INDICE DE PERFIL DE TRABAJO DE GRADO
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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD TECNICA CARRERA DE MECANICA AUTOMOTRIZ PROYECTO DE GRADO TÉCNICO PRESENTADO PARA OPTAR TITULO DE TÉCNICO SUPERIOR EN MECANICA AUTOMOTRIZ TITULO: “MEDICIÓN DE DESGASTES MECÁNICOS DEL MOTOR 4A-FE TOYOTA” POSTULANTE: Univ. Cinthya Carolina Uria Oviedo TUTOR: Lic. Silverio Apaza Cutili La Paz- Bolivia 2010
Transcript of INDICE DE PERFIL DE TRABAJO DE GRADO
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD TECNICA
CARRERA DE MECANICA AUTOMOTRIZ
PROYECTO DE GRADO TÉCNICO PRESENTADO PARA OPTAR TITULO DE
TÉCNICO SUPERIOR EN MECANICA AUTOMOTRIZ
TITULO: “MEDICIÓN DE DESGASTES MECÁNICOS DEL MOTOR 4A-FE
TOYOTA”
POSTULANTE: Univ. Cinthya Carolina Uria Oviedo
TUTOR: Lic. Silverio Apaza Cutili
La Paz- Bolivia
2010
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD TÉCNICA
CARRERA DE MECANICA AUTOMOTRIZ
PROYECTO DE GRADO TÉCNICO
MEDICIÓN DE DESGASTES MECÁNICOS DEL MOTOR 4A – FE TOYOTA
Presentado por la Univ. Cinthya Carolina Uria Oviedo .…...…………
REQUISITO PARA LA OBTENCIÓN DEL GRADO ACADÉMICO DE TÉCNICO
SUPERIOR UNIVERSITARIO
DIRECTOR DE CARRERA: Lic. Mario Mamani Condori .……..…………
TRIBUNALES: Ing. Ricardo Paz Zeballos .…………………
Lic. José Rengel Terrazas …………………
Lic. Jorge Escobar Choquecalla ………………….
CALIFICACIÓN: …………………
DEDICATORIA.
El presente Proyecto de Grado Técnico esta dedicado a mis
hijos Joaquin y Arturo quienes han sido la luz de mi vida y el
impulso para seguir adelante.
A mí querida familia por su constante apoyo y fe en mi
persona.
AGRADECIMIENTOS.
Al Licenciado Silverio Apaza Cutili por su paciencia y colaboración con
este trabajo.
A la carrera de Mecánica Automotriz, el querido plantel docente y a los
compañeros de segundo semestre por el tiempo prestado.
A toda mi familia por toda su ayuda, confianza y ánimo.
PRESENTACION
Las estrategias, los métodos de reparación de los motores es un tema importante
para tener un motor dentro de los parámetros de funcionamiento normal, a fin de
lograr las condiciones óptimas del motor, su buen funcionamiento y preservar
nuestro medio ambiente.
El presente trabajo muestra un procedimiento técnico de las mediciones de la
parte mecánica del motor 4A – FE TOYOTA, de acuerdo a especificaciones del
fabricante, así como la aplicación de la seguridad industrial durante todo el
proceso, técnicas utilizadas para el montaje de los componentes en el proceso del
armado del motor.
Se considero datos técnicos, resultados de la semana del aire limpio, internet,
libros de texto y catálogos varios.
Para veracidad del tema se tomo fotografías de varios de los pasos realizados.
También se realizo consulta de costos de repuestos en las tiendas proveedoras
para tener una idea del costo que tiene una reparación.
Lic. Silverio Apaza Cutili
DOCENTE TUTOR.
RESUMEN
El presente Proyecto de Grado Técnico ha sido elaborado en el taller de Diagnosis
de la Carrera Mecánica Automotriz de la Facultad Técnica de la Universidad
Mayor de San Andrés.
Para este objetivo se ha realizado el desmontaje de la parte mecánica del motor y
luego se procedió a realizar mediciones para determinar desgaste en los
componentes del motor 4 A - FE TOYOTA.
Se utilizó instrumentos de calibración, de medición antes y después del
desmontaje. Los datos obtenidos se compararon con las especificaciones del
fabricante, como conclusión, estos datos están dentro de los parámetros
especificados por el fabricante, solo se recomienda realizar cambio de anillas y
cojinetes en estándar, así como retenes de válvulas. Luego se procedió a realizar
el montaje de este motor de acuerdo a procedimientos técnicos y con la ayuda del
catálogo de especificaciones técnicas.
Por otra parte este trabajo de grado permite a la comunidad universitaria
recomendar el uso adecuado de los catálogos, equipos, instrumentos,
herramientas que permiten llegar a un resultado óptimo.
INDICE
Páginas
CAPITULO I. ANTECEDENTES GENERALES.
1.1. Introducción... ……………………………...………………………………….....
1.2. Antecedentes históricos…………………..…………………………………...
1.2.1. Historia del motor 4A – FE TOYOTA…..………………………………..
1.3. Normas de la Contaminación Vehicular en Bolivia..………………………..
1.3.1. Control de contaminación vehicular..…………...………………….......
1.3.2. Ley 1333 de Medio Ambiente..………………………………………......
1.3.3. Parámetros permisibles en Bolivia…………………...……………......
1.4. Objetivo…………………………………………………………..…………..….
1.4.1. Objetivo General……...……………………………………...…………….
1.4.2. Objetivo Especifico…………………………………………...………….
CAPITULO II. PROCEDIMIENTO TEORICO.
2.1. El motor de combustión interna………………..………………………………
2.2. Ciclo teórico del motor…………………………….…………………………….
2.2.1. Proceso de admisión…………………………….…………………………….
2.2.2. Proceso de compresión……………………………………………………….
2.2.3. Proceso de explosión…………………………….……………………………
2.2.4. Proceso de escape……………………………….……………………………
2.2.5. Diagrama real en motores de explosión………..…………………………...
2.3. La combustión y el oxigeno.......................................…….……………..….
2.3.1. Factor Lambda…………….………………………………………………….
2.4. Condiciones atmosféricas……………………………………………………...
2.4.1. La atmosfera…………………………………………………………………...
2.4.2. Presión atmosférica…………………………….……………………………
2.4.3. Temperatura del aire…………………………………………………………..
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2.4.4. Densidad del aire.....……………………………………………….………….
2.4.5. Condiciones atmosféricas en Bolivia………………………………………..
2.4.6. Limites permisibles para vehículos en circulación………………………..
2.4.6.1. Emisiones Toxicas de los Motores……………………………………...
2.4.6.2. Los Gases de Escape…………………………………...………………..
2.4.6.3. Componentes de los Gases de Escape………………………………...
2.4.6.4. Resumen de medición de gases de escape vehicular de los
últimos tres años en la ciudad de El Alto……………………………….
2.4.6.5. Resultados de medición de gases de escape en la Ciudad de
El Alto………………………………………………………………………
2.4.6.6. Representación grafica……………………………………………………
2.4.6.7. Comparación motor con carburador Vs. Inyección electrónica………
2.5. Potencia del motor…………………………………………………………….
2.5.1. Potencia indicada….…………………………………………………………..
2.5.2. Potencia efectiva...……………………………………………………..…......
2.5.3. Par motor……………………………………………………………………….
2.5.4. La cilindrada.……………………………………………………....…………...
2.5.5. Relación de compresión………………………………………………………
2.5.6. Rendimiento…………………………………………………………………….
2.5.7. Rendimiento Mecánico….....……………………………………………....….
2.5.8. Rendimiento indicado.....…………………………………………………......
2.5.9. Rendimiento efectivo………………………………………………………..
2.5.10. Rendimiento volumétrico..……….………………………………….
2.6. El combustible y sus propiedades...............……………………………....….
2.6.1. Sustancias químicas que intervienen en la combustión………………….
2.6.2. Gasolina……………………………………………………………………….
2.6.3. Combustión de la gasolina……………………………………………………
2.6.4. Emisiones de escape y sus causas…………………………………………
2.7. Bloque de cilindros y culata de cilindros.....................................................
2.7.1. Bloque de cilindros....................……………………………………………...
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2.7.2. Culata de Cilindros………………………………………………………....….
2.7.3. Mecanismo de válvula……………………………………………………….
2.7.4. Eje de levas…………………………………………………………………….
2.7.5. Válvulas…………………………………………………………………………
2.7.6. Pistones y cigüeñal…………………………………………………….……...
2.8. Introducción al Sistema de Inyección Electrónica......................................
2.8.1. Generalidades del motor 4A – FE
TOYOTA....................................................................................................
2.8.1.1. EFI (Inyección de Combustible Electrónica)........................................
2.8.1.2. ESA (Avance de chispa electrónico)...................................................
2.8.1.3. ISC (Control de ralentí)........................................................................
2.8.1.4. Diagnostico..........................................................................................
2.8.1.5. Función de seguridad en caso de avería............................................
2.8.1.6. Construcción del TCCS del motor 4A – FE TOYOTA.........................
2.8.2. Sensor de presión del múltiple (sensor de vacio)......................................
2.8.3. Cuerpo del acelerador...............................................................................
2.8.4. Sensor de posición de la mariposa (TPS).................................................
2.8.5. Sensor del ángulo del cigüeñal.................................................................
2.8.6. Sensor RPM del motor..............................................................................
2.8.7. Encendedor...............................................................................................
2.8.8. Sensor de temperatura del agua...............................................................
2.8.9. Sensor de temperatura del aire de admisión.............................................
2.8.10. Sensor de oxigeno o Lambda...........................................................
2.8.11. Bomba de combustible......................................................................
2.8.12. Regulador de presión de combustible...............................................
2.8.13. Inyectores de combustible.................................................................
2.8.14. ECU (Unidad de control electrónico).................................................
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CAPITULO III. PROCEDIMIENTO PRÁCTICO.
3.1. Seguridad en el Taller..................................................................................
3.1.1. Ropa de trabajo................................................................................
3.1.2. Protección personal...........................................................................
3.1.2.1. Protección de la piel..........................................................................
3.1.2.2. Protección de la cabeza y los ojos....................................................
3.1.2.3. Protección contra la absorción de gases y polvos............................
3.1.2.4. Protección de las extremidades........................................................
3.2. Equipos y Herramientas para la reparación del Motor 4A-FE Toyota.........
3.3. Características Técnicas del Motor 4A-FE Toyota......................................
3.4. Desmontaje del motor..................................................................................
3.4.1. Culata de Cilindros............................................................................
3.4.1.1. Desarmado de la Culata de Cilindros................................................
3.4.1.2. Remoción del alzaválvulas................................................................
3.4.1.3. Remoción de la válvula.....................................................................
3.4.1.4. Remoción del sello de aceite del vástago de válvula........................
3.4.2. Limpieza de la culata de cilindros.....................................................
3.4.3. Inspección de la Culata de Cilindros.................................................
3.4.3.1. Inspección de la culata por si esta plana..........................................
3.4.3.2. Inspección de la culata por si tiene grietas.......................................
3.4.3.3. Inspección del espacio para aceite en la culata................................
3.4.3.4. Espacio para aceite de buje de guía de válvula................................
3.4.3.5. Espacio para aceite de alzaválvulas.................................................
3.4.3.6. Espacio de empuje del eje de levas.................................................
3.4.3.7. Espacio para aceite del eje de levas.................................................
3.4.4. Inspección de la válvula....................................................................
3.4.4.1. Inspección del resorte de válvula......................................................
3.4.4.2. Inspección del asiento de válvula.....................................................
3.4.4.3. Inspección del eje de levas...............................................................
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3.4.5. Rearmado de la Culata de Cilindros.................................................
3.4.5.1. Instalación del sello de aceite del vástago de válvula.......................
3.4.5.2. Instalación de la válvula....................................................................
3.4.6. Bloque de Cilindros...........................................................................
3.4.6.1. Inspección del espacio......................................................................
3.4.6.2. Remoción del pistón..........................................................................
3.4.6.3. Remoción del cigüeñal......................................................................
3.4.6.4. Desarmado del pistón.......................................................................
3.4.7. Inspección de los Componentes del bloque de cilindros..................
3.4.7.1. Inspección del bloque de cilindros por si está plano........................
3.4.7.2. Inspección del espacio......................................................................
3.4.7.3. Inspección del pistón y aro de pistón................................................
3.4.8. Inspección del cigüeñal.....................................................................
3.4.9. Instalación del cigüeñal....................................................................
3.4.10. Rearmado del pistón........................................................................
3.4.11. Instalación del pistón.........................................................................
CAPITULO IV. CONCLUSIONES DE LA MEDICIÓN DE DESGASTES
MECÁNICOS DEL MOTOR 4A-FE TOYOTA”
4.1. Conclusiones...............................................................................................
ANEXOS
Anexo 1. Tabla de precios de reparación del motor 4A – FE TOYOTA.................
Anexo 2. Datos Teóricos del Motor 4A-FE Toyota.................................................
Anexo 3. Datos Técnicos del Motor 4A – FE TOYOTA..........................................
Par de apriete.........................................................................................
BIBLIOGRAFIA......................................................................................................
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CAPITULO I. ANTECEDENTES GENERALES.
1.1. Introducción.
El automóvil en la actualidad se ha convertido en un complemento indispensable
de nuestras vidas, el parque automovilístico mundial se ha desarrollado de una
manera espectacular a lo largo de la segunda mitad de siglo XX.
En nuestro medio existe gran cantidad de vehículos con motores de la primera
generación o convencionales, con sistema de alimentación a carburador y
encendido por ruptor que cumplieron su ciclo de funcionamiento, la critica social y
económica de nuestro país ha permitido que muchos vehículos sigan circulando
causando daños a la salud de toda la población con la contaminación de gases
tóxicos de escape, y por ende menor rendimiento del motor, por otra parte se
incrementan cada día vehículos con tecnología de ultima generación como ser
inyección electrónica de combustible, una de las alternativas para encaminar este
objetivo, es de analizar una solución a los motores que contamina el
medioambiente.
La industria del automóvil no ha parado de mejorar y perfeccionar este medio de
trasporte gracias a los continuos logros tecnológicos que así lo han permitido.
Hace veinte años los automóviles eran la fuente mayor de contaminación. Ahora
las emisiones de gases en los automóviles se han reducido notablemente debido a
las exigencias normativas de medio ambientales por parte de los fabricantes.
Los sistemas de inyección de gasolina resuelven los problemas de contaminación
con mayores garantías que la antigua carburación, de manera que solamente
estos sistemas son capaces de cumplir las actuales normas anticontaminación, al
tiempo que mejoran sensiblemente los consumos de combustible y el
comportamiento de marcha del motor, los automóviles desde 1993 están
equipados con sistemas de inyección de combustible controlados
pág. 2
electrónicamente, que se compone de una unidad de control electrónico,
sensores, actuadores.
1.2. Antecedentes históricos.
Durante más de 75 años prácticamente todos los fabricantes de automóviles
usaron carburadores en todos los vehículos, con excepción de algunos modelos
especiales. La prioridad para entonces era optimizar los bajos costos de
producción y alcanzar una mayor potencia; sin tomar en cuenta la contaminación,
incluso después de que la contaminación de gases emanados por los vehículos en
todo el planeta fuera alta. A mediados de los ochenta, obligados por una
legislación de emisiones cada vez más estricta, los carburadores con
retroalimentación electrónica habían alcanzado un grado de refinamiento pero a
pesar de este progreso incontrovertible, el tiempo del venerable carburador
finalmente termino.
La electrónica se implementó logrando controlar el mejor rendimiento del motor y
emisiones de gases contaminantes mediante un control computarizado.
La inyección a gasolina data de muchísimos años, pero en la etapa de su
perfección tuvo que pasar muchos años pues al principio no fue lanzado al
mercado en masa sino en pequeñas cantidades, básicamente por dos razones:
• El escaso conocimiento de los mecánicos de ese tiempo para la prestación
de servicios.
• El mayor desarrollo y apogeo de los carburadores.
Con el pasar de los años se fueron haciendo mas estrictas las normas de control
de emisión, especialmente en los países mas avanzados, lo cual hacía que los
carburadores desean cada vez mas complejos y tendía a complicarse aun mas.
La solución llego con la Inyección Electrónica de Combustible puesto que los
componentes electrónicos utilizados se conseguía mayor exactitud en los
pág. 3
controles del motor, lo que derivo a que la mayoría de la marcas de vehículos
tendieran a lanzar al mercado motores equipados con inyección electrónica.
La marca Toyota empieza la producción de vehículos con Inyección Electrónica de
Combustible en el año 1979, donde a los primeros modelos se los conoce como
EFI análogo debido a que la unidad de control electrónico solo controlaba la
cantidad de combustible introducido y no así a los otros subsistemas como el
encendido y otros.
Posteriormente el año 1984 Toyota lanza el Sistema de Control Computarizado
Toyota (TCCS), en el cual la Unidad de Control no solamente controlaba la
dosificación de combustible, sino también los otros sistemas como el encendido,
velocidad en vacio y otros.
El TCCS del motor ha ido evolucionando constantemente para conseguir un mejor
control del motor.
El año 1997 Toyota sufre unas ligeras modificaciones en lo que se refiere al
control del motor, puesto que los vehículos de esta marca en su mayoría salen
cumpliendo el reglamento OBD-II, el cual es requisito para los vehículos que
ingresan a Estados Unidos. Hoy en día casi la totalidad de los vehículos están
cumpliendo esta norma por que universaliza muchos aspectos como las
herramientas de diagnostico utilizados, conectores de diagnostico, estrategias de
funcionamiento y otros.
