motores editex(2)

Santiago Sanz Acebes Profesor Técnico de Formación Profesional.

Motores

Guía Didáctica

Maquetación, diseño de interiores y realización de gráficos: J.B. Estudio Gráfico y Editorial, S. L. Dibujos: J.B. Estudio Gráfico y Editorial, S. L. Fotografías: Autores y archivo Editex. Diseño de portada: Pachi Larrosa. Fotografías de portada: Saab. Coordinación y supervisión pedagógica y técnica: Equipo Editex.

Los autores y Editorial Editex agradecen a las firmas arriba citadas la colaboración prestada al permitir y facilitar la reproducción de fotos y gráficos de sus productos.

Editorial Editex, S. A., ha puesto todos los medios a su alcance para reconocer en citas y referencias los eventuales derechos de terceros y cumplir todos los requisitos establecidos por la Ley de Propiedad Intelectual. Por las posibles omisiones o errores, se excusa anticipadamente y está dispuesta a introducir las correcciones precisas en posteriores ediciones o reimpresiones de esta obra.

El presente material didáctico ha sido creado por iniciativa y bajo la coordinación de Editorial EDITEX, S. A., conforme a su propio proyecto editorial. Reservados todos los derechos. Ni la totalidad, ni parte de este libro, pueden reproducirse o transmitirse o archivarse por ningún procedimiento mecánico, informático o electrónico, incluyendo fotocopia, grabación o cualquier sistema de almacenamiento de información sin permiso escrito de Editorial Editex, S. A. © Santiago Sanz Acebes. © Editorial Editex, S. A. Avda. Marconi, nave 17. 28021 Madrid

Í N D I C E 0. PRESENTACIÓN .....................................................................................................................

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1. OBJETIVOS

9

GENERALES DEL MÓDULO .......................................................................................

2. ORGANIZACIÓN

....................................................................

13

3. METODOLOGÍA .....................................................................................................................

17

3.1. Distribución temporal..............................................................................................................

19

4. ESTRUCTURA

DE LOS CONTENIDOS DEL TEXTO

................................................................................................

21

BLOQUE TEMÁTICO I: Motores de cuatro tiempos Otto y Diesel...............................................

25

Unidad de trabajo 0: Introducción......................................................................................

27

Unidad de trabajo 1: El motor Otto de cuatro tiempos ...................................................

31

Unidad de trabajo 2: El motor Diesel de cuatro tiempos.................................................

35

Unidad de trabajo 3: Características de los motores.......................................................

39

Unidad de trabajo 4: Disposición de los cilindros en el motor ........................................

45

BLOQUE TEMÁTICO II: Estudio y verificación de los componentes del motor........................

49

Unidad de trabajo 5: La culata ...........................................................................................

51

Unidad de trabajo 6: Desmontaje y comprobación de la culata ....................................

55

Unidad de trabajo 7: El sistema de distribución ..................................................................

59

Unidad de trabajo 8: Sistemas para mejorar la carga del cilindro....................................

63

Unidad de trabajo 9: Comprobación de la distribución....................................................

67

Unidad de trabajo 10: Verificación y puesta a punto de la distribución ..........................

71

Unidad de trabajo 11: Bloque motor y tren alternativo......................................................

75

Unidad de trabajo 12: Comprobación de pistón, biela, cigüeñal y bloque ....................

79

DE CONTENIDOS

G U Í A D I D Á C T I CA

•

3

4

•

BLOQUE TEMÁTICO III: Sistemas de lubricación y refrigeración ..............................................

83

Unidad de trabajo 13: El sistema de lubricación ..............................................................

85

Unidad de trabajo 14: Mantenimiento y comprobación del sistema de lubricación .

89

Unidad de trabajo 15: El sistema de refrigeración............................................................

93

Unidad de trabajo 16: Comprobación del sistema de refrigeración.............................

97

BLOQUE TEMÁTICO IV: Motores de dos tiempos y motores rotativos ......................................

101

Unidad de trabajo 17: El motor de dos tiempos ...............................................................

103

Unidad de trabajo 18: El motor rotativo Wankel ...............................................................

107

G U Í A D I D Á C T I CA

P R E S E N TA C I Ó N

0 . P R E S E N TA C I Ó N

El módulo de Motores forma parte del ciclo formativo de grado medio de Técnico en Electromecánica de Vehículos, cuyo título y sus correspondientes enseñanzas mínimas quedan establecidas en el Real Decreto 1649 / 1994 de 22 de julio. Esta guía didáctica se ha desarrollado siguiendo el currículo oficial del módulo profesional de Motores. La programación que aquí se ofrece pretende ser un medio para llevar a la práctica, de una manera organizada, los conceptos y procedimientos contenidos en el módulo con el fin de conseguir los objetivos fijados. Al principio de cada Bloque Temático se ha realizado una programación general que incluye objetivos, contenidos y criterios de evaluación. Para cada Unidad de Trabajo se han programado de manera más concreta los objetivos a conseguir, los contenidos soporte (conceptos) y los contenidos organizadores (procedimientos). Se resuelven las cuestiones planteadas en el libro de texto, tanto las actividades iniciales como las actividades de enseñanza-aprendizaje. También se extractan las operaciones a realizar en los procesos prácticos y como actividad de ampliación se elabora un guión para que el alumno realice una memoria resumen de la práctica. El propósito de esta guía no es otro que el de aportar al profesor una herramienta que le facilite la realización de su trabajo diario con los alumnos.

G U Í A D I D Á C T I CA

•

7

1. OBJETIVOS GENERALES DEL MÓDULO

1. OBJETIVOS GENERALES DEL MÓDULO

La finalidad de este módulo es la de formar un técnico que sea capaz de realizar las operaciones de mantenimiento del motor térmico, ajustándose a procedimientos y tiempos establecidos, consiguiendo la calidad requerida y en condiciones de seguridad. Los objetivos generales asignados al módulo son: – Realizar, en condiciones de seguridad, el diagnóstico de averías en los motores térmicos utilizando la documentación técnica y los equipos adecuados que permitan identificar la avería y las causas que la provocan. – Mantener conjuntos o subconjuntos mecánicos del motor devolviéndoles sus prestaciones de correcto funcionamiento. – Mantener los sistemas de lubricación y refrigeración consiguiendo que la temperatura del refrigerante y la presión del lubricante estén dentro de los márgenes previstos. – Ejecutar todas las operaciones de mantenimiento del motor térmico de acuerdo con las normas de seguridad y salud laboral. Capacidades terminales Para realizar el mantenimiento de los motores térmicos el alumno deberá adquirir las siguientes «capacidades terminales» correspondientes a este módulo: – Analizar la constitución y funcionamiento de los motores de dos y cuatro tiempos para seleccionar el procedimiento que se debe de utilizar en las operaciones de mantenimiento. – Analizar la constitución, características y funcionamiento de los motores Wankel. – Analizar la constitución y funcionamiento de los sistemas de lubricación y refrigeración de los motores térmicos para seleccionar el procedimiento que se debe utilizar en las operaciones de mantenimiento. – Operar diestramente con los medios, equipos, herramientas y utillaje específico para realizar

el mantenimiento en los motores térmicos de dos y cuatro tiempos. – Operar diestramente con los medios, equipos, herramientas y utillaje específico para realizar el mantenimiento de los sistemas de lubricación y refrigeración de los motores térmicos. La terminología básica del catálogo de títulos de la Formación Profesional Específica define la capacidad terminal como la expresión de la competencia profesional que acredita el título, en forma de resultados que deben ser alcanzados por los alumnos. El conjunto de capacidades terminales de cada título definen y expresan los aspectos básicos de la competencia profesional y el nivel de formación y constituyen la competencia característica de cada título. Esta competencia característica permite la validez del título en todo el territorio del estado. Determina la cualificación mínima del título que debe ser alcanzada por todas las administraciones educativas a fin de conseguir la preparación profesional básica que permite la identificación estatal de la cualificación y el grado de homogeneidad necesario en la misma. Competencia profesional es el conjunto de capacidades necesarias para realizar roles y situaciones de trabajo a los niveles requeridos en el empleo. Incluyen la anticipación de problemas, la evaluación de las consecuencias del trabajo y la facultad de participar activamente en la mejora de la producción. La competencia requerida en el empleo se expresa mediante las realizaciones profesionales y el dominio profesional de las mismas contenidas en el perfil profesional de cada título. La competencia básica, característica de cada título, se define y expresa mediante el conjunto de capacidades terminales del mismo.

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• 11

2. ORGANIZACIÓN DE LOS CONTENIDOS DEL TEXTO

2. ORGANIZACIÓN DE LOS CONTENIDOS DEL TEXTO

El libro de motores se compone de cuatro Bloques Temáticos, que a su vez están divididos en Unidades Didácticas. Cada una de las Unidades Didácticas está estructurada según los siguientes apartados: Presentación-motivación: introduce la unidad a través de un texto breve que anticipa el contenido intentando conectar con los intereses del alumno. Estructura de contenidos: índice secuencial de los contenidos tratados en la unidad, cuyo fin es el conocimiento de los objetivos a conseguir. Esquema conceptual: consiste en un esquema o dibujo que organiza los contenidos de forma sinóptica. Actividades iniciales: cuestiones y ejercicios anticipadores de los contenidos que permiten detectar los conocimientos previos del alumnado (evaluación inicial). Desarrollo de contenidos: exposición estructurada de los conceptos y procedimientos (contenidos como soporte de los procedimientos).

Actividad desarrollada: ejemplificaciones de problemas planteados y desarrollados. Actividades de enseñanza-aprendizaje: actividades dirigidas a fijar los contenidos esenciales de la unidad. También se incluyen propuestas de procesos prácticos como aplicación de los contenidos (saber hacer). Se ha pretendido diferenciar claramente dos tipos de unidades didácticas: las de carácter tecnológico que aportan los conceptos, y las de contenido práctico donde se propone la realización de los procesos mediante los cuales, los alumnos, puedan desarrollar sus habilidades y destrezas. La secuenciación de las unidades didácticas se ha establecido siguiendo unos criterios que permiten que las prácticas se realicen una vez que los alumnos hayan adquirido los conceptos necesarios.

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• 15

3. METODOLOGÍA

3. METODOLOGÍA El profesor decidirá el método didáctico más apropiado en función de las características del grupo de alumnos y de las instalaciones disponibles en el centro. La metodología que se propone está basada en la actividad de los alumnos. Éstos se dividen en pequeños grupos para llevar a cabo los procesos prácticos que tendrán como soporte los conceptos adquiridos, de forma que se facilite el aprendizaje a través del razonamiento y la experimentación. El profesor expone los objetivos a conseguir, explica con claridad los conceptos tecnológicos y la forma más adecuada de realizar los procesos. En el transcurso de las prácticas, debe dirigir y orientar a los alumnos, aclarar sus dudas, fomentar la cooperación dentro del grupo y procurar la participación de todos sus componentes. El alumno, mediante la práctica, aplica los conceptos adquiridos y aprende a realizar los procesos. Deberá valorar los resultados obtenidos en las comprobaciones relacionando las causas con sus efectos y cumplir en todo momento las normas de seguridad. El libro de texto debe servir como guía y apoyo del alumno en el proceso de enseñanza-aprendizaje. A lo largo de la asignatura se tratará de relacionar los contenidos que se están impartiendo con los adquiridos anteriormente o en otras materias. Se recordará el contenido del módulo de Seguridad en el Mantenimiento de Vehículos, con el fin

de tomar las medidas de precaución y de protección que sean necesarias. Será de gran utilidad actualizar o ampliar, si fuera necesario, los conocimientos sobre el empleo de aparatos de medida adquiridos en el módulo de Mecanizado. Así mismo se procurará concienciar a los alumnos sobre la importancia de tratar correctamente los residuos contaminantes para proteger el medio ambiente Como complemento a la formación se programarán visitas a empresas o industrias relacionadas con la fabricación y reparación de motores y sus componentes.

