motores de combustion interna diesel
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Describe el funcionamiento de motores dieselTRANSCRIPT
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MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL
NOMBRE: ………………………………………………………
1. EL MOTOR DIESEL
Los motores diesel al igual que los de explosión, son motores endotérmicos y
de combustión interna; transforman la energía en el interior de sus cilindros y
están clasificados dentro del grupo de motores alternativos.
Se caracterizan esencialmente por su sistema de alimentación y por la forma
de realizar la combustión.
FUNCIONAMIENTO
La formación de la mezcla se realiza en el interior del cilindro, comprimiendo
aire puro e introduciendo el combustible al final de la compresión, el cual se inflama al
contacto con el aire, al estar éste a una temperatura por encima del punto de
inflamación del combustible. No llevan, por tanto, carburador ni sistema de
encendido, que se sustituyen por un sistema de inyección del combustible.
La combustión se realiza con aportación de calor a presión constante.
El aumento de presión es compensado por la aportación de calor durante la
expansión de los gases, durando la combustión mientras se está introduciendo el
combustible.
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2. ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DE LOS MOTORES DE COMBUSTION
INTERNA
INTRODUCCION.
Desde el punto de vista estructural, el cuerpo de un motor diesel se compone de tres
secciones principales:
- Culata
- Bloque
- Cárter
Carcasa de engranajes
Arnés del motor
Módulo de control electrónico (ECM)
Admisión de aire
Placa de datos del motor
Bomba de combustible
Motor de arranque
Filtro de combustible
Receptáculo de la bayoneta
Puerto del perno de sincronización del
cigüeñal
Compresor de aire
Amortiguador del motor
Cubo del ventilador
Gobernador de aire inteligente (la
ubicación puede varia
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1. CULATA
Es un elemento del motor, montado en el extremo superior de los cilindros
formando así la cámara de combustión con la cabeza del pistón. Sirve como tapa de
los cilindros y como alojamiento del conjunto valvular. Se fijan al bloque motor
por medio de pernos o espárragos con tuercas. Se construyen de una sola pieza de
hierro fundido o de aleaciones de aluminio. Su diseño es robusto, para soportar
las elevadas presiones de compresión.
Existen motores equipados con una sola culata para todo el bloque, también con una
culata para cada grupo de dos o tres cilindros, o una para cada cilindro. Las culatas
de hierro son de mayor peso y menor capacidad de disipación del calor, pero
menor coeficiente de dilatación, mientras que las culatas de aleación de
aluminio son de menor peso, mayor capacidad de disipación de calor y mayor
coeficiente de dilatación.
COMPONENTES DE LA CULATA
- Conductos (lumbreras) de
escape
- Conductos (lumbreras) de
admisión
- Válvulas
- Resortes de válvulas
- Guías de válvulas
- Asientos de válvulas
- Alojamiento del inyector
- Conductos de lubricación
- Galerías de refrigeración
- Alojamiento del termostato
(opcional)
- Tapones de cámara de agua.
- Alojamiento del eje de levas
(Cuando éste va en la culata)
- Alojamiento de balancines.
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2. VALVULAS
Constitución: Las válvulas constan de las siguientes partes:
- Cabeza o parte circular de la válvula. Puede ser plana, convexa o cóncava.
- Margen o espesor que presenta la válvula o su cara, para evitar que
por efecto del calor se deforme o se queme.
- Cara de asiento o parte de la válvula que se apoya sobre el asiento y
se produce un cierre hermético.
- Vástago o parte cilíndrica de la válvula. Se desplaza en la guía y tiene en su
extremo las ranuras de fijación de los seguros.
TIPOS DE VALVULA
- Válvulas de admisión, y
- Válvulas de escape.
La válvula de admisión es la encargada de permitir la entrada del aire puro al
interior de los cilindros. La válvula de escape, permite la salida de los gases.
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CONSTITUCION DE LAS VALVULAS
Válvulas de admisión: Normalmente se construyen de acero- Cromoníquel
En algunos tipos, la cara de asiento de las válvulas es recargada con estelita (aleación
de acero con cromo, tungsteno y carbono), la cual se aplica por medio de soldaduras.
Mediante este sistema se obtiene mayor endurecimiento y resistencia para
disminuir el desgaste y prolongar la duración.
