03Clasificacion de Los Motores

5/11/2018 03Clasificacion de Los Motores - slidepdf.com

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CLASIFICACIÓN DELOS MOTORES

A U T O M O C I Ó NMOTORES TÉRMICOS Y SUSSISTEMAS AUXILIARES

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GENERALIDADESMOTORES TERMICOS· MOTORES EXOTÉRMICOS· MOTORES ENDOTÉRMICOS· MOTORES DE CHORRO· MOTORES DE FLUJO CONTINUO· MOTORES VOLUMÉTRICOS

· MOTORES ALTERNOS· MOTORES ROTATIVOS

MOTORES ELÉCTRICOS· MOTORES DE CORRIENTE CONTINÚA· MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA· ACUMULADORESMOTORES ALTERNOS· CLASIFICACION DE LOS MOTORES ALTERNOS

· MOTORES DE CICLO OTTO

· MOTORES DE CICLO DIESEL· MOTORES DE CUATRO TIEMPOS· MOTORES DE DOS TIEMPOS

MOTOR ENDOTÉRMICO VOLUMÉTRICO ALTERNO· COMPOSICION

· CAMISA CILINDRO· PISTÓN· DISTRIBUCIÓN

ÍNDICE

............................................................................................01.......................................................................................01

............................................................................01..........................................................................01

................................................................................02....................................................................02

...........................................................................03................................................................................03...............................................................................04

...................................................................................05............................................................05

.............................................................07.......................................................................................07......................................................................................09

...............................................09......................................................................09

...................................................................10..................................................................11

...................................................................12................................................13

.....................................................................................13...................................................................................13

..................................................................................................18.......................................................................................18

VOLUCION. @GRUPO FIATF O R M A C I Ó N P A R A E L F U T U R O

CLASIFICACIÓN DE LOSMOTORESZOOM ZOOMIMPRIMIR NDICEÍ

A U T O M O C I Ó NMOTORES TÉRMICOS Y SUS

SISTEMAS AUXILIARES

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GENERALIDADES

Los motores utilizados para la tracción de los vehículos, se pueden dividir en dos grandescategorías:

-Motores térmicos, que, mediante la combustión, transforman en trabajo la energíaquímica de un combustible transportado en el vehículo mismo.-Motores eléctricos, que utilizan la energía eléctrica producida en apropiadas centrales,generalmente mediante una combustión, y almacenada en acumuladores transportadosen el vehículo.

MOTORES TERMICOS

Los motores térmicos, son máquinas donde el calor, producido por la combustión deoportunas sustancias, se transforma en trabajo. En base al tipo de combustión los motorestérmicos se dividen en:

-� Motores exotérmicos.-� Motores endotérmicos.

MOTORES EXOTÉRMICOS

Los motores exotérmicos son motores de combustión externa; es decir la combustiónse produce fuera del fluido operante; el fluido que realiza el trabajo no está directamenteafectado por la combustión, pero se producen transformaciones de carácter físico(variaciones de las condiciones de presión y temperatura) a consecuencia del calorproducido por la combustión. Los motores de combustión externa no se utilizan actualmenteen la tracción; pertenecen a esta categoría el motor Stirling y el motor de vapor.

MOTORES ENDOTÉRMICOS

Los motores endotérmicos son motores de combustión interna (la combustión se produceen el interior del fluido operante), que, además de las transformaciones físicas, tambiénsufre variaciones de carácter químico (reacciones químicas entre el combustible y elcomburente). Otra clasificación de los motores térmicos puede efectuarse según lautilización del fluido:

-� Motores de chorro.-� Motores de fluido continuo.-� Motores volumétricos.

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MOTORES DE CHORRO

En los motores de chorro (también llamados reactores) el trabajo (a diferencia de losotros motores) se realiza directamente en el ambiente circunstante por el empuje delgas al salir del surtidor. Pertenecen a esta categoría los motores de los aviones modernosy los motores utilizados en los misiles. También se han utilizado estos motores enparticulares vehículos construidos para reducir el récord de velocidad.