3.1. Distribución temporal La duración del módulo es de 160 horas distribuidas en 5 horas semanales. El número de horas asignado a cada bloque temático, incluida la evaluación, es el siguiente: Bloque Temático 1 - 20 h,

4 semanas

Bloque Temático 2 - 100 h, 20 semanas Bloque Temático 3 - 15 h,

3 semanas

Bloque Temático 4 - 25 h,

5 semanas

Este horario se adaptará en función del material disponible para las prácticas, del número de alumnos por grupo o del ritmo de trabajo de los alumnos.

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4. ESTRUCTURA DE CONTENIDOS

4. ESTRUCTURA DE CONTENIDOS

BLOQUES TEMÁTICOS

10 Verificación y puesta a punto de la distribución

I

11 Bloque motor y tren alternativo

MOTORES DE CUATRO TIEMPOS OTTO Y DIESEL

0 Introducción

12 Comprobación de pistón, biela, cigüeñal y bloque

1 El motor Otto de cuatro tiempos 2 El motor Diesel de cuatro tiempos 3 Características de los motores 4 Disposición de los cilindros en el motor II ESTUDIO Y VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES DEL MOTOR 5 La culata 6 Desmontaje y comprobación de la culata

III SISTEMAS DE LUBRICACIÓN Y REFRIGERACIÓN 13 El sistema de lubricación 14 Mantenimiento y comprobación del sistema de lubricación 15 El sistema de refrigeración 16 Comprobación del sistema de refrigeración

7 El sistema de distribución

IV MOTORES DE DOS TIEMPOS Y MOTORES ROTATIVOS

8 Sistemas para mejorar la carga del cilindro

17 El motor de dos tiempos

9 Comprobación de la distribución

18 El motor rotativo Wankel

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BLOQUE TEMÁTICO

Motores de cuatro tiempos Otto y Diesel

E n este bloque temático se estudia el funcionamiento de los motores de 4 tiempos Otto y Diesel.

Los ciclos de trabajo, diagramas, rendimientos y sus principales características: curvas de potencia, par y consumo específico. La constitución básica de estos motores y la disposición de los cilindros. Comprende las siguientes unidades didácticas: 0.

INTRODUCCIÓN

1.

EL MOTOR OTTO DE CUATRO TIEMPOS

2.

EL MOTOR DIESEL DE CUATRO TIEMPOS

3.

CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES

4.

DISPOSICIÓN DE LOS CILINDROS EN EL MOTOR

GUÍA DIDÁCTICA

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OBJETIVOS – – – – –

Analizar los principios de funcionamiento de los motores Otto y Diesel de cuatro tiempos. Analizar las características fundamentales de los motores Otto y Diesel. Conocer la constitución básica de los motores. Identificar las diferencias principales entre los motores de ciclo Otto y Diesel. Interpretar los diagramas y curvas características del motor.

CONTENIDOS – – – –

Características, constitución y funcionamiento de los motores de cuatro tiempos Otto y Diesel. Interpretación de diagramas de distribución y diagramas de presión - volumen. Análisis del rendimiento y curvas características del motor. Estudio de los motores policilíndricos.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN – Conocer la constitución y las características principales de los motores Otto y Diesel de 4 tiempos. – Explicar el ciclo de trabajo de 4 tiempos en los motores Otto y Diesel. – Representar los diagramas de presión - volumen y de distribución. Analizar la influencia de sus variaciones sobre el rendimiento del motor. – Calcular la cilindrada y la relación de compresión de un motor. – Explicar las diferencias de funcionamiento de los motores Otto y Diesel. – Explicar los tipos de rendimiento que se pueden obtener en un motor. – Calcular la potencia, el par, y el consumo específico, y dibujar las curvas características del motor. – Describir las diferentes disposiciones de los cilindros en el motor y los tiempos de trabajo. – Identificar y clasificar los diferentes grupos de elementos que componen el motor.

26 •

GUÍA DIDÁCTICA

BLOQUE TEMÁTICO I

UNIDAD

Introducción DE TRABAJO

OBJETIVOS Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Conocer brevemente la historia del motor térmico de combustión interna. – Clasificar los diferentes tipos de motores de combustión interna.

ESTRUCTURA DE CONTENIDOS CONCEPTOS

PROCEDIMIENTOS

ACTITUDES

1. Historia del motor. 2. El motor térmico de combustión interna. 2.1.Clasificación de los motores de combustión interna.

– Definición del motor térmico de combustión interna.

– Participación activa en el desarrollo de la unidad didáctica. – Receptividad y actitud favorable para el aprendizaje.

– Clasificación de los distintos tipos de motores de combustión interna.

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• 27

RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES PÁGINA 9

ACTIVIDADES

INICIALES

1. ¿Quién construyó el primer motor de 4 tiempos? El primer motor de combustión interna fue construido por el francés Etienne Lenoir en 1863. Este motor fue mejorado notablemente por el alemán Nikolaus Otto, que en 1876 inventó el primer motor que funcionaba con el ciclo de cuatro tiempos. En su honor este motor de explosión se denomina motor Otto. 2. ¿Qué transformación de energías realiza un motor térmico? Se transforma la energía térmica en energía mecánica, mediante la combustión de una mezcla de aire y carburante que se quema interiormente generando un trabajo mecánico. 3. ¿Qué se entiende por motor de combustión interna? En este motor el trabajo se obtiene por la combustión interna de una mezcla de aire y combustible. 4. ¿Cómo se pueden clasificar los motores de combustión interna? Por la forma de iniciar la combustión: – Motores Otto. – Motores Diesel. Por el ciclo de trabajo: – Motores de 4 tiempos. – Motores de 2 tiempos. Por el movimiento del pistón: – Motores de pistón alternativo. – Motores de pistón rotativo.

PÁGINA 13

ACTIVIDADES

DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

De refuerzo 1. ¿En qué años se empezaron a construir los primeros motores de combustión interna? En 1876 Nikolaus Otto inventó el primer motor que funcionaba con el ciclo de cuatro tiempos.

28 •

G U Í A D I D Á C T I CA

En 1878, el escocés Dugald Clerk construye el primer motor de dos tiempos. En 1885, Daimler monta sobre un vehículo de dos ruedas un motor de gasolina de alta velocidad. En 1886, Karl Benz construye el primer automóvil de tres ruedas. 2. Cita todas las clases de motores que conozcas. – Motores Otto. – Motores Diesel. – Motores de 4 tiempos. – Motores de 2 tiempos. – Motores de pistón alternativo. – Motores de pistón rotativo. 3. ¿Qué aplicaciones tiene el motor de combustión interna además de los automóviles? – Motocicletas. – Camiones. – Maquinaria agrícola. – Maquinaria de obras públicas. – Locomotoras. – Barcos. – Aviones de pequeño tamaño. – Generadores eléctricos. – Compresores. – Motobombas. – Motosierras. – Cortacesped. 4. ¿Cuántas vueltas gira el cigüeñal de un motor de 4 tiempos en cada ciclo y cuantas un motor de 2 tiempos? Motor de 4 tiempos: Su ciclo de trabajo se desarrolla en dos vueltas completas de cigüeñal. Motor de 2 tiempos En este motor, los procesos de carga, compresión, combustión y expulsión de los gases, se realiza en dos carreras del pistón, o sea, en una vuelta de cigüeñal. 5. ¿Cómo se pueden clasificar los motores por el ciclo de trabajo que desarrollan. Y por la forma de iniciar la combustión?

Por el ciclo de trabajo – Motores de 4 tiempos – Motores de 2 tiempos Por la forma de iniciar la combustión –

Motores Otto

–

Motores Diesel

6. ¿Qué cilindradas unitarias se usan en los motores Otto?

Su volumen unitario oscila entre 250 y 500 cm3 por cilindro. 7. ¿Qué tipo de motor Diesel se utiliza en los vehículos pesados? Los Diesel lentos se montan en camiones, autobuses, locomotoras, barcos y maquinaria pesada, giran entre 900 y 2 000 rpm. Y tienen un volumen de hasta 2 litros por cilindro.

G U Í A D I D Á C T I CA

• 29

BLOQUE TEMÁTICO I

UNIDAD

El Motor Otto de cuatro tiempos DE TRABAJO

OBJETIVOS Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Analizar las características y funcionamiento de los motores Otto de 4 tiempos. – Analizar los procesos de intercambio de gases y de transformación de la energía en los motores Otto. – Analizar e interpretar el diagrama real de trabajo en el motor Otto.

ESTRUCTURA DE CONTENIDOS CONCEPTOS 1. Características del motor Otto. 2. Constitución básica del motor Otto. 3. Ciclo de trabajo de 4 tiempos. 4. Intercambio de gases. 4.1 Cotas de distribución 5. Proceso de transformación de la energía. 5.1 Relación de compresión. 5.2 Combustión. 6. Diagrama de trabajo.

PROCEDIMIENTOS

ACTITUDES

– Descripción de las principales características del motor Otto de cuatro tiempos. – Descripción e identificación de los componentes fundamentales de un motor Otto. – Cálculo de la cilindrada y la relación de compresión. – Descripción de los cuatro tiempos del ciclo de funcionamiento del motor Otto. – Análisis del proceso de intercambio de gases en el cilindro. – Representación de las cotas de distribución en un diagrama circular. – Análisis del proceso de transformación de la energía en el motor Otto. – Interpretación y análisis del diagrama real de trabajo del motor Otto.

– Participación activa en el desarrollo de la unidad didáctica. – Receptividad y actitud favorable para el aprendizaje. – Orden en el transcurso de las actividades. – Responsabilidad en el trabajo.

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RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES PÁGINA 15

ACTIVIDADES

INICIALES

1. ¿Dónde se realiza la mezcla de aire y combustible en los motores Otto? La mezcla se realiza en el conducto de admisión y es arrastrada al interior del cilindro durante el proceso de admisión para después ser comprimida. 2. ¿Cómo se produce el encendido? La combustión se inicia al final de la compresión por el salto de una chispa eléctrica en la bujía que proporciona el sistema de encendido en el instante adecuado. 3. ¿Qué es la relación de compresión? La relación existente entre el volumen del cilindro y el volumen de la cámara de combustión se denomina relación de compresión, y de ella dependen la presión y la temperatura final de compresión. 4. ¿Qué se entiende por intercambio de gases? El intercambio de los gases en el cilindro tiene como fin evacuar en su totalidad los residuos de la combustión para, a continuación, llenar el cilindro con mezcla fresca para ser quemada nuevamente. 5. ¿Por qué son necesarias las cotas de distribución? Para lograr un buen llenado se hace necesario optimizar el proceso aprovechando los efectos de la inercia a que esta sometida la masa gaseosa. Si se realiza la apertura y cierre de válvulas coincidiendo con los puntos muertos del pistón, permanecerán abiertas solamente un ángulo de 180° y el intercambio de gases es deficiente. Las cotas de distribución aumentan los ángulos de apertura de las válvulas con el propósito fundamental de mejorar el llenado de los cilindros. 6. ¿Qué es el rendimiento térmico? El rendimiento térmico representa el grado de aprovechamiento de la energía calorífica. El rendimiento térmico será mayor cuanto más alta sea la temperatura alcanzada en la combustión y menores sean las pérdidas de calor.

