Tecnología Cap 1

INSTITUTO TECNOLGICO DE MOTORES

TECNOLOGA DE MOTORES

Manual del Curso

Ao 2013

Aristbulo del Valle 5125 Villa Ballester Bs. As. - Argentina 4767-4878 E mail: [email protected] www.cursositm.com.ar


2 Marzo 2013

La reproduccin o transcripcin total y parcial de este material est prohibido, salvo expresa

autorizacin por escrito de ITM Instituto Tecnolgico de Motores

Las informaciones contenidas en este manual son exclusivamente para complementar el curso estando sujetas a modificaciones sin previo aviso

Bibliografa de referencia: - Manual Tcnico automotriz de Frank J. Thiessen y Davis N. Dales Ed. Prentice Hall Hispanoamericana S.A. -

Mxico -95 - Manual de Mecnica Diesel de Frank J. Thiessen y Davis N. Dales Ed. Prentice Hall Hispanoamericana S.A. -

Mxico -95 - Ajustes de Motores y Controles de Emisiones de Herbert E. Ellinger James D. Halderman Ed. Prentice-Hall

Hispanoamericana S.A. Mxico 93. - Tecnologas avanzadas del Automvil de J.M. Alonso Ed Paraninfo - Madrid 95. - Tcnicas del Automvil, Motores de J.M. Alonso Ed Paraninfo - Madrid 95. - Preparacin de Motores de serie para Competicin de Stefano Gilliere Ed. Ceac Barcelona -2000.


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INDICE GENERAL

Captulo Sistemas del automvil ............................................................................................. 1 El principio. Componentes y sistemas. Grupo motriz. Clasificacin segn ubicacin del grupo motopropulsor. Anclaje del grupo motopropulsor. Motores de combustin interna: Ciclos de funcionamiento .................................. 2 Definicin de motor endotrmico. Componentes motor. Ciclos operativos. Ciclos prcticos. Conformacin del motor. Caractersticas de los motores de combustin interna ......................................... 3 Dimensin del cilindro. Potencia del motor. Par motor. Potencia efectiva. Potencia absorbida. Curvas caractersticas del motor. Nmero y disposicin de los cilindros. Componentes del motor ............................................................................................ 4 Componentes bsicos del motor. Bloc motor. Tapa de cilindros. Pistn. Perno de pistn. Aros. Biela. Cigeal. Volante de inercia. Componentes del motor: rganos de la distribucin ............................................. 5 Sistema de distribucin. rbol de levas. Funcionamiento del rbol de levas. Vlvulas. Disposicin de las vlvulas en el cilindro. Balancines, varillas y botadores. Botadores hidrulicos. Distribucin variable. Mltiple de admisin y escape.


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Captulo Verificacin y reparacin de los componentes del motor ..................................... 6 Desmontaje y limpieza del motor. Verificacin del bloque motor. Verificacin de los cilindros. Verificacin de los pistones. Verificacin de las bielas. Verificacin del cigeal. Verificacin de la tapa de cilindros. Verificacin de las vlvulas. Verificacin del rbol de levas. Verificacin de taqus, empujadores y balancines. Regulacin del juego de taqus. Puesta a punto de la distribucin. Armado del motor.

Sistema de lubricacin del motor ................................................................................ 7 Finalidad de la lubricacin. Clasificacin de los aceites. Sistemas de lubricacin. Enfriadores de aceite. Bomba de aceite. Filtrado del aceite. Sistema de ventilacin del crter. Renovacin del aceite. Verificacin y control del sistema de lubricacin Conceptos sobre combustin ..................................................................................... 8 Composicin del aire atmosfrico. Productos de la combustin. Formulacin de mezclas La carburacin: Fundamentos .................................................................................... 9 Principios de la carburacin. Carburador elemental. Correccin automtica de la riqueza de la mezcla. Economizadores y enriquecedores. El econostato. Bomba de aceleracin. Dispositivo de ralent.