1.2.1. Historia del motor 4A – FE TOYOTA1.
El 4A serie del motor era un 1587 cc (1,6 litros) del motor, introducido en 1988, y
revisado a 4A-FE en 1993. Su uso principal fue en el Corolla. La serie de
motores 7A era esencialmente el mismo motor, acarició de mayor
desplazamiento (1,8 litros) y un mejor par motor. 1997 fue el año del motor: en
1998, fue sustituido por la serie ZZ. La curva de par es bastante plana, con una
curva pronunciada, la potencia lineal.
1 Wikipedia, enciclopedia INTERNET
pág. 4
CURVAS DE POTENCIA DEL MOTOR 4A – FE Y 7A - FE
2 TABLA COMPARATIVA DE DATOS DE LOS MOTORES 4AF, 4A – FE Y 7A – FE TOYOTA
2 Traductor Google INTERNET
Nombre
Mecanismo
de Válvulas
Válvulas
/
Cilindro
Conducir Años Caballos
de fuerza Torque Compresión
Diámetro
x
carrera
4AF DOHC 2 cinturón 1988 -
1992
90 @
6000
95 @
3600 9.5:1
3,19 x
3,03
4A-FE DOHC 4 cinturón 1990 -
? 103-105
100-
102 9.5:1
3,19 x
3,03
7A-FE DOHC 4 cinturón 1993 -
?
115 hp @
5,600
115 @
2800 9.5:1
3,19 x
3,37
pág. 5
MOTOR 7A – FE TOYOTA
En 1993, el 4A-FE se dio una mayor eficiencia de admisión a través del uso de la
vertical, los puertos de admisión de pequeño diámetro en la culata, aumento de la
elevación de la válvula y el diámetro de la válvula de admisión, un rotativo de
ralentí tipo de válvula de solenoide de control aéreo, y un refuerzo de aluminio y
grandes de vanadio-cigüeñal de acero para reducir el ruido y las vibraciones.
Cuando el 7A-FE fue diseñado, se le dio las mismas mejoras como el 4A-FE, así
como un sensor de detonación.
Ambos motores compartían una pentroof cámara de combustión de tipo, con la
cruz-variedades de flujo.
Al mismo tiempo, uno de los motores de las cinco originales se monta en el
Corolla se retiró, dejando a cuatro, pero el derecho-lado de montaje del motor
fueron revisadas, a un tipo de compuesto cilíndrico, de eje tipo lleno de líquido
para reducir la vibración y el ruido.
CÁMARA DE COMBUSTIÓN DE TIPO CRUZ
pág. 6
1.3. Normas de la Contaminación Vehicular en Bolivia.
1.3.1. Control de contaminación vehicular.
En la Nueva Constitución Política del Estado en el TITULO II, MEDIO AMBIENTE,
RECURSOS NATURALES, TIERRA Y TERRITORIO, los siguientes artículos se
refieren a la preservación y cuidado del medio ambiente.
Capitulo Primero. Medio Ambiente3
Articulo 342. Es deber del Estado y de la población conservar, proteger y
aprovechar de manera sustentable los recursos naturales y la biodiversidad, así
como mantener el equilibrio del medio ambiente.
Articulo 343. La población tiene derecho a participación en la gestión ambiental, a
se consultado e informado previamente sobre decisiones que pudieran afectar a la
calidad del medio ambiente.
Articulo 347. El Estado y la sociedad promovieran la mitigación de los efectos
nocivos al medio ambiente, y de los pasivos ambientales que afectan al país. Se
declara la responsabilidad por los daños ambientales históricos y la
imprescriptibilidad de los delitos ambientales.
II. Quienes realicen actividades de impacto sobre el medio ambiente deberán, en
todas las etapas de la producción, evitar, minimizar, mitigar, remediar, reparar y
resarcir los daños que se ocasionan al medio ambiente y ala salud de las
personas, y establecer las medidas de seguridad necesarias para neutralizar los
efectos posibles de los pasivos ambientales.
3 Constitución Política del Estado (Promulgada el 7 de febrero de 2009).
pág. 7
1.3.2. Ley 1333 de Medio Ambiente4.
Capitulo III. De la Evaluación y Control de la Contaminación Atmosférica en
Fuentes Móviles.
• Articulo 40º. Los vehículos en circulación no deben emitir contaminantes
atmosféricos en cantidades que excedan los limites permisibles de emisiones
vehiculares.
• Articulo 41º. Los programas de verificación vehicular deben realizarse
sistemáticamente de acuerdo a la normativa correspondiente. Tal verificación es
requisito indispensable para el otorgamiento y revalidación de los permisos de
circulación.
Estos programas de verificación vehicular y la normatividad correspondiente serán
desarrollados en forma coordinada por el MDSMA, el Ministerio de Gobierno (a
través del Organismo Operativo de Transito de la Policía Nacional), la Secretaria
Nacional de Transportes, la Secretaria de hidrocarburos y los Gobiernos
Municipales con jurisdicción sobre ciudades de mas de 50 000 habitantes.
1.3.3. Parámetros permisibles en Bolivia5.
VALORES MÁXIMOS PERMISIBLES EN LA PAZ
GASOLINA GNC DIESEL
Año de
fabricación CO%
HC
ppm CO%
HC
ppm
Altura
(msnm)
Opacidad
%
Hasta 1997 6 600 2.5 600 0 – 1500 65
1998 a 2004 2.5 400 2.5 400 1500 – 3000 70
2005 en adelante 0.5 125 0.5 125 3000 – 4500 75
4 Ley del Medio Ambiente, Ley 1333 (27/04/92) 5 Proyecto Aire Limpio, Swisscontact.
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VALORES DE REFERENCIA
GASOLINA GNC
Carburador Inyección Carburador Inyección
CO2 % O2 % CO2 % O2 % CO2 % CO2 %
>10.5 < 6 >12.5 <6 >8 < 6
LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES PARA VEHÍCULOS A GASOLINA CON
MOTOR DE CUATRO TIEMPOS6
GASOLINA
Y
GNV
Año de
fabricación
%CO Monóxido de
carbono
HC (ppm)
Hidrocarburos no
quemados
Gasolina GNV Hasta 1800
msnm
Mas de 1800
msnm
Hasta 1997 6% 2.5% 600 ppm 650 ppm
1998 a
2004 2.5% 2.5% 400 ppm 450 ppm
2005
adelante 0.5% 0.5% 125 ppm 125 ppm
6 Norma Boliviana NB 62002 IBNORCA
pág. 9
1.4. Objetivo.
Realizar las mediciones de los elementos mecánicos del motor 4A – FE TOYOTA,
tomando en cuenta los factores de desgaste de los componentes y utilizando
adecuadamente los manuales de mantenimiento y reparación, asi como
instrumentos y equipos de calibración.
1.4.1. Objetivo General.
Con las mediciones realizadas de la parte mecánica del motor 4A-FE TOYOTA, se
pretende realizar una comparación de los datos obtenidos con los datos de los
manuales y verificar su grado de desgaste.
1.4.2. Objetivos específicos.
• Con los procedimientos técnicos de la reparación se logrará demostrar la
importancia de las técnicas y procedimientos para este propósito.
• Tener siempre presente la seguridad, orden y limpieza en el taller en cada
momento.
• Preservar el medio ambiente por la óptima condición técnica del motor a
largo plazo.
pág. 10
CAPITULO II. PROCEDIMIENTO TEORICO.
2.9. El motor de combustión interna.7
El motor del automóvil es el encargado de transformar la energía térmica que le
proporciona un combustible (gas-oíl, gasolina, etc.) en energía mecánica que
posteriormente utilizara para poder desplazarse. Estos motores se llaman de
combustión interna porque realizan su trabajo en el interior de una cámara cerrada
mediante la aportación del calor producido al quemarse el combustible.
En este caso, la presión de los gases de la combustión y el calor generado en su
interior, provocan el movimiento de un mecanismo que se aprovechara como
fuente de energía. Este principio, utilizado desde hace muchos años, continua
siendo el mismo que en la actualidad, aunque lógicamente mucho mas avanzado
en cuanto a diseño, tecnología y electrónica. Por otra parte cuando el combustible
se quema (combustión) se produce una gran cantidad de calor (energía calorífica)
y una transformación de gases. El calor hace aumentar el volumen de dichos
gases, un aumento de volumen implica un aumento de presión, ya que la
combustión se produce en una cámara cerrada. La fuerza originada por esta
presión es la que se emplea para mover, mediante diversos mecanismos.
Para que cualquier combustible arda, es necesaria la presencia del oxigeno, el
cual se toma del aire, por ello para que la combustión se pueda realizar en el
interior del motor, es necesario introducir en la cámara, además del combustible,
la cantidad de aire para que este se queme.
La transformación de energía calorífica en mecánica en el motor de combustión
interna es un proceso, su realización en condiciones reales esta ligada con el
surgimiento de perdidas adicionales que nos consideran en la segunda ley de la
termodinámica.
7 Motores de automóvil. M.S. Jovaj (1982) Manual del Automóvil (2000)
pág. 11
Para valorar la perfección de los procesos por separado en el motor real y en su
conjunto que es lo que determina el ciclo real, es necesario aclarar la posible
utilización del calor, característico para el ciclo termodinámico, en el cual el
desprendimiento del calor a la fuente fría representa el único y obligatorio tipo de
perdidas. Comparando los valores de los rendimientos de los ciclos teórico y real
se puede establecer con que grado de perfección transcurren los procesos
aislados en los motores, y de esta manera, se puede esbozar las vías para
aumentar la economía y la capacidad de trabajo del ciclo.
2.10. Ciclo teórico del motor.
El motor de combustión interna, se caracteriza porque son necesarios cuatro
recorridos del pistón que equivalen a dos vueltas completas para que realice su
ciclo de funcionamiento, siendo este el conjunto de operaciones a que se debe
someter la mezcla con que se alimenta, para obtener la transformación de la
energía térmica en energía mecánica.
El diagrama correspondiente a este ciclo se cumple así:
DIAGRAMA DEL CICLO OTTO
pág. 12
2.10.1. Proceso de Admisión.
La primera fase o tiempo de funcionamiento del motor e produce cuando se abre
la válvula de admisión y desciende el embolo desde la parte superior de su carrera
(PMS) hasta la parte inferior (PMI). La depresión originada en el cilindro, por el
aumento de espacio que va dejando el embolo, hace que la mezcla de aire –
gasolina pase a llenar ese espacio, cerrándose la válvula de admisión al finalizar
la carrera de descenso del embolo. El cigüeñal ha girado media vuelta. La línea
1 – 2 es una transformación a presión constante (isobara), por lo tanto:
Pa = presión atmosférica
Ta = 273 + ta = temperatura ambiente
Vc = volumen inicial de la cámara de compresión.
Vs = volumen de cilindrada
V = Vc + Vs = volumen final
2.10.2. Proceso de compresión.
Cuando el cigüeñal gira la media vuelta siguiente, las dos válvulas están cerradas
y el embolo sube comprimiendo la mezcla de aire y gasolina, hasta reducir su
volumen al espacio que forma la cámara de compresión desarrollando una gran
energía potencial.
La línea 2 – 3 es una compresión adiabática. Para el punto 3 se tiene.
Vc = volumen final de la compresión.
Tc = temperatura absoluta alcanzada después de la compresión
Pc = presión de compresión.
pág. 13
2.10.3. Proceso de explosión.
Estando la mezcla comprimida en la cámara, se produce el salto de la chispa en la
bujía, que enciende la mezcla y provoca la explosión de la misma. La combustión
de la mezcla es muy rápida, generando gran cantidad de calor que aumenta la
temperatura de gas y eleva mucho más la presión que había al final de la
compresión.
A partir de este momento, el embolo, que ha superado el PMS, comienza a bajar
empujando con fuerza por la expansión de los gases calientes, a medida que baja
el embolo aumenta el volumen que ocupan los gases, y estos se van enfriando y
perdiendo presión. Esta carrera descendente del embolo, que hace girar el
cigüeñal otra media vuelta, es la que proporciona la fuerza para que funcione el
motor. Este tiempo también se puede llamar explosión-expansión, solo durante
éste tiempo el motor desarrolla potencia mecánica. La explosión es solo una
combustión rapidísima y la transformación es a volumen constante, durante ella la
presión sube del mismo modo que la temperatura. Durante esta fase la
combustión aporta calor, según la formula.
Q1 = Cv (T2 - Tc).
2.10.4. Proceso de escape.
Al llegar al embolo al PMI, se abre la válvula de escape y a través de ella, el
embolo que ya sube, expulsa los gases quemados al exterior, complementándose
así el ciclo de funcionamiento, ya que al bajar otra vez el embolo se producirá una
nueva admisión.
Con cada ciclo de motor de explosión de cuatro tiempos el embolo realiza cuatro
carreras y el cigüeñal gira dos vueltas.
Cuando el pistón se acerca a la parte superior del tiempo de escape, también se
pág. 14
abre la válvula de admisión, estando por un tiempo ambas válvulas abiertas, este
efecto se llama traslape valvular, muy importante en el rendimiento final de los
motores de combustión interna.
En esta fase la presión Pe desciende hasta la atmosférica Pa y la temperatura
desde Tc hasta Ta; por lo tanto, existe una perdida de calor desde el interior del
cilindro al ambiente externo. La perdida de calor es, de la formula.
Q2 = Cv (Tc - Ta)
Donde también en esta fase supone que la presión y la temperatura son
constantes, solamente varia el volumen, con lo se llega desde 2 – 1 al estado
inicial del ciclo.
2.10.5. Diagrama real en motores de explosión.8
El diagrama real difiere del diagrama teórico por distintas causas:
1º La aspiración comienza en un punto de mayor presión que la línea
atmosférica, debido a que fue necesaria mayor altura para expulsar los gases de
combustión, en el escape del ciclo precedente. La línea no coincide la L. A. por la
necesidad de producir una depresión que facilite la entrada de mezcla nueva. Al
final de la carrera, la línea coincide con la L.A. aproximadamente.
2º Cerradas ambas válvulas (aspiración y escape), el embolo vuelve,
comprimiendo la mezcla. Un instante antes de P.M. se produce el encendido
(avance de encendido) o bien en P.M. mismo. La línea que representa la
elevación de presión no coincide con la ordenada de P.M. pues el encendido y la
combustión requiere el tiempo de 1/500 a 1/1000 de segundo, lo que da lugar a
dicha falta de coincidencia.
8 Elementos de maquinas (1944)
pág. 15
3º La expansión de los gases de combustión da lugar a una línea que puede ser
adiabática, poli trópico o irregular que depende de la velocidad que adquiere el
embolo, refrigeración del cilindro, etc.
4º El escape se inicia antes del punto muerto, (avance al escape) y tampoco
coincide con la línea atmosférica, y la línea por encima de esta, por la necesidad
de un pequeño exceso de presión para poder evacuar los gases de combustión.
DIAGRAMA DE CICLO REAL
2.11. La combustión y el oxigeno. 9
Combustión es sinónimo de oxidación y, consiste en la unión del oxigeno
(comburente) con otra sustancia (carburante).
Cuando las oxidaciones son rápidas y generan en poco tiempo gran cantidad de
energía calorífica y luminosa, se denominan combustiones.
La relación aire y combustible es muy importante, y juega un papel critico en la
economía del combustible, potencia y la cantidad de emisiones nocivas que
9 Análisis de los gases de escape (2009) “Texto de actualización en Infocal El Alto”
pág. 16
produce el motor. Teóricamente se necesita aproximadamente de 14.5 a 15 libras
de aire para quemar 1 libra de combustible, esta relación es representada 14.5: 1
o 15: 1. Esta relación correcta o relación estequiométrica es calculada de la
relación general que corresponde a una completa reacción de los (HC) en el
combustible con la cantidad exacta de O2, para que la mezcla se queme lo mejor
posible (mezcla ideal).
2.11.1. Factor Lambda.
El factor lambda (λ) es un factor de medición de la cantidad de O2 después de la
combustión, de tal manera que cuando lambda es igual a 1 (λ = 1) el valor
estequiométrico estará cercano a 14.7: 1 veamos la grafica.
GRAFICO FACTOR LAMBDA
Podemos observar que el valor γ = 1 esta en un rango un poco más amplio que
el del valor estequiométrico de 14.7: 1.
Cualquier valor menor a λ = 1, como por ejemplo λ = 0.9 será una mezcla rica, y
cualquier valor de λ = 1.20 será una mezcla pobre.
Este es el factor lambda es mucho mas fácil de manejar para determinar una
pág. 17
mezcla rica o pobre, la mayoría de los equipos de medición de gases tiene la
capacidad de lectura de este factor.
2.12. Condiciones atmosféricas.10
ESTRUCTURA DE LA ATMOSFERA
Constituyentes
Fracción Volumétrica
(%)
Fracción en masa
(%)
Nitrógeno
Oxigeno
Argón
Dióxido de carbono
Neón
Helio
Metano
Kriptón
Hidrogeno
Oxido de Nitroso
Monóxido de carbono
Ozono
Anhídrido Sulfuroso
Dióxido Nitroso
78.9
20.94
0.93
0.032
18 ppm
5.2 ppm
1.3 ppm 0.005
1.0 ppm.
0.5 ppm
0.25 ppm
0.1. ppm
0.02 ppm
0.001ppm
0.001 pm
73.19
22. 49
1.26
0.04
3 02
10 National Advisory Commits on Aeronautics (NACA)
pág. 18
2.12.1. La atmosfera.
La atmosfera es la envoltura gaseosa que rodea el planeta y esta compuesta
principalmente por una mezcla de gases (78% de nitrógeno, 21% de oxigeno y 1%
de otros gases) que denominamos aire.
