motores-editex2

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 .....................................................................................................................
5
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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• 19
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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• 23
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
• 25
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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 31
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.
32 •
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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 33
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
• 35
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 •
G U Í A D I D Á C T I CA
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,
G U Í A D I D Á C T I CA
• 37
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
G U Í A D I D Á C T I CA
× 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
• 47
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
• 49
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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 51
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.
52 •
G U Í A D I D Á C T I CA
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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 53
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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 55
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
56 •
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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 57
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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 59
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.
PÁGINA 115
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.
60 •
G U Í A D I D Á C T I CA
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°
G U Í A D I D Á C T I CA
• 61
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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 63
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.
PÁGINA 129
ACTIVIDADES
DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
De refuerzo
1. ¿Cómo se expresa el coeficiente de llenado o rendimiento volumétrico (ηv)?
64 •
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
<1
Mc
2. Analizar las ventajas y los inconvenientes
que presenta la distribución multiválvulas.
La mayor sección de paso que ofrece el sistema
multiválvulas compensa las pérdidas de carga en
los conductos de admisión, consiguiendo introducir en el cilindro más cantidad de masa gaseosa. El resultado es una mejora del rendimiento a altas revoluciones, comparado con el
sistema de dos válvulas por cilindro.
El mayor problema que presentan los sistemas
multiválvulas aparece cuando el motor funciona
a bajas revoluciones, ya que la amplia sección de
admisión disminuye aún más la velocidad del flujo gaseoso. La carga es deficiente y la turbulencia dentro del cilindro es muy baja, dando como
resultado una combustión incompleta. Los motores multiválvulas acusan una ligera pérdida de
potencia y par a bajas revoluciones.
3. ¿Qué dos técnicas se utilizan en los sistemas de admisión variable?
Se utilizan dos técnicas diferentes:
– La inercia de los gases.
– La resonancia acústica.
Aunque es habitual que en el diseño de estos dispositivos se combinen ambos métodos.
4. En la admisión variable, ¿qué tipo de conductos se usan en función del régimen?
Para mejorar el llenado a bajo régimen, se necesitan colectores largos y estrechos, mientras
que para altas revoluciones se deben de emplear
conductos anchos y cortos.
5. ¿Qué dispositivo se emplea para seleccionar dichos conductos?
Los circuitos largos disponen de paso libre. Los
circuitos cortos están controlados por mariposas, una por cilindro, accionadas por cápsulas
neumáticas. La depresión necesaria para accionar las cápsulas es suministrada por una bomba
de vacío o bien se toma del colector de admisión. El calculador de la inyección selecciona los
conductos de admisión por medio de una electroválvula que permite la acción neumática de
los pulmones en función del régimen del motor.
6. ¿Por qué se emplean conductos largos y
estrechos para bajo régimen?
La velocidad que adquiere la masa gaseosa, aumenta con el número de revoluciones por minuto. Los conductos largos y estrechos logran
mantener la velocidad de entrada del gas consiguiendo mejorar el par a bajo y medio régimen.
7. ¿Qué fases de actuación tiene el dispositivo Variocam?
– Para un régimen inferior a 1 500 rpm, las
válvulas de admisión abren 7° después del
PMS y cierra 52° después del PMI.
– Desde 1 500 rpm y hasta 5 500 rpm, el árbol de levas de admisión recibe un avance de
7,5° respecto al de escape, es decir, 15° medidos sobre el cigüeñal. Esto significa que las
válvulas de admisión abren 8° antes del PMS
y cierran 37° después del PMI.
– A partir de 5 500 rpm, el árbol de admisión
vuelve a la posición inicial, es decir, apertura
7° después del PMS y cierre 52° después del
PMI.
8. ¿Cómo actúa el tensor de la cadena que
une los dos árboles de levas?
El tensor puede subir y bajar hidráulicamente los
eslabones de la cadena entre los árboles de levas. Puede adoptar dos posiciones, una superior
y otra inferior.
– La regulación con menor cruce, para regímenes por debajo de 1 500 rpm y por encima de 5 500 rpm, corresponde a la posición
superior.
– La posición inferior con mayor cruce, es
adoptada para regímenes entre 1 500 y
5 500 rpm.
El tensor desplazable está compuesto por una
válvula electromagnética que controla la presión
de aceite procedente del sistema de lubricación.
9. ¿Qué programa se elige para regímenes
superiores a 5 500 rpm, y por qué?
– A partir de 5 500 rpm, el árbol de admisión
vuelve a la posición inicial, es decir, apertura
7° después del PMS y cierre 52° después del
PMI. Esto se debe a que la alta velocidad de
entrada de los gases requiere un mayor retraso al cierre de admisión, para aprovechar
su inercia y lograr que entre más cantidad de
gas en los cilindros. En la posición anterior
las válvulas cerraban a 37° de PMI, en la posición actual lo hacen 15° después.
10. ¿Cómo actúa el sistema VTEC a bajas revoluciones?
El mecanismo de cuatro válvulas por cilindro
está dotado de tres levas y tres balancines por
cada dos válvulas, tanto en el lado de admisión
como en el de escape.
Las dos levas de los extremos tienen menor alzada y accionan las válvulas a bajo y medio régimen de rpm. La leva central dispone de mayor
alzada y entra en funcionamiento a un elevado
número de rpm.
11. ¿Cómo se acciona el dispositivo de balancines con altas revoluciones?
Los tres balancines denominados primario, secundario y central incorporan un dispositivo hidráulico para su acoplamiento o desacoplamiento.
El calculador de la inyección acciona una válvula que deja paso a la presión de aceite y desplaza a unos pistones haciéndose solidarios los tres
balancines. En esta situación todos los balancines son accionados por la leva central, que posee una mayor alzada que las levas de los extremos, lo que supone un mayor tiempo de
apertura, mejorando así el llenado de los cilindros en altas revoluciones.
12. ¿Cómo se efectúa la transición de altas a
bajas revoluciones?
La transición de altas a bajas revoluciones se
realiza por un muelle de retorno que empuja los
pistones cuando cesa la presión hidráulica desacoplando los balancines
13. ¿Qué fases de actuación tiene el dispositivo VTEC-E?
El dispositivo sólo interviene sobre las válvulas
de admisión. A bajas revoluciones solamente
abre una de las válvulas de admisión, y con altas
revoluciones abren las dos. De esta forma se obtienen las ventajas de los motores de dos y de
cuatro válvulas por cilindro.
– Balancines sin acoplar. Por debajo de 2 500
rpm. los balancines primario y secundario actúan independientemente y son movidos por
ambas levas. Cuando la válvula primaria está
totalmente abierta, la elevación de la secundaria es sólo de 0,65 mm.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 65
– Balancines conectados. Cuando el motor supera las 2 500 rpm, el calculador de la inyección envía una señal que abre la válvula
que da paso a la presión hidráulica desplazando los pistones. Los balancines quedan
entonces conectados entre sí de manera firme. Es la leva primaria A, la que mueve ahora las dos válvulas de admisión con la misma
elevación y la misma distribución.
14. Cuando no están acoplados los balancines
¿qué alzada tiene cada válvula de admisión?
La leva primaria, de 8 mm de alzada y la leva
secundaria, de 0,65 mm de alzada. Cuando la
válvula primaria está totalmente abierta, la elevación de la secundaria es sólo de 0,65 mm;
esta pequeña abertura evita la acumulación no
66 •
G U Í A D I D Á C T I CA
deseable de la mezcla en el segundo conducto
de admisión.
15. ¿Qué ventajas tiene la admisión por una
sola válvula a bajas revoluciones?
El flujo de entrada por una sola válvula origina
una fuerte turbulencia dentro del cilindro que
permite realizar una combustión más eficiente,
incluso con mezclas pobres.
Con una sola válvula de admisión el llenado mejora a bajas revoluciones.
16. Citar tres motores actuales que sean multiválvulas y que lleven incorporado una distribución variable y una admisión variable.
Consultar revistas especializadas y buscar motores que incorporen estos dispositivos.
BLOQUE TEMÁTICO II
UNIDAD
Comprobación
de la distribución
DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de:
– Realizar la comprobación de los elementos que compone la distribución.
– Determinar los elementos que se deben regular, reparar o sustituir comparando los valores obtenidos en las comprobaciones co los datos técnicos.
– Realizar el montaje de la culata siguiendo los procedimientos y normas indicadas en la documentación técnica.
– Aplicar las normas de seguridad que sean necesarias en cada operación.
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
CONCEPTOS
PROCEDIMIENTOS
ACTITUDES
1. Averías en la distribución.
2. Comprobación de los componentes de la distribución.
2.1. Válvulas.
2.2. Muelles.
2.3. Taqués.
2.4. Balancines.
2.5. Varillas empujadoras.
2.6. Árbol de levas.
2.7.Mando de la distribución.
3. Proceso de montaje de la
culata.
3.1. Armado de la culata.
3.2. Montaje de la culata.
3.3. Apriete de los tornillos
de culata.
– Descripción de las anomalías que se pueden
producir en el sistema de distribución.
– Interpretación de la documentación técnica.
– Comprobación de válvulas, guías, asientos y
muelles.
– Realización de las operaciones de esmerilado, rectificado de asientos, sustitución de guías y verificación de la estanqueidad de las válvulas.
– Comprobación del árbol de lavas y sus cojinetes.
– Comprobación de los elementos de empuje y
basculantes.
– Realización del proceso de armado de los elementos de la culata.
– Estudio de los métodos empleados para el apriete de los tornillos de culata.
– Realización de las operaciones necesarias para
el montaje de la culata y su junta sobre el motor.
– Aplicación de las normas de seguridad.
– Participación activa en el desarrollo de la práctica.
– Colaboración entre los componentes del grupo de trabajo.
– Atención al 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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 67
RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES
PÁGINA 131
ACTIVIDADES
INICIALES
1. ¿Cómo afecta al motor la falta de hermeticidad de las válvulas?
El rendimiento del motor disminuye por pérdidas de compresión.
2. ¿Qué diferencias hay entre rectificado y
esmerilado de las válvulas?
El esmerilado es una operación manual que consiste en ajustar las superficies de los asientos de
válvula mediante pasta de esmeril para conseguir la hermeticidad.
El rectificado se realiza cuando los asientos están
en mal estado, se utiliza una rectificadora provista de fresas o muelas de abrasivo con los mismos ángulos que el asiento a rectificar.
3. ¿Qué consecuencias traería un desgaste
excesivo de las levas?
Disminuye la alzada de la válvula y puede llegar a
afectar a las cotas de distribución reduciendo los ángulos de apertura de las válvulas, lo que provoca la
estrangulación en el cambio de gases en el cilindro.
4. ¿En qué casos se monta un retén de aceite en el extremo del árbol de levas?
Cuando la distribución se hace por correa dentada ya que esta trabaja en seco y se debe de evitar que el aceite llegue hasta la correa.
5. ¿Qué precauciones se deben de tener en
el apriete de la culata?
Seguir siempre el orden de apriete especificado
para evitar deformaciones.
Verificar que las dimensiones de los tornillos usados, diámetro y longitud, se encuentran dentro
de las medidas establecidas.
Utilizar el método de apriete recomendado en la
documentación técnica.
PÁGINA 145
ACTIVIDADES
DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
Prácticas
1. Realizar la comprobación de los siguientes elementos:
a) Válvulas, asientos y guías.
68 •
G U Í A D I D Á C T I CA
– Holgura entre el vástago de la válvula y su
guía.
– Diámetro del vástago.
– Realizar la sustitución de una guía de válvula.
b) Esmerilado y rectificado de asientos.
– Realizar el esmerilado de válvulas.