MOTORES DE FLUJO CONTINUO

En estos motores el flujo de gas a presión mueve los rotores con movimiento rotatorio.Pertenecen a esta categoría todos los motores de turbina, que pueden ser exotérmicos(turbinas de vapor) o endotérmicos (turbinas de gas).Las aplicaciones del motor de turbina son, por el momento, sólo experimentales y suestudio se prolonga desde hace mucho tiempo (Dib. 1). Dicho propulsor se adaptaparticularmente a los vehículos industriales, porque las dimensiones y la complejidad justifican su aplicación para potencias muy elevadas (más de 200 CV).Las dificultades más importantes son los elevados costes (debido a la sofisticada tecnologíade fabricación por las elevadas temperaturas presentes en la turbina y en el quemador)y la necesidad de dotar al vehículo de una transmisión con una elevada relación dereducción.El funcionamiento sin vibraciones es una de las ventajas de estos motores rotativos.Además pueden funcionar con varios combustibles, más baratos que la gasolina (porejemplo queroseno).

Dib . 1

��

Motor de turbina

02

1.Toma de aire.2.Compresor

3.Bujías de encendido.4.Cámara de combustión.5.Inyector del combustible.6.Turbina del compresor.7.Turbina de potencia.8.Recuperadores-cambiadores de calor.9.Grupo reductor de revoluciones.10.Conductos de escape.11.Cigüeñal.




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MOTORES VOLUMÉTRICOS

En los motores volumétricos el trabajo lo realiza un fluido que actúa en los órganosmóviles que describen cíclicamente un volumen variable entre dos valores mínimo ymáximo.Los motores endotérmicos volumétricos son los únicos que prácticamente se utilizan enla tracción. Se diferencian esencialmente por el modo en que la energía producida porla combustión se transforma en energía mecánica. De hecho pueden ser:

-� De tipo alterno, con pistones con movimiento alterno.-� De tipo rotativo, es decir con pistones rotantes (Wankel).

MOTORES ALTERNOS

Los motores volumétricos alternos representan la casi totalidad de los motores de traccióny están compuestos por un pistón que se mueve con movimiento alterno rectilíneo enel interior de una camisa cilíndrica. El movimiento se transforma en rotativo medianteun sistema de biela-manivela.Los motores alternos utilizados para la tracción son esencialmente de tipo Otto o Diesel.

Dib . 2 Conjunto pistón – biela – manivela

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MOTORES ROTATIVOS

Con las palabras motor rotativo se indica un motor volumétrico cuyos órganos principalesestán dotados de movimiento rotatorio con ejes fijos y a su vez rotantes, o de todasformas tienen movimientos sin inversión de sentido. El único motor de este tipo utilizadoen la tracción es el motor Wankel, llamado también de pistón rotante (Dib. 3); estácompuesto por un perfil estatórico epitrocoidal (es decir generado por un punto internoa una circunferencia que gira exteriormente a otra circunferencia) de dos alabes, dondegira excéntricamente un rotor de tres esquinas.

Dib . 3 Motor con pistón rotante

Este tipo de motor, después de los años ‘70, no ha tenido la difusión prevista, sobre todoa causa de los elevados costes de producción y las grandes dificultades para reducir lasemisiones contaminantes del escape, y por supuesto un elevado consumo de combustible.Las ventajas fundamentales son su solidez y ligereza con igual potencia suministrada,y con óptimo equilibrio.Actualmente este tipo de motor se produce en pequeñas cantidades y tiene un alto gradode sofisticación técnica. Su última versión prevé tres rotores alineados, sobrealimentacióncon turbocompresor, alimentación e inyección y control de las emisiones en el escapemediante sonda lambda y catalizador.




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MOTORES ELÉCTRICOS

Los motores eléctricos se han aplicado a la tracción desde el inicio de la historia delautomóvil.En la práctica la motorización eléctrica con alimentación y acumuladores consiguióaguantar la competencia del motor de explosión hasta 1920, aunque con alguna limitación;después perdió todo su interés hasta el inicio de los años ‘70. A partir de estos años, acausa de los problemas ambientales, se retomaron los estudios y la experimentación deestos motores eléctricos.