A estos constituyentes hay que añadir el vapor de agua concentrado en las capas
mas bajas, cuya cantidad depende de las condiciones climatológicas y la
localización geográfica, pudiendo variar entre el 0% y el 5%.
A medida que aumenta el vapor de agua, los demás gases disminuyen
proporcionalmente.
Dado que unos componentes tienen mas peso que otros, existe una tendencia
natural de los más pesados a permanecer en las capas mas bajas (oxigeno por
ejemplo) mientras que los más ligeros se encuentran en las capas más altas. Esto
explica porque la mayor parte del oxigeno se encuentra por debajo de los 10 668
(m) de altitud, y porque a medida que se asciende disminuye la cantidad de
oxigeno presente en la atmosfera.
Es capaz de fluir, y cuando esta sujeto a cambios de presión cambia su forma
debido a la carencia de una fuerte cohesión molecular, es decir, tiende a
expandirse o contraerse ocupando todo el volumen del recipiente que lo contiene.
Dado que el aire tiene masa y peso, esta sujeto y reacciona a las leyes físicas de
la misma manera que otros cuerpos gaseosos.
pág. 19
2.12.2. Presión atmosférica.
Se define como presión a la cantidad de fuerza aplicada por unidad de superficie.
De acuerdo con esta definición, presión atmosférica es la fuerza ejercida por la
atmosfera.
La altura de esta columna y por tanto el peso del aire que contiene, depende del
lugar en que nos encontremos. Esta circunstancia explica una primera cualidad
del aire que nos interesa conocer: la presión atmosférica cambia de forma
inversamente proporcional a la altura, “a mayor altura, menor presión.”
Formula para hallar la presión atmosférica en cualquier lugar del mundo.
P = Po x e - h / 8, 116 Km.
P = 1 atm x 2. 17 – (4. 105 Km / 8. 116 Km) = 0.60 atm = (0.62 Mpa)
Donde.
P = Presión atmosférica (atm)
Po = Presión atmosférica a nivel del mar (NM) = 1 atm.
h = altura de donde se quiere saber en (Km), caso El Alto
e = 2.71828182846
2.12.3. Temperatura del aire.
Aunque existen factores particulares que afectan a la temperatura del aire, como
por ejemplo lo cercano o lejano que este un lugar, su lejanía o proximidad, etc., un
hecho común es que el calor del sol atraviesa la atmosfera sin elevar
significativamente su temperatura; esta energía es absorbida por la Tierra
provocando que esta se caliente y eleve su temperatura, la cual es cedida
gradualmente a las capas de aire en contacto con ella. En este ciclo continuo,
cuanto mas alejadas están las capas de aire de la tierra menos calor recibe de
esta.
pág. 20
Debido a este fenómeno, una segunda cualidad del aire es que: la temperatura
cambia de manera inversamente proporcional a la altura, “a mayor altura menor
temperatura”.
La magnitud de este cambio de de aproximadamente 6.5 ºC cada 1000 (m), o lo
que es igual 1.98ºC cada 304.8 (m). Estos valores son validos desde el nivel del
mar hasta una altitud de 11000 (m).
2.12.4. Densidad del aire.
La densidad de cualquier cuerpo sea solido, liquido o gaseoso expresa la cantidad
de masa del mismo por unidad de volumen (d = m / v). Esta propiedad en el aire
es en principio mas asimilada por poco intuitiva, pues es cierto que la densidad del
aire es poca si la comparamos por ejemplo con la del agua, pero es precisamente
esta diferencia lo que hace posible el vuelo de los aviones. Dado que con la
altura cambia la presión y la temperatura, para saber como cambia la densidad
nada mejor que ver como afecta a esta las variaciones de presión y temperatura.
Se dice también que la energía cinética de un cuerpo en movimiento es
proporcional a su masa (o peso). Es decir, de su masa por unidad de volumen.
La densidad normal del aire se aproxima al valor de 1.2 (kg / m3). Para valores, en
condiciones diferentes, existe la siguiente expresión.
ρ = 4. 642 𝑃𝑏
𝑇
Donde:
Pb = presión barométrica local (cm Hg)
T = temperatura local (K)
pág. 21
2.12.5. Condiciones atmosféricas en Bolivia.
Considerando que en Bolivia existen zonas cuyas alturas sobre el nivel del mar,
van desde los 150 hasta los 4500 metros, se hará un análisis de las condiciones
atmosféricas en Bolivia, para tener una visión mas clara sobre la atmosfera real.
CONDICIONES ATMOSFERICAS EN BOLIVIA11
Localidad Altura
(s.n.m.) (m)
Presión
(milibares)
Humedad
relativa (%)
Temperatura
(ºC)
La Paz
Cochabamba
Concepción (S.C)
El Alto (L.P.)
Oruro
Riberalta
Robore
Rurrenabaque
Sucre
Santa Cruz
Tarija
Trinidad
Yacuiba
Potosí
3632
2558
490
4105
3708
172
300
227
2750
437
1959
236
580
4070
661.7
749.1
1009.4
626.5
654.7
990.7
1008.9
987.5
728.2
1007.9
816.3
993.1
936.1
623.6
45
49
69
55
39
66
63
81
44
65
57
74
58
38
12.1
17.7
25.1
8.6
8.6
26.4
27.4
25.3
16.9
24.2
17.9
25.5
21.1
10.3
11 Anuario meteorólogo
pág. 22
• Presión atmosférica, esta disminuye con la altura en una forma muy apreciable,
siendo aproximadamente en un 10% cada 1000 metros de altura referente al
nivel del mar. En la ciudad de La Paz que se encuentra a 3632 metros sobre el
nivel del mar, se tiene aproximadamente el 63.6% de la presión que en la
costa.
• Humedad, es la altura influye poco, ya que la presión medida es casi la misma
que la presión del aire seco.
• Temperatura, según datos de las zonas en Bolivia, a la altura de 3632 m.s.n.m.
se tiene una disminución de 18 ºC en la temperatura media anual.
• Densidad del aire atmosférico, referente a la altura sobre el nivel del mar
también es menor y como consecuencia la cantidad de oxigeno, factor que
afecta directamente en el rendimiento volumétrico del motor, disminuyendo por
ende la potencia efectiva que este podría entregar para su trabajo.
TABLA COMPARATIVA CONDICIONES ATIMOSFERICAS (RESUMEN)12
Localidad Altura
(m)
Presión
(MPa)
Temperatura
(ºK)
Densidad
(Kg/m3)
Nivel del mar 0 0.101 288 1.225
La Paz 3632 0.074 264 0.849
El Alto 4105 0.062 261 0.809
12 Anuario Meteorológico
pág. 23
2.12.6. Limites permisibles para vehículos en circulación.
2.12.6.1. Emisiones Toxicas de los Motores13.
El combustible líquido que se emplea en los motores de combustión interna
contiene: carbono, hidrógeno y en cantidades mínimas, oxigeno, nitrógeno y
azufre. Por eso, con la relación ideal entre el combustible y el aire (composición
del aire; nitrógeno N2 = 78.03%, oxigeno O2 = 20.99%, dióxido de carbono, CO2 =
0.04%, argón, hidrógeno y otros gases inertes 0.04%) los productos de la
combustión deben contener N2, CO2 y H2O. Sin embargo, la composición de los
gases de escape es mucho más compleja. Los gases de escape de los motores
representan una mezcla heterogénea de sustancias deferentes con diversas
propiedades químicas y físicas, compuesta en 99% de los productos de
combustión completa y del exceso de aire. Cerca del 1% de los gases de escape
contiene aproximadamente 300 sustancias, de los cuales la mayoría es toxica.
2.12.6.2. Los Gases de Escape.
Son la fuente principal de emisiones toxicas, vienen a ser una mezcla de
productos gaseosos resultantes de la combustión, así como del exceso de aire y
de otros elementos en cantidades microscópicas, tanto líquidos como sólidos, que
vienen del cilindro del motor al sistema de escape.
Los componentes tóxicos principales de los gases de escape de los motores son
el monóxido de carbono y los óxidos nitrosos. Además, en los gases de escape se
encuentran presentes hidrocarburos saturados y no saturados, aldehídos,
sustancias cancerígenas, hollín y otros componentes. Un vehículo pequeño en
promedio expulsa a la atmósfera de 0.6 a 1.7 kg/hora de CO.
Cuando se quema 1 Kg. de gasolina, con velocidad e intensidad de trabajo media,
se expelen aproximadamente de 300 a 310 g. de componentes tóxicos: 225 g. de
13Toxicidad de los Motores de Combustión Interna Nicolai Petrakhaltsev
pág. 24
monóxido de carbono, 55 g. de óxidos nitrosos, 20 g. de hidrocarburos, 1.5 a 2 g.
de azufre, 0.8 a 1 g. de aldehídos 1 a 1.5 g. de hollín, etc.
El monóxido de carbono y los hidrocarburos aparecen en los gases de escape
como resultado de la combustión incompleta del combustible, a causa de la
insuficiencia del oxigeno en la cámara de combustión
2.12.6.3. Componentes de los Gases de Escape14
Componentes de los gases de
escape
Contenido máximo de volumen Observación
Gasolina Diesel
Nitrógeno 74 - 77 76 - 78 No toxico
Oxigeno 0.3 – 0.8 2.0 – 18.0 No toxico
Vapor de agua 3.0 – 5.5 0.5 – 4.0 No toxico
Dióxido de Carbono 5.0 – 12.0 1.0 – 4.0 No toxico
Monóxido de Carbono 0.1 – 10.0 1.0 -10.0 toxico
Óxidos Nítricos 0.1 – 0.5 0.01 – 0.009 toxico
Hidrocarburos no cancerígenos 0.2 – 3.0 0.009 – 0.5 toxico
Aldehídos 0 – 0.2 0-001 – 0. 009 toxico
Dióxido de Azufre 0 – 0.002 0 – 0. 03 toxico
Hollín en (g / m3) 0 – 0.004 0.01 – 1.1 toxico
Benzopireno (en mKg/m3) Hasta 20.0 Hasta 10.0 Cancerígena
14 Alonzo Pérez, José Manuel Técnicos del Automóvil.
pág. 25
2.12.6.4. Resumen de medición de gases de escape vehicular de los
últimos tres años en la ciudad de El Alto15.
El proyecto de AIRE LIMPIO de la agencia Suiza para el Desarrollo y la
cooperación (COSUDE) ejecutado por Swisscontac, viene trabajando en nuestro
país desde julio del 2003 con el objetivo con el objetivo de mejorar la protección de
la salud de la población y del medio ambiente de los efectos de la contaminación
atmosférica producida por el parque vehicular, en el marco de un sistema de
gestión de la calidad del aire.
Las semanas del Aire Limpio son organizadas por las Direcciones del Medio
Ambiente de los gobiernos municipales de la Ciudad de La Paz y El Alto y otras
instituciones.
2.12.6.5. Resultados de medición de gases de escape en la Ciudad de
El Alto.
15 Semana de Aire Limpio El Alto
AÑO
CANTIDAD
DE
VEHICULOS
TIPO DE COMBUSTIBLE
DIESEL GASOLINA GNC
Aprobados
(%)
Reprobados
(%)
Aprobados
(%)
Reprobados
(%)
Aprobados
(%)
Reprobados
(%)
2005 1377 69 21 10
2006 2187 17 83 38 62 50 50
2007 3296 25 75 48 52 76 24
2008 6441 43 57 57 43 80 20
pág. 26
2.12.6.6. Representación grafica.
PORCENTAJE DE APROBADOS POR AÑO
2.12.6.7. Comparación motor con carburador Vs. Inyección electrónica.
La cantidad de vehículos a inyección se ha incrementado con respecto a los años
anteriores de 14% a 31% esto ha incluido en la calidad de Aire por se una
tecnología mucho menos contaminante.
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
2007
2006
2005
2002
59%
47%
37%
24%
41%
53%
63%
76%
aprobados reprobados
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
Carburador
Inyeccion
60%
31%
pág. 27
Cantidad de vehículos que aprueban los estándares determinados
El análisis por tecnología ratifica lo mencionado en el párrafo anterior: el 80% de
los vehículos a inyección electrónica pasan la prueba de emisiones, mientras que
en el caso carburador, solamente 3 de cada 10 movilidades pasan la prueba.
Haciendo una comparación con los vehículos de La Paz, podemos ver que en El
Alto están peor estado de mantenimiento, lo cual repercute directamente en la
salud de la población.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
Aprobados Reprobados
Inyeccion 37% 63%
Carburador 80% 20%
pág. 28
2.13. Potencia del motor.16
La noción de potencia esta ligada a la noción de trabajo y de tiempo, por definición
la potencia P de una maquina es igual al trabajo W desarrollado por esta maquina
dividida por el tiempo t empleado en realizarlo.
P = W / t
El tiempo se expresa en segundos (s), la potencia vendrá expresada en julios por
segundo (J/s), en kilográmetros por segundo (Kgm/s) o, mas comúnmente, en
caballos de vapor (CV). La unidad legal es el vatio (W), que es igual a un julio por
segundo (1 W = 1 J/s). Si bien se recomienda no usar las otras dos unidades, el
CV tiene una gran implantación en el mundo del automóvil. No confunda la W de
vatio (símbolo de unidad) con la W de trabajo (símbolo de magnitud).
2.13.1. Potencia indicada.
Como potencia indicada se entiende la potencia desarrollada de los cilindros del
motor, esta potencia aparece en la primera fase de la transformación de la energía
calorífica del combustible en energía mecánica.
La potencia indicada, denominada también potencia teórica, se obtiene calculando
con los datos del motor, para calcular la potencia indicada de un motor de cuatro
tiempos se emplea la siguiente formula.
Pme x S x A x N x n Pi = ------------------------------------- 9000
16 Motores de automóvil MS Jovaj Edición (1982) Elementos de maquinas Edición (1944) Manual del automóvil Edición (2000)
pág. 29
Donde:
Pi = potencia indicada (Kg/cm2)
S = carrera del pistón en metros (cm)
A = área del pistón en (cm2)
9000 = constante
Pme = presión media efectiva Kg/ cm2
n = revoluciones por minuto
N = numero de cilindros
Cuando se conoce ya el valor de la cilindrada total del motor, el calculo de la
potencia indicada se simplifica haciendo uso de la siguiente formula.
Vh x Pme x n Pi = -------------------------- 9000 000
Donde:
Pi = potencia indicada (Kg/cm2)
Vh = cilindrada total (cm3)
Pme = presión media efectiva Kg/ cm2
n = revoluciones por minuto
La potencia indicada también se calcula con la siguiente formula:
Wt x n x 𝔦 Pi = -------------------------- = [Kw] 120 000 Donde:
P = potencia [Kw]
Wt = trabajo total (J)
n = revoluciones por minuto
i = numero de cilindro
pág. 30
2.13.2. Potencia Efectiva.
La potencia efectiva o práctica se obtiene por medio de absorción de potencia de
un freno. En la potencia efectiva se disminuye la potencia que consume el mismo
motor por rozamientos, la potencia que consume el mismo motor por rozamientos,
la potencia efectiva en función al par motor o torque se mide en Kgm o lb-pie y se
obtiene por medio de un dinamómetro, dato que lo proporciona el fabricante con
relación a una determinada velocidad del motor. Conociendo estos valores se
puede calcular la potencia efectiva haciendo uso de la siguiente formula.
2 x π x n x Me Ne = ----------------------------- 60 x 75
Simplificando la formula se tiene:
n x Me Ne = ----------------- 716
Donde:
Ne = potencia efectiva (Kw)
n = revoluciones por minuto
Me = par motor (Kg-m)
2.13.3. Par motor.
Toda fuerza aplicada a un brazo de palanca original en este un par. En el motor
de explosión, llamamos par motor al esfuerzo de giro aplicado al codo del cigüeñal
por la fuerza de la explosión que le transmite el conjunto biela – pistón. Cuanto
mayor sea la presión de empuje sobre el pistón, mayor será el par. El par
máximo se encuentra a un régimen intermedio, nunca al régimen máximo del
motor; el objetivo de los fabricantes en la actualidad es conseguir un par máximo
pág. 31
lo mas uniforme posible a lo largo de todos los regímenes de giro. El punto donde
se consigue el par máximo es el que consigue mejor combustión.
2.13.4. La cilindrada.17
Ya se ha comentado la influencia que tiene en la potencia del motor el volumen de
mezcla que se quema en cada ciclo del motor.
La cilindrada es la suma de los volúmenes que el desplazamiento de los émbolos
origina en el interior de los cilindros, la cilindrada unitaria es el volumen interior de
un cilindro sin contar la cámara de compresión.
El volumen de cilindro se calcula por la formula.
Π * d2 * c V = --------------------- 4
Donde:
V = es el volumen del cilindro (cm3)
d = es el diámetro (cm)
c = es la carrera (cm)
2.13.5. Relación de compresión.
El volumen total del cilindro incluye, además de la cilindrada unitaria, el espacio
ocupado por la cámara de compresión, la relación de compresión es el índice que
expresa el numero de veces que el volumen total del cilindro es mayor que la
cámara de compresión, o también se dice que la cantidad de aire que ingresa al
cilindro mas la cámara de compresión, se toma como unidad, cualquiera que sea
la cilindrada unitaria; si esta cantidad de aire se comprime a la mitad, cuarta,
octava o dieciseisava parte, se dice que la relación de compresión de de 1:2, 1:4,
1:8 y 1:16 respectivamente.
