Principios del Motor

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Principios del Motor

Capítulo 1. ¿Qué es un motor? 1. ¿Qué es un Motor? ................................ 2. Tipos de Motores.................................... 3. Diagrama de Motor ................................. 4. Fuerza Expansiva & Fuerza de Inercia ... 5. Motor Recíproco ..................................... 6. Carreras de Admision & Escape............. 7. Carreras de Compresión & Combustión . 8. Estructura del Motor ............................... 9. Motor Diesel .......................................... 10. Motor de Combustión Interna ............... 11. Motor de Explosión pobre .....................

Capítulo 4. Sistema de Admisión 1. Aumento de eficiencia volumétrica ......... 2. Efecto de Inercia de Entrada & Efecto de pulsación .................................................... 3. Sistema de Admisión Variable ............... 4. Sistema de Admisión .............................. 5. Válvula de la mariposa & Multiple de Admisión .................................................... Capítulo 5. Sistema de escape 1. Sistema de Escape ................................ 2. Efecto de inercia de escape & Efecto de pulsacion .................................................... 3. Componentes del gas de escape ........... 4. Relación aire combustible & Componentes de escape............................ 5. Sistema de Purificación de escape ......... 6. Dispositivo de recirculación del gas de escape (Blow-by)........................................

Capítulo 2. Bloque de cilindros y componentes móviles 1. Bloque de cilindros ................................. 2. Cilindro ................................................... 3. Camara de Agua .................................... 4. Pistón ..................................................... 5. Anillos de pistón ..................................... 6. Biela ....................................................... 7. Eje Cigueñal ........................................... 8. Cuerpo del cigueñal ............................... 9. Bancada ................................................. 10. Volante ................................................. 11. Eje de balanceo, balance para la fuerza de inercia secundaria ..........................

Capítulo 6. Cargador 1. Tipos de cargadores ............................... 2. Turbocargador ........................................ 3. Presión de refuerzo & Relación de Compresión ................................................ 4. Turbo Lag ............................................... 5. Sistema de sobrecarga & Calor .............. 6. Supercargador........................................

Capítulo 3. Culata 1. Culata..................................................... 2. Leva & eje de levas ................................ 3. Accionamiento del eje de levas .............. 4. Válvulas de Admisión & Escape ............. 5. Sistema de accionamiento de Válvulas .. 6. Sincronización de Válvulas ..................... 7. Sincronización Variable de Válvulas ....... 8. Malfuncionamiento de válvula ................ 9. Sobre revoluciones & Zona roja .............

Capítulo 7. Sistema de Lubricación 1. Función del aceite en el motor................ 2. Métodos de Lubricación ......................... 3. Componentes del sistema de lubricación 4. Aceite de Motor ...................................... Capítulo 8. Sistema de refrigeración 1. Sistema de refrigeración ......................... 2. Radiador................................................. 3. Refrigeración de la culata ....................... 4. Sobrecalentamiento ...............................

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Principios del Motor Capítulo 9. Sistema de Combustible 1. Carburador ............................................. 2. Sistema mecánico de Inyección de combustible. ............................................... 3. Sistema electronico de inyección de combustible ................................................ 4. Sistema de suministro de combustible ... Capítulo 10. Sistema de encendido 1. Encendido tipo punto .............................. 2. Encendido total con transistor ................ 3. Encendido sin distribuidor ...................... 4. Bujía ....................................................... Capítulo 11. Combustión y cámara de combustión 1. Proceso de Combustión ......................... 2. Relación A/F & Velocidad de la llama ..... 3. Tiempo de encendido ............................. 4. Efecto de turbulencia .............................. 5. Detonación ............................................ 6. Combustión anormal .............................. 7. Forma de la cámara de combustión ....... 8. Válvula de admisión-escape & Camara de combustión ................................................. 9. Pistón & Cámara de combustión ............ Capítulo 12. Desempeño. Consumo de combustible, ruido y vibración. 1. Desempeño requerido .......................... 2. ¿Qué es Potencia? ............................... 3. Método de representación de Potencia .. 4. ¿Qué es el Torque? ............................... 5. Aumento de potencia ............................. 6. Potencia & Relación C/D ........................ 7. Potencia & Relación de Compresión ...... 8. Incremento de potencia en altas rpm...... 9. Característica transiente & Respuesta ... 10. Disposición de cilindros & Rendimiento 11. Relación de consumo de combustible .. 12. Potencia & Eficiencia de combustible ... 13. Eficiencia de combustible del vehículo . 14. Vibración del motor .............................. 15. Ruidos en el motor ..........................................

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Capítulo 1. ¿Qué es un motor? 1. ¿Qué es un motor? Este libro presenta el motor del automóvil especialmente el motor a gasolina. Sin embargo, es muy difícil definir el motor, es decir, ¿qué es un motor? En conceptos generales, el motor es el mecanismo que convierte continuamente la energía de las fuentes naturales como el fuego, el viento o materiales eléctricos en energía. Hay muchos tipos de energía y ellas son conducidas de diferentes maneras. Por lo tanto, podemos definir el motor a gasolina, como un tipo de mecanismo de combustión, en otras palabras, es el mecanismo que cambia el calor adquirido por la combustión de gasolina en fuerza mecánica para mover los vehículos. ¿Cómo el la energía del calor convertida en energía mecánica? Por ejemplo, una botella u olla. Cuando se calientan, la tapa se mueve con un sonido.

Hay una cosa importante. La fuerza de movimiento no proviene de la energía del calor, sino que del aire caliente o vapor por el trabajo del calor.

El calor adquirido desde el gas o la energía

eléctrica hace hervir el agua de modo que el vapor de agua levanta la tapa de la botella o la olla.

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Principios del Motor Estos medios son necesarios para el cambio de energía. Este medio es el fluido de trabajo en terminología tecnológica. El fluido para el trabajo del motor a gasolina es el aire que ingresa al motor y luego es convertido en combustión y escape.

Sin embargo, cuando la energía del calor es transformada en energía mecánica, debe existir un fluido de trabajo. Siendo el medio para la transformación de la energía, habrá mucha pérdida de calor que puede ser transformada en energía mecánica, la eficiencia, es un factor importante en el motor.

Combustible 2. Tipos de motores Hay muchos tipos de motores. Combustión

Los motores pueden ser clasificados por el número de cilindros, por la disposición de los cilindros o por la forma de instalación en el vehículo etc. Como usted sabe, el motor produce la fuerza de conducción por el movimiento recíproco del pistón dentro del cilindro de manera que la Potencia esta determinada por el número de cilindros.

Generación de calor

Expansión del aire

Generación de presión

Movimiento del Pistón El procedimiento para transformar el combustible en energía mecánica dentro del motor del vehículo sera explicado en las siguientes secciones.

Por lo tanto, el motor es clasificado principalmente por el número de cilindros. Los vehículos comerciales son clasificados en 2, 3, 4, 5, 6, 8, y 12 cilindros. Más cilindros implican mayor desplazamiento de volúmen. De acuerdo a la disposición, hay tres tipos incluyendo los de tipo en línea con disposición en serie, el tipo V con disposición en forma de V y el de tipo opuesto en el cual se enfrentan entre sí.

En este proceso, el fluido de trabajo es el aire. Si no hay fluido de trabajo, la transformación de la energía no debería producirse. Por el contrario, piense sobre la transformación de la energía mecánica en la energía de calor. En el vehículo, se representa con el sistema de frenos. El principio de calor es la fricción que proviene al frotar o friccionar los dos materiales. Podemos calentar nuestras manos, frotándolas, es decir, la fuerza de movimiento (frotación) puede transformarse fácilmente en energía calórica (manos calientes). Esta vez, no hay fluido de trabajo. La fuerza es cambiada por calor directamente.

De acuerdo al tipo de instalación del motor, hay dos tipos, uno es a lo largo, y el otro a lo ancho. Cuando los motores están dispuestos a lo largo se llaman del tipo longitudinal, cuando los motores están a lo ancho de les llama transversales.

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Tipo tranversal

en la parte delantera del auto. Sin embargo todos los vehículos no tienen el motor en la parte delantera. En 1770, con el origen del auto, el motor de auto a vapor de Cugnot estaba colocado en el extremo delantero da la carroceria. En 1885, el primer auto equipado con motor a gasolina, el motor del auto Daimler estaba localizado debajo del asiento y delante del eje de las ruedas traseras.

Tipo longitudinal

En la historia, muchas investigaciones han sido realizadas para encontrar la mejor posición para instalar el motor. En 1891, el auto FR (motor delantero con traccion trasera) era frances. El tipo FR significa que el motor estaba instalado en el lado delantero y las ruedas delanteras eran las que traccionaban. Después de eso, el diagrama de este auto pasaría a ser el montaje de motor estandar. Hasta ahora, el auto de pasajeros más grande y los autos deportivos aceptan este tipo.

Por ejemplo, el auto tipo FR que tiene el motor en la parte delantera y que dirige las ruedas traseras tiene el motor instalado en forma longitudinal. La razón es que el eje propulsor que transmite la fuerza del manejo a las ruedas traseras debe ser instalado por debajo del piso. En el caso del auto tipo FF, en autos más pequeños, tiene el motor en la parte delantera y dirige las ruedas delanteras, el motor es montado tranversal porque el eje de rotación del motor debe estar paralelo. Sin embargo, cuando el auto tipo FF tiene un motor de 6 cilindros, si el motor es en linea y esta instalado en dirección trancersal, entonces el ancho del auto es demasiado grande. Por lo tanto, en este caso, la mejor disposicon de motor para este tipo de instalacion el el de tipo V. De esta manera, considerados con el volumen de desplazamiento y el tipo de vehículos, el tipo de disposicion del motor y el tipo de instalación, se selecciona para una mejor combinación en el diseño.

La característica típica del auto tipo FR es que el motor esta delante de la cabina, el control de la dirección es en las ruedas delanteras y la traccion en las ruedas traseras de modo que la operación y la carga del peso están divididas igualmente entre el lado trasero y el lado delantero y la traccion del movimiento y la conveniencia del pasajero están balanceadas tanto como la vibración y el ruido que son menores que en otros tipos. En el diagrama de un auto relativamente pequeño, ha habido dos grandes desarrollos por cerca de cien años. El primero es el Volkswagen en 1936 teniendo el motor en el lado posterior para conducir las ruedas traseras.

3. Diagrama del Motor

Después de la Segunda Guerra Mundial, este tipo estaba liderando el diseño por todo el mundo en el flujo de autos de pasajeros de motor trasero de conducción trasera tipo (RR). El segundo es el Mini de Inglaterra en el año 1959. El Mini instalaba el motor delantero y tracción delantera tipo (FF) que tenía el motor a lo ancho en la parte delantera para la conducción de las ruedas delanteras. Hoy en

FF: Motor delantero, tracción delantera FR: motor delantero tracción trasera MR: motor central, tracción trasera RR: Motor trasero, tracción trasera Es posible suponer que el motor sera instalado

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Principios del Motor día, este tipo es aplicado tanto a los autos pequeños como a los sedanes de tamaño mediano.

pasajero de manera que es principalmente aplicado a los autos deportivos. Cuando las partes principales del motor están localizados en el lado delantero más que el tipo de rueda trasera, se llama del tipo de instalacion al medio. Cuando las partes principales son localizadas en el lado trasero, se le llama del tipo con el motor trasero.

El auto tipo FF tiene el motor y los mecanismos de conducción en la parte delantera de manera que no se debe aplicar al auto cuyo peso se concentra en el lado delantero. El problema con esto es que no es fácil guíar el auto. Sin embargo tiene el espacio interno y el maletero relativamente grande, y la seguridad es mayor comparada con otros tipos. Por lo tanto es el mejor diseño como disposición en autos utilitarios. El tipo de conducción trasera y con el motor en el medio (MR) está enfocado en el rendimiento más que en la conveniencia del Item

FF

FR

MR

RR

Proyección Frontal

Largo

Largo

Corto

Corto

Trasero pequeño

Frontal

Frontal

Posición en la Cabina

Frontal pequeño

Proyección Trasera

Corto

Largo

Corto

Largo

Espacio para la Cabina

Ancho

Medio

Pequeño

Medio

Altura desde el piso

Bajo

Alto

Medio

Medio

Espacio para el maletero

Ancho

Medio

Pequeño

Pequeño

Distribución de Peso

Frontal

Frontal pequeño

Central

Central

-Tendencia al Sub-viraje

-Dirección estable -Buena capacidad -Buena conducción de retorno Rendimiento del sistema -Con tracción en línea recta relativamente alta -Con alta tracción -Buena conducción en camino resbaladizo Aplicación de vehículos

Pequeño~Mediano

Mediano~Largo

Deportivo

-Alta tracción -Tendencia al sobre viraje

Pequeño~Mediano

Disposición del Motor & Características del Vehículo

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Principios del Motor superior, hay un cigueñal en la parte inferior, el pistón y el cigueñal están conectados por la biela. El motor a gasolina usa el aire como medio de fluido de trabajo para transformar la energía calórica en energía mecánica. El aire es mezclado con la gasolina pulverizada en el cilindro. Cuando la mezcla de aire y gasolina son comprimidas usando el pistón y combustionados, entonces el gas presionará el pistón. La fuerza de expansión que presiona el pistón conducirá el pistón.

4. Fuerza de Expansión y Fuerza de Inercia Casi todos los motores a gasolina de los vehículos comerciales son motores recíprocos excepto el motor rotatorio en el cual el principio de trabajo es diferente. La palabra reciproco proviene de reciprocidad. La reciprococidad es el movimiento mecánico de ir y venir de manera que el motor recíproco es el mecanismo que transforma el movimiento recíproco en movimiento de rotación usando el giro el cual es el mecanismo que tiene forma prominente y hundida.

Esta vez, excepto por la fuerza de expansión, existe una fuerza de inercia la cual estamos considerando. Esta fuerza es más bien extraña porque se genera sin intención; sin embargo, esta fuerza es seguida en la parte móvil del motor en forma natural. Por lo tanto puede afectar al rendimiento del motor o puede ser la fuente de la vibración o ruido.

Considerando el movimiento recíproco del pistón, el pistón comienza a moverse desde el estado de detención en la posición más alta de la carrera, tiene la maxima velocidad en mitad de la carrera. Despues de eso la velocidad se reduce y se detiene en la posición más baja de la carrera y luego regresa a la posición más alta nuevamente. Durante el desarrollo de

La vista de la sección transversal del motor reciproco muestra que hay un pistón recíproco que se mueve en el cilindro en la parte 8

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Principios del Motor estos movimientos, las fuerzas de inercia serán generadas cuando cambia la velocidad de los movimientos. Por ejemplo, desde la posición más alta del pistón hacia la mitad de la carrera, hay una fuerza de inercia ascendente, después hay una fuerza de inercia descendente desde la mitad de la carrera hacia la posición más baja del pistón.

dentro del cilindro, la mezcla es quemada usando la chispa eléctrica que provoca la combustion, la fuerza de la explosion conduce al pistón en movimiento recíproco, y el movimiento recíproco es cambiado al movimiento de rotación en el eje cigüeñal.

Funcionamiento del motor de 4 tiempos: Cuando el pistón está en la posición más alta, la válvula de admisión se abre. Mientras el pistón esta bajando, la mezcla de aire y combustible se inyecta dentro del cilindro hasta que la válvula de admisión se cierra [Tiempo de Admisión]. En seguida, el pistón se moverá hacia arriba para comprimir la mezcla del gas [Tiempo de Compresión]. Luego, la mezcla comprimida de gas se quemará por el encendido eléctrico [Tiempo de Combustión]. El gas quemado que tiene alta presión y alta temperatura, presionará el pistón hacia abajo. En este momento, se abre la válvula de escape para expulsar el gas quemado [Tiempo de Escape]. Estos tiempos se repiten continuamente.

Cuando esta fuerza de inercia produce resonancia con las otras fuerzas de inercia desde los otros pistones, podría haber vibraciones o ruidos.

5. Motor recíproco

Entre estos 4 tiempos, sólo en el tiempo de combustión, el motor produce la energía para el trabajo. Por lo tanto, habrá necesidad de fuerzas adicionales, para ingresar y sacar el gas en el tiempo de admisión y de escape, y para comprimir la mezcla en la carrera de compresión. Para hacerlo se instala un volante en el eje cigüeñal para hacer que estas fuerzas adicionales usen la fuerza de inercia para asegurar el movimiento de rotación continuo. Los motores recíprocos son clasificados en dos tipos, el de 2 tiempos y el de 4 tiempos. Despues de haber sido desarrollado por Daimler de Alemania en 1883, el tipo de 4 tiempos, el cual completo su sistema estandar en 1900, es el más usado de los vehículos. El principio del motor recíproco es que la mezcla de aire y gasolina son inyectadas

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Principios del Motor operaciones de compresión y de combustión son desarrolladas, antes y después de que el pistón esté ubicado en la posición más baja, la operación de escape y admisión se desarrollan al mismo tiempo. Por lo tanto, a través de dos tiempos, se realiza un ciclo de trabajo completo del motor. El motor de 4 tiempos ejecuta el tiempo de combustión en un tiempo por dos giros del eje cigüeñal, pero el motor de dos tiempos ejecuta la carrera de combustión en cada giro del eje cigüeñal. Por lo tanto, el de dos tiempos es más rápido.

El motor de 2 tiempos comprime durante las dos carreras. Durante la operación este motor realiza los cuatro tiempos, admisión, compresión, combustión y escape como el motor de 4 tiempos, pero solo en dos carreras.

Expulsión Gases Adicionalmente, no tiene válvulas de admision y escape de manera que tiene una estructura simple y de bajo costo. Sin embargo, este mérito puede ser un defecto.

Compresión y Expansión

El gas de escape es expulsado por el ingreso de nuevas mezclas de gas cuando el pistón se localiza en la posición más baja. Por lo tanto, algunas nuevas mezclas se mezclarán y los gases de la combustión sin quemar serán expulsados. Produce contaminacion del aire y alto consumo de combustible. 6. Tiempos de Admisión & Escape Escape y Admisión

Este contenido se enfoca en la explicación del motor de gasolina de 4 tiempos, el tipo más usado.

Sin embargo, Antes y después de que el pistón este ubicado en la posición más alta, las

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Principios del Motor Para comprender los 4 tiempos, admisión, compresión, combustión y escape, es útil referirse a los dibujos, el diagrama indicador (diagrama P-V) que muestra el proceso de las operaciones del motor.

De hecho, el ciclo de las carreras o tiempos es comenzar por el tiempo de admisión. Para entender la operación del motor, es fácil empezar por el tiempo de escape. Para aspirar más aire como sea posible, el motor usa también la fuerza de la salida del gas de escape hacia el exterior del motor a través del puerto de escape. La carrera de escape empuja el gas de la combustión hacia el exterior de la cámara de combustión por el movimiento del pistón desde la posición más baja hasta la posición más alta cuando se haya abierto la válvula de escape. En principio, se cree que la válvula de escape se abrirá cuando el pistón esté alcanzando la posición más baja.

Parece un poco complicado, pero es fácil entender solo mirando los dibujos.

Carrera de Escape Sin embargo, realmente, la válvula de escape se abre antes de que el pistón alcance la posición más baja, es decir, en la posición D del dibujo. Permaneciendo la fuerza de presión del gas quemado, el escape del gas de la combustion es más efectivo abriendo la válvula de escape en avance. Después, el pistón empujará el resto del gas usado completamente para terminar la carrera de escape.

El diagrama indicado es un gráfico que consiste en un eje horizontal que representa el volúmen de la cámara. Al extremo izquierdo del gráfico, C y F, el pistón esta localizado en la posición más alta del cilindro, y en los extremos derechos del gráfico, G y H, el pistón es localizado en la posición más baja del cilindro.

En la carrera de admisión, la válvula de admisión, se abre y el pistón baja desde la posición más alta hacia la posición más baja de modo que la mezcla de gas de combustible y el aire son aspirados hacia adentro del cilindro desde el puerto de admisión. Esta vez, la válvula de admisión se abrirá justo antes de que el pistón alcance la posición más alta, es decir, en E del dibujo. Haciéndolo de este

Comparando las líneas del gráfico con los cuatro tiempos, la línea de A-B es el tiempo de admisión, B-C es el tiempo de compresión, C-D es el tiempo de combustión y D-E es el tiempo de escape. 11

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Principios del Motor modo la operación se mejora en cierta forma porque la fuerza de escape del gas producto de la combustion succionará los gases de admisión.

La razón por la que es dificil arrancar el motor en invierno se debe a que es difícil que la gasolina se evapore. Para solucionar este problema, un método es mezclar más gasolina con aire. Otro problema es que; cuando la gasolina es vaporizada, el calor ambiental es usado para la vaporización, de manera que la temperatura de la cámara de algún modo disminuye. Puede decrecer la eficiencia de la combustión del motor. Para evitar que baje la eficiencia del motor, la cantidad de la gasolina se reduce. Sin embargo, al hacerlo así, la temperatura de la cámara es tan alta que la combustión puede ser desarrollada previa al encendido, de manera se la llama combustión anormal.

Carrera de Admisión De la misma manera, la válvula de admisión se cerrará cuando el pistón está en B. De esa forma, mayor cantidad de mezcla será aspirada en el cilindro por la fuerza de inercia del gas de admisión. La aspiración de aire hacia el interior del motor es realizada por la diferencia de la presión de aire. Cuando el pistón baja, la presión de aire en el cilindro es más baja que la presión externa al cilindro, de modo que el aire alrededor de la válvula de admisión será aspirado al cilindro. El tiempo de apertura de la válvula es diferente de la posición de la carrera para aspirar tanto aire como sea posible.

El hecho más importante de la carrera de admisión a la carrera de compresión es el flujo de las mezclas de gasolina y aire. No es adecuado que el flujo sea demasiado poderoso para ser encendido. Las pequeñas partículas de gasolina deben ser mezcladas con aire. Por lo tanto, hay muchas investigaciones de fabricantes y desarrollo de la forma del puerto de entrada y la proporción de las mezclas de manera que la fuerza y el modelo del flujo de mezcla son mantenidas hasta que la carrera de combustión consiga la mejor eficiencia del motor.

7. Tiempos de Compresión y Combustión En la carrera de compresión, las mezclas de gas son comprimidas por el pistón, de manera que la presión y temperatura se incrementan por la compresión adiabática. Por lo tanto, la gasolina es vaporizada por el calor comprimido del aire, listo para la combustión. La gasolina pulverizada inyectada en el cilindro con el aire es vaporizado en estado de gas por la compresión adiabática. Entonces está listo para ser quemado fácilmente. Este espacio para la combustión es llamado cámara de combustión.

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Principios del Motor Comenzando la combustión, las mezclas evaporizadas son quemadas en un breve tiempo por lo que la presión y la temperatura son incrementadas. En este tiempo el gas expandido por la combustión presionará al pistón. Esta fuerza de presión debería ser lo más fuerte posible. El periodo de tiempo de combustión es preferible que sea breve para fortalecer la fuerza. Si el periodo de tiempo para la combustión es más largo, entonces la fuerza de combustión no está llevando la presión al pistón sino que está siguiendo al pistón. Por lo tanto la eficiencia del motor es la peor. El periodo de tiempo combustión es afectado por el flujo las mezclas definidas por el tamaño y forma de la cámara de combustión y el componente de la mezcla y así sucesivamente. 8. Estructura del Motor

Carrera de Compresión Cuando se produce la carrera de compresión, el pistón alcanza la posición más alta. Cuando el pistón está en C en el dibujo, El encendido se producirá por la chispa eléctrica generada en la bujía. El tiempo para producir la chispa es muy importante. La mezcla no se quema totalmente en el tiempo de encendido, pero la combustión comienza desde el encendido. Por lo que se necesita algún intervalo de tiempo entre el tiempo de encendido y el tiempo para la máxima presión de la cámara.

El motor a gasolina es una máquina complicada que comprende distintas partes. Miremos como está estructurado el motor.

Carrera de Combustión El tiempo de encendido es determinado considerando que la combustión se completará entre la posición más alta y la de la mitad de la cámara de combustión. Además, la velocidad de combustión es proporcional a la velocidad de rotación del motor de manera que el tiempo de encendido debería ser ajustado con la velocidad del motor.

El motor es similar a un edificio de tres pisos. El primer piso es el carter de aceite que incluye el eje cigüeñal, este transforma el movimiento recíproco en movimiento giratorio. El segundo piso es el bloque de cilindros que incluye el cilindro en el cual un pistón se está moviendo con movimiento recíproco. El tercer piso es la 13

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Principios del Motor culata de cilindros.

etc.

En esta estructura, los componentes que se mueven en la primera y segunda parte se les llamana partes móviles, estas incluye el pistón, el eje cigüeñal y la biela.

9. Motor Diesel El motor diesel tiene forma y estructura similar al motor a gasolina. El punto diferente es el método de encendido. El motor a gasolina enciende la mezcla de combustible con la chispa eléctrica. Por el contrario, en el motor diesel el combustible es inyectado dentro del aire comprimido que tiene alta temperatura. Cuando el aire es comprimido, la temperatura del aire es incrementada. El motor a gasolina comprime la mezcla de gas de combustible hasta 1/10 del volumen inicial.

En la tercera parte, hay válvulas que controlan la admisión y escape de los gases de admisión y escape, y el eje de levas que acciona las válvulas. Estos se llaman el sistema de la culata. Sobre la culata, está el multiple de admisión que envia gasolina y aire al cilindro y el múltiple de escape que saca el gas quemado. Estos son llamados el sistema de admisión – escape. El múltiple consta de “Many” y de “Fold”, es decir mucho materiales combinados. En realidad, hay muchos tubos de cañerías que distribuyen el aire y la gasolina hacia cada cilindro o que juntan los gases de escape en un solo lugar. Está el sistema de combustible que incluye la bomba de combustible que toma la gasolina desde el estanque de combustible hacia el carburador o inyector de combustible para hacer la mezcla aire combustible. Está el sistema de lubricación que incluye la bomba de lubricante que suministra el aceite para reducir las fricciones y el filtro de aceite para filtrar el aceite. También está el sistema de refrigeración que incluye el radiador y la bomba de agua para mantener la temperatura del motor en forma adecuada. Para el funcionamiento del motor, se necesita la energía eléctrica. Hay dispositivos eléctricos que incluyen el encendido de la bujía, el alternador que genera la energía eléctrica y el motor de partida que suministra el movimiento inicial al motor. Además, están los sistemas auxiliares tales como la bomba de aceite para la dirección hidráulica, el compresor de aire acondicionado,

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Principios del Motor liviana. Cuando la cantidad de combustible es pequeña a baja velocidad, el combustible sera quemado casi perfectamente. Sin embargo, con mayor carga, el motor diesel necesita más cantidad de combustible de manera que la cantidad de aire es respectivamente pequeña. Por lo tanto, puede escapar un poco de humo negro. En el motor a gasolina, el encendido es ejecutado por la chispa eléctrica de manera que el período de tiempo de la combustión es muy corto. Sin embargo, en el motor diesel, el combustible diesel es rociado dentro del aire comprimido, de manera que necesita algún periodo de tiempo para ser evaporizado. Por lo tanto, la velocidad máxima del motor está limitada a ser relativamente más baja y la respuesta será más baja que en el motor a gasolina.

