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Captulo I
Elementos constructivos de losmotores de combustin interna
alternativos.El conocimiento exhaustivo de los componentes de un
motor de
combustin interna alternativo desde el punto de vista de la
finalidad,partes y aspectos que influyen en su diseo resulta
enormementeinteresante para un ingeniero mecnico y, ms an en el
caso de quese intensifique en construccin de maquinaria. Por ello,
a lo largo deeste captulo se explica el funcionamiento de los
distintos elementosque componen el motor y, a partir de sus
condiciones de trabajo sejustifica el diseo geomtrico, de
materiales, de proceso defabricacin, etc.
1.- INTRODUCCIN. 2.- LA BANCADA Y EL BLOQUE DE CILINDROS. 3.- LA
CULATA.
4.- EL PISTN. 5.- LOS SEGMENTOS.
6.- EL BULN. 7.- LA BIELA.
8.- EL CIGEAL. 9.- LOS COJINETES.
10.- LA DISTRIBUCIN.10.1.- Definicin y funciones.10.2.- Factores
que influyen en el diseo de la distribucin.10.3.-
Componentes.10.4.- Motores multivlvula.
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas2
Ilustr. 1.1.- Seccin de un MEC-4T DI 16 Vlvulas.
Ilustracin 1.2.- Sistema Pistn-biela-manivela.
1.- Introduccin.
Los motores de combustin interna alternativos transforman en
trabajo la energa trmica procedentede la combustin de un
combustible a travs del movimiento alternativo de un rgano llamado
pistn.La relacin entre este motor y la turbina de gas es anloga a
la existente entre la mquina de vapor y laturbina de vapor. Esta
analoga podra inducir a pensar que se trata de una solucin tcnica
obsoleta. Noobstante, el grado de perfeccionamiento en el diseo y
ejecucin de sus componentes hace que sigasiendo la solucin ms
ventajosa para muchas aplicaciones. Sus elevados rendimientos y
potenciasespecficas, as como su mejor adaptacin a distintas
condiciones de trabajo y de funcionamiento (cargay velocidad), les
permite encontrar aplicacin en campos tan diversos como la
propulsin marina, laaviacin, la automocin y la traccin
ferroviaria.
Este captulo tratar aspectos relativos a la finalidad,
caractersticas constructivas y condicionantesdel diseo de los
rganos constitutivos del motor ms importantes (Ilustr. 1.1).
La conversin de la energa asociada alcombustible en energa
trmica se realiza en lacmara de combustin. All, la presin
originadapor la combustin acta sobre el pistnprovocando su
movimiento rectilneo. ste, pormedio de la biela, transmitir el
movimiento y elesfuerzo al cigeal, que se ocupa de transformarel
movimiento rectilneo en circular. A travs deleje del cigeal, el
motor transmitir su potenciaal exterior mediante un movimiento
rotativo. Esdecir, transmitir un par motor a una velocidad degiro
dada (Ne = Me x ).
El conjunto pistn-biela-cigeal constituyelas barras mviles de un
sistema biela-manivela enel que la barra fija la forman el bloque
decilindros y la bancada (Ilustr. 1.2). Por estemotivo los
elementos que forman el motor puedendividirse en fijos y mviles.
Los elementos fijosson el bloque y la culata (cierre superior de
lacmara de combustin). Por otra parte loselementos mviles son el
sistema pistn-biela-cigeal y la distribucin, esta ltima formada por
losrganos que colaboran a la apertura y cierre de las vlvulas de
admisin y escape. Existen tambinelementos auxiliares que no son
clasificables segn este criterio: los aros de pistn o segmentos y
loscojinetes que llevan los rganos con movimiento relativo.
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I.2.- La bancada y el bloque de cilindros.
E.U.I.T.Industrial 3
Ilustracin 2.1.- Estructura del bloque de cilindros.
Naturalmente, el MCIA lleva muchos otros elementos auxiliares
indispensables para sufuncionamiento. A pesar de ello, este captulo
se centrar en los anteriormente mencionados por ser losque
intervienen directamente en el proceso de transformacin de energa
trmica en mecnica.
2.- La bancada y el bloque de cilindros.
2.1.- Funciones y partes en las que se divide.
El bloque de cilindros y/o la bancada (Ilustr. 2.1) es el
elemento estructural que soporta los elementosalternativos y
giratorios del motor y, en consecuencia, sirve de punto de
aplicacin de las fuerzasoriginadas por la combustin. Adems, sirve
de anclaje de componentes perifricos del motor e integraparte de
los circuitos de refrigeracin y lubricacin.
Salvo en el caso de grandes motores, los cilindros y la bancada
superior se encuentran integrados enuna misma pieza, formando lo
que habitualmente se conoce con el nombre de bloque de cilindros.
Parael caso de motores pequeos y medios, las partes que lo
constituyen son:
1.- Bloque de cilindros: Estructura rgida que soporta a los
cilindros.2.- Bancada: Estructura rgida que soporta al cigeal. A su
vez, se divide en dos partes:
a) Bancada superior: Unida rgidamente al bloque de cilindros
forma la parte superior delalojamiento del cigeal. En motores no
excesivamente grandes transmite losesfuerzos del motor hacia el
bastidor dnde vaya sustentado.
b) Bancada inferior: Constituye la parte inferior del
alojamiento del cigeal.
2.2.- Esfuerzos que actan sobre el bloque y factores que
influyen en su diseo.El diseo del bloque debe perseguir la obtencin
de una estructura rgida capaz de soportar los
esfuerzos que acten sobre l con el mnimo de deformaciones y
utilizando la menor cantidad posiblede material. Para ello, el
espesor debe ser mayor en aquellas direcciones en las que acten las
principalesfuerzas y menor en el resto de las paredes. Los
esfuerzos ms importantes que actan sobre el bloqueson:
L Los derivados de la presin de combustin.L Los derivados de la
de inercia de los elementos mviles.L Los de origen trmico,
derivados del gradiente trmico y de la dilatacin impedida.
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas4
Ilustracin 2.2.- Diversas disposiciones constructivas del
bloque.
La consideracin de los esfuerzos a los que est sometido el
bloque tiene una importancia capital enel diseo del mismo y
encontrar el espesor de material idneo es difcil. Los espesores
grandes favorecenla resistencia a los esfuerzos mecnicos derivados
de la presin de combustin y de las inercias de loselementos mviles
asociados al bloque. Sin embargo, los espesores pequeos ayudan a
minimizar lastensiones trmicas. Habr que buscar siempre una solucin
de compromiso.
Las distintas alternativas de ejecucin del bloque vendrn dadas
por el tipo de motor que se deseerealizar y habr que tener en
cuenta un gran nmero de condicionantes y factores a la hora de su
diseo.Entre otros, estos factores pueden ser los siguientes:
1.- Configuracin del motor.El nmero y disposicin de los
cilindros de un motor suelen estar condicionados por el tamao
del
habitculo disponible, por los requerimientos de suavidad de la
marcha, por el coste de fabricacin y/opor la resistencia mecnica
del cigeal. En lo que al nmero de cilindros respecta, cuanto mayor
sea,ms suave ser el funcionamiento del motor pero mayor su coste.
Por lo que se refiere a la disposicinde los cilindros, algunas de
las ms usuales son (Ilustr. 2.2):
L En lnea: Es la disposicin ms sencilla y econmica. Tiene gran
suavidad de funcionamientoaunque cuando el nmero de cilindros es
elevado, el diseo del cigeal se complicapor las vibraciones
torsionales.
L En V: Reduce la longitud y la altura del motor y, adems,
modificando el ngulo de la V sepuede controlar la altura y la
anchura del motor. Es mas caro y su funcionamiento esmenos suave
salvo en el caso de V-120 o en el motor Bxer.
L Estrella: Reduce la longitud del bloque al mximo. Muy
utilizado antiguamente en aviacin.
2.- Tipo de refrigeracin.Para mantener las propiedades mecnicas
del material de los cilindros es preciso refrigerarlos.
Dependiendo del motor y de su aplicacin, esta refrigeracin podr
llevarse a cabo utilizando dos tiposde fluido refrigerante:
L Aire: El pequeo coeficiente de pelcula existente entre el aire
y el cilindro hace que slo seaaplicable a motores no demasiado
cargados trmicamente. Para aumentar la transmisinde calor se
aumenta la velocidad del aire con una soplante y se aumenta la
superficiede contacto utilizando aletas de refrigeracin (Ilustr.
2.3). El ruido producido por lasaletas y por la soplante y/o el
tamao de las aletas pueden hacer inviable este sistemaen multitud
de aplicaciones.
L Lquido: La refrigeracin lquida resulta mucho ms efectiva que
la refrigeracin por aire peroobliga al diseo de las cmaras de
refrigeracin alrededor del cilindro que garanticen
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I.2.- La bancada y el bloque de cilindros.
E.U.I.T.Industrial 5
Ilustracin 2.3.- Motor Boxer 4T refrigerado por aire.
Ilustr. 2.4.- Tipos de camisas.
un flujo de lquido en toda su periferia evitando a toda costa
los puntos de remanso.Pueden aparecer problemas de cavitacin
importantes agravados con las vibraciones delmotor. El lquido
utilizado habitualmente es una mezcla de agua y etilenglicol.
3.- Tipo de camisa.La camisa es la parte del bloque
que se encuentra directamente encontacto con el pistn haciendo
decierre lateral de la cmara decombustin. El uso de los
distintostipos de camisas existentes(integrales, secas o hmedas)
estarcondicionado por sus diferentescualidades (Ilustr. 2.4).
