Técnicas básicas de mecánica de vehículos. TMVG0109

Por Bernabé Jiménez Padilla

Libro especializado que se ajusta al desarrollo de la cualificación profesional y adquisición del certificado de profesionalidad "TMVG0109 - OPERACIONES AUXILIARES DE MANTENIMIENTO EN ELECTROMECÁNICA DE VEHÍCULOS". Manual imprescindible para la formación y la capacitación, que se basa en los principios de la cualificación y dinamización del conocimiento, como premisas para la mejora de la empleabilidad y eficacia para el desempeño del trabajo.

• Idioma: Español
• Editorial: IC Editorial
• Fecha de lanzamiento: 15 ene 2024
• ISBN: 9788411842037

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Capítulo 1

Motores de vehículos

Contenido

1. Introducción

2. Elementos generales en los vehículos

3. Motores de dos y cuatro tiempos. Principio de funcionamiento

4. Mecanismos principales: bloque motor, pistón, biela, culata, válvulas y distribución

5. Sistemas de encendido e inyección de combustible

6. Sistema de lubricación. Aceites y grados

7. Sistema de refrigeración. Radiador, termostato y anticongelantes

8. Servodirección. Líquido y correas

9. Equipo de climatización. Correas y gas refrigerante

10. Equipos de puesta a cero de intervalos de revisión

11. Resumen

1. Introducción

Los sistemas mecánicos convierten, mediante mecanismos de transformación, el movimiento lineal del motor en movimiento circular de las ruedas, a través de un sistema que genera explosiones o combustiones que se producen en el interior de un cilindro.

Existen dos tipos de motores, los de dos y los de cuatro tiempos, todos con sus diferencias y similitudes, en los que la mezcla de aire y combustible hace que se consiga potencia mecánica. Se ayudan de otros elementos auxiliares de tipo mecánico, eléctrico e hidráulico para conseguir la conveniente seguridad y comodidad de los usuarios. Para el encendido inicial del motor se recurre a la electricidad acumulada en la batería, la cual se transforma en alta tensión para provocar la chispa en las bujías que inician la explosión de la mezcla en los cilindros.

Todas las piezas que componen el motor se unen a la estructura que supone el bloque motor, en el que la lubricación de las partes metálicas en movimiento es del todo necesaria para conseguir el buen funcionamiento del sistema.

Por otro lado, la refrigeración reduce el calor que se produce debido a las explosiones que tienen lugar en el interior del motor, sirviendo además para la calefacción del habitáculo; y la dirección del vehículo se gobierna mediante sistemas mecánicos, hidráulicos y eléctricos para conseguir que la conducción sea lo más segura y cómoda posible. También existen equipos de puesta a cero para realizar los mantenimientos en los vehículos a motor.

2. Elementos generales en los vehículos

Es muy importante realizar, a modo de introducción para su posterior estudio, la identificación general de los elementos que se encuentran en los vehículos tipo turismo, y que también se puede aplicar a muchos otros de medio y gran tonelaje.

Nota

Los elementos generales que forman la estructura de un vehículo suelen ser comunes tanto en turismos como en otros de mayor tonelaje.

Observando la imagen como mapa general, se puede ver claramente la función de todos los elementos que componen un vehículo, que se consideran esenciales para el estudio y desarrollo de cada uno de ellos.

Existen diferentes sistemas en los vehículos, que se verán a continuación:

Sistema motor.

Sistema de alimentación de combustible.

Sistema de escape.

Sistema de lubricación.

Sistema de refrigeración.

Sistema de dirección.

Sistema de climatización.

Sistema de suspensión.

Sistema de frenado.

Sistema de transmisión de potencia.

Sistema eléctrico.

3. Motores de dos y cuatro tiempos. Principio de funcionamiento

En la actualidad los vehículos funcionan con motores de combustión interna, la cual se realiza en el interior de los cilindros, transformando los movimientos lineales, circulares y curvilíneos que hacen que el vehículo consiga desplazarse.

Los elementos de que constan, así como los movimientos que se transforman, las medidas de seguridad y las condiciones de comodidad interior que el habitáculo tiene, comienzan con el motor de combustión interna, aunque también hoy en día empiezan a adquirir importancia los motores eléctricos, cuya menor contaminación al medioambiente hace que sean muy interesantes para mejorar la conservación del planeta.

Nota

Los motores eléctricos han tomado en los últimos años un mayor protagonismo dentro de la automoción.

3.1. Sistema pistón-biela-cigüeñal

Este sistema es utilizado desde el origen de la máquina de vapor y en los primeros ferrocarriles para conseguir movimientos que se transforman y adaptan a las necesidades industriales.

Se realiza una modificación del movimiento rectilíneo alternativo al movimiento circular continuo. Mediante este mecanismo se cambia la dirección y/o sentido del movimiento. Se trata de un conjunto de elementos formado por un pistón movido por combustión interna (conductor) y una rueda que transmite por giro el movimiento lineal de ida y vuelta del cilindro (conducida).

La razón de velocidades no es constante. Si se toman las velocidades medias se tendrá:

Conseguido el movimiento circular en la rueda, se podrá transformar este por el cigüeñal acoplado a ella en otros movimientos mediante correas, engranajes, árboles y sistemas hidráulicos.