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Captulo Elaboracin de la mezcla ............................................................................................. 10 Sistemas de la elaboracin de la mezcla. Surtidor principal. Surtidor principal de aire. Tubo emulsionador. Circuitos de marcha lenta. Surtidor de la bomba de aceleracin. Caractersticas de reglaje de un carburador. Instalacin de varios carburadores a un motor. Encendido: Funcionamiento y componentes ............................................................. 11 Sistema de encendido. Funcionamiento del sistema de encendido Bobina de encendido. Conjunto del distribuidor o delco. Ruptor Condensador de encendido. Distribuidor de encendido. Bujas Punto de encendido. Sistema de avance del encendido Mantenimiento de la instalacin de encendido Comprobacin de funcionamiento del circuito de encendido Puesta a punto del encendido. Sistemas de encendido electrnicos Sistemas electrnicos de encendido .......................................................................... 12 Ayuda electrnica para el encendido Encendido electrnico con generador de pulsos Sistema electrnico de encendido por impulsos de induccin Sistema electrnico de encendido con generador HALL Encendido electrnico integral Encendido electrnico por descarga de condensador Comparacin de los sistemas de encendido


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Captulo Acumuladores para automviles ................................................................................. 13 Batera. La electrlisis. Estructura de una batera de plomo Carga y descarga de una batera. Caractersticas elctricas de las bateras Mantenimiento de acumuladores. Evolucin de las bateras de arranque Carga y verificacin de acumuladores Transformadores o cargadores. Diodos rectificadores Cargadores de bateras. Carga de bateras con el cargador Medida de la densidad del electrlito. Medida de la tensin de la batera Verificacin y control de las bateras. Averas en los acumuladores Circuito de arranque. Motor de arranque Circuito de arranque. Principio de funcionamiento del motor de arranque Componentes del motor de arranque Conexionado y funcionamiento del motor de arranque Motor de arranque con accionamiento de rel Verificacin y control del sistema de arranque Instalacin de los motores de arranque. Verificacin del circuito de arranque Verificacin y control de los componentes del motor de arranque Prueba de funcionamiento del motor de arranque Circuito de carga. Alternador Circuito de carga. Alternador Principio de funcionamiento del alternador Rectificadores. Estructura y componentes del alternador Curvas caractersticas del alternador Circuito de carga. Regulador Necesidad de la regulacin. Reguladores de contactos Aplicacin de la electrnica a los reguladores Transistor. Reguladores electrnicos Verificacin y control del circuito de carga Instalacin y mantenimiento del alternador Verificacin del circuito de carga. Verificacin y control del alternador Prueba del alternador en banco. Verificacin y control del regulador


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INTRODUCCIN El presente manual ha sido redactado para actuar como soporte didctico del curso de Tecnologa de Motores. En su transcurso abordaremos el estudio de los componentes y sistemas del motor, para conocer su funcionamiento y aplicaciones, as como la verificacin y la medicin de todos los elementos mencionados en el ndice. El enfoque del curso de Tecnologa de Motores est orientado al conocimiento de una de las ms recientes e importantes nuevas tecnologas incorporadas en el automvil de nuestros das. Y el manual que lo acompaa tiene como objetivo fundamental lograr la mxima claridad posible en la comprensin de los temas, acudiendo siempre a lo prctico con preferencia a los largos estudios tericos. La sencillez del lenguaje, as como la forma y sntesis de los contenidos, caracterizan a este trabajo, que de ninguna manera se aparta del rigor tcnico que requiere un curso como el que estamos desarrollando. Cada tema expuesto en el presente manual se complementa con dibujos y grficos que facilitan la comprensin de los contenidos previos.


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INDICE CAPTULO 1

SISTEMAS DEL AUTOMVIL

- El principio

- Componentes y sistemas

- Grupo motriz

Funcin del embrague Funcin de la caja de cambios Funcin del cardn Funcin del puente trasero Funcin de los palieres Funcin de los frenos Funcin del sistema de suspensin Funcin del subsistema de direccin Chasis y carrocera