El motor diesel comprime aire alrededor de 1/20 del volumen inicial para aumentar la temperatura del aire sobre 600℃, e inyecta el

Comparado con el motor a gasolina, las fuerzas de expansión y de inercia de las partes móviles son mayores de modo que hay ruido más alto y más vibración. Tiene la ventaja de fácil mantención por no tener partes delicadas tales como el sistema de encendido y la buena eficiencia del combustible de manera que es usado para propósitos comerciales o de negocios más que para autos de pasajeros.

combustible comprimido con más de 100 atmosferas a través de la bomba de inyección durante 1 a 2 ms. La potencia será controlada por la cantidad de mezcla de aire combustible inyectada para el motor a gasolina. Por otro lado, la potencia del motor diesel puede ser controlada por la cantidad combustible inyectado sin controlar el aire (cantidad fija de aire).

10. Motor de Combustión Interna

Para quemar el combustible perfectamente aumentando la temperatura del aire, la relación de compresión aumentará. Sin embargo, al hacerlo así, el poder de expansión aumentará también. Por lo tanto, el motor debería ser más robusto para soportar el aumento de la fuerza. Además, es necesaria una alta calidad de combustible para ser inyectado por la bomba. Entonces el motor es más pesado y el costo es más alto. De modo que el motor diesel no es el más adecuado para aplicar al auto de pasajeros.

La fuerza del motor a gasolina de 4 tiempos, como el de combustión interna, cambia de acuerdo a las rpm (Revoluciones por minuto) del motor comparado con el motor eléctrico o el motor a vapor. De manera que, es imposible conducir con revoluciones más bajas que cierto valor específico. Por lo tanto, se deben incorporar el embrague y la transmisión cuando el motor a gasolina es utilizado en vehículos. Para el motor de 4 tiempos, usando las 4 carreras, la fuerza del movimiento se produce quemando la mezcla de aire y combustible en el cilindro. Es muy diferente con el motor

En el motor diesel, debido a que la cantidad de volumen de aire aspirado es constante, la carga que se aplica al motor es relativamente 15

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Principios del Motor eléctrico usado en vehículos eléctricos que pueden arrancar sólo aplicando la energía eléctrica. Si las mezclas no se suministran al cilindro en condición de ralentí, el motor no puede continuar funcionando. Para que el motor pueda estar funcionando continuamente cuando el vehículo está detenido, el mecanismo para conectar o desconectar la fuerza del movimiento del motor, por lo que debe incorporar un sistema de embrague.

rendimiento básico ha sido probado en laboratorios, el costo de fabricación es muy alto. Sin embargo se han sugerido algunas patentes y tecnologías para utilizarlas. 11. Motor de combustión pobre El sistema de purificación de escape usando los catalíticos de 3 vías tiene la característica de mantener la relación real de aire combustible ideal para desarrollar la oxidación y reducción de los componentes peligrosos simultáneamente. Para hacerlo así, la purificación del gas de escape será limitada, y la cantidad de combustible usado para el motor es decidida por el estado de conducción del motor. Por lo tanto, el motor no puede ser desarrollado para obtener más fuerza de conducción con menos cantidad de combustible.

En general, los vehículos necesitan más potencia cuando es arrancado o acelerado, pero cuando se maneja a velocidad constante, no necesitan mayor energía. Para el motor eléctrico, hay potencia cuando gira a bajas rpm, y cuando las rpm aumentan, la salida podría ser más baja. Por lo tanto, el motor eléctrico puede ser aplicado en vehículos sin ningún mecanismo de transmisión. Sin embargo, para el motor gasolina, la energía es determinada de acuerdo a las rpm del motor. El rango de rpm esta limitado dentro de ciertos rangos. Por ejemplo, las rpm del motor a gasolina estan alrededor de 700∼7000 revoluciones por minuto, y las rpm para obtener la máxima fuerza (torque) esta alrededor de 4000 revoluciones. Por lo tanto, cuando los vehículos están funcionando dentro de varios rangos de velocidades, es necesario controlar la velocidad incorporando la transmisión entre el motor y las ruedas.

El sistema de combustión limpia es desarrollado para fortalecer la eficiencia de combustible con buena purificación del gas de escape. Fortalecer la eficiencia es más importante para el futuro. El motor de combustión limpia es una de las tecnologías públicas más atractivas.

A simple vista el motor puede ser la mejor máquina para los vehículos. El factor importante es el combustible, la fuente de energía. La gasolina es fácil de guardar durante la operación del motor, pero es difícil para el motor almacenar energía eléctrica efectivamente.

Con relación A/F alta, se reduce la gasolina en la mezcla, al igual que los tres elementos más dañinos, monóxido de carbono, hidrocarburos y oxido nitroso. El oxigeno es más usado que el combustible, de manera que la cantidad de monóxido de carbono será menor o la mayor parte del monóxido de carbono será transformado en dióxido de carbono, gas que no es peligroso. El hidrocarburo también se quemará completamente y transformado en dióxido de carbono y agua. Ahora

Para desarrollar los vehículos eléctricos, es esencial desarrollar baterías que tengan alta eficiencia para cargar y mantener cargadas las baterías. Muchas compañías están tratando de desarrollar el método para mantener baterías recargables. Aún cuando el 16

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Principios del Motor consideraremos solo el último, el oxido de nitroso. Si la relación A/F es alta, entonces la temperatura aumentará por la cantidad de oxigeno y la cantidad del oxido nitroso aumentará. Con una relación de aire combustible de alrededor de 16, se maximizará el óxido nitroso. Si la relación A/F es más alta que 16, entonces la temperatura de combustión bajará de modo que el torque también bajará. Si la relación A/F es más y más alta, la combustión no es estable, y el torque es muy inestable, finalmente la combustión no se realizará. Los fabricantes estan enfocados en las variaciones del torque de acuerdo con la combustión limpia. Adaptando un sensor de presión de combustión que detecta la presión de combustible en el cilindro, el motor es operado con la relación A/F justo antes de se produzca la variación de torque. Por lo tanto, ellos pueden hacer la próxima generación de motores de combustion limpia con bajo consumo de combustible y menos cantidad de oxido nitroso. En ese sistema, la combustión limpia es desarrollada en condiciones en las cuales la conducción no está obstaculizada por un torque bajo con baja carga. Cuando el vehículo está acelerando o con alta carga, la combustión se produce con la relación teórica de A/F y el gas de escape es purificado por el catalizador de 3 vías. Muchos fabricantes continúan investigando para fortalecer el consumo de combustible enfocándose en el sistema de admisión y la cámara de combustión con una relación de A/F de 16∼20. Muchos motores nuevos que satisfacen este requisito de combustión y que tienen menos problemas de gas de escape se están mostrando gradualmente.

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Principios del Motor considerado como el material ideal para el motor. No es fácil aplicar el aluminio al motor porque tiene diferente coeficiente expansión al calor que el acero, se utiliza como material principal de las otras piezas, pero es complicado para diseñar las estructuras del motor. Además es más caro que el acero.

Capítulo 2. Bloque de Cilindros & Partes Móviles 1. Bloque de cilindros

Para los autos de pasajeros, el peso del motor es alrededor de 10∼15% del peso total del auto. El 15∼20% del peso del motor proviene del bloque de cilindros. Es importante que sea liviano manteniendo la resistencia tanto como sea posible. Por lo tanto el esqueleto de la estructura del bloque de cilindros tiene distintos espesores, es decir, el espesor es mayor en la parte donde se aplica más fuerza pesada o tiene mayor posibilidad de deformación y el espesor es el menor de las otras piezas. Para diseñar el bloque de cilindros que considera estos factores, el análisis de la estructura es desarrollada por el método de elemento finito en el cual el motor es dividido en celdas rectangulares o triangulares y que cada elemento es establecido en ecuaciones simultáneas para calcular por análisis numérico usando el computador.

El bloque de cilindros es la pieza básica del motor. Está fabricado de hierro forjado o aluminio. Comprende el cilindro en el cual el pistón se estará moviendo recíprocamente, la camisa de agua para la circulación del agua de refrigeración manteniendo la temperatura del cilindro, y el eje cigüeñal instalado en la parte baja. El rol del cilindro es guiar el movimiento recíproco del pistón soportando la fuerza y la alta temperatura de la combustión de las mezclas, para enfriar apropiadamente el cilindro y para soportar el eje cigüeñal. Como base del motor, debería tener suficiente fuerza para soportar todas las piezas instaladas en el motor.

En el lado del bloque de cilindros, debería haber una camisa de agua para la circulación del agua de refrigeración de modo que debe ser cuidadosamente fabricada por lo complicado de la estructura. Para evitar que se quiebre en el punto de cuello de botella de diferente espesor o para fortalecer la resistencia contra el desgaste. Debería ser tratado con calor.

Con estos propósitos, el cilindro es fabricado generalmente de hierro forjado porque el hierro es fácil de ser procesado mecánicamente y tiene la característica de buena resistencia contra al desgaste y la corrosión.

2. Camisa de cilindros El muro interno del bloque de cilindros es la cara de fricción con el pistón con aceite lubricante entre ambos. Por lo tanto, satisface los requisitos estrictos de endurecimiento a alta temperatura y de desgaste, los cambios de dimensión por el coeficiente de expansión

Recientemente, en vez del hierro forjado, la aleación de aluminio es más conocida. El aluminio es más liviano y disipa el calor con más facilidad que el acero, por lo que es

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Principios del Motor de calor estarán dentro de la tolerancia, y que no será adhesiva con otra por la alta temperatura.

expansión del calor del aluminio es casi el doble de la del acero de manera que la holgura se reducirá a alta temperatura del motor, la holgura será de 30∼40 micras (0.03∼0.04mm) a temperatura ambiente. Si la camisa y el pistón son de aluminio, entonces la holgura será de 10 micras porque no hay diferencia de la expansión de calor entre ellos. El entorno de la camisa del cilindro está formado como un paso para el agua para refrigeración, cámara de agua, para mantener la temperatura del motor en un valor determinado absorbiendo la energía calórica que proviene de la energía remanente de la combustión.

Generalmente cuando el material del bloque es el acero, esta pieza es hecha puliendo el cilindro de hierro forjado, llamándose del tipo sin camisa. Cuando el material del bloque es de aluminio forjado, la pared interior del cilindro que tiene una camisa hecha de hierro forjado para evitar el desgaste de la pared lateral. La camisa es lo que está adherido dentro del cilindro. La camisa del cilindro puede ser fabricado junto con el bloque de cilindros o en forma separada y unidos después con el cilindro.

3. Cámara de Agua Cuando se forja el motor, el cilindro es rodeado por el núcleo hecho de arena para formar espacios vacíos. Estos espacios son las cámaras de agua para dejar circular el agua refrigerante y bajar la temperatura de la culata y el cilindro a una adecuada temperatura de operación. El agua que circula en el interior de la cámara de agua va hacia el motor desde el puerto de salida del radiador enfriando el agua caliente. El agua fluye desde la parte inferior del motor hacia la parte superior del motor. Después de enfriarse la culata, el agua caliente es sacada desde el motor y va hacia el puerto de entrada superior del radiador. Durante la circulación dentro de la cámara de agua, es importante enfriar a cada cilindro de igual forma. El diseño de la cámara de agua es enfocado sobre el método de flujo para esparcir el agua ligeramente sobre todas las piezas con el menor volumen de agua posible. El agua caliente es enfriada en el radiador y entonces regresa a la cámara de agua de nuevo. En invierno, el agua caliente selectivamente fluye adentro de otro radiador para calentar el habitáculo de pasajeros.

Para el bloque de cilindros de aluminio, se usa el hierro forjado. Es más pesado que la aleación de aluminio a la vez que tiene la relación de transmisión de calor más baja que el aluminio. Por lo tanto, para el motor de carrera o para altas exigencias, se fabrica una camisa especial de aleación de silicio especial basada en el aluminio o se utiliza un tratamiento especial sobre las superficies aluminio. Estas camisas especiales son caras y difíciles de fabricar. Además existen algunas pruebas para desarrollar en el cilindro sin camisa con el bloque de cilindros de aleación de aluminio. Aun cuando el cilindro sin camisa es más caro, el motor puede ser más barato y compacto de manera que es principalmente aceptado por los motores de alto rendimiento. La holgura entre la camisa del cilindro y el pistón dependen del material. Cuando la camisa es de hierro forjado y el pistón es de aluminio, considerando que la proporción de 19

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Principios del Motor

Generalmente, la cámara de agua está rodeando completamente al cilindro. Para reducir la longitud del paso a lo largo de la disposición del cilindro, la cámara de agua está rodeando el lado exterior del cilindro de manera que el agua no fluye en el espacio adyacente a los cilindros. Este tipo se conoce como el tipo de los siameses, algunas porciones de la camisa que rodean cada cilindro son sumergidas en un solo cuerpo. La camisa convencional es llamada la del tipo de camisa completa.

4. Pistón

El pistón se mueve dentro del cilindro recíprocamente y transmite una fuerza de 3~4 toneladas (5 toneladas para el motor diesel) de acuerdo con la combustión de la mezcla de combustible la que tiene una temperatura de 2000°C en la carrera de combustión hacia la biela. Lo primero que debe considerarse en el diseño del pistón es que éste debe fabricarse de materiales livianos para reducir la fuerza de inercia del movimiento recíproco. El próximo punto es que su material debe tener la fuerza necesaria para resistir la fuerza de combustión. Y luego el material del pistón deberá tener buena captación del calor y no deformarse por la alta temperatura.

Para los motores que tienen una camisa, es dividido en dos tipos ya sea que el agua esté en contacto o no con la camisa. Cuando la camisa del cilindro es rodeado por la pared del bloque de cilindros de modo que la parte externa de la camisa no puede encontrarse con el agua de refrigeración, se le llama tipo de camisa seca. Cuando la mayoría de las porciones de la camisa se contacta con el agua fría directamente, se le llama del tipo humeda. La camisa del tipo humeda tiene mejor rendimiento de enfriamiento. Debe estar sellado con un o’ring entre la camisa y el bloque para evitar la fuga de agua fría. En KIA, la mayoría de los motores que tienen camisas, son del tipo secas porque la KIA no tiene problemas que provengan del calor adhesivo del motor, no obstante nos preocupamos de la pérdida de agua enfriada.

Al principio, el aluminio o la aleación del aluminio pueden considerarse para alivianar y

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Principios del Motor fortalecer. Entonces, para fortalecer la resistencia al calor y para evitar que cambie de dimensión, el tratamiento del calor debe ser realizado.

mayor. Así, el diámetro debería ser diseñado considerando el balance con el tamaño del pistón

La parte superior del pistón es llamada la cabeza del pistón o corona del pistón. Es una parte muy importante que forma la cámara de combustión con la culata. Para fortalecer la eficiencia de la combustión de la mezcla de combustible instantáneamente, la forma de la cabeza del pistón debe ser plana. Para mejorar la relación de compresión, la mitad de la porción debe estar levantada o hay algunas posiciones de partes rebajadas, el fresado para las válvulas de admisión y de escape es para evitar tocar el pistón. La porción inferior del pistón es el faldón que estabiliza el movimiento recíproco del pistón. Algunas porciones delanteras del faldón parecen cortadas debido al peso para balanceo que pasa por estas áreas cuando el pistón baja. Hay una holgura entre el pistón y el cilindro. Esta holgura se sella con el anillo del pistón. Cuando el pistón se mueve en forma recíproca algunas partes del faldón pueden tocar la pared del cilindro. Para reducir este contacto, la forma del faldón debe ser cambiada. La longitud más corta del faldón tiene menos ruidos de fricción con el pistón y con menor peso. Sin embargo, es preferible que al diseñar el faldón esté balanceado con el tamaño del pistón

5. Anillos de pistón Las principales funciones del anillo del pistón, la rueda de acero que rodea parte de la cabeza del pistón, son evitar la pérdida de gas a través del sellado entre el pistón y el cilindro, para evitar que queden restos del aceite lubricante en la cámara de combustión cuando el aceite baja por las paredes del cilindro y para evitar que se transmita el calor del pistón al cilindro. Generalmente el pistón consta de tres anillos. Los dos anillos que están cerca de la cabeza son llamados anillos de compresión. El anillo que está cerca del faldón es retén. El anillo superior de los anillos de compresión es usado para sellar el gas, el retén es usado para remover el aceite lubricante, y el segundo anillo de los anillos de comprensión es usado para sellar y controlar el espesor de la película de aceite lubricante.

El pistón está conectado a la biela con el pasador de pistón. De manera que las fuerzas más grandes son aplicadas a este pasador. Como el pasador de pistón tiene estructura de un hueco cilíndrico, el diámetro externo más grande, del mismo peso, es la mayor presión contra la fuerza de deformación. Sin embargo, cuando el diámetro del pasador de pistón es agrandado, la cabeza del pasador de pistón también debe agrandarse. Por lo tanto, la altura de compresión, la longitud desde el pasador hacia la cabeza del pistón, también es alargada de manera que el peso del motor es

Algunos pistones tienen dos anillos, el anillo de compresión y el anillo de aceite. En este caso, los roles de los anillos son de alguna forma perdidos, pero la eficiencia puede ser fortalecida reduciendo la pérdida de fuerza de fricción entre el anillo del pistón y la pared del cilindro. Algunos autos de carrera aceptan el sistema de dos anillos para acortar la altura del

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Principios del Motor pistón y reducir el peso del motor.

6. Biela

El anillo de compresión está hecho de acero de resorte con hierro forjado y la superficie debe ser tratada con calor para reducir la fricción y fortalecer la lubricación del pistón. Para insertar el anillo en la porción con muesca y asegurar la fuerza de tensión para la compresión del cilindro, una porción del anillo debe estar abierta. Esta porción abierta se llama espacio del extremo. El gas quemado tiene un poco de perdida a través de este espacio. El gas perdido es regresado a la cámara de combustión por el sistema Blow-by evitando las perdidas.

La biela es la pieza que conecta el pistón y eje cigüeñal. Transfiere el movimiento recíproco en movimiento de rotación. La biela se mueve en forma muy compleja con movimiento de balanceo sobre el pasador del pistón y el movimiento lineal hacia arriba y hacia abajo. De manera que se produce el peso de balanceo para controlar la fuerza de inercia generada por movimientos complicados.

La porción con ranura del pistón para los anillos de compresión es ligeramente más grande que el ancho de los anillos. Cuando el pistón se mueve hacia arriba o hacia abajo, los anillos están rotando para evitar que el espacio del extremo de los tres anillos se alinien. Si los anillos no tienen no tienen tensión suficiente, los anillos se agitan dentro de las ranuras a alta velocidad del motor de manera que no puede sellarse el gas apropiadamente.

La relación de contribución del peso de la biela a la fuerza de inercia es alrededor de 2 a 1 en movimiento recíproco. Para alivianar la carga al cojinete y la vibración reduciendo la fuerza de inercia, la biela debe ser lo más liviana posible. Sin embargo, debe tener la fuerza suficiente para transmitir la fuerza de combustión al eje cigüeñal. La biela esta fabricada de acero especial forjado o fundido. El forjado es preferentemente usado para asegurar la fuerza. Para los autos de carrera, se utilizan de aleación de titanio, el que es liviano y muy resistente pero con alto costo.

La sección transversal del retén tiene forma de una C invertida. Los aceites que se juntan en los anillos son devueltos hacia el interior del pistón a través del orificio localizado en la parte inferior del anillo en forma de “C” invertida. Cuando el motor tiene alta velocidad, el anillo no puede juntar el aceite solamente con la fuerza de tensión, entonces un resorte adicional, el expansor, deberá ser conectado para reforzar la fuerza de compresión del anillo hacia el cilindro.

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Principios del Motor Las bielas pueden ser divididas en dos tipos de acuerdo a la forma seccional transversal del vástago: el tipo I y el tipo H. Si la fuerza es la misma, entonces el tipo I es más liviano que el tipo H. Por lo tanto los autos comunes aceptan el tipo I. El tipo H tiene estructura más poderosa contra la fuerza de deformación hacia la dirección del eje del pasador.

7. El eje cigüeñal El cigüeñal transforma el movimiento recíproco en movimiento rotacional como se ha mencionado hasta ahora. En los primeros tiempos de la historia del vehículo, el motor se arrancaba con una manivela. Después el motor eléctrico fue usado para dar partida al motor, hasta los años 50 algunos autos tenían una manivela en la parte delantera del motor como mecanismo de emergencia en caso de mal funcionamiento del motor.

Como la biela es más larga, la vibración lateral es menor. La razón es que; considerando la fuerza aplicada al pistón en la rotación del cigüeñal dividida en dirección lateral y longitudinal, la biela más larga puede reducir la relación de la fuerza a la dirección lateral que la biela más corta de manera que la vibración y la fricción también se pueden reducir. Sin embargo, si la biela es demasiado larga, el peso del motor es mayor de modo que no se prefiere. Generalmente la longitud desde el centro del pasador del pistón al pasador del cigüeñal, es alrededor de dos veces la longitud del la carrera.

El eje cigüeñal conecta cada manivela con cada cilindro. El apoyo del eje principal se llama bancada del cigüeñal y la parte que conecta al extremo grande de la biela se llama muñequilla del cigüeñal. Por otra parte, la conexión del extremo pequeño de la biela con el pistón es llamada pasador de pistón. La conexión que une la bancada del cigüeñal y la muñequilla de cigüeñal se llama brazo del cigüeñal. El sector formado por el péndulo en la parte delantera del brazo del cigüeñal se llama el peso del balanceo o peso de equilibrio.

La porción del extremo de la biela en el lado del pistón es llamado el extremo pequeño, y la porción del extremo en el lado del cigüeñal se le llama el extremo grande. El extremo pequeño es conectado al pistón con el pasador del pistón, y el grande es conectado a la muñequilla del cigüeñal insertando el cojinete.

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Principios del Motor

8. Cuerpo del cigüeñal El cuerpo del cigüeñal es la parte que cubre desde el cilindro en el bloque hasta el eje cigüeñal. En el cuerpo del cigüeñal, hay varios mecanismos auxiliares tales como el alternador (generador de corriente alterna), para producir energía eléctrica, el compresor de aire acondicionado y la bomba de aceite para la dirección hidráulica Y los soportes del montaje del motor que sostienen el motor al chasís del vehículo también están conectados al cuerpo del cigüeñal. Como la caja del cigüeñal es parte del bloque de cilindros, siempre vibra por el movimiento recíproco del pistón y el movimiento del eje cigüeñal. Por lo tanto, el material del eje cigüeñal debería satisfacer los requisitos de la resistencia contra la fuerza de choque y la vibración.

La razón de la forma del peso de balanceo extendiéndose desde el centro (raíz) hacia la porción circunferencial (porción externa) es que puede tener más fuerza de inercia cuando gira sobre la parte de la raíz; aún cuando el peso de balanceo tiene la misma densidad de peso. En el motor recíproco, el pistón presiona la bancada del cigüeñal con la biela en la carrera de combustión. El eje cigüeñal es afectado por el efecto de doblado y la fuerza de distorsión. Por lo tanto, la bancada del cigüeñal tendrá la fuerza suficiente para resistir estas fuerzas por lo que está fabricado de acero forjado. Para los motores de alto rendimiento en los autos de carrera, el acero forjado se usa más para resistir la fuerza.

Los tipos de caja de cigüeñales están divididos en dos tipos de acuerdo al rango de cubierta sobre el eje cigüeñal, el de tipo medio faldón y el de tipo faldón profundo Y los soportes del montaje del motor que sostienen el motor al chasís del vehículo también están conectados al cuerpo del cigüeñal. En el tipo faldón profundo, la caja del cigüeñal cubre la tapa de cojinete.

Para el vehículo general o de propósitos comerciales, el acero fundido es usado debido a que el proceso de forjado es más caro. Aún cuando el acero fundido resiste menos fuerza que el acero forjado, no es un punto tan crítico porque es posible fabricar el peso de balaceo en forma precisa. El peso de balanceo equilibra las fuerzas entre el movimiento recíproco del pistón y el movimiento de rotación del cigüeñal. Simplemente piense, balancear el peso es hacer coincidir las fuerzas de inercia del pistón y el peso de balanceo en relación de 1:1. El peso de balanceo debería ser pequeño en lo posible dentro de los requerimientos de rango de carga de la bancada para reducir el peso del cigüeñal.

Debido a que el tipo de medio faldón tiene una longitud corta, es posible que el bloque sea

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Principios del Motor liviano. Sin embargo, la fuerza conjunta será más débil que el tipo de faldón profundo, porque el área que se une es pequeña cuando la transmisión es conectada al motor. Es fácil de que se produzca algunas vibraciones de modo que es necesario ser apoyado por los soportes. Además, el espacio para adjuntar los dispositivos auxiliares será más pequeño. Para asegurar el cigüeñal al bloque de cilindros y reforzar la fuerza del bloque, un dispositivo de apoyo podría ser formado con el cojinete del cigüeñal en la parte inferior del cárter del motor. Según el tipo de dispositivo, están el tipo estructura de escala y el tipo de viga de cojinete. En la parte inferior del bloque de cilindros, existe también un depósito de aceite. Este es para juntar el aceite, completando el rol de lubricación y refrigeración. Está fabricado de una hoja de acero prensada y está conectada por una cubierta de caucho como la cubierta superior. Es fácil que el depósito de aceite haga ruidos de modo que está fabricado con una placa hecha de acero resistente a la vibración. La placa de acero está fabricada para insertar una placa de resina entre las dos placas de acero para evitar que vibre.

cojinetes, incluyendo el cojinete plano que sostiene el eje con el lado más ancho y plano, y el cojinete de bolas o rodillos. Generalmente, para el cigüeñal del motor, es más usado el cojinete plano.

La razón por la cual el tipo de cojinete de rodillos no es aplicado al cigüeñal es que la carga puede ser concentrada en los puntos de contacto de la bola o el rodillo en un punto o línea fija. En el cojinete plano la carga es aplicada sobre el lado lubricado, el área de contacto es más grande que el cojinete de rodillo o de bola de modo que el cojinete plano puede soportar mayores fuerzas. El cojinete liso también se le denomina como cojinete de deslizamiento, el eje se desliza sobre el cojinete con el aceite lubricante. Incluso si se le aplica con mucho cuidado y con precisión a la superficie del cuerpo sólido de metal, una capa de superficie lisa de todas formas tendría cierta aspereza. Por lo tanto, cuando los dos cuerpos sólidos se ponen en contacto directamente, ellos deberían desgastarse. El aceite lubricante que ingresa entre el cojinete liso y el eje puede convertir la superficie rugosa de estos dos cuerpos sólidos en una superficie suave. Los dos cuerpos sólidos no se contactan directamente aún cuando estén conectados.

9. Cojinetes (Cojinete principal) El cojinete ayuda a la rotación suave del eje y soporta al eje de rotación. Hay varios tipos de

El espesor de la película de aceite, es decir el espacio con el cojinete, es cambiado por la carga o la expansión de calor. Cuando es muy pequeño, se le puede adherir calor de fricción. De otra manera, cuando es muy grande, puede producir vibraciones y ruido. El cojinete es fabricado soldando la aleación que tiene poco peso y buena resistencia a la fatiga, como son el cobre o el aluminio, sobre la superficie con una base especial de metal como el plomo. El cojinete tiene agujeros y un

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Principios del Motor surco de aceite para suministrar el aceite lubricante y lubricar la porción de contacto entre la biela y la bancada del cigüeñal y entre el cigüeñal y el cárter del motor. El cojinete de manivela, el eje rotatorio del cigüeñal, es conectado a la parte inferior del bloque de cilindros por la tapa del cojinete con el cojinete liso. Para el motor en serie, este cojinete debería estar conectado en el lado delantero y el lado trasero del cilindro. Si es de 4 cilindros, tiene 5 cojinetes y si es de 6 cilindros, tiene 7 cojinetes, es decir, es llamado de 5 cojinetes y de 7 cojinetes respectivamente. Ciertos motores de modelos antiguos podrían tener la estructura de 3 cojinetes. Este tipo no es usado porque es fácil que se doble el cigüeñal y también porque produce vibraciones.

