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El motor de combustión Vamos a conocer... 1. Historia del motor de combustión 2. Clasificación de los motores 3. Motor de gasolina 4. Motor diésel 5. Motor rotativo 6. Motor de dos tiempos 7. Características del motor PRÁCTICA RESUELTA 1 Medida de la presión de compresión final de un motor FICHA DE TRABAJO 1 Medida de la cilindrada de un motor FICHA DE TRABAJO 2 Cálculo de la relación de compresión de un motor FICHA DE TRABAJO 3 Sentido de giro de un motor

Y al finalizar esta unidad… ■

■ ■

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Aprenderás los orígenes del motor de combustión. Conocerás cómo se clasifican los motores. Estudiarás el funcionamiento del motor de cuatro tiempos y los distintos motores. Conocerás las características más importantes de un motor. Realizarás cálculos de cilindrada y de relación de compresión.

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El motor de combustión

1. Historia del motor de combustión En 1860, Jean Joseph Étienne Lenoir construyó el primer motor de combustión, con un rendimiento aproximado de un 3 %. Siete años más tarde, en 1867, Nikolaus August Otto y Eugen Langen presentaron en la Exposición Universal de París un motor de combustión perfeccionado con mayor rendimiento, aproximadamente de un 9 %. En 1878, Otto construyó el primer motor de gas según el principio de cuatro tiempos, con un rendimiento aproximado del 15 %.

Saber más Los motores más empleados actualmente son de combustión interna, de gasolina y diésel. Los motores eléctricos trifásicos se emplean en los vehículos híbridos y eléctricos.

En el año 1883, Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach desarrollaron el primer motor de gasolina de cuatro tiempos para su utilización en el automóvil. En 1897, Rudolf Diésel presentó un motor de gasóleo. Los motores actuales son máquinas muy sofisticadas y se emplean en infinidad de vehículos adaptando el tipo de motor a las necesidades del vehículo: ■

Motores de gasolina y pequeña cilindrada en los ciclomotores.

■

Motores de cilindrada media, de gasolina y diésel en los automóviles.

■

Figura 1.1. Motor eléctrico de un híbrido en serie.

Motores diésel de gran cilindrada en autobuses, camiones y otros vehículos industriales.

Figura 1.2. Motores eléctricos de un Toyota Prius.

Figura 1.3. Despiece de conjuntos de un motor.

El motor es el conjunto mecánico que transforma la energía del combustible en la energía mecánica (potencia) que el vehículo emplea para desplazarse. El proceso se realiza quemando el combustible en el interior de los cilindros. El motor está formado por cientos de piezas. La siguiente tabla muestra las más importantes que forman los conjuntos mecánicos.

PRINCIPALES ELEMENTOS DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN El bloque

El conjunto biela-pistón

La culata

El árbol de levas

La distribución

El cigüeñal y el volante de inercia

Tabla 1.1. Principales elementos de un motor de combustión. 5

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Unidad 1

2. Clasificación de los motores 1 2 3

A

4

5

Los motores de combustión utilizados en automoción se pueden clasificar en los siguientes grupos:

6

Por el movimiento que realizan

Alternativos Rotativos

Por la disposición de los cilindros

En línea En V y W Horizontales opuestos

Por el método de trabajo

Cuatro tiempos Dos tiempos

Por los tipos de combustión y combustible Gasolina por encendido con chispa

B

2

1

Diésel con ignición espontánea Tabla 1.2. Clasificación de los motores.

Según la disposición de los cilindros, los motores presentan ventajas o inconvenientes.

C 1

2

3

3

Los motores con cilindros en línea pueden ser de dos, tres, cuatro, cinco, seis cilindros, etc. Son fáciles de construir y resultan más económicos en su fabricación. El problema que ofrecen es que cuando se montan más de seis cilindros en línea el motor resulta bastante largo y ocupa mucho volumen.

4

Los motores con cilindros en V y W permiten acortar la longitud del bloque a costa de aumentar en anchura. Estos motores resultan más equilibrados por el acortamiento del cigüeñal y por la distribución de fuerzas sobre este.

4

5

6

Los motores bóxer con cilindros opuestos en posición horizontal permiten disminuir la altura del motor. Estos motores son de mayor costo y complicación mecánica. Los motores bóxer tienen menor altura que los motores en línea y son muy empleados en vehículos deportivos.

Figura 1.4. Disposición de los cilindros. A - En línea B - Opuestos C - En V

Figura 1.5. Motor con cilindros en V. 6

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El motor de combustión

3. Motor de gasolina El motor de gasolina o motor Otto de cuatro tiempos es un motor alternativo con encendido por chispa en el que se quema una mezcla de aire y combustible. Durante la combustión, se transforma la energía química de la gasolina en energía calorífica. Los conjuntos mecánicos del motor consiguen que esta energía calorífica se transforme en energía mecánica, que permite desplazar el vehículo.