- Clasificacin segn ubicacin del grupo motopropulsor

- Anclaje del grupo motopropulsor


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SISTEMAS DEL AUTOMVIL EL PRINCIPIO La primera persona que logr definir qu cosa era un automvil y llamar a cada componente y sistema por su nombre, explicando su funcionamiento, fue el abogado norteamericano George Baldwin Selden. En 1877 Selden declar haber construido un automvil, enumerando cada elemento, sistema y funciones, y el Registro Oficial de Patentes de los Estados Unidos le otorg el privilegio de invencin en 1895. A partir de ah, todos los fabricantes norteamericanos debieron pagarle a Selden un derecho por cada automvil construido, incluido Henry Ford, quien en 1903 le inici un juicio que logr ganar en 1911. No ms pago de derechos por construir un auto. Siguiendo el ejemplo de Baldwin -pero sin cobrar derechos de patente- vamos a enumerar los numerosos elementos que constituyen un automvil, cada uno de los cuales tiene una funcin propia, nica, que adquiere relevancia en estrecha relacin con los dems. Esta suma de individualidades, llamadas componentes y sistemas, son las que aseguran un correcto funcionamiento del vehculo bajo cualquier condicin de marcha a la que se vea sometido. COMPONENTES Y SISTEMAS Si bien el mercado actual est saturado de una diversidad de modelos y tipos de automviles con estructuras diferentes, bsicamente utilizan componentes y sistemas similares, los que detallamos a continuacin en la ilustracin. En este caso, se trata de un vehculo de traccin convencional. En este tipo de vehculos el motor est situado en la parte delantera y vinculado a la caja de velocidades por medio del embrague. Cuando el embrague se acopla, el movimiento del motor se transmite a la caja de velocidades, de donde es enviado al puente trasero por medio del cardn de transmisin. El empuje es transmitido al vehculo por el sistema de propulsin. Los frenos, suspensin y direccin, completan el conjunto de mecanismos o sistemas que se fijan al chasis.


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GRUPO MOTRIZ Para que el motor transforme la energa qumica del combustible en energa mecnica de movimiento, se necesita combinarlo con el aire dentro del cilindro. La mezcla inflamable lograda se enciende por el salto de una chispa (aire/nafta) o por compresin (aire/gasoil). Como consecuencia, los gases quemados en la combustin empujan al pistn que, por intervencin de la biela, transforma el movimiento lineal dentro del cilindro en giro de un cigeal, el que se transmite a las ruedas y hace desplazar el vehculo. El combustible es almacenado en un depsito (o tanque) ubicado, por razones de seguridad, en el extremo opuesto al alojamiento del motor. Una bomba lo toma desde el depsito y lo hace llegar hasta el motor. Circuito de refrigeracin. Toda combustin produce calor. Para disipar la elevada temperatura producida por la sucesin de combustiones en cada cilindro del motor se recurre a un circuito de refrigeracin, para evitar daos. La disipacin del calor se logra a travs del pasaje de aire (p.ej.: Citron 2 y 3 CV, algunos Porsche) o haciendo circular una corriente de agua. En este caso, el agua que pasa por el bloc y la tapa de cilindros es empujada por una bomba hacia el radiador, donde es enfriada, ya sea por accin de un ventilador o producto de la propia marcha del vehculo. Circuito de lubricacin. Pistones, aros, bielas, pernos, cigeal, rbol de levas, son todas piezas en movimiento en el interior del motor. Para evitar que el calor y el rozamiento produzcan su rpido o excesivo desgaste se dispone de un circuito de lubricacin, que interpone una pelcula de aceite entre las piezas. La variacin en el giro del motor (activndolo o retardndolo) se logra a voluntad del conductor, por mediacin del acelerador. Si se pisa el pedal, se acelera el giro. Si se lo suelta, desacelera, hasta terminar girando en ralent (motor regulando). FUNCIN DEL EMBRAGUE La fuerza de giro del cigeal del motor se condensa en el volante motor el cual, para poder trasladar ese giro a las ruedas, debe conectarse a la transmisin a travs del embrague. El principio en que se basa el funcionamiento del embrague es el de dos discos de materiales dotados de un alto ndice de rozamiento que presionan fuertemente entre s, logrando as una unin rgida del motor con la caja de velocidades y el resto del sistema de propulsin. Cuando el embrague se ha acoplado con el volante del motor, se dice que est embragado. Si no hubiere unin, el motor estar desembragado y el sistema de propulsin no transmitir su giro a las ruedas. Las dimensiones del embrague -cuya tarea ms pesada es la de poner en marcha al vehculo desde parado (0 km/h)- estn en relacin directa con el par motor a transmitir.