El volante está incorporado en el lado de la transmisión del cigüeñal para mantener la rotación pareja usando la fuerza de inercia y reduciendo la irregularidad de la fuerza rotatoria. El cigüeñal gira dos veces por cada tiempo de combustión. En las otras carreras, la fuerza invertida direccional será necesaria para la compresión, la admisión y el escape. Si no hay volante, entonces la fuerza rotatoria del cigüeñal se reduce en estas carreras. Por lo tanto, cuando los intervalos de cada carrera de combustión sean largos como los del estado de ralentí, el motor podría detenerse.

10. Volante

Alrededor del volante se instala una corona dentada para hacer girar el cigüeñal a traves del piñon del motor de arranque. El disco de embrague puede conectarse al lado plano del volante mediante una placa para transmitir la fuerza motriz a la transmisión.

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Principios del Motor acero que tiene más fuerza. 11. Eje de equilibrio o compensador para la fuerza de inercia secundaria El pistón, la biela y el cigueñal producen la fuerza de inercia según el movimiento recíproco y rotatorio. Por esta razón, si el motor de un cilindro no tiene el peso contrario para equilibrar entre la fuerza de inercia y el peso del pistón, la biela y el cigueñal, entonces el motor puede vibrar demasiado y desestabilizarse.

La magnitud del torque de rotación es calculada multiplicando la magnitud de la fuerza por la distancia entre el centro del eje al punto en el cual la fuerza es aplicada. La magnitud de la fuerza es proporcional a la masa de inercia de modo que si el volante es pesado y el diámetro externo es grande, o si la parte externa es pesada, entonces la fuerza del volante podría ser grande. En el motor convencional, la mitad de la masa de inercia total es distribuida en el volante. Por lo tanto, cuando la rotación del motor es baja o cuando el motor convencional está en estado de ralentí, la masa de inercia del volante debe ser grande para hacer girar el motor regularmente. Sin embargo, con la masa de inercia grande del volante, la rotación del motor no puede cambiarse fácilmente. Es difícil aumentar la rotación del motor presionando el acelerador, o frenar el giro del motor soltando el acelerador. Es decir la respuesta de motor será deficiente. De manera que la eficiencia del combustible también será la peor.

Para el motor de 4 cilindros en serie, los 4 pistones están conectados al eje cigüeñal apareándose el primero con el cuarto, y el segundo con el tercero, frente a frente entre sí. Cuando el cigüeñal gira, las fuerzas de inercia son compensadas de modo que el peso contrario puede que no se necesite. En la estructura de movimiento real del sistema de manivela de pistón del motor de 4 cilindros, la fuerza de inercia no será compensada. Esto proviene de la estructura en la cual el pistón en el movimiento recíproco, es conectado al cigüeñal en el movimiento rotatorio con la biela. Por ejemplo, en la rotación de mitad del cigüeñal cuando el pistón se mueve desde el punto más alto (PMS, punto muerto superior) al punto más bajo (PMI, punto muerto inferior), el pistón tiene la velocidad máxima cerca del punto más alto de la carrera más que a la mitad de ella. La rotación del cigueñal es regular de modo que la fuerza de inercia de la manivela de cada cilindro (la fuerza de inercia primaria) es fácilmente balanceada. Sin embargo, la fuerza de inercia del pistón no lo es. Por ejemplo, la fuerza de inercia superior generada cuando el primero y cuarto pistón se mueven desde el punto más alto hacia el punto más bajo es más grande que la fuerza de inercia inferior generada cuando los segundos y terceros pistones se mueven desde el punto más bajo al punto más alto.

Algunos motores usan el 30% de torque generado por el motor para aumentar la rotación del motor mismo, cuando se acelera en un cambio de baja velocidad. El tamaño y el peso del volante son decididos según el propósito del vehículo. Por ejemplo, el motor para el auto de carrera usa uno de tamaño pequeño, y él auto para la familia usa uno de tamaño grande. Para objetivos generales, el volante está fabricado de hierro fundido, y para objetivos especiales como el auto de carrera, está fabricado con cortes en el material de

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Principios del Motor fuerza de inercia secundaria. Este eje de equilibrio o balanceo está diseñado para girar al doble de velocidad en dirección inversa al cigüeñal. La fuerza de inercia adicional generada desde el eje de equilibrio compensará la vibración de la fuerza de inercia secundaria.

Representando esta relación en el gráfico con la fuerza de inercia en el eje vertical y el ángulo de rotación del cigüeñal en el eje horizontal, cuando la fuerza de inercia superior del primer y cuarto pistón es el valor máximo, la fuerza de inercia inferior del segundo y tercer pistón es de valor mínimo, y viceversa después que el cigüeñal gira 180°. De esta relación, sabemos que la fuerza de inercia es generada con la proporción de 2 veces por una rotación del cigüeñal. Esta fuerza de inercia es denominada fuerza de inercia secundaria. Es fácil que se produzca cuando el motor está en estado ralentí. El motor de cuatro cilindros es equipado generalmente en el auto de pasajeros pequeño. Para conveniencia de los pasajeros, un eje de balanceo, es un eje de equilibrio que tiene la forma de la mitad de un círculo en la vista de corte transversal, se conecta a ambos lados del motor para reducir la vibración de la

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Principios del Motor La cámara de combustión es una parte muy importante para decidir sobre el rendimiento del motor. Entonces la forma y el tamaño son factores importantes. Si la cámara de combustión es grande, el intervalo de tiempo para quemar la mezcla de combustible es largo, aún cuando la mezcla pueda ser suficientemente comprimida. Entonces no se puede asegurar más potencia. Por lo tanto, es preferible que la cámara de combustión sea compacta.

Capítulo 3. Culata 1. Culata

Además, la forma de la cámara de combustión debe tener la menor cantidad de superficies desiguales para realzar la combustión de las mezclas. Si la forma de la cámara de combustión es complicada, entonces el calor de la combustión fácilmente se perderá porque la superficie de la cámara es demasiado grande sobre el volumen, por lo tanto, la fuerza que presiona el pistón será inferior.

La culata está instalada sobre el bloque de cilindros con un sello para evitar que se escape el gas quemado. La parte inferior de la culata es también el piso de la cámara de combustión. Por lo tanto, la forma de la culata muy es complicada. La parte en forma de caja rectangular localizada en la parte superior, tiene el sistema de conducción de válvulas que aspira la mezcla de combustible hacia el motor y arroja el gas quemado, y el conector de encendido de modo que la forma y la operación de esta parte pueda además decidir además del funcionamiento de motor, la combustión de la mezcla de combustible.

El puerto de admisión es también la parte importante, porque el flujo de la mezcla de entrada esta definido por el tamaño y la forma. Considerando sólo el flujo, la superficie interna más lisa es mejor para reducir la resistencia contra el flujo y la forma directa de puerto es el mejor. Sin embargo, la forma del puerto es provechosa para la aspiración de la mezcla en el cilindro para formar un flujo agitado y para ser quemado en la carrera de combustión tanto como sea posible. La cámara de agua absorberá el calor restante que queda después de la combustión hasta que termine la carrera de escape tan rápido como sea posible para evitar que aumente la temperatura de las próximas mezclas de aspiración. Especialmente, alrededor de las partes que tienen alta posibilidad de aumentar la temperatura tales como la válvula de escape y la bujía que debe ser enfriado principalmente para impedir que se produzca un problema por el exceso de calor. En la culata, está el cojinete para sujetar el sistema de conducción

La estructura de la culata varía según el tipo de motor. La mayoría de las culatas tienen la típica estructura así. En la parte superior, hay un sistema conductor de válvulas en cual el puerto de admisión que aspira la mezcla de combustible en la cámara de combustión y puerto de escape que saca el gas quemado en la dirección longitudinal. Dentro de la culata, hay una cámara de agua que hace circular el agua fría desde el bloque de cilindros.

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Principios del Motor de la válvula que incluye al eje de levas. El cojinete es lubricado y enfriado por el aceite del motor.

de leva levantan la válvula de modo que el estado de apertura sea determinado por el perfil de disco de leva. La sincronización de la apertura y el cierre de las válvulas son determinados por el ángulo de operación, el ángulo desde el punto de partida hacia el punto final de la cabeza.

2. Leva y eje de levas

Cuando la válvula se cierra en el asiento de la válvula, es preferible que el impacto sea pequeño en lo posible, de modo que la forma en sección de cruz del disco de leva sea de la forma de un huevo.

El disco de leva conduce la apertura y el cierre de las válvulas de admisión para aspirar la mezcla de combustible hacia la cámara de combustión y las válvulas de escape para sacar el gas quemado. Para el motor OHC o DOHC, el disco de leva es conectado al árbol de levas instalado en la parte del medio de la culata.

Siempre se le aplica a la válvula una fuerza en la dirección de cierre mediante el resorte de válvula. Presionando el resorte con la nariz del disco de leva, las válvulas se abrirán. Si la velocidad de disco de leva se hace rápida para ampliar la fuerza de inercia de la válvula, el movimiento recíproco de la válvula no es equilibrado con el movimiento rotatorio del disco de leva. La velocidad del motor generada por esta velocidad limitada de apertura y cierre es la velocidad máxima del motor. Entonces el perfil del disco de leva es muy importante.

El árbol de levas tiene los discos de leva con el mismo número de las válvulas para la admisión y el escape que están distribuido en ángulos según la sincronización de apertura y cierre. Para el motor de 4 ciclos, la relación de apertura de las válvulas de admisión y las válvulas de escape es de una por dos revoluciones del cigüeñal. Por lo tanto, el árbol de levas gira con la proporción de una vuelta por dos revoluciones del eje cigüeñal. La parte protuberante del disco de leva se llama nariz de leva o la alzada de leva. La altura se denomina el levantador de disco de leva. "Levantador" quiere decir que los discos

La superficie de la nariz del disco de leva debe ser tratada en forma especial para asegurar la resistencia contra las fricciones del levantador de válvula y el balancín instalado en la válvula. Para hacerlo así, el árbol de levas esta fabricado de hierro fundido y la nariz de disco de leva debe ser tratada con un tratamiento en frío tal como el método de congelación para fortalecer la superficie, cuando es fundido.

Leva pequeña

Leva grande

Hay dos métodos para suministrar el aceite 30 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor lubricante al cojinete de leva que sujeta la nariz de disco de leva y el árbol de levas, desde afuera y desde adentro. En el método de suministro exterior, el aceite será suministrado desde el cojinete. En el método de suministro interior, el árbol de levas tiene un agujero para suministrar el aceite lubricante desde la parte del medio del cojinete. Además, el árbol de levas está fabricado de un tubo ahuecado y el aceite lubricante puede ser suministrado a través de este tubo ahuecado. 3. Accionamiento del eje de levas Para el motor OHC, el cigüeñal esta localizado en la parte inferior el bloque de cilindros y el árbol de levas esta localizado sobre la culata, por lo que debe haber una cadena o correa para transmitir el movimiento rotatorio del cigüeñal al árbol de levas. La conducción de las válvulas de admisión y escape debería ser exactamente sincronizada con la rotación del cigüeñal, para algunos casos como el auto de carrera, utiliza engranajes para transmitir exactamente el movimiento rotatorio.

En el sistema de cadena para la transmisión, la rueda dentada para la cadena se le denomina engranaje. El que va conectado en el cigüeñal es el engranaje de cigüeñal, y el otro conectado al árbol de levas es el engranaje del árbol de levas. En el sistema en el cual el árbol de levas es conducida por la cadena, la proporción del número de dientes entre el piñón de cigüeñal y el árbol de levas es de 1:2. Para mantener la tensión de la cadena, se instala un tensor de cadena, y la guía de cadena impide que esta se sacuda durante el giro. Si este método es aplicado al motor DOHC, el engranaje tendrá el diámetro grande según la relación del número de dientes. Por lo tanto, la holgura del árbol de levas y la holgura de las válvulas de entrada se agrandará. Por consiguiente, este método no es aplicado a los motores de tipo compactos. Para solucionar este problema, un engranaje adicional se inserta entremedio para transmitir el movimiento rotatorio al engranaje del árbol de levas. La correa de distribución usa una correa que tiene la superficie dentada y la polea, en vez de la cadena y el engranaje, respectivamente. En este tipo, el engranaje y la polea conectada al extremo del árbol de 31

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Principios del Motor levas tienen la marca de distribución que indica el tiempo de apertura y cierre de la válvula. Entonces usamos el término de "distribución" al nombre de las partes. La polea conectada en el cigüeñal es la polea de engranaje de distribución del cigüeñal y la que está conectada al árbol de levas es la polea de engranaje de distribución de árbol de levas. En el sistema de cadena, habrá un tipo de reducción directa y un tipo de reducción doble. Incluso aunque el motor OHC pueda aceptar la cadena larga para conducir el árbol de levas, se usa principalmente el método conductor de la correa. La razón es que la cadena larga puede producir el mal ajuste de sincronización por un lado y grandes ruidos por otro y además el sistema de cadena necesita lubricación. Sin embargo la correa está fabricada de fibra y caucho entonces fácilmente puede romperse por el calor o el aceite. Es preferible que se cambie cada 90.000km de funcionamiento.

resorte. La temperatura de la combustión está

sobre 2000ºC, y la temperatura del gas quemado que pasa a través de la válvula es más de 1000ºC. Por lo tanto, la temperatura de la válvula de escape es más de 800ºC y la de la válvula de entrada es más de 300ºC. Entonces el material de la válvula debería ser de acero resistente al calor.

4. Válvulas de Admisión y Válvulas de Escape

El tamaño de la válvula es representado por el diámetro en la parte de la cabeza. La válvula de admisión es más grande que la válvula de escape. Representando el área de la parte de la cabeza, cuando la válvula de entrada es de 100, la válvula de escape es aproximadamente 75 ~ 85. Esta diferencia en sus tamaños es para equilibrar el flujo de gas. La entrada es realizada por la presión disminuida que resultando de la bajada forzada del pistón, por otro lado, el escape es realizado por la alta presión que resulta de la combustión. Para equilibrar el flujo de entrada y escape, el tamaño de válvula de entrada debe ser más grande que el de la válvula de escape.

La culata incluye el puerto de admisión que aspira la mezcla de combustible al cilindro y el puerto de escape sacando el gas quemado. Las válvulas en los puertos son la válvula de admisión y válvula de escape, respectivamente. De acuerdo a la forma de hongo de la válvula, se le denomina válvula de movimiento vertical. Las poseen una cabeza de válvula y el vástago de válvula. El vástago apoya la guía y el resorte de válvula. La válvula es abierta por la operación de presión de la nariz del disco de leva y es cerrada por la fuerza elástica del 32

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Principios del Motor El vástago de la válvula esta diseñado, considerando el flujo, tal como el de la válvula de admisión es más delgada para reducir la resistencia de flujo y la de la válvula de escape es más grueso para transmitir el calor desde la parte protuberante del vástago . El calor es transferido a través del paso del vástago de la válvula, la guía de la válvula, la culata y el agua de refrigeración. Algunos motores de alto rendimiento usan el vástago hueco relleno con sodio para asegurar una mejor refrigeración de la válvula.

Válvula de tipo lateral En la válvula de tipo lateral, el árbol de levas instalado cerca del eje cigüeñal y presiona un sistema largo de válvulas para abrir y cerrar la válvula. La cámara de combustión es grande y tiene el intervalo largo de tiempo para quemar la mezcla de combustible de modo que no pueda producir alta potencia. Hoy día este tipo no es usado.

La parte del puerto que se pone en contacto con la cara de válvula se le denomina asiento de válvula. Si la culata está fabricada de hierro fundido, entonces el asiento de la válvula tiene la doble estructura. Si la culata está fabricada de aleación de aluminio, entonces el asiento es fabricado de acero con resistencia al calor. El resorte de la válvula siempre presiona la válvula para conectar al disco de leva de modo que el resorte de válvula se prefiere porque es suave para reducir la resistencia de fricción generada cuando la nariz del disco de leva presiona la válvula. Además, para ampliar la cantidad de gas de entrada y gas de escape, la válvula puede ser ampliada y el levantamiento del disco de leva puede extenderse así como el resorte de válvula puede ser ablandado para que opere más rápido. Pero esto puede producir problemas y es más difícil el balanceo.

Tipo OHV (Válvulas en la culata) En el tipo de válvulas en la culata (OHV), la válvula parecida al tipo de válvula lateral es conectada sobre el cilindro para abrir y cerrar la válvula usando un alza válvulas. La forma y la estructura son similares a los motores usados actualmente para mejorar el rendimiento.

5. Sistema de accionamiento de válvulas Como la válvula controla los gases para aspirarlos y para sacarlos del cilindro, su método de conducción puede entregar efectos importantes en el rendimiento del motor. Hay varios tipos de accionamiento de válvulas. Han sido desarrollados desde el tipo de válvula lateral, OHV, OHC hasta el tipo de DOHC.

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Principios del Motor gemelo (twin cam). Además, el motor tipo V, tiene dos culatas entonces los árboles de levas serán cuatro.

Tipo OHC (árbol de levas en la culata)

Tipo directo Balancín

Después de eso, se desarrolló el tipo OHC (árbol de levas en la culata). Como su nombre lo indica, el árbol de levas está localizado sobre la culata, exactamente, en el la parte central de esta. En las levas de OHC, hay dos tipos, el tipo en línea en la cual las válvulas de admisión y de escape son alternativamente instaladas en dirección líneal, y el otro es del tipo de instalación en forma de V en la que la válvula de admisión y la de escape están localizadas una frente a la otra en oposición para formar el tipo V. Este último tiene más eficiencia y más alto rendimiento.

Alza válvulas

El método de conducción para las válvulas de admisión y escape se divide en el tipo directo, en el cual el disco de leva directamente conduce las válvulas, y el tipo de balancín, en el cual el disco de leva conduce la válvula que usa una palanca. En el tipo de balancín, una palanca conecta el punto de apalancamiento y la leva. Usando la palanca se puede conducir la válvula más rápido que el levantamiento de disco de leva. El tipo directo tiene menos componentes y mucha fuerza. Usando la presión del aceite para el taqué hidráulico, la válvula puede recorrer el perfil de disco de leva siempre. 6. Tiempo de válvulas La sincronización de válvulas corresponde al momento de apertura y cierre de la válvula de admisión y de escape. El tiempo estándar de cada carrera está determinado por el inicio en la apertura y finalización del cierre de la válvula, en realción al giro del eje cigüeñal y el puento muerto superior y punto muerto inferior del pistón.

Tipo DOHC (doble árbol de levas en la culata) Desarrollando más y más este arreglo en forma de V, el tipo DOHC (doble árbol de levas en la culata), en el cual las válvulas de admisión y de escape son independientemente conducidos por el árbol de levas, principalmente es usado hoy en día para motores de alto rendimiento. Como dice el nombre, hay dos árboles de levas de modo que los llamaremos sistema de disco de leva 34

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Principios del Motor suficientemente aspirada.

Sincronización de la válvula de Admisión Cuando el pistón pasa el punto más bajo, la válvula de entrada no se cierra en el fondo. Al hacerlo así, la mezcla será aspirada en el cilindro por la inercia del flujo de la mezcla. Al final de la carrera de combustión, la válvula de escape se abrirá justo antes de que el pistón alcance el punto más bajo (PMI).

Como se dice simplemente sobre la apertura y el cierre las válvulas, la válvula de escape se abrirá cuando el pistón está en el punto más bajo. Después de la extracción del gas, cuando el pistón está en el punto más alto, la válvula de escape se cerrará. Al mismo tiempo, la válvula de admisión se abrirá para que ingrese la mezcla de combustible. Cuando el pistón está en el punto más bajo, la válvula de entrada se cerrará. Sin embargo, esto es justo el concepto para la operación de válvulas. La mezcla de combustible y el gas usado tiene masa, de modo que el flujo de la mezcla o el gas no son ejecutados al instante, necesitan algunos intervalos de tiempo. Además, las válvulas no pueden abrir y cerrarse instantaneamente. Por ejemplo, la válvula de admisión necesita algún tiempo de intervalo para abrirse totalmente, y la mezcla no es aspirada durante algún tiempo por la inercia del flujo.

Sincronización de válvula de escape Esto es para sacar el gas quemado tan rápido como sea posible por la fuerza de expansión dejada en el cilindro. De la misma manera que con la válvula de admisión, aún cuando el pistón pase el punto más alto (PMS), la válvula de escape aún está abierta para expulsar el gas quemado totalmente usando la inercia del flujo de escape.

Por lo tanto, la válvula de entrada se abrirá antes que el pistón alcance el punto más alto y cerrará después del PMI. Cuando el pistón comienza a bajar, entonces la válvula ya está un poco abierta para tomar la mezcla de combustible dentro del cilindro. Por esto la entrada se abre un poco antes. La válvula se abrirá completamente cuando el pistón alcance el punto más bajo, de modo que la mezcla de combustible puede ser 35

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Principios del Motor 7. Sincronización Variable de Válvulas

Tipo de ángulo de árbol de leva Variable Según estos procesos de operación de las válvulas, hay un momento en que las válvulas de admisión y de escape se abren al mismo tiempo, porque la válvula de escape se cierra después de pasar a través del punto más alto (PMS) y la válvula de admisión se abre antes de alcanzar el punto más alto (PMS). En este momento, la fuerza de inercia de vacío generada del gas de escape puede acelerar la aspiración de las mezclas de combustible. Este período se llama traslapo de válvulas.

Siendo traslapado en el momento de de apertura de la válvula de admisión y de escape, la eficacia de entrada mejorada de las mezclas es tan alta como la eficacia de escape del gas usado, es decir la rotación del motor. Por otro lado, cuando el motor está en estado rotativo a baja velocidad como en estado ralentí, la eficacia de motor puede disminuir por la reducción del flujo de gas. Especialmente, para algunos motores de alto rendimiento que tenga gran traslapo, a baja velocidad, la válvula de admisión se abrirá con gran cantidad de gas quemado en el cilindro, de modo que el gas quemado sera adherido al puerto de entrada. Por lo tanto, la combustión será inestable o incompletamente quemada. En el motor de 4 válvulas, si el traslapo de válvula es demasiado grande, entonces el motor se pondrá fácilmente inestable en estado de ralentí. Entonces el tiempo de traslapo para el motor de 4 válvulas será muy corto, o en algunos casos tendrá traslapo cero, es decir la válvula de entrada se abrirá si la válvula de escape se cierra.

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Principios del Motor modo la eficiencia mejorada del combustible. Para la alta velocidad del árbol de levas, la válvula se abrirá antes y se cerrará después y el levantador abrira más para aspirar más mezcla de manera que la potencia del motor aumentará. Este sistema también se llama sistema de distribución de válvulas variable no obstante este sistema controla la alzada de válvulas también. Este es un sistema más avanzado. 8. Mal funcionamiento de la válvula

Tipo lóbulo de árbol de levas selectivo.

La válvula es abierta por el árbol de levas y cerrada por el resorte. Realmente, la válvula conectada por el resorte al asiento de válvula es abierta con la presión del camón. En ese momento, la fuerza de rotación del eje de levas es más bien pequeña. Entonces el resorte suave es más apropiado. Sin embargo, para algunos motores de alto rendimiento que tienen gran tamaño de la válvula o levantador, el resorte se pondrá más duro y el balance de la fuerza del resorte es un factor importante.

Como se mencionó, el tiempo de distribución de válvula es diferente según la velocidad de rotación del motor. Es decir la válvula de admisión debería abrirse un poco casi al término de la rotación inferior, y un poco antes en la rotación superior. Por lo tanto, un dispositivo adicional controlado por la presión del aceite es instalado en el engranaje del eje de levas de admisión para que el árbol de levas pueda girarse ligeramente cuando el motor esté con ciertas RPM, de modo que la leva presione antes la válvula de admisión. Esto es el sistema de tiempo de distribución variable de válvulas.

Aunque no ocurra en la situación normal de conducción, la dureza del resorte con el peso y la fuerza de la válvula pueden crear una operación anormal tal como el salto de la válvula, el rebote de la válvula o la agitación de la válvula, cuando el motor está rotando sobre el límite de las RPM.

En el sistema de tiempo de distribución de válvulas variable, la forma de disco de leva no cambia, entonces la válvula también se cerrará antes cuando se abra antes. Con el cierre temprano de la válvula, se reduce la cantidad de mezcla aspirada. Por lo tanto, la opción del tiempo de distribución de válvula es decidida no sólo por la velocidad de rotación del motor, sino que también por la carga del motor.

El salto de la válvula se produce cuando la fuerza de inercia de la válvula es demasiado grande de modo que el árbol de leva no puede presionar el resorte y la válvula salta del camón cuando el eje de levas está girando a alta velocidad. La válvula puede retornar a la posición original pero los otros componentes móviles incluyendo el camón, el balancín, el alza válvulas, etc. resultan dañados por la fricción entre ellos.

Por consiguiente, el sistema de disco de leva incluirá las dos clases de discos de leva: uno para baja velocidad del motor y el otro para la alta velocidad del motor. Para el disco de leva de baja velocidad, la válvula se abrirá después y se cerrará antes, el levantamiento será pequeño, entonces se reducirá la mezcla aspirada de combustible obteniendo de este

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Principios del Motor

9. Zona roja y de giro a alta velocidad En el tacómetro del motor, hay una zona de las rpm de color rojo llamada la zona roja. Algunos medidores tienen la zona amarilla justo antes de la zona roja.

Rebote de la válvula se produce cuando la cara de la válvula no se contacta con el asiento de válvula (porción contactada con la válvula) pero rebota desde el asiento de la válvula cuando la válvula es cerrada por el resorte. Los componentes móviles serán dañados por este rebote. Con el aumento de la rotación del motor, el rebote se produce sobre el límite de las RPM. Este límite de RPM es conocido como la velocidad de choque o límite de rpm del motor.

Las rpm del inicio de la zona roja es el máximo de rpm permitidas establecida por las características y requisitos para la duración de los componentes móviles incluyendo las válvulas, resortes y los principales componentes del sistema incluyendo el pistón y la biela. Cuando el motor es operado con la máxima velocidad tiene la máxima potencia.

Agitación de la Válvula es la vibración anormal del resorte. Como la frecuencia natural del resorte corresponde a la distribución elástica del camón, el resorte puede moverse mucho por su propia vibración. Por lo tanto el motor gira por la fuerza, si continúa así entonces el resorte se romperá. Estas operaciones anormales de la válvula se pueden producir fácilmente cuando la válvula es pesada y el alza válvulas es grande. Cuando la mayoría de los motores usados eran OHC de 2 válvulas, estos eran los mayores problemas. Después de que apareció el motor DOHC de 4 válvulas, estos problemas raramente ocurrían. Como el sistema de 2 válvulas se transformó en el sistema de 4 válvulas, el área de válvula se agrandó de modo que el flujo era más parejo. Por lo tanto, el alzador no tiene que ser agrandado. Además, la válvula es alivianada de manera que el resorte no tiene que estar reforzado aún si las rpm aumentan.