– Comprobar la hermeticidad de las válvulas.
– Realizar el rectificado de los asientos de
válvulas.
– Realizar el rectificado de las válvulas.
c) Muelles.
– Comprobar la fuerza de los muelles y su
altura libre.
d) Taqués.
– Juego de montaje entre el taqué y su alojamiento.
– Realizar el control de los taqués hidráulicos.
e) Balancines y varillas empujadoras.
– Inspección visual del eje y los balancines.
– Comprobar el juego de montaje entre el
eje y los balancines.
– Comprobar que no estén torcidas las varillas empujadoras.
f) Árbol de levas.
– Inspección visual del árbol de levas.
– Excentricidad del apoyo central.
– Medir el alzado de levas.
– Diámetro de los apoyos del árbol de levas.
– Diámetro de los cojinetes en el bloque o
en la culata.
– Calcular el ovalamiento máximo.
– Calcular el juego de montaje entre cojinetes y apoyos del árbol de levas.
– Medir el juego axial del árbol de levas.
g) Mando de la distribución.
– Estado de las ruedas dentadas y su alineación.
– Estado de la cadena o correa dentada.
– Estado del tensor y su correcta regulación.
2. Armar la culata.
– Montar el árbol de levas y comprobar el juego axial.
– Montar la rueda dentada.
– Montar el árbol de balancines.
– Montar los colectores de admisión y escape.
3. Montar la culata sobre el motor y realizar
el apriete de los tornillos.
– Colocar la junta de culata nueva.
– Confrontar las marcas de calado y situar la
culata en el bloque.
– Efectuar el apriete de los tornillos de culata
siguiendo el orden y el método apropiados.
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, comprobación y montaje, así como los valores
obtenidos en las pruebas.
– Tipo de distribución: OHV, OHC,
DOHC.
– Sistema de transmisión: cadena o correa
dentada.
– Descripción de los componentes de la
distribución: válvulas, guías, asientos, taqués, balancines, árbol de levas y mando de
la distribución.
– Descripción de las pruebas realizadas
y valores obtenidos: anotar los valores obtenidos en las comprobaciones y los datos
ofrecidos en la documentación técnica. (Utilizar unas tablas similares a las de la página
144 del libro de motores.)
– Comparación de los valores obtenidos
con los datos técnicos para decidir la reparación, reglaje o sustitución de los elementos afectados.
– Medidas de seguridad que se han aplicado.
– Citar las averías más frecuentes que se
producen en el sistema de distribución.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 69
BLOQUE TEMÁTICO II
UNIDAD
Verificación y puesta punto
de la distribución
DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de:
– Realizar el calado y puesta a punto del sistema de distribución siguiendo los procedimientos y normas indicados en la documentación técnica.
– Comprobar sobre el motor las cotas del diagrama de distribución.
– Conocer los diferentes métodos para realizar el reglaje de válvulas.
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
CONCEPTOS
PROCEDIMIENTOS
ACTITUDES
1. Calado de la distribución.
1.1.Tensado de la correa dentada.
1.2.Conservación de la correa
dentada.
2. Cambio de una correa dentada.
3. Comprobación de las cotas de distribución.
4. Reglaje de válvulas.
4.1. Reglaje por cruce de válvulas.
4.2. Reglaje por válvula de escape
pisada.
4.3. Forma práctica de realizar el
reglaje.
– Interpretación de la documentación
técnica relativa a la distribución.
– Realización del calado de la distribución en los sistemas de transmisión por ruedas dentadas, por
cadena y por correa dentada.
– Empleo del tensiómetro para ajustar la tensión de la correa dentada.
– Realización de las operaciones necesarias para sustituir la correa
dentada.
– Proceso de verificación de las cotas de distribución.
– Realización del reglaje de válvulas
por los métodos de cruce de válvulas y por válvula de escape
abierta.
– Participación activa en el desarrollo de la práctica.
– Colaboración entre los componentes del grupo de trabajo.
– Atención al 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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 71
RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES
PÁGINA 147
ACTIVIDADES
INICIALES
1. ¿Qué se entiende por puesta a punto?
Es la operación que consiste en sincronizar el
giro del cigüeñal con el del árbol de levas, de tal
forma que el movimiento de las válvulas se produzca en el momento adecuado en relación con
la posición del pistón, con el fin de que se cumpla exactamente el diagrama de distribución.
2. ¿Dónde se encuentran las marcas de calado de la distribución?
La correcta posición de montaje de la distribución es única y normalmente viene señalada mediante marcas en las ruedas dentadas.
Cuando se enfrentan las marcas del piñón del cigüeñal, el cilindro número uno se sitúa en el
punto muerto superior.
3. ¿Cada cuántos kilómetros se cambia una
correa dentada?
Por motivos de seguridad se aconseja el cambio
entre los 100 000 y los 130 000 km aproximadamente.
4. ¿Cuáles son las cotas del diagrama de distribución?
–
Avance a la apertura del escape (AAE).
–
Retraso al cierre del escape (RCE).
–
Avance a la apertura de admisión (AAA).
–
Retraso al cierre de admisión (RCA).
5. ¿Por qué es necesario el reglaje de válvulas?
Los elementos de la distribución presentan variaciones de longitud debido principalmente a la
dilatación y el desgaste al que están sometidas.
Para asegurar un buen cierre de las válvulas en
cualquier estado de funcionamiento se dispone
una holgura llamada juego de taqués o juego de
válvulas localizada entre la cola de la válvula y el
elemento que la acciona.
6. ¿Qué métodos existen para realizar el reglaje de válvulas?
Existen diferentes tipos. El más sencillo y el más
comúnmente utilizado es el de tornillo y tuerca
de bloqueo montado sobre el balancín.
72 •
G U Í A D I D Á C T I CA
Otro sistema que se usa con frecuencia cuando
no existen balancines es el de intercalar entre la
leva y el taqué unas placas calibradas, cuyo espesor ha sido calculado previamente.
PÁGINA 159
ACTIVIDADES
DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
Prácticas
1. Realizar el calado de la distribución.
– Hacer coincidir las marcas de calado y montar el elemento de transmisión.
– Montar el tensor y ajustarlo.
– Gira dos vueltas el cigüeñal y comprobar que
las marcas coinciden.
2. Realizar el cambio y tensado de una correa dentada.
– Desmontar los elementos necesarios para facilitar el acceso a la correa.
– Hacer coincidir las marcas de calado.
– Aflojar el tensor y desmontar la correa.
– Montar la nueva correa y realizar el tensado
con el aparato adecuado.
– Montar todos los elementos desmontados.
3. Comprobar las cotas de distribución y dibujar el diagrama obtenido.
– Determinar el PMS y el PMI.
– Realizar el reglaje de válvulas en el cilindro
nº 1 con un valor especial.
– Marcar los puntos de apertura y cierre de la
válvula de admisión.
– Marcar los puntos de apertura y cierre de la
válvula de escape.
– Determinar los ángulos de las cotas y dibujar
el diagrama.
– Interpretar los datos obtenidos.
4. Realizar el reglaje de válvulas empleando
los dos métodos explicados:
– por cruce de válvulas
– por válvula de escape abierta.
Practicar con el sistema de tornillo y tuerca de fijación y con el sistema de arandelas calibradas.
De ampliación
Realizar la memoria resumen de la práctica.
Se trata de hacer un resumen de la práctica donde se
describan las características más importantes de los sistemas comprobados y los procesos de comprobación
y regulación, así como los valores obtenidos en las
pruebas.
– Tipo de distribución: OHV, OHC,
DOHC.
– Sistema de transmisión: cadena o correa
dentada.
– Métodos empleados para el calado de la
distribución y el reglaje de válvulas: mar-
–
–
–
–
cas en las ruedas dentadas, tipo de tensor y su
ajuste, dispositivo de regulación de válvulas.
Descripción de las operaciones realizadas: calado de la distribución, cambio y tensado de una correa dentada, comprobación de
las cotas de distribución y reglaje de válvulas.
Dibujar el diagrama de distribución obtenido y compararlo con el diagrama original
del motor. Razonar las posibles anomalías.
Medidas de seguridad que se han aplicado.
Citar las consecuencias que tendría en el motor un mal calado de la distribución o un reglaje de válvulas incorrecto.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 73
BLOQUE TEMÁTICO II
UNIDAD
Bloque motor
y tren alternativo
DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de:
– Analizar la función del tren alternativo y las fuerzas que sobre el actúan.
– Estudiar la constitución y características del bloque motor.
– Analizar las características constructivas de los elementos que componen el tren alternativo.
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
CONCEPTOS
PROCEDIMIENTOS
ACTITUDES
1. Transmisión de fuerzas
1.1.Fuerzas que actúan sobre el pistón.
1.2.Velocidad del pistón.
1.3.Fuerzas que actúan sobre el cigüeñal.
2. Bloque motor.
2.1.Fabricación del bloque.
2.2.La bancada.
2.3.Los cilindros.
2.4.Formación de los cilindros en el bloque.
3. Pistón.
3.1.Constitución.
3.2.Condiciones de funcionamiento.
3.3.Fabricación de pistones.
3.4.Tipos de pistones.
3.5.Segmentos del pistón.
3.6.Bulón.
4. Biela.
4.1.Constitución de la biela.
5. Cigüeñal.
5.1.Equilibrado.
5.2.Constitución del cigüeñal.
5.3.Cojinetes de biela y de bancada.
5.4.Volante de inercia.
– Análisis de los esfuerzos que actúan sobre el pistón y sobre el cigüeñal.
– Estudio de la constitución y características del bloque motor.
– Formación de los cilindros en el
bloque integral y en el bloque con
camisas secas y con camisas húmedas.
– Constitución y características de
pistones, bielas y cigüeñal.
– Descripción de los diferentes tipos
de segmentos que se montan en
los pistones.
– Descripción de los sistemas de bulón flotante y bulón fijo a la biela.
– Estudio del equilibrado del cigüeñal.
– Análisis de las características y de
los materiales empleados en la fabricación de cojinetes de fricción.
– Función del volante de inercia en
el motor.
– Participación activa en el desarrollo de la unidad didáctica.
– Receptividad y actitud favorable
para el prendizaje.
– Orden en el transcuso de las actividades.
– Responsabilidad en el trabajo.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 75
RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES
PÁGINA 161
ACTIVIDADES
INICIALES
1. ¿Qué fuerzas actúan sobre el pistón y sobre el cigüeñal?
El pistón desciende impulsado por la presión de
combustión y asciende empujado por el cigüeñal, gracias a la fuerza aportada por el volante
de inercia. En cada uno de estos movimientos la
biela cambia de posición, por lo que las fuerzas
que actúan sobre el pistón obligan a éste a apoyarse en las paredes del cilindro.
La fuerza que actúa sobre la muñequilla del cigüeñal se descompone en dos fuerzas perpendiculares
entre sí. Una de ellas es tangencial al círculo del cigüeñal y proporciona el trabajo de giro, la otra
fuerza se ejerce sobre el apoyo del cigüeñal sometiendo a un gran esfuerzo a los cojinetes.
2. ¿Qué tipo de camisas se montan sobre el
bloque?
Las camisas son unos cilindros postizos desmontables de su alojamiento en el bloque, pueden ser de dos tipos:
– Camisas secas.
– Camisas húmedas.
3. ¿Qué características debe reunir un pistón?
Debido a las duras condiciones en las que trabajan
los pistones deben de reunir ciertas cualidades:
– Ligereza.
– Constitución robusta.
– Buenas cualidades de deslizamiento.
– Bajo coeficiente de dilatación.
– Buena conductividad térmica.
4. ¿Cómo se controla la dilatación térmica
de los pistones?