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Segn ley de mecnica, en todo trabajo, lo que se gana en potencia se pierde en velocidad y, as, mediante el empleo de la caja de velocidades, se puede disponer de una mayor potencia para subir las pendientes, a condicin de perder un poco de velocidad. Esto se consigue con una reduccin adecuada del giro que proporciona el motor. FUNCIN DE LA CAJA DE CAMBIOS La caja de cambios es un mecanismo de mediacin entre el motor y la transmisin. Su misin es la de variar los giros del motor o la velocidad del vehculo en funcin de las necesidades de marcha. Para ello dispone en su interior de una serie de engranajes dispuestos sobre dos ejes principales, que pueden unirse entre s de distintas formas, variando convenientemente la relacin del giro del motor y el de las ruedas motrices del automvil segn las combinaciones que se establezcan. De este modo se obtienen diferentes velocidades en las ruedas del vehculo con la misma velocidad de motor. O, caso contrario, mediante la adecuada reduccin en la caja de cambios, se puede disponer de una mayor potencia para subir pendientes, a condicin de perder un poco de velocidad. De esta manera se responde a la ley de mecnica que dice que en todo trabajo lo que se gana en potencia se pierde en velocidad. FUNCIN DEL CARDN El cardn es propio de los vehculos de motor delantero y traccin trasera. Su funcin es la de transmitir el giro desde el grupo motor-caja de velocidades al puente trasero o diferencial. Est formado por uno o dos tubos de acero, unidos entre s por medio de juntas elsticas, que tambin se disponen en la salida de la caja de cambios y en la toma de movimiento del puente trasero. Las juntas de unin tienen por objeto absorber durante la marcha las oscilaciones del diferencial, al que van unidas las ruedas. El ngulo entre los ejes puede variar durante el funcionamiento. Tanto en los vehculos con motor y traccin delantera como en aquellos de motor y traccin trasera, el motor, el embrague, la caja de cambios y la transmisin forman un solo bloque. En estos casos, el giro es transmitido directamente a las ruedas motrices desde la caja de cambios, por medio de semiejes articulados por juntas homocinticas. FUNCIN DEL PUENTE TRASERO Es el conjunto de rganos que unen el cardn de transmisin a las ruedas traseras. Sus misiones a cumplir son las que siguen:


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1. Convertir la rotacin longitudinal del cardn en rotacin transversal para mover las ruedas. Y reducir la velocidad de giro proporcionada por el grupo motor-caja de velocidades antes de trasladarlo a las ruedas. Ambos cometidos se logran por medio de dos engranajes de ngulo reunidos en el mecanismo pin-corona. Como la corona es de 3 a 5 veces mayor que el pin, se desmultiplica -como anteriormente con la caja de cambios- el giro del cigeal del motor.

2. Disponer de un mecanismo de engranajes de movimiento relativo (piones conocidos con el

nombre de planetarios y satlites) que en las curvas permita a la rueda exterior girar a mayor velocidad respecto de la interior, ya que aquella tiene que recorrer un camino ms largo.

