7329814 Motor de Combustion Interna y Sus Sistemas Presentacion

Sebastian Valdivia Lizana Ingeniero Mecanico Automotriz

Motores de combustión

interna


El motor• La definición formal de un motor es aquella

maquina que esta constituida para transformar algún tipo de energía en movimiento, dicho movimiento se entrega en forma rotacional.

• El motor de combustión interna realiza este proceso transformando la energía química y térmica que posee la mezcla combustible en energía mecánica (movimiento), por medio de un mecanismo de biela - manivela .

• El motor consta de diferentes partes entre ellas como constante, la culata, el bloque y el cárter.


Motores Ciclo Otto y sus partes

básicas


Partes principales


• Bloque• Culata• Válvulas• Cigüeñal• Árbol de leva• Pistones y bielas• Tipos de cámaras


Bloque• El bloque es la parte más

grande del motor, contiene los cilindros donde los pistones realizan su carrera ascendente y descendente, conductos por donde pasa el liquido refrigerante y otros conductos independientes por donde circula el lubricante. Generalmente el bloque esta construido en aleaciones de hierro o aluminio, siendo estas ultimas mucho mas livianas y permiten mayor rendimiento.


Culata• Es la parte superior del motor en donde se encuentran

las válvulas y las cámaras de combustión; en algunos motores y generalmente los modernos (a partir de los años 60) también se encuentra el árbol de levas, junto con los mecanismos necesarios para la apertura y cierre de las válvulas.

• Para el diseño de una culata deben tenerse en cuenta tres factores primordiales, que son el buen rendimiento, poca contaminación y bajo costo de fabricación. La culata también tiene conductos de refrigeración y lubricación, los cuales deben conservarse constantes durante toda su longitud, o como máximo, permitir alguna conicidad. Ésta generalmente está fabricada de aluminio o aleaciones ligeras.


• Una culata debe ser resistente a la presión de los gases, poseer buena conductividad térmica, ser resistente a la corrosión y poseer un coeficiente de dilatación exactamente igual al del bloque de cilindros.

• Las partes principales de una culata son las cámaras de combustión, las válvulas con su guías y sellos, el eje o los ejes de levas cuando se encuentran en ella y el sistema de distribución

• La forma y características de una culata, están estrechamente ligadas a la evolución de los motores y han sido condicionadas por el tipo de distribución y por la forma de la cámara de combustión.


Empaquetadura de culata• Es una lámina fabricada en

diferentes materiales, como son asbesto, latón, acero, caucho, bronce y actualmente se está desarrollando un nuevo material llamado grafoil. Se utiliza para sellar la unión entre la culata y el bloque de cilindros. Posee varias perforaciones por las cuales pasan los pistones, los espárragos de sujeción, y los ductos tanto de lubricación como los de refrigeración.


Válvulas• Las válvulas están dotadas de un movimiento alternativo y se abren

hacia el interior de la cámara de combustión, de manera que la estanquidad se ve favorecida por la presión de los gases.

• En el caso de los motores de dos tiempos, la función de la válvula es cumplida por el mismo pistón, es decir éste es el que se encarga de permitir el flujo desde la lumbreras hacia la cámara de compresión.

• Este tipo de funcionamiento se presenta también en algunos motores Diesel de muy bajas revoluciones.

• Existen tres tipos de cabeza de válvula, las convexas, que se caracterizan por ser más rígidas, macizas y sólidas, pero lo queimplica que sean más pesadas, junto a esto hace que los asientossean muy sensibles a los efectos de la temperatura; las planas y las cóncavas que conservan la forma cónica del asiento, inclusive bajo efecto de deformaciones por altas temperaturas.


• Para que una válvula sea realmente funcional debe estar acompañada de un cierto tipo de elementos, que a la vez de darle soporte en la culata, permiten su refrigeración y lubricación, Para el caso de accionamiento mecánico, las guías, son las encargadas de dar el posicionamiento de la válvula sobre la culata y entre el vástago y la guía no debe haber un juego mayor a 0.025 mm cuando la válvula es fabricada en acero ferrítico y 0.03 mm este juego permite la lubricación del conjunto.

• Según el régimen al que se trabaje el motor, los resortes deben hacerse con una mayor constante de recuperación aumentando directamente proporcional con la velocidad del mismo; esto para evitar que en algún momento lleguen a flotar las válvulas y se estrellen contra la cabeza del pistón.