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G U Í A D I D Á C T I CA

7. ¿Qué representa el diagrama de trabajo de un motor? El diagrama de trabajo o diagrama presión - volumen (p-V), es la representación gráfica de los valores que va tomando la presión en el transcurso de las 4 carreras que efectúa el pistón en un ciclo de trabajo.

PÁGINA 27

ACTIVIDADES

DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

De refuerzo 1. Describir el ciclo de trabajo en un motor Otto de 4 tiempos Cada ciclo de trabajo se completa en cuatro carreras del pistón. Admisión: El pistón comienza su carrera descendente y se abre la válvula de admisión. El aumento de volumen en el cilindro provoca un vacío que aspira la mezcla de aire y combustible entrando en el cilindro a gran velocidad. Compresión: Las dos válvulas están cerradas, el pistón en su carrera ascendente comprime la mezcla según la Rc del motor entre 8 y 11 veces el volumen de la cámara de combustión. Al final de la compresión, poco antes de que el pistón llegue al PMS, salta una chispa en la bujía iniciándose la combustión. Expansión: La combustión de la mezcla comprimida causa un rápido aumento de la temperatura, apareciendo una alta presión que empuja el pistón hacia abajo, transformándose así la energía calorífica liberada en la combustión, en energía mecánica. Escape: La válvula de escape se abre al final de la carrera de expansión, cuando aún hay presión dentro del cilindro, esta presión hace que los gases quemados salgan a gran velocidad hacia el conducto de escape. El ascenso del pistón expulsa el resto de los gases. La válvula de escape se cierra después de que el pistón haya pasado el PMS. Comienza de nuevo la admisión y el ciclo se repite.

2. ¿En qué momento se produce el encendido? El encendido se produce en el tiempo de compresión momentos antes de que el pistón llegue al PMS, este efecto se conoce como avance del encendido. 3. ¿Por qué es necesario el avance del encendido? El avance al encendido es necesario para compensar el tiempo que la llama tarda en propagarse y generar una alta presión. La presión máxima de combustión debe de aplicarse sobre la cabeza del pistón cuando éste ha superado el PMS. 4. ¿Cuál es la fórmula para calcular el volumen unitario? Vu = Volumen unitario. π × D2 Vu = ×L D = Diámetro del cilindro. 4 L = Carrera. 5. Si se aumenta el volumen del cilindro y se mantiene el de la cámara de combustión, ¿qué ocurre con la relación de compresión? La relación de compresión aumenta. Como se demuestra con la siguiente fórmula, si se incrementa Vu, también Rc se hace mayor. Rc =

Vu + Vc Vc

Rc = Relación de compresión. Vu = Volumen unitario. Vc = Volumen de la cámara de combustión. 6. Durante la compresión ¿qué relación existe entre el volumen y la temperatura del gas? Al reducir el volumen de un gas (compresión) aumenta la presión y la temperatura. p1 × v1 p2 × v2 = T1 T2 7. ¿Por qué es necesario el AAE? La válvula de escape se abre antes de que el pistón llegue al PMI, cuando aún está bajando en el tiempo de expansión, en este momento la presión dentro del cilindro es de 3 a 4 bar, lo que provoca una gran velocidad de salida de los gases. La presión interna disminuye rápidamente, facilitando la carrera ascendente del pistón que barre los gases a unos 0,2 bar por encima de la presión atmosférica.

8. ¿Qué se consigue con el RCA? La válvula de admisión se cierra después de que el pistón haya pasado el PMI. La gran velocidad que adquiere el fluido en la admisión hace que por inercia continúe entrando el gas, a pesar de que el pistón haya comenzado a subir, consiguiéndose una notable mejora en el llenado del cilindro. 9. ¿Entre qué dos cotas se produce el cruce de válvulas? El cruce de válvulas se produce entre el AAA y el RCE. Al final del escape y principio de admisión. 10. ¿Por qué los motores muy revolucionados necesitan un mayor cruce de válvulas? A medida que aumenta el número de revoluciones, el tiempo disponible parar realizar el intercambio de los gases es menor, por lo que se hace necesario aumentar los ángulos de apertura de las válvulas. En los motores rápidos de alto rendimiento se dispone un amplio ángulo de cruce de válvulas con el fin de proporcionar el tiempo suficiente para un buen llenado a altas revoluciones. 11. ¿Cuál es la causa que limita la relación de compresión en los motores Otto? La relación de compresión usada en los motores Otto oscila entre 8/1 y 11/1, por encima de este valor de compresión se pueden superar los 500 °C , a esta temperatura existe riesgo de autoencendido. Este fenómeno aparece cuando la mezcla se inflama por sí sola debido a un exceso de temperatura, independientemente del encendido eléctrico. 12. Explicar cómo se realiza la transformación de la energía calorífica en trabajo. La combustión de la mezcla eleva fuertemente la temperatura dentro de la cámara de combustión (unos 2 000 °C), con el consiguiente aumento de presión (unos 40 bar). Esta presión es la que impulsa el pistón en su descenso produciéndose la expansión de los gases dentro del cilindro. En este momento se produce la transformación de la energía calorífica obtenida en la combustión, en trabajo mecánico, que el pistón transmite al cigüeñal mediante la biela, obteniéndose la rotación del motor.

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13. En el motor Otto, ¿la combustión tiende a realizarse a volumen constante o a presión constante? El principio teórico del motor Otto consiste en que la combustión suministra calor mientras el volumen se mantiene constante. En la práctica hay una pequeña variación de volumen, a pesar de que la combustión se desarrolla de forma muy rápida.

2. Ejercicio: En un motor de 6 cilindros la carrera del pistón es de 82 mm y el diámetro del cilindro de 80 mm. La cámara de combustión tiene un volumen de 53 cm3. Calcular la cilindrada del motor y la relación de compresión. Vu =

14. ¿Qué representa el diagrama de trabajo? El diagrama de trabajo o diagrama presión - volumen (p-V), es la representación gráfica de los valores que va tomando la presión en el transcurso de las 4 carreras que efectúa el pistón en un ciclo de trabajo. Se determina mediante unos aparatos llamados indicadores, que dibujan un diagrama cerrado cuya superficie es indicativa del trabajo útil que se obtiene en el interior del cilindro, la mayor o menor superficie del diagrama estará en función de las características del motor, principalmente la cilindrada y la relación de compresión. Sobre él puede seguirse el comportamiento del motor en cada fase de funcionamiento. 1. Ejercicio:

Vu =

π × D2 4

×L

3,14 × 82

× 8,2= 411, 9 cm3

4

V = 411, 9 × 6 = 2 471, 4 cm3 Rc =

Vu + Vc

Rc =

Vc

411, 9 + 53 53

= 8, 8 / 1

3. Ejercicio: Dibujar el diagrama de trabajo real de un motor Otto señalando los siguientes puntos: – Presión máxima de compresión. – Momento de encendido. – Presión máxima de combustión. – AAE. – Volumen correspondiente a la presión máxima.

Un motor tiene las siguientes cotas de distribución:

P (bar)

AAA-12°. RCA-48°, AAE-50°, RCE-10° Dibujar el diagrama de distribución y calcular los ángulos que permanecen abiertas las válvulas de admisión y escape.

40

1-2- Admisión. 2-3- Compresión. 3-4- Combustión. 4-5- Expansión. 5-1- Escape.

4

P3 30

Cruce

20

RCE

A 12° AA 10°

P2

3

10

5

Admisión

Escape

P1

50°

RCA

AAE

PMI

Admisión: 12° + 180° + 48° = 240° Escape: 50° + 180° + 10° = 240°

G U Í A D I D Á C T I CA

2 1 AAE

AE V1

48 °

34 •

Pa

PMS

Vu

AE- Avance al encendido. AAE- Avance a la apertura de escape. P a- Presión atmosférica. P 2- Presión de compresión. P 3- Presión máxima de combustión. V1- Volumen a la máxima presión.

PMI

V

BLOQUE TEMÁTICO I

UNIDAD

El motor Diesel de cuatro tiempos DE TRABAJO

OBJETIVOS Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Analizar las características y funcionamiento de los motores Diesel de 4 tiempos. – Analizar el proceso de combustión en los motores Diesel. – Interpretar y analizar el diagrama real de trabajo en los motores Diesel. – Establecer las diferencias de funcionamiento entre los motores Otto y Diesel.

ESTRUCTURA DE CONTENIDOS CONCEPTOS

PROCEDIMIENTOS

ACTITUDES

Características del motor Diesel. Constitución del motor Diesel. Ciclo de trabajo de 4 tiempos. Intercambio de gases. Proceso de transformación de la energía. 5.1 Relación de compresión. 5.2 Combustión. 6. Diagrama de trabajo. 7. Sobrealimentación. 8. Comparación entre motores Otto y Diesel.

– Análisis de las diferencias constitutivas entre el motor Otto y el Diesel. – Descripción de los cuatro tiempos del ciclo de funcionamiento del motor Diesel – Análisis del proceso de intercambio de gases en el cilindro. – Análisis del proceso de transformación de la energía en el motor Diesel. – Análisis del proceso de combustión en el motor Diesel – Interpretación y análisis del diagrama real de trabajo del motor Diesel. – Descripción de la sobrealimentación y sus ventajas en los motores Diesel. – Análisis de las diferencias de funcionamiento de los motores Otto y Diesel.

– Participación activa en el desarrollo de la unidad didáctica. – Receptividad y actitud favorable para el aprendizaje. – Orden en el transcurso de las actividades. – Responsabilidad en el trabajo.

1. 2. 3. 4. 5.

G U Í A D I D Á C T I CA

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RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES PÁGINA 29

ACTIVIDADES

INICIALES

1. ¿Dónde se prepara la mezcla en un motor Diesel? El aire se mezcla con el combustible dentro del cilindro, al final de la compresión. El sistema de inyección proporciona la presión necesaria para que el inyector introduzca el combustible finamente pulverizado en la cámara de combustión. 2. ¿Cómo se produce el encendido? El combustible es inyectado al final de la compresión, y se enciende porque el aire comprimido está a una temperatura suficientemente alta como para provocar el inicio de la combustión (superior a 500 °C). 3. ¿Por qué se necesitan relaciones de compresión altas? El motor Diesel trabaja con relaciones de compresión altas, esto supone un aumento de temperatura que mejora las condiciones para realizar la mezcla ya que transmite mayor cantidad de calor al combustible cuando es inyectado, y por tanto la inflamación es más rápida y más completa. 4. ¿Cómo se desarrolla la combustión? En los primeros momentos de la inyección hay una acumulación de combustible, a continuación se inflama la mezcla con un cierto retraso provocando una brusca subida de presión, el combustible que sigue entrando se quema progresivamente hasta el final de la inyección. 5. ¿Qué ventajas tiene la sobrealimentación en los motores Diesel? La sobrealimentación mejora el proceso de intercambio de gases y proporciona aire en cantidad suficiente para quemar el gran volumen de combustible que se inyecta, sobre todo con cargas altas. En los Diesel rápidos, con cilindradas más moderadas, mejora la relación peso-potencia. 6. ¿Qué diferencias existen entre los motores Otto y Diesel? Las diferencias más significativas se encuentran en la forma en que se desarrolla el ciclo de funcionamiento, principalmente en la formación de

36 •

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la mezcla, en el encendido y en la combustión. Como consecuencia, el motor Otto dispone de un sistema de encendido eléctrico y el motor Diesel de un sistema de inyección de combustible.