Actualmente todos los constructores intentan desarrollar sus prototipos; sólo se hancomercializado algunas versiones eléctricas de vehículos en producción, destinados ausos particulares, a causa de las notables limitaciones de prestaciones y de autonomía.Los motores utilizados en la tracción son de dos tipos:

-� De corriente continua.-� De corriente alterna (con inducción).

MOTORES DE CORRIENTE CONTINÚA

El motor de corriente continua (Dib. 4) es el más difundido en las actuales aplicaciones.Se utiliza en la tracción ferroviaria, tranvías y trolebús, en los vehículos de uso particular(hospitales, aeropuerto), en los carritos elevadores y en numerosos prototipos eléctricosen estudio.

Dib . 4 Esquema de un motor de corriente continúa

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1.Escobillas.2.Colector.3.Devanado rotórico.4.Imán rotórico.5.Polo magnético.6.Carcasa.7.Devanado de excitación.8.Rodamientos de bolas.9.Eje de salida.




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Dichos motores se controlan con relativa facilidad mediante sistemas electromecánicoso, más recientemente, electrónicos; al frenar, el motor se transforma en generador,recuperando de este modo parte de la energía cinética del vehículo.El característico par motriz (M) - velocidad de rotación (ω) del motor de corriente continua(Dib. 5) es ventajoso; de hecho la reducción del momento resistente, con un relativoaumento de la velocidad, corresponde a una reducción análoga del par motriz y elfuncionamiento del motor es estable. Viceversa, si aumenta el momento resistente, conrelativa disminución de velocidad, aumenta el par motriz.Una limitación del motor de corriente continua es la presencia del colector con susescobillas, que produce fenómenos de salto de chispas en fase de conmutación y desgastarápidamente las escobillas.

Dib . 5 Características (Par-velocidad) del motor de corriente continúa

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MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

El motor de inducción con corriente alterna (motor asincrónico) es más simple que el decorriente continua ya que, al no tener colector, no presenta los problemas mecánicos deconmutación. Se pueden por lo tanto obtener unidades de gran potencia específica graciasal elevado número de revoluciones alcanzable.Pero surge el problema de transformar la energía del acumulador de corriente continuaen corriente alterna y de efectuar los necesarios controles, que resultan un tanto complejos,al tener que intervenir en la frecuencia de sincronismo o en la tensión de alimentación.

También para este tipo de motor existe la posibilidad de recuperar energía al frenar.En la práctica, el uso del motor asincrónico con inducción se remonta a hace sólo pocosaños, gracias a la posibilidad de disponer de sistemas de regulación electrónicos sofisticadospero económicos.

ACUMULADORES

El principal problema técnico a solucionar es el de los acumuladores de energía eléctrica.De hecho, la energía contenida en 1 kg de acumuladores de plomo es centenares deveces inferior a la contenida en 1 kg de gasolina.Este hecho demuestra que sólo un progreso en el campo de los acumuladores podráimpulsar la difusión de la tracción eléctrica.Desde el punto de vista técnico, los tipos de acumuladores utilizados actualmente sonlos siguientes:

–Acumuladores de plomo: son el tipo clásico, y son también los únicos utilizados enlos vehículos eléctricos más recientes, sobre todo en los comercializados por distintosconstructores.–Acumuladores alcalinos fríos: los más conocidos son los de Níquel - Cadmio y de Hierro- Níquel. Estos acumuladores tienen una potencia específica superior con respecto a losde plomo, pero también su coste es mayor.

–Acumuladores alcalinos calientes: necesitan una elevada temperatura interior defuncionamiento (300º C) ya que las sales deben mantenerse en estado líquido. Tienenuna elevada potencia específica, pero su nivel de desarrollo se sitúa todavía en losprototipos.

Todos los tipos de acumuladores deben recargarse con corriente de la red de distribucióneléctrica. Se están estudiando paneles fotovoltaicos, en los que la energía luminosa setransforma en energía eléctrica y se emplea en la recarga de los acumuladores. Unasolución intermedia la constituye el vehículo híbrido, donde un motor térmico, alterno,quema combustible suministrando energía eléctrica a los acumuladores, que a su vez

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alimentan un motor eléctrico de tracción. Esta solución permite en teoría superar losproblemas de autonomía típicos de la tracción eléctrica, mientras el rendimiento y lasemisiones del motor térmico pueden ser optimizada ya que funciona con un régimen ycarga constante. Soluciones de este tipo se encuentran a nivel de vehículos experimentales.

