Motores de Combustion INTERNA

“Motor de Combustión Interna”

OPERACIÓN DE MAQUINARIA PESADA

Expositor: Téc. Luis Fernando Vásquez Ramos

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EL MOTOR 1.-CONCEPTO El motor es una maquina que esta conformada por un conjunto de piezas perfectamente sincronizadas que utiliza diferentes combustibles y energías para su funcionamiento y transformar dicha energía en movimiento o energía mecánica con la finalidad de accionar cualquier mecanismo existente. 2.-TIPOS DE MOTORES Tales como: • Motor de combustión. Motor de un automóvil • Motor eléctrico. El arrancador • Motor neumático. Compresor de aire • Motor hidráulico. La bomba de aceite • Motor a reacción. 3.-TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN 3.1.-Tipos De Motores De Combustión Interna: Es un conjunto de mecanismos perfectamente sincronizados que se encarga de transformar la energía calorífica o térmica producido por los combustibles en una energía mecánica o cinética de movimiento. 3.2.-Tipos De Motores De Combustión Externa: En este motor la combustión o expansión de los gases se realiza fuera de los cilindros, ya no es usado el día de hoy por ser demasiados lentos 4.-CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES 4.1.- Según El Combustible Que Utiliza: En este motor la combustión o expansión de los gases se realiza fuera de los cilindros, ya no es usado el día de hoy por ser demasiados lentos

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4.2.- Según El Sistema De Refrigeración: • • •

Motor refrigerado por agua Motor refrigerado por aire. Motor refrigerado mixto.

4.3.-Según El Ciclo De Trabajo: • •

Motor de cuatro tiempos. Motor de dos tiempos.

4.4.- Según El Número De Culatas: • •

Motor de una sola culata. Motor de varios culatas.

4.5.-Según La Ubicación Del Árbol De Levas: • •

Árbol de levas en el bloque del motor OHV Árbol de levas en la culata OHC Y DOHC.

4.6-Según La Carrera De Pistón: - Motor largo: Cuando la carrera del pistón es mayor que el diámetro del cilindro. - Motor cuadrado: Cuando la carrera del pistón es igual al diámetro del cilindro. - Motor súper cuadrado: Cuando la carrera del pistón es menor que el diámetro del cilindro.

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4.7.-Según El Número De Cilindros • •

Monocilindrico. Poli cilíndrico.

4.8.-Según La Ubicación De Cilindros: - Motor en línea: Tiene los cilindros dispuestos en línea de forma vertical en un solo bloque. Este motor se puede utilizar desde 2 a 8 cilindros, el motor de 4 cilindros es el mas utilizado hoy en día. El motor en línea es el mas sencillo constructivamente hablando por lo que su coste es mas económico así como sus reparaciones.

- Motor en v: Tiene los cilindros repartidos en dos bloques unidos por la base o bancada y formando un cierto ángulo (60º, 90º, etc.). Se utiliza este motor para 6 cilindros en adelante. Esta forma constructiva es ventajosa para un numero de cilindros mayor de 6, ya que es mas compacta, con lo cual el cigüeñal, al ser mas corto, trabaja en mejores condiciones. Tiene la desventaja de que la distribución se complica ya que debe contar con el doble de árboles de levas que un motor en línea, lo que trae consigo un accionamiento (correas de distribución) mas difícil y con mas mantenimiento.

- Motor horizontal u opuesto: Es un caso particular de los motores de cilindros en V. Los cilindros van dispuestos en dos bloques que forman un ángulo de 180º colocados en posición horizontal y en sentidos opuestos que se unen por su base o bancada. La ventaja de esta disposición es que reduce la altura del motor, por lo que se puede utilizar motos de gran cilindrada, en coches deportivos y autobuses que disponen de mucho espacio a lo ancho y no en altura.

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- Motor radial: Este tipo de motor era usado en las avionetas antiguas, los cuales podían producir grandes revoluciones y gran cantidad de fuerza; también se le conocía como motores tipo estrella 4.9.-Según La Disposición De Válvulas: - Tipo cabeza L: las 2 válvulas están ubicadas en el bloque del motor del mismo lado del cilindro. - Cabeza en I: se denomina motores de válvulas en la culata o válvulas superpuestas; porque las válvulas están montadas en la culata del cilindro sobre el cilindro. - Cabeza en F: las válvulas de admisión están ubicadas normalmente en la culata mientras que las válvulas de escape están ubicadas en el bloque del cilindro. - Cabeza en T: cuando las válvulas están ubicadas en el bloque del motor en sentido contrario una de la otra. 4.10.-Según El Control De Combustión: • •

a) Motores de inyección directa (Fig. 2). b) Motores con cámara de precombustión (Fig. No 3).

• •

c) Motores con cámara de turbulencia (Fig. No 4). d) Motores con cámara auxiliar de reserva de aire, llamada también célula de energía (Fig. Nº 5) o cámara de acumulación (Fig. No 6).

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4.11.-Por El Sistema De Alimentación De Aire: •

a) De aspiración natural. Cuando el ingreso del aire es solo por la depresión causada por el desplazamiento descendente del pistón

•

b) Sobrealimentado. Es cuando el motor tiene un turbo alimentador o soplador de aire el cual gracias a la fuerza de los gases de escape, empuja al aire y lo ase ingresar con mas fuerza dentro de la cámara de combustión

5.- FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR •

El ciclo del funcionamiento de los motores Diesel se caracteriza por la combustión del combustible, que se efectúa por medio de la presión y el calor facilitado por la elevada compresión del aire, en el interior de los cilindros.

6.- QUE ES UN CICLO • •

Es un conjunto de operaciones o tiempos que realizan los pistones para obtener un trabajo. Estas operaciones o tiempos se repiten miles de veces por minuto en cada cilindro del motor.