PÁGINA 39

ACTIVIDADES

DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

De refuerzo 1. ¿Cuáles son las principales características de funcionamiento del motor Diesel? Es un motor térmico de combustión interna que funciona siguiendo el ciclo Diesel. En la admisión se introduce únicamente aire, que se mezcla con el combustible dentro del cilindro. Dispone de un sistema de inyección que introduce el combustible pulverizado en la cámara de combustión. La inflamación se obtiene por contacto con el aire, que ha adquirido una alta temperatura debido a la fuerte compresión. Su ciclo de funcionamiento se realiza en 4 tiempos: – Admisión de aire puro. – Compresión. – Inyección, combustión y expansión. – Escape de los gases quemados. Igual que el motor Otto, el ciclo de 4 tiempos se desarrolla en dos vueltas de cigüeñal. 2. ¿Qué indica el índice de cetano del gasóleo? La facilidad de inflamación del gasóleo se mide por el índice de cetano, cuanto mayor es éste, menor será la temperatura necesaria para inflamarlo. El gasóleo tiene que inflamarse rápidamente al tomar contacto con el aire comprimido en el momento de ser inyectado, por tanto debe tener una temperatura de inflamación baja. 3. ¿Por qué puede ser mayor el cruce de válvulas en un motor Diesel? El inconveniente que se presenta en los motores Otto, es que pueden llegar a evacuar gases frescos por la válvula de escape cuando el ángulo de cruce es grande. En los Diesel esto puede significar una ventaja ya que en la admisión sólo se

introduce aire, la fuga de una pequeña parte de este aire no tiene importancia, y con ello se consigue un mejor barrido de los gases quemados y se refrigera la válvula de escape. 4. ¿Qué valores de relación de compresión se usan en los motores de inyección directa? Los valores medios de relación de compresión usados en motores de inyección directa están entre 14/1 y 18/1. 5. ¿Por qué se produce el retraso del encendido? El combustible es inyectado en la cámara de combustión, donde la presión y temperatura son muy altas, pero no se inflama instantáneamente, sino que antes tiene que mezclarse con el aire y adquirir la temperatura suficiente. Durante cierto tiempo se acumula una cantidad de combustible que se encuentra bien mezclada con el aire. Entonces se produce la combustión. El tiempo que transcurre entre el principio de la inyección y el encendido de la mezcla acumulada se denomina retraso del encendido. 6. Explicar las tres fases de la combustión. El proceso de combustión se puede dividir en tres fases para su estudio: Fase 1.- Las primeras gotas de combustible introducidas se calientan, se vaporizan y reaccionan con el oxígeno del aire comenzando a arder, esta combustión inicial eleva la temperatura lo suficiente para gasificar el combustible que continúa entrando pero aún no se ha inflamado. Durante cierto tiempo se acumula una cantidad de combustible que se encuentra bien mezclada con el aire. Entonces se produce la combustión. Fase 2.- Se quema la parte de combustible acumulada durante el retraso, la velocidad de combustión es muy alta, produciéndose una brusca subida de presión (70 a 90 bar). La incidencia de este efecto sobre el funcionamiento del motor dependerá del tiempo de retraso del encendido. Si el retraso es grande, también lo es la acumulación de combustible, y el resultado de su brusca combustión se dejará notar con mayor intensidad.

Fase 3.- La temperatura ahora es muy alta dentro del cilindro, la inyección continúa y el combustible, que sigue entrando, se mezcla con el resto del oxígeno y se quema progresivamente hasta el final de la inyección, a partir de este momento se quema la última cantidad de combustible inyectado finalizando la combustión. 7. ¿Cómo se puede reducir el retraso del encendido? El retraso del encendido se reduce usando un combustible de fácil autoencendido, con el índice de cetano adecuado. Regulando el caudal de inyección, para evitar que se acumule mucha cantidad de combustible al principio. Con una alta turbulencia en el aire comprimido y una adecuada presión de inyección. 8. ¿La combustión en el motor Diesel tiende a realizarse a presión constante o a volumen constante? El principio teórico del ciclo Diesel consiste en que la combustión suministra calor mientras la presión se mantiene constante. 9. ¿Por qué es mayor el rendimiento térmico en los motores Diesel? El motor Diesel obtiene un buen rendimiento con un bajo consumo debido a su alta relación de compresión, y a las elevadas presiones obtenidas en la combustión, logrando un mejor aprovechamiento de la energía térmica del combustible. 10. ¿En qué consiste la sobrealimentación? Consiste en forzar la entrada de aire en el cilindro, para lo cual se monta un dispositivo en el conducto de admisión que comprime el aire antes de introducirlo, con lo que se logra aumentar la masa de aire admitida para un mismo volumen, y por consiguiente puede aumentarse también la cantidad de combustible que es posible quemar en cada ciclo. El sistema más utilizado para la sobrealimentación en los motores Diesel de 4 tiempos para automoción es el turbocompresor. 11. ¿Qué energía utiliza el turbocompresor para mover su turbina y que ventajas tiene este sistema? El turbocompresor aprovecha la velocidad de salida de los gases de escape, para hacer girar una turbina acoplada en el extremo de un eje,

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en el otro extremo, se monta el compresor centrífugo que eleva la presión del aire en el conducto de admisión. Se utiliza la energía residual de los gases de escape para hacer girar el compresor por lo que no absorbe potencia del motor. 12. ¿Cuáles son las principales ventajas del motor Diesel respecto al motor Otto? Ventajas del motor Diesel: – Mayor rendimiento térmico debido a que trabaja con temperaturas más elevadas. – Menor consumo, puesto que se aprovecha mejor la energía del combustible. – Menos contaminante, al ser la combustión más completa, los gases de escape son menos tóxicos. – Mayor duración con menor coste de mantenimiento. De ampliación

Rc =

4 Vu + Vc Vc

ηt = 1 –

38 •

1 R

γ −1 c

×L

70 2 60 50 40 1

20

El cilindro de un motor Diesel tiene un diámetro de 98 mm y la carrera del pistón es de 106 mm. Si el volumen de la cámara de combustión es de 38 mm. ¿Cuál es la relación de compresión? ¿Cuál es el rendimiento térmico?

π ×D2

1- Comienzo de inyección 2- Final de combustión V1- Volumen al final de la combustión AAE- Avance apertura de escape

p (bar)

30

1.Ejercicio:

Vu =

2. Ejercicio: Dibujar el diagrama real de trabajo de un motor Diesel señalando los siguientes puntos: – Comienzo de la inyección – Final de la combustión – Volumen de final de combustión – Avance a la apertura del escape

V u=

Rc =

3,14 × 9, 8 2 4 799 ,1 + 38

ηt = 1 –

38 1 22 1, 4 − 1

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× 10 , 6 = 799 ,1 cm 3

= 22 / 1

= 0, 71 ; η t = 71 %

10 p.a. P.M.S.

V V1

AAE P.M.I.

3. Ejercicio: Razonar sobre el diagrama por qué la combustión se realiza a presión constante. En los motores Diesel, la combustión es relativamente lenta, durante el proceso de combustión el volumen aumenta debido al desplazamiento del pistón. La aportación de calor hace que la presión tienda a mantenerse estable.

BLOQUE TEMÁTICO I

UNIDAD

Características de los motores DE TRABAJO

OBJETIVOS Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Conocer los diferentes tipos de rendimiento y las pérdidas de energía que se producen en el motor. – Analizar las características principales del motor: par, potencia y consumo específico. – Realizar los cálculos necesarios para obtener las curvas características del motor.

ESTRUCTURA DE CONTENIDOS CONCEPTOS

PROCEDIMIENTOS

ACTITUDES

1. Rendimiento del motor. 1.1 Tipos de rendimiento. 2. Características principales del motor. 2.1 Par motor. 2.2 Potencia. 2.3 Consumo específico de combustible. 2.4 Tipos de potencia. 3. Curvas características. 3.1 Curva de potencia. 3.2 Curva de par motor. 3.3 Curva de consumo específico. 4. Obtención de las curvas características. 4.1 Proceso de obtención de los datos.

– Análisis del rendimiento del motor térmico y descripción de los diferentes tipos de rendimiento.

– Participación activa en el desarrollo de la unidad didáctica. – Receptividad y actitud favorable para el aprendizaje. – Orden en el transcurso de las actividades. – Responsabilidad en el trabajo.

– Definición de los conceptos de par motor, potencia y consumo específico de combustible. – Interpretación de las curvas de potencia, par motor y consumo específico de combustible. – Cálculo de la potencia, el par y el consumo específico a partir de los datos obtenidos en el freno dinamométrico.

G U Í A D I D Á C T I CA

• 39

RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES PÁGINA 41

ACTIVIDADES

ACTIVIDADES

INICIALES

1. ¿Qué se entiende por rendimiento de un motor? El balance resultante entre la cantidad de energía aportada y la obtenida en una máquina, se denomina rendimiento (η), y se expresa como un porcentaje del trabajo que se aporta.

η=

Energía obtenida Energía aportada

= × 100 = %

2. ¿Qué es el par motor? El par motor (M) está en función de la fuerza (F) aplicada sobre el pistón, y de la longitud del codo del cigüeñal (d), siendo ésta igual a la mitad de la carrera. La fuerza que se aplica sobre el codo del cigüeñal es proporcional a la presión media efectiva que actúa sobre el pistón. M=F×d 3. ¿Cómo se define la potencia? En un motor, la potencia es el resultado de multiplicar el par motor obtenido en el eje por la velocidad de rotación. 4. ¿Qué se entiende por consumo específico de combustible? El consumo específico es la masa de combustible que consume un motor en relación con la potencia entregada. 5. ¿Qué curvas representan las características de un motor? Las curvas características de un motor son la de par, la de potencia y la de consumo específico de combustible. 6. ¿Cómo se obtienen las curvas características? Las curvas se confeccionan a partir de los datos obtenidos en el freno dinamométrico, y representan los valores que van tomando la potencia, el par y el consumo desde las revoluciones de máxima potencia hasta ralentí. El régimen varía al aumentar la resistencia del freno dinamométrico, manteniendo el motor a plena carga.