Esquema clasificatorio de los motores de tracción

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MOTORES ALTERNOS

CLASIFICACION DE LOS MOTORES ALTERNOS

Los motores alternos se pueden clasificar, en base al ciclo termodinámico adoptado,según estas categorías:-� Motores de ciclo Otto.-� Motores de ciclo Diesel.Otra importante clasificación de los motores alternos los divide, según el número de

carreras (tiempos) utilizadas para llevar a cabo el ciclo de trabajo, en:-� Motores de dos tiempos.-� Motores de cuatro tiempos.Existen otras clasificaciones como el funcionamiento con simple o doble efecto, o conadmisión o sobrealimentación, con combustible líquido o gaseoso, si está refrigerado conlíquido o con aire.

MOTORES DE CICLO OTTO

Los motores de ciclo Otto (Dib. 6) llamados normalmente motores de carburación,

necesitan para su funcionamiento una mezcla de aire y carburante, antes de que empiecela combustión. Actualmente este nombre ha sido sustituido por motor de encendido porchispa o, más correctamente, por motor con encendido controlado.

Dib . 6

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1.Bujía de encendido.

2.Cámara de combustión.


Motor con alimentación con carburador



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El motor de ciclo Otto se caracteriza por el hecho de que el combustible, que puede serun gas o un líquido, se mezcla con la cantidad de aire necesaria para la combustión,antes del inicio de la misma. Esta mezcla de aire y combustible es admitida en el cilindropor el movimiento descendente del pistón.El encendido de la mezcla se produce en el instante en el que salta la chispa eléctrica.Los motores de ciclo Otto, según el tipo de alimentación, se pueden subdividir en:-Motores con carburador.-Motores de inyección (del tipo a baja presión).

MOTORES DE CICLO DIESEL

Los motores de ciclo Diesel se llamaban normalmente motores de inyección ya que sufuncionamiento necesita de la inyección del combustible directamente en la cámara oen la precámara de combustión, en el instante en el que se verifica el encendido delcombustible. Recientemente, al utilizarse la inyección en los motores de ciclo Otto, seha adoptado para los motores Diesel el nombre de motores de encendido espontáneoo, más correctamente, motores de encendido por compresión.El motor de ciclo Diesel (Dib. 7) se caracteriza por el hecho de que el combustible esinyectado en el interior del cilindro y se autoenciende gracias a la elevada temperatura

del aire comprimido del pistón.Los motores Diesel se pueden subdividir, según las dimensiones y la velocidad de rotación,en:-Motores lentos, grandes motores navales o estacionarios (para instalaciones fijas), convelocidad de rotación muy baja (pocos centenares de revoluciones al minuto).-Motores medios, usados en grandes medios terrestres con velocidad de rotación de1000 a 2000 revoluciones al minuto.-Motores veloces, utilizados en vehículos y pequeños vehículos comerciales con velocidadde rotación de 4000 a 5000 r.p.m.

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En base al tipo de inyección:-Motores de inyección directa (Dib. 7), en los que el combustible es inyectado directamenteen el interior de la cámara de combustión.-Motores de inyección indirecta, en los que la inyección se produce en una precámara,con elevada turbulencia, en la culata.

Dib . 7 Motor diesel de inyección directa

MOTORES DE CUATRO TIEMPOS

En los motores de cuatro tiempos el ciclo de trabajo se efectúa en cuatro carreras(tiempos) del pistón:-Una primera carrera del pistón, desde el punto muerto superior (P.M.S.) al punto muertoinferior (P.M.I.), donde se produce la admisión de la mezcla aire- gasolina (en los motoresde ciclo Otto) o de simple aire (en los motores de ciclo Diesel).

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1.Inyector de combustible.2.Cámara de combustión.