7.- QUE ES TRABAJO •

Es el desplazamiento del pistón o embolo por efecto de la expansión de los gases debido a la gran temperatura que se genera al quemar el petróleo conjuntamente con el aire (oxigeno). Admisión

•

Comienza cuando el píst6n se encuentra en el punto muerto superior (PMS). Se abre la válvula de admisión y el pistón baja provocando una succión, la cual ayuda a precipitar el aire dentro del cilindro hasta llenarlo. Cuando el pistón llega al punto muerto inferior (PMI), se cierra la válvula de admisión. El Cigüeñal ha girado media vuelta con una-carrera - del pistón.

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-

Compresión • Las válvulas de admisión y escape se encuentran cerradas, el pistón sube, comprimiendo el aire; en el interior del cilindro y aumentando la presión y la temperatura hasta comprimirlo totalmente en la cámara de combustión. El cigüeñal ha girado una vuelta, y con esta se han realizado dos carreras del pistón.

-

Expansión o fuerza • Al finalizar la carrera de compresión, el aire quedo comprimido en la cámara de combustión. Cuando se alcanzan la presión y la temperatura ideales por efecto de la alta compresión, estando el pistón en el PMS, se inyecta el combustible en el cilindro por medio del inyector . En ese momento se produce la combustión y los gases resultantes, en su expansión, empujan el pistón hacia abajo hasta llegar al PMI. El cigüeñal ha girado una y media vueltas con tres carreras del pistón. Esta carrera es la única que se denomina útil, por ser la que produce fuerza.

-

Escape • El pistón sube desde el PMI y se abre la válvula de escape, que permite la salida de los gases al exterior, expulsados por el pistón; al llegar al PMS, se cierra la válvula de escape. El cigüeñal ha girado dos vueltas con cuatro carreras del pistón, completando un ciclo de trabajo

8.- QUE ES DISTRIBUCIÓN: •

Es un conjunto de piezas perfectamente sincronizadas que controlan la entrada de aire y salida de los gases, esta sincronización debe estar en acorde en todo los mecanismos de distribución para que se pueda realizar el salto de la chispa de una bujía de encendido.

Constitución • • • • • •

a) Árbol de levas. b) Buzos. c) Balancines. d) Varillas empujadoras. e) Engranaje del eje de levas. f) Engranaje del eje del cigüeñal.

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Estos elementos pueden aumentar como dependiendo de la construcción del motor.

también

pueden

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disminuir,

9.- TIPOS DE DISTRIBUCIÓN: Distribución De Mando Directo:

•

Es cuando el pistón del eje cigüeñal engrana directamente con el eje de levas. El eje o piñón del eje cigüeñal debe tener una cantidad menor de dentado que el eje de levas. Ejemplo, Si el dentado del cigüeñal de 25 dientes, el eje de levas debe tener el doble dentado.

es

Distribución De Mando Indirecto:

• • • •

En este tipo de distribución el eje de levas puede ser accionado por cadena o correa de distribución o piñón intermedio que puede darse en el caso de que el eje de levas este el block de cilindros. Cuando el eje de levas este montado en la culata puede ser impulsado por el cigüeñal por intermedio de una cadena o correa de distribución que debe tener una deflexión de 6-10 m.m. Cuando es por correa dentado su funcionamiento debe ser en forma seca, ósea no debe estar en contacto por aceite, agua o cualquier otras impurezas. Cuando la distribución es indirecta por piñón intermedia, tiene que haber tres piñones para la sincronización, los cuales seria un piñón del eje cigüeñal, un eje de levas y un piñón intermedio entre ambos ejes el cual se le podría denominar como piñón loco.

VARIACIONES DE LAS VÁLVULAS DE ADMISIÓN.•

El avance de la apertura de la válvula de admisión (AAA) (Fig. Nº 5), para aprovecharla depresión producida por la rápida salida de los gases de escape, con el objeto de darle mayor velocidad de entrada al aire de la admisión. La válvula de admisión permanecerá abierta durante todo el tiempo de admisión, hasta que el pistón haya pasado el punto muerto inferior

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y dé comienzo a la carrera de compresión: esto se denomina retraso al cierre de admisión. VARIACIONES DE LAS VÁLVULAS DE ESCAPE.•

Al en producirse la expansión, el interior del cilindro se origina la carrera de trabajo del pist6n desde el punto muerto superior al inferior. Antes que el pistón llegue al punto muerto inferior, la válvula de escape comienza a abrirse (Fig. Nº 4), permitiendo la evacuación de una parte de los gases quemados que provienen de la combustión: esta anticipaci6n se denomina avance a la apertura de escape (ÁAE). La válvula de escape permanecerá abierta hasta que el pistón haya pasado el punto muerto superior, lo que se denomina retraso al cierre de escape (RCE). Ciclo practico Gráficamente, el ciclo de cuatro tiempos, con la apertura y cierre de las válvulas, se representa con diagramas circulares.

10.-TIPOS DE DISTRIBUCION POR SU FUNCIONAMIENTO: -

Distribución Cerrada: Es cuando la válvula de admisión se abre en el punto muerto superior, y la válvula de escape se cierra en el punto muerto superior.

-

Distribución Abierta: Es cuando la válvula de admisión se abre cuando el pistón a pasado por el punto muerto superior y la válvula de escape se cierra antes de llegar el pistón al punto muerto superior.

-

Distribución Cruzada: En este tipo la válvula de admisión se abre antes de llegar el pistón al punto muerto superior, y la válvula de escape se cierra cuando el pistón ha pasado el punto muerto superior.

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MÚLTIPLES DE ADMISIÓN Y ESCAPE 11.- CONCEPTO •

Son tubos, de formas especiales, que van montados en la culata. El de admisión, conduce al aire al interior de los cilindros del motor; el de escape, permite la salida de los gases quemados, producto de la combustión.

12.- TIPOS • •

a) Múltiple de admisión, y b) múltiple de escape.