40 •

G U Í A D I D Á C T I CA

PÁGINA 57 DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

De refuerzo 1. ¿Qué tipo de pérdidas de energía se producen en el motor? – Pérdidas de calor: producidas por el sistema de refrigeración y la radiación de calor al exterior, también se evacua una importante cantidad de calor a través de los gases de escape. – Perdidas mecánicas: debido al rozamiento entre los órganos en movimiento, y por el accionamiento de dispositivos auxiliares como la bomba de agua, bomba de aceite, etc. – Pérdidas químicas: motivadas por una combustión incompleta. 2. ¿Qué es el rendimiento mecánico? Se puede expresar como la relación entre la potencia efectiva (P) que se obtiene en el eje del motor y la potencia indicada (P1) que se obtiene en el diagrama de trabajo o diagrama indicado, el cual expresa el trabajo interno obtenido dentro del cilindro y en el que no intervienen las pérdidas mecánicas. P ηm = P1 3. ¿Qué es el rendimiento volumétrico? Se puede definir como el grado de eficacia con que se logra llenar el cilindro. Se expresa como la relación entre la masa de gas que es introducida en el cilindro (Ma) en un ciclo y la masa que teóricamente cabe en el volumen del cilindro (Mc).

ηv =

Ma Mc

4. ¿De qué factores depende el rendimiento volumétrico? El rendimiento volumétrico de un motor aspirado está entre el 70 % y el 90 %, y depende de muy diversos factores: – Régimen de giro, ya que al aumentar disminuye el tiempo de carga. – Las condiciones ambientales exteriores, que determinan la densidad del aire. – El diagrama de distribución.

– La sección de las válvulas y los conductos de admisión. – La eficacia de barrido de los gases quemados. 5. ¿Qué cifras de rendimiento global suelen tener los motores Otto y Diesel? Otto Diesel Pérdidas térmicas ......60 %-65 % 50 %-60 % Perdidas mecánicas ...10 %-15 % 10 %-15 % Total pérdidas............70 %-75 %

60 %-70 %

Rendimiento efectivo ..25 %-30 % 30 %-40 % 6. ¿Qué es la presión media efectiva? La presión media efectiva resulta de hallar la media de la presión existente dentro del cilindro durante el tiempo de combustión y expansión, de forma que podemos suponer que sobre el pistón actúa una presión media uniforme durante la carrera de expansión. 7. ¿Qué relación existe entre el par máximo y el rendimiento volumétrico máximo? El grado de llenado de los cilindros influye directamente sobre el par y por tanto sobre la potencia desarrollada por el motor, ya que cuanto mejor sea el llenado, más energía se obtiene de la combustión. Por lo tanto, el par será máximo cuando se obtenga el máximo rendimiento volumétrico. 8. ¿Cuál es la definición de potencia mecánica? La potencia mecánica se define como la cantidad de trabajo realizado en la unidad de tiempo. T P= t 9. Escribir las expresiones para determinar la potencia en kW y en CV P = Potencia en kW (kilovatios) M ×n P= = kW M = Par en N · m (newton metro) 9 550 n = rpm (revoluciones por minuto) P = Potencia en CV (caballos de vapor) M ×n P= = CV M = Par en m · kg (metros kilo) 716 n = rpm (revoluciones por minuto) 10. ¿Cuál es la equivalencia entre kW y CV. Y entre N · m y m · kg? 1 CV = 0,736 kW 1 kW = 1,36 Cv 1 m · kg = 9,8 N · m 1 daN ≅ 1m · kg

11. ¿De qué factores depende la potencia de un motor? – Cilindrada: a medida que aumenta el volumen, también lo hace la cantidad de combustible quemado en cada ciclo, siendo mayor la cantidad de calor que se transforma en trabajo mecánico. – Llenado de los cilindros: si se consigue que los cilindros admitan más cantidad de gas, la presión interna aumenta y también el par motor, consiguiendo mayor potencia. En algunos motores se recurre a la sobrealimentación. – Relación de compresión: a medida que aumenta, el rendimiento térmico mejora y por consiguiente también lo hace la potencia obtenida. – Régimen de giro: la potencia crece progresivamente con la velocidad, es decir, con el nº de ciclos que se realizan por minuto. Por tanto, el régimen es un dato inseparable de la potencia. 12. ¿Por qué los motores Otto alcanzan mayor nº de revoluciones que los Diesel? En los motores Otto el combustible se introduce en los cilindros ya mezclado con el aire y la combustión es rápida. Las presiones que soporta son relativamente bajas y sus componentes son ligeros, lo que permite alcanzar elevadas revoluciones. 13. ¿Qué es la potencia específica? La potencia específica relaciona la potencia efectiva máxima obtenida en el motor con su cilindrada (kW/l) o con su peso (kW/kg). Potencia por litro =

P V

V = Cilindrada en litros Potencia por kilo =

P m

m = Peso del motor en kg 14. ¿Cómo se define el consumo específico de combustible y en qué unidad se mide? El consumo específico se define como la relación que existe entre la masa de combustible consumida y la potencia entregada. Se obtiene mediante pruebas en el banco y se expresa en g/kW·h (gramos/kilovatio · hora).

G U Í A D I D Á C T I CA

• 41

15. Una curva de potencia con una pendiente muy pronunciada, ¿qué tipo de motor representa? Con este tipo de curva aguda se consigue un motor con alta potencia específica (kW/l) pero poco elástico. Habría que recurrir a la caja de cambios con frecuencia. 16. ¿Cómo es la curva de par de un motor muy elástico? Es la que alcanza un valor de par útil a bajas revoluciones y se mantiene durante un largo tramo. Esto significa buenas recuperaciones desde bajo régimen y una subida rápida de revoluciones en cualquier situación, aumentando así la potencia. 17. Los valores mínimos de consumo específico coinciden con los máximos de par. ¿Por qué? El grado de llenado de los cilindros influye directamente sobre el par. Los valores máximos del rendimiento volumétrico se consiguen al número de revoluciones correspondiente al par máximo y por lo tanto el consumo específico será mínimo en este punto. 18. ¿Qué diferencias existen entre las curvas de par de los motores Otto y Diesel? El motor Diesel desarrolla una curva de par más elástica, en el cual se alcanza un valor de par útil a bajas revoluciones y se mantiene durante un largo tramo. La curva de par del motor Otto es menos elástica, el par sube hasta alcanzar su máximo valor, pero se mantiene dentro de la zona útil durante un tramo muy corto de revoluciones, lo que indica que habrá que usar el cambio de marchas con frecuencia. 19. ¿Por qué son importantes las condiciones ambientales del lugar donde se realiza el ensayo? Las prestaciones de un motor pueden variar en función de las condiciones ambientales del lugar donde se realiza la prueba. La presión atmosférica y la temperatura influyen en el rendimiento volumétrico y, por tanto, toda prueba ha de ser referenciada a unas mismas condiciones atmosféricas. De tal forma que se puedan comparar los datos de pruebas realizadas en diferentes lugares geográficos.

42 •

G U Í A D I D Á C T I CA

20. ¿Por qué se denomina prueba a plena carga? Se denomina prueba a plena carga, porque los datos se toman para cada régimen de giro, manteniendo la mariposa de gases en su máxima apertura. De ampliación 1. Ejercicio: Un motor de 1 600 cm3 desarrolla un par motor de 120 Nm a 5 800 rpm. Calcular la potencia efectiva para ese mismo régimen de revoluciones en kW y en CV. P=

M ×n 9 500

= kW

120 : 9, 8 = 12,2

P=

M ×n 716

= CV

P=

120 ⋅ 5 800 9 550

= 72, 8 kW

120 Nm = 12,2 mkg

P=

12,2 ⋅ 5 800 716

= 98, 8 CV

2. Ejercicio: Calcular la potencia específica en kW/l en el motor del ejercicio anterior Pe =

P V

Pe =

72, 8 1, 6

= 45, 5 kW/ l

3. Ejercicio: A partir de los datos obtenidos en el banco de potencia (o datos proporcionados por el profesor), hacer los siguientes cálculos para cada régimen de revoluciones: Potencia (P), Consumo específico de combustible (Ce), factor de corrección (Ka), y valores corregidos, coeficiente de elasticidad (E), presión media efectiva (PME), rendimiento efectivo (ηe). Dibujar las curvas de potencia, par y consumo específico sobre papel milimetrado. Características del motor: Cilindrada: V = 1 994 cm3 Potencia: P = 120 kW a 6 000 rpm. Par motor: M = 225 N m a 4 200 rpm.

DATOS OBTENIDOS DURANTE LA PRUEBA Régimen

Par motor Consumo Temperat. 3

100 cm

aceite

t = sg

Tac = °C

n = rpm

M=Nm

6 000

176

7,5

108

5 000

190

9,3

102

4 000

200

12,8

96

3 000

184

18,1

90

2 000

163

28,9

88

1 000

100

92,5

85

•

Cálculo del factor de corrección (Ka) Las condiciones atmosféricas de referencia son: T = 293 K (20 °C). pa = 760 mm Hg (milímetros de mercurio). Las condiciones atmosféricas durante la prueba son: Presión atmosférica pa = 720 mm Hg Temperatura ambiente media Ta = 25 °C

( ) 

 Ta K   293

760 Ka = pa

Presión atmosférica Pa = 720 mmHg Temperatura ambiente Ta = 25 °C

760  298 Ka = × 720  293

• Cálculo de la potencia (P).

K a = 1,064

P=

M ×n 9 550

= kW P =

176 × 6 000 9 550

= 110, 5 kW

• Cálculo del consumo específico de combustible (Ce). La masa de este combustible será: m = 100 · d La densidad de la gasolina empleada es: d = 0,73 gr/cm3 El tiempo empleado expresado en horas será: t (h) = t (s)/3 600 Ce = Ce =

3, 6 × 105× d P ×t

= g / kW ⋅ h

3, 6 × 105 × 0, 73 110, 5 × 7, 5

= 317 g / kW h

RESULTADO DE LOS CÁLCULOS DE POTENCIA Y CONSUMO ESPECÍFICO

Régimen Par motor Potencia n = rpm

Consumo

M = N m P = kW Ce = g/kW·h

6 000

176

110,5

317

5 000

190

99,4

284,3

4 000

200

83,7

245,3

3 000

184

57,8

251,2

2 000

163

34,1

266,6

1 000

100

10,4

273

0, 5

  0, 5

 760 301 × = 1,064  = 293 687 

TABLA DE VALORES CORREGIDOS Ce / Ka

n

M · Ka

P · Ka

6 000

187,2

117,5

298

5 000

202,1

105,7

267,2

4 000

212,8

89

230,5

3 000

195,7

61,5

236

2 000

173,4

36,2

250,5

1 000

106,4

11

256,5

• Coeficiente de elasticidad (E) Según los datos obtenidos en la prueba: Par máximo: Mmáx = 212,8 Nm Par a máxima potencia: Mp =187,2 Nm máx

Revoluciones de máxima potencia: Np = 6 000 rpm máx

Revoluciones de máximo par: NM = 4 000 rpm máx

E=

E=

M máx M P máx 212, 8 187,2

×

×

nP máx nM má x 6 000 4 000

= 1,13× 1, 5 = 1, 7

G U Í A D I D Á C T I CA

• 43

•

Presión media efectiva PME V = 1 994 cm3 PME = PME =

•

Rendimiento efectivo (ηe)

ηe =

1,2 × 106× P V ×n 1,2 × 106 × 117, 5 1994 × 6 000

rpm

6 000 5 000 4 000

P (kW)

117,5 105,7

= 11 bar

ηe =

11

12,7

61,5

36,2

13,4 12,3

10,9

•

81, 8 298

= 0,27;

27 %

Rendimiento para el par máximo:

3 000 2 000 1 000

89

Ce

Rendimiento para la máxima potencia:

POTENCIA Y PRESIÓN MEDIA EFECTIVA

PME (bar)

81, 8

11

ηe =

6,6

81, 8 230, 5

= 0, 35;

35 %

Representación de las curvas características del motor bar 14 12 10

PRESIÓN MEDIA EFECTIVA ( PME)

8

kW

6 120 110 100

POTENCIA (P)

90 80 70

Nm

60 50

220

40

200

30

180

20

160

10

140

PAR MOTOR (M)

g/kW · h 310

120 100

280 CONSUMO ESPECÍFICO (Ce.) 250

220

1 000

44 •

G U Í A D I D Á C T I CA

2 000

3 000

4 000

5 000

6 000

rpm

BLOQUE TEMÁTICO I

UNIDAD

Disposición de los cilindros en el motor DE TRABAJO

OBJETIVOS Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Conocer las diferentes disposiciones de los cilindros en el motor. – Analizar los tiempos de trabajo en motores con diferente número y disposición de cilindros. – Conocer los elementos y sistemas que componen el motor térmico.