La operación del motor sobre el máximo de RPM permitidas, se llama sobre revoluciones. El sobre giro puede producirse cuando el cambio se hace con una marcha de velocidad más baja al conducir a alta velocidad. Cuando el motor está en estado de ralentí, si las RPM aumentan en fuerza, entonces el motor estará en estado de sobregiro. Cuando el motor está sobre revolucionado, la válvula funcionará anormalmente como una válvula agitada, con saltos o rebotes. En este caso, la válvula y el resorte se pueden dañar, o en algunos casos, el pistón puede dañarse al chocar con la cabeza con la válvula. Para 38

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Principios del Motor evitar este choque entre pistón y válvula, se deja un área de alojamiento en el pistón. Sin embargo, si el pistón salta sobre el área de alojamiento chocará con la válvula. Si la velocidad promedio del movimiento del pistón es anormalmente ajustada por el sobre giro, el espacio entre el anillo del pistón y el cilindro se dañarán y la película de aceite del cojinete en el pasador del pistón y el eje cigüeñal se romperá, de manera que la temperatura aumentará o algunas piezas se pegarán por este calor. Cuando es motor está operando a alta velocidad la velocidad de la combustión también aumentará y aumentará también la temperatura de la cámara de combustión. Entonces estos problemas pueden fácilmente producirse, por lo tanto sea precavido. Además, por el sobre giro la fuerza de inercia aumenta en el motor produciéndose una vibración anormal. Las piezas se romperán o se quebrarán. Las revoluciones por minuto máximas aceptables son puestas en 300~1300 revoluciones por minuto más alto que las revoluciones por minuto de la potencia máxima. En algunos motores, la inyección de combustible se cortará cuando está en la línea roja para impedir que las RPM aumenten más del máximo permitido para impedir problemas debido al sobre giro.

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Principios del Motor ⑴ El aire ambiental debería ser aspirado, en

Capítulo 4. Sistema de Admisión

lo posible, a temperatura no muy alta. El motor que tiene turbocargador, debería estar equipado con el interenfriador para impedir que suba la temperatura del aire aspirado.

1. Aumento de la eficiencia volumétrica

La presión de la mezcla de combustible al final de la carrera de admisión es inferior a la presión ambiental debido a la resistencia contra el flujo del filtro de aire y el conducto.

⑵ Reducir la resistencia de flujo del gas aspirado aumentando el número de válvulas, y ampliando el tamaño y el radio del conducto y el colector.

Además la temperatura de la mezcla de combustible es alta porque se contacta con la válvula caliente, sucediendo lo mismo con la pared de cilindro cuando lo aspiran. Cuando la densidad del aire disminuye la presión también disminuye, mientras que la temperatura aumenta. La eficiencia volumétrica es usada para indicar la capacidad de entrada de la mezcla. Como se indica la cantidad del aire aspirado en la relación acerca del desplazamiento de motor, la eficiencia volumétrica es calculada dividiendo el peso del aire aspirado por el peso de la cantidad de aire en el volumen del cilindro a la misma temperatura y presión. En otro método para indicar la eficacia de la carrera de admisión, la eficiencia de la carga puede ser usada también. Esta es la eficiencia del volumen cuando la temperatura y la presión están en condición estándar (25ºC, 99kPa).

⑶ Ampliar el diámetro de la válvula y la altura del alzaválvulas, y equilibrar la distribución de las válvulas en forma adecuada.

Para una mayor potencia del motor, esta eficiencia de volumen debería ser tan alta como sea posible. El método para mejorar la eficiencia es de la siguiente manera: 40 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor excepto (1) y (5) al sistema de escape. Por ejemplo, "la resistencia de flujo del gas aspirado " del (2) tuvo lugar con "la resistencia de flujo del gas agotado", y la “energía de inercia de aire" del (3) tuvo lugar con la “inercia de escape". Además, la interferencia del escape será minimizada tanto como sea posible. Además, un turbocargador aumentará la resistencia de entrada. Poniendo a punto el motor, puede ser una acción efectiva para aumentar la salida, aún si es muy difícil de ponerlo a punto.

⑷ escoger un múltiple de escape largo a menor velocidad, y escoger uno corto a mayor velocidad para usar la inercia y el efecto de pulsación del aire.

2. Efecto de Inercia de entrada y el Efecto de Pulsación. Los efectos de la Inercia del flujo de aire en el motor se conocen como efectos de inercia del aire de admisión y usar las características de la onda longitudinal como la onda sonora según la densidad del aire como efecto de pulsación. En el efecto de inercia, cuando el aire de alta densidad es aspirado dentro del motor se usa la energía de inercia del motor. Este proceso se le conoce como la inercia de supercarga. El aire en el motor tiene la inercia de flujo del gas y es el medio para transmitir la onda de presión. El flujo de aire en el múltiple de admisión es periódicamente interceptado por la válvula, de modo que la presión del múltiple tiene variaciones desde la diferencia de presiones entre la porción de alta densidad y baja densidad.

⑸ Ampliar la presión de gas de admisión instalando un turbocargador.

Hasta ahora, hemos mencionado sobre el método de optimización para la eficiencia del volumen relacionada con la carrera de admisión. Es importante en lo posible, arrojar perfectamente el gas quemado en la carrera de escape para mejorar la eficiencia del volumen. Es posible aplicar los métodos (2) ~ (4) antes mencionados al sistema de admisión

Válvula abierta (Aire Aspirado)

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Principios del Motor apertura determinado entonces el aire con mayor densidad será aspirado en el cilindro. Este es el efecto de inercia.

Válvula cerrada (Aire de alta densidad en la válvula) Válvula cerrada (aire de alta densidad en la válvula)

Válvula abierta (Aire Aspirado de alta densidad) Por lo tanto, podría producirse el efecto de inercia de entrada y el efecto de pulsación. Cuando esta variación de presión afecta a la carrera de admisión en el ciclo que genera onda directamente, se llama efecto de inercia. Cuando la variación de presión no se reduce y luego afecta al siguiente ciclo, recibe el nombre de efecto de pulsación. Sin embargo, no se distingue entre ellos exactamente. Aquí se llamará efecto de inercia cuando la inercia de flujo de aire y la onda de presión son principalmente gobernadas.

Densidad del aire que sigue es baja & las ondas de presión son reflejadas en la cámara dinámica

Aire de alta densidad por la reflexión de la ola de presión que es aspirada

Como el primer ejemplo, asumiremos que la válvula de admisión se cierra cuando la mezcla de de combustible es aspirada dentro del cilindro.

Cuando la densidad del aire cerca del puerto aumenta, la densidad del aire siguiente disminuye respectivamente. De manera que, la parte divisoria produce las variaciones de presión, es decir ruido. Esta variación de densidad de aire pasa a través del múltiple con la velocidad de sonido. Se refleja en el extremo del múltiple, y luego regresa al puerto. Cuando el aire de alta densidad está de regreso en el puerto, si el puerto es abierto, entonces el aire de alta densidad puede ser inyectado en el cilindro. Este es el efecto de pulsación.

Como la mezcla de combustible tiene la inercia de flujo, el flujo de mezcla en el múltiple de admisión no puede detenerse justo en el instante en que se cierra la válvula, esta trata de fluir continuamente. Por lo tanto, el aire será presionado justo antes de la válvula, por la energía de inercia del aire de admisión. Por consiguiente, la densidad de aire aumentará en el puerto de admisión. En ese momento si la válvula tiene un tiempo de

Como estos efectos son combinados, es difícil separar uno del otro. Sin embargo, para 42

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Principios del Motor maximizar el efecto, es preferible producir la onda de presión en el múltiple para acercar el aire de alta densidad al puerto cuando la válvula de abre. Para hacerlo de este modo, se controlará el diámetro y la longitud del múltiple de admisión y la forma del puerto de entrada.

3. Sistema de Admisión Variable

En baja velocidad

Generalmente, la longitud del múltiple ya esta decidida, de manera que si el motor corre a cierta velocidad, la inercia de entrada es efectiva. Sin embargo, si está girando con velocidad variable, entonces el aire de densidad inferior puede llegar al puerto cuando la válvula se abre de manera que la carga de aire será la peor. Por consiguiente, el método para variar la longitud de múltiple es desarrollado según las revoluciones por minuto del motor. Cuando el motor tiene altas revoluciones por minuto en la cual la válvula se abre y se cierra con frecuencia dentro del mismo intervalo de tiempo, la longitud corta del múltiple se escoge para tener el ciclo más corto. Al contrario, cuando las rpm están bajas, se elige el múltiple más largo para tener un ciclo más largo. De manera que es posible obtener el efecto de inercia de admisión en un amplio rango de rpm. Siendo el sistema de

En alta velocidad El flujo de aire en el múltiple de admisión no es uniforme sino que variable según la velocidad del motor. Cuando el flujo de aire de alta densidad llega al puerto, sí, idealmente, la velocidad de entrada es máxima justo antes del cierre la válvula, entonces el efecto de inercia de entrada será maximizado. La frecuencia de pulsación de aire es decidida por el diámetro y la longitud del múltiple. Cuando el diámetro es igual, la frecuencia de pulsación de aire del múltiple es pequeña. Ocurre lo mismo con el sonido que tiene baja frecuencia cuando la distancia entre el agujero y la boquilla del registro es mayor. 43

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Principios del Motor admisión variable se le denomina sistema de carga de inercia variable o sistema de control de admisión variable.

inhibido ampliando el volumen del múltiple de admisión que está conectado al múltiple. Cuando se produce la resonancia, en baja y media velocidad, el efecto de supercarga de inercia llega a ser tan alto que aumenta la eficiencia de carga. Esto se denomina efecto de supercarga por resonancia.

Existen muchos tipos para controlar la longitud del múltiple de admisión. Principalmente, estos dos tipos son usados. El primer tipo es aquel donde los dos grupos separados de múltiples están conectados. Cuando el motor está en alta velocidad, el paso es dividido entre ellos, y cuando el motor está en baja velocidad, los dos grupos de múltiples están unidos entre sí para aumentar la longitud del múltiple completo.

4. Sistema de Admisión El sistema de admisión toma el aire para mezclarlo con la gasolina e aspira las mezclas dentro del cilindro. Generalmente, el sistema de admisión está formado por el filtro de aire que extrae el polvo del aire aspirado, el carburador que mezcla el aire y la gasolina, y el múltiple de entrada (o múltiple de admisión) que aspira la mezcla dentro del cilindro, en la culata de cilindros. Hoy en día, la unidad que controla en forma electrónica la inyección de combustible en el múltiple de admisión es ampliamente usada. de manera que el diseño del sistema de admisión ha cambiado mucho.

El otro es para conectar el bypass en el sistema del múltiple en el cual el aire pasa a través del bypass cuando el motor corre a baja velocidad, y el paso hacia el bypass es cerrado para reducir la longitud del múltiple a alta velocidad.

Sistema de entrada del carburador

En el caso de conectar algunos múltiples, la resonancia puede producirse entre los múltiples. Esto se produce por la vibración de la presión que tiene la misma frecuencia en el múltiple separado. En este caso, no se puede esperar el efecto de inercia de carga aún en alta velocidad. Este fenómeno puede ser 44 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor

La cámara de resonancia es una pequeña caja ramificada desde el ducto como mecanismo para reducir el ruido de entrada, y es conocida como cámara regeneradora o rama lateral. De acuerdo a la apertura y cierre de la válvula de admisión, la vibración del aire dentro de la caja del filtro de aire o el ducto pueden aumentar el ruido de entrada u obstaculizar la operación de entrada. Usando el efecto de resonancia por la instalación de un mecanismo de resonancia, esta vibración se eliminará.

Sistema de entrada MPI Al principio, el puerto de entrada de aire que estaba cerca de la culata se movía hacia la rejilla delantera para ingresar el aire ambiental, el cual tiene más baja temperatura que el aire que rodea al habitáculo del motor. Estando en baja temperatura, el aire tiene densidad alta, por lo tanto el aire de entrada tendrá mucha cantidad de oxígeno. Con el mismo volumen de aire de entrada, se prefiere una temperatura más baja. Por ejemplo, en verano a 30ºC de temperatura, cuando el aire acondicionado está funcionando a baja velocidad tal como en las horas de congestión de tránsito en la ciudad, la temperatura del habitáculo del motor podría alcanzar más de 80ºC, en este caso, calculando, la cantidad de oxígeno del aire alrededor del habitáculo del motor es 15% menos que la del aire ambiental.

5. Válvula de mariposa y múltiple

El aire de entrada es aspirado dentro del múltiple de admisión a través de un ducto largo vía filtro de aire, de la cámara de resonancia y el cuerpo de la mariposa. En el sistema con carburador, el filtro de aire tipo plato estaba sobre el carburador, pero actualmente, el filtro de aire tipo caja está instalado en una esquina del habitáculo del motor. El filtro no sólo limpia el aire que ingresa al cilindro sino que también reduce el ruido desde la operación de admisión. El filtro de aire debe mantenerse periódicamente.

Tipo mariposa, válvula estranguladora de tipo deslizante Para elevar las rpm del motor, presionamos el acelerador, y para bajar las rpm soltamos el pedal de aceleración. Como el pedal del acelerador está conectado a la válvula de la mariposa por el cable y las conexiones,

45 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor cuando el pedal es presionado la válvula de la mariposa se abrirá para el ingreso del aire en el cilindro. Es decir, el carburador o el sistema electrónico para la inyección de combustible automáticamente chequea la cantidad de aire para suministrar la cantidad de gasolina adecuada para el patrón de conducción.

adherirse a la pared del múltiple durante la aspiración. Por lo tanto, la mezcla se empobrece y así la combustión no es suficiente. Para solucionar este problema, se usa el calor del múltiple de escape o del agua de la refrigeración para el motor, con lo que el múltiple de admisión debería calentarse.

En el sistema del carburador, la válvula de la mariposa está equipada con el carburador. En el sistema de control electrónico está instalado en el medio del cuerpo de la mariposa (cámara de la mariposa) aparte en el sistema de admisión junto con el sensor del flujo de aire que detecta la cantidad de flujo de aire, el sensor de posición de la mariposa que controla el estado de la apertura de la mariposa.

El método para calentar el sistema de admisión que usa la temperatura de los gases de escape sólo es usado para el motor con flujo contrario en el que ambos múltiples, el de admisión y de escape, están instalados en el mismo lado del motor. El método para calentar el sistema de admisión usando el agua de la refrigeración es aceptado en el motor tipo flujo cruzado en el cual los múltiples están instalados en lados opuestos entre ellos.

En la válvula tipo aceleración, hay una válvula de mariposa en la que el disco que tiene la forma de ala de mariposa está conectado al eje dentro de la tuberia para controlar la cantidad de aire girando el eje dentro del plato de aluminio para controlar la cantidad de aire y un tipo de deslizamiento en la que el plato de aluminio controla la cantidad de aire sin impedimento al abrir la válvula de mariposa, especialmente para el motor de carrera. El aire que pasa a través del cuerpo de la mariposa y la mezcla compuesta por gasolina y aire en el carburador son distribuidos en el cilindro por el múltiple de admisión. La inyección de combustible es ejecutada antes, distribuyendo el aire en el múltiple, o en cada cilindro como mezcla. La cosa importante es que el múltiple de admisión debería aspirar la mezcla en el cilindro tan parejo como sea posible, de manera que el múltiple debiera tener menos partes dobladas y caras más lisas en el interior. La gasolina mezclada en el carburador es aspirada en el cilindro como estado brumoso en el aire. Cuando la temperatura está baja justo antes de la partida del motor, esta partícula brumosa de combustible puede 46 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor El múltiple de escape está hecho de hierro moldeado que tiene alta resistencia al calor, o de aleación de aluminio. La temperatura de gas de escape es alta, por lo que es necesario hacer el sistema de escape con el material que tenga mejor resistencia al calor o que enfríe el sistema de escape con el viento.

Capítulo 5. Sistema de escape 1. Sistema de escape

El convertidor catalítico es usado para la purificación de los gases de escape. Hay un catalizador instalado cerca del múltiple y bajo el el piso. El catalizador en el múltiple es más efectivo porque la temperatura de escape es más alta que en los otros sistemas. Sin embargo, se desgasta fácilmente por la alta temperatura, de manera que generalmente se usan dos piezas. La parte inferior del catalizador no es fácilmente afectada, sin embargo tiene alto rendimiento de purificación.

Abriendo el puerto de escape de la culata, el gas quemado es eliminado a través del múltiple de escape, el tubo de escape junta el gas quemado de cada cilindro, el convertidor catalítico purifica el gas quemado y el silenciador que reduce el ruido de combustión. La cosa más importante en el sistema de escape es la salida en calma de los gases de escape. Los gases de escape de cada cilindro chocan en el tubo de escape que junta cada múltiple de escape. De manera que, es importante impedir que cada flujo aumente la eficacia de escape usando el efecto de inercia de escape que tiene el mismo principio en del efecto de inercia de admisión. Sin embargo es difícil balancear entre la inercia de entrada el aumento de la eficiencia del escape y el mejoramiento del rendimiento del motor, porque hay muchos puntos débiles desde el motor hasta el silenciador.

El silenciador está equipado para reducir la temperatura y la presión del gas de escape, además del sonido de la combustión y el sonido del escape. Generalmente, el silenciador tiene paredes para convertir el espacio interior en un paso de laberintos para el flujo del gas de escape, de modo que se llama tipo laberinto. Existe además un tipo de silenciador directo el cual es un tubo que tiene muchos hoyos en la superficie y el silenciador es similar a una lana de vidrio dentro del tubo. El silenciador tipo laberinto tiene mejor absorción de sonidos y más capacidad para resistir flujos más grandes. El 47

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Principios del Motor silenciador directo tiene mejor salida pero los sonidos más fuertes. En algunos casos, se instalan estos dos tipos de silenciador simultáneamente, usando dos tubos separados de modo que el silenciador de tipo de laberinto sólo sea usado cuando el motor trabaja en baja velocidad, y el silenciador de tipo directo además será usado cuando el motor trabaje en alta velocidad y con alta carga.

La interferencia del escape puede ser superada ampliando la distancia entre las válvulas de escape y el tubo de salida de cada cilindro o hacer el ángulo del tubo de salida en ángulo obtuso para asegurar que fluya bien. Cuando aumenta el número de cilindros, se debe asegurar bien el flujo de escape combinando los múltiples aumentados.

2. Efecto de inercia de escape y efecto de pulsación

En el motor turbo en serie de 6 cilindros, sin tener la válvula de escape del cilindro 1 completamente cerrada, la válvula de escape del cilindro 5 es abierta, y sin que esta se cierre, se abre la válvula del cilindro 3. De manera que si los 6 ductos de escape se juntan en una cañería colectora, entonces los gases de escape pueden chocar entre sí consecutivamente. Por lo tanto, los múltiples son divididos en dos grupos; el primero incluye el ducto del cilindro 1, cilindro 2 y cilindro 3 y el otros incluyen el cilindro 4, cilindro 5 y cilindro 6. Cada grupo tiene su propio turbo cargador para eliminar la interferencia y mejorar la salida del motor.

Lo más importante para determinar el rendimiento del múltiple de escape es la suavidad en la salida del gas de escape. La interferencia es el problema principal que obstaculiza el escape suave. E gas quemado sale desde cada cilindro de acuerdo al orden del encendido. Como ellos son revueltos en el múltiple, si la salida de los gases de escape no esta bien distribuida dentro del múltiple, el gas que pasa a través del mútiple puede chocar con otro gas de escape desde otro cilindro o la presión en el múltiple puede aumentar, de modo que el gas de escape no puede salir bien.

El efecto de inercia y el efecto de pulsación son utilizados para hacer salir los gases de combustión que quedan en la cámara de combustión. Tal como sucede con el sistema de admisión, cuando la válvula de escape se cierra, la densidad del gas alrededor de la válvula bajará para acelerar los gases de escape efectivamente desde la cámara. Cuando la válvula de escape esta abierta, el gas quemado que tiene alta presión sale a través de la válvula de escape y los gases restantes saldrán por la siguiente presión de 48

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Principios del Motor compresión del pistón en la carrera de escape y luego la válvula se cierra. Por lo tanto, el flujo de escape de gas tiene alta porción de densidad en el múltiple. Como mencionamos en el capítulo anterior, cuando un flujo de gas tiene diferencia de densidad entonces la onda de presión es generada. Por lo tanto, esta diferencia es transmitida a través del múltiple con la velocidad del sonido. Este se llama la pulsación de escape.

Si el gas de combustible es quemado perfectamente, entonces no se produce ningún gas dañino en los gases de escape. El combustible o gasolina, es un hidrocarburo que esta compuesto de carbón e hidrógeno. En la cámara, el combustible es cambiado en dióxido de carbón (CO2) y agua (H2O) con la conversión de la energía del calor.

Justo antes de que la válvula se cierre, es posible que la densidad alrededor de la válvula sea más baja que las otras porciones, entonces es acelerada por el gas restante de la cámara que se será sacado al igual que la mezcla de combustible que será aspirada por la válvula de admisión.

En la reacción química actual, el hidrocarburo y el oxígeno no son cambiados en dióxido de carbón y de agua. Esta reacción química es muy complicada. Por ejemplo, el hidrocarburo es dividido en un pequeño material inestable por el calor y reacciona con el oxígeno, o las partículas resultantes reaccionan entre sí, etcétera.

3. Componentes del gas de escape El gas de escape del sistema de motor y de combustible arrojado a la atmósfera comprende el gas quemado del tubo de escape, el gas de recirculación (Blow-by) del carter del cigueñal, y el vapor de gas del depósito de combustible que se produce por la alta temperatura del clima y del funcionamiento del motor. Como estos gases incluyen materiales dañinos que contaminan la atmósfera, cuenta con un sistema de purificación.

Entre los gases generados durante esta complicada reacción, el monóxido de carbón, el gas de hidrocarburo y el óxido nitroso son los materiales más dañinos. El monóxido de carbono, (CO) el un material inestable que tiene una molécula de carbón y una de oxígeno, material inestable y peligroso, si se suministra oxígeno y calor adicional. Si respiramos el monóxido de carbono, absorberemos el oxígeno por la hemoglobina de la sangre para formar dióxido de carbono, material más estable. Entonces, nuestro cuerpo desfallecerá por falta de oxígeno.

Especialmente, el gas de escape es el gas más importante.

49 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor óxido nitroso será tratado en el sistema de escape. 4. Relación de Aire Combustible Composición del Gas de Escape.

y

El gas de hidrocarburo (Hm Cn: siendo m y n números enteros) proviene del combustible que no es quemado o el material intermedio durante el proceso químico de combustión. Proviene del sistema blow-by o el combustible vaporizado desde el estanque de combustible. Si este gas es arrojado a la atmósfera reaccionará con el oxígeno y el hidrógeno y se convertirá en aldehído material dañino que tiene fuerte estímulo.

Como el material dañino en el gas de escape es el producto de la combustión, la cantidad de este es decidida por la relación de aire combustible, es decir, la relación entre la cantidad de aire y la gasolina, la temperatura de la combustión y el estado del flujo de gas. Cuando la relación aire combustible es más baja que el valor teórico (estequiométrico), es rica en combustible, la combustión no es realizada completamente, se producen el gas de hidrocarburo y el monoxido de carbono.

El óxido nitroso (NOx) proviene de la reacción entre el nitrógeno (78% del aire) y el oxígeno en el aire a alta temperatura, 2000ºC, en la cámara de combustión. Como el óxido nitroso es producido en forma diferente al monóxido de carbono o el gas de hidrocarburo, este aumentará cuando el monóxido de carbono e hidrocarburo sean reducidos por la combustión casi perfecta. Cuando la temperatura de combustión está baja, el óxido nitroso será menor; sin embargo, la eficiencia de la combustión es peor. Por lo tanto, el

Contrariamente, si la relación de aire y combustible es más alta que el valor teórico (estequiométrico) es pobre en combustible, entonces la gasolina será quemada completamente. De manera que la cantidad de óxido nitroso aumentará porque la temperatura de la combustión es alta. 50

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Principios del Motor Especialmente, cuando la temperatura está sobre 2000ºC, el óxido nitroso aumentará abruptamente. Aún cuando el nitrógeno y el oxigeno no reaccionan a temperatura ambiente, en alta temperatura, ellos se convierten en monóxido de nitrógeno y luego cambian en dióxido de nitrógeno. Después de escapar del sistema de escape.

determinada vehículo por temperatura refrigeración, carga.

para optimizar el estado del la detección y calculo con la de mezcla y agua de la la velocidad del vehículo y la

5. Sistema de Purificación de Escape Los mecanismos para reducir el material dañino desde el gas de escape son el mecanismo de oxidación de escape que quema el monóxido de carbono y el carbón y el mecanismo catalizador de 3 vías que trata el gas de escape y que usa la reacción de oxidación y desoxidación por los tres catalizadores para el monóxido de carbón, hidrocarburo, y óxido nitroso.

La cantidad de óxido de nitrógeno será maximizado alrededor de relación aire combustible más alto que la relación teórica (14.7). Con relaciones más bajas que 16, la cantidad de óxido de nitrógeno se reducirá porque la temperatura de la combustión bajará. Cuando la relación aire combustible es mayor a 18 con menos combustible, el combustible no se puede quemar adecuadamente de manera que los hidrocarburos pueden aumentar.

Como el monóxido de carbón y el gas de hidrocarburo provienen desde la combustión incompleta del hidrocarburo y el oxígeno, el mecanismo de oxidación provee el aire adicional al puerto de escape para formar la oxidación del gas quemado en forma incompleta e incluida en el gas de escape. De manera que es llamado dispositivo secundario de aire. En algunos sistemas, en la mitad de la cañería de escape, se instala un convertidor catalítico de oxidación, el contenedor que incluye el catalizador de oxidación puede estar equipado para convertir el monóxido de carbón y el hidrocarburo en dióxido de carbón y agua respectivamente.

Para reducir el material dañino, es importante como decidir la relación aire combustible. En algunos casos, puede ser controlada aspirando el gas quemado en la mezcla de admisión; este es el dispositivo de recirculación del gas de escape (EGR).

El dispositivo de recirculación del gas de escape se abrevia como EGR. Este mecanismo regresa el gas de escape hacia el cilindro. Haciendo esto, la cantidad real de combustible es reducida y la velocidad de la combustión es lenta, y entonces la temperatura máxima de la cámara de combustión disminuirá y la cantidad del óxido de nitrógeno también se reducirá. Pero, si la cantidad de gas de escape recirculado es demasiado, entonces la potencia del motor y la eficiencia de combustible será peor, entonces es importante controlar la cantidad de la EGR. En el sistema de carburador, la cantidad de gas de escape recirculado es controlado por la presión inversa del múltiple de admisión. En el sistema con ECM, la cantidad será 51

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Principios del Motor necesario mantener la relación aire combustible con el valor teórico. Para hacerlo así, un sensor de oxígeno es usado para detectar el oxígeno. Si el oxígeno es detectado en el gas de escape, entonces el computador calculará la cantidad de aire de entrada. 6. Mecanismo de recirculación de Gas de escape (Blow-by). El gas de blow-by es el gas que sale hacia el carter del cigüeñal a través del espacio del extremo del anillo en la carrera de combustión. Incluye también el aceite vaporizado del motor. El motor con control electrónico utiliza, generalmente, el convertidor de 3 vías. En la oxidación hay monóxido de nitrógeno que consiste de una molecula de nitrógeno y una de oxígeno. Si el oxígeno es retirado desde la oxidación del nitrógeno, es decir la reacción sin oxidación luego se convierte en gas nitrógeno. Si el oxígeno adquirido desde la reacción sin oxidación de la oxidación de nitrógeno es suministrado hacia el monóxido de carbono y el hidrocarburo para oxidarlos, luego los tres gases dañinos pueden ser simultáneamente purificados. En los motores antiguos y en algunos motores de carrera dejan escapar a la atmósfera. Cuando te quedas parado cerca del auto de carrera, se puede oler el aceite quemado que resulta del gas blow by.

Desde esta idea, la acción química ejecuta la desoxidación del óxido de nitrógeno y la oxidación del monóxido de carbono y el hidrocarburo, controlando la relación aire combustible para eliminar el oxígeno con la combustión del gas quemado completamente. El catalizador es el material que acelera ciertas reacciones químicas. El catalizador usado para la purificación es llamado el catalizador de 3 vías. Hay un tipo pellet que cubre una película de platino y rodio en la alúmina en partículas y el tipo de panales.