Losmotores sin camisa o, lo que es lomismo, con camisas integrales
sonaquellos en los que el pistn desliza por el propio bloque de
cilindros. Las camisas secas son unoscilindros de pequeo espesor
que se interponen entre el pistn y el bloque de cilindros. Este
tipo decamisas tiene unas extraordinarias propiedades mecnicas para
el deslizamiento pero no tienen ningunaresponsabilidad estructural.
Finalmente, las camisas hmedas son aquellas en las que el
fluidorefrigerante circula directamente por su parte exterior, de
ah su nombre. Su espesor es mayor que el delas secas pues tiene que
soportar las tensiones generadas por la combustin.
El uso de los distintos tipos de camisas estar condicionado por
algunos de los factores que acontinuacin se relacionan:
L Longitud del bloque: Los bloques sin camisa son ms cortos y
los de camisa hmeda ms largos.Los de camisa seca son una solucin
intermedia.
L Vida total del motor: La utilizacin de camisas resulta
especialmente interesante en aquellasaplicaciones que, por su
elevado grado de utilizacin, la vida del motordebe ser mucho mayor
que la de la superficie del cilindro. As, en los
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas6
Ilustr. 3.1.- Culata de un MEC-4T 4V/cilindro.
motores industriales la instalacin de camisas es una solucin
habitual,cosa que no ocurre en los motores de los turismos.
L Coste de utilizacin: El coste de adquisicin de un bloque de
cilindros con camisas es superioral de otro sin ellas y el de un
bloque de camisas secas superior al decamisas hmedas. Esto se debe
a que los motores con camisa secarequieren el mecanizado de los
cilindros antes y despus de ser montadas,mientras que las camisas
hmedas no. El coste de sustitucin de lascamisas secas ser, por el
mismo motivo, mayor que el de las hmedasaunque la vida de las secas
pueda ser mayor. En consecuencia, el costetotal de utilizacin vendr
condicionado por la vida del motor, por la vidade las camisas y por
el coste de las revisiones.
4.- Tipo de distribucin.Cuando el rbol de levas va colocado en
la parte lateral del bloque deben ubicarse los conductos de
engrase, los pasos de las varillas y el alojamiento del propio
rbol de levas. Si va colocado en la culata,el diseo del bloque se
simplifica.
5.- Materiales.El material utilizado en la construccin del
bloque vendr condicionado por aspectos tales como el
tamao, el peso, el coste, la rigidez, la emisin de ruido, etc.
Existen tres posibilidades de fabricacin:L Fundicin de acero: Se
utiliza por su elevada rigidez, bajo precio, baja emisin de ruido
y
posibilidad de adoptar formas complejas. El elevado peso,
principalinconveniente de esta solucin constructiva, puede hacerlo
no apto paraciertas aplicaciones.
L Aleacin ligera: Mejor que el de acero fundido por su menor
peso, su mayor conductividadtrmica y la mejor adaptacin al pistn
cuando ste es del mismo material. Sinembargo, son mayores su coste
y su emisin sonora.
L Chapa soldada: La posibilidad de construir una pieza por
fundicin tiene un limite de tamao.Por ello, sta ser la nica solucin
constructiva para los grandes motoresestacionarios y marinos.
3.- La culata.
3.1.- Funciones y generalidades.
La culata es el elemento que cierra la cmara decombustin por su
parte superior. Aloja los conductosde admisin (pipas de admisin)
(1), de escape (pipasde escape), de refrigeracin (2) y de engrase,
algunosde los componentes de la distribucin (3), losinyectores (4)
o las bujas, a veces una precmara decombustin y otros elementos
(5). Adems, al igual queel bloque, sirve de punto de anclaje para
otroselementos del motor.
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I.3.- La culata.
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Ilustracin 3.2.- Culata enteriza de un MEP de 6 cilindros y
2V/cilindro.
Ilustr. 3.3.- Doble rbol de levas en cabeza (DOHC) y 4V/cil.
La culata es una de las partes del motor cuyo diseo es ms difcil
debido a:L La propia complejidad geomtrica.L La carga mecnica que
debe soportar a causa de la presin de la cmara de combustin.L La
carga trmica: Gradiente trmico existente a causa de la presencia de
la propia cmara de
combustin y de los conductos de admisin, escape, refrigeracin y
engrase.
3.2.- Factores que influyen en el diseo de la culata.A
continuacin se analizan algunos de los factores ms importantes que
condicionan el diseo de la
culata.
1.- Nmero de vlvulas por cilindro.Las elevadas exigencias de
los
motores modernos obligan a mejorar losprocesos de renovacin de
la carga y decombustin. Para ello, en multitud deocasiones se
recurre al aumento delnmero de vlvulas por cilindro, a pesarde que
el uso de una vlvula para laadmisin y otra para el escape
(Ilustr.3.2) sigue siendo acertada para motorescon unas exigencias
no muy elevadas.No obstante, tendr ocasin decomprobarse que el
inters de losmotores multivlvula (Ilustr. 3.1 y 3.3)va mucho ms all
del simpleincremento del rea de paso. Acontinuacin se enuncian
algunas de las ventajas e inconvenientes ms importantes de su
uso:
( Mayor rea de paso y, por ello, mejor renovacin de la carga.
Este efecto se hace ms patentecuando las vlvulas estn
inclinadas.
( El puente de vlvulas se encuentra situado en una zona menos
cargada trmicamente.( El inyector o la buja pueden colocarse
verticalmente en el centro de la cmara de combustin
con las ventajas que ello implica por la mayor simetra del
proceso de combustin.( Las distintas pipas de admisin pueden
generar distinto tipo de turbulencia en la cmara de
combustin. Controlando el flujo por cada una de ellas es posible
modificar la turbulencia enfuncin de las condiciones operativas,
aspecto vital en los MEP de inyeccin directa.
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas8
Ilustracin 3.4.- Tipos de culata segn el nmero de cilindros
cubiertos.
; El aumento del nmero de pipas de admisin y escape y la mayor
complejidad del sistema dedistribucin dificultan su diseo y su
fabricacin y, en consecuencia, su coste es ms alto.
La adopcin de un sistema u otro depender del tipo de motor que
se est diseando. La tendenciaactual es hacia los motores
multivlvula, que a altas revoluciones consiguen mantener un
rendimientomuy superior a los de dos vlvulas por cilindro. Lo ms
usual es montar cuatro vlvulas por cilindro:dos de admisin y dos de
escape. Sin embargo, tambin se recurre a las tres vlvulas por
cilindro, dosde admisin y una de escape.
2.- Nmero de cilindros cubiertos.
Cuando el dimetro del cilindro de un motor es inferior a 100 mm
resulta habitual el empleo deculatas de una nica pieza (enterizas -
Ilustr. 3.2). Sin embargo, para motores mayores y, enconsecuencia,
con mayor dimetro de cilindro, el uso de culatas partidas o
culatines individuales (Ilustr.3.4) presenta ciertas ventajas desde
el punto de vista del diseo. La adopcin de una u otra solucin vaa
depender de los requerimientos del propio motor y del balance de
las ventajas e inconvenientes queello conlleva. Algunas de las
ventajas e inconvenientes ms importantes al reducir el nmero
decilindros cubiertos por la culata se enuncian a continuacin:
( El sellado entre culata y bloque mejora.( Las cargas trmicas
son menores.( La fundicin es ms sencilla.( Es posible normalizar
los culatines y hacerlos aptos para diferentes motores.; La
distancia entre cilindros aumenta.; El peso y el coste del motor y
de la culata aumentan.; El rbol de levas en cabeza hace necesario
el uso de culatas enterizas.; Las conexiones entre los conductos de
refrigeracin y engrase deben realizarse por el exterior.
En resumen, las culatas enterizas son soluciones baratas aptas
para ser aplicadas en pequeosmotores de gran serie pero que pierden
parte de su inters en motores industriales. Una solucinintermedia
muy usada son las culatas partidas que cubren simultneamente 2 3
cilindros.
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I.3.- La culata.
E.U.I.T.Industrial 9
Ilustr. 3.5.- Distintos tipos de cmara de combustin.
Ilustracin 3.6.- Posibles tipos de flujo en la culata de un
MCIA.
3.- Tipo de cmara de combustin.L a c m a r a d e
combustin del motorm a r c a p r o f u n d a sdiferencias entre
lasculatas de distintosmotores (Ilustr. 3.5). LosMEC de inyecc
inindirecta (MEC IDI) llevanla precmara labrada en laculata
mientras que losMEC de inyeccin directa(MEC DI) no. Este hechohace
que la culata de losp r i m e r o s p r e s e n t edificultades de
diseoaadidas. Los MEP suelenllevar labrada en la culatala cmara de
combustinaunque al tratarse de cmaras abiertas no complica apenas
su diseo. En este tipo de motores tambinexiste la posibilidad de
que la cmara vaya labrada en el pistn (System Porsche).
4.- Forma y disposicin de los conductos de admisin y escape.La
disposicin de los colectores de admisin y escape en la culata
determina el tipo de flujo que el
fluido tiene en el motor dotndole de ciertas ventajas e
inconvenientes (Ilustr. 3.6). Existen dos formasposibles:
a) Flujo Paralelo: Los colectores de admisin y de escape se
encuentran en el mismo lado.b) Flujo Cruzado: Los colectores de
admisin y de escape se encuentran en lados distintos.