3.1. Ciclo Otto teórico En los motores alternativos, el pistón se desplaza desde la parte más alta, denominada punto muerto superior (PMS), a la parte más baja, punto muerto inferior (PMI). Entre el PMS y el PMI, el cigüeñal realiza un giro de 180° (media vuelta), por lo que un ciclo de trabajo, que se realiza en cuatro fases o tiempos, implica dos vueltas de cigüeñal.

Figura 1.6. Motor turbo de inyección directa de gasolina.

Los cuatro tiempos del ciclo en el motor de gasolina son: a. Primer tiempo: Admisión de gases frescos (mezcla de aire y combustible). b. Segundo tiempo: Compresión de la mezcla de aire y combustible. c. Tercer tiempo: Explosión (combustión de la mezcla de aire y combustible). d. Cuarto tiempo: Escape de los gases quemados. a. Admisión: En el primer tiempo, el pistón se encuentra en el punto muerto superior (PMS) y se desplaza hasta el punto muerto inferior (PMI). En este desplazamiento se genera una depresión en el cilindro, la válvula de admisión permanece abierta y la de escape, cerrada, lo que permite la entrada de la mezcla aire-combustible.

Saber más El tercer tiempo del ciclo Otto recibe diferentes nombres. En este libro hemos elegido el nombre de explosión, pero también se emplean términos como combustión, expansión o trabajo.

Válvula de escape

Válvula de admisión

Admisión

Compresión

Explosión

Escape

Figura 1.7. Ciclo de trabajo del motor Otto de cuatro tiempos. 7

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Unidad 1 Compresión

0° 360° PMS 720°

270° 630°

Escape

Explosión

90° 450°

180° PMI 540°

Admisión

Figura 1.8. Ciclo teórico.

Saber más Las cotas del diagrama de la distribución del ciclo real (figuras 1.9, 1.10 y 1.12) son: AAA: Adelanto a la apertura de la válvula de admisión. RCA: Retraso al cierre de la válvula de admisión. AE: Adelanto al encendido. AAE: Adelanto a la apertura de la válvula de escape. RCE: Retraso al cierre de la válvula de escape.

b. Compresión: El pistón se encuentra en el punto muerto inferior (PMI). Todo el volumen del cilindro se encuentra lleno de mezcla de aire y gasolina, la válvula de admisión se cierra y la de escape continúa cerrada. El pistón se desplaza desde el punto muerto inferior (PMI) al punto muerto superior (PMS). En la carrera ascendente del pistón, con las dos válvulas cerradas, la mezcla de aire y combustible se comprime en la cámara de compresión. c. Explosión: El pistón se encuentra en el punto muerto superior (PMS) con la mezcla comprimida. El circuito de encendido manda una corriente eléctrica a la bujía (encendido por chispa), lo que genera la combustión de la mezcla en el interior de la cámara de combustión. La mezcla, al combustionarse, eleva la presión de los gases, que aumentan de temperatura. Los gases a presión empujan la cabeza del pistón y lo desplazan del punto muerto superior al punto muerto inferior, lo que genera la fase de trabajo. Las válvulas en este tiempo permanecen cerradas. d. Escape: El pistón se encuentra en el punto muerto inferior con todo su volumen lleno de gases quemados. El motor necesita expulsar al exterior los gases para iniciar nuevamente el ciclo. El pistón se desplaza en una carrera ascendente desde el PMI al PMS. La válvula de escape se abre y los gases son expulsados por el tubo de escape al exterior. El instante en el que las dos válvulas están abiertas se denomina cruce o solapamiento de válvulas. El motor dispone de los elementos constructivos que permiten la apertura y cierre de las válvulas y del mecanismo de biela manivela que transforma el movimiento lineal del pistón en el rotatorio del cigüeñal.

3.1.1. Diagrama teórico del motor de cuatro tiempos El ciclo teórico completo se realiza cada dos vueltas del motor y cada tiempo implica 180° de giro del motor (figura 1.8). Las válvulas del motor se abren y se cierran en los puntos muertos; cada tiempo se realiza desde un punto muerto hasta su llegada al otro.

Recuerda En el ciclo teórico, cada tiempo dura 180° de giro, mientras que en el ciclo real estos tiempos difieren durando más o menos de 180°, dependiendo del modelo de motor y del fabricante.