Los componentes de este gas son gas inflamable de 75∼80% y gas quemado de 20∼25%. Como son las principales causas de la contaminación del aire, el sistema de combustión perfecta por la recirculación de este aire debe estar incluido por ley. Este mecanismo se llama dispositivo de recirculación del gas de blow-by o la ventilación positiva del carter del cigüeñal (PCV). En 1ℓ del gas of blow-by, 0.04∼0.05g de las

Como la relación de aire combustible teórica, corresponde a la relación de la combustión completa es de 14.7. Debido a que el catalizador de 3 vías no funciona adecuadamente cuando queda oxígeno, es

humedades ácidas fuertes son incluidas, de 52

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Principios del Motor manera que el interior del motor puede ser fácilmente oxidado. Por lo tanto, es importante tratar el gas blow-by para el mantenimiento del motor.

conectada entre la tapa del balancín y el estanque igualador o cámara dinámica, la otra está conectada entre la tapa del balancín y el conducto de entrada antes del cuerpo de la mariposa para el aire fresco. También hay un paso entre el carter del cigüeñal y la tapa del balancín. Cuando el motor está trabajando, la presión del múltiple de admisión es siempre la presión negativa de manera que el gas blow-by fluirá desde el carter del cigüeñal hacia el múltiple. El gas blow-by en el múltiple de escape es aspirado dentro del cilindro. El gas blow-by será tratado mediante estos métodos.

La cantidad de gas blow-by aumentará cuando la diferencia de presión gas entre el cilindro y la caja del cigüeñal es grande. La presión dentro del cuerpo del cigüeñal no cambia mucho aún cuando el motor está corriendo a alta velocidad. Entonces cuando la velocidad del motor y la carga aumentan, el gas de combustión se incrementará. El tratamiento del gas blow-by debería ser ejecutado en dos pasos de acuerdo a la carga del motor. El mecanismo de recirculación del gas blow-by está compuesto por mangueras, una está 53 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor

Capítulo 6. Cargador 1. Tipos de cargador

Turbocargador

La base para aumentar la potencia del motor y el torque es ¿Cómo puede el motor aspirar más oxigeno? Por ejemplo si la densidad y cantidad del aire de entrada es alta, entonces la potencia y el torque serán altos.

Supercargador El turbocargador se conoce como la “turbina que conduce el cargador”, un sistema de compresión de aire mediante el compresor que hace girar a la turbina usando el flujo del gas de escape. Es posible obtener más salida Además, desarrollando el sistema de admisión y la cámara de combustión, es posible el ingreso de más aire. Uno de los posibles métodos es – comprimir el aire e aspirarlo, es decir, usar un mecanismo auxiliar: el cargador. Hay algunos tipos de cargadores. Generalmente hay un tipo turbocargador en el cual el cargador es accionado por la turbina de escape, y el tipo supercargador en el cual el supercargador es accionado mecánicamente usando la fuerza de conducción de alguna pieza (tal como la rotación del eje cigüeñal).

de potencia usando el flujo de gas de escape. Es posible obtener más potencia usando un pequeño dispositivo. Sin embargo cuando el motor está girando con poca velocidad, la turbina no puede girar con alta velocidad, de manera que la potencia de compresión no es suficiente y se atrasa la aceleración.

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Principios del Motor

Por lo tanto, aún si el acelerador es presionado puede que la rotación del motor no responda inmediatamente, esto se conoce como turbo atrasado. La palabra lag significa retraso de tiempo.

El aire se calienta por la compresión y es enfiado por el intercooler y después conducido al motor mediante la válvula de la mariposa. Los gases de escape pasan a través del turbo para hacer rotar la turbina. Para evitar que el turbo se sobrecargue en alta velocidad,

El supercargador es conducido directamente con el giro del cigüeñal a través de un mecanismo de accionamiento directo con el cigüeñal logrando una mejor respuesta del supercargador. Sin embargo, la eficiencia a baja velocidad disminuye debido al accionamiento directo del supercargador. Con el motor a alta revoluciones aumenta su eficiencia. Para evitar estos efectos la estructura del sistema del supercargador se puede cambiar o se puede combinar el turbocargador y el supercargador en un nuevo sistema. El motor sin este supercargador o turbocargador se llama motor de aspiración natural o motor NA.

cuando la sobrepresión supera el valor predeterminado la válvula de compuerta de descarga (waste gate o válvula de bypass de escape) del WGT (Turbo con compuerta de descarga) se abre.

2. Turbocargador Como el turbocargador es una palabra combinada de turbo (turbina) y cargador, está formado por una turbina y un compresor conectados directamente, de manera que la

La rueda de la turbina gira entre 100.000 rpm ~ 160.000 rpm con el gas de escape alrededor de 900℃ en alta velocidad. Esta fabricada de

la turbina gira por la energía de los gases de escape y el aire de admisión será comprimido por la rotación de la turbina compresora.

material liviano que tiene alta resistencia al calor como la cerámica. El turbocargador más pequeño y más liviano es mejor para la respuesta del motor tal como la aceleración y desaceleración pero con menos potencia en alta velocidad. Al contrario, el turbocargador más grande tiene más potencia a alta velocidad pero menos

El cuerpo del turbocargador incorpora la turbina, compresor y eje de la turbina que van conectadas en el múltiple de escape.

55 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor respuesta del motor, por lo tanto, es importante seleccionar el tamaño de la turbina del turbo de acuerdo al desplazamiento de volumen del motor. Generalmente, la rueda del compresor está fabricada de aluminio para que el turbocargador sea más liviano. Para resistir la alta velocidad del eje del rotor, una gran cantidad de aceite de motor es suministrada al eje para la lubricación y la refrigeración. Si el motor a alta velocidad se detiene abruptamente, el turbocargador gira sin el aceite por la fuerza de inercia del turbocargador hasta que se detenga por si mismo. De manera que el eje del rotor puede adherirse. Por esta razón, el motor turbo debe ser detenido después del ralentí. 3. Relación de compresión y aumento de presión. La presión del aire que es presurizada por el turbocargador es la presión de aumento (refuerzo). Si la presión de refuerzo aumenta, la cantidad de aire de admisión dentro del cilindro y la salida de potencia también aumentan. Sin embargo la presión de refuerzo, no puede aumentar sin límites. Cuando aumenta la presión de refuerzo, también aumenta la relación de compresión, de modo que la detonación se producirá con la presión a alta compresión. La relación real de compresión representa la forma en que la admisión de aire es comprimida dentro del cilindro. De manera que la presión de refuerzo es regulada por la válvula waste gate.

Por esta razón, la relación de compresión del motor con turbo en la especificación es menos que la del motor NA. Por ejemplo, si el motor que tiene la relación de compresión de 10 representada es supercargado con 1 atm, luego la cantidad de aire será 2 veces y la relación real será de 20 y la detonación se producirá súbitamente. Generalmente, la relación de compresión del motor turbo comercial es puesto más bajo que el del motor NA equilibrándose con la potencia, el torque y la eficiencia del combustible. La detonación puede ser evitada controlando el tiempo de encendido del motor NA pero el control de la detonación por el tiempo de encendido en el motor turbo no es fácil porque la detonación es afectada por la presión de refuerzo.

La detonación es el fenómeno de auto encendido mientras que la llama se está esparciendo después del encendido de la chispa, la mezcla no quemada puede ser fácilmente auto quemada en condición de alta temperatura debido a la alta compresión. De modo que la detonación que se produce es alta, tal como la relación de compresión real.

La potencia máxima y la eficiencia de combustible son realizadas justo antes de que se produzca la detonación porque la velocidad de combustión es más rápida en esta situación. Detectando el ruido de la detonación, el tiempo 56

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Principios del Motor de encendido puede ser completamente avanzado por el ECM (módulo de control electrónico) hasta antes que se produzca la detonación. El sensor que detecta el ruido del golpe es el sensor de detonación.

El proceso es así; primero, la válvula de la mariposa se abre, entonces la cantidad de aire aumenta, por lo que el gas quemado aumenta y la temperatura del gas de escape aumenta. Despues de eso, las rpm de la turbina aumentan por el incremento del gas de escape, de modo que la cantidad de aire suministrado por el compresor aumenta. Con este proceso, la cantidad de aire de admisión aumenta aún más. De acuerdo con este proceso, la aceleración del motor es retrasada desde el inicio de la aceleración hasta el aumento real de las rpm del motor.

El sensor de detonación convierte la vibración de alrededor de 7kHz en señal eléctrica. Esta instalado en el bloque del cilindro, esta señal tratada por el computador con las rpm del motor, el ángulo del cigüeñal y la cantidad de aire de admisión para controlar el tiempo de encendido evitandose la detonación.

Para minimizar el retraso del turbo, hay muchas investigaciones y estudios. Por ejemplo, como el metodo más simple, existe uno que aumenta la velocidad del gas de escape empujado hacia la rueda de la turbina. Reduciendo el diámetro de la boquilla del tubo de escape, cuando la velocidad de escape puede aumentar con el mismo volumen de desplazamiento, el retraso del turbo puede minimizarse.

4. Retraso del Turbo El turbo cargador es un “compresor que suministra mucho aire”. Usando la presión negativa adquirida cuando el pistón baja y la inercia del flujo para la admisión de aire, el motor NA puede hacer la eficiencia de carga de 65∼95%. En el turbo cargador, la

Para conectar un turbo pequeño en vez de uno grande, es posible reducir el retraso del turbo. Por ejemplo, en el motor de 6 cilindros, un turbo es conectado por cada tres cilindros. Haciendolo así, es posible evitar la interferencia tanto como el aumento de la potencia. Este método es llamado tipo de doble turbo, por otro lado, el turbo de dos vías también acepta el turbo doble, pero sólo un turbo puede ser conducido a alta velocidad para reforzar el torque.

cantidad de carga es 1.2∼1.5 veces mas alta que el motor NA si los volumenes de desplazamiento son iguales. Por lo tanto, es posible para hacer el motor mas pequeño que el motor NA con potencia y torque son similares. Sin embargo, tiene un defecto, se llama el retraso del turbo. Este es el retraso de tiempo desde el inicio de la aceleración hacia el aumento real de las rpm del motor. Especialmente, se produce cuando el motor es arrancado, aceleración repentina, o acelerar desde baja velocidad. 57

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Principios del Motor va hacia la rueda, produciendo menos trabajo a la turbina y finalmente retrasa al turbocargador. 5. Sistema de supercargador y calor Grandes cantidades de aceite de motor son suministradas al eje de la turbina del turbocargador para enfriarlos y lubricarlos. Por lo tanto, el aceite de motor en el motor turbo se deteriora más fácil que el motor NA. Turbo Híbrido

Como se quema más mezcla, el sistema de carga no puede evitar que aumente la temperatura de la cámara de combustión.

Para otro ejemplo, existe el turbo tipo híbrido en el cual el supercargador es usado para la baja y la alta velocidad.

Cuando el turbocargador ejecuta la sobrecarga usando la energía del gas de escape, la eficiencia de la sobrecarga será mejor a alta temperatura del escape. Por ejemplo, la ejecución será optimizada adoptando el material de resistencia al calor a las partes tales como la válvula de escape con sodio y múltiple de escape de acero inoxidable, la fabricación con material resistente al calor.

En el motor con control electrónico, el VGT (Turbocargador de geometría variable) es usado para reducir el retraso del turbo y aumentar el torque del motor. El VGT usa un conjunto de aspas y toberas ajustables para dirigir el flujo en la turbina del turbocargador. Cuando las aspas se cierran, el flujo es dirigido tangencialmente hacia la rueda de la turbina. Esto imparte la máxima energía a la turbina, haciendo que el turbocargador gire más rápido. Contrariamente, cuando las aspas se abren el flujo se dirige en forma más radial hacia la turbina.

El aire de entrada debe tener en lo posible una baja temperatura. Porque la densidad de aire baja cuando la temperatura sube, la relación de compresión disminuirá cuando la temperatura suba con el mismo volumen y la cantidad de oxígeno también disminuirá. Si el aire de entrada está caliente, la mezcla comprimida en la carrera de compresión tendrá más temperatura facilitando la explosión. Cuando el aire es comprimido la temperatura aumenta. Esto es similar en el proceso de carga. De manera, que el efecto de sobrecarga es reducido con el incremento de temperatura. Por lo tanto, el aire caliente debe ser enfriado usando el radiador antes de que llegue a la válvula de la mariposa. Este mecanismo de enfriamiento se llama interenfriador.

VGT (Turbocargador de Geometría Variable)

Hay dos tipos de sistemas de interenfriador: el sistema de enfriamiento con aire y con agua.

Este reduce el momento angular del flujo que

58 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor 6. Supercargador

Tipo de enfriamiento con aire El supercargador conduce el ventilador y el compresor de refuerzo usando la potencia del motor. Puede producirse más torque y además se evita la demora en la respuesta, tal como el retraso de turbo. Sin embargo, la fuerza de conducción para el turbocargador proviene de la rotación del cigüeñal, de manera que la potencia del motor será consumida. La salida de potencia máxima es más baja que la del turbocargador. Tipo de enfriamiento con agua

Hay algunos tipos en el supercargador, típicamente, el ventilador Roots y el compresor Lysholm.

El tipo de interenfriador con aire enfría la temperatura del aire de entrada usando el viento que llega por funcionamiento del vehículo. El interenfriador está conectado en la parte delantera o lateral del radiador. La estructura del interenfriador es similar a la del radiador, pero el flujo no es de agua sino que es aire comprimido mediante el cargador.

El ventilador Roots ha sido usado en el motor del vehículo. El control de carga es realizado por el computador. Opera cuando una alta potencia es necesaria tal como en aceleración y conducción a alta velocidad.

El tipo de interenfriador de agua enfría el aire caliente comprimido usando el agua de refrigeración adicional separada del motor que proviene del agua de enfriamiento. El agua tiene mayor capacidad de enfriamiento que el aire, de modo que el interenfriador tipo refrigeración de agua es más efectivo que el de aire, pero el costo de mantenimiento y de las piezas es más alto.

59 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor positivamente enviando el aire. El compresor Lysholm puede enviar el aire comprimido como el turbocargador.

Ventilador Roots La estructura del ventilador roots envía el aire desde un lado al otro por la rotación elíptica de los rotores de aluminio modelados recubiertos por una resina especial, en una carcaza ovalada. Si la presión de carga es sobrecargada, la válvula se abre para reducir la carga de aire.

Compresor Lysholm El compresor Lysholm ha sido usado en el campo industrial, no en el motor del vehículo. La estructura cuenta con dos rotores incluyendo aspas de 3 y 4 tornillos respectivamente combinadas en una carcaza de forma elíptica. Es conducida por una correa tipo V conectada junto al motor. El rotor esta fabricado de aleación de aluminio cubierto con resina de teflón. Cuando gira, el aire suministrados desde una lado es acumulado y transmitido al otro lado para ser comprimido. En consecuencia, el aire de admisión es comprimido hasta 2 veces. En el supercargador, el ventilador Root no es un compresor sino que un ventilador como se conoce por el nombre. En el motor NA, el aire es cargado por la presión negativa generada cuando el pistón baja, pero el supercargador está adicionalmente equipado de un ventilador para mejorar la eficiencia de carga 60 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor primero es el rol de sellado en el cual el aceite de motor entre el anillo del pistón y el cilindro evita la fuga del aire comprimido o el aire de combustión.

Capítulo 7. Sistema de Lubricación 1. Función del aceite en el Motor

El rol principal del aceite de motor es mover suavemente el sistema móvil tal como el pistón en el cilindro y el eje cigüeñal. Para hacerlo así, el aceite forma una película en la superficie de metal para reducir la fricción entre las superficies metálicas. Al mismo tiempo, el aceite de motor puede asegurar que el gas quemado no se salga hacia el carter del cigüeñal, enfríe el pistón y la válvula. Además reduce el golpe transmitido desde el pistón al eje cigüeñal como también limpia el interior del motor.

Inyector de Aceite La culata y la cabeza del pistón directamente se contactan con el gas quemado de combustión. La culata se enfría no sólo por el agua de refrigeración sino que también por el aceite de las partes móviles. El calor de la cabeza del pistón es transmitido a la pared del cilindro mediante el anillo del pistón. Además el pistón se enfría esparciendo el aceite de motor. Otro rol importante del aceite es reducir el golpe. La fuerza de la combustión es muy fuerte hasta varias toneladas de peso. Esta fuerza es transmitida desde el pistón al pasador del pistón, hacia la biela, a la bancada y al cigüeñal. En ese proceso, el aceite absorbe el impacto en el pasador del pistón y en la bancada del cigüeñal.

Como la lubricación ya se mencionó en la sección de cojinete de bancada, aquí, explicaremos los otros roles del aceite. El 61

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Principios del Motor vehículos. Al aceite contenido en el depósito se le filtra todas las materias extrañas usando el colador de aceite, el que consiste en una malla de acero y es enviado hacia el filtro de aceite a través de la bomba de aceite para eliminar cualquier material extraño. Hay una Galería de aceite en el bloque del motor en un paso para cada parte dinámica tales como el eje cigüeñal, la culata, la biela y la pared del cilindro.

Excepto esto, el aceite de motor puede empapar los materiales tales como las partículas de carbón generadas por la combustión del aceite y las partículas de metal producto del desgaste de las superficies metálicas.

Tipo sumergido El aceite también evita que dentro del motor se corroa por lo químicos de la combustión. 2. Métodos de Lubricación En los motores antiguos, el método de lubricación era llamado el tipo salpicadura en el cual el extremo ancho de la biela choca y salpica el aceite ubicado en el depósito de aceite debajo de la biela. Hoy en día, la porción necesaria de aceite de lubricación es enviada a la bomba de aceite depositándose en el cárter. De acuerdo al método de circulación del aceite, están los tipos de depósito seco y húmedo. El mecanismo de lubricación consiste en el depósito de aceite que contiene aceite, el filtro de aceite que purifica el aceite, el depósito de aceite que envía el aceite a cada parte.

Tipo de depósito seco El aceite vuelve al depósito de aceite desde el pistón, la biela, el eje cigüeñal y la culata. Cuando el auto gira rápidamente, acelera o desacelera abruptamente, el aceite se adelgaza en un lado de manera que no podrá ser bien bombeado. Algunos motores tienen

El depósito húmedo está equipado en la mayoría de los autos. El tipo de depósito húmedo es equipado en la mayoría de los 62

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Principios del Motor un separador, un tipo de división en el depósito de aceite para evitar que el aceite se adelgace. Para el motor especial como en autos de carrera, la bomba de barrido lleva el aceite y el aire juntos, los que son separados por un separador así el aceite se ubica en el estanque de aceite separado. Este es el tipo de depósito seco.

engranaje propulsor está rotando, el engranaje impulsado también está rotando. Sin embargo los centros de cada engranaje son separados entre sí para que el aceite entre ellos sea bombeado desde el puerto de admisión hacia el puerto de salida. De acuerdo a la forma de los dientes, están los tipo envolvente, el tipo trocoide y así sucesivamente.

Como el método de depósito seco no contiene aceite en el depósito, el depósito de aceite puede ser más delgado. De modo que la parte inferior del motor es más pequeña y el motor está diseñado para tener el centro con más peso. Sin embargo, el mecanismo debe ser complejo. Es aplicado solamente en casos especiales para equipar el motor opuesto. Algunos motores constan de un tipo de depósito semiseco que tiene la bomba de aceite para reunir el aceite en el depósito. 3. Componentes Lubricación

del

Sistema

Bomba de aceite tipo engranaje La cantidad de aceite enviada por la bomba de aceite es proporcional a las rpm del motor. En alta rotación del motor la presión de aceite es demasiada alta. A baja temeperatura, el grado de viscosidad de aceite aumenta de manera que la presión de aceite también es demasiado alta. Debe instalarse un mecanismo para mantener la presión de aceite. Este es llamado regulador de presión o la válvula de alivio.

de

Las 3 partes principales que forman el sistema de lubricación son la bomba de aceite, el filtro de aceite y el refrigerante que enfría el aceite. Hay muchos tipos de bombas de aceite para extraer el aceite desde el depósito. El auto de pasajeros usa una bomba movida por engranajes combinada con una rueda dentada y conectada directamente al eje cigüeñal. El filtro de aceite purifica el aceite que tiene carbón o las partículas de metal. Un papel de filtro doblado es insertado en la carcaza del filtro. Hay dos tipos para el reemplazo del tipo

La bomba movida por engranajes comprende un engranaje impulsado en el cuerpo de la bomba y el engranaje propulsor conectado al engranaje impulsado. Cuando el 63

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Principios del Motor de elemento y del tipo de cartucho. El tipo cartucho es reemplazado por el filtro con caja, el tipo elemento es remplazado sólo con el elemento de filtrado cuando éste se remplaza.

pistón y la culata, sellando el espacio entre el pistón y el cilindro, liberando el golpe, limpiando el motor por dentro, evitando la detonación, etc.

La temperatura del aceite de motor es alrededor de 80ºC.

Las características requeridas del aceite del motor son las siguientes,

La temperatura adecuada de trabajo del aceite del motor es alrededor de 80ºC. Si la temperatura es demasiado baja, la fricción llega a ser alta debido a la alta viscosidad. Si la temperatura es demasiada alta, la presión de aceite disminuye de modo que la habilidad de lubricación será degradada y también el aceite en el motor de alto rendimiento puede ser fácilmente deteriorado. De modo que el enfriador de aceite es requerido para el motor de alto rendimiento.

- Viscosidad adecuada en condiciones de trabajo. - Buen rendimiento del lubricante - Alta resistencia al calor y la corrosión. - Anti-burbuja La característica más importante es la viscosidad. Por lo tanto, el aceite de motor es clasificado por dos aspectos, la viscosidad o la calidad. El aceite de motor comercial es vendido en depositos de 1lt, 4lt, o 20lt. En el envase está el nombre del fabricante, la marca y nombre del aceite con el grado de viscosidad y calidad.

Los enfriadores de aceite se dividen en el tipo de agua y el tipo de aire. El tipo de agua mantiene la temperatura de aceite usando el agua de refrigeración del motor, y el tipo enfriador de aceite con aire que usa el flujo de aire durante el funcionamiento. El tipo de aire tiene un mecanismo más simple, pero la eficiencia es menor que el de tipo de agua. El enfríador con agua es más complicado, pero asegura una mayor eficiencia de refrigeración y es más estable.

En la clasificación de viscosidad, de acuerdo al estándar SAE (sociedad de Ingenieros Automotrices), la viscosidad más baja tiene el número más bajo y la viscosidad más alta el número más alto. Para el tiempo frío, se agrega la letra “W”. Por ejemplo, ciertas clasificaciones como la del número 30 es para propósito general, y el número 20 es para el invierno, el grado único usa el sistema de un

4. Aceite de motor Como hemos mencionado, el aceite de motor trabaja para reducir el desgaste, enfriando el 64

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Principios del Motor número solamente. Otra clasificación como la del rango que es representado como 5W-30 o 10W-30, es el multi-grado. En este caso, comparando el 5W-30 con el 10W-30, el 5W-30 tiene menos viscosidad que el 10W-30 a baja temperatura, pero más alta viscosidad a alta temperatura. Generalmente, cuando la temperatura aumenta, la viscosidad del aceite disminuirá. Para indicar cómo la viscosidad cambia, se usa el índice de viscosidad. Si la viscosidad no es fácilmente cambiada, entonces el índice del aceite es alto. El índice de viscosidad más alto es más fácil de usarlo. La clasificación de calidad, el estandar API (American Petroleum Institute). Para el motor de gasolina, la letra “S” seguida de otras letras del alfabeto son asignadas. Para el motor diesel la letra “C” seguida de otras letras del alfabeto son asignadas. Por ejemplo, desde las letras SD a las SG son asignadas para el motor a gasolina. El tipo de aceite de motor y el período de reemplazo son decididos por el tipo de motor, la condición de manejo y la temperatura ambiente, de manera que por favor lea el manual cuidadosamente para seleccionar el aceite del motor. El tiempo de reemplazo es alrededor de 10.000km para SD, y de 15.000km para el SE, y 15.000 Km SF para el motor a gasolina. Para el motor de turbo, el aceite de motor debe ser reemplazado cada 5.000km de tiempo de funcionamiento porque la condución de manejo es muy exigente. Los intervalos de mantenimiento para cada motor varían, refieranse a los manuales para cada motor.

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Principios del Motor

Capítulo 8. Sistema de refrigeración 1. Sistema de refrigeración De la energía total generada por la combustión de la mezcla de combustible en el motor a gasolina, alrededor del 30% es convertido en energía cinética para empujar el pistón, otra alrededor de 30% es desperdiciada con el gas de escape, otra, alrededor de 30% es transmitida al refrigerante a través del pistón y otra, alrededor del 10% es perdida por la fricción.

El sistema de refrigeración para el motor del vehículo es clasificado en sistema de refrigeración por agua y el sistema de refrigeración por aire. El sistema de refrigeración por aire no puede enfriar uniformemente y produce gran ruido, de modo que hoy en día este sistema casi no se usa en vehículos.

Entre ellas, si el calor transmitido a la pared de la cámara de combustión no se elimina tan rápido como sea posible, el pistón o el cilindro serán deformados por este calor o la película de aceite de lubricante se romperá. Si este calor es enfriado excesivamente, mucha energía calorica se transmitirá al refrigerante de manera que la eficiencia de calor se degradará. Por lo tanto, el sistema de refrigeración debe ser controlado para mantener la temperatura de acuerdo a la condición de conducción.

De acuerdo al tipo de flujo del sistema de refrigeración de agua, hay un tipo de flujo de rotorno del tipo U que fluye desde un lado del motor hacia el mismo lado, y el tipo flujo cruzado que fluye desde un lado hacia el lado opuesto. Además, de acuerdo a la dirección del flujo, puede ser clasificado en el tipo de flujo longitudinal que fluye a lo largo del motor y el tipo de flujo lateral del motor. En el sistema de refrigeración, el agua de refrigeración circula por la bomba de agua desde la porción inferior de la camisa de agua hacia el radiador. Durante el funcionamiento, fuertes vientos pueden enfriar el radiador, sin embargo, cuando el auto esta detenido o es conducido lentamente, un ventilador debe forzar el aire. El agua fría regresará a la camisa de agua enviada por la bomba. Se instala un termostato entre la camisa de agua y el radiador para sensar la temperatura del agua de refrigeración, si el agua de refrigeración tiene temperatura muy baja, el termostato bloquea el paso de agua. 66

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Principios del Motor El termostato más usado es del tipo de cera, en el cual la cera está encapsulada. La expansión de la cera producto del calor abre o cierra la válvula. La temperatura de funcionamiento del termostato es de alrededor de 85ºC.

2. Radiador

Tipo de flujo descendente

El radiador es un cuerpo que irradia calor, en este caso, es un mecanismo para irradiar el calor a la atmósfera. Como el calefactor es llamado radiador, el mecanismo de refrigeración en un auto se llama radiador; especialmente este es llamado como núcleo de calor.

Tipo de flujo cruzado

Para mejorar la eficiencia del radiador, el área debe ser grande como sea posible. Generalmente, el radiador comprende un núcleo de radiador fabricado por la soldadura de muchas aletas de metal alrededor de un tubo fluyendo agua de refrigeración a ambos lados del núcleo.