13.- CARACTERISTICAS: - En motores de aspiración natural • la galería principal del múltiple de admisión está unida por medio de mangueras al purificador de aire. El múltiple de escape está dispuesto para montar solamente el tubo de escape y el silenciador. - En motores de aspiración forzada • la galería principal del múltiple de admisión está Conectada con el turbo cargador. El múltiple de escape, además de llevar instalados el silenciador el tubo de escapé, posee una sección donde se monta el turbo cargador.

y

14.- CONSTRUCCIÓN: • • • •

Los múltiples de admisión se fabrican de hierro fundido o aleaciones de aluminio; los de escape, se fabrican da hierro fundido, y sus formas varían de acuerdo al tipo de motor. Según el tipo de construcción, los múltiples pueden ser: de una sola pieza, y seccionados.

15.- LA CULATA:

•

•

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Es la tapa superior de los cilindros, la cual tapa el monoblock e independiza cada uno de los cilindros con su cámara de combustión, sus válvulas y cámara de combustión. En al culata se encuentra montado el conjunto de válvulas y balancines y en algunos motores llevan los descansos del eje de levas.

16.- CONSTRUCCIÓN: •

La culata se construye de fierro fundido y aluminio, es de una sola pieza para cada grupo de cilindros, los motores en V y los horizontales de cilindros opuestos llevan dos culatas.

y

Empaquetadura de culata •

Para conseguir la hermeticidad entre ambos componentes se emplea una lámina de acero o asbesto, llamada empaquetadura, esta impide escapes de la compresión de los cilindros y el agua de las chaquetas a los cilindros.

•

La culata se une herméticamente con el monoblock por pernos de acero de gran resistencia, al igual que los del cigüeñal deben ser ajustados con el torquimetro.

17.- TIPOS DE CULATA Según el sistema de refrigeración en los motores, las culatas se pueden clasificar en dos tipos generales: • •

a) las que se utilizan en motores refrigerados por agua, y b) las usadas en refrigeración por aire.

Existen motores Diesel equipados con una sola culata para todo el bloque; o bien con una culata para cada grupo de dos o tres cilindros o una, para cada cilindro.

VÁLVULAS, ASIENTOS, GUIAS Y RESORTES

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Son elementos del sistema de distribución. Se estudian juntos, aunque tienen características, diferentes. 18.- LAS VALVULAS •

Son los elementos de la distribución que se encargan de permitir el ingreso del aire purificado y la salida de los gases quemados

19.- PARTES DE LAS VÁLVULAS: · • • • •

• •

1.- Cabeza.- es la parte circular de la válvula existen varios tipos de válvula según la forma de la cabeza de la válvula. 2.- Margen.- representa el espesor de la válvula entre la cabeza y la cara y sirve para evitar que se deforme o se queme por efecto del calor. 3.- Cara.- es la parte de la válvula que asienta sobre el asiento y produce un cierre hermético se esta; el Angulo de la cara normalmente es de 30° a 45°. 4.- Margen.- representa el espesor de la válvula entre la cabeza y la cara y sirve para evitar que se deforme o se queme por efecto del calor. 5.- Vástago.- es la parte central de la válvula que se desplaza en la guía de válvula y en los extremos se encuentra las ranuras de seguridad donde va montado unos seguros de media luna que evitan que el resorte se safe de la válvula. 6.- Talón.- es la parte de la válvula donde asienta la cara de contacto del balancín y se calibra la luz y holgura de válvula en dicha superficie. 7.- Ranura de seguro.- estas ranuras son las que permiten asegurar a la válvula con el sombrero de resorte en algunas válvulas: se tiene solo un ranura en otras; en motores de alta revolución tienes 2 ranuras de seguro.

20.- CONSTRUCCIÓN: a) Válvulas de admisión: Normalmente se construyen de acero-cromo-níquel. Algunas poseen un deflector cuya finalidad es crear o mejorar la turbulencia del aire durante la admisión. •

En algunos tipos, la cara de asiento de las válvulas es recargada con estelita (aleación de acero con cromo, tungsteno y carbono), la cual se aplica por medio de soldaduras Mediante este sistema se obtiene mayor endurecimiento y resistencia para disminuir el, desgaste y prolongar la duración.

b) Válvulas de escape.-

• • •

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Los materiales son similares a los de admisión, pero Se les agrega tungsteno para .soportar las altas temperaturas. Los vástagos de las válvulas son prácticamente iguales en diversos modelos; se usa acero y níquel para los vástagos de las válvulas de admisión, y aleaciones diversas de acero para los vástagos de las válvulas de escape. En algunos casos, los vástagos de las válvulas de escape tienen una zona de -menor diámetro cerca de la cabeza (Fig.23), que tiene la finalidad de evitar que se acumule exceso de carbón en el vástago y pueda trabar el movimiento de la válvula.

21.- DIFERENCIA ENTRE LAS VÁLVULAS DE ADMISIÓN Y ESCAPE. • • • •

a) Cuando las válvulas son de diferente tamaño, las de cabeza más larga o grande son de admisión. b) Cuando las marcas están con letra, las de admisión llevan “IN”, y las de escape llevan “EX”. c) Durante su trabajo en el motor las que se abren al bajar el pistón son las de admisión, y las que se abren al subir el pistón son las de escape. d) Cuando el motor ya esta funcionando las válvulas adquieren un color diferente, las de admisión son de color grisado oscuro y las de escape un color ladrillo.

CARACTERÍSTICAS.•

La válvula de admisión se caracteriza por tener la cabeza de mayor diámetro que la de escapé.; La válvula de escape tiene la cabeza de un diámetro menor, pero sus materiales resisten elevadas temperaturas.

UBICACIÓN. – •

Las válvulas de los motores Diesel se instalan en la culata y pueden ser dos, tres o cuatro por cilindro, según el diseño del motor. Y en algunos casos, están dispuestas verticalmente a causa de la forma plana de la cámara de combustión, Se accionan por buzos, varillas y balancines, o bien directamente, cuando el árbol de levas está situado en la culata.