Un motor con este ciclo de trabajo funciona, pero no se aprovecha al máximo el combustible ni tiene un rendimiento aceptable. Los diseñadores de motores adaptan los tiempos del motor y las aperturas de las válvulas a las necesidades de cada motor y modifican los momentos en los que las válvulas se abren y cierran y, en consecuencia, el alargamiento o acortamiento de los tiempos. El ciclo de funcionamiento de los motores montados en los vehículos actuales es un ciclo corregido o real. En los motores de altas prestaciones, el ciclo real se adapta con el número de revoluciones (distribución variable). Los motores disponen de dos diagramas de distribución, uno para bajas revoluciones, hasta las 1 500 r. p. m., y otro diagrama modificado para altas revoluciones, de 1 500 a 5 000 r. p. m.

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El motor de combustión

3.2. Ciclo Otto real

AAA

3.2.1. Primer tiempo. Admisión

PMS

Compresión

En el ciclo real, el tiempo de admisión se alarga considerablemente. La válvula de admisión se abre de 10° a 15° antes de que el pistón llegue al punto muerto superior (Adelanto de apertura de admisión [AAA]). El cierre de la válvula no se realiza en el punto muerto inferior, sino después, de 40° a 45° (Retroceso del cierre de la admisión [RCA]) (figura 1.9). El ciclo real aprovecha la inercia de los gases para el llenado del cilindro. Admisión

RC A

3.2.2. Segundo tiempo. Compresión El tiempo de compresión se acorta en el ciclo real (figura 1.9). La compresión empieza cuando la válvula de admisión se cierra; el pistón ha iniciado la carrera ascendente y antes de alcanzar el punto muerto superior salta la chispa en la bujía (Avance de encendido [AE]), lo que inicia la combustión.

PMI

Figura 1.9. Admisión y compresión.

3.2.3. Tercer tiempo. Explosión Se inicia en el momento en el que se produce la explosión de la mezcla (antes de que el pistón llegue al punto muerto superior), por lo que se consigue que la máxima presión de los gases quemados, superior a 60 bar, se produzca en el punto muerto superior del pistón.

PMS

AE

Explosión

Las dos válvulas se encuentran cerradas y la presión de los gases desplaza el pistón del punto muerto superior al punto muerto inferior, transformándose en trabajo mecánico. Antes de que el pistón llegue al punto muerto inferior, se abre la válvula de escape y termina este tiempo.

3.2.4. Cuarto tiempo. Escape Se adelanta de 40° a 50° la apertura de la válvula de escape (AAE), para aprovechar la presión interna de los gases. Los gases salen rápidamente al exterior y el pistón se desplaza desde el punto muerto inferior al punto muerto superior empujando, en su desplazamiento, los gases al exterior. La válvula de escape permanece abierta de 15° a 20° después del punto muerto superior para aprovechar la inercia de los gases para salir al exterior (retraso del cierre de escape [RCE]). (figura 1.12). VA

VE

PMS

VA

VE

VA

VE

PMI

Figura 1.10. Trabajo o expansión.

Escape

PMS RCE

VE

PMS PMS

PMI

PMS PMI

PMI

Admisión

VA

E

AA

Compresión

Figura 1.11. Ciclo real del motor Otto de cuatro tiempos.

PMI

Explosión

Escape

PMI

E

AA

Figura 1.12. Escape. 9

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Unidad 1

4. Motor diésel El motor diésel fue inventado y patentado por Rudolf Diésel en 1892, del cual recibe el nombre. A diferencia del motor de gasolina, no necesita chispa eléctrica para realizar la combustión; es un motor térmico y alternativo cuya combustión se realiza al inyectar el gasóleo pulverizado a presión en la cámara o precámara. El combustible se inyecta pulverizado y atomizado a alta presión. En los HDI, se alcanzan los 2 000 bar en el interior de la cámara de compresión. El gasóleo atomizado se mezcla con el aire, que se encuentra a elevada temperatura y presión, se inflama rápidamente y arde, con lo que aumenta la presión en el interior del cilindro. La presión interior impulsa el pistón al PMI, que realiza la carrera de trabajo. La biela transmite el movimiento del pistón al cigüeñal, al que hace girar, de manera que se transforma el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación en el cigüeñal.

Figura 1.13. Motor diésel common rail.

El motor diésel tiene una constitución similar al motor de gasolina. Las diferencias principales son:

Inyector

■

No tiene circuito de encendido.

■

Dispone de un circuito de inyección del combustible.

■

■

Trabaja con presiones más altas, por lo que las piezas del motor son más robustas. Mayor rendimiento térmico que los motores de gasolina al generar más potencia con un menor consumo de combustible.

Los cuatro tiempos del ciclo operativo en el motor diésel son similares a los del motor de gasolina; la diferencia se produce en la inyección del combustible. Cámara d e combustión

■ ■

■

Figura 1.14. Motor diésel.

