UNIVERSIDAD DE LOS ANGELES

INGENIERIA MECANICA AUTOMOTRIZ

TEMARIO DIESEL 3

CUATRIMESTRE 6

EFRAIN SANTIAGO PEDRO

ESTRUCTURA DEL MOTOR DE EXPLOSION

El motor trmico de combustin interna est formado bsicamente por una serie de elementos estticos y dinmicos, clasificados, en funcin de la misin que cumplen dentro del motor, en tres grupos esenciales, que seran:

Elementos fijos

En este grupo estn encuadrados aquellos elementos estticos necesarios para el funcionamiento del motor. Forman el armazn del motor y de los cilindros, en cuyo interior tiene lugar el proceso de combustin.

Bloque motor

El bloque constituye el cuerpo estructural donde se alojan y sujetan todos los dems componentes del motor.La forma y disposicin del bloque est adaptada al tipo de motor correspondiente, segn sea de cilindros en "lnea", horizontales opuestos o en "V".El bloque motor contiene los cilindros, los apoyos del cigeal y la culata, las canalizaciones de refrigeracin y engrase etc.

Bloque con refrigeracin por agua

Los motores refrigerados por agua llevan situados en el interior del bloque unos huecos y canalizaciones, denominadas "camisas de agua", que rodean a los cilindros y a travs de los cuales circula el agua de refrigeracin.

Bloque con refrigeracin por aire

En los motores enfriados por aire, para que la refrigeracin se realice en las debidas condiciones en toda la periferia del cilindro, es preciso que stos sean independientes, por lo que esta disposicin se emplea generalmente para motores mono cilndricos.Para conseguir la refrigeracin se dispone alrededor del bloque una serie de aletas que aumentan la superficie radiante y eliminan mejor el calor interno.

Bloque de motor de dos tiempos

En pequeos motores de dos tiempos, debido a su sistema de alimentacin y escape por lumbreras laterales situadas en el cilindro, no es preciso hacer la culata desmontable. Se fabrican generalmente de un solo cuerpo, del tipo monoblock, con lo que resultan ms compactos y evitan puntos de unin entre sus elementos.

En otros casos, en los motores de 2 tiempos la culata si est separada del bloque como podemos ver en le figura inferior.

Fabricacin del bloque

Los bloques se fabrican de una sola pieza y completamente huecos para eliminar peso muerto en el motor. Todos los cilindros van dispuestos en uno o dos bloques, segn el tipo de motor, unidos por su bancada, formando as un cuerpo nico.Esta disposicin de un solo bloque tiene la ventaja de dar mayor rigidez al conjunto, simplifica la refrigeracin del motor y facilita el proceso de fabricacin.El material empleado en la fabricacin de los bloques es, generalmente, fundicin de hierro con estructura perltica, aleado con pequeas proporciones de cromo y nquel, que proporcionan una gran resistencia al desgaste y proteccin a la corrosin. Este material adems resiste muy bien las altas temperaturas que tiene que soportar.En la fabricacin de bloques se emplean tambin las aleaciones ligeras a base de aluminio-silicio, que tienen las ventajas de su menor peso y gran conductibilidad trmica, con lo que se mejora la refrigeracin. Estas caractersticas permiten aumentar el grado de compresin en los motores de gasolina, con lo que se obtiene una mayor potencia til y un menor peso especfico para una misma cilindrada.

Formacin de los cilindros

El orificio circular que sirve de cilindro puede practicarse sobre el propio material del bloque, o bien puede obtenerse ajustando en este unas piezas postizas en forma de tubo llamadas "camisas". Estas piezas se fabrican independientemente y se montan sobre el bloque con un buen ajuste.Segn el procedimiento empleado para obtener los cilindros hay que distinguir tres clases de bloques:

Bloque integral

Los cilindros se mecanizan sobre el propio material del bloque. Para ello, el orificio destinado a formar el cilindro se obtienen en bruto, de fundicin, con la sobre medida necesaria para el mandrinado Este tipo de bloque es muy utilizado en la actualidad.

Bloque con camisasLas camisas son unos cilindros desmontables que se acoplan al bloque motor. Tienen la ventaja de que se pueden fabricar de materiales distintos al del bloque motor, por lo que pueden ser ms resistentes al desgaste y ms eficientes a la hora de evacuar el calor. En caso de avera o desgaste de los cilindros pueden ser sustituidas las camisas sin que el bloque motor se vea afectado.Las superficies interiores de las camisas se obtienen por mecanizado de precisin, rectificado y pulido. A continuacin, reciben un tratamiento superficial, que en muchos casos es un cromado con el fin de reducir el desgaste de segmentos y cilindros, estando controlado es proceso de forma que resulte una superficie finamente porosa capaz de retener el lubricantes. Hay dos tipos de camisas en los bloques: Camisas secas: se llaman camisas "secas" por qu no estn en contacto directo con el lquido de refrigeracin Camisas hmedas: se llaman camisas "hmedas" por qu estn en contacto directo con el lquido refrigerante

Camisas secas

Estas camisas van montadas a presin, en perfecto contacto con la pared del bloque, para que el calor interno puede transmitirse al circuito de refrigeracin. Estas camisas se fabrican de materiales ms resistentes que los del bloque por lo que pueden utilizarse en motores que soporten mayores presiones internas como son los motores Disel. Las camisas se montan en el bloque a presin por medio de una prensa, de esta forma se consigue que queden fijas sobre el bloque sin que puedan moverse.Las camisas secas pueden ser con pestaa de asiento y sin pestaa.

Camisas hmedas

Las camisas hmedas son unos cilindros independientes que se acoplan al bloque que es completamente hueco. Se ajustan al bloque por medio de unas juntas de estanqueidad, para evitar que el agua pase al crter de aceite. Estas camisas sobresalen ligeramente del plano superior del bloque de forma que quedan fijadas una vez que se aprieta la culata.

Esta disposicin del motor ofrece una mejor refrigeracin del motor, y se emplea generalmente en motores de gran potencia, donde se necesita una mayor evacuacin de calor. Tiene el inconveniente de su mayor costo de fabricacin y una cierta dificultad de montaje, ya que, al estar la camisa en contacto directo con el lquido de refrigeracin, existe el riesgo de que se produzcan fugas a travs de las juntas de estanqueidad.