El flujo paralelo incrementa las tensiones trmicas por la
alternancia de zonas fras y calientes yempeora el rendimiento
volumtrico por la transferencia de calor entre los colectores. Por
otra parte,tiene la ventaja de tener libre uno de los lados de la
culata para la colocacin de otros elementos yaccesorios.
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas10
Ilustr. 3.7.- Posibles formas de los conductos dela culata
(pipas).
Ilustracin 3.8.- Distintas posiciones del rbol de levas en el
motor.
La forma de los conductos, especialmente los de admisin (Ilustr.
3.7), condiciona tambin el diseode la culata. En funcin del tipo de
motor existen distintos tipos de conductos:
a) Direccionales: Utilizados en la admisin de losMEP y de los
MEC-IDI, tienenun coeficiente de gasto elevadoy no generan
torbellino (swirl)en el flujo de admisin.
b) Helicoidales: Utilizados en la admisin de losMEC-DI, generan
torbellino(swirl) en el flujo de admisin.Tienen un coeficiente de
gastobajo a causa del aumento de lafriccin y de la reduccin delrea
efectiva de paso.
c) De escape: En los conductos de escape, ana costa de
sacrificar sucoeficiente de gasto, se alarga la gua para mejorar la
refrigeracin de la vlvula.Las velocidades admisibles son superiores
a las de las pipas de admisin.
5.- Tipo de distribucin.Cuando el rbol de levas se coloca en la
culata, generalmente en su parte superior, deben ubicarse
sus apoyos y cojinetes y nuevos conductos de engrase (Ilustr.
3.8).
6.- Tipo de refrigeracin.La refrigeracin de la culata es uno de
los factores que influyen de forma ms importante en su
diseo por ser ste uno de los elementos del motor que se ve
sometido a mayores cargas trmicas. Lasopciones existentes en cuanto
al tipo de refrigeracin son, al igual que para el bloque, la
refrigeracinlquida y la refrigeracin por aire. La refrigeracin debe
evacuar el calor de las zonas ms calientes:
L El puente de vlvulas.L Los conductos de escape.
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I.4.- El pistn.
E.U.I.T.Industrial 11
L La zona del inyector en los MEC.L La garganta de la precmara
de los MEC-IDI.La refrigeracin por aire (Ilustr. 2.3) tiene serias
limitaciones para motores con elevada carga
trmica. La menor efectividad de este sistema obliga a utilizar
aletas de refrigeracin de aluminio.La refrigeracin lquida (Ilustr.
3.1) es ms efectiva y resulta ms adecuada para motores con
altas
exigencias pero complica el diseo geomtrico de la culata al
utilizar galeras por las que debe circularel refrigerante. Es
importante evitar la formacin de remansos en la circulacin del
refrigerante, ya queen estos puntos podran formarse burbujas de
vapor que reduciran drsticamente la transmisin de calory
ocasionaran aumentos locales de temperatura.
Los espesores de las paredes de las cmaras de refrigeracin de la
culata deben ser estudiados concuidado. Las paredes gruesas
aumentan la resistencia frente a las cargas mecnicas pero
sonperjudiciales frente a las tensiones trmicas. Habr que buscar
una solucin de compromiso.7.- Materiales.
El material empleado en la fabricacin de la culata debe poseer
alta resistencia, bajo coeficiente dedilatacin y buena
conductividad trmica. Su precio y su peso son tambin factores a
tener en cuenta.La fundicin gris y las aleaciones de aluminio son
los materiales empleados de forma ms habitual. Enlos MEC resulta
habitual el uso de la fundicin de hierro. En los MEP se hace ms
necesario el empleodel aluminio para mejorar la refrigeracin de la
cmara de combustin y evitar la autoinflamacin.
4.- El pistn
4.1.- Definicin, funciones y partes.El pistn es el rgano del
motor de combustin interna alternativo que acta de cierre mvil
inferior
de la cmara de combustin desplazndose por el interior del
cilindro. Sus funciones fundamentales son:L Transformar la energa
trmica de la combustin en energa mecnica y transmitirla al
siguiente
elemento de la cadena cinemtica, la biela.L Sellar inferiormente
la cmara de combustin con ayuda de los segmentos.L Eliminar parte
del calor no transformado en trabajo hacia el cilindro por medio de
los segmentos.L Controlar la entrada de gases al cilindro y su
posterior salida en los motores de 2 tiempos.L En los motores de
cuatro tiempos de inyeccin directa y en los de dos tiempos es, en
parte,
responsable de generar un flujo adecuado de la carga fresca en
la cmara de combustin.Para desempear todas estas funciones, el
pistn consta de tres partes claramente diferenciadas:L Cabeza: Es
la parte superior del pistn. Se encuentra en contacto directo con
la cmara de
combustin y, por lo tanto, es la zona ms cargada trmica y
mecnicamente, lo que requieretratamientos trmicos y superficiales
adecuados.
L Portasegmentos: Es la zona del pistn dnde se alojan los aros o
segmentos. Para mejorar laspropiedades mecnicas y trmicas de esta
zona se colocan insertos de materiales especialesen los
alojamientos de los segmentos.
L Falda del pistn: Es la parte inferior del pistn. Se encarga
del guiado del pistn, de latransmisin del calor al cilindro y de
soportar los esfuerzos transversales y de friccin a losque el pistn
se encuentra sometido.
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas12
Ilustr. 4.1.- Fuerzas que actan sobre el pistn.
Ilustr. 4.2.- Formas tpicas de la cabeza del pistn.
4.2.- Esfuerzos que actan sobre el pistn y factores que influyen
en su diseo.Sobre el pistn actan los esfuerzos debidos a
los siguientes conceptos (Ilustr. 4.1):L Su propia inercia.L La
presin en la cmara de combustin
(MEC: 80180 bar y MEP: 5090 bar).L El rozamiento, choques y la
reaccin con el
cilindro.L La reaccin con la biela.L Tensiones trmicas
originadas por la
combustin (Frreos: 350500C y aleacinligera 250380C).
1.- Tipo de motor.Las funciones que desempea el pistn y las
condiciones de trabajo a las que se encuentra sometido van a
determinar su forma. Pero estas funcionesy condiciones de trabajo
van a verse afectadas por el tipo de motor, especialmente en lo que
se refierea proceso de combustin y velocidad de giro.
Por un lado, la forma de la cabezadepender del proceso de
combustin queen el motor tenga lugar. Las formas mshabituales
(Ilustr. 4.2) son:
L MEC-IDI y MEC-DI de bajaturbulencia: Forma plana (b, d,
e).
L MEP-IDI: Forma plana oligeramente abombada (a, b, c).
L MEC-DI de alta turbulencia: Alojala precmara de
combustin(Cmara Saurer) (f, g, h).
L MEP-DI: Provisto de una cuadeflectora de geometra
complejaresponsable, junto con las pipas de admisin y el equipo de
inyeccin, de la preparacin de lamezcla.
L Motores de 2 tiempos de admisin o barrido por crter: Disponen
de una cua deflectora que seencarga de dirigir convenientemente los
flujos de admisin y escape.
L En general: Cuando en las proximidades del PMS existe peligro
de contacto entre las vlvulasy el pistn se labran en la cabeza
cavidades especficas que lo evitan (b, d, e, f).
2.- Condiciones de trabajo.El gradiente de temperaturas
existente entre la cabeza del pistn y la falda (Ilustr. 4.3), as
como el
desigual reparto de material como consecuencia del moy (zona
donde se aloja el buln) hacen que elperfil deba tener una geometra
muy particular:
L El portasegmentos tiene forma cnica, ms estrecho en su parte
superior, para compensar ladilatacin desigual que va a ocasionar la
diferencia de temperatura.
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I.4.- El pistn.
E.U.I.T.Industrial 13
Ilustr. 4.3.- Temperaturas y deformaciones trmicas delpistn en
funcionamiento.
Ilustracin 4.4.- Diferentes posibilidades de refrigeracin de
pistones.
L El perfil de la falda es abarrilado paracompensar la dilatacin
no uniforme ypara mejorar el guiado del pistn. Aveces la falda est
incompleta con el finde eliminar material innecesario yconseguir
reducir la masa alternativa o,incluso, con el fin de no tropezar
con elcigeal en las proximidades del PMI.
L La seccin transversal del pistn es ovalo elptica con el eje
mayorperpendicular al alojamiento del buln.Esto se debe a que la
mayor cantidad dematerial de esta zona provoca unamayor dilatacin
en esta direccin.
En definitiva, estas soluciones persiguenque la geometra del
pistn se aproxime lo msposible a un cilindro cuando el motor
estfuncionando.
3.- Refrigeracin.Al ser los pistones uno de los elementos
ms cargados desde el punto de vista trmicodebe tenerse previsto
un sistema de refrigeracin (Ilustr. 4.4). El caso ms usual es la
refrigeracin porchorros de aceite que parten desde la cabeza de la
biela, desde el pie de la biela o desde alguna boquillafija situada
en el bloque (a, b). No obstante, para el caso de motores diesel
grandes se suele recurrir ala refrigeracin por circulacin forzada
de aceite o incluso de agua en los mayores (c, d, e).
4.- Materiales.El material utilizado en la fabricacin del pistn
debe cumplir, entre otros, los siguientes requisitos,
incluso cuando funcionan a una temperatura elevada:L Alta
resistencia al desgaste por deslizamiento, al rayado y al gripado.L
Resistencia mecnica esttica y a la fatiga.L Conductividad trmica
elevada.L Estabilidad dimensional y dilatacin trmica controlada.L
Bajo peso especfico.L Maquinabilidad.