Admisión

■

Primer tiempo: Admisión de aire. Segundo tiempo: Compresión del aire (el combustible se inyecta a presión al final de la compresión). Tercer tiempo: Explosión (combustión de la mezcla de aire y combustible). Cuarto tiempo: Escape de los gases quemados al exterior.

Compresión

Explosión

Escape

Figura 1.15. Ciclo de trabajo teórico del motor diésel. 10

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El motor de combustión

5. Motor rotativo El motor rotativo o motor Wankel es un motor de combustión con encendido por chispa en el que se quema una mezcla de aire y combustible.

Lumbrera de admisión

Este motor dispone en fila de varios discos (émbolos rotativos). Con ello se consigue obtener motores de pequeñas dimensiones y altas potencias. El motor rotativo trabaja según el principio de cuatro tiempos, ya que se produce un cambio de gases cerrado, y según el principio de dos tiempos, ya que el émbolo rotativo controla el cambio de gases mediante lumbreras en la pista de rodamiento de la camisa. Una vuelta del eje excéntrico corresponde a un ciclo operativo. A diferencia del motor alternativo, el motor rotativo posee émbolos / discos triangulares lobulares en lugar de pistones con movimiento de vaivén. Los discos giran en una carcasa oval, ligeramente más estrecha por su centro, y la cámara de trabajo se desplaza a lo largo de la pared de la carcasa.

Lumbrera de escape Admisión-compresión

Este motor ofrece las siguientes ventajas: ■ ■

■

En cada vuelta de motor se realizan tres explosiones. El motor consta de un menor número de piezas móviles, lo que origina menores fuerzas de inercia y vibraciones. Mayor suavidad de marcha, ya que todos los componentes del motor giran en el mismo sentido.

Por el contrario, se le achacan los siguientes inconvenientes: ■ ■

■

Explosión

Elevado coste de producción y mantenimiento. Imposibilidad de conseguir una estanqueidad completa en el rotor debido al cierre de los segmentos laterales y superior. Mayor relación consumo-potencia debido al diseño alargado de las cámaras de combustión.

El fabricante japonés Mazda es el principal fabricante que equipa motor rotativo Wankel; el Mazda RX7 es un ejemplo.

Expansión

Escape-admisión Figura 1.17. Motor Wankel.

Figura 1.16. Fases de funcionamiento del motor Wankel. 11

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Unidad 1

6. Motor de dos tiempos Este tipo de motor, por su ligereza y su coste, es ideal para motocicletas y vehículos de poca cilindrada. Es un motor muy ligero ya que elimina gran parte de los elementos del motor de cuatro tiempos, entre ellos, los mecanismos de distribución. El motor de dos tiempos realiza su ciclo de trabajo en dos carreras del pistón, es decir, en una vuelta del cigüeñal. Cada vez que el pistón alcanza el PMS, se produce el encendido de la mezcla; por tanto, el pistón realiza un tiempo en la parte superior y otro tiempo en la parte inferior del cárter. Los motores de dos tiempos no tienen válvulas, la entrada y salida de gases se realiza por lumbreras, que son aperturas en el cilindro que el pistón cierra y abre al desplazarse, similar al motor rotativo Wankel. En el primer tiempo, el pistón sube desde el punto muerto inferior (PMI) al punto muerto superior (PMS), con lo que se produce el encendido antes de alcanzar el PMS. La parte superior del pistón realiza la compresión y la inferior introduce la mezcla de combustible y aire en el cárter.

Figura 1.18. Motor de dos tiempos.

En el segundo tiempo, el pistón se desplaza desde el PMS al PMI y los gases producidos durante la combustión se expansionan empujando el pistón y descargando los gases quemados por la lumbrera de escape en la parte inferior del pistón.

En tu profesión La lubricación de este tipo de motor se realiza mezclando aceite con el combustible en una proporción de un 2 a un 5 %. Debido a que el combustible está en contacto con todas las partes móviles del motor, se consigue que los distintos elementos, rodamientos, casquillos, etc., se lubriquen.

La mezcla entra en la parte alta del cilindro por la lumbrera de transferencia y se comprime en el cárter. El rendimiento de este motor es inferior al de cuatro tiempos ya que la compresión no es enteramente efectiva hasta que el pistón cierra las lumbreras de transferencia y de escape durante su recorrido ascendente. Además, parte del volumen de mezcla sin quemar se pierde por la lumbrera de escape con los gases resultantes de la combustión.