La culataEs la pieza que sirve de cierre de los cilindros, formndose generalmente en ella las cmaras de combustin. En la culata se instalan las vlvulas de admisin y escape, los colectores de admisin y escape, los balancines, el rbol de levas, tambin los elementos de encendido o inyeccin, segn el tipo de motor de que se trate. Adems de las cmaras de combustin la culata tiene cmara para el lquido de refrigeracin y conductos para los gases de escape y aire de admisin.Culata para motor de cuatro tiempos

Debido a los esfuerzos a que est sometido y a las altas temperaturas que tiene que soportar, este elemento es una de las piezas ms delicadas y de difcil diseo del motor. La cantidad de huecos y orificios de paso que posee pueden hacer que su estructura quede debilitada. Se fabrica hueca para que pueda circular por su interior el agua de refrigeracin.Todo ello hace muy difcil a la hora de proyectar una culata, fijar matemticamente sus dimensiones y espesores de material, los cuales deben adaptarse a las caractersticas del motor, con un espesor en sus paredes lo ms uniforme posible para evitar desequilibrios trmicos en la misma, lo cual originaria la aparicin de grietas en la estructura.Las zonas de la culata que soportan ms calor son: la cmara de combustin y el conducto de salida de los gases quemados. Por tanto, se debe estudiar con detalle la correcta circulacin del lquido de refrigeracin, para que todo el conjunto quede trmicamente equilibrado.

Culata para motores de dos tiempos

Esta culata es ms simple que la de cuatro tiempos, ya que solo necesita un orificio para instalar la buja o inyector. Resulta an ms sencilla si la refrigeracin se realiza por aire.No obstante, la refrigeracin de esta culata es de suma importancia, ya que, al producirse en ella las combustiones con mayor rapidez, se dispone de menos tiempo para la evacuacin del calor interno. Por esta razn su material alcanza mayor temperatura lmite durante su funcionamiento. Estas culatas utilizan materiales de aleacin ligera como el aluminio y tienen una serie de aletas externas que ayudan a la evacuacin del calor del motor.

Material de las culatasEl material para la fabricacin de las culatas es:

Aleacin de aluminio: la culata se construye de aleacin de aluminio, silicio y magnesio. Sus principales cualidades son una buena resistencia, peso reducido y gran transferencia de calor, lo que permite alcanzar rpidamente la temperatura de funcionamiento y facilita la refrigeracin.Estas culatas son ms caras de fabricar y son ms frgiles porque sufren mayores deformaciones. Pero tienen la ventaja de su menor peso y su mayor capacidad de refrigeracin del motor. Estas caractersticas hacen que las culatas de este tipo sean la ms utilizadas actualmente. Se pueden montar tanto en motores con bloque de fundicin como de aleacin de aluminio.Hierro fundido: la culata se construye con una aleacin de hierro, cromo y nquel, que la hacen ms resistente y menos propensa a las deformaciones. Estas culatas admiten un mayor par de apriete y es ms resistente a las deformaciones y tiene la desventaja de su mayor peso y su menor capacidad de refrigeracin del motor.Montaje de la culata

Una de las caractersticas a tener en cuenta de las culatas es su amarre al bloque motor, ya que, al estar sometida a la fuerza de empuje de los gases de la combustin, tiende a separarse del bloque. Por esta razn, el sistema de amarre y el nmero ms conveniente de puntos de unin, se estudia cuidadosamente, as como la calidad y dimensiones de los esprragos empleados para ello.El nmero de puntos de amarre depende de las dimensiones de la culata ya que si se emplean muchos esprragos, mayor es el nmero de agujeros que hay que practicar en la misma, lo que debilita su estructura y aumenta las dificultades de moldeado. Por otra parte se disminuye el peligro de flexin y la dilatacin de la misma, al ser menor la separacin entre puntos de amarre, asegurando as el cierre estanco de los cilindros.El par de apriete establecido para cada culata viene indicado por el fabricante en funcin de la presin interna y del material empleado en su fabricacin. Este par de apriete se logra con el empleo de llaves dinamomtricas. Se debe seguir el orden de apriete establecido por el fabricante, comenzando normalmente por el centro y terminando por los extremos.Formas y caractersticas de las cmaras de combustin

Una caracterstica importante de las culatas es el tipo de cmaras de combustin que llevan mecanizadas. La cmara de combustin es el espacio que existe entre la cabeza del pintn en el PMS y las diferentes formas que se mecanizan en la culata. En la cmara de combustin se comprime la mezcla o el aire en su grado mximo.La cmara de combustin se construye principalmente en la culata, y en ella se alojan las vlvulas de admisin y escape y la buja o el inyector dependiendo del motor sea Otto o Disel.

Cmaras de combustin para motores Otto

En los motores de gasolina los mejores resultados se obtienen con una forma de cmara semiesfrica; pero debido a la disposicin y dimensionado de las vlvulas, cuyo asiento debe ser plano, la configuracin de la cmara se aleja de su forma ideal.Las diferentes formas de la cmara de combustin pueden ser:Cmara de baera y en cua

Se emplean generalmente con las vlvulas situadas en la culata y la buja situada lateralmente, lo cual facilita el acceso a este elemento. Tienen la ventaja de que el recorrido de la chispa es muy corto y de limitar el acceso de turbulencia en el gas, producindose, a la entrada de gases, un soplado sobre la cabeza del mbolo que reduce el picado.La cmara en forma de cua tiene las vlvulas colocadas en paralelo, lo que simplifica su sistema de mando.La cmara en forma de baera tiene una configuracin que facilita un gran alzado de vlvulas y tambin se simplifica el sistema de mando.

Cmara hemisfrica

Es la ms parecida a la forma ideal, las vlvulas se disponen una a cada lado de la cmara y la buja en el centro. Esta disposicin favorece la combustin y acorta la llama desde la buja a la cabeza del mbolo.Este tipo de cmara se emplea mucho actualmente, ya que permite utilizar vlvulas de mayor seccin o bien situar ms vlvulas para la admisin y escape (3, 4 y hasta 5 vlvulas).