ESTRUCTURA DE CONTENIDOS CONCEPTOS

PROCEDIMIENTOS

ACTITUDES

1. Motores policilíndricos. 1.1 Disposición de los cilindros 2. Número de cilindros y orden de encendido. 2.1 Formas del cigüeñal y tiempos de trabajo. 3. Constitución del motor.

– Descripción de las diferentes disposiciones de los cilindros en el motor. – Análisis de los tiempos de trabajo del motor en función del número de cilindros y de su disposición. – Clasificación de los elementos que componen el motor.

– Participación activa en el desarrollo de la unidad didáctica. – Receptividad y actitud favorable para el aprendizaje. – Orden en el transcurso de las actividades. – Responsabilidad en el trabajo.

G U Í A D I D Á C T I CA

• 45

RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES PÁGINA 59

ACTIVIDADES

INICIALES

En todas las actividades, se aconseja seguir las recomendaciones dadas en el apartado de metodología de esta Guía Didáctica. 1 ¿Qué formas adopta el bloque motor en función de la disposición de cilindros? - Motores de cilindros en línea. - Motores de cilindros en V. - Motores de cilindros horizontales opuestos. 2. ¿Por qué es necesario el orden de encendido? El orden de encendido determina la sucesión de impulsos que recibe cada pistón, de tal forma que los impulsos se apliquen sobre el cigüeñal en el orden más adecuado para conseguir un giro regular y equilibrado. 3. ¿Cómo se distribuyen los tiempos de trabajo en los diferentes motores? Los tiempos de trabajo del motor se distribuyen en función de la forma del bloque, del número de cilindros, y la disposición de sus muñequillas.

PÁGINA 67

ACTIVIDADES

DE

ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

De refuerzo 1. ¿Qué ventajas tienen las cilindradas unitarias reducidas? – Se obtiene mayor potencia específica ya que los elementos móviles son más ligeros y se puede alcanzar mayor número de revoluciones. – La marcha del motor resulta más suave y uniforme debido a que los impulsos que recibe el cigüeñal son de menor magnitud, pero mas frecuentes, pudiéndose reducir la masa del volante de inercia. 2. ¿Qué motores son los más usados actualmente en automoción, en cuanto a número de cilindros y forma del bloque? El motor de 4 cilindros en línea es el más empleado en automoción para volúmenes de hasta 2 500 cm3 y de 6 cilindros en V para volúmenes superiores. El motor de 5 cilindros se em-

46 •

G U Í A D I D Á C T I CA

plea en ocasiones como solución intermedia en cuanto a tamaño y suavidad de funcionamiento. 3. ¿Cómo se determina el ángulo de giro del cigüeñal entre dos encendidos? En un motor de 4 tiempos, por cada 2 vueltas de cigüeñal (720°) se produce una carrera motriz en cada uno de los cilindros. Por tanto, en un 4 cilindros tendremos un impulso cada 180° (720° / 4 = 180°), y en un 6 cilindros cada 120°. 4. ¿Qué ángulo de giro entre encendidos tiene un motor de 8 cilindros? 720° / 8 = 90° 5. ¿Qué ventajas tienen los motores en V? Se consiguen motores más compactos, de tamaño más corto y más bajo, aunque más ancho. Se aplica a motores de 6 o más cilindros. 6. ¿Qué modelos de vehículos conoces que monten un motor de 4 cilindros horizontales opuestos? Entre las marcas que usan este tipo de motor están las siguientes: Porsche Subaru Alfa Romeo 7. ¿Cuáles son los dos órdenes de encendido posibles en un motor de 4 cilindros en línea? 1-3-4-2 1-2-4-3 8. ¿Cómo se numeran los cilindros de un motor V6? Se comienza por el lado opuesto a la cesión de energía del motor, es decir, al lado contrario del volante de inercia. Primero los cilindros situados a la izquierda,1, 2, 3 y después se enumeran los del bloque de la derecha, 4, 5, 6. Las posiciones de izquierda o derecha se determinan desde el mismo lado donde empieza la numeración. 9. Dibujar el diagrama de los tiempos de trabajo de un motor V6 con orden de encendido: 1-4-2-5-3-6.

Intervalo entre encendidos: 720° / 6 = 120° Orden de encendido: 1-4-2-5-3-6 0° 180° 360° 540° 720° 1 EX E A C 2 C EX E A 3 E A C EX 4 C EX E A 5 6

A E

C A

EX C

E EX

10. Hacer una clasificación de los elementos que componen el motor. – Grupos estructurales: • Culata • Bloque

– Tren alternativo • Pistón • Biela • Cigüeñal • Volante motor – Distribución • Válvulas • Arbol de levas • Accionamiento de la distribución – Sistemas auxiliares • Lubricación • Refrigeración • Encendido • Alimentación

G U Í A D I D Á C T I CA

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BLOQUE TEMÁTICO

Estudio y verificación de los componentes del motor

E n este bloque temático se estudian las características de los componentes y sistemas de los

motores de 4 tiempos Otto y Diesel: culata, distribución, bloque y tren alternativo, también de su desmontaje, comprobación, montaje y puesta a punto. Comprende las siguientes unidades didácticas: 5. LA CULATA 6. DESMONTAJE Y COMPROBACIÓN DE LA CULATA 7. EL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN 8. SISTEMAS PARA MEJORAR LA CARGA DEL CILINDRO 9. COMPROBACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN 10. VERIFICACIÓN Y PUESTA A PUNTO DE LA DISTRIBUCIÓN 11. BLOQUE MOTOR Y TREN ALTERNATIVO 12. COMPROBACIÓN DE PISTÓN, BIELA, CIGÜEÑAL Y BLOQUE

GUÍA DIDÁCTICA

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OBJETIVOS – Conocer las características y la función que cumplen los diferentes elementos y sistemas que componen el motor: culata, distribución, bloque y tren alternativo. – Determinar mediante la documentación técnica los procedimientos más adecuados de montaje y desmontaje, así como los valores de las comprobaciones, reglajes, pares de apriete, etc. – Realizar la comprobación, reglaje y puesta a punto de los conjuntos y elementos que componen el motor, aplicando las normas de seguridad y las precauciones necesarias. – Manejar correctamente las herramientas, útiles y aparatos de medida que se emplean en la reparación de motores. – Elaborar un diagnóstico de los elementos comprobados comparando los resultados obtenidos con los dados en la documentación técnica a fin de decidir su ajuste, reparación o sustitución.

CONTENIDOS – – – – – – – – – – –

Selección e interpretación de la documentación técnica. Estudio de la culata y comprobación de sus componentes. Estudio del sistema de distribución. Características de los elementos que componen la distribución y su comprobación. Estudio de los dispositivos para mejorar el rendimiento volumétrico del motor. Realización del apriete de los tornillos de culata. Realización del calado y puesta a punto de la distribución. Constitución y características del tren alternativo y bloque motor. Realización de los procesos de comprobación de pistón, biela, cigüeñal y bloque. Proceso de montaje del motor aplicando los pares de apriete recomendados. Aplicación de las normas de seguridad y salud laboral.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN – Seleccionar correctamente la documentación técnica que se precise para cada operación. – Aplicar las normas de seguridad así como las precauciones que sean necesarias. – Realizar la extracción del grupo motopropulsor del vehículo y desarmar el motor siguiendo el procedimiento más adecuado. – Explicar la constitución de la culata, su comprobación y rectificado. – Conocer los diferentes sistemas de distribución: OHV, OHC y DOHC. – Explicar el funcionamiento y las ventajas que se obtienen con los sistemas de distribución variable, admisión variable y distribución multiválvulas. – Realizar la comprobación de los componentes de la distribución. – Realizar la puesta a punto de la distribución y el reglaje de válvulas. – Determinar el estado del motor midiendo la presión de compresión. – Describir las características de los diferentes tipos de bloque motor. – Realizar la medición de los cilindros y efectuar los cálculos para su rectificado. – Conocer las características de los elementos que componen el tren alternativo y las fuerzas que sobre ellos actúan para razonar los desgastes producidos. – Realizar la medición de pistones, bielas y cigüeñal y comprobar si se cumplen las tolerancias y juegos de montaje especificados en la documentación técnica. – Diagnosticar el estado de cada elemento comparando los datos obtenidos con los ofrecidos en la documentación técnica. – Utilizar adecuadamente los equipos de comprobación, herramientas y aparatos de medida. – Realizar el montaje del motor siguiendo la secuencia correcta y aplicando los aprietes recomendados. Comprobar su correcto funcionamiento. 50 •

GUÍA DIDÁCTICA

BLOQUE TEMÁTICO II

UNIDAD

La culata DE TRABAJO

OBJETIVOS Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Conocer la constitución de la culata y sus principales características. – Analizar los tipos de cámara de combustión más usuales en motores Otto. – Analizar las cámaras de inyección directa y las cámaras de combustión auxiliar para motores Diesel.

ESTRUCTURA DE CONTENIDOS CONCEPTOS

PROCEDIMIENTOS

ACTITUDES

1. Descripción de la culata. 1.1.Características. 1.2.Fijación de la culata. 2. Tipos de culata. 2.1.Culata refrigerada por agua. 2.2.Culata refrigerada por aire. 3. Cámara de combustión. 3.1.Cámara de combustión para motores Otto. 3.2.Cámara de combustión para motores Diesel. 4. Colectores de admisión y escape. 5. Junta de culata.

– Contenidos organizadores (procedimientos). – Descripción de las características de la culata y su constitución. – Análisis de las diferentes cámaras de combustión para motores Otto. – Análisis de la cámara de inyección directa y la cámara de combustión auxiliar para motores Diesel. – Descripción de los colectores de admisión y escape. – Función y constitución de la junta de culata.

– Participación activa en el desarrollo de la unidad didáctica. – Receptividad y actitud favorable para el aprendizaje. – Orden en el transcurso de las actividades. – Responsabilidad en el trabajo.

