un ajuste trmico que consiste en calentar la zona de la culata donde va situada la pieza postiza para que se dilate. La pieza a ensamblar se mantiene en un bao de hielo seco para su contraccin. Una vez colocados los asientos en su alojamiento, el calor de la culata se transmite a las piezas postizas, de forma que, al contraerse la culata y dilatarse las piezas, stas quedan perfectamente ajustadas a presin. En algunas culatas de hierro fundido, los asientos se tornean directamente sobre la misma culata.

Guas de vlvulas Las guas de vlvula, al igual que las piezas postizas, son unos casquillos cilndricos que se insertan a presin en la culata siguiendo el mismo proceso indicado anteriormente. En algunas culatas de fundicin, la gua se mecaniza directamente sobre el propio material.

Su misin es servir de gua al vstago de la vlvula durante su apertura y cierre, evitar el desgaste de la culata y transmitir el calor de la vlvula al circuito de refrigeracin. El material empleado en la fabricacin de guas se vlvula es el "nilresiste", aleacin parecida a la de los asientos de piezas postizas. (fundicin gris al cromo-vanadio), que presenta adems las siguientes caractersticas:

Gran resistencia a la friccin. Buena conductibilidad al calor. Propiedades autolubricantes, para compensar el escaso flujo de aceite

Las dimensiones de estas guas deben permitir un ajuste muy preciso con el vstago de la vlvula, con el fin de garantizar un deslizamiento suave y, a la vez, evitar fugas de gases a travs de una excesiva holgura. En vlvulas de admisin suele darse un ajuste de montaje que corresponde con la holgura mxima de 0,05 a 0,07 mm, y en las vlvulas de escape, debido a su mayor dilatacin, suele darse una holgura de 0,07 a 0,1 mm. Ambas piezas exigen una calidad superficial elevada. El juego entre el vstago de la vlvula y la gua ha de calcularse para que permita la dilatacin del vstago, por lo que la holgura suele ser mayor para la vlvula de escape. Por otra parte, debe evitarse el excesivo paso de aceite que terminara quemandose en el cilindro y formando depsitos de carbonilla. El paso de aceite es ms importante a travs de las guas de las vlvulas de admisin, debido a la depresin que existe cuando la vlvula esta abierta. El consumo de aceite se reduce colocando retenes en la parte superior de las guas. En cuanto a su longitud, las guas de admisin suelen ser ms cortas que las de escape y tienen una longitud (I) variable que oscila en funcin del desplazamiento (h) de vlvula.

Muelles de vlvula Estos muelles sirven para mantener siempre cerradas las vlvulas cuando no acta el rbol de levas sobre ellas. Los muelles estn constantemente sometidos a esfuerzos alternativos para abrir y cerrar las vlvulas. Debido a su elasticidad, se produce una serie de movimiento vibratorios que se transmiten a las vlvulas y elementos de mando y ocasionan ciertos rebotes que perjudican el buen funcionamiento del sistema. Por esta razn, los resortes empleados han de tener una elasticidad adecuada y han de estar dispuestos de tal forma que, durante su funcionamiento, se compensen las oscilaciones citadas.

El sistema empleado para evitar estos efectos oscilantes consiste en fabricar los muelles con carga elstica de tensin gradual, reduciendo el paso de las espiras prximas a su asiento en la culata e incrementndose progresivamente desde su base hasta el final. La carga elstica se calcula de forma que los esfuerzos de forma que los esfuerzos transmitidos por los mecanismos de mando sean mnimos. Otra forma de evitar las vibraciones es utilizar un sistema de doble muelle concntrico con los arrollamientos de las espiras invertidos. La carga elstica de los muelles debe ser equivalente al esfuerzo a transmitir a la vlvula por los propios mecanismos de mando, con lo que la seccin del alambre de estos muelles es menor. La utilizacin del doble muelle tiene la ventaja ademas de evitar las vibraciones, en caso de que se rompa uno de los muelle siempre queda el otro en funcionamiento, lo que permite que el motor funcione por lo menos hasta que se repare.

El material empleado en la fabricacin de muelles es acero de alta calidad con una gran resistencia a la torsin y un elevado mdulo de elasticidad. La carga mxima y mnima que debe tener un resorte se calcula en funcin de la cilindrada unitaria del motor y del rgimen mximo de funcionamiento.