Compresión en el cilindro

Compresión y explosión en el cilindro

Trabajo en el cilindro

Escape y admisión en el cilindro

Admisión en el cárter

Admisión en el cárter

Compresión en el cárter

Compresión en el cárter

Figura 1.19. Ciclo de trabajo de un motor de dos tiempos. 12

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El motor de combustión

7. Características del motor Los motores, tanto Otto como diésel, dos tiempos, etc., poseen diferentes características que los identifican.

Bujía Válvulas

Las características principales de los motores son: ■

Diámetro del cilindro y carrera.

■

Cilindrada unitaria y total.

■

Cámara de combustión.

■

Relación de compresión.

■

Sentido de giro del motor.

■

Orden de encendido.

Cámara de combustión Bloque

Biela

Figura 1.20. Constitución de un motor Otto.

Diámetro

Carrera

Desplazamiento del pistón

PMI Carrera

Carrera

Saber más Los motores que tienen la misma medida en el diámetro que en la carrera se denominan motores cuadrados.

Diámetro

Figura 1.21. Desplazamiento del pistón.

Saber más

7.2. Cilindrada unitaria Es el volumen en centímetros cúbicos o litros que desplaza el pistón en su carrera desde el punto muerto superior hasta el punto muerto inferior. Se calcula aplicando la fórmula siguiente: π · d2 Cu = 4 · L

Pistón Cámara de refrigeración

Cárter

Por «diámetro del cilindro» se entiende el diámetro interior del cilindro (D). La carrera es el recorrido que realiza el pistón desde el punto muerto superior (PMS) al punto muerto inferior (PMI). Estas dos medidas se indican siempre en milímetros. PMS

Segmentos

Cigüeñal

7.1. Diámetro del cilindro y carrera

Diámetro

Culata

Cu: Cilindrada unitaria en centímetros cúbicos d: Diámetro del cilindro en centímetros π: 3,1416 L: Carrera en centímetros

En los motores policilíndricos es necesario numerar ordenadamente los cilindros. La numeración, según las normas DIN, se comienza por el lado contrario a la salida del giro, es decir, al lado opuesto al volante de inercia. En motores con doble bloque en V, se comienza por los cilindros situados a la izquierda y después se enumeran los del bloque de la derecha.

Ejemplo Calcula la cilindrada unitaria del motor del Citroën C3, que tiene un diámetro de 73,7 mm y una carrera de 82 mm. Cu =

π · d2 4

· L; Cu =

3,14 · (7,37 cm2) 4

· 8,2 cm = 349,6 cm3

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Unidad 1

7.3. Cilindrada total La cilindrada total del motor (en centímetros cúbicos o litros) es la suma de las cilindradas unitarias de todos los cilindros que tiene el motor. En los motores con un solo cilindro (monocilíndricos), la cilindrada unitaria es la misma que la cilindrada total; en los motores de más de un cilindro, se multiplica la cilindrada unitaria por el número de cilindros. Figura 1.22. Culata con cámaras de compresión de un motor de gasolina.

La cilindrada total del motor se calcula aplicando la siguiente fórmula:

Ct =

π · d2 · L· n 4

Ct: Cilindrada total en centímetros cúbicos d: Diámetro del cilindro en centímetros π: 3,1416 L: Carrera en centímetros n: Número de cilindros

7.4. Cámara de compresión Es el volumen al que se comprime la mezcla de aire y gasolina en los motores de gasolina o de aire en los motores diésel. Figura 1.23. Culata sin cámaras de compresión de un motor diésel.

Es el resultado del volumen libre que deja el cilindro al llegar al PMS más el volumen de la cámara de la culata.

7.5. Cámara de combustión La cámara de combustión completa (VH) está formada por la cilindrada (Ct) y la cámara de compresión (Vc): VH = Ct + Vc

PMS

PMI

Volumen de la cámara de compresión (Vc) Volumen del cilindro (Cu)

Cámara de compresión

Cámara de combustión

Figura 1.24. Cámaras.

7.6. Relación de compresión Es necesario comprimir la mezcla aspirada por el motor para obtener el máximo rendimiento de la combustión. El motor realiza esta función en tiempo de compresión. Las dos válvulas permanecen cerradas y el pistón se desplaza desde el PMI hasta el PMS, con lo que comprime la mezcla al volumen de la cámara de compresión. Relación de compresión = Figura 1.25. Relación de compresión.

Cu + Vc Vc

La relación entre los volúmenes que intervienen en la compresión de la mezcla, esto es, entre el volumen unitario del cilindro y el volumen de la cámara de compresión, se denomina relación de compresión.