Se utilizan deferentes métodos: Pistones autotérmicos con tiras de acero, con anillos de acero o pistones compensadores.
En todos los casos se pretende que la dilatación
se realice de forma controlada en determinadas
zonas y en la dirección adecuada.
5. ¿Cómo están constituidos los cojinetes de
biela y bancada?
Por lo general se dividen en dos mitades, denominándose cada parte semicojinete o semicas-
76 •
G U Í A D I D Á C T I CA
quillo. Cada semicojinete está formado por una
base de acero semicircular sobre la cual se deposita el material antifricción. En una de las mitades se practica un orificio para la llegada de
aceite y una ranura anular para su distribución.
Dispone de un talón para ponerlo correctamente y para inmovilizarlo una vez montado.
6. ¿Qué función cumple el cigüeñal?
El cigüeñal recibe el impulso del pistón a través
de la biela, creando un par de fuerzas que se
transforma en un movimiento de rotación.
PÁGINA 179
ACTIVIDADES
DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
De refuerzo
1. Dibujar esquemáticamente el tren alternativo y representar las fuerzas que actúan
sobre el pistón en el descenso y en el ascenso.
Presión de combustión
Presión de compresión
F4
F2
Fa
Fb
F3
F1
2. Explicar, con la ayuda del dibujo anterior,
cuáles son las causas del desgaste irregular del cilindro.
El apoyo lateral del pistón es la causa del desgaste
irregular del cilindro que produce el ovalamiento.
El desgaste es más importante en el lado en el que
roza el pistón cuando desciende en expansión, ya
que en este tiempo las fuerzas son de mayor magnitud que en el de compresión. También se produce conicidad, puesto que las fuerzas sobre el pistón son de mayor intensidad en las proximidades
del PMS, y por tanto hay mayor desgaste en esta
zona que en la parte inferior del cilindro.
3. ¿A qué velocidad media se desplaza normalmente un pistón?
La velocidad media del pistón se sitúa entre 10
y 15 m/s, y no debe de superar los 18 m/s, con
el fin de evitar desgastes prematuros en los cilindros.
4. ¿Cómo se calcula la velocidad del pistón?
La velocidad media del pistón está en función de
la carrera del pistón y del número de revoluciones del cigüeñal.
Vm = L × N = m/s
30
Vm = Velocidad media del pistón
L = Carrera en metros
n = rpm
5. ¿Qué relación guardan el diámetro y la
carrera del cilindro?
Generalmente se emplean carreras de medida
muy aproximada a la del diámetro, ya que una
carrera muy corta empeora el llenado de los cilindros. Por tanto se tiende a buscar el equilibrio
entre un buen llenado y un desgaste de cilindro
moderado.
La relación entre carrera y diámetro (L / D) suele ser de 0,85 a 1,2.
6. Explicar las diferencias entre las camisas
secas y las camisas húmedas.
Las camisas secas son cilindros de paredes delgadas que se montan con interferencia sobre los
orificios del bloque formando una especie de forro interior para el cilindro.
Las camisas húmedas van en contacto directo
con el líquido de refrigeración. Constituyen un
verdadero cilindro desmontable ya que el bloque
se fabrica hueco. Se ajustan en el bloque apoyadas sobre unos asientos provistos de juntas de
estanqueidad.
7. ¿Qué misión tiene la falda o vástago del
pistón?
La falda o vástago constituye la parte inferior del
pistón y su misión es guiar a la parte superior y
evitar el cabeceo del pistón, para ello la holgura
con el cilindro ha de ser reducida.
8. ¿Qué temperaturas se alcanzan en las diferentes partes del pistón?
La temperatura que alcanza el pistón durante su
funcionamiento es diferente en cada una de sus
partes, la cabeza y la zona del bulón son las más
calientes, alcanzando entre 250° y 350 °C y en
la falda, unos 150 °C.
9. ¿Por qué motivo los pistones nuevos reciben un tratamiento superficial para mejorar su deslizamiento?
Tiene la finalidad de acortar el tiempo de rodaje o
período de adaptación entre pistón y cilindro.
Este tratamiento consiste en depositar sobre el
aluminio una fina capa de estaño o plomo mediante el sistema de inmersión. También se emplea polvo de grafito que proporciona protección superficial y buenas cualidades deslizantes.
10. Explicar cómo se consigue controlar la dilatación en un pistón autotérmico con tiras de acero.
Consiste en insertar unas láminas de acero en la
zona del bulón, constituyendo un cuerpo bimetálico debido al diferente coeficiente de dilatación del acero y del metal ligero. Cuando aumenta la temperatura, las tiras adquieren una
curvatura que obligan al pistón a dilatarse sólo
en la dirección del bulón, evitando la dilatación
en las zonas de mayor rozamiento, es decir, perpendicularmente al eje del bulón.
11. ¿Qué misiones cumplen los segmentos?
Desarrollan tres funciones principales:
– asegurar la estanqueidad de los gases.
– Evacuar calor hacia el cilindro.
– Evitar que pase aceite a la cámara de combustión.
12. Explicar el trabajo que realiza un segmento rascador.
El segmento rascador recoge el aceite depositado en las paredes del cilindro para evitar que llegue a la cámara de combustión donde se quemaría formando depósitos de carbonilla. El
aceite que no es arrastrado por el segmento rascador, es recogido por los segmentos de compresión, y una mínima cantidad pasa a lubricar
la zona alta del cilindro.
Parte del aceite recogido se evacua hacia el interior del pistón a través de unos orificios o ranuras practicadas en el interior del alojamiento
del segmento. Este aceite sirve para engrasar el
bulón.
13. Explicar las dos formas que se utilizan
para la unión entre el pistón y la biela.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 77
– Bulón fijo a la biela. El bulón se monta con
interferencia sobre el pie de biela, girando libre sobre el alojamiento del pistón.
– Bulón flotante. El bulón gira libremente sobre
ambas piezas, pistón y biela. El pie de biela lleva insertado a presión un cojinete de bronce.
Para evitar que el bulón se desplace axialmente, se disponen en los extremos de su alojamiento unos anillos elásticos de seguridad.
14. ¿Cuándo se considera que un cigüeñal
está equilibrado estáticamente?
El equilibrado estático se logra cuando todas las
masas están dispuestas alrededor del eje de rotación de tal forma que se mantenga en reposo
para cualquier posición que adopte cuando puede girar libremente. La falta de equilibrio estático provoca una tendencia a quedar en reposo
siempre en una misma posición, ya que la fuerza de la gravedad atrae al punto de mayor masa.
15. Describir las partes de un cigüeñal.
Apoyos del cigüeñal. Son los muñones sobre los
que gira, van montados sobre los cojinetes de
bancada en el bloque y su número depende de
las cargas a las que esté sometido y del número
de cilindros.
Las muñequillas del cigüeñal constituyen los muñones de unión con las cabezas de biela, a través de las cuales se recibe la fuerza que impulsa
al cigüeñal.
Los brazos forman la unión entre los apoyos y
las muñequillas, y los contrapesos cumplen la
misión de equilibrar las masas del cigüeñal.
16. ¿Qué tratamientos de endurecimiento reciben las muñequillas y los apoyos del cigüeñal?
Después de mecanizados, los cigüeñales son sometidos a tratamiento superficial de endurecimiento en muñequillas y apoyos, utilizando mé-
78 •
G U Í A D I D Á C T I CA
todos de nitruración, que consiste en añadirle nitrógeno superficialmente, o bien cementación,
añadiéndole carbono en la capa externa. Se
consiguen profundidades de entre 0,5 y 2 mm
con extraordinaria dureza y resistencia al desgaste.
17. ¿Por qué es necesario el juego de montaje entre el cojinete y la muñequilla?
Entre el cojinete y el muñón debe de mantenerse siempre una holgura o juego de montaje destinada a absorber la dilatación y mantener una
circulación constante de aceite. Esta holgura se
determina en función del material del cojinete,
del diámetro de éste, de su dilatación térmica y
de la velocidad de giro del cigüeñal.
18. ¿De qué componentes consta el metal
blanco?
El metal blanco se compone de estaño y plomo,
posee buenas cualidades como metal antifricción pero tiene baja resistencia mecánica, por lo
que sólo puede emplearse en finas capas.
19. Describir cómo está compuesto un cojinete de fricción de dos capas.
Los cojinetes suelen configurarse en varias capas,
por ejemplo una primera capa de cobre-plomo sobre el soporte de acero y encima una fina capa
de metal blanco con un espesor entre 0,01 y
0,03 mm.
El metal blanco también se deposita en algunos
casos sobre el aluminio estaño.
20. Explicar qué función cumple el volante de
inercia.
Para regularizar el giro se monta en el extremo
del cigüeñal el volante de inercia. Este dispositivo consiste en un disco con una elevada masa,
que es capaz de almacenar la energía cinética de
los impulsos y devolverla a continuación para
realizar los tiempos que no aportan energía.
BLOQUE TEMÁTICO II
UNIDAD
Comprobación de pistón,
biela, cigüeñal y bloque
DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de:
– Realizar la comprobación y medición de los componentes del tren alternativo y bloque motor.
– Determinar los elementos que se deben ajustar, rectificar o sustituir comparando los valores obtenidos en las comprobaciones con los datos técnicos.
– Realizar el montaje del motor siguiendo los procedimientos y normas indicados en la documentación técnica.
– Aplicar las normas de seguridad que sean necesarias en cada operación.
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
CONCEPTOS
PROCEDIMIENTOS
ACTITUDES
1. Averías y consecuencias.
1.1. Medición de la presión de compresión.
2. Desmontaje de pistones, bielas y cigüeñal.
3. Comprobación de pistones, bielas, cigüeñal y
bloque.
3.1.Comprobación de
los pistones.
3.2.Comprobación de
las bielas.
3.3.Comprobación del
cigüeñal.
3.4.Comprobación del
bloque motor.
4. Montaje del motor.
– Descripción de las anomalías que afectan al tren alternativo y los cilindros.
– Medición de la presión de compresión para verificar la
estanqueidad de la cámara de combustión.
– Selección e interpretación de la documentación técnica.
– Aplicación de las normas necesarias para el desmontaje de los elementos que componen el tren alternativo.
– Medición y comprobación de pistones, bielas y cigüeñal.
– Utilización de hilo calibrado para la comprobación del
juego de montaje.
– Cálculo de las medidas para el rectificado del cigüeñal.
– Medición y comprobación de los componentes del bloque motor.
– Cálculo de las medidas para el rectificado de cilindros.
– Precisión en el empleo de aparatos de medida.
– Proceso de montaje del motor aplicando los pares de
apriete especificados en la documentación técnica.
– Aplicación de juntas, retenes y productos sellantes para
conseguir estanqueidad.
– Aplicación de las normas de seguridad y salud laboral.
– 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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 79
RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES
PÁGINA 181
ACTIVIDADES
INICIALES
1. ¿Cómo se detectan las fugas de compresión?
Midiendo la presión de compresión en cada cilindro y comparando los resultados con los datos técnicos. La diferencia máxima de presión
entre cilindros no debe ser superior a 2 bar.
2. ¿Cómo se comprueba el ovalamiento y la
conicidad de los cilindros?
En cada cilindro se toman medidas a tres alturas
diferentes, en sentido longitudinal y otras tres en
sentido transversal al bloque.
El ovalamiento será la diferencia máxima entre
el diámetro longitudinal y el diámetro transversal. El máximo ovalamiento se localiza normalmente en la zona superior, siendo el mayor diámetro el transversal.
La conicidad es la diferencia máxima entre los
diámetros superior e inferior, tomados en el mismo plano.