22.- PARTES QUE ACOMPAÑAN A LAS VÁLVULAS •

Estas partes deben estar en contacto con la misma culata del cilindro que puede ser asiento o casquillo, la lumbrera, un resorte, guía de válvula, reten de aceite, un par de seguros y un platillo o soporte de reten.

23.- FINALIDAD DE RESORTES DE VALVULAS

•

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Es tirar de la válvula para que este se pegue contra su asiento (en fracción de segundos) y cierre el ingreso o la salida de los gases o residuos de la combustión a través de las lumbreras.

Construcción • Son construidos de acero especial de gran flexibilidad, la válvula lleva un resorte o dos resortes de diferentes diámetros con el fin de amortiguar las vibraciones en alta velocidad.

CARACTERÍSTICAS.•

Los resortes se caracterizan por la forma de sus espiras. En algunos están uniformemente espaciadas; en otros, hay un número de espiras unidas en ambos extremos. Cuando las .espiras están unidas en un solo extremo, ese lado debe colocarse hacia la culata. BUZOS, VARILLAS Y BALANCINES

Son elementos que transmiten el movimiento del árbol de levas hasta las válvulas, para que éstas realicen su cierre y su apertura durante los ciclos de trabajo correspondiente. 24.- CONCEPTO DE BUZOS: Constan de un cuerpo de forma cilíndrica, que en algunos casos dispone de huecos con lados abiertos que tienen por finalidad reducir el peso de la pieza.

25.- TIPOS DE BUZOSGeneralmente, los motores Diesel usan dos tipos de buzos: • - el cilíndrico , y • - el de cabeza . CONSTRUCCIÓN.-

•

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Se fabrican de acero cromo-níquel. La parte de contacto con la leva se endurece para resistir la presión y la fricción.

CARACTERÍSTICAS.•

Para facilitar su rotación, en algunos casos, el Buzo se encuentra descentrado con respecto a la leva. Otros tipos tienen la superficie de contacto ovalada para- lograr la misma finalidad

26.-CONCEPTO DE VARILLAS • • • •

Son piezas rectas construidas de acero. Los extremos son terminados de forma que puedan adaptarse a las superficies de apoyo de los- buzos y los balancines. La forma más común es la mostrada en la figura Nº 44, donde un extremo termina en forma de semiesfera, y él otro, en una especie de copilla. Las dimensiones de las varillas varían de acuerdo con las características de cada motor, y su función es la de transmitir el movimiento de los buzos a los balancines. Es requisito indispensable para su utilización que sean rectas.

27.- CONCEPTO DE BALANCINES. •

Se fabrican de diversos materiales, por procesos de estampado, fundición y forja. Normalmente están alojados en lo que se denomina árbol de balancines

CONSTITUCIÓN.Constan de: • 1. Balancín. • 2. Bocina de balancín. • 3. Resorte de separación. • 4. Tornillo y tuerca de regulación de válvulas. • 5. Eje de balancines. • 6. Soporte. • 7. Tornillos de fijación. • 8. Tapón. • 9. Resorte de reten. • 10. Retén de seguridad. 28.- TIPOS DE BALANCINES.

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•

Hay dos tipos generales de balancines. En la primera tenemos un balancín, cuyo contacto con el talón de la válvula causa frotamiento y en la otra figura, este contacto se produce por medio de un rodillo, motivo por el cual es más empleado en los motores diesel.

•

El balancín de rodillo tiene menos desgaste, debido a la rotación del rodillo; lo que, permite repartir el área de contacto y evitar que la fricción y la presión se produzcan continuamente en un mismo sitio.

29.- EL MONOBLOCK •

Es el corazón del motor hacho generalmente de hierro fundido o de aleaciones de aluminio es mas liviano su peso y mas eficiente en relación al calor que el de fabricado y hierro fundido el monoblock cuenta con rebordes de refuerzo en la parte exterior para aumentar su rigidez y ayudar en la radiación del calor. El bloque de cilindros contiene varios cilindros donde los pistones se mueven de arriba hacia abajo.

30.- COMPONENTES DEL MONOBLOCK: • • • • •

1.- Bloque. 2.- Cilindros o camisas. 3.- Bancadas principales. 4.- Cañerías o chaquetas de refrigeración. 5.-Conducto de lubricación.

31.- PISTONES. Los pistones realizan tres trabajos principales: • 1.- Transmiten la fuerza de combustión a la biela y al cigüeñal. • 2.- Sellan la cámara de combustión. • 3.- Disipan el calor excesivo de la cámara de combustión. 32.- PARTES DE UN PISTON

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El pistón, que transmite la fuerza de combustión, está compuesto por muchas piezas: • • • • •

1.-Cabeza - contiene la cámara de combustión. 2.-Ranuras y resaltos de los anillos - sujetan los anillos de compresión y de control de aceite. 3.-Orificio del pasador de biela - contiene un pasador que conecta el pistón con la biela. 4.-Anillo de retención - mantiene el pasador de biela dentro del orificio del pasador. 5.-Faldón de tope - soporta las presiones laterales.

33.- TIPOS DE PISTON Los pistones se construyen de diversas maneras. • • • •

1.-Cabeza de aluminio colado con faldón de aluminio forjado, soldada por haz electrónico. 2.-Compuestos. Formados por una cabeza de acero y un faldón de aluminio forjado empernados entre sí. 3.-Articulados. Cabeza de acero forjado con orificios de pasador y bujes, y un faldón separado de aluminio colado. Las dos piezas están conectadas por medio de un pasador de biela. 4.-El tipo más común es el pistón de aluminio colado de una sola pieza con una banda de hierro que lleva los anillos de los pistones.