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El motor de combustión La relación de compresión de un motor se calcula aplicando la siguiente fórmula: Rc: Relación de compresión Cu + Vc Cu: Volumen unitario del cilindro (cilindrada Rc = Vc unitaria) Vc: Volumen de la cámara de compresión La relación de compresión de los motores de gasolina es distinta a la empleada en los motores diésel. En los de gasolina pueden tener desde 9 a 10.5:1 y en los diésel desde 16 hasta 20:1. Cuanto mayor es la relación de compresión de un motor, tanto más eficaz es el aprovechamiento de la energía del combustible y mayor el rendimiento térmico del motor.

7.7. Sentido de giro del motor

Figura 1.26. Giro del motor a derechas.

Los motores tienen sentido de giro a la salida de la fuerza. Giran a izquierdas cuando su giro es en sentido contrario al de las agujas del reloj mirando desde el lado contrario al de la salida de la fuerza. Giran a derechas cuando giran en el sentido de las agujas del reloj mirando desde el lado contrario de la fuerza.

7.8. Orden de encendido El orden de encendido determina el diagrama de los tiempos de todos los cilindros. El orden de encendido más empleado en los motores de cuatro cilindros es 1-3-4-2. Las explosiones se suceden en este orden, empezando por el cilindro 1, después el 3, el 4 y, por último, el 2. Para realizar un ciclo completo, el motor necesita dar dos vueltas completas del cigüeñal según la tabla siguiente:

Giro del cigüeñal en grados

Cilindro n.º 1

Cilindro n.º 2

Cilindro n.º 3

Cilindro n.º 4

0°-180°

Explosión

Escape

Compresión

Admisión

180°-360°

Escape

Admisión

Explosión

Compresión

360°-540°

Admisión

Compresión

Escape

Explosión

540°-720°

Compresión

Explosión

Admisión

Escape

Tabla 1.3. Orden de encendido 1-3-4-2 de los cilindros de un motor.

1

El cilindro primero se empareja con el cuarto y el segundo, con el tercero. De este modo, los cilindros primero y cuarto realizan carreras descendentes y, por el contrario, la otra pareja de cilindros, el segundo y el tercero, ascienden.

1

4

2

3

1

4

2

3

180°

3

El orden de encendido o explosiones se mantiene igual en los motores de gasolina que en los diésel, y está condicionado por la forma del cigüeñal, que empareja de dos en dos los cilindros.

Figura 1.27. Orden de encendido marcado en la culata.

4

2

Saber más

Figura 1.28. Orden de encendido 1-3-4-2. 15

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Unidad 1

Ejemplo Cálculo de la cilindrada de un motor En un taller mecánico desean conocer la cilindrada de un motor. Para ello, uno de los mecánicos del taller desmonta la culata del bloque motor siguiendo en este proceso las indicaciones del fabricante. El proceso de medida se realiza en dos pasos: 1. Empleando las orejetas del calibre, mide el diámetro (d) del cilindro, tal y como muestra la figura 1.29. 2. A continuación, mide la carrera del pistón con ayuda de un calibre con sonda de profundidades, como muestra la figura 1.30. Esta operación se realiza colocando el pistón en el punto muerto superior (PMS) y girando el cigüeñal hasta el punto muerto inferior (PMI).

Figura 1.29. Medida del diámetro de un cilindro.

Figura 1.30. Medida de la carrera del cilindro.

Los resultados obtenidos por el mecánico son los siguientes:

Diámetro del cilindro (d)

Carrera del pistón (L)

61 mm = 6,1 cm

96 mm = 9,6 cm

Con estos datos, calcula la cilindrada de uno de los cilindros: Cu = Cu =

π · d2 4

·L

3,14 · 6,1 (cm2)

· 9,6 (cm) = 280,4 cm3 4 Y para calcular la cilindrada total del motor, el mecánico multiplica la cilindrada unitaria que acaba de calcular por el número de cilindros. Ct = Cu · n = 280,4 cm3 · 4 = 1 121 cm3

Actividades 1. Calcula la cilindrada de un motor de cuatro cilindros si el diámetro del cilindro es de 50 mm y la carrera del pistón es de 85 mm. 2. ¿Cuántos cilindros tiene un motor de 1 400 cm3 si el diámetro de su cilindro es de 58 mm y la carrera de su pistón es de 88 mm? 3. Si la cámara de compresión del motor del ejercicio 2 tiene un volumen de 13,72 cm3, ¿cuál es la relación de compresión de este motor? Con el resultado obtenido, determina si es un motor de gasolina o un motor diésel. 16

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Unidad 1

EN RESUMEN El motor es el conjunto mecánico que transforma la energía química del combustible en energía mecánica.

EL MOTOR

Por el movimiento que realizan

Alternativos Rotativos En línea

Por la disposición de los cilindros

Horizontales opuestos

Clasificación de los motores Por el método de trabajo Por el tipo de combustible empleado

Motor de cuatro tiempos de gasolina

En V y en W

Es un motor alternativo con encendido por chispa en el que se quema una mezcla de aire y combustible.