3. ¿Cómo se obtiene el juego de montaje entre el cigüeñal y sus cojinetes?
Comparando el menor diámetro del apoyo con
el mayor del cojinete de bancada.
El juego de montaje entre muñequillas y apoyos
con sus respectivos cojinetes está entre 0,02 y
0,06 mm, y no debe de superar los 0,15 mm.
4. ¿Cómo se monta un bulón con interferencia en la biela?
Para efectuar el montaje es necesario dilatar el
alojamiento del bulón sobre la biela. Calentar el
pie de biela sobre una placa calefactora hasta
una temperatura aproximada de 230 °C. Para
detectar esta temperatura se coloca sobre el pie
de biela un trozo de estaño de soldar, cuando
funda el estaño, se habrá conseguido dicha temperatura, poner entonces la biela en el pistón e
introducir el bulón bien aceitado haciendo presión con la mano. Actuar con rapidez para evitar que se enfríe la biela.
5. ¿Cuál es la causa más frecuente de avería
en los cojinetes de fricción?
La causa más frecuente de avería en los cojinetes de fricción es la falta de engrase. La lubrica-
80 •
G U Í A D I D Á C T I CA
ción insuficiente por obstrucción de los conductos, o por juego de montaje demasiado pequeño, produce un exceso de rozamiento que eleva
la temperatura hasta fundir el material del cojinete que, o bien se queda soldado a la muñequilla, o bien se pierde el material fundido, produciéndose entonces el característico ruido de
«biela fundida».
6. ¿Cómo se determina la medida de rectificado de un cilindro?
Consultar en los datos técnicos la medida de desgaste máxima admitida por el fabricante. En
caso de encontrarse un desgaste mayor, es necesario rectificar.
Medida
= Diámetro + Juego
del rectificado
del pistón
de montaje
7. ¿Qué comprobaciones son necesarias al
montar camisas húmedas?
Antes del montaje definitivo, introducir las camisas en sus alojamientos del bloque sin junta y
comprobar la altura que sobresalen respecto al
plano del bloque.
Colocarlas de forma que queden escalonadas de
mayor a menor altura, comenzando por la nº 1.
Verificar que no haya una diferencia superior a
0,05 mm entre dos camisas consecutivas.
En el caso de montar las mismas camisas usadas, se debe de conservar la misma posición que
tenían cuando se desmontaron.
Colocar las juntas tóricas en sus alojamientos
cuidando de que no queden retorcidas.
PÁGINA 201
ACTIVIDADES
DE
ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
Prácticas
1. Medir la presión de compresión en los cilindros.
– Llevar el motor a su temperatura de funcionamiento.
– Extraer las bujías y aplicar el compresógrafo.
– Accionar el motor de arranque para obtener
las gráficas de compresión.
– Evaluar los resultados y detectar las pérdidas
de compresión.
2. Extraer el motor y desmontar la culata.
– Colocar el vehículo en un elevador de brazos
o sobre caballetes.
– Seguir el proceso de desmontaje recomendado en la documentación técnica.
– Extraer el grupo motopropulsor y colocarlo
sobre un soporte giratorio.
– 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.
3. Desmontar pistones, bielas y cigüeñal.
– Vaciar el aceite, retirar el cárter y la bomba
de engrase.
– Desmontar los sombreretes de biela, extraer
los conjuntos biela - pistón y desmontar los
semicojinetes.
– Extraer los segmentos y desarmar el conjunto biela - pistón.
– Desmontar el volante de inercia y el retén del
extremo del cigüeñal.
– Desmontar los sombreretes de bancada y extraer el cigüeñal.
– Desmontar los semicojinetes de bancada y
los cojinetes axiales.
– Limpiar todas las piezas desmontadas.
4. Comprobar los pistones y segmentos.
6. Comprobar el cigüeñal, la bancada y los
cojinetes.
– Excentricidad de apoyo central.
– Equilibrado estático del cigüeñal y volante.
– Ovalamiento de muñequillas y apoyos.
– Conicidad de muñequillas y apoyos.
– Juego de montaje de las muñequillas.
– Juego de montaje de los apoyos.
– Espesor de los cojinetes axiales del cigüeñal.
– Cálculo de la medida de rectificado del cigüeñal.
– Juego axial del cigüeñal.
7. Comprobar los cilindros y rectificarlos si
fuera necesario.
– Verificar el plano superior del bloque.
– Ovalamiento de los cojinetes de bancada.
– Juego de montaje entre cojinetes de bancada y los apoyos del cigüeñal.
– Ovalamiento de los cilindros.
– Conicidad de los cilindros.
– Cálculo de la medida de rectificado de los cilindros.
8. Montar el motor e instalarlo sobre el vehículo.
– Colocar los semicojinetes de bancada y los
axiales.
– Diferencia de peso entre los pistones.
– Situar el cigüeñal, colocar las tapas de bancada y apretar a su par.
– Diámetro del pistón.
– Comprobar el juego axial del cigüeñal.
– Juego de montaje con el cilindro.
– Montar el volante de inercia.
– Juego de montaje entre bulón y su alojamiento.
– Montar los pistones sobre las bielas y colocar
los segmentos.
– Medir el espesor de cada segmento.
– Montar los semicojinetes sobre la cabeza de
biela.
– Abertura entre puntas de los segmentos.
– Holgura axial de cada segmento en su caja.
5. Comprobar las bielas y sus cojinetes.
– Montar sobre el motor los conjuntos bielapistón.
– Diferencia de peso entre bielas.
– Apretar los sombreretes de biela y comprobar que el cigüeñal gira regularmente.
– Alineación de los ejes de biela.
– Montar la bomba de engrase y el cárter.
– Ovalamiento del cojinete de pie de biela.
– Montar la culata y el sistema de distribución
– Juego de montaje con el bulón.
– Montar los elementos auxiliares.
– Ovalamiento de la cabeza de biela.
– Montar el grupo motopropulsor sobre el
vehículo.
– Comprobar el estado de los semicojinetes.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 81
9. Ponerlo a punto, arrancarlo y comprobar
su correcto funcionamiento.
– Llenar los circuitos de engrase y refrigeración.
– Poner a punto los sistemas de alimentación
y encendido.
– Comprobar que el funcionamiento del motor
es correcto.
De ampliación
1. Realizar una memoria resumen de las
prácticas.
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, comprobación y
montaje, así como los valores obtenidos en las
pruebas.
– Descripción del bloque motor: bloque
fabricado en fundición o aluminio, camisas
secas, camisas húmedas o bloque integral.
82 •
G U Í A D I D Á C T I CA
– Descripción de los componentes del tren
alternativo: pistones, segmentos, bielas, cojinetes, montaje biela - pistón, cigüeñal....
– Descripción de las pruebas realizadas
y valores obtenidos: anotar los valores obtenidos en las comprobaciones y los datos
ofrecidos en la documentación técnica. (Utilizar unas tablas similares a las de la página
200 del libro de motores.)
– Comparación de los valores obtenidos
con los datos técnicos para decidir la reparación, reglaje o sustitución de los elementos afectados.
– Cálculo de las medidas de rectificado
de cilindros y cigüeñal.
– Descripción del proceso de montaje
del motor.
– Medidas de seguridad que se han aplicado.
– Citar las averías que pueden afectar a los
elementos del tren alternativo y los cilindros.
BLOQUE
TEMÁTICO
Sistemas de lubricación
y refrigeración
E n este bloque temático se estudia el sistema de lubricación y los diferentes tipos de aceite de
motor, los sistemas de refrigeración líquida y refrigeración por aire, y el mantenimiento y comprobación de la lubricación y la refrigeración.
Comprende las siguientes unidades didácticas:
13. EL SISTEMA DE LUBRICACIÓN
14. MANTENIMIENTO Y COMPROBACIÓN DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN
15. EL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
16. COMPROBACIÓN DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
GUÍA DIDÁCTICA
• 83
OBJETIVOS
– Conocer el funcionamiento de los sistemas de lubricación y refrigeración así como la misión que cumple
cada uno de sus componentes.
– Conocer las características y la clasificación de los diferentes tipos de aceite de motor.
– Realizar el mantenimiento y la comprobación de los circuitos de lubricación y refrigeración.
– Determinar los procedimientos de comprobación mas adecuados mediante la documentación técnica.
– Aplicar las normas de seguridad y de protección medioambiental.
CONTENIDOS
– Clasificación de los aceites de motor.
– Estudio del sistema de lubricación.
– Realización del mantenimiento y comprobación del sistema de lubricación.
– Estudio de los sistemas de refrigeración por aire y por agua.
– Realización del proceso de comprobación del sistema de refrigeración por agua.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
– Explicar el funcionamiento de los sistemas de lubricación y refrigeración y la misión que cumple cada
uno de sus componentes.
– Seleccionar para cada tipo de motor el aceite más adecuado según sus características.
– Medir la presión del circuito de engrase y evaluar los resultados comparándolos con los datos técnicos.
– Comprobar cada uno de los componentes del sistema de lubricación.
– Realizar el llenado y purga del circuito de refrigeración y comprobar su estanqueidad.
– Comprobar cada uno de los componentes del sistema de refrigeración.
– Aplicar las normas de seguridad y medioambientales en las operaciones realizadas.
84 •
GUÍA DIDÁCTICA
BLOQUE TEMÁTICO III
UNIDAD
Sistema de lubricación
DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de:
– Determinar la función de la lubricación en el motor.
– Conocer las características de los aceites lubricantes para motor y su clasificación.
– Analizar la constitución y funcionamiento del sistema de engrase a presión.
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
CONCEPTOS
PROCEDIMIENTOS
ACTITUDES
1. Lubricación
1.1.Tipos de rozamiento
2. Aceite de motor
2.1.Aditivos para el aceite
2.2.Viscosidad
2.3.Clasificación de los aceites
3. Sistema de lubricación del motor
3.1.Engrase a presión
3.2.Engrase por mezcla
3.3.Refrigeración del aceite de
engrase
3.4.Elementos del circuito de engrase a presión.
3.5.Ventilación del cárter.
– Función de la lubricación en el
motor.
– Clasificación de los aceites por su
viscosidad y por las condiciones
de utilización.
– Análisis de los sistemas de engrase a presión y engrase por mezcla.
– Descripción del funcionamiento
del sistema de engrase a presión.
– Estudio de las características de
los componentes del sistema de
engrase
– Necesidad de la ventilación de los
gases del cárter.
– 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
• 85
RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES
PÁGINA 203
ACTIVIDADES
INICIALES
1. ¿Por qué es necesaria la lubricación?
El rozamiento entre los órganos móviles del motor origina desgastes, calentamiento y pérdidas
de potencia. La lubricación es necesaria para
evitar o reducir todo lo posible el contacto directo entre los metales en movimiento.
2. ¿Cómo se clasifican los aceites?
Los aceites lubricantes se pueden clasificar atendiendo a dos aspectos diferentes:
– Por la viscosidad.
– Por las condiciones de utilización.
Ambas clasificaciones se complementan ya que
se basan en características diferentes, pero las
dos se deben de considerar a la hora de elegir un
determinado tipo de aceite.
3. ¿Cómo está constituido el circuito de engrase?
El sistema de engrase a presión está constituido
por una bomba que se encarga de llevar el aceite a presión hasta los puntos a lubricar, el aceite
que rebosa de estos puntos es utilizado para engrasar otros elementos mediante impregnación
de las superficies aprovechando las características de adherencia del aceite. Además se monta
un filtro y una válvula reguladora de presión.
4. ¿Qué tipos de bomba se emplean en el engrase?
Los tipos de bomba más comúnmente utilizados
son los siguientes:
– Bomba de engranajes.
– Bomba de rotores.