Tipo de flujo de retorno en U

Es el tipo más usado el que sella tipo de flujo descendente. Hay un tipo de flujo cruzado en el cual los estanques son conectados en el lado izquierdo y el derecho para fluir horizontalmente. En el tipo de flujo cruzado, la altura del radiador puede bajar y el diseño de la parrilla delantera puede ser libremente cambiada. Sin embargo, tiene más resistencia al flujo. Para otro ejemplo, hay un tipo de

Los tanques son conectados en la parte superior y la parte inferior del núcleo para que fluya el agua caliente hacia el estanque superior y el agua fría hacia el estanque inferior usando el principio de convección.

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Principios del Motor flujo de retorno en U en la cual el núcleo del radiador se divide en ascendente y descendente en la porción central y el agua de refrigeración fluye hacia el lado del núcleo superior y regresado desde el lado inferior del núcleo.

refrigeración aumentará. En la tapa presurizada del radiador, están conectados una válvula de presión y una válvula de vacío. Cuando el agua de refrigeración está entre 110º a 120º y la presión interna es alta, La válvula de presión se abrirá para sacar el agua de refrigeración; cuando la temperatura está baja y la presión desciende, entonces la válvula de vacío se abrirá para succionar el agua de refrigeración hacia el radiador. De modo que la presión del agua de refrigeración se mantiene uniforme.

El material de aluminio es más usado en ambos el tubo por donde fluye agua y la aleta que choca con el viento. Para ahcerlo más liviano, el tanque de resina incluye nylon con fibra de vidrio en vez de bronce o aluminio que es más usado.

3. Refrigeración de la Culata

Alta temperatura

La parte más caliente del motor es la cámara de combustión. El cilindro y la culata son enfriadas por el agua de refrigeración, el pistón es enfriado por el aceite de motor. Baja temperatura

Este calor afecta a la temperatura de la mezcla de combustible, la condición de combustión y la temperatura de la mezcla de combustible, la condición de combustión, y la temperatura del gas de escape, esto es, a los rendimientos del motor. Enfriar la culata es lo más importante.

El radiador está equipado con una tapa del radiador para suministrar el agua de refrigeración. Convencionalmente esta tapa es sólo una tapa de manera que el agua de refrigeración puede contactarse con la atmósfera exterior directamente. Hoy la tapa asegura el interior del radiador que es la tapa del radiador presurizado. Con presión atmosférica, el agua hierve a 100ºC y no aumenta el punto de ebullición. Presurizando el agua de refrigeración, aumenta la presión y el punto de ebullición del agua será más alto de modo que la diferencia con la temperatura externa es mayor. Por lo tanto, el efecto de

La mayoría de las partes del cilindro son fabricadas de aleación de aluminio porque tiene alta conductividad y peso reducido. Como el puerto de admisión que tiene temperatura similar de la atmósfera externa y un puerto de escape que expulsa de modo que el gas de escape caliente están instalados cerca pueden deformarse por la diferencia de la expansión de calor. Por lo tanto es muy 68

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Principios del Motor importante enfriar con el balance de la temperatura de cada parte.

agripará. Si el motor está normal y el termómetro está variando, entonces significa que se producirá el sobrecalentamiento. Las principales razones son cuatro: una es que la cantidad de aire que pasa al radiador es demasiado pequeña; otra es que la temperatura del aire es muy alta; la tercera es que la cantidad de agua de refrigeración es demasiado pequeña y la última es que el motor está trabajando continuamente en situaciones adversas.

El agua de refrigeración es llevada dentro de la culata desde la camisa de agua en el bloque del cilindro y fluye alrededor del puerto de escape caliente y luego es sacado por el puerto de admisión. Haciéndolo así, la diferencia de temperatura entre la culata, el puerto de escape y el puerto de admisión puede ser minimizada. Es posible evitar que las piezas del motor se deformen o distorsionen por la diferencia de la expansión de calor.

Cuando el auto tiene aeropartes o neblineros, el viento que pasa es obstaculizado, o cuando el auto funciona en camino no pavimentado de modo que el radiador se tape con suciedad, el agua de refrigeración puede fácilmente sobrecalentarse. En otro caso, si la correa del ventilador no está ajustada o cortada entonces el agua de refrigeración puede sobrecalentarse con facilidad porque la cantidad de aire enviada al radiador es reducida.

Adicionalmente cada temperatura alrededor de cada culata en la serie de cilindros no debería tener gran diferencia. De modo que la temperatura de cada cilindro debería ser lo más similar como sea posible. Por ejemplo, si los cilindros están secuencialmente enfriados desde la parte delantera hacia el extremo, entonces el último cilindro puede no ser afectado debido a que el agua de refrigeración ya se calentó. En algunos casos, el agua de refrigeración es distribuida a cada cilindro en el comienzo de la refrigeración para ser enfriada equitativamente.

Para mejorar el motor turbo, se instala un gran intercooler en la parte delantera del radiador, entonces, la cantidad de aire se reducirá y el agua de refrigeración se puede sobrecalentar. Si la tubería de agua tiene mucho uso entonces el agua de la refrigeración se puede perder, o si la correa para accionar la bomba de agua está floja o rota, el agua de refrigeración se puede sobrecalentar fácilmente debido a esta deficiencia.

El aceite puede ser usado para enfriar la culata. Sin embargo, las porciones del efecto de refrigeración por el aceite es de alrededor de 20%, el mayor enfriamiento es realizado por el agua de refrigeración. 4. Sobre calentamiento La temperatura del agua del motor es decidida por el balance entre la capacidad de calor generado desde el motor y la capacidad de calor irradiado desde el radiador. Si la refrigeración no es suficiente, entonces el agua de refrigeración puede hervir. En consecuencia el vapor de agua puede ser expulsado por la tapa del radiador. Si el auto se está sobrecalentando entonces el rendimiento se degradará y al final el motor se 69

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Principios del Motor Este fenómeno es llamado efecto difusor o Ventury llamado así por el inventor. Para mejorar este efecto, el venturi es fabricado del menor diámetro posible. El diámetro interno del venturi es llamado diámetro interno principal, lo que indica el tamaño del carburador. La cantidad de combustible se puede controlar de acuerdo al flujo del aire, de manera que la proporción de aire combustible se pueda mantener en forma uniforme.

Capítulo 9. Sistema de Combustible 1. Carburador En el motor a gasolina, el carburador o el ECM es usado para mezclar el aire y el combustible. La mayoría de los motores de 4 cilindros usan el sistema de ECM, sólo algunos motores pequeños usan el carburador.

El tubo para suministrar la gasolina es el inyector principal (agujero de rociado de combustible). Seleccionando el inyector adecuado de acuerdo a las condiciones de manejo, es posible cubrir el amplio rango de rpm. Sin embargo, cuando el motor está girando con la velocidad baja tal como el estado de ralentí, la presión del difusor disminuye de manera que la cantidad de gasolina adecuada no es succionada. Cuando el motor rápidamente acelera, la cantidad de gasolina debería ser más grande que el estado normal. Sin embargo, no es fácil controlar estas variaciones. Para sobrellevar estos obstáculos, se han desarrollado varios tipos de carburadores. Especialmente en los motores deportivos como el volumen de desplazamiento es determinante, el carburador es el mecanismo más importante para el rendimiento del motor.

Sistema de combustible del Carburador

La operación del carburador es así: al principio, la gasolina desde el estanque de combustible es contenida en la cámara del flotador; cuando la cantidad de gasolina en la cámara del flotador es reducida entonces el flotador baja y más gasolina es suministrada desde el estanque de combustible. Cuando un conductor presiona el pedal de acelerador la válvula de la mariposa se abrirá y el flujo de aire pasa por la parte del difusor de modo que la gasolina será sacada del inyector principal.

Sistema Electrónico de combustible El carburador usa el principio de rociado para mezclar la gasolina y el aire. Es decir, un agujero de rociado de combustible es fabricado en el difusor siendo el flujo de aire en el difusor alto. De manera que la presión en el agujero de rociado de combustible disminuye. De modo que la gasolina seguirá el flujo de aire en forma de niebla y se mezclará con el aire.

El carburador tiene esta simple estructura, de modo que el costo es bajo y tiene pocos defectos. Sin embargo, para los motores

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Principios del Motor modernos que necesitan mejorar las emisiones, la eficiencia del combustible y la salida de potencia, el carburador presenta muchos problemas.

el medidor del flujo de aire. La palanca que sujeta este plato está conectada al mecanismo para controlar la cantidad de combustible inyectado, y la gasolina es inyectada por el dispositivo de inyección de combustible en respuesta a la operación del plato.

2. Mecanismo de Inyección de Combustible Básicamente, considerando la presión negativa como la cantidad de aire inyectado, el carburador suministra la cantidad adecuada de gasolina usando sólo el dispositivo mecánico. Por lo tanto, no puede mantener la relación aire combustible uniforme. Es necesario controlar exactamente la cantidad de combustible inyectada usando la relación predeterminada de aire combustible para evitar la pérdida de combustible o mejorar la respuesta del motor.

Como un sistema que reemplaza el carburador, el K-jetronic tiene mejor confiabilidad. Sin embargo, a veces inyecta el combustible de la misma manera que el carburador y controla la cantidad de combustible mecánicamente. Por lo tanto, es difícil controlar la relación de mezcla con precisión. En algunos casos, aceptando un ECM en el sistema, el KE-jetronic compensa estos puntos débiles. Sin embargo, paso a paso, todo el sistema ECM está reemplazando estos sistemas mecánicos para regular el gas de escape y mejorar la eficiencia del combustible.

Un nuevo sistema es desarrollado en el cual la cantidad aspirada de aire se mide directamente, y la gasolina es rociada en el múltiple de entrada con la relación optimizada de aire combustible usando el dispositivo mecánico. Este es el K-jetronic inventado por Bosch.

3. Sistema de Inyección de Combustible Electrónico

Comparándolo con el carburador, el dispositivo de inyección de combustible está inyectando el combustible en el múltiple directamente. Por lo tanto, tiene buena respuesta en el arranque, aceleración y desaceleración. Es difícil para este mecanismo hacer un bloqueo del vapor que interrumpe el flujo de combustible por la evaporización del combustible en la mitad del tubo de combustible. Adicionalmente no produce hielo cuando el carburador se congela.

La parte principal del sistema electrónico de inyección de combustible es el que decide la cantidad de combustible a inyectar para formar la mezcla de combustible ideal, midiendo la cantidad de aire de entrada. Este sistema tien un el dispositivo de medición de la cantidad de aire, el dispositivo de inyección combustible y el dispositivo de control de estas operaciones. El dispositivo de inyección de combustible representativo mecánico, el K-jetronic, usa el plato de sensor para el mecanismo de medición de cantidad de aire, y transmite el movimiento de la placa del sensor a la válvula controlando el suministro de combustible. Contrariamente el sistema de inyección de combustible electrónico mide la cantidad por el sensor de flujo de aire y es enviado al computador como una señal eléctrica para decidir la cantidad de combustible con el resultado desde el sensor para chequear el

La característica principal del K-jetronic es la instalación de una placa circular llamada placa del sensor en la parte delantera de la válvula de la mariposa, la cantidad de gasolina es controlada usando el estado de apertura de este plato que cambia con la cantidad de aire. Cuando la válvula de la mariposa se abre, el aire presiona la placa del sensor instalada en 71

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Principios del Motor eléctrica desde el sensor de temperatura de agua, sensor de temperatura de admisión de aire y el sensor de posición de la

estado del motor. Mediante estos mecanismos es posible controlar la relación de aire combustible con precisión.

mariposa y la condición de funcionamiento de la señal desde el sensor de velocidad y la señal que indica el estado de funcionamiento del aire acondicionado. Estas señales son enviadas al ECM.

La estructura del inyector de combustible se diferencia de acuerdo al fabricante y se aplica al tipo de motor. Excepto el sensor de flujo de aire, la mayoría de las partes son similares. Aquí explicaremos sobre el tipo de flujo de masa de aire usando el medidor de flujo de aire como el sensor de flujo de aire. La cantidad de aire filtrado es medido por el caudalímetro de aire, y tomado en la cámara dinámica a través del cuerpo del regulador que incluye la válvula reguladora que se une al pedal del acelerador. Este aire es distribuido al colector de entrada de cada cilindro, e aspirado en el cilindro con la gasolina inyectada del combustible desde la válvula de inyección de combustible (inyector) al múltiple o puerto de admisión.

Las señales son enviadas al ECM, el computador puede inyectar la cantidad apropiada de combustible, de acuerdo con la operación del acelerador.

4. Sistema de suministro de combustible La gasolina está contenida en el estanque de combustible y es enviada al mecanismo de inyección de combustible después de eliminar el polvo y el agua en el filtro. El depósito de combustible es fabricado de acero galvanizado para prevenir la corrosión, debido a esto el tanque plástico es más usado. Para evitar que el combustible se, hay algunas

En este momento, un regulador decide la cantidad de gasolina optimizada al estado de conducción y de funcionamiento del vehículo. Esto se denomina ECM, Módulo de Control Electrónico. El estado de control es una señal

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Principios del Motor divisiones, llamadas separador. Además incoorpora un calibrador de nivel de combustible.

Para la inyección de gasolina, se utiliza un inyector es usado. El inyector tiene una válvula de aguja que cierra la parte delantera de la tobera. La válvula se abre con el flujo de corriente en el solienoide para inyectar la gasolina.

Para los métodos de inyección, hay un tipo de inyección individual (SPI) inyectando la gasolina en una porción del colector de admisión, y una Inyección Multipunto (MPI) que inyecta la gasolina a cada múltiple de cada cilindro correspondiente. La inyección en un solo punto SPI tiene el inyector en el mismo lugar que el carburador, pero este forma una mezcla más efectiva que en el carburador.

Hay varios tipos de bomba de combustible. El carburador usa la bomba mecánica, el sistema ECM usa la bomba eléctrica, la que utiliza un motor eléctrico.

El MPI puede ser clasificado como inyección puntual, inyección grupal e inyección de banco de acuerdo al tiempo de inyección. Cada múltiple tiene un inyector. La inyección puntual realiza la operación de inyección en la carrera de entrada de cada cilindro según la rotación de motor. La inyección grupal realiza la operación de inyección con un grupo de los cilindros que tienen la carrera de entrada secuencial.

Un regulador de presión controla la presión de gasolina dentro del rango específico.

Desde luego, la inyección multipunto puede inyectar la gasolina en el tiempo y cantidad más optimizada. Sin embargo, el circuito eléctrico para conducir el inyector es más complicado. Por lo tanto, algunos autos comerciales acepta la inyección grupal. La simplificación de la inyección de grupo es la inyección por banco. En la carrera de admisión cuando el pistón baja, la gasolina necesaria es inyectada después de dividirse

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Principios del Motor en dos tiempos y tomada en el cilindro después de juntarse en la carrera de admisión. Debido a la estructura simple, asegura una mayor eficiencia en la inyección de gasolina. Entonces es el método más usado en el motor de gasolina.

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Principios del Motor alto voltaje de la bobina secundaria a cada conector.

Capítulo 10. Sistema de Encendido

En el disco de leva del interruptor tiene un dispositivo que avanza para controlar la sincronización de ignición de acuerdo a las variaciones de régimen del motor para enviar el voltaje alto aumentado a la bujía en el tiempo preciso. Como el disco de leva debería girar an la mitad de las revoluciones por minuto del motor para calzar la sincronización de ignición, debería estar conectado al árbol de levas que tiene la misma velocidad de rotación. El mecanismo de avance será explicado en detalle en la sección de “Avance al Encendido”.

1. Encendido tipo Punto El sistema de encendido debe encender la mezcla comprimida en la cámara de combustión generando una llama con la bujía. Cuando los polos más y menos de la batería de 12V son puestos en corte, una chispa puede producirse. Sin embargo, es demasiado débil para encender la mezcla. Por lo tanto este voltaje debe ser incrementado hasta 10,000∼30,000V. El sistema de encendido consiste en un dispositivo para aumentar el voltaje, un dispositivo para distribuir el tiempo de encendido y una serie de bujías.

El alto voltaje generado por la bobina de encendido es enviado a cada bujía a través de una serie de Cables de Alta tensión. Este sistema de encendido se le denomina tipo punto de contacto. Si el control del interruptor disyuntor es realizado por un transistor, entonces le llaman el tipo de transistorizado.

Para el aumento del voltaje, una bobina de encendido o inductor eléctrico, es usado. La bobina de encendido comprende un núcleo de hierro, el embobinado de la bobina secundaria con aproximadamente 20,000 ~ 30,000 vueltas que usan un cable de cobre delgado como un cabello alrededor del núcleo y la bobina primaria con 150~300 vueltas usando un alambre de cobre de 0.5∼1mm de

Además, con el desarrollo del sistema, un computador controla la función del distribuidor en el sistema de encendido sin distribuidor. 2. Encendido del tipo de transistorizado

diámetro sobre la bobina secundaria. Cuando una corriente fluye en la bobina primaria, el núcleo de hierro se transformará en un electroimán. Y en el momento cuando la corriente en la bobina primaria se corta, se induce un alto voltaje en la bobina secundaria.

En el mecanismo de encendido del tipo punto de contacto, el punto es abierto por el camón y el alto voltaje es inducido en la bobina secundaria cuando la corriente en la bobina primaria es cortada. Asimismo cuando el interruptor es puesto en OFF, una pequeña chispa no deseada se producirá en el punto de contacto. Como la inercia mecánica, la corriente eléctrica tiene inercia. Esta chispa no deseada se evitará insertando un condensador dentro del circuito de encendido.

El distribuidor tiene un dispositivo para distribuir la corriente que fluye en la bobina primaria con un disco de leva que tiene el mismo número de partes de salida. Cuando este disco de leva presiona el brazo por la rotación, el punto conectado adelante del brazo se abre para cortar la corriente de la bobina primaria (disyuntor de contacto). El distribuidor tiene también un dispositivo, que se traslapa con el disyuntor, para distribuir el

Además, el punto de contacto podría estar quemado o no funcionar a alta velocidad. Por lo tanto, para interrumpir la corriente de la bobina primaria, un transistor es instalado en

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Principios del Motor vez del punto mecánico.

disyuntor de contacto puede ser resuelto.

Como son muchas las clases en el transistor, el método de aplicación es variado también. Cuando es usado como un interruptor, el transistor tipo NPN es usado. Consiste en una base hecha de semiconductor de tipo P y dos semiconductores de tipo N en ambos lados, uno es un colector, y el otro es el emisor.

3. Sistema de encendido sin distribuidor

En estado normal, la corriente no es transmitida desde el emisor al colector del transistor tipo NPN. Sin embargo, si un poco de corriente (corriente base) es aplicada entre el emisor y la base, entonces se induce una corriente amplificada del emisor al colector. Usando esta característica, puede ser utilizado como un interruptor.

En el sistema de encendido transistorizado, el interruptor de apertura de la bobina primaria es reemplazado por el generador de señal y el transistor, mientras que el avance y la distribución de corriente secundaria son realizados por el mismo dispositivo usado en el sistema de ignición de punto de contacto. En el sistema de encendido sin distribuidor, el avance del tiempo de encendido es realizado por un computador que usa una señal eléctrica del sensor para el tiempo de encendido, y la ignición es realizada usando la corriente secundaria generada de la bobina de encendido instalada cerca del embobinado de encendido.

En vez del disco de leva y el punto de contacto en el distribuidor, el generador de señal está equipado para descubrir el tiempo de encendido, la señal eléctrica es enviada al igniter incluyendo un transistor. Entonces la corriente base producto de la señal del generador es aplicada entre el emisor y la base, y luego una corriente amplificada es generada desde el emisor al colector. Usando esta corriente amplificadora la corriente intermitente es aplicada a la bobina primaria, de modo que el voltaje de alta tensión puede ser generado en la bobina secundaria. El generador de señal consiste en un rotor que tiene el mismo número de protuberancias con respecto a los cilindros, un imán permanente, y una bobina capatadora que detecta el cambio de flujo magnético. Como el rotor de señal gira con la mitad de velocidad del régimen del motor, los espacios sin protuberancias pasan a través de la holgura entre la bobina capatadora y el imán permanente, captando el tiempo de encendido. El flujo magnético generado por el imán permanente será cambiado, entonces una corriente inducida fluirá en la bobina. Esta corriente es usada por la corriente base del transistor. Haciéndolo así, el problema del

La característica principal de este dispositivo de encendido es el cable de alta tensión que conecta la bobina de encendido – el distribuidor - la bujía. Como el cable para unir la bujía y la bobina es corto debido a que la bobina esta cerca de la bujia, incluso no es necsario en algunos casos, los problemas de interferencia de la onda electromagnética de la corriente alta en el cable de alta tensión o las fallas de encendido por efecto de la resistencia eléctrica del cable pueden ser evitados. Además, el dispositivo de avance eléctrico es más compacto que el mecánico.

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Principios del Motor

Sensor de Posición del cigüeñal de tipo inductivo.

Sistema de encendido individual

Sensor de posición del eje cigüeñal tipo óptico El sensor para decidir el tiempo de encendido, el sensor de posición de cigüeñal o el sensor de posición de árbol de levas. Comprenden un rotor de tiempo, conducido por el árbol de levas y un captador que detecta la posición del rotor eléctricamente. Otro tipo comprende un LED conectado en el rotor que es conducido por el árbol de levas y un foto diodo para decidir el tiempo de encendido.

Sistema de encendido grupal En el método de encendido Individual, la bobina de encendido es instalada en cada cilindro para encender secuencialmente según la orden decidido por el ECM. En el método de encendido grupal, la chispa de encendido se produce en los dos cilindros al mismo tiempo por una bobina de encendido. En este instante, un cilindro está en la carrera de compresión y otro cilindro está en la carrera de escape. La chispa de encendido en la carrera de compresión es efectivamente usada, pero la chispa en la carrera de combustión no tiene relevancia. En este método, la cantidad de transistores y bobinas utilizados es la mitad del método de encendido individual, por lo que tiene menor costo.

En el método de encendido, están el método de encendido individual y el método de encendido de grupal.

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Principios del Motor 4. Bujía

a alta velocidad, la temperatura del conector será alta. Incluso en la misma condición de conducción, la temperatura se diferencia según el rango de calor del conector.

La bujía se energiza en la mezcla comprimida para prender esta con el arco de chispa producto del alto voltaje generado en la bobina de encendido. La bujía se contacta, al principio, con la mezcla que tiene la temperatura similar de la atmósfera externa en la carrera de admisión. Después que, entra en contacto con el gas de escape con más de 2000ºC y genera el alto voltaje de 20.000V. Por lo tanto es un componente que trabajo en condiciones severas máximas.

El rango de calor son los grados en el cual la bujía irradia el calor adquirido de la cámara. Como el conector fácilmente irradia el calor, el rango de calor es alto. En el motor de carrera, el tipo frío que tiene alto rango de calor debería ser usado para impedir que la temperatura aumente fácilmente. De un modo contrario, si el motor es generalmente usado a baja velocidad, el tipo caliente que tiene bajo rango de calor debería ser usado para evitar que se enfríe fácilmente. La gama de calor es representada con el carácter numérico sobre el conector. Esto se diferencia según el fabricante. Debe ser seleccionado según el conector estándar. Si el conector que no está en correspondencia con las características del motor y las condiciones de manejo, por ejemplo, si es usado en la temperatura baja, entonces residuos de carbón se depositarán en el extremo del conector y entonces este no funcionará. Si la temperatura es excesivamente alta, entonces la mezcla puede encenderse antes de que el encendido funcionetrabaje, es decir, que se produzca el auto encendido.

La bujía es usada por muchos tipos de motores y es fabricado con una especificación estándar internacionalmente. Hay muchas clases según la dimensión, la estructura, el funcionamiento y sobre todo, la característica relacionada al calor. Esto se distingue por el indicador alfa numérico. Este carácter de indicación se diferencia según el fabricante, por lo tanto tenga cuidado al reemplazarlos. Se debe ser cuidadoso al substituirlas. Generalmente, la bujía es clasificada como 14mm, 12mm, y 10mm según el tamaño del tornillo de sujeción. Para hacer la cámara de combustión compacta, el conector más pequeño es el mejor. Sin embargo, mientras más pequeño es, más fácilmente puede ser afectado por calor. Es muy importante inspeccionar la situación de la temperatura del motor para determinar la bujía. La bujía, durante la conducción, es afectada por varias temperaturas. La temperatura que más afecta es la cantidad quemada de mezcla de combustible cada vez. Como el motor está 78

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Capítulo 11. Combustión y Cámara de Combustión 1. Proceso de combustión

Esta unidad de gas que se quema inmediatamente calienta la mezcla circundante. Mientras más mezcla circula la llama patrón, ésta reacciona con más oxígeno por este calor y luego se convierte en la unidad de gas de combustión mayor. Dentro de un breve período, esta secuencia es extensamente extendida de modo que toda la mezcla es convertida en el gas de combustión. Esto es el proceso de combustión de la mezcla.

Para obtener una potencia alta y mejorar la eficiencia de combustible, es necesario quemar la mezcla de aire y combustible perfectamente tan pronto como sea posible mientras la combustión se lleva a cabo. Por lo tanto, para realzar el funcionamiento de motor es necesario conocer la relación de combustión y estudiar cómo aumentar la eficiencia de combustible.

Como el tiempo para la chispa es sólo 2/1000 segundos (2 milésimas de segundos: ms), si la temperatura alrededor de la llama patrón es baja o el patrón se apaga por el efecto de remolino de la mezcla, entonces la mezcla no puede ser quemada. Este fenómeno se conoce como el mala combustión.

La mezcla de aire y combustible en sistema con carburador y con inyector es aspirada en el cilindro a través de la válvula de admisión con un flujo de agitación por el pistón que sube del PMI (punto muerto inferior). En este instante, el combustible en estado de niebla es convertido en estado de vapor por el calor de la pared de cámara y la compresión adiabática, y el fuerte flujo de la mezcla. Algunos componentes pueden transformarse en gas inflamable.

En el proceso de la combustión, el límite entre el gas que se quema y el gas quemado se llama la superficie de llama. La velocidad de expansión de la llama es la velocidad de la llama. La velocidad de llama es la misma mezcla de la velocidad de combustión que es la velocidad de llama desarrollada con el gas de combustible estático, la velocidad de la expansión del calor de la combustión y la velocidad del flujo de gas.

Cuando una chispa es aplicada al gas a alta temperatura, como la chispa patrón se produce entre los electrodos de la bujía. Este patrón de llama es una unidad de gas de combustión que tiene alta temperatura producida de la reacción del gas de combustible y el oxígeno en el aire.

La velocidad de combustión es cambiada por el componente de la proporción aire combustible que es la proporción de peso entre el combustible y el aire. Sin embargo, es muy lento, por ejemplo, varios centimetros por segundo. Al agregar velocidad de expansión 79

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Principios del Motor al gas y la velocidad de flujo a la velocidad de combustión, la velocidad de llama está sobre 15∼20m por segundo, aún puede ser 30m por

que se mezcla. La gasolina es un líquido que consiste de 4∼12 átomos de carbón en cadena y varias

segundo. Por lo tanto, el flujo de la mezcla es muy importante.

moléculas incluyendo el átomo de hidrógeno.

2. Relación Aire combustible y Velocidad de la llama

Si la proporción del componente es cambiada o un material se agrega para acelerar la combustión, entonces la velocidad de combustión y la velocidad de expansión de gas serán más rápidas. La proporción que se mezcla es un número que representa la proporción de cantidad de combustible y la cantidad de aire. Esto puede afectar a la velocidad de combustión. Entonces puede ser representado por el número de indicación tres como la proporción de aire combustible (o la proporción A/F), la proporción de exceso de aire, y la proporción de equivalencia.