34.- ESTILOS DE LOS PISTONES: • •

Los pistones de pre-combustión tienen una bujía incandescente en la cabeza. Los pistones de inyección directa no tienen bujías incandescentes.

35.- TIPOS DE ANILLOS DE PISTÓN: • Hay dos tipos de anillos de pistón: (1) anillos de compresión y (2) de control de aceite. Los anillos de compresión sellan la parte inferior de la cámara de combustión impidiendo que los gases de combustión se fuguen por los pistones. Anillo de control de aceite: • Normalmente hay un anillo de control de aceite debajo de los anillos de compresión. Los anillos de control de aceite lubrican las paredes de la camisa del cilindro al moverse el pistón hacia arriba y hacia abajo. La película de aceite reduce el desgaste en la camisa del cilindro y en el pistón.

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Resorte de expansión: Detrás del anillo de control de aceite hay un resorte de expansión que permite mantener una película uniforme de aceite en la pared del cilindro. Superficies endurecidas: Todos los anillos tienen una superficie endurecida para prolongar la duración de los anillos. Separación entre puntas de anillo: Todos los anillos de los pistones tienen una separación entre las dos puntas. Para impedir fugas, las separaciones entre puntas, no deben estar alineadas al instalarse. 36.- CONCEPTO DE BIELAS Y PIEZAS Las bielas están conectadas a cada uno de los pistones por medio de un pasador de biela. La biela transmite la fuerza de combustión del pistón al cigüeñal. Una biela consta de varias piezas: • • • • •

1.- Buje del pasador de biela. 2.- Vástago. 3.- Tapa. 4.- Pernos y tuercas de biela. 5.- Cojinetes de biela.

37.- AGUJERO DEL PIE DE BIELA Y BUJE DEL PASADOR DE BIELA: •

El agujero del pie de biela contiene el buje del pasador de biela. Este buje está dentro del agujero del pie de biela (3). Los bujes son una clase de cojinete que distribuyen la carga y pueden repararse cuando están desgastados.

- Orificio y tapa del cigüeñal:

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El orificio y la tapa del cigüeñal están en el extremo grande de la biela. Rodean el muñón del cojinete de biela del cigüeñal y conectan la biela con el cigüeñal. - Vástago: El vástago se extiende a lo largo de la biela. Tiene forma de viga en “T” para una mayor resistencia y rigidez. -Pernos y tuercas de biela: El perno y la tuerca de la biela sujetan la biela y la tapa al cigüeñal. Éste es el extremo del cigüeñal o el extremo grande de la biela. -Cojinetes de biela: Los cojinetes de biela están en el extremo del cigüeñal de la biela. El cigüeñal gira dentro de los cojinetes de biela que soportan la carga. -Casquillos de los cojinetes de biela: Por lo general, la mitad de casquillo superior soporta más carga. 38.- Cigüeñal: •

El otro extremo de la biela hace girar el cigüeñal, que está ubicado en la parte inferior del bloque de motor. El cigüeñal transmite el movimiento giratorio al volante proporcionando energía adecuada para el trabajo.

39.- PARTES DEL CIGÜEÑAL. • • • •

1.- Muñones de cojinetes de biela. 2.- Contrapesas. 3.- Muñones de cojinetes de bancada. 4.- Nervadura.

- Diseño del cigüeñal: • Los cigüeñales para los motores en línea generalmente sólo tienen un muñón de cojinetes de biela por cada cilindro mientras que los motores en "V" comparten un solo muñón de cojinetes de biela entre dos cilindros. - Muñones de cojinetes de biela: • Los muñones de los cojinetes de biela determinan la posición de los pistones. Cuando los muñones están arriba, los pistones están en el punto muerto superior. Cuando los muñones están abajo, los pistones están en el punto muerto inferior. El orden de encendido del motor determina el momento en que cada muñón de cojinete de biela llega al punto muerto superior.

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- Agujeros de aligeramiento: • Ciertos muñones de cojinetes de biela tienen agujeros de aligeramiento para reducir el peso del cigüeñal y ayudar a equilibrar el cigüeñal. - Conductos de aceite: • Tapón del conducto de aceite: • Los conductos perforados de aceite están taponados en un extremo por un tapón cóncavo o un tornillo de ajuste. - Nervadura: Los muñones de los cojinetes de bancada (1) y los muñones de los cojinetes de biela (2) están sujetos por medio de nervaduras (3). El radio entre la nervadura y el muñón se denomina curva de unión cóncava (4). - Contrapesos: Ciertas nervaduras tienen contrapesas para equilibrar el cigüeñal. Estas contrapesas pueden formar parte del forjado del cigüeñal o en ciertos casos están empernadas. - Muñones de los cojinetes de bancada de empuje Éste es un muñón de cojinete de bancada de empuje. Es uno de los muñones de los cojinetes de bancada. Su nervadura tiene flancos pulidos anchos. Funciona con el cojinete de bancada de empuje para limitar el movimiento hacia adelante y hacia atrás del cigüeñal llamado juego longitudinal. - Orificios de los cojinetes de bancada: El cigüeñal gira dentro de los cojinetes de bancada, que están bien sujetos en orificios ubicados en la parte inferior del bloque. - Casquillos de los cojinetes de bancada