– Bomba de engranajes interiores o de hoz.
PÁGINA 219
ACTIVIDADES
DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
De refuerzo
1. Explicar los tipos de rozamiento que se
pueden dar en el motor.
– El rozamiento fluido se presenta cuando entre ambas superficies se interpone una pelí-
86 •
G U Í A D I D Á C T I CA
cula de aceite que las mantiene totalmente
separadas. El rozamiento es prácticamente
nulo, protegiendo del desgaste y del incremento de temperatura.
– El rozamiento semifluido se da cuando la película de aceite adherida a las superficies no
es lo suficientemente abundante y uniforme,
produciéndose cierta fricción entre los metales y como consecuencia desgaste.
– El rozamiento seco es el que está exento de
engrase, los metales de ambas piezas entran
en contacto directo generando temperaturas
elevadas que pueden dar lugar a dilatación
excesiva y gripado o bien el calor superficial
producido funde los metales.
2. ¿Cuáles son las funciones que desempeña el aceite de engrase?
– Reduce el rozamiento y las pérdidas mecánicas al interponerse una película de aceite lubricante entre las superficies en contacto.
– Refrigera las zonas de engrase ya que el aceite absorbe el calor y lo transporta hasta el
cárter donde es enfriado.
– Incrementa la estanqueidad entre los segmentos y el cilindro mejorando la compresión.
– Amortigua y suaviza los esfuerzos a que están
sometidos los cojinetes.
– Limpia y transporta las partículas procedentes del desgaste por rozamiento, así como los
restos de carbonilla procedentes de la combustión.
3. Citar tres tipos de aditivos para el aceite.
– Los antioxidantes
– Los anticorrosivos
– Los detergentes
– Los dispersantes
4. ¿Qué función cumplen los aditivos dispersantes?
Los dispersantes evitan la aglomeración de las
partículas y residuos que han sido arrastrados
hasta el cárter, manteniéndolos en suspensión
hasta el cambio de aceite.
5. Indicar todos los grados de viscosidad
SAE.
Grados SAE
Temperatura mínima de utilización
0 W ...............................................
–30 °C
5 W ...............................................
–25 °C
10 W ...............................................
–20 °C
15 W ...............................................
–15 °C
20 W ...............................................
–10 °C
25 W ...............................................
–5 °C
Viscosidad a 100 °C
20 ...................................................................................................................
Fluido
30 ...................................................................................................................
Semifluido
40 ...................................................................................................................
Semifluido
50.....................................................................................................................
Denso
6. ¿Qué cualidades tienen los aceites multigrado?
Los aceites multigrado tienen un margen más
amplio de utilización debido al uso de aditivos
que logran mantener más estable la viscosidad
frente a los cambios de temperatura.
7. ¿Cuáles son las categorías API para motores Diesel vigentes actualmente?
Categorías vigentes para Diesel: CF, CF-2, CF-4,
CG-4, CH-4.
8. ¿Cómo se clasifican los aceites según los
estándard ACEA?
Los estándard ACEA clasifican los aceites de
engrase para motores en tres grupos, cada uno
de ellos destinado a un particular tipo de motor:
– Motores de gasolina. (A)
Categorías: A1-98, A2-96, A3-98
– Motores Diesel de servicio ligero. (B)
Categorías: B1-98, B2-98, B3-98, B4-98
– Motores Diesel de servicio pesado. (E)
Categoría: E1-96, E2-96, E3-96, E4-98
9. Indicar los elementos del motor que se engrasan a presión.
Elementos que se engrasan a presión:
– Apoyos y muñequillas de cigüeñal.
– Apoyos del árbol de levas.
– Eje de balancines.
– Pie de biela y bulón (solo en algunos motores).
10. ¿Por qué es necesaria la refrigeración del
aceite?
El aceite se refrigera en el cárter con el viento de
la marcha. En motores con elevadas solicitaciones
el aceite tiende a calentarse en exceso, disminuyendo su poder refrigerante y su capacidad de lubricación ya que se vuelve muy fluido. En estos casos es necesario disponer refrigeradores de aceite.
11. Explicar el funcionamiento de un intercambiador agua–aceite.
El dispositivo se suele montar a la entrada del filtro, consta de dos cámaras independientes pero
en contacto, por cada una de ellas se hace circular el líquido de refrigeración y el aceite de engrase respectivamente, intercambiando sus temperaturas. El aceite procedente del cárter pasa
por el intercambiador, luego por el filtro y es enviado a engrasar.
12. ¿Cómo se refrigeran los pistones con el
aceite de engrase?
Se disponen unos surtidores en la parte inferior
del cilindro, que reciben el aceite de la canalización principal, dirigiendo un chorro continuo hacia el fondo del pistón por su parte interior.
Con este sistema se rebaja la temperatura de la
cabeza del pistón.
13. Explicar el funcionamiento de la bomba
de engranajes.
Está formada por dos piñones que engranan entre sí. Los dos piñones giran en sentido contrario, de manera que transportan el aceite en los
espacios formados entre los dientes y las paredes de la carcasa, esto crea una depresión en la
cámara de aspiración que absorbe el aceite del
cárter. La acumulación de aceite en la cámara
de salida, origina la presión de engrase.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 87
14. ¿Qué función cumple la válvula de descarga?
Cuando la presión de la bomba es inferior a la
presión del muelle la válvula permanece cerrada y todo el aceite circula hacia la canalización principal. A medida que aumenta el
número de revoluciones también aumenta la
presión y la válvula se abre, retornando parte
del aceite al cárter, si la presión continúa aumentando, la válvula retrocede y descarga
mas cantidad de aceite haciendo que disminuya la presión.
15. ¿Qué dispositivo de seguridad llevan los
filtros que van instalados en serie con el
circuito?
Este método de filtrado incorpora un conducto
en derivación, controlado por una válvula bypass. En caso de que el filtro se obstruya por ex-
88 •
G U Í A D I D Á C T I CA
ceso de suciedad, podría impedir el paso de aceite. Si esto ocurre la presión de la bomba abre la
válvula desviando el aceite a engrasar sin pasar
por el filtro. Esta válvula viene incorporada habitualmente en el interior del filtro cuando este
es de cartucho desechable.
16. ¿Por qué es necesaria la ventilación del
cárter?
El sistema de ventilación del cárter consiste en
canalizar los gases procedentes del cárter hasta
el colector de admisión para ser quemados en el
cilindro. Los gases de la compresión y de la
combustión que se fugan a través de los segmentos, junto con el vapor de agua que se condensa dentro del cárter contaminan el aceite,
acortando su vida útil. Hay que evitar por otra
parte, que estos gases salgan al exterior ya que
son muy contaminantes.
BLOQUE TEMÁTICO III
UNIDAD
Mantenimiento y comprobación
del sistema de lubricación
DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de:
– Realizar las operaciones de mantenimiento del sistema de lubricación.
– Comprobar el sistema de lubricación y cada uno de los elementos que lo componen.
– Determinar los elementos que se deben regular o sustituir comparando los valores de las comprobaciones con los datos técnicos.
– Aplicar las normas de seguridad y protección medioambiental que sean necesarias en cada operación.
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
CONCEPTOS
PROCEDIMIENTOS
ACTITUDES
1. Mantenimiento.
1.1.Control del nivel.
1.2.Sustitución del aceite y filtro.
2. Comprobación del sistema de lubricación.
2.1.Comprobación de la presión
de engrase.
2.2.Desmontaje y comprobación
de la bomba y válvula de descarga.
– Realización de las operaciones de
mantenimiento del sistema de lubricación.
– Comprobación de la presión del
aceite en el circuito.
– Razonamiento de las posibles causas de una presión de engrase incorrecta.
– Comprobación de los desgastes
producidos en la bomba de engrase y la válvula de descarga.
– Participación activa en el desarrollo de la práctica.
– Colaboración entre los componentes del grupo de trabajo.
– Atención al 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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 89
RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES
PÁGINA 221
ACTIVIDADES INICIALES
1. ¿Qué operaciones comprende el mantenimiento del sistema de lubricación?
El mantenimiento comprende las siguientes operaciones:
– Control del nivel.
– Sustitución del aceite.
– Sustitución del filtro.
2. ¿Cómo se elige el aceite adecuado para el
motor?
La calidad del aceite que debe emplearse la determina el fabricante en función del tipo de motor y
de las condiciones que sufrirá el aceite durante su
uso. La categoría del aceite se especifica según las
clasificaciones API, ACEA, o cualquier otra que se
indique en el manual de mantenimiento.
La viscosidad SAE se escogerá en función de la
temperatura ambiente en la que va a ser utilizado
el motor.
3. ¿Qué comprobación ha de hacerse para conocer el estado general del circuito de engrase?
Para conocer el estado general del sistema de lubricación, se realiza la prueba de presión de aceite en el circuito.
4. ¿Cómo se comprueba la bomba de aceite?
Se realizan las siguientes comprobaciones:
– Holgura radial de los piñones con el cuerpo de
la bomba.
– Holgura axial de los piñones colocando una regla de planitud en el lugar de la tapa.
– Holgura entre los dientes de los piñones introduciendo la galga entre dos de ellos.
Si la bomba presenta holguras excesivas en su mecanismo, pierde su capacidad de bombeo y no es
capaz de suministrar la presión suficiente.
– Extraer el manocontacto e instalar un manómetro.
– Llevar el motor a su temperatura de funcionamiento.
– Tomar la presión a ralentí y a las revoluciones que indiquen los datos técnicos.
– Razonar las posibles causas de una presión
incorrecta.
2. Desmontar y comprobar la bomba de
aceite y la válvula de descarga.
– Vaciar el aceite, desmontar el cárter y extraer
la bomba.
– Desmontar la tapa, extraer los piñones o rotores y limpiarlos.
– Montar los piñones o rotores en la carcasa y
comprobar:
• Holgura radial de los piñones.
• Holgura axial de los piñones.
• Holgura entre los dientes de los piñones.
• Inspeccionar el muelle y pistón de la válvula de descarga.
– Armar la bomba.
3. Montar la bomba, reponer el aceite y filtro y comprobar el nivel.
– Montar la bomba y el cárter.
– Sustituir el filtro y reponer el aceite de la calidad adecuada.
– Controlar el nivel de aceite.
4. Verificar de nuevo la presión de engrase.
– Volver a verificar la presión como en el
punto 1.
5. Controlar el consumo de aceite después
de recorrer 300 km.
– Con el motor caliente extraer el aceite.
– Pesarlo y devolverlo al motor.
PÁGINA 229
ACTIVIDADES
DE
ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
Prácticas
1. Comprobar la presión en el circuito de engrase.
90 •
G U Í A D I D Á C T I CA
– Hacer un recorrido de 300 km, volverlo a extraer y pesarlo de nuevo.
– Con una probeta medir el volumen de aceite
necesario para igualar el peso antes y después del recorrido.
– El consumo de aceite en 1000 km será:
1 000 · cm3 consumidos
= cm3
300
– También se puede calcular en función del
peso sabiendo que el aceite tiene un peso específico de 0,88 g / cm3.
x=
Suponiendo un consumo de 85 g en 300 km.
85
Consumo =
= 0,32 l/1 000 km
0,88 · 300
De ampliación
Realizar la 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, comprobación y montaje, así como los valores
obtenidos en las pruebas.
– Descripción de los componentes del sistema de lubricación: tipo de bomba, posición del filtro, elementos que se engrasan a presión, sistemas para refrigeración del aceite...
– Dibujo esquemático del circuito de engrase a presión con todos los componentes.
– 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, reglaje o sustitución de los elementos afectados.
– Medidas de seguridad y de protección medioambiental que se han aplicado.