Válvulas de escape: Los materiales son similares a los de admisión, pero
se les agrega tungsteno para soportar las altas temperaturas. Los vástagos
de las válvulas son prácticamente iguales en diversos modelos; se usa acero y
níquel para los vástagos de las válvulas de admisión, y aleaciones diversas de acero
para los vástagos de las válvulas de escape.
En algunos casos, los vástagos de las válvulas de escape tienen una zona de menor
diámetro cerca de la cabeza, que tiene la finalidad de evitar que se acumule
exceso de carbón en el vástago y pueda trabar el movimiento de la válvula.
ASIENTOS DE VALVULA
Tipos: Existen dos tipos de asientos:
- El fijo y,
- El de asiento removible o postizo.
El asiento fijo esta mecanizado, en cambio el postizo consiste de un anillo
metido a presión en el alojamiento de la culata. Los asientos de las culatas de
aleación ligera siempre son postizos.
Características: La característica principal de los asientos, sean fijos o postizos, es
que deben ser paralelos a la cabeza de la válvula y concéntricos, con respecto a la
guía.
Ventajas: Los asientos postizos tienen las ventajas siguientes:
- Permiten el empleo de metales distintos al de la culata, que tienen
mejores características para soportar las condiciones de trabajo.
- Se pueden cambiar los asientos dañados para reutilizar la culata.
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3. BALANCINES
Los balancines se fabrican de diversos materiales, por procesos de estampado,
Fundición o forja, normalmente están alojados en lo que se denomina eje de
balancines.
Función: La función de los balancines es la de abrir las válvulas.
Algunos motores disponen de un balancín para accionar el inyector.
Constitución: Consta de:
- Balancín
- Bocina de balancín
- Resorte separación
- Tornillo y tuerca de regulación
de válvulas
- Eje de balancines
- Soporte
- Tornillos de fijación
- Tapón
- Resorte de reten
- Reten de seguridad
Tipos: Hay dos tipos generales de balancines:
La primera tenemos un balancín cuyo contacto con el talón de la válvula causa
frotamiento y en la otra este contacto se produce por medio de un rodillo,
motivo por el cual es más empleado por los motores diesel.
El balancín de rodillo tiene menos desgaste, debido a la rotación del rodillo lo
que permite repartir el área de contacto y evitar que la fricción y la presión se
produzcan continuamente en un mismo sitio.
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4. MULTIPLES
Son tubos de formas especiales que van montados en la culata.
El de admisión conduce el aire al interior de los cilindros del motor; el de
escape, permite la salida de los gases quemados, producto de la combustión.
ACCESORIOS
- El silenciador permite amortiguar los ruidos producidos por los gases de
escape.
- Los tubos de salida y de escape permiten el alargamiento del tubo de
escape, a fin de evacuar los gases a cierta distancia; esta previsión se
toma como medida de seguridad. La forma y largo de estos tubos varía de
acuerdo al uso que se le da al motor
- La trampa de agua es un accesorio que se instala al final de los tubos
de escape de montaje vertical, para evitar la entrada de agua de lluvia del
motor
- El freno motor es una válvula de tipo mariposa alojada en la salida del
múltiple de escape. Está conectada con un dispositivo, de manera que,
al accionar el mecanismo de control de la válvula, se corte la
entrega de combustible a la bomba de inyección, y con un ligero
retraso, se obstruya la salida del múltiple de escape. A partir de
este momento se crea una contrapresión dentro de los cilindros del
motor, haciendo disminuir la rotación; como el vehículo mantiene la
conexión entre el motor y la transmisión, no es preciso sobrecargar el
sistema de frenos durante un largo descenso, ya que la contrapresión creada
en el motor actúa como un freno.
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5. EJE DE LEVAS
Tiene la misión de efectuar el movimiento de la carrera de las válvulas en el
momento correcto y en el orden debido, y hacer posible el cierre de las
mismas por medio de los resortes de válvulas.
Del instante de abertura de las válvulas y de la duración de la misma se
construye el diagrama de mando del motor el instante de la abertura viene
determinado por la posición de la leva.