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas14
Antiguamente el material ms utilizado para la fabricacin de
pistones era la fundicin de hierro. Estematerial es el usado
habitualmente en los cilindros y, por ello, ambos elementos tienen
el mismocoeficiente de dilatacin, lo que supone una ventaja
importante. Actualmente, el uso de aleacionesligeras que consiguen
reducir su masa e inercia se ha generalizado. No obstante, este
material presentados inconvenientes:
L Menor resistencia trmica y mecnica.L Coeficiente de dilatacin
1.5 veces superior al del bloque si ste ltimo es de fundicin de
hierro.Estos inconvenientes obligan a adoptar ciertas medidas
especiales que complican el diseo (los dos
primeros no sern necesarios cuando se usen bloques de aleacin
ligera):L Aumentar las holguras entre cilindro y pistn - Aumenta el
ruido.L Colocar anillos de expansin controlada, que impiden
parcialmente la dilatacin radial del pistn.L Aplicar tratamientos
trmicos y superficiales que eviten un desgaste prematuro o el
agrietamiento.L Colocar piezas postizas de acero sinterizado o
materiales cermicos en las zonas ms cargadas
trmica o mecnicamente (cmara Saurer o alojamiento del primer
segmento).
5.- Los segmentos.
5.1.- Definicin y funciones.Los segmentos, tambin llamados aros
por su forma, son los elementos que se encargan de garantizar
la estanqueidad entre el pistn y el cilindro, separando as la
cmara de combustin del crter. Susmisiones fundamentales son:
L Hermetizar la cmara de combustin: impedir el paso de los gases
de combustin al crter y delaceite lubricante a la cmara de
combustin.
L Transmitir calor desde el pistn al cilindro.
La forma de los segmentos, anillo abierto, garantiza la presin
uniforme sobre las paredes delcilindro. Cuando el motor se
encuentra en funcionamiento, la ranura del segmento se debe cerrar
casipor completo pero nunca totalmente para evitar el gripado.
5.2.- Tipos.
Los segmentos se clasifican en funcin de su finalidad y/o de su
forma, aspectos que estnntimamente ligados (Tabla 5.1):
L De compresin o estanqueidad: Garantizan la hermeticidad de los
gases de la cmara decombustin. La forma de su seccin tiene fines
especficos como reducir el consumo de aceite,disminuir el tiempo de
rodaje, disminuir el paso de gases al crter (soplo del motor), etc.
Formashabituales son: rectangular, trapecial, de periferia cnica,
rascador, abarrilado, torsional etc.
L De engrase: Garantizan la hermeticidad del aceite del crter.
Su finalidad es recoger el aceitedepositado en las paredes del
cilindro y, a travs de unos orificios que comunican con el
crter,conducirlo a l. A veces, para aumentar la presin de contacto
con el cilindro llevan en su interiorun muelle helicoidal que los
empuja contra la pared del mismo. La forma de su seccin difierede
los segmentos de compresin por el distinto cometido que tienen
encomendado.
-
I.5.- Los segmentos.
E.U.I.T.Industrial 15
FORMA TIPO NOMBRECANAL DE COLOCACIN EN EL PISTN
MEP-2T MEP-4T MEC-IDI MEC-DI
COMPRESIN RECTANGULAR 1, 2 1 1 1
COMPRESIN PERIFERIA CNICA 2 2 2
COMPRESIN TRAPECIAL 1 1
COMPRESIN TORSIONAL 1 1
COMPRESIN CNICO - TORSIONAL 2
COMPRESIN TORSIONAL 1
COMPRESIN RASCADOR 2 2 2
ENGRASECON EXPANSOR
HELICOIDAL Y CONLUMBRERAS
3 3 3
ENGRASE TRES PIEZAS DE ACERO 3
Tabla 5.1.- Formas, tipos, denominaciones y utilizacin de los
tipos de segmentos ms usuales.
5.3.- Materiales.
Los materiales empleados para la fabricacin de los segmentos
deben tener las siguientescaractersticas:
L Buenas cualidades de deslizamiento, incluso con engrase
precario.L Buen comportamiento elstico, incluso a alta
temperatura.L Alta conductividad trmica.L Elevada resistencia al
desgaste y a la rotura.L Estabilidad trmica.L Fcil mecanizado.
Por todo ello se suele utilizar acero o fundiciones grises con
grafito laminar y esferoidal, con unposterior tratamiento trmico
para reducir su coeficiente de rozamiento. Tambin se les suele dar
unbao de Cromo o Molibdeno para aumentar su resistencia al desgaste
o abrasin.
-
Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas16
Ilustr. 6.1.- Sistemas de anclaje delbuln a la biela y al
pistn.
Ilustr. 7.1.- Partes de la biela.
6.- El buln.
6.1.- Definicin y tipos.El buln es el elemento que sirve de unin
y transmite los
esfuerzos entre el pistn y la biela. Este elemento se calcula
aflexin y a fatiga y sus dimensiones estn muy relacionadas conel
tipo de motor y con el dimetro del cilindro.
El tipo de fijacin del buln a la biela y al pistn (Ilustr.
6.1)viene condicionado por la presin de contacto entre el pistn yel
buln. As, las configuraciones ms habituales son:
L Buln flotante en biela y pistn (a): Utilizado en motoresmuy
cargados (MEC y MEP-2T).
L Buln fijo a biela y flotante en pistn (b): Utilizado enmotores
menos cargados (MEP-4T).
L Buln fijo a pistn y flotante en biela: Menos usado.
6.2.- Materiales.
Los bulones son elementos que requieren gran durezasuperficial
pues deben trabajar en condiciones de lubricacinprecaria y, en
consecuencia, se ven sometidos a una friccinimportante. Por otro
lado, el ncleo debe tener una elevadaresistencia y mdulo elstico
para soportar los importantes esfuerzos que debe transmitir. El
acero alCr-Ni cementado cumple muy bien con dichas especificaciones
aunque tambin es comn el uso deacero con alto contenido de carbono
con tratamiento de bonificado y temple superficial.
7.- La biela.
7.1.- Definicin, partes y esfuerzos que soporta.La biela es el
elemento encargado de transmitir al cigeal los
esfuerzos generados por la combustin sobre el pistn, para que
elcigeal termine convirtiendo el movimiento alternativo del pistn
enrotativo. La biela est compuesta por tres partes bsicas:
L Cabeza de la biela: Extremo ms ancho de la biela por dndese
realiza la unin al cigeal.
L Cuerpo de la biela o caa: Parte central que sirve para
conectarla cabeza y el pie de biela. Tiene forma de doble T
parasoportar adecuadamente el pandeo y se fabrica con grandesradios
de acuerdo para evitar la concentracin de tensiones.
L Pie de biela: Extremo ms estrecho de la biela por dnde seune
al pistn a travs del buln.
-
I.7.- La biela.
E.U.I.T.Industrial 17
Ilustr. 7.2.- Esfuerzos que actan sobre la biela.
Los esfuerzos ms importantes que la biela soportase enuncian a
continuacin:
L La combustin de los gases origina esfuerzos decompresin
importantes. Por tratarse de unapieza esbelta el clculo a pandeo
resulta vital.
L La aceleracin longitudinal del conjunto biela-pistn,
especialmente en las proximidades delPMS de escape, somete a la
biela a esfuerzos detraccin considerables como consecuencia de
lainercia del conjunto.
L La aceleracin transversal de la biela,especialmente en la zona
central de la carrera,somete a la biela a esfuerzos de
flexinconsiderables como consecuencia de su inercia.
La combinacin de estas fuerzas se traduce en quela biela trabaja
a traccin-compresin de forma alternativa, combinados con esfuerzos
de flexin quepueden aumentar el problema del pandeo. La seccin de
la caa se disear persiguiendo obtener laresistencia suficiente con
la mnima masa, para as disminuir la inercia. Por la forma de
trabajo de labiela se puede adivinar que el estudio a fatiga
resulta primordial.
7.2.- Factores que influyen en el diseo de la biela.La eleccin
de un tipo de biela u otro vendr dada, lgicamente, por el tipo de
motor. Su diseo debe
ser acorde con las solicitaciones a las que se ve sometida
procurando, adems, un coste de fabricacinbajo. Tres aspectos
importantes a tener en cuenta a la hora del diseo son:1.-
Material.
Los materiales utilizados en la fabricacin de las bielas son
fundamentalmente:L Aceros aleados y aceros al carbono: Es el
material ms resistente aunque presenta como
contrapartida su elevado peso. Se fabrican por forja.L Fundicin
nodular: Las bielas de fundicin tienen la ventaja de ser las ms
baratas aunque su
resistencia menor y su peso igual o superior a las de acero. Se
fabrican por fundicin en moldesde arena.
L Aleaciones ligeras: Este material tiene menor resistencia y
mayor coste que los anteriores perosu menor densidad reduce
inercias y las hace idneas para motores que giran a alta velocidad.
Sufabricacin tambin es por fundicin.
2.- Forma de particin de la cabeza de biela.La particin de la
cabeza de la biela viene condicionada por criterios de montaje y
desmontaje. As,
cuando el ancho de la cabeza de biela es mayor que el dimetro
del cilindro, es necesario realizar unaparticin inclinada si se
pretende desmontar el pistn sin desmontar el cigeal. Por ello, la
particinde la cabeza de la biela puede realizarse de dos formas
diferentes:
L Particin recta: Se utiliza cuando el tamao de la cabeza de la
biela no impide su desmontaje atravs del cilindro (Ilustr.