Arbol de levas El movimiento alternativo de apertura y cierre de las vlvulas se realiza por medio de un mecanismo empujador que acta sobre las vlvulas y que se denomina rbol de levas. La apertura y cierre de las vlvulas tiene que estar sincronizado con el ciclo de funcionamiento y la velocidad del rgimen del motor. El rbol de levas recibe movimiento del cigeal a un numero de revoluciones que es la mitad de este.

Constitucin Esta formado por una serie de levas, tantas como vlvulas lleve el motor, con el ngulo correspondiente de desfase para efectuar la apertura de los distintos cilindros, segn el orden de funcionamiento establecido. Sobre el mismo rbol, sobre todo en motores antiguos, va situada una excntrica para el accionamiento de la bomba de combustible, y el pin de arrastre para el mando del distribuidor de encendido en los motores de gasolina, el cual tambin comunica el movimiento a la bomba de aceite. El rbol de levas ademas de las levas lleva mecanizados una serie de muones de apoyo sobre los que gira, cuyo numero varia en funcin del esfuerzo a trasmitir. Cuando va instalado sobre culata de aluminio, el nmero de apoyos suele ser igual al numero de cilindros mas uno.

El rbol de levas puede ir montado en el bloque motor (motores antiguos) o en la culata. El rbol gira apoyado sobre cojinetes de friccin o bien sobre taladros de apoyo practicados directamente sobre el material de la culata. Estn lubricadas por el circuito de engrase a travs de los conductos que llegan a cada uno de los apoyos.

Los rboles de levas se fabrican en una sola pieza de hierro fundido o de acero forjado. Debe tener gran resistencia a la torsin y al desgaste, para ello, se le da un tratamiento de templado. El desgaste del rbol de levas puede suponer una modificacin del diagrama de distribucin, lo que puede suponer una bajada de rendimiento del motor.

Perfil de las levas La forma de las levas practicadas sobre el rbol, determinan los siguientes factores muy importantes para el buen rendimiento del motor:

El momento de apertura de las vlvulas. El ngulo que permanecen abiertas. El desplazamiento o alzada mxima de la vlvula. La forma de hacer la apertura y cierre de la vlvula.

Las medidas mas importantes de la leva como se puede ver en la figura inferior, serian el dimetro base de la leva (d2) que corresponde a la posicin de vlvula cerrada. A partir del punto 1 comienza la apertura, la vlvula permanecer abierta hasta el punto 2. En este recorrido angular (a) la leva mueve la vlvula hasta una apertura o alzado mximo (b).

La forma del perfil de la leva determina la forma en que se abre las vlvulas, podemos encontrar dos tipos de perfiles:

Perfil de flancos convexos: esta formado por un circulo base que se une la curva de cresta por medio de dos circuitos tangentes, cuyo radio de curvatura est en funcin de la altura (b) y del ngulo total de apertura de la vlvula, indicado en el diagrama de distribucin.

Perfil de leva tangencial: los flancos o rampas de ataque al vstago de vlvula, estn formados por dos rectas tangentes al circulo base y a la curva de la cresta. Permite que la vlvula este totalmente abierta mas tiempo y mejore el intercambio de gases

En ambos casos, la velocidad y los tiempos de apertura y cierre de las vlvulas dependen directamente del perfil de la leva. El perfil y dimensiones dependen de las caractersticas del motor; o sea: cilindrada unitaria, relacin de compresin, dimetro de las vlvulas, altura de desplazamiento, nmero de revoluciones y diagrama de distribucin.

Existen levas con flancos "asimtricos", cuyo perfil de entrada es de flanco convexo para abrir lentamente y el flanco de cierre es tangencial, con lo que se consigue mayor tiempo con la vlvula totalmente abierta y un cierre rpido.

La mayor parte de los rboles de levas estn diseados para dividir el cruce de vlvulas, es decir, mantener la misma apertura de las vlvulas de admisin y de escape en el P.M.S. Si la vlvula de admisin est mas abierta en el P.M.S. que la de escape, se dice que el rbol de levas esta "adelantado", mientras que si esta ultima es la que esta mas abierta que la primera, el rbol de levas esta "retrasado". Un rbol de levas de patrn nico tiene levas con la misma forma en ambos costados (flanco de cierre y flanco de apertura). Un diseador de arboles de levas puede efectuar un ajuste fino en el funcionamiento del motor cambiando el punto en el que se abre o se cierra una vlvula. Las levas cuyos flancos presentan formas distintas se consideran "asimtricas".

Empujadores y balancines Estos elementos sirven de enlace entre el rbol de levas y las vlvulas para realizar la apertura y cierre de las mismas. Su forma y disposicin en el motor esta en funcin del sistema de distribucin adoptado por el fabricante del mismo. Los elementos empleados reciben el nombre de: taqus, varillas empujadoras y balancines.