Cmara cilndrica

Esta cmara es muy utilizada por su sencillez de diseo y fcil fabricacin, lo cual abarata el costo de la culata.

Cmara de combustin en motores de inyeccin directa

La cmara en estos motores desempea un papel muy importante ya que en algunas fases de su funcionamiento se utilizan mezclas pobres. Los pistones en estos motores utilizan unos deflectores en su cabeza (figura inferior), cuya forma orienta convenientemente el torbellino del gas de manera que se concentra una mezcla rica en torno a la buja y por otra parte tenemos una mezcla pobre en la periferia.

Cmaras de combustin para motores DiselEn el funcionamiento de los motores Disel, la combustin se realiza comprimiendo solamente el aire de admisin e inyectando a continuacin el combustible, el cual, al contacto con el aire caliente, se inflama y produce la combustin. Esta inflamacin no es instantnea sino que se produce cuando la temperatura del mismo se comunica al lquido. Es decir, que si el aire esta en reposo, las primeras gotas de combustible enfran el aire circundante, lo cual retrasa la combustin.Por otra parte, la combustin en estos motores no se realiza en un frente nico, como ocurre en los motores Otto, sino en diferentes puntos a la vez y se transmite a toda la mezcla. Si todos estos puntos de aire, en el interior de la cmara, no estn a la misma temperatura se produce un efecto de picado, al no inflamarse la mezcla homogneamente.Para tener una combustin ptima en los motores Disel es necesario tener una relacin de compresin alta y conseguir que el aire de admisin adquiera una turbulencia para que el calor se transmita por igual en todos los puntos de la cmara. La turbulencia del aire dentro del cilindro se consigue dando a la cmara de combustin la forma ms adecuada. Segn la disposicin adoptada, existen los siguientes tipos de cmaras:Cmaras de inyeccin directa

En este sistema el combustible es inyectado directamente en la cmara de combustin a travs de varios orificios del inyector. Al chocar el combustible contra la cabeza del mbolo, que es la zona ms caliente, se consigue una mejor mezcla y varios puntos simultneos de ignicin.La cmara de combustin est constituida en la cabeza del mbolo y la turbulencia se consigue dando a esta cmara una forma toroidal. Durante la admisin entra el aire con una inclinacin adecuada e incide lateralmente en la cmara y, siguiendo la forma de la misma, crea un torbellino en el centro que sube hasta chocar contra la culata y se une al que sigue entrando para formar el torbellino trico. El torbellino, durante la compresin, aumenta de velocidad, consiguiendo as mantener el aire en movimiento y su temperatura homognea en toda la cmara.Este sistema, al tener menor superficie de cmara de contacto con el circuito de refrigeracin, proporciona una mayor temperatura interna, lo cual facilita el arranque en fro y supone un menor consumo de combustible. El rendimiento del motor es ms elevado ya que se produce una combustin completa.

Cmaras de inyeccin indirecta

Este tipo de motores utilizan una cmara de combustin principal y otra auxiliar. La inyeccin de combustible se realiza en la pre cmara o cmara auxiliar que est unida a la principal por un estrechamiento, cuya funcin es provocar una gran turbulencia del aire y el combustible inyectado.La cmara auxiliar se fabrica de acero especial y va montada de manera postiza sobre la culata. La relacin de compresin es ms alta que en los motores de inyeccin directa del orden de 18 - 22/1. El uso de cmara auxiliar suaviza el funcionamiento del motor Disel y como desventaja tiene que aumenta el consumo de combustible. El arranque en fro del motor es ms difcil por lo que se utilizan sistemas de precalentamiento de la cmara auxiliar.Cmara de pre combustin

La cmara de combustin est dividida en dos partes; una en la propia cmara del cilindro y la otra en una antecmara o cmara auxiliar. Ambas cmaras se comunican entre s a travs de unos finos orificios, llamado difusores.Durante la compresin casi todo el aire pasa de la cmara principal a la antecmara a travs de los difusores y adquiere gran velocidad debido a la estrechez de los orificios. Una vez que se inyecta el combustible se produce la combustin en contacto con el aire caliente, de modo que se crea una sobrepresin que expulsa los gases inflamados a travs de los orificios calibrados a gran velocidad. Esto provoca una turbulencia en la cmara principal que hace posible una combustin progresiva.

Cmara de turbulenciaEsta configuracin se compone de una cmara auxiliar de forma casi esfrica anexa a la cmara de combustin principal, que tiene casi el 50% del volumen de la compresin total. La cmara auxiliar est conectada con la principal por una canal que desemboca tangencialmente orientado hacia el centro del pistn. En la cmara auxiliar estn ubicadas tambin el inyector y la buja de incandescencia. En la cmara de turbulencia se produce en el tiempo de compresin una fuerte turbulencia, en la cual el combustible es inyectado sobre el aire caliente que provoca la combustin total en el interior de la cmara auxiliar. La violencia de la expansin de los gases en la combustin es frenada por el canal tangencial, con lo que se consigue una expansin suave y progresiva.Los motores con cmara de turbulencia son los ms utilizados en los motores Disel para automviles. Esto fue as hasta la aparicin de los motores de inyeccin directa que son los ms utilizados actualmente.

Colectores de admisin y escapeEstos elementos van situados lateralmente en la culata y, como su nombre indica, son los conductos por los cuales entran los gases frescos al interior del cilindro y salen al exterior los gases quemados.Colector de admisinEl colector de admisin suele fabricarse de aluminio, ya que al no estar expuesto a las elevadas temperaturas del motor no sufre apenas dilataciones, reduciendo as el peso del mismo.La principal caractersticas de este colector, es su perfecto diseo en cuanto a distribucin y dimetro interior, a fin de que la mezcla o aire de admisin llegue sin prdidas de carga a cada uno de los cilindros. Para que esto se cumple la longitud de los tubos debe ser lo ms corto posible y equidistante del carburador o en sistemas de inyeccin mono punto, con una superficie interior perfectamente lisa, para evitar retenciones de la mezcla durante la admisin.