7.1).
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas18
Ilustr. 7.3.- Particin de la cabeza de biela.
Ilustr. 7.4.- Pie de biela trapecial.
L Particin oblicua: Se utiliza en el caso de quela cabeza de la
biela no pueda pasar a travsdel cilindro. Este tipo de particin
obliga almecanizado de dentados en la superficie deasiento de ambas
partes evitando as eldeslizamiento de las mismas (Ilustr. 7.3).
3.- Forma de ejecucin del pie de biela.La forma del pie de biela
resulta fundamental pues
de ella depende la magnitud de las tensiones decontacto entre
los distintos elementos del conjuntopistn-buln-biela. En funcin de
la carga mecnicadel motor, el pie de biela puede adoptar dos
formas:
L Pie de biela recto: El utilizado en aplicacionesno demasiado
cargadas mecnicamente.
L Pie de biela trapecial: Se emplea en motoressobrealimentados
sometidos a elevadaspresiones de combustin. Persigue reducir
lastensiones mecnicas originadas por lacombustin, aumentando el rea
detransmisin del esfuerzo tanto entre el pistn yel buln como entre
el buln y la biela.Tambin se consigue disminuir la flexin delbuln
al aplicar el pistn ms centradas lasfuerzas.
4.- Disposicin de los cilindros y tipo de motor.La biela puede
adoptar una geometra peculiar
cuando se trata de motores en los que una muequilladel cigeal
debe servir de soporte a varias cabezasde biela (motores con
cilindros en V o enestrella) (Ilustr. 7.5):
L Biela maestra y bieleta: Muy utilizada en losmotores en V y en
estrella. La biela principallleva en su parte lateral, junto a la
cabeza, elalojamiento para un buln que permite suconexin con una
bieleta de la que recibir los esfuerzos de otro cilindro. Tiene
comopeculiaridad que las carreras de los pistones que conectan son
distintas (Ilustr. 7.5).
L Montaje en horquilla: En este caso, el punto de anclaje de
ambas bielas se desplaza al eje de lacabeza por lo que la carrera
que determinan es idntica. La biela principal dispone en la zona
dela cabeza de un casquillo cilndrico que sobresale y que sirve de
buln de conexin con la otrabiela, que tiene forma de horquilla para
mantener el mismo plano de giro (Ilustr. 7.5).
L Bielas gemelas: Son bielas idnticas que se colocan una a
continuacin de la otra sobre la mismamuequilla del cigeal. Este
sistema hace que los planos de rotacin de ambas bielas seencuentren
ligeramente desplazados, aumentando as la longitud del bloque.
-
I.8.- El cigeal.
E.U.I.T.Industrial 19
Ilustracin 7.5.- Tipos de bielas utilizados en los motores en V
y en estrella.
Ilustr. 8.1.- Cigeal de un MEP-4T de 4 cilindros.
8.- El cigeal.
8.1.- Definicin, partes y esfuerzos que soporta.El cigeal es el
elemento que transforma,
en ltima instancia, el movimiento rectilneoalternativo del pistn
en rotativo. De igualforma, el esfuerzo lineal recibido del pistna
travs de la biela queda convertido en unpar, conocido como Par
motor.
Se puede decir que el cigeal es una vigacontinua simplemente
apoyada en n puntoscon una serie de codos decalados entre s
uncierto ngulo en el que pueden diferenciarselas siguientes partes
(Ilustr. 8.1):
L Muequillas: Zonas cilndricas por dnde se conectan las bielas.L
Apoyos: Zonas cilndricas que sirven de apoyo y de puntos de
transmisin de fuerzas a la bancada.L Palas: Placas que unen las
muequillas con los apoyos.L Contrapesos: Las masas que, a modo de
prolongacin de las palas, sirven para equilibrar
dinmicamente el conjunto pistn-buln-biela-cigeal. Pueden ser
integrales o postizos(atornillados).
El cigeal soporta distintos esfuerzos:L Fuerzas transmitidas por
las bielas: Las debidas a la combustin y las fuerzas de inercia
del
conjunto pistn-buln-biela.L Fuerzas debidas al propio cigeal:
Las de inercia y las causadas por las vibraciones torsionales.L
Otros: Momentos aplicados por el accionamiento de elementos
auxiliares (distribucin, bomba
de aceite, bomba de inyeccin, etc.).
-
Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas20
Ilustracin 8.2.- Operaciones de mecanizado y tratamiento
superficial de los apoyos, muequillas y acuerdos.
La composicin de estos esfuerzos hace que el cigeal trabaje a
flexin y torsin combinadas. Noobstante, debido al carcter
alternante de los esfuerzos que intervienen, su clculo se hace a
fatiga. Elestudio dinmico conduce a la determinacin de las
velocidades de rotacin para las que el cigealentra en resonancia.
Dichas velocidades crticas deben estar lejos de las de
funcionamiento normaldel motor.
8.2.- Alternativas de ejecucin.Hoy en da hay tambin se pueden
obtener por fundicin y se deben tener en cuenta los
siguientespuntos:
L Proceso de fabricacin: La fabricacin por forja en fro y/o en
caliente es el sistema defabricacin que permite obtener las mejores
propiedades mecnicas del cigeal aunque tambinel de mayor coste. La
fabricacin de cigeales forjados en motores de 2 4 cilindros
esrelativamente sencilla, pero cuando es mayor el nmero de
cilindros el proceso se complica al noestar todos los codos sobre
el mismo plano. Para cigeales no demasiado cargados o degeometra
compleja, el uso de la fundicin resulta ms econmico y ms verstil.
Tanto para loscigeales forjados como para los fundidos, las
muequillas y los apoyos son finalmentemecanizados y tratados.
L Materiales: Para cigeales forjados se suele utilizar aceros
aleados con Cr-Mo, con Cr-Mn o conCr-Ni-Mo. Mientras que en los
fundidos es la fundicin con grafito esferoidal la ms adecuada.
L Tratamientos: Tras mecanizar los apoyos, muequillas y radios
de acuerdo se les debe de daralgn tipo de tratamiento para aumentar
su resistencia mecnica y dureza. El temple por induccin(Ilustr.
8.2.c) o la nitruracin son soluciones habituales. No obstante,
despus del temple se deberealizar un rectificado de la superficie y
despus de la nitruracin, un pulido.
L Realizacin de los radios de acuerdo (Ilustr. 8.2.a-b): Los
radios de acuerdo entre lasmuequillas o los apoyos y las palas
tienen una importancia vital en la resistencia mecnica a lafatiga
del cigeal. Por ello, la dureza y el acabado superficial de estos
radios debern seradecuados. Estos acuerdos pueden fabricarse
mediante rectificado o bien mediante rulinado. Elrulinado es un
proceso de conformacin por deformacin en fro (forja) en el que unos
rodilloscon forma llamadosrulinas consiguen un acabado superficial
de calidad.
-
I.9.- Los cojinetes.
E.U.I.T.Industrial 21
Ilustr. 8.3.- Cigeal de un motor de 6 cilindros con 7
apoyos.
L Nmero de apoyos: Los MEP de altasprestaciones y los MEC llevan
n+1apoyos, siendo n el nmero demuequillas, esto es, llevan un
apoyointercalado entre cada dosmu e q u i l l a s ( I l u s t r . 8
. 3 ) .Habitualmente, los MEP llevan n/2 +1 apoyos, es decir, el
apoyo vaintercalado entre cada dos parejas demuequillas (Ilustr.
8.1). La relacinentre el nmero de apoyos y el nmero de muequillas
viene condicionado por la carga mecnicatransmitida por las bielas
al cigeal. Por ello, los motores diesel, cuya presin de combustines
mayor, utilizan mayor nmero de apoyos.
9.- Los cojinetes.9.1.- Definicin, propiedades y partes.
Los cojinetes son las piezas que se interponen entre los
elementos del motor que tienen entre smovimiento relativo rotativo
u oscilante, con el fin de reducir el rozamiento. Para su
funcionamientorequieren lubricacin hidrodinmica (Ilustr. 9.1.a).
Deben poseer las siguientes propiedades:
L Resistencia mecnica, fundamentalmente a fatiga.L
Deformabilidad: Capacidad de deformarse para adaptarse a la forma
del eje.L Embebilidad: Capacidad para embeber pequeas partculas de
polvo o virutas que puedan daar
al cigeal.L Compatibilidad: Dificultad para formar soldadura con
sus ejes.L Resistencia a la corrosin: Capacidad de soportar los
contaminantes qumicos del aceite.L Resistencia a la alta
temperatura: Su temperatura de funcionamiento alcanza los 150C.L
Alta conductividad trmica: Permite evacuar el calor generado por la
friccin viscosa y evita su
calentamiento.
En general, los cojinetes o semicojinetes tienen dos partes
claramente diferenciadas (Ilustr. 9.1.b,c):L Soporte o tejuelo: Es
la parte estructural de la pieza y sirve para soportar el material
antifriccin.L Material antifriccin: Se deposita sobre el tejuelo
por fusin o sinterizado y, al ser la parte que
est en contacto con el eje, es la que confiere las propiedades
caractersticas al cojinete. Estformada por una o varias capas de
materiales (cojinetes bimetlicos o trimetlicos) para que elconjunto
posea las propiedades anteriormente mencionadas. La unin de las
distintas capas serealiza mediante una microcapa de nquel que
aumenta la adherencia y evita la difusin del estaode la capa de
rodadura.