FUNCIN DE LOS PALIERES Tambin llamados semiejes. Unen por sus extremos el diferencial con cada una de la ruedas, a las cuales transfieren el giro que llega a puente trasero desde el grupo motor-caja. Las ruedas, apoyadas en el suelo, trasladan el esfuerzo de giro que se les comunica y ruedan sobre la superficie, transmitiendo un empuje al puente trasero, al que van unidas. Estas ruedas reciben el nombre de motrices. FUNCIN DE LOS FRENOS Los frenos se emplean para aminorar la marcha del vehculo o para detenerlo totalmente. El sistema de frenos se acciona con un pedal emplazado en el interior del vehculo, a la derecha del embrague. Al pisar el pedal del freno, el conductor activa el mecanismo de frenado instalado en cada rueda. Si la presin es excesiva se producir el bloqueo (dejan de girar) de una o ms ruedas. Los actuales sistemas ABS lo impiden. FUNCIN DEL SISTEMA DE SUSPENSIN Conjunto de rganos mecnicos que unen las ruedas a la estructura principal (chasis o bastidor). Su misin es proporcionar una mayor estabilidad al vehculo y un confort de marcha superior. El sistema de suspensin est compuesto por distintos medios elsticos de unin, tales como neumticos, elsticos, resortes helicoidales (asistidos en muchos casos por barras antirrolido) y amortiguadores. Los neumticos absorben los pequeos baches del terreno; los elsticos y resortes los grandes desniveles; y los amortiguadores frenan las oscilaciones de los elsticos y resortes. El sistema de suspensin logra que el vehculo no se sacuda excesivamente durante su marcha por caminos irregulares.


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FUNCIN DEL SUBSISTEMA DE DIRECCIN La direccin tiene por objeto controlar los movimientos del vehculo segn el deseo del conductor, quien controla el mecanismo que orienta las ruedas delanteras, llamadas por lo tanto directrices. El subsistema de direccin controlado por el conductor consta de un volante que este hace girar desde el interior del vehculo, el cual est unido a la columna de direccin, y de sta a unas barras articuladas que mueven las ruedas. Como ocurre con el puente trasero, las ruedas directrices debern recorrer distintos caminos, por lo cual debern girar en un plano adecuado a su eje vertical de simetra. CHASIS Y CARROCERA El chasis o bastidor de un vehculo es un armazn (metlica o de materiales compuestos) que tiene por finalidad fijar y relacionar los distintos sistemas y rganos mecnicos, soportando el peso de unos (motor, caja de velocidades, etctera) y vinculando a otros a su estructura (suspensin y ruedas). En los automviles de turismo actuales el chasis o bastidor independiente ha sido reemplazado por un armazn estructural autoportante, cuya rigidez viene reforzada por la incorporacin de los diversos paneles que conforman la carrocera. La carrocera tuvo en un principio solamente la misin de alojar y proteger a los pasajeros y a los rganos mecnicos, otorgndole adems al vehculo una esttica aceptable. Pero en la actualidad la seguridad y la aerodinmica han adquirido gran importancia en su diseo.


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Teniendo en cuenta aspectos referentes a la seguridad, el actual armazn estructural autoportante se construye formando un cuerpo central que aloje al conductor y a los pasajeros (llamado, por lo tanto, habitculo), protegido por dos cuerpos, uno delantero y otro trasero. Estos tienen que ser capaces de absorber -por deformacin progresiva y por desvo a lo largo de parantes y zcalos- gran parte de la energa desarrollada en un choque, en lugar de transmitirla directamente a los ocupantes. Tambin pueden verse en la figura unas barras en las zonas de las puertas, resistentes a los golpes laterales (refuerzos laterales o anti-intrusin), y refuerzos en el techo para casos de vuelco. A travs de una buena aerodinmica se pretende lograr carroceras que despierten emociones en el cliente futuro, sin perjuicio de una buena economa de combustible. Las lneas aerodinmicas de un vehculo tienen como objetivo minimizar la resistencia que el aire opone a su avance. Una buena aerodinmica supone que, para una misma potencia de motor, el consumo de combustible se reduce y las prestaciones aumentan. En los aos 20 del siglo pasado se tom como ideal aerodinmico la forma de gota, pero el resultado final resultaba incmodo para los ocupantes y poco prctico en el trnsito urbano. A travs de los aos el concepto fue cambiando. Se fue pasando por el parabrisas inclinado y luego envolvente, los faros embutidos y el nuevo ideal del auto ancho y de techo bajo. Actualmente, gracias al uso del tnel de viento, son aerodinmicos los autos con techo alto, como fue el precursor Fiat Uno (Giugiaro). La forma aerodinmica de una carrocera es expresada a travs del Coeficiente de Resistencia Aerodinmica (Cx), que constituye una buena evaluacin de la capacidad de penetracin de un vehculo en el aire. CLASIFICACIONES SEGN UBICACIN DEL GRUPO MOTOPROPULSOR La ubicacin del grupo motopropulsor, define la siguiente clasificacin: a) Automviles con motor delantero y propulsin trasero. b) Automviles con motor y propulsin delanteros. c) Automviles con motor y propulsin traseros. d) Automviles con propulsin total (traccin en las 4 ruedas).