Para mejorar el funcionamiento del motor, la velocidad de la llama debería ser rápida y la cantidad de energía del calor que será convertida en energía cinética debería ser tan grande como sea posible. La proporción aire combustible es el valor calculado por el cual el peso de aire incluido en la mezcla es dividido por el peso de combustible incluido en la mezcla. Se le conoce como la relación aire/combustible o A/F. Cuando el aire y el combustible son mezclados, la proporción A/F para la combustión completa teóricamente es llamada la proporción teórica A/F. La proporción teórica A/F de gasolina común es de alrededor de 14.7.

La velocidad de la llama es decidida por tres elementos principales incluyendo la velocidad de combustión, la velocidad de expansión de gas, y la velocidad de flujo de mezcla. Para quemar la mezcla rápido, estos elementos deben ser mantenidos en las mejores condiciones. Considerando la velocidad de combustión y la velocidad de expansión del gas, la velocidad de la llama es decidida por la relación de aire y combustible, la temperatura y la presión de la mezcla. La temperatura y la presión son determinadas por la temperatura de la cámara y la relación de compresión. Considerar la temperatura y la presión es muy complicado, de modo que aquí, asumimos que estas condiciones son constantes. Enfocamos el componente de combustible y la proporción

Si la proporción real A/F es menos que la proporción teórica A/F, entonces la cantidad de la gasolina es más que la proporción teórica A/F entonces es señalizada como “RICA”, o al contrario, como “POBRE”. Para que la mezcla sea quemada en la mejor condición y para que la velocidad de llama sea

80 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor más rápido, la proporción A/F es un poco más pequeña que la relación teórica A/F, es decir 13.5~14. Quiere decir que cuando el combustible es un poco más que el aire, la combustión es mejor. La velocidad de combustión tiene el valor máximo en la proporción A/F de 12~13, con más cantidad de gasolina.

la presión máxima de 15∼20 ° después del TDC. Si el tiempo de encendido es realizado con mucho avance, entonces la combustión se producirá antes de que el pistón alcance el punto más alto. En este caso, la fuerza de combustión presionará al pistón durante la subida de este, lo que reducirá la fuerza. Si el tiempo de encendido es atrasado, entonces la fuerza de combustión presionará el pistón que va descendiendo. Entonces la fuerza de combustión no trabaja efectivamente.

Por lo tanto, la salida de potencia del motor será el máximo en la proporción A/F de 12~13. De otra manera, se reducirá la potencia de salida. En el aspecto de proporción de consumo de combustible, la proporción de consumo será el valor mínimo sobre la proporción A/F de 16, es decir, en estado pobre hay mejor eficiencia de combustible. Después de la combustión, si no queda oxígeno, entonces la gasolina no se quemará completamente.

Como la velocidad de llama es tan rápida como la velocidad del motor, el tiempo de encendido debería corresponder con la velocidad del motor para maximizar la presión de cámara de combustión en el PMS del pistón. Esta operación consiste en avanzar el ángulo de la ignición considerando el ángulo de rotación del cigüeñal, entonces es conocido como ángulo de avance. En el sistema para controlar el ángulo de avance, hay un tipo mecánico y un tipo eléctrico. El dispositivo de ángulo de avance mecánico es montado en el distribuidor que aplica corriente a la bujía. Detectando la velocidad del motor mecánicamente, el tiempo para aplicar la corriente es controlado según la velocidad del motor para avanzar el tiempo de encendido de la chispa. Por ejemplo, en el dispositivo de ángulo de avance en vacío, el ángulo de avance es realizado por la operación proporcional de la presión negativa del dispositivo conectado en el tubo del carburador, usando el fenómeno en el cual la presión negativa en el puerto de entrada es aumentada según la velocidad del motor. El dispositivo de ángulo de avance eléctrico es aquel en que la velocidad del motor y la presión del aire de admisión son detectadas por el sensor y el mejor tiempo de encendido es decidido por el computador.

3. Tiempo de Encendido El tiempo de encendido se produce cuando la mezcla comprimida es encendida, es decir el tiempo para producir una llama eléctrica en la bujía. Generalmente, se puede pensar que cuando la mezcla esta totalmente comprimida y el pistón alcanza el PMS (punto muerto superior) es el mejor tiempo para el encendido. Sin embargo, es demasiado tarde. La razón es que la velocidad de combustión de la mezcla cambia con la velocidad de flujo de gas. Cuando la velocidad del motor aumenta, el flujo de gas será más y más rápido. Por lo tanto, la velocidad de llama será más rápida. Así, para encenderse cuando el pistón está en el punto más alto es muy tarde. El mejor tiempo es cuando el pistón está casi en el punto más alto es decir, cuando el área de la superficie de la llama es casi la mitad de la cámara de combustión. El tiempo de encendido es representado por el ángulo de rotación del cigüeñal sobre el PMS del pistón. En términos del ángulo, si el tiempo de encendido es realizado de 40∼30 ° antes del PMS, entonces la cámara de combustión tiene 81

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4. Efecto de Turbulencia Como la velocidad de la llama es alta, más energía de calor puede ser convertida en energía cinética. Inmejorablemente, la mezcla debería explotar justo cuando el pistón pasa por el punto más alto para transmitir la fuerza de expansión del gas quemado al pistón con más eficiencia. Para la combustión completa, en términos de ángulo de rotación de cigüeñal, el tiempo de rotación 40º∼60º podría ser necesario. Entonces, la situación real se diferencia de la situación ideal. Para asegurar la combustión rápida, la gasolina debería ser bien mezclada con el aire para permitir que se produzca la reacción química entre el hidrógeno de carbón y el oxígeno.

Por lo tanto, algunas investigaciones hacerca del desarrollo para el puerto de entrada, para reducir su tamaña y para usar dos puertos de entrada, de los cuales un puerto de entrada se cierra para que fluya en turbulencia cuando el motor trabaja a baja velocidad, para mezclar el combustible con suficiente aire. El flujo de agitación es dividido en un torbellino cuya dirección es horizontal y la caída cuya dirección es vertical. Lo importante es que el remolino generado en la carrera de admisión debería mantenerse hasta que se ponga mucho más fuerte en las carreras de combustión-encendido.

Para hacerlo de este modo, la partícula de gasolina del inyector debería ser diminuta y fácil de evaporarse tanto como sea posible. Y el orificio del inyector debería estar frente a la válvula de entrada para que las partículas de gasolina no se adhieran en la pared del puerto de entrada. Para algunos motores de carrera, dos inyectores pueden ser conectados a cada cilindro. Además, para hacer que la velocidad de la llama sea más rápida, la velocidad de flujo de gas debe ser más rápida. Cuando el motor gira a baja velocidad, el flujo de la mezcla es un elemento muy importante. Cuando el motor gira a alta velocidad, el flujo de mezcla es alto, entonces la mezcla está bien y la velocidad de la llama es suficientemente rápida. Sin embargo, cuando la velocidad del motor comienza a desacelerar, la velocidad descendente del pistón es baja, entonces la velocidad de flujo de mezcla disminuye y el vapor de gasolina dentro de la mezcla no puede ser fácilmente evaporada.

Torbellino

Caída

Para hacerlo así, un método que un pequeño espacio conocido como área extrema se

82 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor encuentra entre la posición más lejana de la bujía y la parte final de la cabeza del pistón, para soplar la mezcla mediante el área extrema en el momento en que el pistón está en el punto más alto.

expansión de la llama. Por lo tanto, el motor moderno está equipado con la bujía, especialmente con el conector central, en el centro de la cámara o con el área de aplaste mejorando el flujo de la mezcla y haciendo más angosto la zona del extremo.

5. Detonación

Raras veces ocurre que hoy en día, el motor hace un ruido cuando el auto es acelerado en condición de carga alta.

Hoy en día la mayoría de los autos no producen detonaciones durante la conducción. El motor esta desarrollado para evitar la detonación.

Esta es la típica detonación. Proviene de la combustión que no ha comenzado con la llama patrón de la bujía y la expansión de la superficie de la llama, sino que de la combustión temprana de la mezcla que será quemada al final.

Por otro lado, hay una investigación para mejorar el funcionamiento del motor que usa la detonación. Esta, en primer lugar, se produce con el motor a baja velocidad en el cual la combustión de mezcla se atrasa después de una combustión anormal. Generalmente, se produce durante el avance, en el tiempo de encendido, cuando la relación de compresión aumenta o la velocidad de la llama es alta. Por lo tanto, detectando la detonación, si el motor es arrancado con el avance máximo de tiempo de encendido, se puede obtener la mejor condición para la combustión.

Como la superficie de la llama es una frontera, la superficie se llena con el gas quemado y afuera de la superficie se llena de gas sin quemarse. Es decir, la combustión se expande de la superficie de la llama. Antes de que esta superficie de llama no sea alcanzada, el gas sin quemar es autoquemado por la presión del gas de expansión del gas. Este gas a alta presión y alta temperatura golpea la culata y el pistón, produciéndose serios daños en el motor. La detonación se produce de inmediato, entonces el pistón y el cilindro presentan una temperatura anormalmente alta, produciéndose fácilmente las detonaciones en serie.

6. Combustión Anormal Toda combustión contraria a la combustión normal la que comienza desde la bujía y se expande por toda la cámara, son llamadas combustiones anormales. La detonación es el ejemplo representativo. Hay también otros tipos de combustiones anormales.

Ya que la detonación es generada en la zona de final de la cámara de combustión, el diámetro interno será ampliado por la corta carrera y fácilmente es generado en el motor que tiene una distancia más grande de

⑴ PRE-ENCENDIDO & POST-ENCENDIDO Como el PRE es "antes" y el POST es 83

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Principios del Motor "Después", este encendido significa que la mezcla puede ser quemada por otra llama antes o después de ocurra el encendido normal. El PRE-ENCENDIDO se produce en la carrera de compresión por cualquier razón tal como los residuos de carbón en la bujía, en la cámara de combustión, el pistón y las válvulas. El POST-ENCENDIDO es que las mezclas no quemadas en el período de llama normal por falla en el encendido, el gas sin quemar se quema en la carrera de combustión. Ambos son muy similares a la detonación, de manera que se pueden producir grande daños a las partes que rodean la cámara de combustión.

incompleta en la cámara y explota en el convertidor catalítico o en el silenciador. Esto puede dañar el sistema de escape.

⑷ EXPLOSIONES EN LA ADMISIÓN En el estado en el cual casi todo el gas quemado es expulsado en la carrera de escape, quedando residuos de gas. El resto de gas a alta temperatura produce el encendido de la mezcla aire combustible al comienzo de la carrera de admisión. En algunos casos, el fuego puede alcanzar al filtro de aire. Esto ocurre principalmente en el sistema con del carburador.

⑵ AUTOENCENDIDO También conocido como autoencendido (Dieseling), es el fenómeno en el cual el motor todavía trabaja aunque el interruptor de encendido esté desconectado. Muy similar con el PRE-ENCENDIDO, el residuo de carbón trabaja como semilla de la llama. Esto generalmente se produce cuando la llave es desconectada con el motor con carburador recalentado. Es llamado así porque el motor diesel hace la combustión sin el encendido.

Esta combustión anormal no se produce a menudo en situaciones normales de conducción, sin embargo, procure ser cuidadoso en mantener el motor. 7. Forma de la cámara de combustión

⑶ DESPUES DEL ENCENDIDO También se le conoce como DESPUÉS DE QUEMARSE. Es decir, el gas quemado en forma incompleta explota en el sistema de escape con un sonido grande de combustión. Cuando el acelerador se abre o cierra abruptamente, la gasolina en exceso es combustionada en forma

Según el método de combustión, el funcionamiento de motor será diferente. Entonces, la forma de la cámara de combustión es lo mejor para el rendimiento de motor. Puede ser verdadero que mientras más rápida

84 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor sea la velocidad de llama es mejor para aumentar la potencia del motor. Con la misma gasolina y la proporción de Aire-Combustible, podemos considerar los cinco artículos siguientes para incrementar la potencia del motor.

⑷La relación de compresión debería ser lo más alta posible (Con la alta compresión, para mejorar la eficacia del calor)

⑴ La cantidad de mezcla aspirada debe ser abundante (más combustible, más calor).

⑸ La cámara de combustión debería ser de tamaño compacto para impedir la pérdida de calor. (Para asegurar la energía de calor convertida en energía cinética)

⑵ El flujo justo antes del encendido deber ser el apropiado. (Mientras más rápido es mejor, sin embargo, demasiado rápido produce falla en el encendido).

Ante todo, acerca de la cantidad de aspiración de mezcla en (1), esta es decidida por el ángulo de conexión, el número, tamaño, el levantamiento y la forma de la válvula de entrada. Es explicado en la sección de válvula de escape-entrada detalladamente. En la mezcla fluyen en (2), aquí, cómo la mezcla es llevada al cilindro, es el punto más importante. Incluso el flujo de mezcla está bien, si la forma interna de la válvula y la cabeza del pistón son complicadas, entonces el gas no se expandirá suavemente, de modo que debe tener la forma más simple como sea posible.

⑶ La bujía de encendido debe estar instalada en el centro de la cámara de combustión (para asegurar la combustión rápida de mezcla).

La posición de la bujía en (3) es decidida por el número y posición de las válvulas de escape y admisión. En el motor de 4 válvulas el más usado hoy en día, la bujía está instalada en el

85 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor centro de idealmente.

la

cámara

de

combustión,

puerto de admisión son importantes así como el ángulo de conexión, el diámetro y el número de válvulas debería ser apropiado para

Como la relación de compresión en ⑷ es más alta, la combustión será más rápida porque la temperatura y la presión de la cámara de combustión es justo antes del encendido es alta. Sin embargo, si la combustión es demasiado rápida, entonces la combustión es realizada de modo anormal. Entonces la cámara puede ser dañada por la combustión anormal tal como la detonación. Para hacer que el calor no se pierda tan fácilmente como se menciona en , considere esto; como el área interna de la cámara de combustión es más grande, la pérdida de calor será más alta cuando el gas que explota presiona el pistón, es decir la energía de calor que será convertida en la energía de fuerza se perderá. Con el mismo volumen de la cámara de combustión, cuando la superficie interior de la cámara es más pequeña; el calor que convierte la proporción será más alto.

mejorar la eficiencia de volumen. El diámetro más grande de válvula es el mejor. Si la válvula es demasiado grande, es más pesada, entonces tiene gran fuerza de inercia cuando se abre y se cierra. Por lo tanto, impedirá que el motor gire a alta velocidad. El tamaño de válvula debería ser optimizado. Recientemente, el motor de 4 válvulas que tiene dos juegos de válvulas de admisión y de escape, se aplica más que el motor de dos válvulas, que tiene un juego de válvulas de admisión –escape. El motor de tres válvulas que tiene dos válvulas de entrada y una válvula de escape fue considerado. Sin embargo, la bujía no fue instalada en el centro de cámara, y la válvula de escape era demasiado grande de manera que el sistema de dos válvulas de admisión era peor que el sistema de 4 válvulas.

Por lo tanto, cuando la proporción entre la SUPERFICIE Y EL VOLUMEN de la cámara de combustión es la relación S/V; esta proporción representa la eficacia de la combustión. Mientras más pequeña la relación S/V es mejor para la calidad de combustión.

Los tipos de cámara del motor de 4 válvulas son el tipo PENT ROOF que tiene la culata en forma de piso y el tipo Poli-esférico que tiene esferas superpuestas. En ambos tipos, un par de válvula de admisión y de escape están frente a frente, y la bujía está localizada en el centro. Esto satisface la condición de exigencia para una excelente calidad de volumen.

8. Válvula de Admisión-Escape & Cámara de Combustión Para obtener la mejor eficiencia del volumen, es necesario más cantidad de aire de admisión, y el flujo de gases de entrada-salida debería ser más parejo. El tamaño y la forma del

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Principios del Motor tanto la cabeza de pistón debería ser aplanada.

Angulo de válvulas Grande

Angulo de válvulas Pequeño

La inclinación del ángulo de las válvulas, corresponde al ángulo que forma la válvula de admisión y escape sobre la línea central del cilindro. El ángulo de válvula es el ángulo entre las líneas de centro de cada válvula. Estos ángulos afectan significativamente a la forma de la cámara, la proporción de S/V, la relación de compresión, y la forma de puertos de gases admisión y escape. Si el ángulo de válvula es más grande, entonces el diámetro de la válvula puede ser mayor, y el gas de admisión y escape fluirá en forma más suave. Sin embargo, la cámara debe ser más grande también, de modo que se reduzca la relación de compresión, y la proporción de S/V debe ser grande. El nuevo tipo de motor tiene una cámara de combustión compacta con el ángulo de válvula más pequeño.

En realidad, considerando otros elementos como el ángulo de válvula, la culata tendrá una parte en receso. Por lo tanto, para aumentar la relación de compresión, la cabeza del pistón debe ser altamente diseñada. Además, si el motor tiene alta relación de compresión, entonces el espacio entre la culata y la cabeza de pistón debe ser angosto de modo que es necesario realizar una ranura para la válvula para evitar que opere en forma anormal. Con estas limitaciones en el mecanismo, hay muchas investigaciones para una mejor combustión. El pistón tiene un rol importante para transmitir efectivamente la fuerza de combustión a la biela, de modo que las otras partes excepto la cabeza de pistón, deberían ser diseñadas con precisión.

El motor de cinco válvulas tiene tres válvulas de entrada y dos válvulas de escape, es para alto rendimiento ampliando el área transversal de la válvula y aligerando el peso de válvula. Sin embargo, tiene una cámara más complicada de modo que la proporción de S/V será más grande, así como el mecanismo alrededor de la válvula será más complicado.

El gas quemado es sellado con el anillo del pistón. Para asegurar el sellado, el espacio entre el pistón y el cilindro (juego del pistón) debe ser tan pequeño como sea posible. El pistón será refrigerado por el aceite lubricante y el calor será irradiado a través del anillo del pistón. El coeficiente de expansión térmica del aluminio, el material principal del pistón, es 23 relativamente más alto que el acero, el cual tiene el coeficiente de expansión térmica de 12~15, el que es material principal del cilindro. Por lo tanto es difícil de hacer coincidir el tamaño del pistón con el tamaño de cilindro. Por ejemplo, como el lado trasero de la cabeza de pistón está reforzado, es fabricado un poco más pequeño que la parte del faldón y el

9. Pistón & Cámara de Combustión La cabeza de pistón forma la cámara de combustión enfrentando la parte de válvulas de admisión y escape de culata. Para quemar la mezcla más rápido, la superficie interior de la cámara debe expulsar o apartar las porciones de las válvulas para que la mezcla fluya suavemente, y la relación de S/V debería ser tan pequeña como sea posible. Por lo 87

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Principios del Motor diámetro del pistón a lo largo del eje de inserción del pasador del pistón es poco más pequeño que el eje perpendicular. Como la biela hace girar el cigüeñal, el pistón presionará la biela en dirección inclinada. Por lo tanto, el pistón puede vibrar a lo largo de la dirección lateral, de manera que el faldón golpeará la pared de cilindro. Esto se conoce como pistoneo o golpe lateral. Esta es la causa del ruido o la pérdida de potencia por fricción. Para reducir al mínimo este postoneo, el centro del pasador del pistón es compensado 1∼2.5mm a lo largo de la dirección de movimiento de la biela. Haciéndolo de esta manera, la fuerza de presión del pistón en dirección lateral se reducirá. Esto es llamado descentramiento del pistón.

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Principios del Motor hidrocarburo entre los tres materiales más dañinos en el gas de escape no se producen si el gas de escape se que,a idealmente el forma total. El de óxido nitroso es también uno de los problemas importantes.

Capítulo 12. Desempeño, Consumo de Combustible, Ruido, Vibración 1. Desempeño Requerido

Considerando que el peso de motor es de 10 o 15 % del total del peso del vehículo, otro método para mejorar la potencia y la eficiencia de combustible al mismo tiempo, es hacer que el motor sea compacto y liviano. La potencia es mayor en el vehículo que tiene un motor más liviano. Con la misma salida, la potencia del vehículo que tiene un motor más liviano, será más alta. El motor más liviano y compacto mejora el consumo de combustible. También, para asegurar buena dirección, el vehículo debe ser liviano y el balance del peso debe ser distribuido 50:50 en la parte delantera y la parte trasera o similar.

Diferentes rendimientos se le piden al funcionamiento del motor. Cada requerimiento está relacionado entre sí de manera compleja, de manera que afectan en el desempeño del vehículo. Además, como el tiempo pasa, el rendimiento es el más importante cuando cambia. Sin embargo, la potencia de salida es el ítem más importante porque el objetivo del motor es desarrollar potencia para el vehículo. Convencionalmente, para operar el motor para más trabajo debería necesitarse más combustible para ser usado. Recientemente, realzando la eficiencia del motor, se puede adquirir mejor potencia.

Mejor respuesta

El motor también debe tener las características para ser conducido de acuerdo a la exigencia del conductor. Por ejemplo, cuando el conductor presiona el pedal del acelerador, si la potencia de motor es demasiado alta, entonces no será buena la

El desarrollo de la eficiencia de combustión del motor está relacionado con la purificación del gas de escape. El monóxido de carbono y el 89

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Principios del Motor seguridad. La respuesta, de acuerdo a la cantidad de presión del pedal del acelerador, puede producir un gran cambio a la condición de manejo.

2. ¿Qué es la Potencia?

Muy silencioso

El motor es el dispositivo que convierte la energía del calor en fuerza. El funcionamiento básico es representado por los tres factores principales tales como el consumo de combustible que indica la cantidad de gasolina quemada, el torque que indica la fuerza generada y la potencia que indica trabajo realizado por unidad de tiempo. Entre ellos, el consumo de combustible es fácil de observar porque es fácilmente detectado midiendo la cantidad de combustible usado. ¿Entonces, cuales son los otros, la potencia y el torque?

Como el motor obtiene la fuerza motriz por la combustión del combustible, no se pueden evitar el ruido y la vibración. Es importante disminuir estos ruidos y vibraciones al pasajero.

Como hemos explicado frecuentemente, el principio de trabajo del motor a gasolina es que la fuerza de expansión de la gasolina por la combustión es convertida en la fuerza que presiona el pistón para hacer girar el cigüeñal.

Además, como el motor es una parte mecánica del vehículo, es importante conocer otros factores para mantener el motor.

Ascendiendo un camino inclinado, presionamos el pedal del acelerador para obtener alta potencia. Cuando corremos constantemente por un camino parejo, sólo presionamos un poco el acelerador. Cuando se conecta la válvula reguladora que controla la cantidad de aire de entrada, la profundidad de presión del pedal del acelerador afecta directamente la cantidad abierta de la válvula de la mariposa. La cantidad de inyección de combustible es determinada por la cantidad del aire de entrada. Cuando el aire es aspirado con poca cantidad por poca presión del pedal, la cantidad de inyección de gasolina será pequeña. Cuando la cantidad de aire es grande presionandolo profundamente, entonces la cantidad de inyección de combustible aumentará.

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Principios del Motor Es decir la proporción entre la cantidad de aire y la cantidad de combustible ya es predeterminada, entonces el pedal del acelerador controla sólo la cantidad de aire aspirado. Así, presionando un poco el pedal, la cantidad de mezcla es pequeña y la potencia del motor, mientras se presiona más el pedal, la potencia del motor aumentará porque la cantidad de la mezcla también aumentará. Generalmente, el rendimiento del motor es determinado por la fuerza del motor. La fuerza es representada en la unidad de kg. En el vehículo, como la última fuerza es la fuerza rotativa que conduce la rueda, es preferible representarla en la unidad de torque, por ejemplo kg·m, adquirido por la multiplicación de la magnitud de fuerza con la distancia entre el centro de rotación para el punto de aplicación de fuerza.

Este concepto fue sugerido por James Watts quien inventó el motor a vapor en Inglaterra. Para comparar los rendimientos dinámicos de algunos tipos de motores de vapor, como el caballo de fuerza usado para bombear agua en minas de carbón, el otro caballo de fuerza es de 550 libras·pie/s. Convirtiéndolo en el sistema métrico, será de 75 kg·m/s. Esta es la potencia para tirar un peso de 75kg a una distancia de 1m en un segundo.

En otro aspecto de rendimiento del motor, es importante saber también cuanto trabajo es posible dentro de cierto período de tiempo. Esta cantidad de trabajo es la potencia representada por el caballo de fuerza.

La unidad de caballo de fuerza, será representada por la abreviación HP o PS (Pferde Stärke) en alemán. El PS es generalmente mas usado. En el sistema de unidad SI, representando con una W (watt), 1PS es alrededor de 735.4W. De manera que 100PS es 73.5kW, 100kW son 136PS.

3. Método de Representación para la potencia

En el catálogo del vehículo, podemos ver la palabra adicional como (neto) (o bruto) adelante de la unidad de PS/RPM. Como la potencia del motor generalmente es medida poniendo el motor en el equipo de medición, la potencia medida es cambiada según la condición de medición, y hay dispersión en los valores medidos. Por lo tanto, para indicar la salida, se usan el valor Neto y el valor Bruto. El valor Bruto es medido sólo en el motor, y el valor Neto es medido con el motor instalado en el vehículo. Para el motor a gasolina, el valor Neto es de 15 % menos que el valor Bruto. Si no hay ningún dato, el valor más grande es el Bruto.

Generalmente, el elemento más importante del rendimiento del motor es la salida (potencia). Cuando se instala un nuevo motor, alguien dice " ¿Cuántos caballos de fuerza tiene?” Este caballo de fuerza es la eficiencia del trabajo, es decir la unidad que indica la cantidad de trabajo durante el período de tiempo específico, de manera que se obtiene salida dinámica (potencia).

La potencia es en función del tiempo. La potencia del motor aumentará 91 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor proporcionalmente con las revoluciones por minuto porque la cantidad de trabajo por ese tiempo aumenta cuando las revoluciones por minuto son más altas. Sin embargo, cuando las revoluciones por minuto del motor aumentan, las partes dinámicas no pueden sobrepasar cierto valor, o el motor no puede producir admisión o escape al superar este límite, o la potencia del motor es perdida en exceso para la conducción misma del motor si las revoluciones por minuto son más altas que cierto valor de rpm. Es la potencia la que tiene un valor de límite. Es decir, la salida de máxima de potencia. Por lo tanto, en el catálogo, se indican las rpm.

combustión. El gráfico de funcionamiento del torque representa la presión del pistón sobre el cigüeñal, con cuanta fuerza y con cuantas rpm. Como esta fuerza será transmitida a la rueda finalmente, la fuerza impulsora del vehículo es pequeña si el torque del motor es pequeño, la fuerza impulsora del vehículo es alta si el torque es alto. La fuerza de expansión esta determinada por muchos elementos, sobre todo, por la cantidad del aire aspirado en el cilindro. Con más aire, es posible conseguir más potencia. Considerando la relación entre la cantidad de aire aspirado y las revoluciones por minuto de motor, cuando el motor tiene baja velocidad de rotación, el movimiento de pistón también es bajo, y la cantidad de aire aspirada es baja. Cuando el motor tiene alta velocidad de rotación, el movimiento del pistón es rápido y la cantidad de aire aspirada es alta. Sin embargo, si el motor tiene demasiada velocidad, la válvula de admisión puede cerrarse antes de que el aire sea totalmente aspirado dentro del cilindro. En este caso, la cantidad de aire aspirada por carrera (eficiencia volumétrica) disminuye. Por lo tanto, la curva de torque del motor tiene el punto máximo.

4. ¿Qué es Torque?

Por ejemplo, compare el torque del motor entre 2500rpm y 5000rpm. El primero tiene mejor rendimiento a 2500rpm, pero no tan buen rendimiento a 5000rpm.