– Citar las causas que pueden provocar un mal
funcionamiento en el sistema de lubricación.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 91
BLOQUE TEMÁTICO III
UNIDAD
El sistema
de refrigeración
DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de:
– Determinar la función de la refrigeración en el motor.
– Conocer la constitución y funcionamiento de los sistemas de refrigeración empleados en los
motores.
– Analizar la constitución del sistema de refrigeración así como la función que desempeña cada elemento en el circuito.
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
CONCEPTOS
1. Función de la refrigeración.
2. Refrigeración por aire.
3. Refrigeración por agua.
3.1.La bomba de agua.
3.2.El radiador.
3.3.El termostato.
3.4.El ventilador.
3.5.Líquido refrigerante.
PROCEDIMIENTOS
ACTITUDES
– Necesidad de mantener la temperatura de régimen en el motor.
– Descripción de los sistemas de refrigeración por aire y refrigeración por agua.
– Identificación y estudio de los elementos que componen el sistema
de refrigeración por agua.
– Análisis del funcionamiento del
termostato y el electroventilador
para estabilizar la temperatura del
motor.
– Descripción del sistema de ventilador de acoplamiento viscoso.
– Características del líquido refrigerante.
– 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
• 93
RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES
PÁGINA 231
ACTIVIDADES
INICIALES
1. ¿Cuál es la función del sistema de refrigeración?
La función de la refrigeración es mantener el
motor dentro de unos límites de temperatura
que no perjudiquen a sus componentes, y a la
vez lograr un buen aprovechamiento del calor
obtenido en la combustión.
2. ¿Qué tipos de refrigeración se emplean
actualmente en los motores?
Los sistemas utilizados habitualmente para realizar la refrigeración pueden ser de dos tipos:
– Refrigeración por aire.
– Refrigeración por agua.
3. ¿Qué elementos componen el sistema de
refrigeración por agua?
El circuito de refrigeración por agua lo constituyen los siguientes elementos:
– La bomba.
– El radiador.
– El termostato.
– El ventilador.
– El líquido refrigerante.
4. ¿Cómo se regula la temperatura del líquido refrigerante?
Mediante el termostato cuando el líquido está
frío y con el ventilador cuando está caliente.
5. ¿Por qué es necesario el anticongelante?
El anticongelante es un preparado mezcla de agua
y diversos aditivos los cuales tratan de conseguir
principalmente las siguientes características:
– Rebajar el punto de congelación.
– Proteger a los metales de la corrosión.
– Evitar la formación de espuma.
PÁGINA 245
De refuerzo
ACTIVIDADES
DE
ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
1. ¿Qué es la temperatura de régimen del
motor?
94 •
G U Í A D I D Á C T I CA
Se denomina temperatura de régimen, a la temperatura óptima de funcionamiento en la cual se
dan las condiciones más favorables para que el
motor obtenga un buen rendimiento. Por lo tanto el sistema de refrigeración debe de permitir
alcanzar esta temperatura con rapidez y mantenerla independientemente de las condiciones
ambientales.
2. ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene la
refrigeración por aire?
Ventajas:
– La principal ventaja es su sencillez, lo cual
conlleva un menor número de averías, menor peso y más bajo coste de fabricación y
mantenimiento.
– La temperatura de régimen se alcanza más
rápidamente, reduciéndose los desgastes del
funcionamiento en frío.
– Se mantienen temperaturas más altas, por lo
que el rendimiento térmico es mayor.
Inconvenientes:
– Las mayores temperaturas obligan a aumentar el juego de montaje entre las piezas, los
riesgos de autoencendido crecen y empeora
el llenado de los cilindros.
– El motor es más ruidoso al no existir las cámaras de agua que amortiguan el ruido, por
el contrario las aletas lo amplifican.
3. Explicar el funcionamiento del sistema de
refrigeración por aire forzado.
Un ventilador, movido desde el cigüeñal, crea
una corriente de aire que es canalizada hasta
los cilindros, de forma que el caudal de aire aumenta a medida que crecen las revoluciones,
haciendo más efectiva la refrigeración. El sistema puede incorporar un termostato que regula el caudal de aire hacia los cilindros, mediante trampillas, en función de la temperatura
del motor.
4. ¿Cómo está constituida y qué misión tiene la bomba en el circuito de refrigeración
por agua?
La bomba de agua es la encargada de hacer circular el líquido de refrigeración por el circuito, es
de tipo centrífugo y recibe movimiento del cigüeñal por medio de una correa.
Está formada por un árbol de mando que gira
sobre cojinetes de bolas, recibe movimiento a
través de la polea y en el otro extremo del árbol
se encuentra el rotor o turbina cuyas aletas al girar, hacen circular el líquido. El conjunto va
montado sobre el cuerpo de bomba, con el fin
de evitar fugas entre el cuerpo y el eje, se disponen las juntas de estanqueidad.
5. ¿Qué tipos de radiadores existen y qué
materiales se emplean para su fabricación?
Los radiadores pueden ser de flujo vertical o de
flujo transversal, dependiendo del sentido en que
se desplace el líquido en su interior.
Los tubos y aletas del radiador pueden ser de latón o cobre, aunque actualmente la mayoría se
fabrican de aluminio por ser un material con
buena conductividad térmica, ligero y que permite un laminado muy fino.
6. ¿Cuál es la diferencia de temperaturas entre la salida y la entrada de líquido en el
motor?
El paso del líquido a través del radiador provoca
una diferencia de temperaturas entre la salida y
la entrada al motor de 5 a 8 °C, de forma que
no se somete a los materiales a excesivas tensiones térmicas.
7. ¿Qué función tiene el depósito de expansión en el circuito?
El líquido sufre una dilatación cuando se calienta aumentando la presión interior y se contrae al
enfriarse. Para compensar estos cambios de volumen se añade al circuito un depósito o vaso de
expansión comunicado con el radiador, la entrada y salida de líquido está controlado por una
válvula de sobrepresión y otra de depresión que
se disponen en el tapón del radiador o bien en
el tapón del propio depósito de expansión.
8. Explicar el funcionamiento de un electroventilador.
Hasta que el refrigerante alcance la temperatura fijada, el termocontacto permanece abierto y
el motor no recibe corriente. Cuando se llega a
dicho valor de temperatura, el termocontacto
cierra. El circuito de mando del relé se activa y
se cierran sus contactos principales, el motor del
ventilador queda alimentado.
El ventilador funciona mientras la temperatura
del refrigerante esté por encima del valor fijado
para la desconexión. De esta forma se realiza la
regulación de temperatura, haciendo funcionar
al ventilador solamente cuando es necesario.
9. ¿Cuáles son las temperaturas habituales
de conexión y desconexión del electroventilador?
El ventilador se conecta y desconecta automáticamente mediante un interruptor térmico, tarado para la conexión entre 90 y 98 °C y la desconexión de 82 a 90 °C.
10. ¿Qué misión cumple el termostato en el
circuito?
Cuando la temperatura del refrigerante es baja el
termostato mantiene cerrado el paso de líquido
al radiador, y únicamente circula por el interior
del motor, logrando que se caliente con rapidez.
Cuando se alcanza la temperatura de apertura,
la válvula comienza a abrirse progresivamente
hasta completar su recorrido máximo. De igual
manera se regula la cantidad de líquido que pasa
a enfriarse al radiador.
11. ¿A qué temperatura, por término medio,
comienza a abrirse el termostato?
Generalmente la válvula comienza a abrirse entre los 80 y los 86 °C y se encuentra totalmente abierta entre los 95 y los 100 °C, con un desplazamiento de la válvula entre ambas
posiciones de 7 a 8 mm.
12. Explicar el funcionamiento de un ventilador de acoplamiento viscoso.
El dispositivo va montado sobre el eje de la
bomba de agua, de forma que queda expuesto al
aire que atraviesa el radiador.
– Cuando la temperatura del aire que pasa a
través del radiador es baja el aceite de silicona permanece fuera de la cámara de acoplamiento. Al no haber aceite se produce resbalamiento, como consecuencia la velocidad
del ventilador es baja.
– Cuando la temperatura del aire que pasa a
través del radiador es alta el resorte bimetálico desplaza a la lámina móvil descubriendo
los orificios de entrada, entonces el aceite de
silicona circula a través de la cámara de acoplamiento impulsado por las paletas del rotor. Ahora el resbalamiento entre el rotor y la
carcasa es menor, incrementando la velocidad del ventilador.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 95
13. ¿Qué cualidades debe de reunir el líquido
refrigerante?
Las principales características son:
– Bajo punto de congelación.
– Proteger a los metales de la corrosión.
– Evitar la formación de espuma.
El principal aditivo es el anticongelante, compuesto por glicerina o alcohol. El punto de con-
96 •
G U Í A D I D Á C T I CA
gelación se determina según el porcentaje de
este elemento. Se añaden en proporciones menores otros aditivos anticorrosivos y antiespumantes.
14. ¿Qué porcentaje de anticongelante puro
se necesita para conseguir un punto de
congelación de –26 °C?
Para conseguir una protección de –26 °C se necesita el 40 % de anticongelante puro.
BLOQUE TEMÁTICO III
UNIDAD
Comprobación del sistema
de refrigeración
DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de:
– Realizar la comprobación del circuito de refrigeración y de los elementos que la componen.
– Determinar los elementos que se deben de regular, reparar o sustituir comparando los valores de
las comprobaciones con los datos técnicos.
– Aplicar las normas de seguridad que sean necesarias en cada operación.
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
CONCEPTOS
PROCEDIMIENTOS
ACTITUDES
1. Averías en la refrigeración.
2. Comprobaciones.
2.1.Estanqueidad del circuito.
2.2.Comprobación de las válvulas
del tapón.
2.3.Termostato.
2.4.Bomba de agua.
2.5.Electroventilador y termocontacto.
2.6.Verificación y sustitución del
líquido refrigerante.
– Descripción de las anomalías que
afectan al sistema de refrigeración.
– Realización de la prueba de estanqueidad del circuito.
– Comprobación de cada uno de los
elementos del sistema de refrigeración por agua.
– Análisis del líquido de refrigeración, llenado y purga del circuito.
– Participación activa en el desarrollo de la práctica.
– Colaboración entre los componentes del grupo de trabajo.
– Atención al 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.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 97
RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES
PÁGINA 247
ACTIVIDADES
INICIALES
1. ¿Cuáles son los síntomas de avería más
comunes que afectan al sistema de refrigeración?
Los síntomas de avería que afectan al sistema de
refrigeración son los siguientes:
– Fugas de líquido refrigerante.
– El motor se calienta en exceso.
– El motor tarda en alcanzar la temperatura de
régimen.
2. ¿Qué causas pueden originar un excesivo
calentamiento del motor?
– Bajo nivel de líquido refrigerante por pérdidas.
– Mal funcionamiento del termostato. Si no
abre, o lo hace sólo parcialmente, el líquido no
pasará en suficiente cantidad al radiador.
– Mal funcionamiento de termocontacto que activa el electroventilador.
– Radiador sucio exteriormente, o parcialmente
obstruido.
– Correa de la bomba de agua floja o rota.
– Otras causas ajenas al circuito de refrigeración
como encendido retrasado o mezcla pobre en
los motores Otto.
3. ¿Cuál es el procedimiento para detectar
fugas en el circuito?
Llevar el motor a su temperatura de régimen y
después pararlo.
Bombear con el útil adecuado hasta conseguir
una presión de 0,1 bar por encima de la presión
de tarado de la válvula del tapón. Comprobar
que la presión se mantiene, si no es así localizar
la fuga.
4. ¿Cómo se comprueba el termocontacto?