17 Manual CEAC del automóvil (2003)
pág. 32
La relación de compresión viene determinada por el fabricante, peros se puede
calcular conociendo la cilindrada unitaria y el volumen de la cámara de
compresión, aplicando la siguiente formula.
Vh + Vc Rc = ------------------- Vc
Donde:
Rc = relación de compresión (cm3)
Vh = cilindrada unitaria (cm3)
Vc = volumen de la cámara de compresión (cm3)
2.13.6. Rendimiento18.
Es la proporción que existe entre la energía suministrada por el combustible y la
potencia efectiva desarrollada en el motor por esa energía. O si se quiere, es la
relación que existe entre dos factores: Uno, la energía suministrada por el
combustible (en Kilocalorías/Kg) y dos, la cantidad de calor que recibe el pistón,
descontadas pérdidas (medidas en las mismas unidades).
El rendimiento es directamente proporcional a la potencia obtenida e inversamente
proporcional al consumo de combustible. Por esta razón se considera el consumo
específico de un motor como uno de los mejores exponentes de su rendimiento.
Cabe considerar varias clases de rendimiento.
18 Motores de automóvil (1982) MS Jovaj Arias Paz (1997) Edición 52 “Rendimiento de motor”
pág. 33
2.13.7. Rendimiento Mecánico.
Es la relación existente entre el trabajo efectivo medido en el eje motor y el trabajo
indicado. Este rendimiento tiene en cuenta el trabajo absorbido por los
rozamientos de los órganos en movimiento del motor (pistones, biela, cigüeñal,
etc.) y de los equipos auxiliares del motor (bomba de agua, alternador, etc.), así
como el trabajo absorbido en el bombeo (admisión y escape). El rendimiento
mecánico empeora, no solo al aumentar la velocidad media del pistón (cuando
sube el régimen motor), sino, además, al disminuir la cilindrada unitaria. En
términos de potencia podemos expresar el rendimiento mecánico como la relación
entre la potencia efectiva y la indicada, también se conoce la relación entre
presión media efectiva del ciclo y presión media indicada del ciclo, éste esta dada
por la siguiente ecuación:
Pe
Nm = ----------- Pi Donde:
Pe = presión media efectiva (MPa)
Pi = presión media indicada (MPa)
2.13.8. Rendimiento indicado.
El calor generado por la combustión del combustible en la cámara sufre pérdidas.
Las primeras, las de combustible que introducido en la cámara no llega a
explosionar (distribución inadecuada, etc.). Hay mas perdidas las que ocasiona
el sistema de refrigeración; la irradiación de calor a la atmosfera (porque los gases
quemados están mas calientes que el aire ambientas); el calor que se pierde en
los gases de escape; y etc. Lamentablemente, las perdidas son abundantes e
irremediables y dejan el rendimiento térmico del motor en un modesto 40%.
También se puede decir, es el trabajo efectuado por los gases dentro de los
pág. 34
cilindros y la energía calorífica del combustible suministrado durante el mismo
tiempo.
3600 Ni = ------------------ Gi x Hu
Donde:
Gi = consumo especifico indicado de combustible (g/KW * h)
Hu = poder calorífico inferior de combustible (MJ / Kg)
2.13.9. Rendimiento efectivo.
Es un valor que relaciona el rendimiento mecánico y el rendimiento térmico y se
refiere al rendimiento del combustible quemado (no al combustible introducido). Y
se diferencia del rendimiento térmico indicado en que, en vez de considerar el
trabajo realizado por los gases dentro de los cilindros, se considera la energía útil
real de motor, es decir, su potencia utilizable o potencia efectiva.
Ne = NI x Nm
Donde:
Ni = rendimiento indicado
Nm = rendimiento mecánico
2.13.10. Rendimiento volumétrico.
Es el cociente entre el volumen de aire que realmente ingresa en cada cilindro
durante la carrera de admisión y el volumen que desplaza cada pistón en su
carrera, siendo este igual al área del pistón multiplicada por la carrera y se llama
desplazamiento del pistón. El volumen verdadero del aire admitido se especifica
en unas condiciones de presión y temperatura que se toma como referencia y que
son la presión atmosférica yal temperatura promedio a nivel del mar. El
pág. 35
rendimiento volumétrico indica la cantidad de aire realmente aspirado en
comparación con la cantidad de aire máximo posible representada por el
desplazamiento y esta dada por la siguiente formula.
ε Pa To
Nv = ---------- x ----------- x --------------- ε – 1 Po Ta (1 + yr)
Donde:
ε = relación de compresión
Pa = presión al final de la admisión (MPa)
Po = presión atmosférica en el alto (MPa)
To = temperatura ambiente 288 (ºK)
Ta = temperatura al final de la admisión (ºK)
yr = coeficiente de los gases residuales
2.14. El combustible y sus propiedades.19
Cualquiera que haya viajado en vehículos de motor sabe que la gasolina se utiliza
como combustible para hacer que un motor funcione y se mueva un automóvil a
dondequiera que uno desee ir.
Los elementos químicos forman los materiales de que están hechas todas las
cosas reales que conocemos. Esos materiales constan de sustancias químicas.
Los gases y líquidos son formas en que se presentan las sustancias químicas.
19 NICOLAI PETRAKHALTSEV, Toxicidad de los Motores de Combustión Interna. Manual de motores automotrices
pág. 36
2.14.1. Sustancias químicas que intervienen en la combustión.
La gasolina es uno delos materiales mas importantes que se usan en un motor de
automóvil para producir el calor necesario para desarrollar potencia. Entonces,
¿qué es la gasolina?
Para entender que es la gasolina, es necesario conocerla estructura de todos los
materiales.
• Moléculas.
Toda materia – todas las cosas materiales – consta de partículas
pequeñísimas llamadas moléculas. Una molécula es la parte mas pequeña
de material que todavía es parte de ese material. Por ejemplo, si a una
molécula de agua se le quita una de sus pates ya no existiría agua.
Estas moléculas se forman de dos o más átomos. Hay más de 100 clases
diferentes de átomos. Cada uno se llama elemento. Los elementos son
los materiales básicos, cada uno tiene características propias, y con los
cuales están hechas todas las cosas. Por ejemplo, el hidrogeno y oxigeno
son elementos. La combinación de dos átomos de hidrogeno con un átomo
de oxigeno forma una molécula de “agua”. Una molécula de agua esta
formada por dos átomos de hidrogeno y un átomo de oxigeno, combinados
químicamente.
Dos o más átomos forman moléculas.
pág. 37
Las combinaciones de dos o más átomos forman cada molécula con su
tamaño, forma y características propias. Estos átomos son tan pequeños que
se necesitan cientos de miles, tal vez millones de ellos, para formar el punto
que va al final del enunciado.
• Átomos.
Los diminutos átomos están formados por partes subatómicas que, a su
vez, son más pequeñas. Las partes mas estudiadas de los átomos son los
protones, neutrones y electrones. La unión en diferentes combustión, de
protones, neutrones y electrones cierto átomo, da a ese átomo las
características de las partes con que lo asociamos. El hidrogeno consta de
un protón y un electrón. El carbono costa de seis protones, seis neutrones y
seis electrones.
MODELO DEL ATOMO
Protón: partícula grande, carga + Neutrón, partícula grande, sin carga
Electrón partículas pequeña, sin carga.
Una cierta combinación de protones, neutrones y electrones forma un
elemento como el oxigeno. Otra combinación forma el elemento carbono.
Las combinaciones de diferentes átomos realizadas químicamente se
llaman moléculas. Una molécula puede contener átomos del mismo
elemento o combinaciones de diferentes elementos.
pág. 38
Electrones Neutrones Protones
Hidrogeno 1 1 0
Oxigeno 8 8 8
Carbono 6 6 6
Nitrógeno 7 7 7
PARTÍCULAS ATÓMICAS DE DIFERENTES ÁTOMOS.
Los neutrones y protones en un átomo son más o menos del mismo
tamaño. El protón tiene carga electica positiva. Los neutrones carecen de
carga eléctrica: son neutrales. Los electrones son mucho más pequeños
que los protones y tienen carga eléctrica negativa, opuesta a la del protón.
Las cargas eléctricas opuestas se atraen una a la otra.
Los átomos tienen una parte central muy pequeña, conocida como núcleo,
y una parte exterior llamada nube de electrones.
ESTRUCTURA DE UN ÁTOMO
pág. 39
2.14.2. Gasolina20.
La gasolina pertenece al grupo de los hidrocarburos. Esto significa que sus
moléculas son combinaciones de hidrogeno y carbono unidos de diferentes
modos. En la gasolina puede haber muchas clases de moléculas de
hidrocarburos, no solo de un tipo.
El heptano es una de esas moléculas que se encuentran en la gasolina. Es una
combinación de 7 átomos de carbono y 16 átomos de hidrogeno unidos
químicamente.
ESQUEMA DE UNA MOLÉCULA DEL HIDROCARBURO HEPTANO
Cada una de las distintas clases de moléculas de hidrocarburos que hay en la
gasolina, tiene diferente numero de átomos de carbono y de hidrogeno unidos de
un modo único. Cada una de esas moléculas tiene también características
ligeramente diferentes. Cada molécula diferente reaccionara de manera
ligeramente diferente, cuando ocurra la combustión.
2.14.3. Combustión de la gasolina.
La combustión de la gasolina ocurre cuando sus moléculas se mezclan con
moléculas de oxigeno y se proporciona suficiente calor para que se combinen.
Esta reacción química producir calor, luz y nuevas moléculas. Las nuevas
moléculas que se producirán dependerá de que clase de moléculas había al inicio
y que cantidad de cada clase se encontraba presente.
20 Introducción a los Sistemas del Automóvil. Cartillas informativas (2000)
pág. 40
Para que la combustión ocurra en el interior del motor, deben darse varias
condiciones especiales:
• Deben estar presentes las moléculas individuales de la gasolina. Esto
quiere decir que la gasolina debe estar en forma de vapor (gas) para que
sus moléculas puedan mezclarse con moléculas de oxigeno.
• Debe haber moléculas de oxigeno.
• Para que la combustión ocurra, debe haber una proporción correcta o
mezcla de moléculas de oxigeno y de gasolina. Si hay poca o demasiada
cantidad de una de las dos clases de moléculas, la combustión no se inicia
o no es completa.
• Las moléculas de oxigeno y de gasolina deben estar en contacto estrecho.
• Debe haber energía calorífica, para que las moléculas de oxigeno y de
gasolina en su rápido movimiento choquen, una contra otra, y que sus
núcleos se separen y combinen con las nuevas moléculas. Ese calor
puede proporcionarse en forma de chispa de la bujía. Entonces se forma
una nueva molécula. En el proceso se desprende calor.
• Debe haber suficientes moléculas de cada tipo necesariamente cercanas
para que se realice la primera reacción química, y que el calor producido en
ella se utilice para continuar la reacción química.
• Cuando todas estas condiciones se cumplen, se da la combustión. Pero
con esto se ve que hacer funcionar un motor no es un trabajo simple. El
aire contiene principalmente nitrógeno y oxigeno.
• Los símbolos químicos de estos y otros elementos que intervienen en la
combustión de la gasolina son:
O = oxigeno; N= nitrógeno, H= hidrogeno, C= carbono,
S= azufre
pág. 41
Las reacciones químicas se indican usando una forma especial de escribir
parecida al algebra:
O2 + N2 + C8H8 → CO2 + N2 + H2O + CALOR
Esto representa una forma muy sencilla de la reacción química en la combustión
del propano con el aire. El O y el N se encuentran en el aire. El CO3 con H8 se
encuentran en el aire. El CO3 con H8 son el hidrocarburo llamado propano.
En resumen la formula dice que si se quema propano en el aire, se obtendrá
dióxido de carbono y agua, en este caso particular no le sucede nada al nitrógeno
que hay en el aire. El agua que se produce en esta en forma de vapor. Durante la
reacción química también se produce calor.
2.6.4 Emisiones de escape y sus causas
Emisiones de escape es la expresión que describe los gases de la combustión y
las partículas que deja escapar el tubo de la cola del automóvil. Algunos de
estos gases son aceptables a nuestro medio ambiente. Otros gases y partículas
causan daño, tanto a las personas como al ambiente. Cuando las personas que
trabajan en la industria automotriz hablan de emisiones, se refieren a los gases y
partículas de la combustión indeseables.
Las razones más importantes por los que algunos de los productos de la
combustión se consideran indeseables, son porque causan daño a las personas,
causan esmog o lluvia acida.
• Hidrocarburos que no se queman.
La gasolina es un hidrocarburo. Cuando la mezcla aire/combustible que
esta en el interior del motor se comprime, enciende y ocurre la combustión,
una parte de la gasolina no reacciona en el proceso de combustión. Esas
moléculas de hidrocarburos salen por el tubo de escape con el resto de los
productos de la combustión. Son hidrocarburos que nos se queman:
pág. 42
O2 + N2 + C8H8 → CO2 + H2O+ CO + C8H18 + N2 + CALOR
Los hidrocarburos que no se queman causan problemas de respiración a la
gente si se respiran concentrados o en cantidades más pequeñas, en forma
continua y por largos periodos.
• Monóxido de Carbono (CO).
Es un gas mortal que la gente absorbe por el torrente sanguíneo y que evita
que la sangre, a su vez, absorba el oxigeno. Si se aspira suficiente
monóxido de carbono, la sangre lo absorbe y el individuo muere.
El primer síntoma es aturdimiento. Las concentraciones bajas de
monóxido de carbono en el torrente sanguíneo pueden causar dolor de
cabeza.
El monóxido de carbono se forma durante la combustión de hidrocarburos
cuando no hay suficiente oxigeno para formar el dióxido de carbono:
O2 + N2 + C8H8 → CO2 + H2O+ CO + C8H18 + N2 + CALOR
Un modo de evitar o disminuir la emisión de monóxido de carbono de un
automóvil es proporcionar más aire para la combustión.
Es muy importante que se tenga la relación correcta de aire/combustible
para disminuir las cantidades de emisiones no deseadas.
• Dióxidos de Carbono (CO2).
Cuando inhalamos aire de una forma lenta de oxidación en nuestros
cuerpos. También nosotros producimos dióxido de carbono cuando
exhalamos. El dióxido de carbono lo usan las plantas para absorber el
carbono del aire. Las plantas devuelven el oxigeno al aire y retienen el
carbono. El dióxido de carbono es útil en nuestro sistema ecológico; sin
embargo, demasiado dióxido de carbono en la atmosfera puede ocasionar
el efecto invernadero.
pág. 43
• Óxidos de Nitrógeno. (Nox)
O2 + N2 + C8H8 → CO2 + H2O+ CO + C8H18 + NOx + CALOR
Los óxidos de nitrógeno se combinan con el agua y forman acido en el aire.
Cuando llueve a través de este aire, la lluvia tiene un contenido acido en
vez de se neutro. La lluvia acida daña las plantas y mata los peces y lo
que estos pueden comer en lagos, ríos y corrientes.
El nitrógeno no es un elemento químico activo necesita mucha energía para
combinarse con otras moléculas. Cuando la temperatura de la combustión
en el motor del automóvil es muy elevada, pude normarse compuestos de
oxido de nitrógeno. Las altas temperaturas de la combustión son el
problema que crea los óxidos de nitrógeno.
Otros subproductos de la combustión.
• Amoniaco
• Sulfuro de hidrogeno
• Aminas orgánicas
• Aldehídos
• Acetonas.
2.15. Bloque de cilindros y culata de cilindros21.
El bloque de cilindros y la culata de cilindros son las partes principales del motor.
Los pistones, el cigüeñal y otros componentes importantes son ensamblados en el
bloque de cilindros, y el sistema de admisión y escape, mecanismo de válvulas,
cámara de combustión, bujías y otras partes las cuales tienen un mayor impacto
en el rendimiento, han sido ensambladas en la culata de cilindros.
21 Conocimientos Básicos del Automóvil Edgar Mayz Acosta
pág. 44
2.15.1. Bloque de Cilindros
El bloque de cilindros forma el armazón del motor. Generalmente está hecho de
hierro fundido, pero a fin de reducir el peso, así como para mejorar la eficiencia
de enfriamiento, muchos son hechos de aleación de aluminio. Las partes
principales del bloque de cilindros son las siguientes:
Cilindros: estos son los tubos cilíndricos en los cuales los pistones se
mueven arriba y abajo.
Camisas de Agua: estas proveen conductos para el refrigerante usado
para enfriar los cilindros.
Galerías de Aceite: estas proveen conductos para la entrega del aceite
de motor al bloque de cilindros y culata de cilindros.
Rodamientos del Cigüeñal: estas partes sostienen al cigüeñal vía
rodamientos.
CONFIGURACION DEL BLOQUE DE CILINDROS
pág. 45
2.15.2. Culata de Cilindros.
La culata de cilindros es montada en la parte superior del bloque de cilindros,
que en unión con los cilindros y pistones, forman la cámara de combustión.
Como en el bloque de cilindros, la culata de cilindros, está hecha de hierro
fundido o aleación de aluminio. Las partes principales de la culata de cilindros
tienen los siguientes nombres y funciones:
Cámara de Combustión: esta cámara es donde la mezcla de aire-
combustible es quemada y donde las bujías de encendido prenden la
mezcla aire-combustible que es ingresada.