Nota: La menor resistencia a la fatiga y la posibilidad de
rotura repentina de los rodamientos haceque su uso en los MCIA
quede restringido a aquellas aplicaciones que carecen de engrase
apresin. As, los pequeos motores de 2T cuyo engrase se realiza por
mezcla con elcombustible, no usan cojinetes.
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas22
Ilustracin 9.1.- Perfil de presiones, forma y estructura de un
semicojinete.
Ilustr. 9.2.- Cojinetes utilizados por un MCIA.
9.2.- Materiales.
El soporte o tejuelo est fabricado con acero suave. En lo que se
refiere al material antifriccinexisten varias posibilidades:
L Metal blanco: Aleaciones a base de plomo, estao y cobre,
siendo alguno de los primeros elcomponente principal. Actualmente
estn en desuso por su baja capacidad de carga.
L Cupro-plomo: No son aleaciones, son mezclas en las que el
cobre forma una matriz porosa quealoja al plomo en sus
intersticios. Se pretende unir la resistencia mecnica del cobre con
laspropiedades antifriccin del plomo. El inconveniente de esta
mezcla es la tendencia al gripaje yla tendencia a la corrosin del
plomo, motivos por los cuales se suele recubrir con una capa
demetal blanco (capa de rodadura). Dentro de este grupo se
encuentran tambin los bronce-plomoscon porcentajes considerables de
estao.
L Aleacin de aluminio: Aunque tienen menor resistencia mecnica
que los cupro-plomos nonecesitan de la incorporacin de la capa de
metal blanco (bimetlicos). Son tpicas las aleacionescon Al-Sn o
Al-Si aunque esta ltima necesita recubrimiento con metal
blanco.
9.3.- Forma.
Los cojinetes pueden clasificarse segnlos esfuerzos que deben
soportar y segn suforma del siguiente modo (Ilustr. 9.2):
L Axiales: Cuando la componenteprincipal del esfuerzo a
soportartiene la direccin del eje. Tienenforma de corona circular
si sonenterizos o de semicorona si sonpartidos (p.e. los cojinetes
axialesdel cigeal).
L Radiales: Cuando la componenteprincipal del esfuerzo a
soportar tiene la direccin perpendicular al eje. Tienen forma de
cilindrosi son enterizos (los del rbol de levas) o de semicilindros
si son partidos, caso ms habitual (losde bancada).
10.- La distribucin.
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I.10.- La distribucin.
E.U.I.T.Industrial 23
Ilustr. 10.1.- Disposiciones de la distribucin.
10.1.- Definicin y funciones.El funcionamiento de los MCIA exige
la introduccin a la cmara de combustin del aire, la
compresin y combustin de la mezcla y por ltimo, la expulsin de
los gases quemados. La distribucines, precisamente, el conjunto de
mecanismos o dispositivos que regulan la entrada de los gases a
lacmara de combustin y su posterior salida. Para ello las vlvulas
que controlan la entrada y salida dela cmara deben abrir y cerrar
en el momento oportuno de forma fiable y silenciosa y con un
desgastey consumo de potencia reducidos.
El accionamiento de las vlvulas se hace desde el cigeal a travs
de ciertos elementos intermedios,por ello, su movimiento estar
sincronizado con el del cigeal y, en consecuencia, con el de
lospistones. Este sincronismo permite:
L La entrada de los gases frescos al cilindro cuando el pistn
desciende en su carrera de admisin.L La estanqueidad de la cmara de
combustin cuando el pistn asciende a lo largo de la carrera
de compresin y cuando el pistn desciende durante la carrera de
expansin.L La salida de los gases quemados al ascender de nuevo el
mbolo, durante la carrera de escape.
10.2.- Factores que influyen en el diseo de la distribucin.El
diseo de la distribucin condiciona aspectos importantes del motor
como la mxima velocidad
de giro, el rendimiento volumtrico, el tamao, el peso, la
sonoridad, etc. Esencialmente depende de:L La disposicin del rbol
de levas (en bloque OHV o en culata OHC).L El tipo de accionamiento
(correa, cadena o engranajes).L El nmero y la disposicin de las
vlvulas (longitudinales al eje del motor, en ngulo, etc.).En el
diseo de la distribucin tiene gran importancia la inercia de los
distintos componentes que la
forman. As, cada elemento se comporta dentro de la cadena
dinmica como un muelle cuyadeformacin puede originar desfases en el
movimiento. Adems, el calentamiento de algunos elementosdel sistema
provoca dilataciones que, con un mal diseo, pueden ocasionar un mal
funcionamiento.
1.- Disposicin del rbol de levas.Al disear la distribucin se
tiende a acercar en
lo posible el rbol de levas a las vlvulas, lo quepermite reducir
las masas en movimientoalternativo y aumentar su rigidez total.
Lasdeformaciones elsticas que tienen lugar en cadaciclo en las
distintas piezas del accionamientooriginan vibraciones que
perturban el normalfuncionamiento del sistema, desplazan eldiagrama
de distribucin e incluso puedenoriginar la desconexin cinemtica
entre ellas. Elaumento de la velocidad de giro acrecienta
estosproblemas y obliga a aumentar la rigidez de losresortes y/o de
todo el sistema en su conjunto.
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas24
Ilustr. 10.2.- Esquema de la distribucin por correa.
A partir de lo anterior se comprende que cuando los motores
giran a altas velocidades se haganecesario el empleo del rbol de
levas en cabeza. Esta disposicin reduce el nmero de
componentesintermedios y, en consecuencia, aumenta la rigidez del
sistema y disminuye la masa, responsable de losefectos
dinmicos.
Las configuraciones ms habituales de la distribucin, atendiendo
a la posicin del rbol de levas sonlas que figuran en la ilustracin
10.1:
a) rbol de levas en culata (OHC) que acta sobre la vlvula por
medio de un empujador. b,c) rbol de levas en culata (OHC) que acta
directamente sobre el balancn que mueve la vlvula.
d) rbol de levas en culata (OHC) que acta, a travs de un
empujador, sobre el balancn que muevela vlvula.
e) rbol de levas en bloque (OHV), idntico al anterior, pero el
empujador acta sobre el balancna travs de una varilla.
Disposicin OHV OHC
Rigidez media / baja altaMasa media / alta baja
Altura motor baja altaVelocidad mxima media / baja alta
Tabla 10.1.- Comparacin de las disposiciones de rbol de levas en
bloque y en culata.
2.- Tipo del accionamiento.El accionamiento es el conjunto de
mecanismos que transmiten el movimiento desde el cigeal al
rbol de levas y a la bomba de inyeccin de los MEC o al
distribuidor del los MEP. La relacin detransmisin de este
accionamiento es , debido a que el movimiento de las vlvulas, la
inyeccin decombustible en los motores diesel o el salto de la
chispa en los de gasolina tiene lugar una vez por cicloo, lo que es
lo mismo, una vez cada dos vueltas de cigeal. El accionamiento
puede realizarsemediante:
L Correa: (Ilustr. 10.2) Se trata de unacorrea dentada de
neopreno, reforzadacon cables de polister interiormente ycon un
recubrimiento de nylon que reducela friccin e incrementa la
resistencia aldesgaste. Tiene una aplicacin similar a lacadena. No
precisa lubricacin y es unmecanismo ms silencioso aunque escapaz de
transmitir menos potencia.
L Cadena: (Ilustr. 2.3) Cuando el rbol delevas est dispuesto en
la zona alta delbloque o en la culata, el empleo de lacadena es
frecuente. El funcionamiento esms silencioso que con engranajes.
Coneste montaje, la precisin en la distancia entre los centros de
los ejes no precisa ser tan alta como
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I.10.- La distribucin.
E.U.I.T.Industrial 25
Ilustr. 10.3.- Componentes de la distribucin.
en el caso del accionamiento por engranajes. Por otro lado, la
cadena va provista de un tensor quecompensa el desgaste y la
elongacin que el conjunto adquiere con el funcionamiento.
Resultacomn el uso de cadenas de rodillos y, con menos frecuencia,
cadenas dentadas. stas ltimas sonms silenciosas que las de rodillos
y se suelen emplear con pequeas distancias entre centros.
L Engranajes: (Ilustr. 3.8) Se utilizan cuando la distancia
entre el cigeal y el rbol de levas espequea. A medida que aumenta
esta distancia aumenta la dificultad para conseguir
laconcentricidad de los engranajes y aumenta el ruido. Este sistema
requiere reducir la toleranciade mecanizado de la distancia entre
ejes. El uso del dentado helicoidal reduce el ruido.
Accionamiento CORREA CADENA ENGRANAJES
Potencia transmisible baja / media media / elevada elevadaVida
cambios peridicos media vida del motor similar al motor
Mantenimiento sustitucin lubricacin lubricacin
Ruido bajo medio / bajo medio / altoCoste bajo medio alto
Tabla 10.2.- Comparacin de los distintos tipos de
accionamiento
3.- Disposicin de las vlvulas.Dependiendo de la forma de la
cmara de combustin y del tipo de motor, las vlvulas se colocan
paralelas al eje del motor pero con distintas configuraciones:L
En una sola fila (Ilustrs. 3.2, 3.8), con o sin inclinacin
vertical.L En dos filas (Ilustr. 3.1), con o sin inclinacin
vertical (habitual en motores multivlvula). Esta
disposicin suele ir combinada con el uso de dos rboles de levas
en cabeza (DOHC).
10.3.- Componentes de la distribucin.