Para favorecer el arranque en fro evitando que el combustible se condense en las paredes, se utilizan sistemas de calentamiento situados en los colectores por debajo de la mariposa de gases. Estos sistemas pueden aprovechar el calor del agua de refrigeracin o bien utilizar una resistencia elctrica de calentamiento.En sistemas de inyeccin multipunto, los colectores se pueden optimizar mejor, ya que cada cilindro tiene su inyector al lado de la vlvulas de admisin, por lo que podemos dar una longitud a los tubos de admisin lo ms ptimo a las caractersticas del motor (cilindrada, n r.p.m.). En este tipo de motores se pueden utilizar sistemas de admisin variable que pueden variar la longitud de los tubos del colector de admisin o bien utilizar tubos divididos que se utilizan parcialmente o en su totalidad utilizando mariposas de paso.

En motores Disel se utilizan colectores como los utilizados en los sistemas de inyeccin multipunto ya que tienen un inyector por cada cilindro independientemente del sistema de inyeccin utilizado. En estos motores se buscan colectores de admisin que consigan una elevada turbulencia de aire en el interior del cilindro.

Colector de escapeSe fabrican de hierro fundido con estructuras perltica, ya que tiene que soportar altas temperaturas y presiones durante la salida de los gases. Como en el caso del colector de admisin, debe estar diseado para evitar toda contrapresin en el interior del cilindro y facilitar la salida rpida de los gases.Existen varios modelos que se adaptan a cada tipo de motor. Se emplea el sistema de tubos mltiples en los motores de altas prestaciones.

Disposicin de los colectores en el motor

Los colectores se sitan uno a cada lado de la culata, lo cual favorece el arrastre de gases quemados debido al flujo de entrada de los gases frescos de admisin.Otras veces, ambos colectores se colocan en el mismo lado de la culata, con lo cual el calor de los gases de escape se transmite al colector de admisin. Esta disposicin favorece la perfecta carburacin de la mezcla en los motores Otto y evita la condensacin de los gases en el colector de admisin en tiempo fro.

Juntas en el motor

En todo acoplamiento de elementos fijos se interpone una junta de unin, la cual hace de cierre estanco entre ellos. El material empleado para cada tipo de junta debe ser el adecuado a la funcin que tiene que cumplir y a la posicin que ocupa en el motor, ya que algunas de estas juntas han de soportar elevadas presiones y temperaturas. La junta ms importante del motor es la junta culata, por las duras condiciones en las que tiene que trabajar y por su enorme importancia en el normal funcionamiento del motor.Las juntas en general utilizadas en el automvil estn fabricadas en materiales como papel, corcho, caucho, metal o la combinacin de alguno de ellos (juntas de acero recubiertas de elastmeros).Atendiendo a su aplicacin, pueden dividirse en juntas de culata, juntas de sellado de crteres de aceite, colectores de admisin y escape, bomba de agua, bomba de aceite, etc.

Junta culata

La junta de culata es la junta plana sometida a las mayores exigencias de trabajo en el interior de un motor. Tiene la funcin de sellar las cmaras de combustin, los conductos de refrigerante y lubricante, y los agujeros de los tornillos entre s.Dependiendo del diseo del motor, una junta de culata consta de varias lminas de acero. As por ejemplo, los motores Disel de elevada carga de funcionamiento precisan de unas juntas de culata con un diseo constructivo mucho mayor que los motores Otto de escasa potencia y poca carga.Las prestaciones de las juntas culatas deben resistir todo tipo de requerimiento qumico, fsico y estructural de los motores y deben ser construidas con una elevada resistencia a: los gases de combustin y a diversos fluidos agresivos, las altas temperaturas y rpidas variaciones trmicas de hasta 240C, y las altas presiones de combustin extremadamente variables y puntuales de hasta 120 bar en motores Otto y ms de 200 bar en los motores Disel, por citar algunos datos.

Datos para elegir la junta culata

Para elegir el tipo de junta culata que montaremos sobre el motor hay una serie de datos que hay que tener en cuenta. Uno de los datos es la distancia entre la superficie del pistn (C) en el punto muerto superior (PMS) y la superficie de separacin del bloque motor. Otro dato importante es el espesor de la junta que viene determinado por el "nmero de entalladuras" o muescas.

Tipos de bombasLos sistemas de inyeccin disel se dividen en tres grupos:-Bombas de inyeccin en lnea-Bombas de inyeccin rotativas-Sistema de inyeccin de acumuladorBOMBAS DE INYECCIN EN LINEALas bombas de inyeccin estn formadas por un elemento de bombeo con un cilindro y un embolo de bomba por cada cilindro del motor. El embolo de bomba se mueve en la direccin de suministro por el rbol de levas accionando por el motor, y retrocede empujado por el muelle del embolo. Los elementos que forman la bomba estn dispuestos en lnea. Para poder variar el caudal de suministro el embolo dispone de aristas de mando inclinadas, de manera que al girar el mbolo mediante una varilla de regulacin resulte la carrera til deseada. Existen vlvulas de presin adicionales situadas entre la cmara de alta presin de bomba y la tubera de impulsin que determinan un final de inyeccin exacto y procuran un campo uniforme de bomba. Dentro del grupo de bombas de inyeccin en lnea existen dos tipos:

Bomba de inyeccin en lnea estndar PE:Un taladro de aspiracin determina el comienzo de suministro, este se cierra por la arista superior del mbolo. El caudal de inyeccin se determina utilizando una arista de mando dispuesta de forma inclinada en el embolo, que deja libre la abertura de aspiracin.Bomba de inyeccin en lnea con vlvula de corredera:La principal diferencia entre esta bomba y la bomba en lnea estndar es que la bomba con vlvula corredera se desliza sobre un embolo de la bomba mediante de un eje actuador convencional, con lo cual puede modificarse la carrera previa y el comienzo de inyeccin.BOMBA DE INYECCIN ROTATIVA DE EMBOLO AXIALEl funcionamiento de esta bomba consiste en una bomba de aletas que aspira el combustible del depsito y lo introduce en el interior de la cmara de bomba. El embolo realiza tantas carreras como cilindros del motor a de abastecer La bomba rotativa convencional dispone de una corredera de regulacin que determina la carrera til y dosifica el caudal de inyeccin. El comienzo de suministro est regulado a travs de un anillo de rodillos. El caudal de inyeccin es dosificado por una electrovlvula, las seales que ordenan el control y la regulacin son procesadas por ECU (unidad de control de bomba y unidad de control de motor). Dentro del grupo de bombas de inyeccin rotativas existen tres tipos:

Bomba de inyeccin individual PF:Este tipo de bombas no dispone de rbol de levas propio, sin embargo, su funcionamiento es equiparable al de la bomba de inyeccin lineal PE. Las levas encargadas del accionamiento se encuentran sobre el rbol de levas correspondiente al control de vlvulas del motor, por ese motivo no es posible la variacin del avance mediante un giro del rbol de levas.Unidad de bomba-inyector UIS:En este tipo de bombas por cada cilindro del motor se monta una unidad en la culata que es accionada directamente por un empujador o indirectamente por un balancn. Dispone de una presin de inyeccin superior a la proporcionada por las bombas de inyeccin en lnea y rotativas, esto es debido a que no dispone de tuberas de alta presin. Debido a la elevada presin de inyeccin se consigue una importante reduccin de emisiones contaminantes.Unidad bomba-tubera-inyector UPS:Este sistema de inyeccin trabaja segn el procedimiento que la unidad bomba-inyector. Este sistema, contrariamente a la unidad bomba-inyector, el inyector y la bomba estn unidos mediante una tubera corta de inyeccin. El inyector UPS dispone de una inyeccin por cada cilindro del motor. La regulacin electrnica del comienzo de inyeccin y duracin de inyeccin proporciona al motor una reduccin de las emisiones contaminantes.EL TURBOCOMPRESORTiene la particularidad de aprovechar la fuerza con la que salen los gases de escape para impulsar una turbina colocada en la salida del colector de escape, dicha turbina se une mediante un eje a un compresor. El compresor est colocado en la entrada del colector de admisin, con el movimiento giratorio que le transmite la turbina a travs del eje comn, el compresor eleva la presin del aire que entra a travs del filtro y consigue que mejore la alimentacin del motor. El turbo impulsado por los gases de escape alcanza velocidades por encima de las 100.000 rpm, por tanto, hay que tener muy en cuenta el sistema de engrase de los cojinetes donde apoya el eje comn de los rodetes de la turbina y el compresor. Tambin hay que saber que las temperaturas a las que se va a estar sometido el turbo en su contacto con los gases de escape van a ser muy elevadas (alrededor de 750 C).

Ciclos de funcionamiento del TurboFuncionamiento a ralent y carga parcial inferior:En estas condiciones el rodete de la turbina de los gases de escape es impulsada por medio de la baja energa de los gases de escape, y el aire fresco aspirado por los cilindros no ser precomprimido por la turbina del compresor, simple aspiracin del motor.Funcionamiento a carga parcial media:Cuando la presin en el colector de aspiracin (entre el turbo y los cilindros) se acerca la atmosfrica, se impulsa la rueda de la turbina a un rgimen de revoluciones ms elevado y el aire fresco aspirado por el rodete del compresor es pre comprimido y conducido hacia los cilindros bajo presin atmosfrica o ligeramente superior, actuando ya el turbo en su funcin de sobrealimentacin del motor.

Funcionamiento a carga parcial superior y plena carga:En esta fase continua aumentando la energa de los gases de escape sobre la turbina del turbo y se alcanzara el valor mximo de presin en el colector de admisin que debe ser limitada por un sistema de control (vlvula de descarga). En esta fase el aire fresco aspirado por el rodete del compresor es comprimido a la mxima presin que no debe sobrepasar los 0,9 bar en los turbos normales y 1,2 en los turbos de geometra variable.Constitucin de un turbocompresor

Los elementos principales que forman un turbo son eleje comn(3) que tiene en sus extremos losrodetes de la turbina (2) y el compresor (1)este conjunto gira sobre loscojinetes de apoyo, los cuales han de trabajar en condiciones extremas y que dependen necesariamente de uncircuito de engraseque los lubricaPor otra parte el turbo sufre una constante aceleracin a medida que el motor sube de revoluciones y como no hay lmite alguno en el giro de la turbina empujada por los gases de escape, la presin que alcanza el aire en el colector de admisin sometido a la accin del compresor puede ser tal que sea ms un inconveniente que una ventaja a la hora de sobrealimentar el motor. Por lo tanto se hace necesario el uso de un elemento que nos limite la presin en el colector de admisin. Este elemento se llamavlvula de descargaovlvula waste gate(4).

Regulacin de la presin turbo

Para evitar el aumento excesivo de vueltas de la turbina y compresor como consecuencia de una mayor presin de los gases a medida que se aumenten las revoluciones del motor, se hace necesaria una vlvula de seguridad (tambin llamada: vlvula de descarga o vlvula waste gate). Esta vlvula est situada en derivacin, y manda parte de los gases de escape directamente a la salida del escape sin pasar por la turbina.La vlvula de descarga o wastegateesta formada por una cpsula sensible a la presin compuesta por un muelle (3), una cmara de presin y un diafragma o membrana (2). El lado opuesto del diafragma est permanentemente condicionado por la presin del colector de admisin al estar conectado al mismo por un tubo (1). Cuando la presin del colector de admisin supera el valor mximo de seguridad, desva la membrana y comprime el muelle de la vlvula despegndola de su asiento. Los gases de escape dejan de pasar entonces por la turbina del sobre alimentador (pasan por el bypass (9)) hasta que la presin de alimentacin desciende y la vlvula se cierra.