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Cada cojinete de bancada está compuesto por dos mitades llamadas casquillos. La mitad de casquillo inferior encaja en la tapa del cojinete de bancada, y la mitad de casquillos superior encaja en el orificio del cojinete de bancada del bloque. Por lo general, la mitad de casquillo inferior soporta más carga y se desgasta más rápido. - Conjuntos de cojinete de bancada: Los conjuntos de cojinetes de bancada consisten en los orificios de los cojinetes de bancada del bloque del motor, las tapas de los cojinetes de bancada, que están sujetas por medio de pernos o espárragos, y los cojinetes de bancada propios. - Lubricación de los cojinetes Las mitades superiores de los cojinetes de bancada tienen un orificio de engrase y, normalmente, una ranura, de modo que el aceite lubricante se alimente continuamente por el orificio de lubricación de los muñones de los cojinetes de bancada. - Cojinetes de bancada de empuje Hay dos tipos de cojinetes de bancada de empuje: 1.-Los cojinetes de casquillo dividido constan de dos piezas. 2.-Los cojinetes de empuje con pestaña son sólo una pieza. - Conjunto de volante Consta de lo siguiente: • 1.- Volante. • 2.- Corona. • 3.- Caja de volante. - Volante: * El volante esté empernado a la parte trasera del cigüeñal en la caja del volante. * El cigüeñal hace girar el volante durante el tiempo de combustión, y el momento del volante mantiene el cigüeñal girando de manera uniforme durante los tiempos de admisión, compresión y escape. - Finalidad del volante El volante realiza tres funciones: • • •

1.- Almacena energía para ganar momento entre tiempos de combustión. 2.- Hace que la velocidad del cigüeñal sea uniforme. 3.- Transmite potencia a una máquina, al convertidor de par o a otra carga. SISTEMAS DE REFRIGERACION

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En este capitulo “sistemas del motor y pruebas” se verán los diversos sistemas del motor diesel, sus componentes, como operan y las diferentes pruebas que se pueden realizar en ellos. Al terminar el capitulo del sistema de enfriamiento, podrá identificar los componentes del sistema de enfriamiento y su función, el flujo del refrigerante a través del sistema de enfriamiento y las características del refrigerante. También se familiarizará con los procedimientos de pruebas del refrigerante y de los componentes del sistema de enfriamiento. Componentes del sistema de enfriamiento Los principales componentes del sistema de enfriamiento son: 1.- La bomba de agua 2.- el enfriador de aceite 3.- Los conductos a través del bloque del motor y la culata 4.- El regulador de temperatura y la caja del regulador 5.- El radiador 6.- La tapa de presión 7.- Las mangueras y las tuberías de conexión. Además, un ventilador, generalmente impulsado por correas, se encuentra cerca del radiador, para aumentar el flujo de aire y la transferencia de calor. Conceptos básicos En esta sección usted aprenderá a: 1. Identificar la función principal del sistema de enfriamiento. 2. Trazar el flujo de refrigerante a través del sistema. 3. Localizar la función de cada uno de los componentes del sistema de enfriamiento del motor. 4. Reconocer los diferentes sistemas de enfriamiento. Función del sistema de enfriamiento El sistema de enfriamiento del motor tiene como función mantener las temperaturas adecuadas del motor. Si falla el sistema de enfriamiento puede ocurrir un daño serio en el motor. Veamos los componentes y el flujo en el sistema de enfriamiento. Principio de operación

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El sistema de enfriamiento hace circular refrigerante a través del motor, para absorber el calor producido por la combustión y la fricción. Para hacer este trabajo, el sistema refrigerante aplica el principio de transferencia de calor.

Transferencia de calor El calor siempre se mueve de un objeto caliente (1) a un objeto mas frío (2). El calor puede moverse entre metales, fluidos o aire, lo que permite este movimiento de calor es la diferencia de temperaturas relativas entre los objetos. Mientras mayor sea la diferencia de temperatura mayor será la transferencia de calor. Cada componente del sistema de enfriamiento cumple con una función específica de la transferencia de calor. Componentes del sistema de enfriamiento Los principales componentes del sistema de enfriamiento son: 1. La bomba de agua 2. El enfriador de aceite 3. Los conductos a través del bloque del motor y la culata 4. El regulador de temperatura y caja del regulador 5. El radiador 6. La tapa de presión 7. las mangueras y tuberías de conexión. Además un ventilador impulsado normalmente por correas se encuentra cerca del radiador, para aumentar el flujo de aire y la transferencia de calor. Bomba de agua La bomba de agua se compone de un rodete con paletas curvas contenido en una caja. A medida que el rodete gira, las paletas envían el agua hacia fuera, a la salida formada por la caja. Ubicación de la bomba de agua Esta es una bomba de agua típica de un motor. Como puede ver, se instala en la parte delantera del bloque de motor.

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Enfriador de aceite De la salida de la bomba de agua, el refrigerante fluye al enfriador de aceite. Los enfriadores de aceite se componen de una serie de tubos contenidos en una caja. En este ejemplo, el refrigerante fluye a través de los tubos, y absorbe el calor del aceite del motor que rodea los tubos. El enfriador de aceite transfiere el calor del aceite lubricante, lo que permite que el aceite conserve sus propiedades lubricantes. Posenfriador Del enfriador de aceite, el refrigerante fluye al bloqueo o en caso de que el motor tenga turbocompresor, el refrigerante puede fluir al posenfriador. En algunos motores con turbocompresión, se utiliza. Si es así, el refrigerante irá al posenfriador. Cómo funciona el posenfriador El posenfriador absorbe el calor del aire de admisión. En un posenfriador de agua de la camisa, el sistema de enfriamiento disipa el calor del aire. El posenfriador se construye con tubos y aletas al igual que un radiador. El aire comprimido caliente que viene del turbocompresor pasa por las aletas y transfiere el calor al refrigerante contenido en los tubos. Camisa de agua Del enfriador de aceite o del posenfriador, el refrigerante fluye al bloque de motor y alrededor de las camisas del cilindro, y absorbe el calor residual de los pistones, de los anillos y de las camisas. Estas cavidades alrededor de estos componentes se denominan “camisa de agua”. Culata

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El refrigerante se desplaza desde los conductos del bloque del motor hasta la culata, y recoge calor de los asientos y guías de válvula.

Caja del regulador Una vez que el refrigerante sale de la culata, entra al termostato o a la caja de regulador. Dentro de la caja se monta el regulador de temperatura.