Taqus Estos elementos se interponen entre la leva del rbol y la vlvula, bien directamente o con interposicin de una varilla empujadora, segn el tipo de distribucin. El taqu sirve para aumentar la superficie de ataque de la leva, para reducir el desgaste. En distribuciones del tipo OHV (arbol de levas en el bloque) el taqu acta sobre una varilla empujadora cuyo extremo se introduce en su interior.

En distribucin del tipo OHV, el taqu ataca directamente sobre la vlvula. En este caso el taqu en forma de vaso invertido y se desliza en su alojamiento, practicado en la culata. Interiormente, se apoya el vstago del la vlvula en su parte central y el muelle queda parcialmente cubierto.

Taqus hidrulicos Este tipo de taqu de fabricacin especial, tiene la ventaja de la compensacin automtica de holgura en la vlvula. Para mas informacin visita el siguiente articulo que tenemos publicado en la web sobre: Taqus Hidrulicos.

Balancines Los balancines son unas palancas que transmiten el movimiento de la leva, bien directamente o a travs de los empujadores, a las vlvulas. En distribuciones tipo OHV, el balancn es accionado por la varillas empujadoras, mientras que en las distribuciones OHC es empujado directamente por el rbol de levas. El eje de giro de los balancines puede estar en el centro o en un extremo del balancn, clasificandose segn su movimiento en balancines basculantes y oscilantes.

Balancines basculantes Van montados sobre un eje de articulacin llamado eje de balancines, donde pueden bascular. Van provisto por un lado de un tornillo de ajuste con tuerca de fijacin y por el otro lado, de una leva de montaje. Se fabrican generalmente de acero al carbono, estampado o fundido y sus dimensiones estn calculadas para resistir los esfuerzos mecnicos sin deformarse.

En la figura inferior se puede ver unos balancines basculantes para motor con rbol de levas en el bloque.

En la figura inferior se puede ver unos balancines baculantes para motor con rbol de levas en la culata.

Balancines oscilantes Se diferencian de los anteriores en que basculan en el eje sobre uno de los extremos. Estas palancas son empujadas directamente por la leva y transmiten el movimiento sobre la vlvula. Van montados sobre el eje de balancines por medio de un rodamiento de agujas.

Eje de balancines Sobre este eje pivotan los balancines, que se mantienen en su posicin por el empuje axial que proporcionan unos muelles que se intercalan entre ellos. El eje es muy ligero, se fabrica hueco, se cierra en los extremos y por su interior circula el aceite de engrase que lubrica los balancines por unos orificios practicados para tal fin.

Inyeccin directa de gasolina

Indice curso

Objetivos Las emisiones contaminantes de hidrocarburos, xidos ntricos y monxido de carbono se reducen hasta un 99% con la mediacin de un catalizador de tres vas. Por su parte, el dixido de carbono (CO2) que se produce con motivo de la combustin, siendo el causante del efecto invernadero, slo se puede reducir a base de disminuir el consumo de combustible. Teniendo en cuenta estos factores vemos que los sistemas de inyeccin con formacin externa de la mezcla (inyeccin en el colector de admisin MPi) no sirven para cumplir estos objetivos, por eso la necesidad de desarrollar un sistema capaz de cumplir con estos compromisos. Este sistema es el motor de inyeccin directa de gasolina. Con lo motores de inyeccin directa de gasolina se consiguen dos objetivos principales que estan vigentes para hoy y con vistas al futuro, estos objetivos son: reducir el consumo de combustible y con este tambin las emisiones contaminantes de escape.

Las diferentes marcas de automviles cada vez mas se estn decidiendo por equipar sus modelos de gasolina con motores de inyeccin directa. Primero fue la marca japonesa Mitsubishi con los motores GDi, ahora le siguen Renault con los motores IDE, el grupo PSA con los motores HPi, y Volkswagen con los motores FSi.

Si comparamos el sistema de inyeccin en los colectores (inyeccin indirecta tambin llamados MPI) con la inyeccin directa de gasolina, entendemos porqu esta ultima es superior a la primera. Los inyectores de un motor de gasolina (MPI) suelen estar ubicados en el colector de admisin, lo que explica la denominacin de estos sistemas. El combustible es inyectado por delante de una vlvula cerrada o bien encima de la vlvula abierta y es mezclado de forma casi completa con el aire de admisin en cada una de las toberas del colector de admisin. Pero esta mezcla de aire y neblina de combustible inyectado no permite su perfecta explosin en el cilindro si no est preparada conforme a una exacta relacin estequiomtrica comprendida en unos lmites muy especficos (1/14,7). En el caso de los motores dotados de un catalizador de tres vas es vlida la ideal ecuacin de lambda igual a uno.