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En los vehculos del grupo a) vemos que el motor (o el grupo motor-caja de cambios) est situado en la parte delantera, y desde all se lleva el giro de rotacin al puente (o grupo caja-puente) por medio de un eje cardn con juntas elsticas que permite el movimiento relativo del eje trasero respecto de la carrocera. Desde el eje trasero se comunica el movimiento a las ruedas, que en este caso son las motrices. Esta disposicin sigue siendo tradicional para determinadas marcas (P.ej.: BMW, Rolls Royce y en la mayora de los Jaguar) y su principal ventaja consiste en una distribucin racional del peso, que confiere al vehculo un buen comportamiento en ruta, tanto en lo referente a la estabilidad de marcha como en aceleraciones o frenadas. El apartado b) muestra los vehculos cuyo motor, caja de velocidades y diferencial estn situados en la parte delantera. En este caso, el movimiento hasta las ruedas frontales se transmite por mediacin de sendos rboles de transmisin. Esta disposicin simplifica el sistema de transmisin, al resultar las ruedas delanteras directrices y motrices al mismo tiempo, disposicin que reduce el peso total y el costo del vehculo por kilogramo. El montaje del motor delantero en posicin transversal hace an ms sencilla la transmisin del giro del cigeal y ayuda a un reparto equilibrado de pesos. Esta disposicin es muy utilizada en la actualidad, por cuanto a las condiciones de simplicidad y excelente estabilidad del vehculo en marcha, suma la posibilidad de concretar el diseo de habitculos amplios en autos de corta distancia entreejes, como demostr, a partir de 1959, Alex Issigonis, con el diseo de los Austin y Morris Mini. En el grupo c) estn nucleados los vehculos con motor, caja de velocidades y diferencial situados en la parte trasera, dando movimiento a las ruedas de ese eje, que en este caso son motrices. Desde los aos 60 esta ha sido la disposicin clsica para los vehculos de competicin y deportivos. En algunas aplicaciones, como ocurre en los Gran Turismo deportivos (P.ej.: Lancia Stratos, De Tomaso Pantera y De Tomaso Mangusta, diversas Ferrari) el motor se sita por delante del eje trasero, en el espacio destinado a los asientos de atrs, para dar una mayor estabilidad al vehculo a partir de un reparto idneo del peso, que est localizado preferentemente en la parte central. A esta disposicin se la denomina motor central. Los sistemas de propulsin total -grupo d)-, popularizados por el Jeep a partir de 1942, se convirtieron en el boom de fines del siglo XX. En estos sistemas de traccin integral el giro del motor es transmitido a ambos ejes del vehculo. La traccin puede ser permanente, o bajo demanda por gerenciamiento electrnico (P. ej.: Honda CR-V), o a voluntad del conductor por medio de perillas o pequeas levas, lo que les faculta para circular a campo traviesa, apoyndose en la traccin total de las cuatro ruedas. Generalmente, en estos casos se dispone el motor en la parte delantera, desde la que se transmite el giro a ambos ejes. El tercer diferencial o diferencial central es indispensable en vehculos rpidos o de elevado peso, como los Utilitarios Deportivos (SUV) tan en boga hoy en da, a efectos de evitar roturas.


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ANCLAJE DEL GRUPO MOTOPROPULSOR El anclaje del grupo motopropulsor al bastidor se hace generalmente por medio de patas de goma, que filtran las vibraciones producidas por su funcionamiento, evitando que sean transmitidas a la carrocera. Uno de los sistemas corrientes de sujecin del motor es fijarlo al travesao delantero mediante apoyos elsticos, utilizados tambin para sujetar al bloc motor por ambos lados. Y la caja de cambios se une mediante un apoyo elstico al travesao central, que est fijado por sus extremos a los largueros del chasis.

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