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-Una sucesiva carrera de subida del pistón, desde el punto muerto inferior (P.M.I.)al punto muerto superior (P.M.S.), durante la cual se comprime el fluído en el interiordel cilindro, al finalizar esta carrera se inicia la combustión mediante una chispa (motorOtto) o mediante la inyección de combustible que, en contacto con el aire a elevadatemperatura se quema (motor Diesel).-Una tercera carrera durante la cual los gases producidos en la combustión se expandeny empujan el pistón hacia el P.M.I.-Una última carrera de subida del pistón, para descargar los gases quemados.

Los motores de cuatro tiempos son los que se utilizan generalmente en la tracción:-Los motores Otto se utilizan en la mayor parte de los vehículos, en los vehículos degran cilindrada y en algunos vehículos industriales.-Los motores Diesel se emplean en algunos vehículos y en la mayor parte de los vehículosindustriales.

MOTORES DE DOS TIEMPOS

En los motores de dos tiempos el ciclo de trabajo se efectúa en dos carreras (tiempos)del pistón:-Durante la carrera de subida del pistón, desde el punto muerto inferior (P.M.I.) al punto

muerto superior (P.M.S.), primero se introduce la mezcla combustible y se comprime;al final de la carrera se produce la combustión al saltar la chispa (motor Otto) o mediantela inyección de combustible que en contacto con el aire a elevada temperatura sequema (motor Diesel).-Durante la carrera de bajada del pistón, del P.M.S. al P.M.I., los gases producidos durantela combustión se expansionan empujando el pistón y se descargan los gases quemados.

Los motores de dos tiempos hoy en día no se utilizan mucho, pero con el desarrollo denuevas tecnologías, podemos suponer su empleo para la tracción. Actualmente los motoresOtto se utilizan en vehículos de pequeña cilindrada, donde la mayor sencillez de construccióny la mayor potencia con igualdad de cilindrada, compensan un menor rendimiento; losmotores Diesel en cambio se utilizan en barcos y algunas veces en grandes vehículoscomerciales.

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MOTOR ENDOTÉRMICO VOLUMÉTRICO ALTERNO

COMPOSICION

El motor endotérmico volumétrico alterno más simple es el monocilíndrico compuestopor una unidad que incluye los siguientes órganos principales:-� La camisa cilindro.-� El pistón.

-� La biela.-� El cigüeñal o árbol de manivelas.-� El volante motor.-� El bloque motor.-� La culata.-� El sistema de distribución.-� Los sistemas de alimentación y escape.-� El sistema de encendido (sólo motores de ciclo Otto).-� Los accesorios (bomba lubrificante, bomba liquido de refrigeración, electroventilador,turbocompresor, alternador, motor de arranque, bombas para los servicios como aireacondicionado, servodirección, servofreno).

No todos los motores corresponden exactamente al esquema presentado, pero elfuncionamiento de las varias partes es muy parecido.

CAMISA CILINDRO

Dentro de la camisa cilindro se mueve de modo rectilíneo alterno el pistón. El conjuntode las camisas cilindros forma el bloque cilindros o bloque.Este es el esqueleto del motor y soporta todos los varios órganos. En la parte inferiordel bloque se monta el cárter aceite, que contiene el aceite lubrificante que no está encirculación.

La camisa cilindro está cerrada por arriba por la culata, llamada también cabeza, dondeestán alojadas las válvulas de admisión y escape (en el motor de válvulas laterales (yaen desuso), tanto las válvulas de admisión como las de escape se situaban en cambioen el bloque, en posición paralela al eje de los cilindros). El volumen en la camisa cilindroentre el pistón y la culata, representa la cámara de combustión donde se quema la mezclacombustible y aire, es decir el fluído operante.En el motor de ciclo Otto, la mezcla entra en el cilindro a través del conducto de admisióny la válvula de admisión, después de atravesar la válvula de mariposa que sirve pararegular la cantidad de mezcla que entra.La combustión se produce gracias a una chispa que salta entre los electrodos de una

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bujía y se propaga a toda la mezcla presente en el cilindro.En el motor Diesel entra en el cilindro (mediante la válvula de admisión) sólo el airemientras que el combustible es inyectado en el cilindro a través de un inyector de altapresión. La cantidad de combustible se regula a través de la bomba de inyección mientrasque se aspira una cantidad de aire en exceso.La combustión se produce espontáneamente cuando el combustible inyectado entra encontacto con el aire a elevada temperatura.