Esta precisa relacin de aire/combustible tiene que ser ajustada durante cada uno de los ciclos del motor cuando la inyeccin tiene lugar en el colector de admisin. El problema de estos sistemas de inyeccin (indirecta) viene dado principalmente a cargas parciales del motor cuando el conductor solicite una potencia no muy elevada, por ejemplo, (acelerador a medio pisar). Los efectos se podran comparar con una vela encendida dentro de un envase que se va tapando poco a poco por su apertura superior: la llama de la vela va desapareciendo conforme empeoran las condiciones de combustin. Esta especie de estrangulacin supone un desfavorable comportamiento de consumo de un motor de ciclo Otto en los momentos de carga parcial. Es aqu donde se declaran las grandes virtudes de la inyeccin directa de gasolina. Los inyectores de este sistema no estn ubicados en las toberas de admisin, sino que estn incorporados de forma estratgica con un determinado desplazamiento lateral por encima de las cmaras de combustin.

La inyeccin directa de la gasolina posibilita una definicin exacta de los intervalos de alimentacin del carburante en cada ciclo de trabajo de los pistones as como un preciso control del tiempo que se necesita para preparar la mezcla de aire y combustible. En unas condiciones de carga parcial del motor, el combustible es inyectado muy cerca de la buja y con una determinada turbulencia cilndrica (efecto tumble) al final de la fase de compresin mientras el pistn se est desplazando hacia su punto muerto superior. Esta concentrada carga de mezcla puede ser explosionada aunque el motor se encuentre en esos momentos en una fase de trabajo con un determinado exceso de aire (1/12.4). Su grado de efectividad termodinmica es correspondientemente ms alto. Comparado con un sistema de inyeccin en el colector de admisin (MPI) se obtienen unas importantes ventajas de consumo de combustible merced a la eliminacin de la citada estrangulacin.

Ventajas

Desestrangulacin en los modos operativos con mezcla "estratificada". En estos modos operativos se trabaja con un valor lambda comprendido entre 1,55 y 3. Esto permite abrir ms la mariposa y aspirar mas aire, por que tiene que superar una menor resistencia que provocaba la valvula de mariposa al estar medio cerrada

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En el modo estratificado el motor trabaja con un valor lambda desde 1,6 hasta 3, consiguiendo una reducion de consumo de combustible considerable.

Menores prdidas de calor cedido a las paredes de los cilindros Esto es debido a que en el modo de mezcla "estratificada" la combustin nicamente tiene lugar en la zona prxima de la buja, esto provoca menores prdidas de calor cedido a la pared del cilindro, con lo cual aumenta el rendimiento trmico del motor.

Debido al movimiento intenso de la mezcla en el modo homogneo, el motor posee una alta compatibilidad con la recirculacin de gases de escape, equivalente hasta un 25%. Para aspirar la misma cantidad de aire fresco que cuando trabaja con bajos ndices de recirculacin de gases se procede a abrir la mariposa de gases un tanto ms. De esa forma se aspira el aire superando una baja resistencia y disminuyen las prdidas debidas a efectos de estrangulamiento.

Con la inyeccin directa del combustible en el cilindro se extrae calor del aire de admisin, producindose un efecto de refrigeracin de ste. La tendencia al picado se reduce, lo que permite aumentar a su vez la compresin. Una mayor relacin de compresin conduce a una presin final superior en la fase de compresin, con lo cual tambin aumenta el rendimiento trmico del motor.

Es posible reducir el rgimen de ralent, y se facilita el arranque en fro debido a que al reanudar la inyeccin el combustible no se deposita en las paredes de la cmara de combustin. La mayor parte del combustible inyectado puede ser transformada de inmediato en energa utilizable. El motor funciona de un modo muy estable, incluso al trabajar con regmenes de ralent ms bajos.

Inconvenientes

Uno de los problemas principales que plantea la inyeccin directa de gasolina es el tratamiento de los gases de escape para cumplir las normativas anticontaminacin. Los xidos ntricos que se producen con motivo de la combustin en el modo "estratificado" y en el modo "homogneo-pobre" no pueden ser transformados suficientemente en nitrgeno por medio de un catalizador convencional de tres vas. Slo desde que ha sido desarrollado el catalizador-acumulador de NOx tambin se cumple la norma de emisiones de escape EU4 en estos modos operativos. Los xidos ntricos se acumulan internamente en ese catalizador y se transforman en nitrgeno mediante medidas especficas para ello.