En el caso de una leva plana oval, la válvula se levanta y sierra despacio, estando
breve tiempo completamente abierta, con una leva más empinada, llamada
también leva en punta la válvula se abre y cierra rápidamente, estando más
tiempo completamente abierta.
Pero puesto que con estas levas, las fuerzas de aceleración generadas y el
desgaste de las mismas son mayores, solo se emplean en los motores de alto
rendimiento para mejorar el intercambio de gases. A menudo las levas son
asimétricas, la parte plana provoca una abertura lenta, mientras que la parte de
mayor pendiente hace posible un mayor tiempo de abertura y un cierre rápido.
Para aumentar la resistencia al desgaste, las superficies de las levas y los puntos de
apoyos se templan superficialmente excepto las de fundición dura de coquilla.
Los ejes de levas giran sobre cojinetes de fricción que tienen la forma de
soportes colocados en la culata, o bien son taladrados de apoyo hechos en la
culata y también pueden estar fijados en alojamientos del bloque de cilindros.
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6. BLOQUE DE CILINDROS
Es el cuerpo del motor, en su interior se montan los elementos móviles y se
encuentran maquinados los conductos de lubricación y de refrigeración así como los
alojamientos para otras piezas y accesorios del motor.
Su construcción está hecha a base de hierro fundido o aleaciones de aluminio,
tienen gran rigidez y estabilidad dimensional.
La primera se consigue por medio de aleaciones y procesos especiales
de fundición y la segunda utilizando refuerzos externos e internos,
nervaduras dispuestos de modo adecuado según el tipo de fundición y potencia del
motor.
ESTRUCTURA
Generalmente el bloque del motor está constituido por las siguientes partes:
- Bloque
- Cilindros
- Bancadas principales de alojamiento del eje cigüeñal
- Alojamiento del eje de levas
- Galerías de refrigeración
- Conductos de lubricación
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7. EJE CIGÜEÑAL
El cigüeñal tiene la misión de transformar la fuerza del pistón transmitida por la
biela en un par de fuerzas creando un momento de giro. La mayor parte de
ese momento se transfiere al embrague para un motor automotriz, al acople de
la bomba para una motobomba, o al embrague de un generador de corriente, y una
pequeña parte al accionamiento de las válvulas, la bomba de aceite y el
distribuidor de encendido o para la bomba de inyección, los equipos de
alimentación de combustible, refrigeración del motor y el generador además van
acoplados al volante de impulsión.
Material de fabricación: Los cigüeñales de acero se forjan en estampa.
La estructura fibrosa que así se logra les confiere gran resistencia.
Los cigüeñales de hierro fundido con grafito esferoidal (fundición nodular)
presentan buena amortiguación a las oscilaciones.
Por el lado de la salida de la fuerza del cigüeñal hay fijado un volante en el cual se
dispone generalmente el embrague. Al lado contrario del cigüeñal están
situados los engranajes (accionamiento de eje de levas, bomba de aceite y
distribuidor de encendido), la correa de transmisión y en caso necesario el
amortiguador de oscilaciones giratorias.
La forma del cigüeñal depende del número de cilindros, del número de apoyos,
de la longitud de la carrera, de la disposición de los cilindros y del orden de
encendido. Así, por ejemplo, en los motores de cuatro cilindros en línea, los
cuatro codos están en un mismo plano; en los motores de seis cilindros en línea, por el
contrario, los codos están desplazados 120º.
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8. PISTONES
FUNCIONES
El pistón tiene tres funciones esenciales que cumplir:
- Tiene que cerrar y obturar de modo móvil la cámara de combustión del motor
respecto al cárter o caja de cigüeñal.
- Tiene que recibir la presión de los gases formados en la combustión y a través
de la biela transmitirla al cigüeñal como fuerza de torsión.
- Al mismo tiempo transmite a las paredes del cilindro las fuerzas laterales
que aparecen.
Tiene que transmitir el calor cedido por los gases de combustión a la cabeza del
pistón en su mayor parte y tan rápidamente como sea posible, a las paredes
del cilindro y con ello al medio refrigerante empleado.
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MATERIALES DE LOS PISTONES
Materiales para los pistones: A un material para pistones se le exige que tenga las
siguientes propiedades: poca densidad con objeto de que su inercia sea lo más
reducida posible, elevada resistencia incluso a altas temperaturas, buena
conductibilidad térmica, dilatación térmica pequeña, poca resistencia de
rozamiento (buenas propiedades de deslizamiento) y, gran resistencia frente al
desgaste.