Orificios de Admisión y Escape: estos son conductos a través de los
cuales la mezcla aire-combustible es entregada al cilindro y a través de los
cuales los gases de escape son expulsados desde los cilindros. Ellos son
abiertos y cerrados por sus respectivas válvulas.
Camisa de Agua y Galería de Aceite: estas proveen conductos para el
refrigerante y aceite del motor alrededor de las cámaras de combustión
para enfriarlas.
pág. 46
2.15.3. Mecanismo de Válvula.
En un motor de 4 ciclos, cada uno de los cilindros es provisto con una o dos
válvulas de admisión y válvulas de escape. El mecanismo de válvula es el equipo
el cual abre y cierra éstas válvulas en el momento óptimo para que el movimiento
de las válvulas coincida con los pistones cuando ellos se mueven arriba y abajo.
Los mecanismos de válvula principalmente consisten de los mecanismos OHV,
OHC y DOHC.
• OHV (Válvula Encima de la Cámara).
Este es un mecanismo con un eje de levas el cual está ubicado en el
costado de los cilindros. Los movimientos de esta leva actúan vía varillas
de empuje, brazos de balancín u otros mecanismos que abren y cierran
las válvulas ubicadas en la parte superior de la cámara de combustión.
• OHC (Eje de Leva Encima de la Cámara)
Este es un mecanismo con un eje de levas el cual está ubicado en la
culata de cilindros. Los movimientos de esta leva actúan vía brazos de
balancín para mover las válvulas.
• DOHC (Doble Eje de Levas Encima de la Culata).
Este es un mecanismo con 2 ejes de levas, uno usado exclusivamente
para las válvulas de admisión y el otro usado exclusivamente para las
válvulas de escape, los cuales abren y cierran las válvulas directamente.
DOBLE EJE DE LEVAS ENCIMA DE LA CULATA
pág. 47
2.15.4. Eje de Levas.
Este eje funciona para abrir y cerrar las válvulas. La cima en la leva empuja para
abrir la válvula y la zona baja permite que la válvula esté cerrada por la fuerza de
un resorte. Algunos ejes de levas también son adjuntados a un engranaje que
transmite al distribuidor o son usados para operar la bomba de combustible (en el
caso de OHV).
EJE DE LEVAS
2.15.5. Válvulas.
Consisten en válvulas de admisión instaladas en los orificios de admisión para
abrir y cerrar el conducto para entregar la mezcla de aire-combustible, y en las
válvulas de escape, instaladas en los orificios de escape para abrir y cerrar los
conductos para el escape de los gases de combustión.
Debido a que las válvulas son siempre sometidas a altas temperaturas de los
gases e impactos de la explosión de la combustión, ellas deben ser
suficientemente fuertes para resistir el calor y los grandes impactos.
CORTE DE UNA CULATA DE
CILINDRO CON DOBLE ÁRBOL
DE LEVAS, DOHC. PUEDEN
VERSE LAS LEVAS, LOS
TAQUÉS Y LAS VÁLVULAS CON
SUS RESORTES.
pág. 48
• Resortes de Válvulas.
Estos funcionan para cerrar las válvulas, asegurando la respuesta al
movimiento de las levas.
• Brazos de Balancines.
Estos son instalados en la culata de cilindros y son apoyados en el centro
por un eje. La mitad de los brazos de balancines siguen el movimiento de
la leva, y son, de éste modo, movidos cerca al eje de oscilación formado
por éste eje. La otra mitad de los brazos de balancines actúan para
empujar las válvulas y abrirlas.
• Levanta Válvulas.
Estas son piezas de forma cilíndrica las cuales entran en contacto con el
eje de levas y cambian las rotaciones de la leva a movimiento para arriba
y para abajo.
• Varillas de Empuje.
Estas funcionan para transmitir los movimientos de los levanta válvulas a
los brazos de balancines.
2.15.6. Pistones y Cigüeñal.
Un motor de gasolina quema gasolina y obtiene energía térmica. El medio por el
cual esta energía térmica es convertida a potencia es a través de los pistones,
bielas y cigüeñal. Los movimientos de los pistones para arriba y abajo generados
por la presión de la combustión son convertidos por el cigüeñal, vía las bielas, a
movimientos rotatorios, de este modo llega la potencia que puede ser utilizada
para mover el vehículo.
pág. 49
• Pistones.
El pistón recibe la presión de la combustión y funciona para transmitir esa
energía al cigüeñal vía la biela, al igual que para empujar a los gases de
combustión fuera del cilindro. Los pistones son hechos de materiales que
puedan resistir altas temperaturas y alta presión. Con la finalidad de
reducir el peso para igualar los más altos movimientos para arriba y
abajo, aleación de aluminio es usada.
PISTON
• Anillos de Pistón.
Los anillos de pistón consisten en anillos de compresión, los cuales
actúan para prevenir que los gases escapen a través de la holgura entre
el pistón y las paredes del cilindro, y los anillos de aceite, los cuales
actúan para raspar el exceso de aceite lubricante de las paredes del
cilindro, que fluye, regresando al cárter de aceite.
PISTON Y BIELA
pág. 50
• Biela.
Esta funciona para transmitir la fuerza recibida por el pistón al
cigüeñal. Desde que esta varilla está sometida a resistir fuerzas de
compresión y fuerzas de extensión mientras el motor está funcionando,
los materiales que son usados tienen suficiente resistencia siendo al
mismo tiempo livianos de peso como los pistones.
• Cigüeñal.
Este eje funciona para convertir los movimientos para arriba y abajo
generados por la carrera de combustión de los pistones en cada uno
de los cilindros en movimientos rotatorios. El cigüeñal también trabaja
para generar movimientos continuos para suministrar movimiento a los
pistones en las otras carreras.
CIGÜEÑAL
• Cojinetes.
Los cojinetes son montados en la parte de apoyo, la cual viene a ser el
centro de la rotación del cigüeñal, y donde las bielas conectan a los
pistones y cigüeñal. Ellos funcionan para facilitar la rotación así como
también para prevenir el desgaste.
• Volante del Motor.
Esto es una placa redonda hecha de hierro fundido la cual es montada en
la parte posterior del cigüeñal.
El cigüeñal recibe la fuerza rotacional desde la carrera de combustión
solamente, mientras que en las otras carreras, éste pierde fuerza
pág. 51
rotacional. Como resultado, des uniformidad en la fuerza rotacional es
generada. El volante del motor funciona para apaciguar ésta des
uniformidad por energía inercial.
VOLANTE DEL MOTOR
2.16. Introducción al sistema de Inyección Electrónica.22
Este es un sistema que reemplaza el carburador en los motores a gasolina, su
introducción se debió a un aumento en las exigencias de los organismos de
control del medio ambiente para disminuir las emisiones de los motores.
Su importancia radica en su mejor capacidad respecto al carburador para dosificar
el combustible y crear un mezcla aire / combustible, muy próxima a la
22 Motores del Automóvil MS Jovaj Edición (1982) Manual CEAC del Automóvil (2000) Manual Técnico de Fuel Inyección (2006)
NOTA: AUNQUE EN ESTE TRABAJO SE HACE UNA MEDICIÓN DE LA
PARTE MECÁNICA DEL MOTOR 4A – FE TOYOTA, SE CONSIDERO
NECESARIO AGREGAR LOS COMPONENTES ELECTRÓNICOS DEL MISMO
PARA DIFERENCIARLO DE OTROS MOTORES.
pág. 52
estequiométrica (14,7:1 para la gasolina), lo que garantiza una muy buena
combustión con reducción de los porcentajes de gases tóxicos a la atmósfera. La
relación estequiométrica es la proporción exacta de aire y combustible que
garantiza una combustión completa de todo el combustible.
La función es la de tomar aire del medio ambiente, medirlo e introducirlo al motor,
luego de acuerdo a esta medición y conforme al régimen de funcionamiento del
motor, inyectar la cantidad de combustible necesaria para que la combustión sea
lo más completa posible.
Consta de fundamentalmente de sensores, una unidad electrónica de control y
actuadores o accionadores.
El funcionamiento se basa en la medición de ciertos parámetros de
funcionamiento del motor, como son: el caudal de aire, la temperatura del aire y
del refrigerante, el estado de carga (sensor PAM), cantidad de oxígeno en los
gases de escape (sensor EGO o Lambda), revoluciones del motor, etc., estás
señales son procesadas por la unidad de control, dando como resultado señales
que se transmiten a los accionadores (inyectores) que controlan la inyección de
combustible y a otras partes del motor para obtener una combustión mejorada.
pág. 53
ESQUEMA GENERAL DEL MOTOR EFI23
23 Auto data 2004
pág. 54
2.16.1. Generalidades del motor 4A – FE TOYOTA.24
El motor 4A – FE TOYOTA utiliza el sistema EFI (inyección de combustible
electrónica) en lugar de un carburador.
El motor 4A – FE TOYOTA es controlado por el TCCS (sistema controlado por
computadora TOYOTA) que utiliza una ECU (unidad de control electrónica) con
microprocesador incorporado.
El TCCS del motor 4A – FE TOYOTA controla las funciones siguientes:
• EFI (inyección de combustible electrónica)
• ESA (avance de chispa electrónico)
• ISC (control de ralentí)
• Diagnostico.
• Función de seguridad en caso de avería.
2.16.1.1. EFI (Inyección de combustible electrónica).
La ECU almacena datos sobre la duración de la inyección de combustible óptima
en varias condiciones de operación del motor, y controla la duración de inyección
de combustible basándose en los datos y las señales que proceden de los
sensores de la velocidad del motor, de la presión del múltiple de admisión, de la
temperatura del refrigerante, etc. La duración de la inyección de combustible es el
tiempo durante el cual los inyectores permanecen abiertos e inyectan combustible.
Cuanto más tiempo permanecen abiertos, mayor es el volumen de combustible
inyectado.
En el motor 4A – FE se emplea el sistema EFI del tipo D.
Este tipo de sistema EFI detecta indirectamente la cantidad de aire suministrada al
motor mediante el sensor e presión del múltiple, el cual detecta la presión a la que
este actúa.
24 Service Training Information TOYOTA, 4A – F & 4A – FE
pág. 55
ESQUEMA DE UN SISTEMA TIPO D
2.16.1.2. ESA (Avance de chispa electrónico).
El ESA reemplaza el avance de regulador mecánico convencional y el mecanismo
de avance de vacio. Los datos de distribución de encendido optima para cada
una de las condiciones del motor se almacenan en la memoria dela ECU, la cual
detecta las diversas condiciones mencionadas mediante la utilización de sensores.
Luego, la ECU selecciona en su memoria la distribución de encendido óptima para
la condición general actual del motor, y emite una señal al encendedor para
generar la chispa en la distribución correcta.
2.16.1.3. ISC (Control de Ralentí).
Los ralentís óptimos del motor están almacenados en la memoria de la ECU.
La ECU controla la ACV (válvula de control de aire) para estabilizar el ralentí del
motor.
pág. 56
2.16.1.4. Diagnostico.
La ECU también consta de un sistema de diagnostico propio incorporado y
supervisa constantemente cada sensor.
Cuando detecta una avería, avisa al conductor encendiendo al conductor
encendiendo la luz de “CHECK ENGINE” (compruebe el motor) que se encuentra
en el tablero de instrumentos.
Al mismo tiempo, retiene en la memoria el sistema del sensor en concreto en el
cual se ha detectado la avería. Esta información no se borra aun cuando se
desconecte el interruptor de encendido, de manera que el sistema averiado puede
ser identificado fácilmente, durante el proceso de reparación, comprobando el
contenido de la memoria.
2.16.1.5. Función de Seguridad en caso de Avería.
Si uno de los sensores se avería, emitirá una señal de “mal funcionamiento” a la
ECU, la cual determinara (basándose en el programa) si el motor debe ser
desconectado inmediatamente o se debe permitir que siga funcionando.
2.16.1.6. Construcción del TCCS del motor 4A- FE TOYOTA25.
El TCCS se puede dividir en tres grupos:
Los sensores,
la ECU y
los accionadores.
25 Service Training Information TOYOTA, 4A – F & 4A – FE
pág. 57
SENSORES IMPULSORES PIM
#10
Ne #20
G
FC
THW HT
THA
IDL
IGt
PSW IGf
STA
SPD
Ox
A/C
V – ISC
R - P
T W
+B
SENSOR DE PRESIÓN DEL MÚLTIPLE
DISTRIBUIDOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - * SEÑAL RPM DEL MOTOR * SEÑAL DEL ÁNGULO DEL CIGÜEÑAL
SENSOR DE TEMPERATURA DEL AGUA
SENSOR DE TEMPERATURA DE AIRE DE ADMISIÓN
SENSOR DE LA POSICIÓN DEL ACELERADOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - * SEÑAL DE RALENTÍ * SEÑAL DE POTENCIA
INTERRUPTOR DE ENCENDIDO (TERMINAL ST)) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - * SEÑAL DE ARRANQUE
SENSOR DE VELOCIDAD DEL VEHÍCULO
ECU
EFI - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - -
SENSOR DE OXIGENO
INTERRUPTOR DEL ACONDICIONADOR DE AIRE
INTERRUPTOR DE CONTROL DE COMBUSTIBLE
CONECTOR DE COMPROBACIÓN
BATERÍA
INYECTORES
RELÉ DE ABERTURA DE CIRCUITO
CALEFACTOR DEL SENSOR DE OXIGENO
ESA
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
ENCENDEDOR
BOBINA DE ENCENDIDO
DISTRIBUIDOR
BUJÍAS
ISC
- - - - - - -- - - - - - - - - -
VÁLVULA DE CONTROL DE AIRE
LUZ “CHECK ENGINE” (COMPRUEBE EL MOTOR) (VISUALIZACIÖN DE DATOS DE DIAGNOSTICO)
pág. 58
2.16.2. Sensor de Presión del Múltiple (Sensor de vacio). 26
El sensor MAP es un sensor que mide la presión absoluta en el colector de
admisión. MAP es abreviatura de Manifold Absolute Presión. Este sensor tiene su
principio de funcionamiento como la válvula EGR.
El vacío generado por la admisión de los cilindros hace actuar una resistencia
variable (ver esquema) que a su vez manda información a la unidad de mando del
motor, de la carga que lleva el motor.
La señal que recibe la unidad de mando del sensor de presión absoluta junto con
la que recibe del sensor de posición del cigüeñal (régimen del motor) le permite
elaborar la señal que mandará a los inyectores.
El sensor MAP consta de una resistencia variable y de tres conexiones, una de
entrada de corriente que alimenta al sensor y cuya tensión suele ser de +5.0 V,
una conexión de masa que generalmente comparte con otros sensores, cuya
tensión suele oscilar ente 0 V y 0.08 V y una conexión de salida que es la que
manda el valor a la unidad de mando y cuyo voltaje oscila entre 0.7 y 2.7 V.
El sensor cuyo funcionamiento describimos pertenece al grupo de sensores MAP
por variación de tensión, es decir, existen dos tipos de sensores MAP, sensores
por variación de tensión y sensores por variación de frecuencia.
ESQUEMA BASICO DEL SENSOR MAP
26 Manual Toyota 4A-F y 4A- FE
pág. 59
2.16.3. Cuerpo del Acelerador.
Se ha incorporado una válvula del acelerador en el cuerpo del acelerador. Esta
válvula controla la salida del motor mediante la supervisión del volumen de aire de
admisión tomado por el motor.
El sensor de posición del acelerador esta montado en el eje de la válvula del
acelerador. Este sensor detecta el ángulo de abertura de la válvula del acelerador
y emite señales a la ECU.
En el cuerpo del acelerador se ha integrado una válvula de aire de tipo de
parafina. Esta válvula controla el ralentí del motor de acuerdo con la temperatura
del refrigerante, mejorando así el rendimiento del calentamiento del motor. Por
otro lado, el refrigerante calienta el cuerpo el acelerador para evitar que se hiele.
CUERPO DEL ACELERADOR
pág. 60
2.16.4. Sensor de posición de la mariposa (TPS).
Los sensores de posición de mariposa (TPS) están colocados siempre en el
cuerpo de la mariposa, el sensor de posición de mariposa es un potenciómetro, un
potenciómetro es un resistor variable, este sensor es muy importante, le informa la
posición del plato de la mariposa a la Unidad de Control (ECU) la dirección de
cambio, y el rango de cambio.
La computadora utiliza la información del TPS para el control de combustible,
reconocer la aceleración, reconocer la desaceleración, el tiempo de ignición para
control de avance de chispa.
El sensor TPS es de los sensores que más trabaja y de hecho es uno de los
sensores que mas fallan, y el motivo de la falla es el desajuste.
SENSOR DE POSICIÓN DE MARIPOSA (TPS)
pág. 61
2.16.5. Sensor del Angulo del cigüeñal.
Señal G
El sensor del ángulo del cigüeñal se podría considerar como la mano derecha de
la unidad de control ECCS, porque es la señal básica del sensor para el sistema
completo del ECCS. Revisa la velocidad del motor, la posición del pistón y manda
las señales a la unidad del control del ECCS para el control de la inyección de
combustible y la función de la EGR.
El sensor del ángulo del cigüeñal tiene un plato rotor y un circuito para formar
ondas.
El ensamblaje se compone de un plato rotor con 360 ranuras representando
señales de 1 grado (señal de la velocidad del motor) y seis aberturas para señales
de 120 grados (señal del ángulo del cigüeñal). Led (diodos emisores de luz) y
diodos fotográficos son construidos en el circuito de formar ondas.