Otro inconveniente reside en los problemas que plantea el azufre en la gasolina. Debido a la similitud qumica que tiene con respecto a los xidos ntricos, el azufre tambin se almacena en el catalizador- acumulador de NOx y ocupa los sitios destinados a los xidos ntricos. Cuanto mayor es el contenido de azufre en el combustible, tanto ms frecuentemente se tiene que regenerar el catalizador-acumulador, lo cual consume combustible adicional. En la grfica inferior se compara distintas clases de gasolinas que hay en el mercado y se aprecia la influencia que tiene el contenido de azufre sobre la capacidad de acumulacin del catalizador-acumulador de NOx.

La marca Mitsubishi fue la primera en construir motores de inyeccin directa de gasolina. En este motor la gasolina es inyectada directamente en el cilindro, con lo que se eliminan perdidas y se mejora el rendimiento. La cantidad exacta de gasolina se introduce con una temporizacin muy precisa, consiguiendo una combustin completa. Las innovaciones tecnolgicas que presentan estos motores son: - Colectores de admisin verticales. - Pistones con una forma especial (deflector). - Bomba de combustible de alta presin. - Inyectores de alta presin.

Esquema general de funcionamiento En la figura inferior tenemos el esquema general de los diferentes elementos que forman el sistema de inyeccin directa de gasolina. En el se ve el circuito de admisin de aire y el circuito de suministro de combustible. El circuito de admisin de aire empieza con el sensor (1) encargado de medir la cantidad de aire que, en funcin de la carga, entra en el motor. Tambin dispone de unas electrovlvulas colocadas en by-pass en dicho circuito y que actan; la (2) en compensacin de la necesidad de aire adicional debido al accionamiento de elementos auxiliares del motor y la (3) en caso de un control de todo o nada. La vlvula reguladora de ralent (4) es la encargada de mantener el rgimen de giro del motor constante y acta controlando el paso del flujo de aire despus de la mariposa. Finalmente, la vlvula EGR (5) realiza la funcin de recircular los gases de escape cuando las altas temperaturas y presiones de combustin provocan la aparicin de los peligrosos xidos de nitrgeno en los gases de escape. Podemos ver tambin la posicin vertical de los colectores de admisin que permiten, gracias a la longitud y su cuidado pulimentado, aumentar el rendimiento volumtrico. En el circuito de suministro de combustible al motor la gasolina parte del depsito (6) gracias a una bomba previa (7) de baja presin que pasa por un filtro y un regulador de presin (8) y se conduce a un conjunto hidrulico (9) que incorpora una bomba de alta presin. Un conjunto regulador de alta presin (10) mantiene la presin de inyeccin en su ultimo tramo hacia el inyector (11). La bomba inyecta carburante a una presin de 50 bar y utiliza un sensor de presin de combustible para el control preciso de la alimentacin. En el escape del motor se incorpora un convertidor cataltico (12) para eliminar los restos de NOx cuando el motor trabaje con mezcla pobre o estratificada.

El colector de admisin vertical Con este tipo de colector se consigue crear un flujo de aire en la admisin del tipo giratorio en sentido de las agujas del reloj, con el que se consigue un mayor rendimiento. La ventaja de este sistema de flujo giratorio respecto al turbulento utilizado en la manera clsica (inyeccin indirecta), es que en este ultimo tiende a concentrarse el combustible en la periferia del cilindro y por tanto alejado de la buja, en cambio el giratorio permite concentrarlo en el lugar que mas interesa para una mejor combustin: alrededor de la buja. El hecho de que se realice siguiendo el sentido horario obedece a la necesidad de evitar que por medio de la inyeccin directa de gasolina choque con la buja, ya que esto crea una acumulacin de holln que provoca falsas explosiones. Si el flujo girara hacia la izquierda no dara el tiempo suficiente para conseguir que el chorro de gasolina inyectado directamente se vaporizase. El ngulo relativamente grande del inyector ayuda a asegurar que tambin tendr tiempo suficiente para que el chorro pulverizado se combustible se vaporice, incluso cuando se inyecta durante la carrera de compresin. El deflector del pistn ayuda a concentrar la mezcla de aire/gasolina rica alrededor de la buja. Esta mezcla estratificada de forma ideal, rica al