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RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES PÁGINA 69

ACTIVIDADES

INICIALES

1. ¿Qué ventajas tiene el aluminio respecto al hierro fundido? La culata de aleación de aluminio posee mejores cualidades en dos aspectos fundamentales: buena capacidad de refrigeración y poco peso, siendo actualmente la mas usada en motores de gasolina y Diesel de pequeña y media cilindrada. 2. ¿Cómo se consigue la estanqueidad entre la culata y el bloque de cilindros? Intercalando entre ambos elementos la junta de culata que queda presionada al realizar el apriete de los tornillos de culata. Está formada por fibras blandas y muy resistentes al calor. 3. ¿Qué procesos se desarrollan en la cámara de combustión? La cámara de combustión es el espacio que se forma entre la cabeza del pistón cuando éste está en el PMS y la culata. En este espacio se comprime el gas y se lleva a cabo el proceso de la combustión.

PÁGINA 79

ACTIVIDADES

DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

De refuerzo 1. ¿Cuál es el material más utilizado en la fabricación de culatas? Actualmente la más usada en motores de gasolina y Diesel de pequeña y media cilindrada es la culata de aleación ligera, es una aleación de aluminio, silicio y magnesio. Sus principales cualidades son: buena resistencia, peso reducido y gran conductividad térmica, que permite alcanzar rápidamente la temperatura de funcionamiento y facilita la refrigeración. Se monta sobre bloque de fundición o de aleación de aluminio. 2. ¿Qué características deben reunir las cámaras de combustión para motor es Otto? El desplazamiento del frente ha de ser rápido y uniforme, para conseguirlo las cámaras deben reunir las siguientes características: – Mínimo recorrido del frente de llama. Esto exige una cámara compacta con poca superficie en relación al volumen.

4. La forma de iniciar la combustión en un motor Diesel y en uno de explosión son distintas. ¿Cuáles son las diferencias?

– Combustión rápida. Se consigue con una gran turbulencia y corto recorrido del frente de llama.

En los motores Otto el salto de chispa en la bujía inflama la mezcla de aire y combustible, iniciando la combustión que se desplaza a través de la cámara formando un frente de llama.

– Alta turbulencia. El movimiento rápido de la masa gaseosa aumenta la homogeneidad de la mezcla y por lo tanto la velocidad de combustión.

En los motores Diesel la combustión es provocada por la inyección de combustible a presión y finamente pulverizada, que penetra en el aire calentado por la fuerte compresión.

– Resistencia a la detonación. Evitando las superficies o partes calientes, así como zonas de acumulación de carbonilla.

5. El volumen de la cámara de combustión, ¿cómo influye en la relación de compresión? El volumen de la cámara de combustión está en relación inversa al valor de la relación de compresión, de forma que a medida que disminuye el volumen de la cámara la relación de compresión aumenta.

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3. ¿Cuál es la cámara con la que se obtiene mayor rendimiento en los motores Otto? El modelo de cámara ideal es la semiesférica de forma compacta, mínima superficie con relación a su volumen y buena turbulencia, con la bujía situada en el centro, de tal manera que el frente de llama se desplaza rápida y uniformemente actuando sobre la cabeza del pistón.

4. Describe la cámara de tipo Herón. ¿Qué ventajas tiene?

7. ¿Qué tipos de cámara de combustión auxiliar conoces?

La cámara Herón se encuentra en la cabeza del pistón y la culata puede ser plana. Este sistema aprovecha el flujo helicoidal de entrada de la mezcla en el cilindro para, debido a la forma de la cámara, crear una fuerte turbulencia durante la compresión. Tiene la ventaja de conseguir una mezcla tan homogénea que permite aumentar la relación de compresión por encima de 10 /1, y empobrecer la mezcla. El efecto turbulencia refrigera las paredes del cilindro evitando que se alcancen temperaturas demasiado elevadas que propiciarían la detonación.

Los dos tipos de cámara auxiliar más usados son cámara de precombustión y cámara de turbulencia.

5. ¿Cuáles son los dos grandes grupos en los que se clasifican las cámaras de combustión para motores Diesel? – Cámara de inyección directa donde existe una única cámara. – Cámara de combustión auxiliar, dividida en dos partes separadas pero comunicadas. 6. En Diesel, ¿con qué tipo de cámara se consigue menor consumo? Los motores de inyección directa consumen en torno al 15 % menos combustible que los motores con cámara auxiliar.

8. ¿En qué tipo de motores se aplica la cámara de combustión auxiliar? En Diesel rápidos para turismos y vehículos industriales ligeros. 9. El Diesel lento de gran cilindrada, ¿qué tipo de inyección utiliza? Inyección directa. 10. Los materiales que se usan en la fabricación de juntas son muy deformables o poco deformables. Las juntas se fabrica con materiales muy deformables para que al ser presionadas se adapten a las irregularidades de las superficies y los poros internos desaparezcan. 11. ¿Qué indica la marca «Top» en una junta de culata? Indica que esta marca debe de colocarse siempre hacia arriba, de forma que pueda leerse.

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BLOQUE TEMÁTICO II

UNIDAD

Desmontaje y comprobación de la culata DE TRABAJO

OBJETIVOS Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Extraer el grupo motopropulsor y desmontar la culata siguiendo los procedimientos y las normas indicadas en la documentación técnica. – Realizar la comprobación de la culata para diagnosticar su estado comparando los valores obtenidos con los datos técnicos. – Aplicar las medidas de seguridad que sean necesarias en cada operación.

ESTRUCTURA DE CONTENIDOS CONCEPTOS

PROCEDIMIENTOS

ACTITUDES

1. Normas generales sobre las prácticas. 2. Extracción del grupo motopropulsor. 3. Desmontaje de la culata y sus componentes. 3.1.Precauciones en el desmontaje de la culata. 3.2.Proceso de desmontaje. 4. Comprobación de la culata. 5. Rectificado de la culata. 5.1.Consecuencias del rectificado. 5.2.Medir el volumen de la cámara de combustión. 5.3.Cálculo del volumen de la cámara de combustión.

– Contenidos organizadores (procedimientos). – Aplicación de las normas de carácter general que han de aplicarse en el desmontaje, montaje y comprobación. – Aplicación de las medidas de seguridad y salud laboral específicas de cada operación. – Selección e interpretación de la documentación técnica. – Extracción del grupo motopropulsor en el vehículo. – Proceso de desmontaje de la culata y sus componentes siguiendo el orden adecuado y tomando las precauciones necesarias. – Realización de las operaciones de comprobación de la culata. – Comparación de los valores obtenidos con los dados en la documentación técnica para hacer un diagnóstico del estado de la culata. – Rectificado del plano de la culata. – Medición y cálculo del volumen de la cámara de combustión.

– Participación activa en el desarrollo de la práctica. – Colaboración entre los componentes del grupo de trabajo. – Atención en el cumplimiento de las normas de seguridad y las precauciones que han de tomarse en cada operación. – Orden en el transcurso de las actividades. – Responsabilidad en el trabajo. – Concienciación para proteger el medio ambiente.

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RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES PÁGINA 81

ACTIVIDADES

INICIALES

1. ¿Qué elementos comprende el grupo motopropulsor? El grupo motopropulsor comprende el conjunto motor –caja de cambios– diferencial. 2. ¿Qué funciones cumplen los soportes del motor? Los soportes de motor van provistos de tacos de goma o caucho que hacen elástica la unión entre el motor y la carrocería. La posición que ocupa cada uno está estudiada para evitar que se transmitan las vibraciones a la carrocería y para amortiguar el balanceo que se produce en el motor con los cambios de marcha. 3. ¿Cuál es el orden de apriete de los tornillos de culata que se va a desmontar? Consultar la documentación técnica del motor. Como norma general se realizará en espiral partiendo del centro hacia los extremos. 4. ¿Qué tipo de cámara de combustión tiene esta culata? Determinar el tipo de cámara de combustión del motor sobre el que se está trabajando. Las más usuales para motores Otto son la cámara hemisférica y la cámara de cuña. Para motores Diesel la cámara de inyección directa, cámara de combustión auxiliar o cámara de precombustión. 5. ¿Cuál es la medida máxima de rectificado de esta culata? Consultar la documentación técnica del motor. Suele ser como máximo de 0,2 mm. En muchas culatas no está permitido el rectificado.

Durante la realización de las prácticas se tomarán las precauciones necesarias para evitar accidentes respetando siempre las normas de seguridad personales relacionadas con las distintas operaciones. 1. Extraer el grupo motopropulsor. – Colocar el vehículo en un elevador de brazos o sobre caballetes. – Seguir el proceso de desmontaje recomendado en la documentación técnica. – Desmontar los elementos de unión del motor con la carrocería y la transmisión. – Extraer el grupo motopropulsor y colocarlo sobre un soporte giratorio. 2. Desmontar la culata y desarmar sus componentes. – Hacer coincidir las marcas de distribución, aflojar el tensor y retirar la correa de la rueda dentada del árbol de levas. – Aflojar los tornillos de culata en el mismo orden de apriete y extraer la culata – Desmontar: – Colectores de admisión y escape. – Eje de balancines. – Árbol de levas. – Válvulas y muelles. – Marcar, limpiar y ordenar todas las piezas. 3. Comprobar la culata. – Controlar el buen estado de las roscas y tornillos. – Controlar la estanqueidad de las cámaras de refrigeración. – Comprobar el plano de junta de culata. – Verificar los planos de apoyo de los colectores.

Prácticas

4. Rectificar el plano de culata. Si la falta de planitud excede a la medida indicada en los datos técnicos (0,05 mm) es necesario rectificar. Si no se dispone de medios acudir a un taller especializado en rectificados. En algunos motores no está permitido el rectificado de la culata.

Antes de comenzar cualquier intervención sobre el vehículo, es imprescindible que el alumno haya adquirido los conocimientos necesarios que le permitan actuar de manera correcta sobre los elementos que se van a manejar.

5. Medir el volumen de la cámara de combustión. – Utilizando una probeta medir el volumen de todas las cámaras de combustión. Diferencia máxima entre cámaras 1 cm3.

PÁGINA 91

ACTIVIDADES

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DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

G U Í A D I D Á C T I CA

6. Calcular el volumen de la cámara de combustión. El volumen de la cámara,(Vc) se puede calcular conociendo la relación de compresión, (Rc) y la cilindrada unitaria (Vu). Vc =

Vu Rc – 1

De ampliación Realizar una memoria resumen de la práctica. Se trata de hacer un resumen de la práctica donde se describan las características más importantes de los elementos comprobados y los procesos de desmontaje y comprobación, así como los valores obtenidos en las pruebas.

– Descripción del proceso seguido para la extracción del grupo motopropulsor. – Proceso de desmontaje de la culata y precauciones que se han aplicado. – Descripción de la culata: material de que está hecha, tipo de cámara de combustión, refrigeración etc. – Descripción de las pruebas realizadas y valores obtenidos: anotar los valores obtenidos en las comprobaciones y los datos ofrecidos en la documentación técnica. – Comparación de los valores obtenidos con los datos técnicos para decidir la reparación, o sustitución de los elementos afectados. – Medidas de seguridad que se han aplicado.

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BLOQUE TEMÁTICO II

UNIDAD

El sistema de distribución DE TRABAJO

OBJETIVOS Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Analizar la constitución y funcionamiento de los diferentes tipos de distribución. – Analizar los diferentes sistemas empleados en el accionamiento de la distribución. – Analizar las características de cada uno de los componentes del sistema de distribución.