En operación, el plato rotor de la señal pasa a través del espacio entre el led y el
diodo de fotografía y las aberturas en el plato del rotor de la señal corta
intermitentemente la luz enviada al diodo de fotografía y las aberturas en el plato
del rotor de la señal corta intermitentemente la luz enviada al diodo de fotografía
del led.
Esto causa un voltaje que alterna y es convertido en un pulso del circuito
encendido/apagado en forma de onda. La señal de encendido/apagado es enviada
a la unidad de control para procesarla.
SENSOR DEL ANGULO DEL CIGUEÑAL
pág. 62
2.16.6. Sensor de RPM del Motor.
Señal Ne.
La señal Ne es utilizada por la ECU para detectar el ángulo del cigüeñal y la
velocidad del motor. Como la señal G, la señal Ne es generada en la bobina
captadora Ne mediante el rotor de distribución tiene 24 dientes.
Por lo tanto la señal Ne pulsa 24 veces con cada una de las revoluciones del eje
del distribuidor.
A partir de esta señal, la ECU detecta la velocidad del motor así como cada
cambio de 30º en el ángulo del cigüeñal.
SENSOR DE RPM DEL MOTOR
pág. 63
2.16.7. Encendedor.
El encendedor del TCCS es básicamente el mismo que el encendedor de los
sistemas de encendido completamente transistorizados, con la excepción de que
el transistor de potencia en los últimos se activa y se desactiva mediante una
señal generada por la bobina captora del generador de señales incorporado en el
distribuidor.
En el TCCS esta señal queda reemplazada por la señal IGt, la cual se emite
mediante la ECU.
Cuando se genera la señal de encendido primaria, el encendedor emite la señal
IGf a la ECU, la cual detecta mediante esa señal si en realidad se produjo un
encendido o no. Si no se suministran señales IGf, la ECU lo interpretara como
una avería del sistema de encendido, a continuación la ECU detendrá la inyección
de combustible.
ENCENDEDOR
pág. 64
2.16.8. Sensor de la temperatura del agua.
Este sensor, instalado en la envoltura de la entrada de agua, detecta la
temperatura del refrigerante mediante la utilización de un termistor interno.
Cuando la temperatura del refrigerante es baja, la resistencia del termistor
aumenta y se envía una señal THW de alta tensión a la ECU.
Cuando la temperatura del refrigerante es alta, se envía una señal THW de baja
tensión a la ECU.
Basándose en la señal THW procedente de este sensor, la ECU aumenta el
volumen de inyección para mejorar la capacidad de conducción durante la
operación del motor en frio.
SENSOR DE TEMPERATURA DEL AGUA
pág. 65
2.16.9. Sensor de la temperatura del aire de admisión.
Este sensor detecta la temperatura del aire de admisión. De la misma manera que
el sensor de la temperatura del agua, esta compuesto de un termistor y esta
montado en la caja del filtro de aire.
La densidad del aire de admisión varía con la temperatura del aire. Por lo tanto, el
peso del aire de admisión varía con la temperatura incluso cuando la presión en el
múltiple de admisión sea la misma.
La ECU utiliza la señal THA para controlar el volumen el volumen de inyección de
combustible para obtener la proporción de aire y de combustible óptima sin tener
en cuenta la temperatura del aire de admisión.
SENSORES DE TEMPERATURA DE AIRE
2.16.10. Sensor de oxigeno o Lambda.
El sensor de Oxígeno no es más que un sensor que detecta la presencia de mayor
o menor cantidad de este gas en los gases combustionados, de tal manera que
cualquier variación en el número de moléculas calculadas como perfectas o
tomadas como referenciales, será un indicador de malfuncionamiento y por lo
tanto de falta o exceso de combustible en la combustión.
Este sensor trabaja como un "juez" del sistema, ya que todo el tiempo está
revisando la calidad de la combustión, tomando como referencia al oxígeno que
pág. 66
encuentra en los gases quemados, informando al computador, para que este
último corrija la falta o el exceso de combustible inyectado, logrando la mezcla
aire-combustible ideal.
Este sensor está constituido de una cerámica porosa de bióxido de circonio y de
dos contactores de Platino, alojados dentro de un cuerpo metálico. Un contactor
está conectado al cuerpo, mientras que el segundo es el contacto aislado, el cual
entregará la señal de salida hacia el computador. El sensor está a su vez
localizado convenientemente en la salida del múltiple de escape del motor, lugar
en el cual puede medir la variación de la combustión del mismo.
Entre los dos contactos se genera una tensión eléctrica de aproximadamente 1
Voltio, cuando la cantidad de Oxígeno es abundante, que significa que la
combustión posee mucho combustible. En cambio la generación de esta tensión
eléctrica será menor si la cantidad de combustible inyectado es muy pobre. Por lo
tanto durante el funcionamiento del motor se tendrán valores de generación entre
décimas de voltio hasta aproximadamente 1 Voltio, dependiendo de la presencia
del Oxigeno en los gases combustionados.
Como el computador está recibiendo esta información permanentemente, puede
en cuestión de milésimas de segundo modificar la cantidad de combustible que
inyecta el sistema, permitiendo que el motor obtenga una gran exactitud en su
combustión, que significa entonces una óptima potencia de entrega y una emisión
mínima de gases contaminantes en el ambiente.
pág. 67
En el esquema podemos apreciar la estructura de este sensor y su localización en
la tubuladura del escape.
SENSOR DE OXIGENO O SONDA LAMBDA
1. Cuerpo metálico
2. Cuerpo de bióxido de Circonio
3. Contactaros de Platino
4. Conector eléctrico
5. Cápsula protectora
6. Aislante
pág. 68
2.16.11. Bomba de Combustible.27
La bomba de gasolina consiste en una carcasa con un racor de entrada y otro de
salida, en su interior gira con velocidad constante, un pequeño motor eléctrico
cuyo eje mueve el rotor situado en el cuerpo de la bomba, tiene dos válvulas: la de
retención, situada en la salida, para evitar que la presión exterior se pierda para la
bomba cuando se para, y la de sobrepresión, que se puede abrir cuando por
alguna obstrucción en el circuito aumenta la presión en su interior, dejando salir
gasolina por la entrada, creando un circuito de vacio, se trata en realidad de una
válvula de protección. La gasolina circula por el interior del motor eléctrico sin
peligro de explosión, ya que como sabemos la gasolina sin aire, no puede arder, la
presión de la bomba es de 80 – 100 psi en su presión total. La bomba esta
sumergido dentro del tanque de gasolina, el combustible le sirve al mismo tiempo
de lubricante y refrigerante.
En el depósito de combustible se ha instalado una bomba de combustible de tipo
turbina.
Este tipo de bomba de combustible produce muchas menos pulsaciones y también
menos ruido.
SECCION EN CORTE DE LA BOMBA DE GASOLINA
27 Conocimientos Básicos del Automóvil, Edgar Mayz Acosta
pág. 69
2.16.12. Regulador de presión de combustible.
El regulador de presión de combustible tiene dos funciones:
• La primera es la de mantener la presión constante en la riel de combustible ya
que en altas demandas de aceleración el motor demanda mas flujo de
combustible, el regulador d presión regula esta demanda por medio de detectar el
vacio del múltiple de admisión.
• La segunda es la de mantener la presión residual cuando el motor esta
apagado, no permitiendo que el combustible retorne hasta el tanque.
Este regulador esta compuesto por una doble válvula, la válvula principal consta
de un pistón que cierra mediante una guarnición de goma de entrada, por la
acción del muelle regulador. La otra válvula, cierra otra entrada que esta en
comunicación con el regulador y se apoya sobre su asiento, también con
interposición de una junta de goma, por la acción de un muelle que tiene su tope
en el vástago de la válvula.
El regulador de la presión de combustible regula constantemente la presión de
combustible aplicada a los inyectores en un nivel 2.9 kg / cm2 mayor a la presión
del múltiple de admisión.
SECCION EN CORTE DEL REGULADOR DE PRESION
pág. 70
2.16.13. Inyectores de Combustible.
Estos inyectores son controlados por la unidad de control (ECU), la computadora
cierra el circuito a masa del inyector activando al solenoide interno del inyector y
abriendo la aguja del mismo. El combustible es dosificado por los inyectores
situados sobre los distintos conductos antes de la válvula de admisión, el inyector
tiene una resistencia de 13.7 a 14.7 ohmios.
Un inyector esta constituido por un cuerpo contendedor, un bobinado eléctrico, un
núcleo magnético solidario a una aguja que hace estanqueidad en la zona inferior
del cuerpo del inyector.
El campo creado por los impulsos eléctricos que envía la central electrónica
provoca el desplazamiento vertical de la aguja y con ello la salida de gasolina.
SECCION EN CORTE DEL INYECTOR DE COMBUSTIBLE
• Inyector de Arranque en Frío.
Cuando arranca un motor con la temperatura de un refrigerante debajo
de la temperatura predeterminada, este inyector inyecta combustible
dentro del tanque de compensación.
SECCION EN CORTE DEL INYECTOR DE ARRANQUE EN FRIO
pág. 71
2.16.14. ECU (Unidad de Control Electrónico.)
Los sistemas de Inyección Electrónica de combustible, tienen una Unidad de
Control (ECU), los cuales es una computadora.
Un computador automotriz no puede pensar, solamente corre programas, recibe la
información de varios sensores, realiza cálculos básicos, y controla activadores
basado en instrucciones pre-programadas arriba de 8 millones de instrucciones en
un segundo, con esta velocidad de proceso, la computadora puede mantener la
relación Aire/Combustible casi perfectamente, bajo cualquier condición de trabajo.
La unidad de control (ECU) necesita un programa para poder realizar las
calculaciones, estos programas son almacenados en unos compartimientos que
llaman memorias, y en aplicaciones automotrices, son las que darán a la Unidad
de Control las características del sistema en el cual estará funcionando, estos
programas son almacenados en un elemento llamado Circuito integrado o CHIP.
Se dice también que es puesto central desde el cual se regulan las funciones de
un sistema electrónico en el vehículo motorizado. Al desarrollar las unidades de
control se tiene en cuenta un alto grado de calidad y fiabilidad. Esta unidad
también conocida como modulo controla a los actuadores y sensores, los
actuadores son los inyectores de combustible, motor de velocidad de marcha
mínima, solenoide EGR (recirculación de gases de escape), solenoide de purga
del cárter EVAP (sistema de control de evaporación de las emisiones), etc. Que
se puede cambiar de alguna forma para cambiar las condiciones de trabajo de
motor. Los inyectores de combustible son los principales actuadores en el
sistema de inyección electrónica de combustible. Dos factores influyen en la
calidad y precisión de suministro. El momento en que se abren y cuanto tiempo se
mantiene abierto.
No todos los sistemas de inyección electrónica de combustible “disparan” (abren)
los inyectores en la misma secuencia. Un concepto popular erróneo es que los
inyectores se abren cada vez que las válvulas de admisión se abre, es verdad que
pág. 72
cada inyector se debe abrir cada dos revoluciones del eje cigüeñal, pero no
necesariamente se abren antes de que la válvula de admisión en la carrera de
admisión. Los fabricantes emplean varias estrategias distintas para sincronizar
sus inyectores.
La unidad de control también conocida como el modulo de control electrónico, esta
pequeña microcomputador el “cerebro” del sistema de inyección de combustible.
Esta recibe señales analógicas (continuamente variables) de los sensores de
información, las convierte en señales digitales (de encendido y apagado) y
procesa esta información de acuerdo a su programa o mapa.
En las Computadoras Automotrices se usan 3 tipos de memorias:
Memorias ROM - RAM y PROM
• Memorias de lectura única (ROM).
Este tipo de Memoria son de almacenamiento permanente, lo que significa que la
Unidad de Control (ECU) podrá leer de esta y no podrá almacenar o alterar su
contenido.
• Memorias de acceso aleatorio (RAM).
Este tipo de Memoria permite a la Unidad de Control (ECU), almacenar datos
temporalmente hasta que sean ocupados por el programa para algún propósito.
El ECU podrá almacenar y obtener información en un momento dado. Existen 2
tipos de memorias RAM.
- RAM volátil: En este tipo de memorias la interrupción de corriente de la
batería del vehículo borrara la información almacenada. Por ejemplo Códigos de
falla.
pág. 73
- RAM No – volátil: La información no será borrada con la interrupción de
corriente. Un ejemplo seria la información del kilometraje recorrido por el vehículo.
- Memoria programable de lectura única (PROM).
Al igual que la memoria ROM, la ECU solo podrá leer información de esta, una vez
que el PROM ha sido programado, no podrá ser variado. Este circuito integrado
estará controlando, en algunas ECU estos PROM pueden ser removidos en caso
de algún fallo.
pág. 74
CAPITULO III. PROCEDIMIENTO PRÁCTICO.
3.1. Seguridad en el Taller28.
Los métodos adecuados de servicio y los procedimientos correctos de calibración
son esenciales para una operación segura y confiable de todos los vehículos
equipados con motor 4A-FE Toyota así como para la seguridad propia del
mecánico.
3.1.1. Ropa de trabajo.
La indumentaria del trabajador debe concordar con la clase de trabajo que
desempeña. El usar durante la tarea un traje distinto al de vestir, representa una
economía para el trabajador, que así puede preservar la ropa de uso diario,
constituye además una defensa higiénica, pues evita que emanaciones
industriales toxicas o infecciosas, que quedan adheridas en la ropa, sean
transportadas a su domicilio. Los trajes pueden ser de telas incombustibles para
lugares donde se manipulen sustancias inflamables; de cuero para las labores
expuestas al frio o a la lluvia. También para lugares fríos se puede usar tejidos de
lana. En algunas labores, el guardapolvo representa suficiente protección, en
otros basta el delantal; en la industria mecánicas que representan cierto peligro, se
recomienda el uso del overol que es una prenda mas ajustada al cuerpo y no
ofrece el inconveniente de las ropas flotantes, que pueden engancharse en los
engranajes o las salientes.
28 Manual de Prácticas de Seguridad en el Taller
pág. 75
3.1.2. Protección personal.29
3.1.2.1. Protección de la piel.
La higiene corporal debe ser prolija y regular, pues la superficie cutánea esta
expuesta a irritarse y sustancias toxicas en el curso del trabajo. Las
transpiraciones profusas subsiguientes a grandes esfuerzos físicos, los polvos y
partículas industriales que se adhieren a la piel, obligan a la limpieza del cuerpo.
El lavado de las manos es de rigor ante de tomar alimentos, podría suceder que
partículas contaminantes queden adheridas en los pliegues de la piel, en las uñas,
y sean ingeridas durante las comidas, dando lugar a diversas intoxicaciones.
A veces no es suficiente el jabón para desprender de la piel las partículas
adheridas sino que es necesario el uso previo de un solvente o hidrocarburo u otro
detergente.
3.1.2.2. Protección de la cabeza y los ojos.
Se protege la cabeza especialmente los cabellos, mediante el uso de gorro, cofias,
cascos, etc. Lo señalado concierne particularmente a las mujeres a los efectos
de evitar que los cabellos, aparte de ensuciarse sean apresados por los
engranajes o poleas.
Los ojos se protege con antiparras, las que deberán ser livianas y bien adaptables
a las cavidades orbitarias, de manera que las cierren completamente, para evitar
la penetración de los polvos o gases, la hermeticidad se logra aplicando, en los
bordes anchas bandas de piel o lana. Los visores de estos anteojos se
diferencian de acuerdo con su uso, así por ejemplo, tenemos los fabricados por
mica para evitar su empañamiento por los vapores de flúor; los de red metálica
29 UMSA “Curso de Higiene y Seguridad Industrial”, Tomo III Ing. Zapata Coronel Jorge, “Seguridad Industrial y Laboral”. .
pág. 76
para defenderse exclusivamente de las partículas solidas, y finalmente de los de
vidrios con filtro para neutralizar los rayos ultravioleta e infrarrojos.
3.1.2.3. Protección contra la absorción de gases y polvos.
La protección contra gases y polvos se consigue por medio de mascaras
adaptables a la boca y nariz; las mascaras pueden ser dos clases; contra los
polvos y contra los gases. Ambas están formadas por una tela metálica
recubierta de una capa de algodón, gasa o franela, impregnada en una sustancia
neutralizante como el calcio, potasio, etc. Los respiradores son aparatos
en forma de mascara con abastecimiento de aire independiente del ambiente. El
aire esta contenido en una o dos capsulas metálicas colocadas en el pecho o la
espalda del trabajador.
3.1.2.4. Protección de las extremidades.
Las manos se protegen con guantes, de goma, de lana; de tela fuerte, según la
necesidad. Los guantes y las mascaras deben ser personales y tienen que
lavarse y desinfectarse. Además de los guantes se puede proteger las manos
con vendas, almohadillas de cuero, con unción de substancias grasas. Los pies
se protegen con zapato de cuero grueso y suela alta.
Contra la humedad son útiles los zuecos y las botas de goma.
pág. 77
3.2. Equipos y Herramientas para la reparación del Motor 4A-FE Toyota.
• Juegos de llaves.
• Juegos de dados en milimétrica.
• Alicates, universal y de punta.
• Destornilladores planos y estrella.
• Llave cressent.
• Multímetro.
• Compresómetro
• Reloj Comparador.
• Vernier.
• Manómetros.
• Micrómetros calibradores de cilindros.
• Plastigage
• Martillo de Goma
• Tenazas para elevadores de válvulas
• Extractor de válvulas tipo prensa.
• Silicona.
• Gasolina
• Grasa
pág. 78
3.3. Características Técnicas del Motor 4A-FE30 Toyota.
Características Generales.