Comprobar las temperaturas de conexión y desconexión, para ello sumergir el termocontacto
en un recipiente con agua y calentarlo. Controlar la temperatura con un termómetro.
5. ¿Cómo se realiza el llenado y purga del
circuito?
Llenar lentamente el circuito a través del depósito de expansión.
98 •
G U Í A D I D Á C T I CA
Cerrar los tornillos de purga cuando el líquido
comience a salir sin burbujas, empezando por el
más bajo y terminando por el que esté en una
posición más alta.
Ajustar el nivel del depósito de expansión y poner el tapón, arrancar el motor y esperar a que
se conecte el electroventilador.
PÁGINA 255
ACTIVIDADES
DE
ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
Prácticas
1. Comprobar la estanqueidad del circuito de
refrigeración.
– Instalar el útil de comprobación en la boca del
radiador o del vaso de expansión.
– Llevar el motor a su temperatura de régimen y
pararlo.
– Bombear hasta una presión de 0,1 bar por encima de la presión de tarado.
– Comprobar que la presión se mantiene.
– Si la presión desciende, localizar la fuga.
2. Comprobar las válvulas del tapón.
– Colocar el tapón correspondiente en el útil.
– Bombear hasta alcanzar la presión de tarado
de la válvula.
– Si no abre a la presión correcta sustituir el tapón.
3. Vaciar el circuito.
– Extraer el tapón de llenado.
– Vaciar el radiador por el grifo o quitando el
manguito inferior.
– Vaciar el bloque quitando el tapón de vaciado.
– Recoger el líquido en un recipiente.
4. Desmontar y comprobar el termostato.
– Extraer el termostato de su alojamiento.
– Sumergirlo en un recipiente con agua y calentarla.
• Introducir un termómetro y comprobar:
• Temperatura de comienzo de apertura.
• Temperatura de final de apertura.
• Recorrido de la válvula.
– Si no es correcto sustituir el termostato.
5. Sustituir la bomba de agua.
– Extraer la correa de accionamiento y la polea.
– Desmontar la bomba.
– Montar la nueva bomba con su junta y la
polea.
– Colocar la correa y tensarla.
6. Comprobar el electroventilador y el termocontacto.
– Comprobar si el electroventilador se pone en
marcha cuando se alcanza la temperatura de
conexión.
– Comprobar el termocontacto:
• Sumergirlo en un recipiente con agua y calentarla.
• Comprobar la temperatura de conexión y
desconexión.
– Comprobar el electroventilador:
• Alimentarlo directamente de batería y comprobar si funciona.
• Comprobar el consumo del motor con un
amperímetro.
• Comprobar el cableado, el fusible y el relé.
7. Llenar el circuito y purgar.
– Colocar los tapones de vaciado y abrir los purgadores.
– Llenar lentamente el circuito a través del depósito de expansión.
– Cerrar los purgadores cuando el líquido comience a salir sin burbujas.
– Ajustar el nivel del depósito de expansión entre las marcas Máx y Min.
8. Poner en marcha el motor y comprobar el
correcto funcionamiento del circuito de
refrigeración.
– Arrancar el motor y esperar a que se conecte el electroventilador.
– Comprobar que en caliente el nivel del vaso
esta por encima de la marca Máx.
– Dejar que se enfríe y comprobar que el nivel
queda entre las marcas Máx y Min.
– Seguir siempre las instrucciones particulares
del fabricante.
De ampliación
Realizar la 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, comprobación y montaje, así como los valores
obtenidos en las pruebas.
– Descripción de los componentes del sistema de refrigeración líquida: Bomba, termostato, tipo de radiador, accionamiento del electroventilador.
– Descripción del circuito de refrigeración
presurizado: vaso de expansión y válvulas de
presión.
– Esquemático eléctrico del circuito del electroventilador.
– 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,
reglaje o sustitución de los elementos afectados.
– Medidas de seguridad y de protección medioambiental que se han aplicado.
– Citar las causas que pueden provocar un mal funcionamiento en el sistema de refrigeración líquida.
G U Í A D I D Á C T I CA
• 99
BLOQUE
TEMÁTICO
Motores de dos tiempos
y motores rotativos
E n este bloque temático se estudia la constitución y funcionamiento de los motores de dos tiem-
pos y los motores rotativos, así como las características principales de estos motores.
Comprende las siguientes unidades didácticas:
17. EL MOTOR DE DOS TIEMPOS
18. EL MOTOR ROTATIVO WANKEL
GUÍA DIDÁCTICA
• 101
OBJETIVOS
– Analizar los principios de funcionamiento de los motores de dos tiempos Otto y Diesel.
– Analizar las características fundamentales de los motores de dos tiempos.
– Interpretar los diagramas y curvas características del motor de dos tiempos.
– Identificar los diferentes componentes del motor de dos tiempos y relacionarlos con la función que
cumplen.
– Analizar las fases de funcionamiento de los motores rotativos.
– Conocer la constitución de los motores rotativos y sus características principales.
CONTENIDOS
– Análisis del funcionamiento de los motores de dos tiempos.
– Estudio del intercambio de gases a través de lumbreras.
– Características constructivas de los motores de dos tiempos.
– Análisis de las fases de funcionamiento de los motores rotativos.
– Características constructivas de los motores rotativos.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
– Conocer las principales características de los motores de dos tiempos y de los motores rotativos.
– Explicar el ciclo de trabajo en los motores de dos tiempos y en los motores rotativos.
– Identificar los elementos que constituyen estos dos tipos de motor relacionándolos con la función que
cumplen.
– Describir los procesos de admisión y escape a través de lumbreras.
– Explicar las diferencias de funcionamiento de los motores rotativos respecto de los motores alternativos.
102 •
GUÍA DIDÁCTICA
BLOQUE TEMÁTICO IV
UNIDAD
El motor de dos tiempos
DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de:
– Analizar el funcionamiento de los motores de dos tiempos y sus principales características.
– Estudiar el proceso de intercambio de gases en el cilindro mediante lumbreras.
– Analizar las características constructivas de los componentes del motor de dos tiempos.
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
CONCEPTOS
PROCEDIMIENTOS
ACTITUDES
1. Características principales.
2. El motor Otto de dos tiempos.
2.1.Constitución.
2.2.Ciclo de trabajo de dos tiempos.
2.3.Intercambio de gases en el cilindro.
2.4.Tipos de barrido.
2.5.Comparación de motores
Otto de dos y cuatro tiempos.
3. Principales componentes del motor de dos tiempos.
4. El motor Diesel de dos tiempos.
4.1.Ciclo de trabajo.
4.2. Particularidades constructivas.
– Análisis de las principales características de los motores de dos
tiempos.
– Estudio de la constitución de los
motores Otto de dos tiempos.
– Descripción del ciclo de funcionamiento del motor de dos tiempos.
– Interpretación del diagrama de
trabajo.
– Análisis de los procesos de admisión y escape mediante lumbreras.
– Estudio del diagrama de la distribución.
– Identificación y estudio de los
componentes del motor de dos
tiempos.
– Descripción del ciclo de trabajo
del motor Diesel de dos tiempos.
– Descripción de las características
constructivas del motor Diesel de
dos tiempos.
– 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
• 103
RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES
del cárter. El pistón cierra la lumbrera de transferencia, lo que provoca un vacío en el cárter, cuando se abre la lumbrera de admisión el cárter se llena con mezcla fresca de aire y gasolina.
Se cierra la lumbrera de escape y comienza la
compresión. Antes de que el pistón llegue al PMS
salta una chispa en la bujía iniciando la combustión
de la mezcla comprimida.
Segundo tiempo:
Una vez superado el PMS, la expansión de los gases genera una fuerte presión que hace descender
el pistón. Primero descubre la lumbrera de escape,
saliendo los gases a gran velocidad, debido a la
presión que aún existe dentro del cilindro. Al mismo tiempo la parte inferior del pistón comprime
la mezcla introducida en el cárter, inmediatamente después se descubre la lumbrera de transferencia y los gases pasan a través de ella desde el cárter hasta el cilindro con una presión de 0,4 a 0,8
bar, produciéndose el efecto de barrido, por el cual
los gases frescos empujan a los gases quemados
hacia la lumbrera de escape. Cuando el pistón llega al PMI, comienza su carrera ascendente y el
proceso se repite.
El ciclo se completa en dos carreras, logrando por
tanto un impulso o carrera de trabajo por cada
vuelta del cigüeñal.
PÁGINA 257
ACTIVIDADES
INICIALES
1. ¿Cuántas carreras utiliza el motor de dos
tiempos para completar un ciclo?
El motor de dos tiempos realiza su ciclo de trabajo en dos carreras del pistón (180° × 2), en las
cuales se llevan a cabo los procesos de admisión,
compresión, expansión y escape.
2. ¿Cómo se realiza el intercambio de gases
en un motor de dos tiempos?
La admisión y el escape se realizan por lumbreras
dispuestas en el cilindro, cuya apertura y cierre
está controlada por el desplazamiento del pistón.
3. ¿Qué función cumple el cárter?
El cárter en estos motores es hermético y no
contiene aceite, puesto que en él se comprimen
los gases de admisión para ser bombeados al cilindro a través de la lumbrera de transferencia.
4. ¿Qué vehículos y máquinas utilizan el motor de dos tiempos?
Se emplean en motocicletas, ciclomotores y pequeños motores fuera borda, también se utilizan
para accionar máquinas como motosierras, cortacésped y pequeños generadores eléctricos.
PÁGINA 273
ACTIVIDADES
DE
ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
De refuerzo
1. ¿Qué funciones cumple el pistón en un
motor de dos tiempos?
El pistón cumple tres funciones:
– Controla la apertura y cierre de las lumbreras
en su desplazamiento.
– Realiza la compresión de los gases en la cámara de combustión por su parte superior.
– Lleva a cabo la precompresión de los gases
en el cárter por su parte inferior.
2. Explicar el ciclo de funcionamiento de dos
tiempos.
Primer tiempo:
El pistón comienza su ascenso desde el PMI, los
gases quemados están saliendo por la lumbrera de
escape, barridos por los gases frescos procedentes
104 •
G U Í A D I D Á C T I CA
3. Dibujar el diagrama de trabajo indicando
cada una de sus partes.
p
p1
p2
1. Cierre lumbrera de transferencia.
2. Cierre lumbrera de escape.
3. Encendido.
4. Presión máxima de combustión.
5. Apertura del escape.
6. Apertura lumbrera de transferencia.
4
3
5
6
p0
2
AE.
1
V
LE
LT
PMS
L
p0 Presión atmósferica.
p1 Presión de combustión.
p2 Presión al abrirse el escape.
L Carrera.
PMI
LE Lumbrera de escape.
LT Lumbrera de transferencia.
AE Avance del encendido.
4. ¿Cuáles son las razones del bajo rendimiento volumétrico del motor de dos
tiempos?
La eficacia en el intercambio de gases en el motor de dos tiempos está condicionada por el hecho de tener que realizar los procesos de admisión y escape de forma prácticamente
simultánea y durante un reducido ángulo de giro
de cigüeñal, por lo que el llenado de los cilindros
y por tanto el rendimiento volumétrico no es tan
bueno como en los motores de cuatro tiempos.
5. ¿Qué ventajas aporta la instalación de
una válvula de lengüeta en la lumbrera de
admisión?
Se sitúan sobre el conducto de entrada del cárter de manera que se abre por la depresión que
genera el pistón al subir, y se cierra al igualarse
la presión con el exterior, evitando así que se
produzca retorno de los gases cuando son comprimidos.