La presin mxima a la que puede trabajar el turbo la determina el fabricante y para ello ajusta el tarado del muelle de la vlvula de descarga. Este tarado debe permanecer fijo a menos que se quiera intencionadamente manipular la presin de trabajo del turbo, como se ha hecho habitualmente. En el caso en que la vlvula de descarga fallase, se origina un exceso de presin sobre la turbina que la hace coger cada vez ms revoluciones, lo que puede provocar que la lubricacin sea insuficiente y se rompa la pelcula de engrase entre el eje comn y los cojinetes donde se apoya. Aumentando la temperatura de todo el conjunto y provocando que se fundan o gripen estos componentes.Ejemplo prctico de modificacin de la presin de soplado del turboComo ejemplo citamos aqu el conocido turbo Garret T2 montado en el clsico: Renault 5 GT Turbo, que tanto ha dado que hablar, por lo fcil que era modificar la presin de soplado del turbo, para ello simplemente haba que atornillar/desatornillar el vstago (2) del actuador de la wastegate (4). Cuanto ms corto sea el vstago, ms presin se necesita para abrir la wastegate, y por consiguiente hay ms presin de turbo.Para realizar esta operacin primero se quitaba el clip (1) que mantiene el vstago (2) en el brazo de la vlvula (5). Afloja la tuerca (3) manteniendo bien sujeta la zona roscada (6) para que no gire y dae la membrana del interior de la wastegate, ahora ya se puede girar el vstago (usualmente tiene dado un punto para evitar que la gente cambie el ajuste, as que hay que taladrarlo antes de girarlo).Tres vueltas en el sentido de las agujas del reloj deberan aumentar la presin en 0.2 bar (3 psi), pero es un asunto de ensayo y error. Cuando finalmente tengas la presin de soplado deseada aprieta la tuerca y pon el clip.Para saber ms sobre la modificacin de la presin de este modelo de turbo en particularvisita esta web.

Temperatura de funcionamiento

Como se ve en la figura las temperaturas de funcionamiento en un turbo son muy diferentes, teniendo en cuenta que la parte de los componentes que estn en contacto con los gases de escape pueden alcanzar temperaturas muy altas (650 C), mientras que los que est en contacto con el aire de aspiracin solo alcanzan 80 C.Estas diferencias de temperatura concentrada en una misma pieza (eje comn) determinan valores de dilatacin diferentes, lo que comporta las dificultades a la hora del diseo de un turbo y la eleccin de los materiales que soporten estas condiciones de trabajo adversas.El turbo se refrigera en parte adems de por el aceite de engrase, por el aire de aspiracin cediendo una determinada parte de su calor al aire que fuerza a pasar por el rodete del compresor. Este calentamiento del aire no resulta nada favorable para el motor, ya que no solo dilata el aire de admisin de forma que le resta densidad y con ello riqueza en oxgeno, sino que, adems, un aire demasiado caliente en el interior del cilindro dificulta la refrigeracin de la cmara de combustin durante el barrido al entrar el aire a una temperatura superior a la del propio refrigerante lquido.

Los motores de gasolina, en los cuales las temperaturas de los gases de escape son entre 200 y 300C ms altas que en los motores disel, suelen ir equipados con carcasas centrales refrigeradas por agua. Cuando el motor est en funcionamiento, la carcasa central se integra en el circuito de refrigeracin del motor. Tras pararse el motor, el calor que queda se expulsa utilizando un pequeo circuito de refrigeracin que funciona mediante una bomba elctrica de agua controlada por un termostato. En un principio cuando se empez la aplicacin de los turbocompresores a los motores de gasolina, no se tuvo en cuenta la consecuencia de las altas temperaturas que se podan alcanzar en el colector de escape y por lo tanto en el turbo que est pegado a l como bien se sabe. La consecuencia de esta imprevisin fue una cantidad considerable de turbos carbonizados, cojinetes defectuosos y pistones destruidos por culpa de la combustin detonante. Hoy en da los crteres de los cojinetes de los turbocompresores utilizados para sobrealimentar motores otto se refrigeran exclusivamente con agua y se han desarrollado y se aplican materiales ms resistentes al calor. Los fondos de los pistones de los motores turbo casi siempre se refrigeran por medio de inyeccin de aceite. Con estas medidas se han solucionado la mayor parte de los problemas que tienen los motores de gasolina sobrealimentados por turbocompresor, eso s, siempre teniendo presente que si por algn motivo la temperatura de escape sobrepasa durante un tiempo prolongado el lmite mximo de los 1000C el turbo podr sufrir daos.

IntercoolerPara evitar el problema del aire calentado al pasar por el rodete compresor del turbo, se han tenido que incorporar sistemas de enfriamiento del aire a partir deintercambiadores de calor (intercooler). El intercooler es un radiador que es enfriado por el aire que incide sobre el coche en su marcha normal. Por lo tanto se trata de un intercambiador de calor aire/aire a diferencia del sistema de refrigeracin del motor que se tratara de un intercambiador agua/aire.Con el intercooler (se consigue refrigerar el aire aproximadamente un 40% desde 100-105 hasta 60- 65).El resultado es una notable mejora de la potencia y del par motor gracias al aumento de la masa de aire (aproximadamente del 25% al 30%). Adems se reduce el consumo y la contaminacin.

El engrase del turboComo el turbo est sometido a altas temperaturas de funcionamiento, el engrase de los cojinetes deslizantes es muy comprometido, por someterse el aceite a altas temperaturas y desequilibrios dinmicos de los dos rodetes en caso de que se le peguen restos de aceites o carbonillas a las paletas curvas de los rodetes (alabes de los rodetes) que producirn vibraciones con distintas frecuencias que entrando en resonancia pueden romper la pelcula de engrase lo que producir microgripajes. Adems el eje del turbo est sometido en todo momento a altos contrastes de temperaturas en donde el calor del extrem caliente se transmite al lado ms frio lo que acenta las exigencias de lubricacin porque se puede carbonizar el aceite, debindose utilizar aceites homologados por el API y la ACEA para cada pas donde se utilice (visita estawebpara saber ms sobre aceites).Se recomienda despus de una utilizacin severa del motor con recorridos largos a altas velocidades, no parar inmediatamente el motor sino dejarlo arrancado al ralent un mnimo de 30 seg. Para garantizar una lubricacin y refrigeracin ptima para cuando se vuelva arrancar de nuevo. El cojinete del lado de la turbina puede calentarse extremadamente si el motor se apaga inmediatamente despus de un uso intensivo del motor. Teniendo en cuenta que el aceite del motor arde a 221 C puede carbonizarse el turbo.El engrase en los turbos de geometra variable es ms comprometido aun, porque adems de los rodamientos tiene que lubricar el conjunto de varillas y palancas que son movidas por el depresor neumtico, al coger suciedades (barnices por deficiente calidad del aceite), hace que se agarroten las guas y compuertas y el turbo deja de trabajar correctamente, con prdida de potencia por parte del motor.