Cuatro tiempos Dos tiempos Gasolina Diésel Admisión Compresión Explosión Escape

Ciclo Otto teórico Ciclo Otto real

Motor de cuatro tiempos diésel

Es un motor térmico y alternativo cuya combustión se realiza al inyectar el gasóleo pulverizado a presión en la cámara o precámara.

Admisión Compresión Explosión Escape

Motor rotativo o Wankel

Motor de dos tiempos

El motor realiza su ciclo de trabajo en dos carreras del pistón (360º).

Entra en internet Puedes ampliar la información de la unidad con los siguientes vídeos de YouTube: ■



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Unidad 1

ACTIVIDADES FINALES RESUELVE EN TU CUADERNO O BLOC DE NOTAS

1. Anota en tu cuaderno, en una tabla como la siguiente, los tipos de motores de combustión existentes:

Característica

Clasificación de los motores

Por el movimiento que realizan Por la disposición de los cilindros Por el método de trabajo Por los tipos de combustión y combustible 2. Explica el ciclo real de un motor de cuatro tiempos. 3. Anota qué significa cada una de las siglas siguientes: AAA, RCA, AE, RCE. 4. Explica el principio de funcionamiento de un motor diésel. 5. Indica las diferencias principales entre un motor diésel y un motor de gasolina. 6. Explica las ventajas e inconvenientes del motor rotativo Wankel. 7. Explica el funcionamiento de un motor de dos tiempos. 8. Nombra las piezas del motor numeradas de la figura siguiente: 1 11

2 3

10

4

9

5 6

8 7 Figura 1.31. Constitución de un motor

9. Explica qué es la relación de compresión de un motor y anota la fórmula para calcularla. 10. Completa la tabla de los tiempos de un motor de cuatro cilindros con el orden de encendido 1-3-4-2.

Giro del cigüeñal en grados

Cilindro n.º 1

0°-180°

Explosión

Cilindro n.º 2

Cilindro n.º 3

Cilindro n.º 4

180°-360° 360°-540° 540°-720°

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Unidad 1

EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS RESUELVE EN TU CUADERNO O BLOC DE NOTAS

1. ¿Quién construyó el primer motor de combustión en el año 1860?

8. ¿Qué tipos de motor tienen una relación de compresión mayor?

a) Otto.

a) Los motores de gasolina.

b) Lenoir.

b) Los motores diésel.

c) Daimler.

c) Los motores diésel y gasolina tienen la misma relación de compresión.

d) Diésel. 2. Señala qué pieza no forma parte de un motor: a) El bloque.

d) Los motores Wankel. 9. La cilindrada de un motor es igual a…

b) La distribución.

a) La suma de las cilindradas unitarias de todos los cilindros.

c) La culata.

b) El producto de las cilindradas unitarias.

d) La trócola.

c) El número de cilindros por dos.

3. ¿Qué tipo de motor permite disminuir la altura del motor? a) Motores con cilindros opuestos tipo bóxer. b) Motores en línea. c) Motores en V. d) Motores en W. 4. ¿Qué indican las siglas PMI? a) Punto mínimo inferior.

d) La cilindrada unitaria por el número de tiempos. 10. ¿Qué orden de encendido es el más empleado en los motores de cuatro cilindros? a) 1-2-3-4. b) 4-3-2-1. c) 1-3-4-2. d) 1-4-3-2.

b) Punto máximo interior. c) Punto mínimo interior. d) Punto muerto inferior. 5. El orden de los tiempos de un motor de cuatro tiempo es el siguiente: a) Admisión, compresión, escape y explosión. b) Explosión, compresión, admisión y escape. c) Admisión, compresión, explosión y escape. d) Admisión, explosión, escape y compresión. 6. ¿Qué tipo de motor dispone de lumbreras para la entrada y salida de gases? a) El motor de dos tiempos. b) El motor de cuatro tiempos. c) El motor diésel de cuatro tiempos. d) El motor de gasolina de cuatro tiempos. 7. ¿Qué unidad se emplea para medir la cilindrada de un motor? a) Centímetro cuadrado. b) Centímetro. c) Milímetro. d) Centímetro cúbico.

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Unidad 1

PRÁCTICA RESUELTA Herramientas ■

Manómetro con escala y rosca M 14 x 1,25 mm

Material ■

Motor colocado en maqueta

Medida de la presión de compresión final de un motor Objetivo Aprender a medir la compresión final de todos los cilindros de un motor.

Precauciones Ninguna en especial, las normales de los trabajos de electromecánica.