La abertura y cierre de la lumbrera de admisión
ya no depende únicamente del movimiento del
pistón, sino también de la presión existente en
cárter, de esta manera el llenado es más eficaz,
ya que los movimientos de la válvula se adaptan
al número de revoluciones, produciéndose una
mejora en el rendimiento volumétrico del motor.
6. ¿Qué ángulo gira el cigüeñal entre la
apertura de la lumbrera de escape y la de
admisión, y por qué?
Desde que el pistón descubre la lumbrera de escape hasta que abre la de transferencia, deben
de transcurrir entre 10° y 15° de giro del cigüeñal con el fin de que haya tiempo suficiente para
despresurizar el interior del cilindro y los gases
frescos procedentes del cárter puedan entrar
produciendo el efecto de barrido. Si la presión
no baja lo necesario los gases quemados se introducirán en el cárter cuando se abra el conducto de transferencia, dando lugar a un deficiente intercambio de gases.
7. ¿En qué consiste el barrido?
Al no existir una depresión que aspire los gases
al interior del cilindro, éstos tienen que ser introducidos a presión desde el cárter, esto provoca un efecto de barrido que es aprovechado para
desalojar a los gases quemados, y puesto que la
lumbrera de escape permanece abierta después
de cerrarse la de transferencia, es inevitable la
pérdida de una pequeña cantidad de gases frescos.
8. ¿Cómo se realiza el barrido en lazo?
El sistema consta de entre 2 y 5 lumbreras de
transferencia situadas a ambos lados de la lumbrera de escape. Los canales de entrada están
orientados de forma que los gases frescos que
se introducen son enviados hacia arriba. En la
zona superior se juntan las corrientes de barrido
procedentes de cada lumbrera y descienden empujando a los gases quemados hacia la lumbrera de escape.
9. ¿Qué diferencias existen entre el barrido
en lazo y el transversal?
El sistema de barrido en lazo consigue una buena eficacia de barrido y la pérdida de gases frescos es mínima, aunque en la parte superior del
cilindro queda sin barrer un pequeño núcleo de
gases quemados. El sistema transversal tiene el
inconveniente de que necesita un deflector la cabeza del pistón.
10. Dibujar el diagrama de distribución indicando los siguientes puntos:
– Apertura y cierre de la lumbrera de
escape.
– Apertura y cierre de la lumbrera de
transferencia.
– Apertura y cierre de la lumbrera de
admisión.
– Ángulos de compresión y expansión.
– Ángulos de admisión y compresión en
el cárter.
Encendido
Compresión
PMS
Expansión
Ap
e
la a rtura d
dm
e
isió
n
de
rre
n
Cie misió
d
a
a
l
Apertura
de escape
Cierre
de escape
Depresión
del cárter
de ia
rre enc
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ra
at
la
l
Ap
e
tra rtura
Compresión
nsf
ere de del cárter
nci
a
PMI
Escape
Transferencia
G U Í A D I D Á C T I CA
• 105
11. ¿Qué ventajas tiene el motor de dos tiempos respecto al de cuatro?
El motor Otto de dos tiempos tiene una constitución sencilla, carece de sistema de distribución
y de circuito de engrase a presión.
El par que se obtiene en el motor de dos tiempos es mayor y más uniforme que en el de cuatro ya que el pistón recibe doble número de impulsos.
12. ¿Por qué motivo el cigüeñal y la biela giran sobre rodamientos en lugar de hacerlo sobre cojinetes de fricción?
Los cojinetes de fricción necesitarían para su correcto funcionamiento engrase a presión, sin
embargo los rodamientos pueden funcionar con
pequeñas cantidades de aceite.
13 ¿Qué tipo de cámara de combustión usan
generalmente los motores de dos tiempos?
La cámara de combustión generalmente tiene
forma semiesférica, este tipo de cámara es posible gracias a la ausencia de válvulas, presenta
una reducida superficie respecto a su volumen,
lo cual favorece el proceso de combustión y permite relaciones de compresión altas.
14. Explicar el proceso de barrido en un motor Diesel de dos tiempos.
El pistón descubre la lumbrera de escape descargando la presión y a continuación la de admisión que permite la entrada de aire impulsado
por la bomba de soplado con una presión entre
1 y 1,4 bar.
106 •
G U Í A D I D Á C T I CA
Este aire realiza el barrido por el interior del cilindro obligando a salir a los gases quemados por la
lumbrera de escape y expulsando también parte
de este aire que suministra la bomba con el fin de
asegurar un buen barrido que se prolonga hasta
que al subir el pistón, cierra las lumbreras.
15. ¿Qué ventajas tiene la instalación de válvulas de escape en el motor Diesel?
La válvula de escape permite un barrido muy eficiente, además al no existir la lumbrera de escape se logra un mejor aprovechamiento de la presión de la combustión debido a que aumenta la
carrera de expansión.
16. Explicar cómo se realiza el barrido equicorriente o uniflujo.
Este sistema requiere la instalación de válvulas
de escape.
Las lumbreras de admisión se sitúan en la parte
baja del cilindro y están orientadas de forma que
la corriente de aire admitida adquiere un movimiento circular que barre tangencialmente el cilindro de abajo arriba. Los gases son expulsados
por la válvula de escape que ha sido abierta con
la suficiente antelación para descargar la presión
al final de la expansión, y cierra momentos después de que el pistón cubra las lumbreras de admisión. Los puntos de apertura y cierre del escape ya no dependen del desplazamiento del
pistón, sino que pueden calcularse los ángulos
más convenientes como en el motor de cuatro
tiempos. En este caso el diagrama de distribución
correspondiente al escape puede ser asimétrico.
BLOQUE TEMÁTICO IV
UNIDAD
El motor rotativo
Wankel
DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de:
– Conocer las principales características del motor rotativo.
– Analizar las características constructivas de los componentes del motor rotativo.
– Analizar el ciclo de funcionamiento del motor rotativo.
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
CONCEPTOS
PROCEDIMIENTOS
ACTITUDES
1. Características.
2. Constitución.
3. Funcionamiento del motor rotativo.
– Estudio de las principales características del motor rotativo Wankel.
– Identificación y estudio de los
componentes del motor rotativo.
– Descripción del ciclo de funcionamiento del motor rotativo.
– Cálculo del volumen de las cámaras y del par motor.
– Análisis del diagrama de distribución.
– 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
• 107
RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES
PÁGINA 275
ACTIVIDADES
INICIALES
1. ¿Por qué este motor se denomina rotativo?
Este motor se caracteriza porque el movimiento
de rotación se obtiene directamente en el pistón
o rotor, que tiene forma triangular y gira impulsado por la combustión que se produce sucesivamente en sus tres cámaras radiales.
2. ¿Qué ciclo de trabajo utiliza este motor
para su funcionamiento?
El motor Wankel de pistón rotativo pertenece al
grupo de motores térmicos de combustión interna
y funciona según el ciclo de cuatro tiempos.
3. ¿Cuántos ciclos se desarrollan en una
vuelta del rotor?
Cuando el rotor gira 360° (una vuelta), se completa un ciclo de trabajo en cada una de las tres
cámaras.
4, ¿Qué sistema se utiliza para el intercambio de gases en el motor rotativo?
Los procesos de admisión y escape se realizan
mediante lumbreras que son controladas por el
giro del rotor, se prescinde por tanto de sistema
de distribución.
PÁGINA 283
ACTIVIDADES
DE
ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
De refuerzo
1. ¿Cuáles son los elementos móviles del
motor rotativo?
El motor rotativo cuenta con un reducido número de piezas en movimiento:
– El rotor tiene forma de prisma triangular y
puede girar manteniendo sus tres vértices en
permanente contacto con la camisa.
– El árbol motriz sobre el que se sitúan las excéntricas que encajan en los respectivos orificios de los rotores.
2. ¿A través de qué elemento se extrae el
giro del rotor?
A través del árbol motriz o eje de salida de par.
El dentado interno del rotor engrana con un pi-
108 •
G U Í A D I D Á C T I CA
ñón estacionario describiendo órbitas alrededor
de él. El giro del rotor es transmitido al árbol motriz a través de la excéntrica, de manera que por
cada revolución del rotor el árbol motriz gira tres
vueltas.
3. ¿Qué relación de transmisión existe entre
el rotor y el árbol motriz?
Por cada revolución del rotor el árbol motriz
gira tres vueltas, (el dentado interno describe
tres órbitas alrededor del piñón estacionario) o
dicho de otro modo, cuando el rotor avanza
120° el árbol motriz o eje de salida ha girado
360°. Por ejemplo, cuando el motor alcanza
un régimen de 3 000 rpm, el rotor gira solamente a 1 000 rpm.
4. ¿Qué procesos se realizan en una cara del
rotor durante una vuelta?
En cada una de las tres cámaras que se forman
entre el rotor y la carcasa se llevan a cabo un ciclo de cuatro tiempos en una vuelta de rotor, es
decir, tres ciclos completos por revolución, esto
significa que el rotor recibe un impulso cada
120° (360° en el árbol motriz).
5. ¿Cuántos segmentos son necesarios para
garantizar la estanqueidad de las cámaras?
Tres segmentos en los vértices del rotor y seis
segmentos laterales, tres en cada uno de los lados del rotor, en total 9 segmentos.
6. ¿Cómo se lubrican los segmentos?
La lubricación de los segmentos se realiza añadiendo aceite al combustible mediante un dispositivo que dosifica la cantidad en función de las
revoluciones y de la carga del motor. Otro sistema consiste en inyectar desde el rotor una determinada cantidad de aceite sobre las paredes
de la camisa.
7. ¿Por qué motivo en algunos motores rotativos se colocan dos bujías de encendido?
Para lograr una combustión más completa de la
mezcla comprimida se emplean habitualmente
dos bujías separadas entre sí de 15° a 20°, ya
que las cámaras presentan una gran superficie
respecto a su volumen y el frente de llama tienen
largos recorridos durante la inflamación de los
gases.
8. Explicar cómo se desarrollan los cuatro
tiempos del ciclo de funcionamiento.
Admisión
La admisión de la mezcla aire-combustible comienza cuando el vértice del rotor descubre la
lumbrera de admisión, la cámara que va llenándose con los gases frescos hasta que se cierra la
lumbrera.
Compresión
La mezcla admitida queda encerrada en la cámara que ahora disminuye su volumen produciéndose la compresión de los gases. Antes de
llegar a la máxima compresión, con un cierto
avance, se produce el encendido mediante el salto de chispa en la o las bujías, iniciándose la
combustión.
Expansión
El rápido aumento de presión que produce la
combustión impulsa el giro del rotor mientras se
realiza la expansión de los gases, que se prolonga hasta que se abre la lumbrera de escape.
Escape
Una vez descubierta la lumbrera de escape los
gases quemados son expulsados a gran velocidad debido a la presión residual de la expansión.
El giro del rotor va disminuyendo el volumen de
la cámara hasta completar el proceso cuando se
cierra la lumbrera de escape.
9. Dibujar el diagrama de distribución del
motor rotativo.
CE
Admisión
CA
Compresión
AA
AA
CA
E
AE
CE
Escape
AE
E
Apertura de admisión
Cierre de admisión
Avance del encendido
Apertura del escape
Cierre del escape
Expansión
10. Calcular la cilindrada de un motor con tres
rotores que tiene las siguientes medidas:
R = 100 mm; e = 14 mm; b = 75 mm
Excentricidad (e) = 14 mm
Radio (R) = 100 mm
Ancho de la cámara (b) = 75 mm
–
Vu = 3 · √3 · R · e · b
–
Vu = 3 · √3 ·10 · 1,4 · 7,5 = 545,6 cm3
Como dispone de tres rotores la cilindrada total
será:
V = 545,6 · 3 = 1 636,7 cm3
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