Recomendaciones de mantenimiento y cuidado para los turbocompresoresEl turbocompresor est diseado para durar lo mismo que el motor. No precisa de mantenimiento especial; limitndose sus inspecciones a unas comprobaciones peridicas. Para garantizar que la vida til del turbocompresor se corresponda con la del motor, deben cumplirse de forma estricta las siguientes instrucciones de mantenimiento del motor que proporciona el fabricante:- Intervalos de cambio de aceite- Mantenimiento del sistema de filtro de aceite- Control de la presin de aceite- Mantenimiento del sistema de filtro de aireEl 90% de todos los fallos que se producen en turbocompresores se debe a las siguientes causas:- Penetracin de cuerpos extraos en la turbina o en el compresor- Suciedad en el aceite- Suministro de aceite poco adecuado (presin de aceite/sistema de filtro)- Altas temperaturas de gases de escape (deficiencias en el sistema de encendido/sistema de alimentacin).Estos fallos se pueden evitar con un mantenimiento frecuente. Cuando, por ejemplo, se efecte el mantenimiento del sistema de filtro de aire se debe tener cuidado de que no se introduzcan fragmentos de material en el turbocompresor.El futuro del turbocompresorEl turbocompresor todava no ha llegado al final de su potencial de desarrollo, a continuacin enumeramos la siguientes mejoras que estn en fase de ensayo o ya se aplican y se fabrican en serie.- Fabricacin del carter (carcasa) de la turbina y del colector de escape de una sola pieza. Con ello se pueden ahorrar la brida, conjuntamente con el sellado, y los anclajes caros entre el carter de la turbina y el colector de escape. Al mismo tiempo se reduce tambin el peso. Adems, se mejora la respuesta del motor turbo, porque se requiere calentar menos material.

- Reduccin del grosor de las paredes del carter de la turbina. La consecuencia es un peso menor y un mejor comportamiento en la respuesta.- Las turbinas de aleacin de titanio y aluminio son ms ligeras que las ruedas de acero de gran calidad. Esto tambin favorece el comportamiento de respuesta del motor, porque el turbocompresor acelera ms rpidamente.- La geometra variable del carter de la turbina mejora el rendimiento de un turbocompresor y, por tanto, del motor con respecto a todo el rgimen de revoluciones. En el motor Disel estos turbocompresores ya se utilizan con buenos resultados, en motores de gasolina todava no, hace falta todava que se perfeccionen mejor las caractersticas trmicas de los materiales con los que estn construidos.- La colocacin de dos turbocompresores pequeos (en lugar de uno grande) sobre todo en motores en "V" o motores que tengan igual o ms de 6 cilindros. Tambin la utilizacin de motores biturbo con turbos hermanados o escalonados (figura inferior) que utilizan un turbo pequeo para cuando el motor funciona a bajas r.p.m. y un turbo ms grande cuando el motor funciona a altas r.p.m..

El sistema biturbo de turbos hermanados o escalonados fue desarrollado por los ingenieros ENresultantes del departamento deportivo de la marca de automviles Opel OPC (Opel Performance Center). Basta con considerar las presiones efectivas alcanzadas para darse cuenta del enorme potencial del motor equipado con turbos hermanados o escalonados. Mientras que las versiones Disel sobrealimentadas clsicas funcionan a presiones incluidas entre 1,7 y 1,9 bares, el motor de 1,9 l de turbos hermanados llega a presiones efectivas de 2,6 bares. Esta presin tiene una influencia directa sobre la potencia del motor: cuanto ms alta es la cifra mayor es la potencia desarrollada por el motor. Para que se pueda utilizar la tcnica de los turbos hermanados, es necesario que el bloque motor sea especialmente robusto y que pueda resistir presiones enormes, incluso despus de un fuerte kilometraje.Sistema de refrigeracin del motor diselEl propsito del sistema de refrigeracin es mantener una temperatura apropiada durante el funcionamiento del motor.Para lograr satisfactoriamente este propsito, el sistema est previsto de una bomba de refrigerante, un radiador, un termostato y un abanico. Se bombea el lquido refrigerante dentro del sistema, a travs de los ductos del bloque del motor refrigerando los componentes internos, y se circula por el camino del desvo.Cuando la temperatura del lquido excede los grados (C o F) determinados, el termostato se abre y el lquido corre al radiador, para su enfriamiento. As, el motor siempre se mantiene en la temperatura apropiada.