Cigüeñal • El cigüeñal es la pieza que completa el conjunto biela

manivela. Es el encargado de la transformación final del movimiento lineal del pistón en movimiento rotativo; una operación que permite transmitir el par motor originado a los restantes elementos mecánicos del motor. Uno de los extremos se aprovecha para mover el vehículo y el otro para aportar el par necesario para mover los restantes elementos auxiliares: sistema de distribución, generador. Compresor de climatización, etc.


Árbol de leva• El elemento que realmente realiza el trabajo de abrir y cerrar

las válvulas es la leva, para entender mejor el funcionamiento de esta y el eje que las contiene se debe conocer su nomenclatura.

• La leva está compuesta por una zona de reposo, que es la que actúa cuando la válvula se encuentra cerrada, una elevación o alzada que es la que da la distancia de apertura de la válvula, la cúspide que determina el tiempo de apertura, el flanco que da la velocidad de apertura y un juego que es la holgura que existe con el circulo generatriz de la leva y permite que la deformación por temperatura del vástago de la válvula no produzca daños ni golpes en el funcionamiento.


Animación de Árbol de levas


Pistones y bielasBielas

• Es una pieza encargada de unir él embolo mediante el bulon con el cigüeñal en su muñequilla y por lo tanto esta sometida al esfuerzo mecánico alternativo del pistón en las diferentes partes del ciclo de trabajo. Los esfuerzos (tracción compresión fricción) son debidos a la combustión y a las fuerzas de inercia alternativas, angulares y centrifugas


Pistón• Es el elemento móvil que se desplaza en

el interior del cilindro y recibe la fuerza de explosión de los gases de la combustión para transmitirlo al cigüeñal por medio de la biela.


Tipos de pistón


Pistón de cabeza plana• Utilizado en un principio

cuando se empezó a desarrollar el motor de combustión interna y en aquellos motores que no requieren alta potencia, como pueden ser los de plantas eléctricas, vehículos pequeños y motores industriales pequeños. Algunos poseen trabajos sobre la cabeza para dar espacio a las válvulas.


Pistón de alta compresión• Son pistones diseñados

para aumentar la relación de compresión, su forma en la cabeza depende del tipo de cámara de combustión, utilizados únicamente en motores a gasolina y no en diesel.


Pistón de cabeza cóncava• Este tipo de pistón es

utilizado para disminuir la relación de compresión, generalmente en motores Diesel y/o turbos.


Pistón especial• Existen ciertos tipos de

pistones que se realizan bajo pedido según sus aplicaciones como se puede ver en el caso de la fotografía un pistón forjado de alta compresión con cavidades para las cuatro válvulas por cilindro.


Tipos de cámaras


Cámara hemisférica• Por el gran espacio que posee,

permite que los orificios de admisión y escape sean de gran tamaño, lo cual hace que cuando el motor está a un alto régimen de revoluciones produzca una gran potencia. La bujía que está colocada en el centro de la cámara hace que la inflamación de la mezcla se rápida y homogénea. En este tipo de cámara se puede hacer que el pistón , inicialmente plano, lleve un abultamiento en su parte central, lo que se traduce en una aumento en la relación de compresión y se aumenta la superficie de dispersión. Se considera como una de las cámaras de más alto rendimiento con un coeficiente h = 1.00.


Cámara tina o discoidal• Tiene la forma de una tina

invertida y permite colocar las válvulas en línea, lo cual hace que el mecanismo de accionamiento de las mismas sea sencillo. La turbulencia excesiva es controlada por medio de la forma alargada y ovalada de la tina. Al usar una relación carrera / diámetro menor que uno, es decir que el pistón sea de gran diámetro y la carrera en el cilindro sea muy corta, se permite el uso de válvulas de gran tamaño para lograr un paso adecuado de los gases. El rendimiento alcanzado por este tipo de cámaras de combustión se acerca a hc = 0.92


Cámara cuña o triangular• Es de construcción económica,

concentra la mayor cantidad de la mezcla en la proximidad de la bujía, con lo cual disminuye al mínimo el riesgo de detonaciones. Otra forma en que se previene el preencendido es que su forma permite muy buena refrigeración de las esquinas cuando se presenta el escape de los gases. La turbulencia es producida ya que una parte del pistón llega casi a estar en contacto con la culata y se crea una zona laminar. El rendimiento de este tipo de cámara esta cerca al 99%.


Cámara excavada en el pistón

• Este tipo de cámara es generalmente usada en motores diesel y algunos de gasolina, que deben reducir su relación de compresión como es el caso de los motores turbo alimentados, tiene desventajas como un mayor costo de fabricación y un mayor peso en el pistón. Su rendimiento es el mismo de una culata hemisférica.

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