Hoy en día se emplean casi exclusivamente, por su baja densidad y su muy
buena conductibilidad térmica, pistones de aleaciones de aluminio.
PARTES
En un pistón se distinguen: la cabeza, la zona de anillos (aros), el vástago y los
cubos del pin de biela, la cabeza del pistón unas veces es plana y otras es
ligeramente abombada hacia fuera o hacia dentro. En el caso de motores muy
solicitados, en las cabezas de pistón suele disponerse una especie de artesa o
depresión para la cámara de combustión.
FORMAS CONSTRUCTIVAS DEL PISTON
Pistones con faja: En el extremo superior del vástago, entre la ranura para el
anillo inferior y los cubos para el pin de pistón, se empotra un anillo dentado de
acero, de 1,5 mm a 3 mm de espesor, en el metal ligero.
Pistón con tiras de acero: Se emplean hoy en día dos clases de pistón con
tiras de acero: los llamados pistones auto térmicos con hendiduras transversales
entre el vástago y la zona de anillos y los llamados pistones auto térmicos
Pistones con el vástago hendido: En el pistón con el vástago hendido la dilatación
térmica del vástago queda equilibrada dándole conformación elástica. Pero
como una ranura longitudinal continua lleva consigo el peligro de debilitamiento del
vástago, se emplea a veces la ranura en T.
Pistones con refrigeración forzada por aceite: En los motores
sobrealimentados, el pistón tiene que ser refrigerado, a causa de la gran
carga térmica (más de 250º C en la ranura del aro superior).
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9. ANILLOS
En los anillos o segmentos de pistón cabe distinguir los de compresión y
anillos rascadores del aceite.
Los anillos de compresión se encargan del cierre estanco del pistón en el cilindro con
respecto al cárter. Con ello se evita que los gases pasen al cárter y
provoquen pérdida de potencia y deterioro del aceite.
Otra misión, no menos importante, de los anillos de compresión es la conducción del
calor desde el pistón al cilindro refrigerado. Los anillos rascadores del aceite
sirven para escurrir de la pared del cilindro el aceite sobrante y volverlo al cárter.
Se trata de evitar con esto que el aceite llegue del cárter a la cámara de
combustión lo que traería consigo un gran consumo de aceite.
Los anillos normales se fabrican de fundición de hierro o fundición mejorada, los
sometidos a mayor esfuerzo, de hierro fundido con grafito esferoidal o acero de
alta aleación.
El anillo superior que es el que sufre mayor esfuerzo, y el peor lubricado, se
protege a veces galvánicamente con cromado duro, contra la corrosión y el
desgaste. Los anillos provistos de una capa de cromo de 0,06 mm a 0.25 mm
tienen forzosamente que ser constantes en cuanto a medida y tener una forma
exacta ya que hoy se exigen cortos períodos de rodaje.
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10. BIELAS
FUNCION:
La biela tiene dos funciones especiales que cumplir.
- Sirve de unión entre el pistón y el cigüeñal y transforma el movimiento
rectilíneo alternativo del pistón en el movimiento rotativo del cigüeñal.
- Transmite la fuerza del pistón al cigüeñal y crea en éste un momento de giro.
La biela está sometida a elevadas esfuerzos: la presión del gas sobre la cabeza del
pistón genera grandes fuerzas de presión a lo largo de la biela.
La velocidad del pistón, continuamente variable, hace que se ejerzan fuerzas de
aceleración que se traducen en tracciones y compresiones en la dirección
longitudinal de la biela.
El movimiento pendular de la biela alrededor del eje del pin del pistón hace
aparecer además en el vástago de la biela poderosas fuerzas de flexión
adicionales. A consecuencia de su longitud la biela está expuesta también a las
flexiones.
Materiales empleados en las bielas. La biela debe estar dotada de gran
resistencia mecánica; su masa ha de ser lo menor posible, para
mantener pequeñas las fuerzas de inercia. El material más empleado es el
acero mejorado (0.35% a 0,45% de carbono, aleado con cromo o manganeso y silicio,
o cromo y molibdeno). En algunos casos aislados de pequeños motores que
funcionan a gran velocidad, se fabrican también bielas de gran calidad, en
base a aleaciones de aluminio.