Bomba del sistema de refrigeracinLa bomba de agua, generalmente, est compuesta de un cuerpo, polea, eje, rotor, rodamientos, sello y drenaje. El eje de la bomba est soportado dentro del cuerpo de la bomba por los rodamientos, y tiene un rotor y un sello montados sobre el mismo eje, para que todo gire en conjunto.Los rodamientos son de bola y son del tipo de un solo anillo, y estn ensamblados alrededor del eje de la bomba, como dos juegos de rodamientos.El rotor es de tipo radial o centrfugo, segn la forma de las aspas, y est montado en el eje por presin. La unidad del sello del rotor est montada en el eje de la bomba pare evitar la fuga del lquido. El asiento del sello de la bomba tiene una empaquetadura de sello y una unidad de resortes para hacer presin contra el rotor.Las funcionesEl engranaje rotor de la bomba est impulsado por el engranaje del cigeal, cuando giran juntos para impulsar la bomba a velocidad alta. El lquido refrigerante en el tanque inferior del radiador entra desde el puerto de entrada del cuerpo de la bomba al centro del rotor. La fuerza centrfuga del rotor enva el lquido bajo presin desde el puerto de salida hacia los ductos de refrigeracin del motor.TermostatoEl termostato est instalado dentro del paso del sistema de refrigeracin, para controlar el caudal del lquido refrigerante y para regular las temperaturas del sistema.El rango de temperatura ms apropiado para el lquido refrigerante es desde los 80C a los 90C (176 a 194F). Para mantener esta temperatura, el termostato cierra el paso del lquido cuando la temperatura est demasiado baja y causa un incremento de la temperatura a un nivel apropiado. Adems, si la temperatura del lquido refrigerante est demasiado alta, el termostato se abre para permitir la circulacin por el radiador para el enfriamiento.El termostato sin bloqueo, es incapaz de abrir o cerrar el paso del desvo, pero su estructura es sencilla.De los otros termostatos, que s pueden abrir o cerrar el paso del desvo, el de bloqueo completo, puede cerrar por completo el paso del desvo.El bloqueo parcial, puede tener un rea de paso mucho ms grande. Adems, cuando se cierra el paso principal, se permite la fuga de una pequea parte del lquido al lado del desvo. Hay algunas otras caractersticas, pero uno de los termostatos ms usados es el de bloqueo completo.Los motores pequeos tienen un termostato, pero los motores grandes tienen tasas volumtricas altas del caudal del lquido refrigerante, y para cerrar el paso principal cuando un termostato falla, por lo general se instala de dos a cuatro termostatos, cuando se utilizan termostatos mltiples. Se utiliza dos tipos diferentes para temperaturas diferentes de apertura de la vlvula y para la sobrepresin del lquido refrigerante, debido al cambio de la temperatura del lquido. De esta manera, se evita la oscilacin del motor.Embrague del ventiladorLa velocidad de rotacin del embrague del ventilador est controlada automticamente por la temperatura del aire que ha pasado por el radiador.Las siguientes son las ventajas del uso del embrague del ventilador:Se reduce la energa consumida por el ventilador.Se acorta el tiempo requerido para la operacin del calentador del motor, hasta que el motor llegue a una temperatura apropiada.Se reduce el ruido del ventilador.RadiadorEl radiador tiene tanto un tanque superior como uno inferior, para aumentar al mximo el efecto del enfriamiento por el aire, lo cual hace que la superficie del ncleo de enfriamiento sea lo ms gran posible.El ncleo est dividido en los tubos de lquido y una aleta de aire. El tipo de aleta puede ser de placa o corrugada pero en la mayora de los motores disel, se utiliza aletas corrugadas.La tapa del radiador es la tapa del suministro de lquido, y a la vez, un dispositivo de control de la presin dentro del sistema de refrigeracin. Cuando la temperatura es alta, el lquido se expande y el aire por encima del lquido se comprime, por lo que se aplica presin.Aun cuando la temperatura del lquido refrigerante est por encima de los 100C (212F), el lquido no hierve, y la diferencia de temperatura, con relacin a la atmsfera ambiental es muy grande.Por esta razn, el efecto refrigerante es muy grande y el ncleo del radiador puede ser de un tamao menor, ms liviano y con una superficie menor.Una tapa del radiador a presin, tiene una vlvula de presin y una vlvula de vaco, para mantener la presin especificada dentro del sistema de refrigeracin.Las dos vlvulas tienen resortes para un sellado firme. Si la presin dentro del sistema de refrigeracin exceda la presin especificada, la vlvula de presin empuja al resorte de la vlvula, y se abre para liberar la presin interna.De la misma manera, si se enfra el lquido refrigerante, el vapor dentro del sistema de refrigeracin puede condensarse, y si se reduce el volumen del lquido refrigerante, la presin dentro del radiador se volver negativa. En estos momentos, se abre la vlvula de vaco, para permitir la entrada de aire desde el exterior, y para evitar la deformacin del radiador.Sistemas De Lubricacin

SISTEMA DE LUBRICACIN.Los componentes del sistema de lubricacin incluyen lo siguiente:1.-Bomba de AceiteLa bomba de aceite funciona cada vez que el motor est girando para proveer circulacin continua del aceite a travs del motor.

2.-Enefriador de AceiteCircula a travs del enfriador de aceite proporcionando transferencia de calor desde el aceite hasta el refrigerante. Esto baja la temperatura del aceite y mantiene sus propiedades.

3.-Filtro de AceiteEl filtro de aceite limpia el aceite recogiendo las partculas de metal y basura que pueden daar las piezas del motor.

4.-Indicador de Nivel del Aceite (varilla indicadora)La varilla indicadora proporciona un mtodo de comprobar la cantidad de aceite en el motor.

5.-Indicador de Presin del AceiteEl indicador de presin del aceite indica la presin en el sistema de lubricacin durante la operacin del motor.

6.-Colector del CrterEl colector del crter (sumidero) se emperna en el fondo del motor y es el depsito para el aceite del motor.

7.-Tubo de Llenado de LubricanteEs aqu donde se vierte el aceite en el motor.

FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE LUBRICACIN.

1. El aceite fluye desde el colector del crter (sumidero), en el fondo del motor, hasta la bomba de aceite y...2... .despus al enfriador de aceite. Aqu el aceite es enfriado por el refrigerante del motor.3. Despus el aceite va a travs de los filtros de aceite, donde se le extraen la basura y los contaminantes.4. Despus, el aceite limpio se mueve hacia adentro del mltiple de aceite en donde se bifurca tomando dos direcciones diferentes: Hacia adentro del motor para lubricar los componentes, tales como los cojinetes, engranajes, pistones, camisas, vlvulas, etc. Y una parte ms pequea fluye directamente al turbocargador.El aceite vuelve despus al colector del crter (sumidero) para comenzar otra vez el ciclo. Una vlvula de derivacin en la base del filtro permite que el aceite se desve alrededor de un filtro taponado para que el motor siempre tenga algn aceite. Cuando el aceite est fro, la vlvula de derivacin hace desviar el aceite alrededor del enfriador durante el arranque.

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