El torque o la fuerza de torsión que es aplicada a una materia rotatoria tal como un perno, la barra de eje y la rueda. Depende no sólo de la fuerza aplicada, sino que también sobre la longitud del brazo de la palanca con el cual la fuerza actúa. Por definición, el momento de rotación es igual a la fuerza multiplicada por la acción de palanca; la longitud del centro del rotor al punto en que la fuerza es aplicada. En el motor, el torque es igual a la fuerza del pistón que baja multiplicada por la distancia del centro del pasador al centro del cigüeñal. Por lo tanto, la magnitud del torque de un motor es decidida por la fuerza con la cual el pistón presiona la biela, es decir la fuerza de

Al contrario, el motor que presenta 5000rpm tiene buen rendimiento a alta velocidad pero bajo rendimiento en baja velocidad. Por lo tanto, las características son diferentes entre

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Principios del Motor los motores mencionados anteriormente aun cuando los torques máximos sean los mismos.

elementos principales incluyendo el volumen del desplazamiento total, la presión media efectiva y las rpm deben ser optimizadas. El trabajo en un determinado tiempo aumentará mejorando las revoluciones por minuto. Los principales focos de atención para el desarrollo y mejoramiento de la potencia del motor son: determinar el volumen de desplazamiento total del motor, conocer cómo la presión efectiva aumenta y saber como se supera la limitación de las revoluciones por minuto.

5. Aumento de Potencia La potencia del motor es la cantidad de trabajo durante un tiempo específico. La potencia se puede aumentar con el volumen del cilindro, la fuerza de combustión y las rpm. El tamaño de motor esta representado por el volumen de desplazamiento. El volumen de desplazamiento de cilindro es la cantidad de gas que escapa desde determinado cilindro cuando el pistón se mueves desde el PMI hasta el PMS. El volumen de desplazamiento total es la suma de volumen de todos los cilindros. El volumen de desplazamiento del cilindro es calculado de la multiplicación del área seccional por la carrera del cilindro. Se representacon la unidad cc o lt. Cuando el volumen de desplazamiento total es más grande, la potencia del motor será también más alta. Para comparar el rendimiento del motor se usa el PS/lt. El PS/lt representa cuantos caballos de fuerza son generados por 1litro de volumen de desplazamiento. Para el auto de pasajeros, generalmente, mientras más cilindrada, más alto el valor de PS/lt porque la eficiencia volumétrica es más alta con múltiples cilindros. Pero la desventaja de los cilindros múltiples es la estructura que es muy complicada y el costo demasiado alto. La fuerza de presión en el pistón es calculada dividiendo una cantidad de trabajo por ciclo de desplazamiento del volumen. Mediante este cálculo, la fuerza de empuje del pistón es la presión. Pero la presión en el pistón continuamente cambia por la posición del pistón y la carrera. Por lo tanto, la presión por ciclo es usada para el cálculo. Esto se llama presión media efectiva, la presión promedio en el cilindro. Para mejorar la potencia del motor, los tres

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Principios del Motor

Métodos para incrementar la Potencia Máxima Método Item Incremento de la relación de compresión Incremento de la presión de compresión Alta velocidad de combustión Buena distribución de la cámara de combustión Incremento de la presión efectiva del Alta eficiencia de la temperatura pistón Relación Volumen/Superficie pequeña de la cámara de combustión Correcto tiempo de encendido Ubicación apropiada de la bujía Ubicación de la toma de aire frío Baja temperatura del Temperatura de la cámara de combustión aire de entrada Diseño de la cámara d combustión Uso de interenfriador Incremento de la Uso de turbocargador o supercargador presión de admisión Multivalvular Incremento del diámetro interior del múltiple de admisión y Incremento escape de la Reducción de la Incremento del radio de la curvatura eficiencia de resistencia para carga admisión y escape Superficie interior lisa Apropiada capacidad de la cámara dinámica Reducción de la contrapresión Ancho de la leva Sistema de válvulas Incremento del cruce de válvulas Tiempo de válvulas apropiado Sistema de admisión variable Uso de inercia & pulsación Longitud del múltiple apropiado Multivalvular Multiples cilindros Reducción de la Carrera corta velocidad de entrada Incremento del diámetro de la válvula de aire Ancho de la leva Incremento del límite de Incremento de la altura de la leva las rpm Reducción del peso del sistema de válvulas Reducción de inercia Reducción del peso de los componentes móviles de las piezas móviles Doble eje de levas Reducción de la Carrera corta velocidad del pistón

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Principios del Motor

proporción de C/D es mayor que 1, la carrera es mayor que el diámetro y se le denomina Motor de Carrera Larga. La proporción de C/D es 1, la carrera es igual al diámetro interno, se le conoce como Motor Cuadrado.

Diámetro (D)

Con el mismo volumen de desplazamiento, el Motor de Carrera Corta tiene más potencial por tener más poder porque el motor de diámetro más grande puede tener un diámetro de válvula más grande y puede producir más altas revoluciones por minuto del motor sin aumentar la velocidad de pistón. Ante todo, considerando el diámetro, la cantidad de gas será más grande cuando el diámetro de la válvula o el Levantamiento de Válvula es más grande. Con más cantidad de gas, es posible obtener la potencia más alta porque más gasolina será quemada. Además, si el diámetro de válvula es más grande, para la misma cantidad de gas, el levantamiento de válvula puede ser más pequeño. Entonces el movimiento de válvula será pequeño a alta velocidad. Sin embargo, el diámetro de la válvula más grande tiene un diámetro más grande de puerto de admisión, el motor de puerto de admisión grande no puede generar un flujo rápido de gas de entrada a baja velocidad, por lo tanto la combustión puede degradarse.

Carrera (C)

6. Potencia & Relación Carrera/Diámetro El volumen de desplazamiento del cilindro es calculado por el área seccional del cilindro y la carrera. También el área seccional es calculada por el diámetro interno del cilindro. Por lo tanto, los factores principales de desplazamiento son el Diámetro Interno y la carrera. Estos pueden ser diferentes en cada motor aun cuando tengan el mismo número de cilindros y el mismo desplazamiento. Es decir, algunos motores tienen el cilindro delgado y largo; otros tienen el cilindro grueso y corto. La proporción entre la longitud de la carrera y el diámetro interno se llama proporción de Carrera/Diámetro.

Después, considerando la velocidad del pistón. Con las mismas rpm del motor, el pistón en carrera larga debería moverse tan rápido como la longitud de la carrera. La velocidad de pistón tiene un límite. Cuando el pistón se mueve a alta velocidad, el aceite lubricante puede que no trabaje correctamente, o la fuerza de inercia del pistón será demasiado alta. Las rpm del motor de carrera corta pueden aumentar más que el motor de carrera larga, si los motores tienen la misma limitación de velocidad de pistón. Recientemente, el límite de la velocidad promedio del pistón es sobre 15∼22m por

Para el auto de pasajeros, la proporción Carrera/Diámetro (C/D) es aproximadamente 0.7∼1.3. La proporción de C/D es menor que 1,

segundo.

la carrera es más pequeña que el diámetro, se le denomina Motor de Carrera Corta. La

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Principios del Motor compresión. El volumen del cilindro es el volumen total incluído el volumen de la cámara de compresión y el desplazamiento del cilindro. La relación de compresión representa cuánta mezcla de admisión es comprimida. La relación de compresión en el catálogo del vehículo es un valor teórico mediante un cálculo. En general, es aproximadamente 9∼10 para el motor de gasolina normal y aproximadamente 12∼13 para el motor de auto de carrera. Como la relación de compresión es alta, la mezcla se comprime con mayor fuerza. Entonces la temperatura de la mezcla será alta y la combustión se producirá en poco tiempo.

En general, el motor de alta velocidad y potencia, como los autos deportivos aceptan la proporción de carrera corta o relación C/D tipo cuadrado, el motor para el auto comercial acepta la carrera larga para aumentar el torque en vez de la velocidad.

Por lo que la presión de combustión será alta y el torque y la potencia también serán altos. Además, en la carrera de combustión, la proporción de expansión también será alta, de manera que la temperatura del gas de escape no será tan alta. Por lo tanto se produce mayor eficiencia del combustible.

7. Potencia & Relación de Compresión

Sin embargo, si la relación de compresión es demasiado alta, el motor fácilmente puede presentar una combustión anormal tal como detonación. Por lo que tiene limitaciones, la detonación esta relacionada con la temperatura de la mezcla, el flujo, la temperatura de la pared de la cámara así como también la relación de compresión. Por lo tanto, para aumentar la relación de compresión debe considerarse un buen sistema de refrigeración para la culata. Además, el motor debería tener más fuerza para la alta relación de compresión. El motor de alto rendimiento debe ser diseñado cuidadosamente. Existe la relación de compresión teórica y la relación de compresión real. La relación de compresión real indica cuánto aire de admisión es comprimido en realidad. Por ejemplo, en la carrera de admisión, si no se aspira aire suficientemente, entonces la relación de compresión real es menor que la proporción teórica. En el motor turbo, si la presión de

En la sección anterior, la potencia puede ser mejorada aumentando el aire de admisión y aumentando las rpm del motor. También hay un método más para aumentar la potencia del motor. Esta es la relación de compresión. Cuando el pistón está en el PMS, el espacio que rodea el pistón y la culata incluyendo las válvulas de admisión y entrada corresponden a la cámara de combustión. La relación de compresión es el volumen del cilindro dividido por el volumen de la cámara de

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Principios del Motor entrada es de 1 atm, entonces la relación de compresión real será el doble. De modo que la relación de compresión real es el factor importante para el realzar la potencia. Como se dijo anteriormente, la detonación es afectada por la relación de compresión real

puede ser reducida alrededor de la válvula de admisión. ⑶ Aumento del levantamiento de válvula de admisión y alargar el tiempo de apertura: el tiempo de apertura de válvula de admisión es aproximadamente 240° en términos de ángulo de rotación de cigüeñal. En el motor de carrera, esto es aproximadamente de 280∼320°.

8. Incremento de Potencia en Altas rpm (límite de rpm) Para hacer un motor de alta potencia, se aumenta la combustión de la cantidad de combustible. Incluso la cantidad de combustible aumenta, si la cantidad de aire no aumenta, entonces esto no tiene sentido. Por lo tanto, para hacer un motor de alta potencia, la entrada de aire debe ser mayor. La velocidad de flujo de aire en el puerto de entrada es la división de la cantidad de aire de entrada por el área seccional. La cantidad de aire de admisión aumentará con el aumento de las rpm del motor. Por lo tanto, la potencia del motor es proporcional a las rpm. La resistencia de flujo del aire aumenatará cuando el flujo de aire sea rápido. Ampliando el conducto o el volumen de filtro de aire, se puede reducir la resistencia del flujo. Sin embargo, la resistencia alrededor de la válvula no es controlada. Por lo tanto, sobre ciertas rpm, ya no se puede aumentar más la potencia. Por lo tanto, para obtener una potencia alta en alta velocidad, se debe disminuir la velocidad del aire de admisión. Para hacerlo de esta manera, se deben onsiderar algunos métodos.

⑷ Diseño de carrera corta: con el mismo volumen de desplazamiento, la CARRERA CORTA esta hecha para ampliar la válvula. Por lo tanto, el área de la apertura es también grande y descenderá la velocidad de aire de admisión. Si la velocidad del aire de admisión es suficientemente lenta, las rpm del motor pueden aumentar para producir más potencia. Si las rpm aumentan, el motor debería resistir estas altas rpm. Es decir el motor debería reforzarse para asegurar esta función. Generalmente, el motor debe ser alivianado para reducir la fuerza de inercia, y tambien debe realzarce la fortaleza del cuerpo y las partes del motor.

⑴ Aumento del número de cilindros: con el mismo volumen total de desplazamiento, si el número de cilindros aumenta, entonces el diámetro de cilindro se reducirá y también el diámetro de la válvula. Por lo tanto, la velocidad de flujo de admisión se reducirá. ⑵ Aumento del número de válvulas de

9. Característica Tansiente & Respuesta

admisión: por la misma razón mencionada en el punto ⑴, la velocidad de flujo de aire 3 Centro de Entrenamiento Técnico de Chonan – Corea Traducido y Adaptado por el Departamento de Asistencia Técnica de KIA CHILE S.A. - Chile

Principios del Motor

En algunos sistemas de combustible, la gasolina no puede fluir suavemente porque es rociada por el inyector. En este caso, cuando la válvula reguladora es abierta rápidamente, la mezcla se empobrece, entonces el torque inicial del motor se puede retrasar. Para solucionar este problema, hay un método en el cual la cantidad de inyección aumenta selectivamente en ese momento. En este caso, cuando la válvula reguladora se abre rápidamente, la mezcla es deficiente y luego el torque inicial del motor puede ser retrasado. Para solucionar este problema, hay un método en el cual la cantidad de inyección con criterio selectivo es aumentada en aquel momento.

En el motor que tiene alto torque la respuesta de aceleración es lenta, el motor no es un motor de alto rendimiento. El rendimiento de aceleración o la respuesta del motor pueden ser afectados por el peso del auto o la relación de engranajes. Cuando la condición de conducción es cambiada, el estado intermedio entre el antes y el después se llama transiente o estado parcial. El estado se llama característica de transiente del motor. La característica transiente básicamente es relacionada con el cambio de las rpm y la fuerza de inercia. Las cosas importantes para la respuesta son el peso de las partes dinámicas del motor y la capacidad en la variación de aire/combustible mientras se acelera. Para reducir la fuerza de inercia de las partes dinámicas del motor, las partes dinámicas deberían ser hechas tan livianas como sea posible.

10. Disposición de los Cilindros & Rendimiento Hay tres formas para la disposición de los cilindros, en Línea, en V, y de Cilindros Opuestos. ¿Qué relación hay entre la disposición de los cilindros y el rendimiento del motor?

En el motor con inyección de combustible, un colector de entrada (la cámara dinámica) tiene un volumen similar al volumen de desplazamiento total. Cuando el acelerador es presionado para abrir la válvula reguladora, no se puede aspirar el aire en el múltiple inmediatamente debido a la fuerza de inercia del aire. Por lo tanto, en el primer movimiento del motor de torque será retrasado. Para solucionar este problema, si el volumen del colector (la cámara dinámica) aumenta, entonces la potenciasalida de motor aumentará.

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Principios del Motor Sin embargo, es difícil de instalar en el habitáculo del motor del vehículo tipo FF, por lo tanto, generalmente, se instala en el vehículo tipo FR en dirección longitudinal. El de 3 cilindros o de 5 cilindros rara vez se usa en el tipo en línea. Dividiendo el de 6 cilindros en dos juegos de serie de 3 cilindros y colocándolos de frente en paralelo, la longitud es reducida casi a la mitad del motor en línea de 6 cilindros. En el motor Tipo en V el motor de 6 cilindros, como tiene alta eficiencia para la admisión y escape porque el diámetro interno puede ampliarse fácilmente, por lo que se puede obtener más potencia. Si el ángulo en V es puesto a 60°, la carácterística está cerrada en el motor en el motor en serio de 6 cilindros. Puede ser instalado en el vehículo tipo FF. Entonces es posible para el auto FF para ser desarrollado para el auto de alto rendimiento.

El motor de tipo en línea tiene los cilindros puestos secuencialmente. Existen los de 2 a 6 cilindros. En el tipo en línea, la estructura del bloque de cilindro es muy simple y la culata es un cuerpo, de modo que el motor debe ser liviano y compacto. Es ampliamente usado desde el auto comercial al auto de carrera.

El motor de Tipo V generalmente consiste en 6 cilindros. Combinando la serie de 4 cilindros y la serie de 6 cilindros, se pueden fabricar el motor V8 y el V12 respectivamente. Generalmente son instalados en vehículos grandes o el auto deportivo. El motor V6 no es fácil de utilizar porque el ancho del motor es mayor y es más pesado.

En el motor tipo en línea, generalmente, el número de cilindro es de 4 cuando el volumen de desplazamiento llega hasta 2lt. El de 6 cilindros, es mayor de 2lt y menos de 3.5lt. El motor de 4 cilindros que tiene el volumen de desplazamiento de 1lt a 1.5lt es usado para el vehículo comercial y el que tiene más y hasta 2lt es usado para autos de alto rendimiento. El motor para volumen de desplazamiento de 2lt generalmente es hecho de 4 ó 6 cilindros. El motor de 6 cilindros tiene la cámara de combustión más pequeña y es fácil de producir la CARRERA CORTA. Entonces se puede obtener así la máxima potencia.

El motor opuesto es similar al motor tipo V, pero tiene un angulo de 180°. El centro de gravedad del motor es más bajo que otros motores. 11. Relación de Consumo de Combustible

El motor en línea de 6 cilindros tiene bastante longitud entonces por lo que es un poco caro. Pero, el tamaño es compacto en comparación con el rendimiento y el turbocompresor fácilmente puede ser instalado. Entonces se puede utilizar en el motor de alto rendimiento. Además, la fuerza de inercia del conjunto biela del pistón está bien equilibrada, por lo tanto tiene buenas características de antivibración.

La eficiencia de combustible del motor es representada por la relación de consumo de combustible. La cantidad de consumo de

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Principios del Motor combustible cambia con la condición de conducción. Cuando el funcionamiento dinámico es medido con el dinamómetro al compararse con otro motor, la cantidad de consumo del combustible debería ser considerada. Por lo tanto, la relación de consumo de combustible esta representada por la cantidad de consumo de combustible por trabajo realizado, y la unidad es g/PS·h. Suponga que cuando un motor gira con 3000rpm en el dinamómetro, la salida de motor es 55PS, y se usan 11kg de gasolina durante 1 hora de funcionamiento en esta condición, entonces la relación de consumo de combustible es de 220g/PS·hr.

Para indicar el equilibrio de calor tenemos el gráfico de equilibrio de calor. Generalmente el calor para producir potencia, el calor perdido en el gas de escape y el calor perdido por la pared del cilindro es de aproximadamente un 30% en forma separada y el 10% para otros sistemas. Hasta ahora, la mayor parte de la eficiencia de calor del motor es aproximadamente el 35%, es decir en el término de la tasa de consumo de combustible, alrededor de 170g/PS·hr

Cuando se refiere al gráfico de relación de consumo de combustible en la curva de rendimiento de motor, la relación de consumo de combustible se reduce en ciertas rpm del motor, siendo esto más importante que la cantidad de combustible. La relación de consumo real de combustible será medida en la condición actual de manejo en el vehículo.

12. Potencia & Eficiencia de Combustible Como la cantidad de aire aumenta para realzar la potencia del motor, la cantidad de combustible también aumenta, por lo tanto la eficiencia de combustible se degrada. Sin embargo, si la mezcla puede ser quemada completamente para aumentar la eficiencia de calor y obtener potencia más alta, entonces se logrará la alta eficacia de combustible y la alta potencia. Además, el gas de escape tiene menos elementos dañinos.

Generalmente hablando, el catalogo indica la relación de consumo de combustible de 10-15, el consumo estable de combustible a 60km/hr, en este manual la relación está relacionada al motor en si. Para reducir la relación de consumo de combustible, el combustible usado es el menor posible convirtiendo totalmente el calor en fuerza dinámica. Por lo tanto, esto está relacionado con la eficiencia del calor. Por ejemplo, la mezcla debería ser quemada con alta temperatura y alta presión completamente, tan rápido como sea posible. También debe reducirse la fricción mecánica. Para calcular como el motor usa el calor de la gasolina, se utiliza la clasificación de acuerdo al elemento que se le llama balance de calor.

La eficiencia de calor de motor es la proporción de la capacidad calorífica usada para el funcionamiento. Para aumentar la eficiencia de calor, la expansión del gas debe ser tan grande como sea posible, al mismo tiempo; la pérdida de energía debería ser el minimo posible. Las pérdidas de energía en el motor son la pérdida por enfriamiento a través del sistema de refrigeración, la pérdida de los gases de escape que salen con el gas de escape caliente y la pérdida de admisión-escape (pérdida de bombeo) usado para la operación de 6

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Principios del Motor admisión-escape. Aumentar la eficacia de calor aumentando la fuerza de expansión del gas quemado esto está relacionado con el aumento de la cantidad de mezcla y el aumento de la relación de compresión. Para reducir la pérdida por refrigeración, la temperatura de la cámara de combustión debe aumentar. Cambiando la forma de la cámara de combustión para incrementar la relación de compresión, la temperatura de cámara aumentará en la carrera de compresión. Por otro lado, el método usado para aumentar la temperatura del refrigerante tambien se considera.

13. Eficiencia de Combustible del Vehículo

Para reducir la pérdida de admisión-escape (pérdida de bombeo), el múltiple de admisión-escape debe ser corto y tener la mínima curvatura posible. Para mejorar el flujo de aire, el diámetro de la válvula puede incrementarse o aumetar el número de válvulas. Sin embargo, en ese caso, si el flujo de la mezcla es demasiado lento, o si la estructura de la cámara es demasiado complicada, entonces la eficiencia de calor se degradadará. Por lo tanto, cuidadosamente.

debería

ser

Incluso aunque la relación de consumo de combustible indique la eficiencia del combustible del motor, este valor no es la eficiencia exacta de combustible de vehículo. Con el mismo motor, esta eficiencia de combustible puede diferenciarse de acuerdo al tipo de vehículo en el que se instala el motor, grande y/o pesado o un vehículo pequeño y liviano.

diseñado

Algo más, para realzar la eficiencia de calor, debería considerarse la pérdida por la fricción generada cuando el pistón se mueve. Se debe reducir la pérdida de energía mecánica en la conducción de los componentes auxiliares.

La comparación de un caso donde un vehículo incluye un pequeño motor que tiene buena eficiencia de combustible y otro caso donde un vehículo incluye un motor grande que tiene mala eficiencia pero alto potencia, la eficiencia real de combustible cambiará con la condición de conducción. Por ejemplo, si un auto es usado por lo general a baja rpm, entonces el volumen pequeño de desplazamiento es más efectivo. Si el auto por lo general es usado en alta

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Principios del Motor La eficiencia de combustible estable a 60km/hr se adquiere de la cantidad de combustible usado cuando el auto es conducido con velocidad constante de 60km/hr con el peso bruto que tienen con los pajeros y equipaje en camino pavimentado, plano, sin viento. Generalmente, este valor es medido en estado ideal por el fabricante para sugerir la conducción. El valor real es menor que este valor.

velocidad o en alta condición de potencia, entonces el desplazamiento de volumen del motor será más eficaz. Para la comparación de la eficiencia de combustible entre motores, se requiere un método específico de prueba. En este método de prueba las condiciones de prueba son especificadas. Hay muchos modos de prueba que deberían ser sugeridos en el catálogo, el consumo de combustible que funciona en el modo 10-15, el consumo estable de combustible a 60km/h, el modo FTP 75, etcétera.

14. Vibración del motor

En la representación de la relación de consumo de combustible, para el motor, se usa la unidad de G/PS-hr, y la unidad de km/lt, que indica cuantos kilómetros puede recorrer el vehículo con 1lt de combustible. La eficiencia de combustible de 10-15 es adquirida diviendo la distancia que recorre el vehículo por la cantidad del combustible usado, el vehículo es probado en el dinamómetro según el ciclo de patrón predeterminado en ralentí  aceleración inicial  marchando con velocidad constante  en desaceleración.

Hay muchas fuentes que producen la vibración en el motor. Hay tres fuentes principales, una es la combustión del motor, la otra es la fuerza de inercia del movimiento recíproco y rotatorio en el sistema dinámico del pistón, biela, cigüeñal y otros.

En el pasado, el patrón de conducción tenía la velocidad máxima de 40km/h, sin embargo, no era apropiado para la condición de tránsito moderno. Actualmente, velocidad máxima se configura en 70km/hr, el modo 15 es agregada a esta prueba.

La vibración del motor es tan alta como la presión de la combustión. El motor que tiene alta relación de compresión y alto rendimiento produce más ruido. El motor turbo produce entre el 20~50% de vibración y hace más ruido que el motor NA. En este caso, algunos dispositivos para impedir el ruido son usados y los dispositivos auxiliares son conectados en las partes menos afectadas por la vibración. Además, cambiando la posición del soporte del motor o adoptando el amortiguador de vibración con las partes operativas, la vibración no se transmite a la carrocería directamente.

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Principios del Motor 15. Ruido en el Motor

La fuerza de inercia es la fuente principal de vibración. Los movimientos de pistón desde el punto más alto al punto más bajo varían la aceleración. El cigüeñal produce las ondas de vibración y una fuerza de inercia por la rotación del pasador del cigüeñal.

Los ruidos del motor son el ruido de la combustión y los sonidos mecánicos. Los sonidos mecánicos son producidos por la fricción entre las piezas. Cuando el motor gira a alta velocidad, el ruido cambiará y será mayor. Cuando un conductor engancha hacia arriba o hacia abajo las marchas, generalmente, puede seleccionar el cambio apropiado, por el ruido de motor. Por lo tanto, el sonido de motor ayuda al conductor a conducir el vehículo. Por lo tanto, se debería notar el sonido de motor pero no el ruido. El ruido mecánico es producido por la vibración del cilindro y la culata, ambos por la fuerza de combustión

La Biela produce la fuerza de inercia por la combinación del movimiento recíproco y rotatorio. En el motor con multiples cilindros, los pistones están conectados al cigüeñal, entonces cada inercia será cancelada entre sí. Es muy es complicado con el número de cilindros, la disposición de cilindros y la sincronización de combustión. Por lo tanto, usando el peso contrario, la fuerza de inercia es equilibrada con el peso total. Hacer coincidir el equilibrio de la fuerza de inercia completamente es muy difícil.

Cuando la cantidad de mezcla aumenta o la presión de combustión es más alta, entonces el ruido será fuerte. Alguien puede sentir que el motor de turbo hace menos ruido que el motor NA. Los motivos son: la turbina absorbe la energía de gases de combustión y la variación de la presión de combustión es más pequeña. Los sonidos mecánicos provienen de la fricción y el golpe de las piezas móviles como los engranajes, cadena y válvulas. Por ejemplo, el disco de leva golpea al alzaválvulas, el balancín y el árbol de levas golpea las válvulas, la válvula con el asiento, etcétera.

La fuerza de inercia es menor cuando las partes dinámicas como el pistón y la biela tienen menos peso. Con el mismo volumen de desplazamiento, el motor con mayor número de cilindros tiene menos fuerza de inercia porque los componentes son pequeños y livianos. Cuando la fuerza de inercia es pequeña, la posibilidad de producir la vibración será poca y esto permitirá el giro a alta velocidad con la misma fuerza. Alivianando el peso de la parte dinámica, la fuerza de inercia en cada parte será pequeña. Con las mismas rpm, la fuerza de estas partes no se mantendrá alta. Generalmente, el dispositivo que tiene menos fuerza es más liviano que el dispositivo que tiene más fuerza. Alivianar es el punto más importante para aumentar el rendimiento así como para evitar la vibración. 9

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Principios del Motor

El ruido de resonancia de la vibración es más fuerte que el ruido mecánico directo. Por lo tanto, las causas del ruido del motor no se pueden encontrar exactamente. De todas maneras, que haya un ruido no significa una buena situación porque algunas partes del motor serán golpeadas por otras y esto es malo para la resistencia de partes. Si usted descubre un ruido anormal, por favor revise el sistema tan pronto como sea posible. Comparando el ruido de combustión con el ruido mecánico, en baja velocidad, el ruido de combustión es más grande. Cuando las rpm están sobre 3000rpm, la fuerza de inercia es más grande y el ruido mecánico será más grande. El ruido desde el compartimento del motor puede evitarse instalando materiales de absorción bajo el capó y delante del tablero, en el límite entre el motor y el habitáculo de pasajeros. Los materiales de absorción del ruido son la fibra de vidrio, felpa, etcétera.

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