ITEM
Nº de cilindros y disposición 4 cilindros en línea
Mecanismo de válvulas 4 válvulas, DOHC
Método de impulsión del árbol de levas Correa y engranaje de distribución
Múltiple Flujo transversal
Carburador -
Tipo EFI Tipo D
Cubicaje (cc) 1. 587
Calibre x carrera (mm) 81 x 77
Relación de compresión 9.5 : 1
30 Manual de Motores Toyota 4A – FE & 4A - FE
pág. 79
3.4. Desmontaje del motor.
Tanto el desmontaje, la reparación y el montaje se realizo con las especificaciones
del manual de reparación Toyota.
3.4.1. CULATA DE CILINDROS.
Descripción general
Este sección se explicará el desarmado, inspección y rearmado de la culata de
cilindros.
3.4.1.1. Desarmado de la Culata de Cilindros.
Se utilizo el extractor de válvulas tipo prensa para remover la válvula.
1. Inspección.
Se utilizo un instrumento de medición para medir la curvatura y desgaste de las
piezas.
2. Rearmado.
Se realizo el trabajo mientras se verificaba la posición de armado de la pieza.
pág. 80
Componentes
1. Remoción del alzaválvulas
2. Remoción de la válvula
3. Remoción del sello de aceite del vástago de válvula
4. Limpieza de la culata de cilindros
pág. 81
3.4.1.2. Remoción del alzaválvulas.
1. Remoción del alzaválvulas.
(1) Se removió el alzaválvulas a mano.
NOTA:
No se utilizo alicates porque su uso puede dañar el alzaválvulas.
(2) Se removió el alzaválvulas y se coloco en un papel que mostro la posición de
montaje.
NOTA:
Durante el rearmado, se volvió a montar el alzaválvulas exactamente en la misma
posición de la que se desmontó.
3.4.1.3. Remoción de la válvula
1. Se coloco el extractor de válvulas tipo prensa de tal forma que estaba alineado
en línea recta con la parte inferior de la válvula y el retenedor de resorte.
2. Se apretó el extractor de válvulas tipo prensa para comprimir el resorte y
remover ambos retenedores.
3. Se aflojo el extractor de válvulas tipo prensa, se removió el retenedor de
resorte y el resorte y se removió la válvula empujándola hacia afuera hacia la
cámara de combustión.
pág. 82
4. Se coloco las válvulas y otros componentes removidos en un papel que
muestre sus posiciones de montaje.
3.4.1.4. Remoción del sello de aceite del vástago de válvula
1. Se removió el sello de aceite del vástago de válvula
Se sujeto la sección metálica del fondo del sello de aceite de vástago utilizando
alicates de punta fina y se removió el sello de aceite del vástago.
NOTA:
No se saco la sección de goma del sello de aceite del vástago porque se
rompería la goma.
2. Se removió el asiento del resorte de válvula
(1) Se utilizo un destornillador para levantar el asiento del resorte de válvula.
(2) Se utilizo un mango magnético para levantar el asiento del resorte de
válvula.
pág. 83
3.4.2. Limpieza de la culata de cilindros.
1. Se raspo las empaquetaduras con un raspador.
2. Las piezas de empaquetadura que no se pudieron remover con el raspador, se
las limó utilizando una piedra de afilar cubierta con aceite.
NOTA:
El daño a la superficie de montaje de la empaquetadura provoca los siguientes
problemas:
• Fugas de agua/aceite
• Fuga de aire comprimido
pág. 84
3.4.3. Inspección de la Culata de Cilindros.
Componentes
1. Inspección de la culata por si está plana
2. Inspección de la culata por si tiene grietas
3. Inspección del espacio
4. Inspección de la válvula
5. Inspección del resorte de válvula
6. Cambio del buje de guía de válvula
7. Inspección del asiento de válvula
8. Reparación del asiento de válvula
9. Inspección del eje de levas
pág. 85
Limite: 0.05 mm, (*) 31 Longitud total de la válvula: 98.8 – 99.4 mm (*)
Calibre de espesor 0.05 mm (**) Longitud total de la válvula: 99 mm. (**),
No tiene grietas (en promedio)
Longitud del resorte: 41. 78 (*) Angulo de la cara de la válvula 44.5º (*)
Longitud del resorte: 41.76 (**) Angulo de la cara de la válvula 45º (**)
(En promedio) (En promedio)
Inspección del eje de levas,
diámetro del muñón 34.97
35.03 mm (*)
Diámetro del muñón 34.99
mm (**)
(En promedio)
31 (*) Dato del manual (**) Dato medido
pág. 86
3.4.3.1. Inspección de la culata por si está plana.
Se utilizo un calibre de espesor y una regla de precisión para inspeccionar las
culatas por si estaban planas.
Calibre de espesor 0.05 mm 32(**)
(La culata no esta plana)
3.4.3.2. Inspección de la culata por si tiene grietas
Se verifico los daños o grietas.
La culata no presenta grietas a simple vista.
32 (*) Dato del manual (**) Dato medido
pág. 87
3.4.3.3. Inspección del espacio para aceite en la culata.
Hay varias posiciones de medición del espacio para aceite en la culata.
1. Espacio para aceite de buje de guía de válvula
2. Espacio para aceite de alzaválvulas
3. Espacio de empuje del eje de levas
4. Espacio para aceite del eje de levas
Holgura de aceite del muñón33
STD 0.035 – 0.072 mm (*); limite 0.01mm
Calibre plástico 0.01mm (**)
33 (*) Dato del manual (**) Dato medido.
pág. 88
3.4.3.4. Espacio para aceite de buje de guía de válvula.
Se utilizo calibres para medir el diámetro interior del buje de guía de válvula y se
utilizo un micrómetro para medir el diámetro exterior del vástago de válvula y
calcular el espacio para el aceite.
Holgura de aceite del vástago 34
Admisión 0.025 – 0.060 mm. (*)
0.050 mm (**) (en promedio)
Escape 0.030 – 0.065 mm (*)
0.059 mm (**) (en promedio).
34 (*) Dato del manual (**) Dato medido
pág. 89
3.4.3.5. Espacio para aceite de alzaválvulas
Utilice los calibres para medir el diámetro interior del orificio del alzaválvulas y
utilice un micrómetro para medir el diámetro exterior del alzaválvulas y calcule el
espacio para aceite.
Holgura de aceite de la culata del cilindro al alzaválvulas:
0.015 – 0.045 mm (*) 35
0.0043 mm (**) (en promedio)
35 (*) Dato del manual (**) Dato medido.
pág. 90
3.4.3.6. Espacio de empuje del eje de levas.
Se utilizo un calibre dial y un destornillador de cabeza plana para medir el espacio
de empuje.
Calibre de espesor dial 0.05 mm (**)
3.4.3.7. Espacio para aceite del eje de levas.
Se utilizo un calibre de plástico para medir el espacio para aceite.
Holgura de empuje 0.08 – 0.19 mm(*)36
Plastigage 0.10 mm (**).
36 (*) Dato del manual (**) Dato medido.
pág. 91
3.4.4. Inspección de la válvula.
1. Inspección visual
Se inspecciono visualmente la cantidad de carbón adherido en el fondo de la
válvula y se verifico si la pérdida de aceite se produjo por el aro de pistón o por
la guía de válvula.
A simple vista no presenta el exceso de carbonilla
Se midió la dimensión
Se utilizo calibres vernier y un micrómetro para inspeccionar los siguientes
lugares.
(1) Longitud de la válvula
(2) Diámetro exterior del vástago de válvula
(3) Espesor de margen de la culata de válvulas
pág. 92
.
Longitud total de la válvula Admisión: 98. 8 – 99.4 mm; (*) 37
99.0 mm (**) (en promedio)
Escape: 98.85 – 99.55 mm (*)
99.20 mm (**) (en promedio)
3.4.4.1. Inspección del resorte de válvula
1. Se verifico el estado del resorte.
(1) Se verifico la longitud sin comprimir el resorte.
(2) Se verifico la desviación del resorte.
37 (*) Dato del manual (**) Dato medido.
pág. 93
Longitud libre: 41.78 mm (*)38 Cuadratura: 16 mm; (*)
41.50 mm (**) 17 mm (**)
Se midió el diámetro interior del orificio de buje con el calibre
Descentramiento circular limite 0.04 mm (*)
0 mm (**)
38 (*) Dato del manual (**) Dato medido.
pág. 94
3.4.4.2. Inspección del asiento de válvula.
Se inspecciono el contacto entre válvula y asiento de válvula
(1) Se aplico0 una fina capa de azul de Prusia (o blanco de plomo) alrededor de la
circunferencia de la cara de válvula.
(2) Se presiono la válvula contra el asiento de válvula.
(3) Se verifico el azul de Prusia (o blanco de plomo) adherido a la cara de válvula.
1. Pulido de válvula.
(1) Se monto la válvula en un pulidor de mano y entro en contacto con el asiento
(como se muestra en la foto).
2. Verifique
Se volvió a verificar que la válvula este en contacto correcto con el asiento de
válvula.
pág. 95
También se realizo el pulido de
válvulas con maquina.
3.4.4.3. Inspección del eje de levas.
Se inspecciono las siguientes áreas del eje de levas:
1. El descentramiento del eje
2. La altura del lóbulo de leva
3. El diámetro del muñón
pág. 96
1. Se verifico el descentramiento del eje.
Se coloco el eje de levas en una superficie plana y utilizando un calibre dial
para se midió la deflexión.
Descentramiento circular 0.04 mm (*)
0.02 mm (**).
2. Se verificó la altura del lóbulo de leva
Se utilizó un micrómetro para medir el punto más alto en el lóbulo de leva.
Altura de la leva IN y EX 35.555 – 35.565 mm (*) 39
35. 56 mm (**)
39 (*) Dato del manual (**) Dato medido.
pág. 97
3. Se verificó el diámetro del muñón
Se utilizó un micrómetro para medir el diámetro del muñón
Diámetro del muñón: 34.97 - 35.03 mm. (*)40
35.00 mm (**)
3.4.5. Rearmado de la Culata de Cilindros.
Componentes
1. Se instaló el sello de aceite del vástago de válvula
2. Se instaló la válvula
3. Se instalaron los alzaválvulas
40 (*) Dato del manual (**) Dato medido.
pág. 98
3.4.5.1. Instalación del sello de aceite del vástago de válvula.
1. Se instalo el asiento del resorte de válvula
2. Se instalo el sello de aceite del vástago de válvula
1. Se cubrió la sección del borde del sello de aceite del vástago con el aceite
de motor requerido.
2. Se instalo el sello de aceite de vástago en el cambiador del sello de aceite
del vástago de válvula extractor de válvulas tipo prensa.
3. Se presiono el sello de aceite de vástago directamente en el buje de la guía
de válvula.
pág. 99
3.4.5.2. Instalación de la válvula.
Se instalo las válvulas en secuencia, en las posiciones originales de las que se
removieron.
1. Se cubrió el vástago de válvula con el aceite de motor y se inserto el
vástago de la cámara de combustión en la guía de válvula.
2. La válvula se movió suavemente, esto se verifico varias veces.
3. Se instalo el muelle y retenedor.
4. Se coloco el extractor de válvulas tipo prensa de tal forma que quedo recto
con respecto a la válvula.
5. Se aprieto el extractor de válvulas tipo prensa hasta instalar el retenedor.
6. Para evitar que el retenedor se caiga, se aplico una fina capa de grasa en el
interior del retenedor y se instalo la válvula.
7. Se removió el extractor de válvulas tipo prensa
1. Después de sacar extractor de válvulas tipo prensa, se coloco el vástago de la
válvula de chatarra en la válvula instalada y se golpeó el vástago de la válvula
de chatarra con un martillo de plástico para que entre en la válvula instalada.
pág. 100
3.6.2. BLOQUE DE CILINDROS.
Descripción general
Esta sección explicará el desarmado, inspección y rearmado del bloque de
cilindros.
1. Desarmado.
Se removió el pistón y el cigüeñal después de medir el espacio.
2. Inspección
Se utilizo un instrumento de medición y se midió el descentramiento de la pieza
y desgaste.
3. Rearmado.
Se volvió a armar el pistón y cigüeñal mientras se verificaba el sentido y
posición del armado.
pág. 101
3.4.6.1. Inspección del espacio
Antes de desarmar le bloque de cilindros se inspecciono los siguientes espacios.
1. Espacio de empuje de la biela
2. Espacio de aceite de la biela
3. Espacio de empuje del cigüeñal
pág. 102
1. Espacio de empuje de la biela.
Utilice un calibre dial para medir el espacio de empuje.
Holgura de empuje: 0.15–0.25mm (*)41
0.20 mm (**)
2. Espacio de aceite de la biela.
Utilice un calibre de plástico para medir el espacio de aceite.
41 (*) Dato del manual (**) Dato medido.
pág. 103
Holgura de aceite del cojinete: 0.020 – 0.051 mm (*)
0.045 mm (**)
3. Espacio de empuje del cigüeñal.
Utilice un calibre dial y un destornillador de punta plana para medir el
espacio de empuje.
Holgura de empuje STD 0.020 mm – 0.185 mm; limite 0.30 mm (*)42
0.15 mm (**)
42 (*) Dato del manual (**) Dato medido.
pág. 104
3.4.6.2. Remoción del pistón.
1. Se limpio el carbón de las paredes interiores del cilindro
2. Se removió la tapa de cojinete de biela
3. Se removió el cojinete de biela
4. Y el pistón
pág. 105
1. Se limpio el carbón de las paredes interiores del cilindro.
2. Se removió la tapa de cojinete de biela.
Se colocaron 2 de los pernos removidos en los orificios de tornillo de perno y
se removió la tapa.
3. Remoción del cojinete de biela.
Se coloco cuidadosamente un destornillador de punta plana en la ranura
(sección A) de la tapa de cojinete y se removió el cojinete apalancándolo hacia
afuera con el destornillador.
4. Se removió el pistón.
Se golpeo ligeramente la biela con el cuerpo de un martillo y removió el pistón
con la biela.
pág. 106
3.4.6.3. Remoción del cigüeñal.
1. Se removió la tapa de cojinete del cigüeñal
2. Se removió el cigüeñal
3. Se removió el cojinete
4. Se removió la tapa de cojinete del cigüeñal.
los pernos de tapa de cojinete del cigüeñal se removieron en secuencia desde
afuera hacia adentro.
5. Remoción del cigüeñal.
Se removió el cigüeñal tirando de éste en sentido recto desde arriba.
pág. 107
6. Se removio el cojinete.
Insertando cuidadosamente un destornillador de cabeza plana en la ranura
(sección A) de la tapa de cojinetes se removió el cojinete apalancándolo hacia
afuera con un destornillador.
pág. 108
3.4.6.4. Desarmado del pistón
7. Remoción de los aros de pistón.
(1) Se removió los aros de pistón Nº1 y Nº2 en el orden con un expansor de
aro de pistón de tal forma que el aro de pistón estaba en contacto uniforme con
la superficie de asiento del expansor.
8. Remoción de los aros de pistón.
(1) Se removieron los aros de pistón Nº1 y Nº2 en el orden con un expansor de
aro de pistón de tal forma que el aro de pistón estaba en contacto uniforme con
la superficie de asiento del expansor.
.
pág. 109
(2) Se removió el aro de aceite con la mano.
9. Se removió el pasador de pistón
(1) Colocando el pistón en sentido recto en la SST.
3.4.7. Inspección de los componentes del bloque de cilindros.
Se inspeccionó los siguientes componentes del bloque de cilindros:
1. El bloque de cilindros por si está plano
2. Se inspeccionó el espacio
3. Se inspeccionó el pistón y aro de pistón
4. El perno de fijación de la tapa de cojinetes
5. El cigüeñal
pág. 110
pág. 111
3.4.7.1. Inspección del bloque de cilindros por si está plano.
Utilizando un calibre de espesor y una regla precisa se inspecciono el bloque de
cilindros por si estaba plano.
Calibre de espesor 0.05 mm (**)43
No esta plano.
43 (*) Dato del manual (**) Dato medido
pág. 112
3.4.7.2. Inspección del espacio
Se verifico los siguientes espacios de bloque de cilindros.
1. Espacio de pistón
2. Espacio del pasador de pistón
3. Espacio de aceite del cigüeñal
1. Espacio de pistón.
Utilizando un micrómetro para medir el diámetro exterior del pistón y un calibre
de cilindro para medir el diámetro interior del cilindro se calculo la separación.
Separación del extremo del segmento del pistón44 Nº 1: 0.25 – 0.47 mm (*)
0.35 mm (**) (en promedio)
Nº 2: 0.20 – 0.42 mm (*)
0.38 mm (**) (en promedio)
Aceite: 0.20 – 0.82 mm (*)
0.67 mm (en promedio) (**)
44 (*) Dato del manual (**) Dato medido
pág. 113
2. Espacio de aceite del cigüeñal.
Se utilizo un calibre de plástico para medir el espacio de aceite.
Limite: 0.10 mm. (*) 45
0.10 mm (**)
45 (*) Dato del manual (**) Dato medido.
pág. 114
3.4.7.3. Inspección del pistón y aro de pistón
1. Espacio de la ranura del aro de pistón.
Se utilizo un calibre de espesor para medir el espacio entre el aro de pistón y la
ranura de aro de pistón Nº1, Nº2.