Regulador de temperatura El regulador de temperatura (o termostato) funciona como el “policía de tráfico” del sistema de enfriamiento. El trabajo del regulador es mantener una gama apropiada de temperaturas de operación. Para hacer esto, el regulador deriva el flujo del refrigerante a través del radiador o de un tubo de derivación de regreso a la bomba de agua.

Cómo funciona el regulador Cuando el motor esta frió, se cierra el regulador. El refrigerante circula de regreso a la bomba, y no pasa por el radiador. Esto ayudará a que el motor tenga la temperatura de operación. A medida de que el motor alcanza la temperatura de operación, la temperatura del refrigerante aumenta hasta llegar a la temperatura de apertura del regulador. A medida que abre el regulador, parte del refrigerante fluye el

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radiador. La otra parte de refrigerante fluye a la bomba de agua sin pasar el radiador. Con el aumento de la temperatura, el regulador se abre más, y más refrigerante pasa al radiador. Cuando el regulador se abre completamente, todo el flujo de refrigerante va al radiador. Prueba del regulador El regulador se debe probar durante el mantenimiento del sistema de enfriamiento, y reemplazarse, si es necesario. Nunca ponga en funcionamiento un motor Caterpillar si se ha quitado el regulador o si el regulador está instalado de manera incorrecta. El calentamiento excesivo puede producir un daño catastrófico en el motor, algunas veces, en cuestión de minutos. El radiador Si el regulador esta abierto, el refrigerante fluye a través de las tuberías o de las mangueras hasta la parte superior del radiador. Hasta este punto, la función del refrigerante es absorber el calor de todas las piezas del motor. En el radiador, la función cambia. Ahora el refrigerante transfiere el calor a la atmósfera. Cómo funciona el radiador En el radiador, el refrigerante fluye de la parte superior a la parte inferior. Los tubos y las aletas funcionan juntos para disipar el calor. Generalmente, los radiadores se instalan en el sitio que permita el mayor flujo de aire y la mejor transferencia de calor. Tapa del radiador Los radiadores tienen tapas de presión. La tapa determina la presión del sistema de enfriamiento durante la operación. Los sistemas de enfriamiento presurizados ayudan a evitar la ebullición del agua o gran altitud. A medida que se asciende sobre el nivel del mar, disminuye la temperatura de ebullición. Si el sistema de enfriamiento no esta presurizado, el refrigerante podría entrar en ebullición y ocasionar daños serios al motor. La tapa del radiador mantiene la presión del sistema de enfriamiento por medio de dos válvulas. Si la diferencia de presión entre el sistema de enfriamiento y la presión atmosférica sobrepasa la presión de apertura de la tapa, se abre una válvula de escape. Esto hace que una pequeña cantidad de aire escape y disminuya la presión en el sistema. El sistema se estabiliza.

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Cuando el motor se apaga y el sistema comienza a enfriarse, la presión del sistema de enfriamiento desciende a un valor menor que la presión atmosférica. La válvula de admisión de la tapa se abre, para permitir que entre aire al radiador. Esta operación equilibra y estabiliza las dos presiones.

Presión nominal de la tapa del radiador Se puede usar una gran variedad de tapas de presión, que depende de la altitud en la que se funciona el motor. La presión nominal está impresa en la tapa.

Prueba de la tapa Durante el mantenimiento del sistema de enfriamiento, se debe hacer una prueba en la tapa de presión y reemplazarla, si es necesario. En la sección tres se describirá como se realiza este procedimiento.

Ventiladores La transferencia de calor en el radiador se refuerza mediante un ventilador. Los ventiladores aumentan el flujo de aire al pasar por las aletas y los tubos del radiador.

Tipos de ventiladores Hay dos tipos de ventiladores de succión y sopladores. Los ventiladores de succión (1) absorben el aire a través del radiador, y los sopladores (2) empujan el aire a través del radiador.

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SISTEMA DE LUBRICACION Sistema de lubricación y prueba Al terminar esta lección, usted conocerá la función del sistema de lubricación e identificará los componentes del sistema y su función. Se verán también las propiedades importantes del aceite del motor y el flujo de aceite en el sistema de lubricación. Aprenderá como tomar las muestras de aceite y otras pruebas de rutina.

Conceptos básicos En esta sección, se verán los componentes del sistema de lubricación y su función. Usted podrá trazar el flujo de aceite a través del motor.

Sistema de lubricación La función principal del sistema de lubricación es hacer circular el aceite por el motor. El aceite limpia, refrigera y protege del desgaste las piezas en movimiento del motor. Componentes del sistema de lubricación El sistema de lubricación se compone de: 1. Sumidero o colector de aceite. 2. La campana de succión. 3. La bomba de aceite. 4. La válvula de alivio de presión 5. El filtro de aceite con válvula de derivación.

6. 7. 8. 9.

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El enfriador de aceite del motor con válvula de derivación. Los conductos de aceite principal. Los rociadores de enfriamiento del pistón. El respiradero del cárter, las tuberías de conexión y el aceite mismo.

Colector de aceite Colector de aceite o sumidero contiene el aceite del motor y se encuentra en la parte inferior del bloque de motor. El colector de aceite también disipa el calor del aceite a la atmósfera.