ESTRUCTURA DE CONTENIDOS CONCEPTOS

PROCEDIMIENTOS

ACTITUDES

1. El sistema de distribución. 2. Diferentes disposiciones de la distribución. 2.1. Sistema OHV. 2.2. Sistemas OHC y DOHC. 3. Mando de la distribución. 3.1. Accionamiento por ruedas dentadas. 3.2. Accionamiento por cadena de rodillos. 3.3. Accionamiento por correa dentada. 4. Válvulas. 4.1. Condiciones de funcionamiento de las válvulas. 4.2. Fabricación de las válvulas. 4.3. Dimensiones de las válvulas. 4.4. Guías de válvulas. 4.5. Asientos de válvulas. 4.6. Muelles de válvulas. 5. Arbol de levas. 5.1. Constitución. 5.2. Geometría de las levas. 6. Elementos intermedios. 6.1. Elementos de empuje. 6.2. Elementos basculantes. 6.3. Dispositivos para la regulación del juego de válvulas.

– Descripción del sistema de distribución y su misión en el motor. – Estudio e identificación de los diferentes tipos de distribución OHV, OHC y DOHC. – Estudio de los diferentes procedimientos empleados para el accionamiento de la distribución. – Análisis de las características constructivas de las válvulas. – Constitución y características de las guías, los asientos y los muelles de válvulas. – Descripción del árbol de levas y estudio de la geometría de las levas. – Descripción de los elementos de empuje y los elementos basculantes. – Descripción del funcionamiento de los taqués hidráulicos. – Análisis de los efectos de la dilatación en la distribución y los dispositivos para regular el juego de válvulas.

– Participación activa en el desarrollo de la unidad didáctica. – Receptividad y actitud favorable para el aprendizaje. – Orden en el transcurso de las actividades. – Responsabilidad en el trabajo.

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RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES PÁGINA 93

ACTIVIDADES

INICIALES

1. ¿Qué misión cumple el sistema de distribución en un motor? El sistema de distribución se encarga de efectuar la apertura y cierre de las válvulas controlando la entrada y evacuación de los gases en el cilindro haciendo posible la realización del ciclo de cuatro tiempos según el diagrama de distribución. 2. ¿Qué elemento establece las cotas de distribución? El árbol de levas es el elemento que gobierna el sistema de distribución y establece los ángulos de apertura y cierre de las válvulas. 3. ¿Qué sistemas de transmisión existen entre el cigüeñal y el árbol de levas? El accionamiento de la distribución se puede hacer mediante uno de los siguientes sistemas: ruedas dentadas, cadena de rodillos o correa dentada. 4. ¿Por qué es necesario el juego de válvulas? El juego de válvulas compensa las variaciones de longitud que presentan los elementos de la distribución debido principalmente a la dilatación y el desgaste al que están sometidas, con el fin de asegurar un buen cierre de las válvulas en cualquier estado de funcionamiento. 5. ¿En qué consisten los taqués hidráulicos? Consiste en un sencillo dispositivo hidráulico alimentado desde el circuito de engrase que compensa automáticamente las dilataciones en el sistema de distribución, por lo que no es necesario el juego de válvulas.

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ACTIVIDADES

DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

De refuerzo 1. ¿Qué ventajas tiene el sistema OHC sobre el OHV? En el sistema OHV, el accionamiento de las válvulas es más directo, por lo que se reducen los efectos de inercia, pudiendo alcanzar un número de revoluciones más alto sin que quede afectado el diagrama de la distribución. Las consecuencias de la dilatación también son menos importantes.

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2. Describe cómo se transmite el movimiento de la leva a válvula en un sistema OHV. La leva, al girar desplaza hacia arriba al taqué y a la varilla de empuje, ésta hace bascular al balancín que por el otro extremo ataca sobre la válvula abriéndola. Una vez cesa el empuje de la leva la válvula se cierra por la fuerza del muelle. 3. ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene la correa dentada como sistema de transmisión en la distribución? Sus principales ventajas son que no requiere lubricación, tiene un funcionamiento silencioso y es relativamente económica, pero tiene el inconveniente de una duración limitada. Se recomienda, como medida de seguridad, la sustitución cada 100 000 ó 130 000 km de funcionamiento del motor. 4. ¿Cómo se lubrica la cadena de la distribución? Se hace llegar el aceite de engrase del motor hasta el cárter de distribución. La cadena queda impregnada y al girar transporta el aceite lubricando todo el sistema. 5. Explica cómo evacuan el calor las válvulas. El calor de las válvulas es evacuado en su mayor parte a través del asiento en la culata y entre un 25 % y un 30 % lo hace por el vástago a través de la guía. Las dimensiones de la guía de válvula se calculan convenientemente de forma que las superficies en contacto aseguren que se evacua una cantidad suficiente de calor. 6. ¿En qué consisten las válvulas refrigeradas con sodio? Las válvulas refrigeradas con sodio se construyen con el vástago hueco y se rellena hasta algo más de la mitad con sodio. Al calentarse se funde y pasa a estado líquido, con el movimiento alternativo el sodio se desplaza dentro de la válvula transmitiendo el calor de la cabeza hacia el vástago. Se consigue así rebajar en más de 100 °C la temperatura de la cabeza de las válvulas de escape. 7. ¿Qué relación existe entre el diámetro del cilindro y el diámetro de la cabeza de la válvula? En los motores equipados con dos válvulas por cilindro, el diámetro de la válvula de admisión toma unos valores entre 0,40 y 0,48 veces el diámetro del cilindro.

8. ¿Cómo se montan los asientos de válvula sobre la culata? El asiento se monta con interferencia mediante un procedimiento consistente en calentar el alojamiento sobre la culata para dilatarlo y por otra parte enfriar el asiento para contraerlo. Una vez insertado, ambas piezas igualan sus temperaturas quedando perfectamente ajustadas.

2. Ejercicio: Calcular la sección de paso de admisión de un motor cuyos cilindros tienen un diámetro D = 86 mm y el diámetro de la válvula de admisión da = 0,45 · D. La relación L/da = 0,30 y el diámetro del asiento d1 = 36 mm. da = 0,45 · D da = 0,45 · 86 = 38,7

9. ¿Qué función cumplen los retenes de válvula? Para evitar el excesivo paso de aceite entre la guía y la válvula que terminaría quemándose en el cilindro y formando depósitos de carbonilla. 10. ¿Cómo es una leva de perfil tangencial? La leva tangencial presenta una rampa que provoca rápidos movimientos de la válvula, lo que permite que permanezca totalmente abierta más tiempo mejorando el intercambio de gases. Por el contrario aumentan las aceleraciones y los efectos de inercia son mayores, por lo que aumenta el desgaste de la leva. 11. ¿Qué función cumple la válvula de bola en el taqué hidráulico? La válvula de bola controla el llenado y cierre de la cámara de alta presión. 12. Describe dos dispositivos diferentes para la regulación del juego de válvulas. El más comúnmente utilizado es el de tornillo y tuerca de bloqueo montado sobre el balancín Otro sistema consiste en intercalar entre la leva y el taqué unas placas calibradas, cuyo espesor ha sido calculado previamente. El fabricante suministra placas de diferentes espesores.

L/da = 0,30; L = da · 0,30 L = 38,7 · 0,30 = 11,6 A = π · d1 · 0,7 · L A = 3,14 · 36 · 0,7 · 11,6 = 918,6 mm2 3. Ejercicio: Un motor tiene un AAE = 50° y un RCE = 11°. ¿Qué ángulo gira el cigüeñal mientras permanece abierta la válvula de escape y en qué ángulo gira el árbol de levas? PMS

RCE 11°

241 °

De ampliación 1. Ejercicio: ¿Qué juego mínimo se necesita en una válvula de escape construida en acero, cuando se calienta a 200 °C? La válvula tiene una longitud de 135 mm a 25 °C. El aumento de temperatura es: t = 200 - 25 = 175 °C α · t · l0 la = 1 000 la =

0,0115 · 175 · 135 = 0,27 1 000

Se precisa un juego de válvulas de 0,30 mm.

AAE

50

°

PMI

Ángulo de cigüeñal: 180° + 50° + 11° = 241° Ángulo del árbol de levas: 241° : 2 = 120,5°

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BLOQUE TEMÁTICO II

UNIDAD

Sistemas para mejorar la carga del cilindro DE TRABAJO

OBJETIVOS Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Analizar los factores que determinan el rendimiento volumétrico del motor. – Analizar las características de los sistemas de distribución multiválvulas. – Analizar las características y funcionamiento de los sistemas de admisión variable y distribución variable.

ESTRUCTURA DE CONTENIDOS CONCEPTOS

PROCEDIMIENTOS

ACTITUDES

1. Rendimiento volumétrico. 2. Distribución multiválvulas. 3. Admisión variable. 3.1. Sistema ACAV. 4. Sistema de distribución variable. 4.1.Sistema Variocam. 4.2.Sistema VTEC.

– Análisis de la influencia de la carga del cilindro en el rendimiento volumétrico del motor. – Estudio de las características del sistema de distribución multiválvulas. – Análisis de los sistemas que varían las dimensiones de los conductos de admisión (admisión variable). – Análisis de los sistemas que actúan sobre el árbol de levas para modificar el diagrama de distribución. – Análisis de los sistemas que utilizan diferentes perfiles de leva para modificar el diagrama de distribución.

– Participación activa en el desarrollo de la unidad didáctica. – Receptividad favorable para el aprendizaje. – Orden en el transcurso de las actividades. – Responsabilidad en el trabajo.

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RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES PÁGINA 117

ACTIVIDADES

INICIALES

1. ¿Cómo se define el rendimiento volumétrico de un motor? Se puede definir como el grado de eficacia con que se logra llenar el cilindro. 2. ¿Qué sistemas se emplean para mejorar el llenado de los cilindros? Los sistemas que actualmente se emplean para mejorar la carga del cilindro en motores atmosféricos son: – Distribución multiválvulas. – Admisión variable. – Distribución variable. 3. ¿Qué ventajas tiene la distribución multiválvulas? – La sección de entrada aumenta alrededor de un 30 %. – Permite optimizar el volumen y la forma de las cámaras de combustión. – Las válvulas pesan menos, por lo que son menores los efectos de la inercia. – Los muelles pueden ser más suaves, evitando los efectos de rebote. – El menor tamaño de las válvulas favorece su refrigeración 4. ¿En qué consisten los sistemas de admisión variable? Consiste en modificar las características del colector de admisión para adaptarlas a los distintos regímenes de giro con el fin de mejorar el llenado de los cilindros, tanto con bajo como a elevado número de revoluciones, obteniéndose como consecuencia un mayor par motor. 5. ¿Qué sistemas de admisión variable conoces? Buscar documentación técnica de varias marcas que utilicen sistemas de admisión variable en sus motores.

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ACTIVIDADES

DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

De refuerzo 1. ¿Cómo se expresa el coeficiente de llenado o rendimiento volumétrico (ηv)?

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G U Í A D I D Á C T I CA

El rendimiento volumétrico (ηv) se calcula comparando la masa de gas (Ma) que realmente es introducida en el cilindro con la cantidad máxima (Mc) que podría entrar. ηv =

Ma