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11. COJINETES
Los cojinetes tienen la misión de servir de apoyo y guía al eje de levas.
Se hacen casi siempre en forma de cojinetes de fricción partidos, igual que los
del cigüeñal. El asiento del cojinete es una parte del pie de biela, y sobre él se
atornilla la tapa del cojinete (sombrerete). Asiento y tapa del cojinete forman el
alojamiento donde se montan los casquillos del cojinete. Como protección contra
el desplazamiento y la torsión, los casquillos están provistos de pitones y uñas
inmovilizadoras.
COJINETE DE BIELA
Cojinetes de biela. Los cojinetes de biela vienen acabados a su cota definitiva y
no deben rasquetearse, pues podría dañarse su textura y su superficie de contacto,
en especial en las finas capas de deslizamiento del cojinete. Los cojinetes de biela
defectuosos tienen que cambiarse
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COJINETE DE BANCADA
Los cojinetes tienen la misión de servir de apoyo y guía al cigüeñal. Se hacen
casi siempre en forma de cojinetes de fricción partidos, igual que los de las bielas.
El asiento del cojinete es una parte del bloque del cigüeñal, y sobre él se
atornilla la tapa del cojinete (sombrerete).
Asiento y tapa del cojinete forman el alojamiento donde se montan los
casquillos del cojinete. Todos los alojamientos del bloque del cigüeñal han de
estar alineados. Como protección contra el desplazamiento y la torsión, los
casquillos están provistos de pitones y uñas inmovilizadoras.
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Uno de los cojinetes del cigüeñal está diseñado como cojinete de guía.
Éste evita el desplazamiento axial del cigüeñal que podría sobrevenir por la
acción del embrague.
El cojinete de guía tiene a ambos lados un collar o arandelas de empuje.
Los muñones de apoyo deben tener juego en los cojinetes.
El juego axial en el cojinete de guía y el juego radial en los cojinetes de los
muñones de apoyo en los casquillos están especificados por el fabricante.
Los cojinetes han de sufrir el menor rozamiento y desgaste posibles.
Para hacer frente a los fuertes rozamientos sufridos por el material de los
cojinetes, los casquillos suelen ir revestidos de varias capas.
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COJINETE DE EJE DE LEVAS
Generalmente los ejes de levas son de fundición dura de coquilla, de fundición
gris con gafito esferoidal o de fundición maleable negra. Otras veces son de acero
forjado. Para aumentar la resistencia al desgaste, las superficies de las levas
y los puntos de apoyos se templan superficialmente, excepto las de
fundición dura en coquilla. Los ejes de levas giran sobre cojinetes de fricción,
que tienen la forma de soportes colocados en la culata, o bien son taladrados
de apoyo hechos en la culata y también pueden estar fijados en alojamientos
propios sobre la culata.
12. VOLANTE DEL MOTOR
Es una rueda pesada, que va fijada en un extremo del cigüeñal.
Constitución: Consta de las siguientes partes:
Superficie de fricción:
Es una superficie completamente lisa, donde generalmente hace contacto el
disco de embrague.
Cremallera:
Está situada en la volante. Por medio de ella, se posibilita el arranque de la
mayoría de motores
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Superficie de acoplamiento:
Es la parte que sirve para unirse con el cigüeñal. La volante puede estar fijada
por medio de Pernos, o mediante un cono; esta última disposición no es muy
usual. En algunos casos, cuando la unión es por pernos, los agujeros de
conexión están distribuidos de manera que la volante tenga una sola posición de
montaje.
Alojamiento del cojinete piloto:
Es una sección circular mecanizada, donde se aloja la bocina o cojinete que sirve
como sustentación y guía del eje primario de la caja de cambios. En algunos
motores, la volante lleva incorporadas las marcas de referencias que sirven de
guía para sincronizar el motor.
3. PRINCIPALES SISTEMAS DEL MOTOR DIESEL
- Sistema de alimentación de combustible
- Sistema de alimentación de aire
- Sistema de refrigeración
- Sistema de distribución
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