Campana de succión y rejilla de admisión Del colector de aceite, el aceite pasa a través de una rejilla de admisión y va a la campana de succión. La rejilla de admisión evita que las partículas grandes de escombros entren al sistema de aceite. La campana de succión transporta el aceite a la bomba de aceite. Bomba de aceite y válvula de alivio La bomba de aceite produce flujo de aceite, que circula a través del motor. La bomba de aceite se encuentra dentro o cerca del colector de aceite. El cigüeñal impulsa la bomba de aceite por medio del engranaje de la bomba de aceite. Una válvula de alivio de presión se encuentra, generalmente, cerca

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de la bomba de aceite. La válvula de alivio protege el sistema de lubricación contra presiones altas. Enfriador de aceite y válvula de derivación De la bomba de aceite, el aceite fluye al enfriador de aceite. Los enfriadores de aceite disipan calor del aceite. El aceite llena la caja del enfriador de aceite. Dentro de la caja están los tubos que llevan el refrigerante del motor. El calor se transfiere del aceite al refrigerante. El enfriador de aceite también tiene una válvula de derivación. Filtro de aceite y válvula de derivación El aceite fluye del enfriador del aceite al filtro de aceite. En los sistemas de lubricación, según su diseño, se puede usar uno o más filtros de aceite. Los filtros retienen los escombros y las partículas de metal del aceite. En los filtros tambien se usan válvulas de derivación. Sistema de filtro de flujo pleno En un sistema de filtro de flujo pleno, 100% del aceite pasa a través del filtro. Estos sistemas deben tener una válvula de derivación. Sistema con filtro de derivación Se usan dos filtros de aceite. Un 90% del aceite fluye por el filtro regular y 10% por el filtro de derivación. Generalmente, el filtro de derivación tiene un tejido mas denso, para atrapar partículas extremadamente pequeñas. En los sistemas con filtro de derivación se usan también válvulas de derivación. 1. Filtro principal (regular) 2. Filtro de derivación 3. Bomba de aceite 4. Motor o componente. Cámara de aceite En algunos motores con turbocompresor, el aceite fluye del filtro al compresor a través de un tubo de admisión. Un tubo de escape devuelve el aceite al colector de aceite. En otros motores, el aceite filtrado sale del filtro de aceite y fluye a la cámara de aceite principal se encuentra en el bloque. Este es el conducto de aceite principal a través del bloque. Flujo de aceite El aceite fluye de la cámara de aceite a todas las piezas en movimiento del motor, incluyendo los cojinetes de bancada y el cigüeñal. 1. Escape

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2. Admisión Cojinetes El aceite fluye de la cámara al cigüeñal, y lubrica luego los cojinetes de bancada y de biela. 1. Cojinetes de bancada del cigüeñal 2. Múltiple de aceite. Conductos de aceite perforados del cigüeñal Los cigüeñales Caterpillar tienen conductos de aceite perforados que envían el aceite a los cojinetes de bancada y de biela. Lubricación de las paredes del cilindro El aceite alcanza las paredes del cilindro al ser expulsado de los cojinetes de biela y llega por salpicadura a la corona por la parte inferior del pistón. Como se genera la presión de aceite. El aceite fluye por los conductos para lubricar todas las piezas en movimiento, e incluye el tren de válvulas, la caja de la bomba de inyección, la unidad de avance de sincronización y otros componentes accesorios. El aceite retoma el colector de aceite a través de conductos. Las tuberías de aceite, los conductos y los cojinetes restringen el flujo del aceite, y se produce una presión de aceite. En los cojinetes de bancada se produce la mayor parte de la presión del sistema de lubricación. La lectura en un manómetro de la presión de aceite es el resultado de esta restricción normal. Boquillas de enfriamiento del pistón Las boquillas de enfriamiento del pistón rocían el aceite en la parte inferior de cada pistón y ayudan a lubricar las paredes del cilindro. Respiradero del carter Los respiraderos del carter descargan los gases de combustión que escapan por los anillos del pistón. Esto mantiene la presión estable dentro del carter. Los respiraderos generalmente se encuentran en la parte superior del motor. Esto equilibra la presión del carter del motor con la presión atmosférica y hace que el aceite retome fácilmente al colector. Filtro del aceite En el sistema de lubricación, el filtro de aceite es el que mas requiere mantenimiento. El filtro se contamina permanentemente con residuos y, si no se hace mantenimiento, se producirán problemas en el sistema de lubricación.

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Válvulas de derivación y de alivio En los sistemas de lubricación se usan varias válvulas de derivación y de alivio para proteger el motor. En las bombas de aceite -81), se usan válvulas de alivio de presión (2), mientras que los enfriadores de aceite (3) y los filtros de aceite (4) usan válvulas de derivación (5). El nombre de la válvula describe como funciona la válvula. Las válvulas de alivio de presión reducen la presión del sistema, y a las válvulas de derivación hacen que el aceite fluya alrededor de un componente y no a través de él. Válvula de alivio de presión Generalmente, la válvula de alivio de presión se encuentra cerca de la bomba de aceite. La válvula de alivio es, en general, una válvula accionada por resorte. La válvula de alivio se abre cuando las presiones del sistema exceden la fuerza del resorte de la válvula. Mientras la presión sea alta, la válvula permanecerá abierta. Cuando la válvula de alivios se abre, parte del aceite retoma al colector de aceite. Cuando la presión de aceite es inferior a la fuerza del resorte de la válvula , la válvula Válvula de derivación del enfriador de aceite La válvula de derivación del enfriador de aceite es una válvula unidireccional que se abre cuando la presión diferencial a través del enfriador de aceite es mayor que la fuerza requerida para abrir la válvula. Cuando la válvula se abre, el aceite fluye alrededor del enfriador de aceite. Esto asegura que parte del aceite llegue las partes principales del motor, incluso, si ocurre algún problema en el enfriador de aceite. Cuando el aceite esta frío, puede no fluir adecuadamente. Esto abriría la válvula. La válvula de derivación del enfriador de aceite generalmente está dentro del enfriador de aceite. Válvula de derivación del filtro de aceite La válvula de derivación del filtro de aceite es una válvula unidireccional que se abre cuando la presión diferencial a través del filtro de aceite excede la fuerza de apertura del resorte de la válvula. Si el aceite está frío, como el arranque del motor, o si el filtro está obstruido, se abrirá la válvula de derivación del filtro. El aceite fluye alrededor del filtro, lo cual asegura que parte del aceite siempre llegará a los cojinetes y a otros componentes del motor. Esto protege el motor de daño por falta de aceite.