1.- rbol de levas:Las levas son los elementos mecnicos que
regulan la apertura y cierre de las vlvulassegn una ley que
depende de lascaractersticas del motor. En la leva sedistinguen dos
partes: una circular crculobase que se corresponde con el tramo
ADCde la leva en la ilustracin 10.3 y otra lobuladaperfil activoque
se corresponde con el tramoABC de la leva en la ilustracin 10.3.
Cuandocontacta con el siguiente elemento de lacadena cinemtica, el
empujador, por la zonadel crculo base, no transmite movimiento y
lavlvula no se mueve. Cuando acta el perfilactivo, transmite
movimiento hacia la vlvulaoriginando su apertura o cierre.
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas26
Ilustr. 10.4.- Tipos de empujadores o taqus.
Para que la apertura y el cierre de las diferentes vlvulas se
realice en el momento oportuno esnecesario sincronizar el
movimiento de las levas y el cigeal. El rbol de levas es el eje
donde se sitanlas levas convenientemente decaladas para que se
produzca la sincronizacin. El rbol dispone de doslevas por cada
cilindro del motor ya que una controla la admisin y la otra el
escape. Dependiendo dela disposicin de las vlvulas puede hacerse
necesario el uso de dos rboles de levas por fila de
cilindros(Ilustr. 10.2). El rbol de levas suele incorporar el
accionamiento de la bomba de aceite y deldistribuidor de los MEP
(Ilustr. 9.2). Intercalados entre las levas se encuentran los
apoyos que,convenientemente lubricados, permiten transmitir las
reacciones a la culata o al bloque. En el caso derbol en bloque, el
radio de los apoyos debe ser mayor al de la cresta de la leva para
que sta puedapasar por los alojamientos en el proceso de
montaje.
Las levas, en general, se forjan o se funden junto con el eje.
ste debe poseer gran rigidez yresistencia para absorber los
esfuerzos flectores y de torsin, as como las vibraciones
defuncionamiento. El material utilizado en los rboles fundidos es
fundicin gris por su bajo precio yresistencia al desgaste. La
periferia de las levas y apoyos deben recibir un tratamiento trmico
o decementado para aumentar la resistencia al desgaste e incluso a
veces se fabrican con una capa defundicin blanca.
2.- Empujadores o taqus.Los empujadores estn en contacto con
las
levas y convierten su rotacin en unmovimiento de traslacin,
transmitindolo alsiguiente componente de la distribucin,varilla,
balancn o vlvula segn el caso.Pueden tener distintas formas
constructivas enfuncin de su ubicacin y del espaciodisponible
siendo las ms comunes la tiposeta y la tipo vaso. Aunque a simple
vistaparece plana, la superficie de contacto deltaqu con la leva es
esfrica para evitar desgastes locales por defectos de
fabricacin.
El eje longitudinal del empujador suele estar desplazado
respecto del eje de simetra de la leva. Poresta razn, durante el
funcionamiento se produce una rotacin del empujador que asegura un
desgasteuniforme de las superficies de contacto.
Existe un tipo especial de empujadores, los hidrulicos, que
utilizando el aceite del motor consigueneliminar las holguras de
funcionamiento de la distribucin en cada ciclo del motor. Su
funcionamientose basa en que durante el periodo de reposo del taqu
y, por el efecto de la presin del aceite del circuitode engrase, se
separan dos cilindros deslizantes hasta eliminar las holguras
existentes entre las distintaspiezas. La existencia de una vlvula
antirretorno impide que el aceite se salga de la cmara de
presintras una parada del motor o al comienzo del desplazamiento.
Con los taqus hidrulicos se eliminan loschoques de contacto entre
piezas, los rebotes, el mantenimiento peridico y, adems, se reduce
el ruido.
Los taqus se suelen fabricar de acero con las zonas de contacto
y deslizamiento cementadas o defundicin gris, aleada o no, con
zonas de contacto y deslizamiento templadas o de fundicin blanca.
Encasos especiales se puede recurrir al uso de materiales
especiales soldados para las zonas ms cargadaso, incluso, a la
incorporacin de un rodillo seguidor. En cualquier caso el material
debe estar elegidoen funcin del material de las levas.
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I.10.- La distribucin.
E.U.I.T.Industrial 27
Ilustr. 10.5.- Diferentes tipos de varillas.
Ilustr. 10.6.- Vlvulas huecas.
3.- Varillas.Este componente se u t i l iza
exclusivamente en los motores OHV. Sufuncin es transmitir el
movimiento de losempujadores al balancn (Ilustr. 10.5).
Suconstruccin puede ser de acero macizo conextremos tratados
trmicamente (c) o tubularde aleacin de aluminio con
extremospostizos de acero endurecido (a-b).
La esbeltez de las varillas les hace ser unode los elementos ms
flexibles de ladistribucin, de hecho, son
responsablesaproximadamente del 55% de la deformacintotal del
sistema. Para minimizar el problema debe tratarse de reducir su
longitud al mximo y de reducirsu masa. Las de tipo tubular son
ventajosas pues, a pesar de ser menos resistentes, su masa
provocaefectos dinmicos menores.
4.- Balancines.El balancn es una palanca que permite amplificar
el levantamiento determinado por la leva en
funcin de la relacin de sus brazos (Ilustr. 10.1). Valores del
150% son habituales. Conseguirlevantamientos en vlvula importantes
con levas de altura reducida conlleva una serie de ventajas
siendolas ms importantes la reduccin de los efectos dinmicos y la
de velocidades de deslizamiento. As, losmotores OHC que no usan
balancines necesitan aumentar la altura de la leva.
Los balancines de dos brazos (tpicos de los motores OHV) van
todos montados sobre un eje comndescentrado que les permite girar.
Los de un brazo (tpicos de los motores OHC) son independientes
ypueden pivotar respecto un extremo. Tanto los de un tipo como los
de otro deben llevar algn dispositivoque permita regular la holgura
total del conjunto a no ser que el motor utilice empujadores
hidrulicos.El sistema ms utilizado es el de tornillo y contratuerca
aunque existen otros.
Los balancines se fabrican habitualmente por estampacin. La zona
que acta sobre la vlvula(martillo) y, en su caso, la zona de
contacto con el rbol de levas se ven sometidas a
deslizamientocombinado con altas presiones de contacto, por lo que
necesitan superficies perfectamente mecanizadasy endurecidas para
disminuir la posibilidad de gripajes y desgastes prematuros.
Actualmente en estaszonas se tiende a incorporar insertos de
materiales sinterizados, muchoms resistentes al desgaste que los
aceros ordinarios.
5.- Vlvulas.Son los elementos encargados de la apertura y cierre
de los
conductos de admisin y escape. Las vlvulas utilizadas
actualmente enla casi totalidad de los motores son las llamadas
vlvulas de plato quepresentan rea de paso y coeficiente de gasto
elevados y un coste defabricacin reducido aunque su capacidad de
refrigeracin es baja. Eneste tipo de vlvulas pueden distinguirse
dos partes (Ilustr. 10.6):
L Pie o vstago: Es la parte recta responsable del guiado y de
lasujecin de la vlvula. Su longitud depende en gran medida de
laaltura de la culata y de la longitud del resorte.
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas28
Ilustr. 10.7.- Vlvula de escape conrefrigeracin lquida.
L Cabeza: Es la parte circular sobre la que se mecaniza la
superficie cnica de cierre y que, juntocon el asiento mecanizado en
la culata, forma una junta estanca.
Algunos de los aspectos importantes que se deben determinar en
el momento del diseo son:L El ngulo de asiento.L rea de paso de la
vlvula.L El material a utilizar.La importancia del ngulo de asiento
reside en que, a medida que aumenta, mejora el cierre por
aumentar el efecto de enclavamiento, mejora el coeficiente de
gasto por la menor deflexin del flujopero empeora el rea de paso
que es casi proporcional al coseno del ngulo. Son valores
habituales 30para la vlvula de admisin y 45 para la de escape.
El valor del rea de paso tiene gran importancia por afectar
directamente al rendimiento volumtrico,parmetro que mide la
efectividad de la renovacin de la carga. A mayor rea de paso menor
velocidadde paso y mejor coeficiente de gasto. Son valores mximos
para las velocidades de admisin y escape60 y 100 m/s
respectivamente. El rea de paso de una vlvula depende de su
levantamiento mximo yde su dimetro estando el cociente de estos
parmetros, L/D, comprendido entre valores de 0.20 y 0.35.Valores
mayores no hacen crecer sensiblemente el coeficiente de gasto y
aumentar los problemas deinercia del sistema.
Por ltimo, el material que se debe utilizar en la fabricacin
delas vlvulas debe decidirse en funcin de las condiciones detrabajo
tan particulares de estos componentes. Las vlvulas seencuentran
sometidas, por un lado, a una carga mecnica percusivaconsiderable
y, por otro lado, a una importante carga trmica,particularmente en
la vlvula de escape que trabaja en torno a los700 C. Adems, la
composicin de los gases de escape combinadacon sus altas
temperaturas le dotan de una capacidad corrosivaconsiderable. La
evacuacin del calor se hace parte por el asiento(.75%), parte por
la gua y una pequea parte por los gases dealrededor. Por lo
anterior, el material utilizado en la construccinde vlvulas debe
cumplir, entre otros, los siguientes requisitos:
L Capacidad de soportar altas temperaturas.L Tenacidad en
presencia de entallas.L Resistencia a la corrosin.L Resistencia a
la formacin de cascarilla.L Resistencia al desgaste.L Conductividad
trmica elevada.Se suelen emplear aceros aleados con Cr, Ni, Si,
etc. con estructura martenstica o austentica. Los
primeros presentan buena conductividad trmica pero menor
resistencia a altas temperaturas por lo quese utilizan en las
vlvulas de admisin o el pie de las de escape. Los segundos tienen
mejor resistenciaa la corrosin, al impacto y a las altas
temperaturas aunque su peor conductividad hace que slo seutilicen
en la cabeza de las vlvulas de escape, utilizando en el vstago un
acero martenstico y soldandoambas partes por friccin. El extremo
del vstago, donde acta el balancn o el empujador, est sometidoa
elevados esfuerzos de compresin y rozamiento, por lo que se suele
reforzar por temple. En ocasiones,en el asiento de la cabeza de
vlvula se aporta un blindaje de metal duro (MEC: Stellite o
MEP:Eatonite).