Limite de holgura entre la ranura del segmento Nº 1: 0.04 – 0.08 mm (*)
0.07 mm (**)46
Nº 2: 0.03 – 0.07 mm (*)
0.05 mm (**)
46 (*) Dato del manual (**) Dato medido
pág. 115
2. Separación en la punta del aro de pistón.
Utilizando el pistón para empujar el aro de pistón en el cilindro, se coloco el aro
horizontal y se utilizo un calibre de espesor para hacer una medición en la
posición especificada que es la posición donde el desgaste del aro es menor.
Calibre de espesor 0.05 mm (**)47
47 (*) Dato del manual (**) Dato medido
pág. 116
3.4.8. Inspección del cigüeñal
Se inspecciono los siguientes dos artículos en el cigüeñal:
1. Descentramiento del eje.
2. Muñón principal del cigüeñal y medición de diámetro del pasador de cigüeñal
1. Descentramiento del eje.
Se coloco el cigüeñal en un bloque trapezoidal y utilizando un calibre dial se
midió el descentramiento con respecto al círculo.
Descentramiento circular:
Limite: 0.06 mm (*)48
0.05 mm (**)
48 (*) Dato del manual (**) Dato medido.
pág. 117
2. Muñón principal del cigüeñal y medición de diámetro del pasador de
cigüeñal
Utilizando un micrómetro se midió el diámetro del muñón.
Diámetro del muñón principal 47, 985 – 48, 000 mm (*)49
48. 00 mm (**)
49 (*) Dato del manual (**) Dato medido.
pág. 118
3.4.9. Instalación del cigüeñal
(1) Se instalo el cojinete y la arandela de empuje en la tapa de cojinete y bloque
de cilindros.
(2) Se cubrió las superficies del cojinete con aceite de motor.
(3) Se coloco el cigüeñal en el bloque de cilindros.
(4) Se apretó los pernos de montaje de la tapa de cojinetes.
(5) Después del armado del cigüeñal, se aseguro que el cigüeñal girase a mano.
pág. 119
3.4.10. Rearmado del pistón.
1. Se rearmo el pistón y biela
2. Instalando el aro de pistón
1. Rearmado del pistón y biela
(1) Alineando las marcas delanteras del pistón y biela.
(2) Se instalo el pistón, pasador de pistón y biela en la SST y utilizando una prensa
se inserto el pasador de pistón.
pág. 120
2. Instalación del aro de pistón
(1) Se instalo el aro de aceite con la mano.
(2) Se coloco el aro de pistón uniformemente en el asiento del expansor de aro de
pistón y se instalo los aros de pistón en el orden de los Nº2, Nº1.
3.4.11. Instalación del pistón
pág. 121
Instalación del pistón
1. Se coloco el bloque de cilindros de tal forma que la superficie de montaje de la
culata apunta hacia arriba.
2. Se instalo el pistón
(1) Se instalo el cojinete de biela en la tapa de cojinetes y biela.
(2) Se cubrió las superficies en el cojinete con aceite de motor.
pág. 122
(2) Se cubrió sólo el aro de pistón con el compresor del aro de pistón.
(3) Golpeando con el mango del martillo se inserto el pistón de la parte superior
del cilindro con la marca delantera del pistón mirando hacia el lado delantero del
motor.
(4) Se instalo la tapa del cojinete de biela y se aprieto los pernos.
pág. 123
CAPITULO IV. CONCLUSIONES DE LA MEDICION DE DESGASTES
TECNICOS DEL MOTOR 4A – FE TOYOTA
4.1. Conclusiones.
• De acuerdo los datos obtenidos, el motor presenta un desgaste normal y
esta dentro de los parámetros indicados en las especificaciones del
manual, por lo tanto solo se recomienda el cambio de anillas y cojinetes
en medida estándar.
• Se realizo un montaje, desmontaje y ajuste de la parte mecánica del
motor 4A – FE TOYOTA de acuerdo a especificaciones del manual, nada
quedo al azar, con esto pretendemos dejar de lado las técnicas empíricas
y comenzar a usar el manual como nuestra herramienta mas importante.
• En cada momento de la práctica realizada se tomo en cuenta el orden,
limpieza y las normas de seguridad en el taller, evitando algún accidente y
preservando el medio ambiente.
pág. 124
ANEXOS.
Anexo 1. Tabla de precios de reparación del motor 4A – FE TOYOTA50.
El costo total de diagnostico, reparación, y mano de obra de un motor 4A – FE
TOYOTA tiene un costo de 2000 Bs. en estándar.
A continuación se hace un detalle de cada reparación específica que puede llegar
a tener este motor.
TABLA DE PRECIOS DE LOS TRABAJOS GENERALES DELMOTOR
TRABAJO A REALIZAR COSTO EN BS.
Rectificado del cigüeñal 490
Rectificado del bloque de cilindros 490
Cambio de pistones a las bielas 126
Mano de obra, reparación del motor 2000
TABLA DE PRECIOS DE REPUESTOS DEL MANTENIMIENTO
TÉCNICO DEL MOTOR
REPUESTOS COSTO EN BS.
Válvulas de admisión 1444
Válvulas de escape 2099
Pistones de motor 1810
Cadena o correa de distribución 759
Anillas de motor 1159
50 TOYOTA S.A., Obrajes. Av. Libertadores Nº 100
pág. 125
Cojinetes de bancada 569
Cojinetes de biela 305
Tesador de correa 1069
Juego de empaquetaduras 2285
Axiales de motor 237
Termostato 133
TABLA DE PRECIOS DE RECTIFICACION DE MOTORES
CIGÜEÑALES
DETALLE COSTO EN BS.
Rectificar cigüeñal 336
Rectificar puños de bancada 224
Rectificar puños de biela 224
Rellenar axial del cigüeñal 119
Rellenar ranura de reten 119
Pulir cigüeñal 224
Rellenar ranura de reten 203
Pulir cigüeñal 133
Balancear cigüeñal 679
Rellenar puño de bancada/biela 301
Adaptar cojinetes de bancada 672
Adaptar cojinetes de biela 532
pág. 126
Ametalar cojinetes bancada/biela 735
Ametalar cojinetes de biela y rectificar 595
Adaptar cojinete de bancada (s/rec. puño) 245
Adaptar cojinete de bancada (s/rec. puño) 336
Adaptar cojinete de bancada (c/rec. puño) 231
Adaptar cojinete de biela (s/rec. puño) 231
Adaptar cojinete de biela (c/rec. puño) 308
Ametalar cojinete de bancada (s/rec. puño) 301
Ametalar cojinete de bancada (c/rec. puño) 380
Ametalar cojinete de biela (s/rec. puño) 273
Ametalar cojinete de biela (c/rec. puño) 343
Ametalar cojinete axial y rectificar 175
Rellenar alojamiento de chaveta y rectificar 175
Corregir rosca en cigüeñal 91
Enderezar cigüeñal 133
TABLA DE PRECIOS DE RECTIFICACION DE MOTORES BLOQUE
DE CILINDROS
DETALLE COSTO EN BS.
Rectificar bloque de cilindros 336
Encamisar el block (sin camisas) 231
Encamisar block (con camisas) 1638
Encamisar cilindro(sin camisa) 245
pág. 127
Encamisar cilindro(con camisa) 399
Bruñir block 161
Cambiar camisas y bruñir 298
Bruñir camisas 252
Cambiar cojinetes del árbol de levas 133
Alinear túnel de bancada 370
Rellenar descanso de bancada 410
Rellenar axial de block 410
Rectificar superficie plana de block 294
pág. 128
Anexo 2. Datos teóricos del Motor 4A-FE Toyota.
pág. 129
pág. 130
Anexo 3. Datos técnicos del Motor 4A – FE TOYOTA51.
Deflexión de la correa transmisora con 10 Kg. (22.1lb.; 98 N)
Bomba de agua – alternador correa nueva
correa usada
Árbol del cigüeñal – compresor del A/C
correa nueva
correa usada
Capacidad de aceite de motor.
Con enfriador de aceite.
Relleno en seco
Drenaje y relleno
Con cambio de filtro de aceite
Sin cambio de filtro de aceite
Sin enfriador de aceite.
Relleno en seco
Drenaje y relleno
Con cambio de filtro de aceite
Sin cambio de filtro de aceite
Cordón de alta tensión Resistencia Limite
Bujía de encendido
Tipo ND
NGK
Separación
Regulación de encendido Transmisión en la posición “N”
Orden de encendido
Holgura de las válvulas (en frio) admisión
escape
(en caliente) (referencia) admisión
escape
Velocidad de marcha en vacio
Velocidad de ajuste del DP
3.5 - 4.5 mm; 0. 138 – 0.177”
6.0 – 7.0 mm; 0.236 – 0.276”
5.5 – 7.0 mm; 0.217 – 0.276”
8.0 – 9.5 mm; 0.315 – 0.374”
4.1 lts; 4.3 qts.US.; 3.6 qts.Ing.
3.7 lts; 3.9 qts.US.; 3.3 qts.Ing
3.4 lts; 3.6 qts.US.; 3.0 qts.Ing.
.
3.7 lts; 3.9 qts.US.; 3.3 qts.Ing.
3.3 lts; 3.5 qts.US.; 2.9 qts.Ing.
3.0 lts; 3.2 qts.US.; 2.6 qts.Ing.
Menos de 25 kΩ por cordón
0.20 R-U
BCPR 6EY
1.1 mm. 0.043”
10 ± 1º APMS a 800 rpm max.
1 – 3 – 4 – 2
0.20 ± 0.03 mm; 0.008 ± 0.001”
0.25 ± 0.03 mm; 0.010 ± 0.001”
0.20 ± 0.03 mm; 0.010 ± 0.001”
0.31 ± 0.03 mm; 0.012 ± 0.001”
800 ± 50 rpm
1800 ± 200 rpm
51 Suplemento del Manual de Reparaciones (4A-F, 4A-FE, 5A-FE, 7A-FE) TOYOTA.
pág. 131
Presión de compresión a 250 rpm STD generales
Europa
Limite
Diferencia de presión entre cada cilindro
12.6 kg/cm2; 179 psi.; 1.236 kPa
12.7 kg/cm2; 181 psi.; 1.245 kPa
9.0 kg/cm2; 128 psi.; 883 kPa
Menos de 1.0 kg/cm2 (14 psi; 98 Kpa)
Culata del Cilindro
Alabeo de la superficie de la culata limite
Alabeo de la superficie del múltiple IN limite
EX limite
Asiento de las válvulas:
Angulo de rectificación
Angulo de contacto
Anchura de contacto
0.05 mm; 0.0020”
0.05 mm; 0.0020”
0.10 mm; 0.0039”
30º, 45º, 60º
45º
1.0 - 1.4 mm; 0.039 – 0.055”
Casquillo de la guía
de la válvula
Diámetro interior
Diámetro exterior STD
O/S tipo 0.05
Temperatura de recambio (lado de la culata del
cilindro)
6.01 – 6.03 mm; 0.2366 – 0.2374
11. 033 – 11.044mm;
0.4344 – 0.4348”
11.083 – 11.095 mm;
0.4363 - 0.4368”
80 – 100ºC ; 176 – 212 ºF
Válvula
Longitud total de la válvula STD Admisión
Escape
Limite Admisión
Escape
Angulo cara de la válvula
Diámetro del vástago Admisión
Escape
Holgura de aceite del vástago STD Admisión
Escape
Limite Admisión
Escape
Grosor del borde de la culata de la válvula
Limite Admisión
Escape
98. 8 – 99.4 mm; 3.890 – 3.913”
98.85 – 99.55mm 3.857 – 3.919” 98.
3; 3.890”
98.45 3.876”
44.5º
5.970–5.985mm; 0.2350 –0.2356”
5.956 –5.980mm 0.2348– 0.2354”
0.025 – 0.060mm 0.0010 –0,0024
0.030 –0.065 mm; 0.0012 –0.0026”
0.08 mm; 0.0031”
0.10 mm; 0.0039”
0.5 mm; 0.020”
0.5mm; 0.020”
Longitud libre
41.78 mm; 1.6449”
pág. 132
Resorte de la
válvula
Longitud instalado
Carga instalado STD
Limite
Cuadratura Limite
34.7mm; 1.66”
17.5 kg. 38.6 lb. 172 N.
16.3 kg. 35.9 lb. 160 N
16 mm; 0.0575”
Levantador de la
válvula
Diámetro exterior STD
Holgura de aceite de la culata del cilindro al
levantador STD
Limite
27.978 – 27.985 mm;
1.1014 – 1.1018”
0.015–0.076 mm; 0.0006-0.0018”
0.10 mm; 0.0039”
Múltiple de
admisión, escape y
válvula de control
de aire
Alabeo
Admisión Limite
Escape Limite
Válvula de control de aire Limite
0.2 mm; 0.008”
0.3 mm; 0.012”
0.2 mm; 0.008”
Árbol de Levas
Holgura de empuje STD
Limite
Holgura de aceite del muñón STD
Limite
Diámetro del muñón STD
Descentramiento circular Limite
Altura de la leva IN y EX STD
Limite
0.08- 0.19 mm; 0.0031 – 0.0075”
0.25 mm. 0.0098”
0.035–0.072 mm; 0.0014–0.0028”
0.1 mm; 0.004”
34.97-35.03mm; 1.3768–1.3791”
0.04 mm; 0.0016”
35.55–35.561mm; 3998-1.4.002”
35.155 mm; 1.3841”
Correa de
distribución
Deflexión de la correa de distribución
Resorte de tensión Longitud libre
Tensión instalado
4mm. (0.16”) a 2kg. (4.4 lb.; 20N)
43.5 mm 1.713”
9.97 kg.(22.0 Lb; 98 N)a 50.2 mm (
1.976”)
Bloque de cilindros
Alabeo Limite
Calibre del cilindro STD
Desgaste del calibre del cilindro Limite
0.05 mm; 0.0020”
81.00 – 81.03 mm; 3.189-3.1902”
0.2 mm; 0.008”
Pistón y segmentos
del pistón
Diámetro del pistón STD
Holgura entre el pistón y el cilindro
Separación del extremo del segmento del pistón
Nº 1
Nº 2
Aceite
80.89–80.92 mm; 3.1845–3.1858”
0.10-0.12 mm; 0.0039-0.0047”
0.25-0.47 mm; 0.0098-0.0185”
0.20-42 mm; 0.0079-0.0165”
0.20 – 0.08 mm; 0.0079-0.0031”
pág. 133
Limite de holgura entre la ranura del segmento y el
segmento Nº 1
Nº 2
Temperatura de instalación del pasador del pistón.
0.03 – 0.07 mm; 0.0012 – 0.0028”
0.03–0.007 mm; 0.0012– 0.0028”
20 ºC 68 ºF
Biela y Cojinete
Holgura de empuje STD
Limite
Holgura de aceite del cojinete STD
Limite
Alabeo de la biela Limite
Torcimiento de la biela Limite
0.15 – 0.25 mm; 0.0059-0.0098”
0.30 mm; 0.0118”
0.020–0.051 mm; 0.0008-0.0020”
0.08 mm; 0.0031”
0.03 mm; 0.0012”
0.05 mm 0.0020”
Árbol del Cigüeñal
Holgura de empuje STD
Limite
Grosor de la arandela de empuje STD
Holgura de aceite del muñón principal STD
Limite
Diámetro del principal STD
Holgura del pasador del cigüeñal STD
Limite
Diámetro del pasador del cigüeñal STD
Descentramiento circular Limite
Conicidad y excentricidad del muñón
principal Limite
Conicidad y excentricidad del muñón
del pasador del cigüeñal Limite
0.020-0.185 mm; 0.0008-0.0073”
0.30 mm; 0.0118”
2.440-2.490mm; 0.0961-0.0980”
0.012-0.049 mm; 0.0005-0.0019”
0.10 mm; 0.0039”
47.985-48.000mm;1.8892-1.889”
0.020-0.051 mm; 0.0008-0.0020”
0.08 mm; 0.0031”
39.985-40.00mm;1.5742-1.5748”
0.06 mm; 0.0024”
0.02 mm; 0.0008”
0.02 mm; 0.008”
pág. 134
PAR DE APRIETE
PARTES A APRETAR
Kgcm
Lb-pie
N*m
Perno de la culata
Culata del cilindro x tapa del cojinete del árbol de
levas
Culata del cilindro x bujía de encendido
Culata del cilindro x válvula de control de aire x
múltiple de admisión
Culata del cilindro x múltiple de escape
Culata del cilindro x tubería de suministro
Culata de l cilindro x bomba de aceite
Bloque de cilindros x tapa del cojinete del árbol del
cigüeñal
Bloque de cilindros x sumidero de aceite
Intermedia de la correa de distribución x bomba de
aceite.
Árbol de levas x polea de distribución del árbol de
levas
Árbol del cigüeñal x polea del árbol del cigüeñal
Árbol del cigüeñal x volante
Tapa de la biela x biela
560 – 660
115 - 145
150 – 210
190 – 250
220 – 280
160 – 190
175 – 260
560 – 660
35 – 65
300 - 450
400 – 550
1.100 – 1300
700 – 800
180 – 540
41 – 47
9 – 10
11 – 15
14 – 18
16 – 20
12 – 13
13 – 18
41 – 47
31 – 56
22 – 32
29 – 39
84 – 94
51 – 57
34 – 39
55 – 64
12 – 14
15 – 20
19 – 24
22 – 27
16 – 18
18 – 25
55 – 64
3.5 – 6.3
30 – 44
40 – 53
108-127
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15 - 52
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• “Curso de Higiene y Seguridad Industrial, Tomo III
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• Manual de Motores Toyota 4A – FE & 4A – FE ENGINES
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