Desarrollo 1. Empleando un manómetro como el de la figura 1.32, con rosca M 14 x 1,25 mm, que es la empleada por las bujías de los motores de combustión, mide la compresión de los cuatro cilindros de un motor de gasolina. El valor de la presión final de un cilindro informa del estado del motor: desgaste del cilindro, fugas por las válvulas, etc. 2. Quita las cuatro bujías del motor empleando la llave de bujías. Figura 1.32. Manómetro con rosca de bujías.

3. Rosca el manómetro manualmente en la rosca de la bujía del cilindro 1. 4. Gira el motor empleando el motor de arranque. Al girar el motor, los pistones se desplazan del punto muerto superior al inferior realizando los tiempos y el manómetro empieza a marcar la presión en el interior de la cámara de combustión. Cuando el manómetro alcanza su valor máximo, la presión queda retenida en el interior del manómetro, que indica la presión, 14 kgf/cm2. El proceso se sigue en todos los cilindros.

Figura 1.33. Quitar las bujías del motor.

Figura 1.34. Roscado del manómetro .

Figura 1.35. Medición la presión en la cámara de compresión.

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Unidad 1

FICHA DE TRABAJO 1 RESUELVE EN TU CUADERNO O BLOC DE NOTAS

Medida de la cilindrada de un motor

Herramientas ■

Objetivos ■ ■

Calibre con sonda

Material

Realizar las medidas de diámetro y la carrera de un cilindro. Calcular la cilindrada de un motor.

Precauciones

■

Motor

■

Bloque

■

Cuaderno

Sigue las recomendaciones del fabricante para desmontar y montar la culata.

Desarrollo 1. Mide con ayuda de un calibre el diámetro y la carrera de un cilindro de un motor disponible en el taller y calcula su cilindrada. Anota en tu cuaderno los datos tomados y realiza los cálculos oportunos. Vehículo Tipo de motor y fabricante Número de cilindros y disposición Medida del diámetro en milímetros centímetros

y en

Medida de la carrera en milímetros centímetros

y en

2. Calcula la cilindrada unitaria. 3. Calcula la cilindrada total.

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Unidad 1

FICHA DE TRABAJO 2 RESUELVE EN TU CUADERNO O BLOC DE NOTAS

■

Calibre

Cálculo de la relación de compresión de un motor

■

Probeta graduada y placa de metacrilato taladrada

Objetivo

Herramientas

Material ■

Motor

■

Cuaderno

Realizar las medidas necesarias para calcular la relación de compresión de un motor.

Precauciones Sigue las recomendaciones del fabricante.

Desarrollo 1. Mide con un calibre el diámetro y la carrera de un cilindro y calcula su cilindrada unitaria. 2. Calcula el volumen de la cámara de compresión de la culata y, en caso necesario, de la cámara de compresión resultante en el bloque. Mide el volumen de la cámara con una probeta graduada y una placa de metacrilato taladrada. 3. Anota en tu cuaderno los datos tomados y realiza el cálculo de la relación de compresión. Vehículo Tipo de motor y fabricante Número de cilindros y disposición Medida del diámetro en milímetros centímetros

y en

Medida de la carrera en milímetros centímetros

y en

Volumen de la cámara 4. Calcula la cilindrada unitaria. 5. Calcula la relación de compresión.

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Unidad 1

FICHA DE TRABAJO 3 RESUELVE EN TU CUADERNO O BLOC DE NOTAS

Sentido de giro de un motor Objetivos ■ ■

Conocer el sentido de giro del motor. Aprender a reconocer el sentido de giro del motor.

Herramientas ■

Herramientas manuales

Material ■

Motor

■

Cuaderno

Precauciones No arranques el motor mientras se estén buscando las referencias de giro.

Desarrollo Determina el sentido de giro de un motor. Para ello, sigue las siguientes indicaciones (recuerda que los motores tienen sentido de giro a derechas cuando giran en el sentido de las agujas del reloj si se mira desde el lado contrario de la salida de la fuerza): 1. Busca referencias del giro del motor y las marcas de adelanto al encendido. 2. Localiza el sentido de giro del motor de arranque, el alternador y el delco. 3. Teniendo en cuenta alguna de las referencias localizadas en los puntos 1 y 2, deduce el giro del motor. 4. Si el motor está desnudo, sin motor de arranque, alternador o delco, quita la tapa de balancines, busca el cruce de válvulas de un cilindro y sigue girando el motor hasta que abra una válvula. Si el sentido de giro es el sentido de giro del motor, la válvula que se abrirá primero será la de escape; si se abre la de admisión, el sentido de giro será el contrario. 5. Anota en tu cuaderno los datos: Tipo de motor y fabricante Número de cilindros y disposición El motor gira en sentido Método seguido para localizar el giro

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