Sección transversal de un motor de ciclo Otto con árbol de levas en la culata, bomba de

aceite sumergida y encendido con distribuidor

1.Árbol de levas.2.Culata.3.Distribuidor de encendido.4.Bujía de encendido.5.Eje mando distribuidor.6.Bloque motor.7.Bomba gasolina.8.Reenvío mando bombade aceite y distribuidor.9.Bomba de aceite.10.Carter de aceite.11.Cigüeñal.12.Biela.13.Colector de escape.14.Válvula de admisión.15.Colector de admisión.16.Carburador.




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Sección longitudinal de un motor de ciclo Otto con árbol de levas en la culata, bombade aceite sumergida y encendido con distribuidor

1.Válvula de admisión.2.Válvula de escape.3.Camisa cilindro.4.Pistón.5.Carter de aceite.6.Bomba de aceite.7.Volante motor.8.Cigüeñal.9.Biela.10.Bloque motor.11.Termostato.12.Culata.13.Árbol de levas.14.Tapón introducción

aceite lubrificante.




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Sección transversal de un motor de ciclo Diesel con precámara, con árbol de levas enla culata, bomba de aceite con dentadura interna en el soporte del cigüeñal,

bomba de inyección rotativa y turbocompresor

1.Inyector.2.Bujía de precalentamiento.3.Bomba de inyección.4.Pistón.5.Biela.6.Filtro de aceite.7.Cigüeñal.8.Carter de aceite.

9.Bloque motor.10.Turbocompresor.11.Colector de escape.12.Válvula de admisión.13.Colector de admisión.14.Culata.15.Árbol de levas




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Sección longitudinal de un motor de ciclo Diesel con árbol de levas en la culata,bomba de aceite con dentadura interna en el soporte del cigüeñal

1.Tapón introducción aceite lubrificante.2.Válvula de admisión.3.Válvula de escape.4.Camisa cilindro.5.Pistón.6.Volante motor.7.Trompeta de aspiración.8.Carter de aceite.9.Bomba de aceite.10.Cigüeñal.11.Biela.12.Bloque motor.13.Culata.14.Árbol de levas.




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PISTÓN

El pistón, con los anillos de estanqueidad (segmentos) que impiden que el gas en expansiónsalga del pistón y de la camisa cilindro, transmite el empuje del gas mediante el perno(bulón) a la biela y por lo tanto a la manivela del cigüeñal.La biela y la manivela transforman el movimiento alterno del pistón en movimientorotatorio del cigüeñal que gira en los cojinetes de bancada aplicados al bloque.El producto de la combustión, al terminar la expansión, se descarga en el exterior através de la válvula de escape y el conducto de escape.

DISTRIBUCIÓN

Los órganos de la distribución (Dib. 8) se encargan de abrir las válvulas de escape y deadmisión. Estos órganos incluyen:-� Árbol de levas (o árbol de excéntricas).-� Las tazas.-� Las varillas.-� Los balancines.-� Los empujadores.

El árbol de levas está unido al cigüeñal mediante una correa dentada (o una cadena)para que gire con la mitad de velocidad del cigüeñal; de tal manera que el ciclo dedistribución se repita cada dos revoluciones del cigüeñal. Las excéntricas, del árbol delevas, actúan en el sistema de mando que incluye las tazas, las varillas, los balancines(cuando estos existen) y los empujadores, transmitiendo el movimiento a las válvulassegún el perfil de las correspondientes excéntricas. Todos los componentes de la cadena�cinemática se mantienen en contacto a través de los muelles válvula.




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1.� Árbol de levas.2.� Empujador.3.� Varilla mando balancines.4.� Tornillo reglaje holgura.5.� Tuerca reglaje holgura.6.� Balancín.7.� Semiconos.8.� Cazoleta superior.9.� Muelle válvula.10.� Cazoleta inferior.11.� Retén de aceite.12.� Guía de válvula.13. Válvula.


D ib. 8 Órganos de la distribución



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03Clasificacion de Los Motores

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