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I.10.- La distribucin.
E.U.I.T.Industrial 29
Ilustr. 10.8.- Funcionamiento de un rotador de vlvulas.
Para reducir el problema de refrigeracin de la vlvula se pueden
utilizar vlvulas huecas semillenasde sodio que transmiten calor
hacia el pie, mejorando la refrigeracin (Ilustr. 10.6). Las vlvulas
deescape de los grandes motores diesel pueden ser refrigeradas
mediante una corriente lquida forzada(Ilustr. 10.7).6.- Tapa de
muelles y semiconos.
La tapa de muelles es la pieza que, colocada en el extremo
superior del vstago de la vlvula, letransmite los esfuerzos del
muelle a travs de una pieza cnica partida, los semiconos. Adems,
tienecomo misin mantener el o los resortes en posicin correcta.
Los semiconos tienenexteriormente forma cnicainvertida para
acoplar en elorificio cnico de la tapa demuelles. La forma interior
escilndrica con uno o variossalientes en forma de collary acopla
perfectamente en elvstago de la vlvula quelleva mecanizadas
unasacanaladuras para alojar loscollares de los semiconos. A mayor
nmero de ranuras y collares, mejor reparto del esfuerzo. El conoslo
transmite fuerza en la direccin en que la ejerce el resorte. Segn
estos semiconos comprendan unarco igual o menor de 180 grados, el
montaje vlvula-tapa de muelles ser fijo o flotanterespectivamente.
En este ltimo caso se produce el giro de la vlvula durante el
funcionamiento delmotor con las ventajas que ello conlleva en
cuanto a desgastes y estanqueidad. Los llamados rotadores(Ilustr.
10.8) obligan a la vlvula a girar un ngulo determinado mediante un
mecanismo de trinquete,cada vez que sta abre y cierra.
7.- Asientos de vlvula.El asiento de vlvula es el elemento de la
culata donde apoya la vlvula cuando se produce el cierre.
Puede estar mecanizado directamente sobre la culata o bien sobre
un anillo postizo de acero sinterizadoque se monta por
interferencia en un alojamiento mecanizado en la culata. En este
ltimo caso hay quecuidar el centrado del postizo para asegurar una
buena alineacin de su eje con el de la gua de lavlvula. Para
mejorar el cierre, el asiento se mecaniza con un ngulo ligeramente
menor al de la vlvula.
El asiento de la culata est sometido a una carga percusiva
importante, que aumenta con la velocidaddel motor, y a una elevada
temperatura, fundamentalmente en el escape. Estos parmetros
influyendecisivamente en el desgaste del asiento y, por supuesto,
en la eleccin del material.
8.- Guas de vlvula.La gua de la vlvula es el elemento por el que
se desliza el vstago de la vlvula en su movimiento
alternativo sirvindole de gua. Por lo general son postizas y van
montadas en la culata por interferencia,aunque en algunas ocasiones
se mecanizan directamente sobre ella. Su dimetro interior ha de ser
tal,que el juego resultante vstago-gua admita la dilatacin debida
al calentamiento que origina elfuncionamiento del motor y permita,
al mismo tiempo, la existencia de una delgada pelcula de aceiteque
evite el contacto metal-metal. Juegos excesivos provocan pelculas
de aceite de elevado espesor con
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
Sistemas Auxiliares de Motores y Mquinas30
el consiguiente consumo de aceite mientras que juegos escasos
provocan gripajes. Para evitar elconsumo de aceite se colocan en la
parte superior de la gua retenes de aceite. En la gua de admisinla
succin de aceite que efecta el colector es importante sobre todo en
los MEP a baja carga.
La refrigeracin de la vlvula es otra misin, no menos importante,
de la gua de la vlvula. El quelas guas de admisin sean ms cortas
que las de escape se debe, por un lado, a que las vlvulas deadmisin
no necesitan tanta refrigeracin como las de escape y, por otro, a
que el entorpecimiento delflujo de gases de admisin afecta ms al
rendimiento del motor que el del escape.9.- Muelles.
Tienen por objeto forzar a la vlvula y dems componentes de la
distribucin a seguir el perfil de laleva durante el proceso de
cierre, venciendo las fuerzas de inercia producidas durante el
movimiento.Adems, mantiene a la vlvula presionada contra su asiento
garantizando la estanqueidad de la cmarade combustin.
En la actualidad se emplean resortes de torsin en forma de
muelles helicoidales cilndricos. El usode dos resortes por vlvula
se justifica para mantener las tensiones en el resorte dentro de lo
admisible.Sin embargo, el uso de materiales con mejores
caractersticas permite utilizar un nico resorte porvlvula con las
ventajas que ello conlleva (menor peso y menor nmero de
componentes).
10.4.- Motores multivlvula.
Para estudiar la conveniencia del uso de vlvulas mltiples
(varias vlvulas de admisin y/o escapeen un mismo cilindro) es
preciso definir previamente una serie de parmetros:
L Ap: rea de paso de la o las vlvulas (relacionada con el
rendimiento volumtrico del motor).L Av: rea transversal de la o las
vlvulas (relacionada con la masa o inercia de la distribucin).L Ac:
rea de contacto con el asiento de la o las vlvulas (relacionada con
la transmisin de calor).L cd: Velocidad de la distribucin
(relacionada con problemas de inercia de la distribucin).De la
misma manera, se definen la relacin de dichas magnitudes con
parmetros de la vlvula (el
dimetro, D, el nmero de vlvulas, N, el levantamiento mximo, L, y
la velocidad de giro, n):
Ahora, manteniendo constante alguno de los parmetros se estudia
como evoluciona el resto cuandose utilizan vlvulas mltiples. Se
denotarn con subndice 1" a los valores relativos a vlvulas nicasy
con subndice 2" a los relativos a vlvulas mltiples:
1.- Suponiendo Ap = cte y L/D = cte.De stas consideraciones, se
obtiene que:
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I.10.- La distribucin.
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Ilustracin 10.9.- Esquema de dos culatas una multivlvula y otra
normal (a) Ac = Cte y (b) Av = Cte..
El rea de contacto entre la o las vlvulas y el o los asientos
aumenta con el nmero de vlvulas delmotor. Cuando se mantienen
constantes el rea de paso total y la relacin L/D, lo que mejora es
surefrigeracin.
Cuando se mantienen constantes el rea de paso y la relacin L/D,
el rea transversal de la o lasvlvulas es independiente del nmero de
vlvulas del motor, por lo que la masa del sistema no
semodifica.
Cuando se mantienen constantes el rea de paso, la relacin L/D y
la velocidad de giro del motor,la velocidad caracterstica de la
distribucin disminuye con el nmero de vlvulas del motor. Por
ello,los problemas de inercia disminuyen y es posible aumentar la
velocidad de funcionamiento del motor.
En definitiva, se comprueba que los parmetros anteriormente
definidos siempre mejoran o, cuandomenos, se mantienen. Se llega a
conclusiones similares cuando se realiza este estudio partiendo
dehiptesis diferentes.
2.- Suponiendo Ac = cte y L/D = cte (Ilustr. 10.9.a)Ap2/Ap1 <
1 (empeora)Av2/Av1 < 1 (mejora)cd2/cd1 < n2/n1 (mejora)
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Captulo I.- Elementos constructivos de los motores de combustin
interna alternativos.
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De todo lo visto se deduce que la utilizacin de vlvulas mltiples
conlleva una serie de ventajasdesde el punto de vista de
funcionamiento del motor (refrigeracin, inercia y rendimiento
volumtrico):
L Aumenta el rea de paso, Ap, con lo que mejora la renovacin de
la carga. En el caso b noocurre as pero se comprueba visualmente
que es debido al deficiente aprovechamiento de lasuperficie de la
culata.
L Disminuye la velocidad caracterstica de la distribucin, cd, y,
en consecuencia, los esfuerzosde inercia.
L Aumenta el rea de contacto de la vlvula con el asiento, Ac,
con lo que mejora su refrigeracin.L Disminuye el rea transversal de
la vlvula, Av, y, en consecuencia, la inercia de la
distribucin.
Por otro lado existen otra serie de beneficios:L La buja o el
inyector podrn estar centrados lo que implica una mayor simetra en
la cmara
de combustin. En los MEC, la ventaja ser mayor para los motores
de inyeccin directa ya quesi tienen precmara de combustin, la mayor
simetra no es en realidad tan importante. En losMEP, se conseguir
que la longitud a recorrer por el frente de llama sea menor.
L Los distintos conductos de admisin pueden generar distinto
grado de turbulencia de modo que,controlando con una vlvula de
mariposa el flujo que circula por alguno de ellos, es
posiblemodificar la turbulencia en funcin de las condiciones de
funcionamiento. Este fenmeno esfundamental para los MEP-DI y til en
los MEC-DI.