3.2. Motor de dos tiempos

Este motor es sencillo y muy utilizado en las motocicletas, donde por medio del movimiento lineal en uno o varios pistones este se transforma en circular en los neumáticos por medio de transmisiones de ruedas dentadas y cadena.

Nota

El motor de dos tiempos también es denominado motor de dos ciclos.

En el motor de dos tiempos el ciclo completo de giro se realiza en dos carreras del pistón en el interior del cilindro, de forma que la admisión de la mezcla combustible y la expulsión de los gases se realizan en cada uno de los movimientos lineales, de manera continua. Las dos carreras del pistón se transforman en un giro del eje de la rueda (cigüeñal).

Actividades

1. Investigar si los coches a motor de cilindrada limitada tienen motores de dos o de cuatro tiempos.

La mezcla previa en estos motores se puede realizar mediante carburación o inyección.

Las partes de que constan los motores de combustión interna de dos tiempos se indican en la siguiente imagen:

Funcionamiento del motor de dos tiempos

En el trabajo del motor se tienen dos carreras del cilindro para conseguir un giro en el cigüeñal. Se distinguen siete movimientos en los que el octavo sería repetir de nuevo el primero.

1. Admisión . La lumbrera de admisión se abre para dar paso al combustible, aire y aceite lubricante (mezcla) al cárter, pasando esta por el canal de transferencia hacia la cámara de precompresión.

2. Precompresión . La mezcla empieza a comprimirse en la cámara de combustión una vez que el canal de transferencia está tapado por el propio pistón.

3. Compresión . Se comprime la mezcla, ya que esta no tiene escape al estar la entrada y salida tapadas por el pistón.

4. Explosión . Cuando el pistón se encuentra en el Punto Muerto Superior (PMS), se tiene la máxima compresión de la mezcla, momento en el cual salta la chispa de la bujía para inflamar la mezcla y producir un trabajo mecánico.

5. Trabajo . Se produce una expansión de la mezcla y un rápido descenso del pistón. Mediante la biela se transforma el movimiento lineal del pistón en el cilindro en movimiento circular en el cigüeñal.

6. Transferencia . Cuando el pistón se encuentra bajando en el cilindro, con la lumbrera de admisión cerrada, la mezcla quemada sale por la lumbrera de escape, dando paso por el canal de transferencia a la mezcla preparada que se encontraba en el cárter.

7. Escape . Cuando el pistón se encuentra en el Punto Muerto Inferior (PMI), se tiene la máxima apertura en el canal de transferencia, sustituyéndose la mezcla quemada por otra nueva para iniciar la precompresión y la admisión de nueva mezcla.

Actividades

2. En internet existen animaciones que aclaran mucho el funcionamiento de los motores. Encontrar algunas y comentarlas.

Ventajas e inconvenientes del motor de dos tiempos

Con este motor se consigue la ventaja de un trabajo más uniforme al producirse una explosión por cada giro del cigüeñal, de forma que se consigue con un mismo volumen del cilindro donde se encuentra el pistón (cilindrada) mayor trabajo mecánico que en los motores de cuatro tiempos, en los que se produce una explosión por cada dos giros del cigüeñal.

Por ello, este motor de dos tiempos es de más sencilla construcción además de no necesitar válvulas de admisión ni de escape, ni tampoco de sus mecanismos. Además, puede estar en cualquier posición vertical, horizontal o inclinada, al no estar el cárter lleno de aceite lubricante.

La lubricación se consigue mezclando el aceite con la propia mezcla de aire y combustible, siendo un inconveniente ya que puede afectar al correcto funcionamiento de la bujía que produce la chispa que incendia la mezcla comprimida. Además, en la fase de admisión y antes de la precompresión parte de la mezcla limpia sale por la lumbrera de escape al estar abiertos la lumbrera de admisión y el canal de transferencia.

Sabía que…

Los motores de dos tiempos son más contaminantes al poder emitirse al exterior gases sin quemar por la lumbrera de escape.

3.3. Motor de cuatro tiempos

Este motor es más complicado que el de dos tiempos, y se utiliza en los vehículos que deben mover un gran peso de personas o materiales (coches, camiones, maquinaria de todo tipo y motocicletas de gran cilindrada). De la misma forma, con el movimiento lineal de los pistones en los cilindros este se transmite a los neumáticos por medio de transmisiones de ruedas dentadas, árboles, diferenciales, etc.

En el motor de cuatro tiempos, el ciclo completo de giro se realiza en cuatro carreras del pistón en el interior del cilindro, de forma que la admisión de la mezcla de aire y combustible y la expulsión de los gases se realiza cada dos movimientos lineales, de manera continua. Se tienen cuatro carreras del pistón que se transforman en dos giros del eje de la rueda (cigüeñal).

La mezcla previa en este tipo de motor se puede realizar mediante carburación o mediante inyección.

Las partes de que constan los motores de combustión interna de cuatro tiempos se indican en la siguiente imagen.

Funcionamiento del motor de cuatro tiempos

En el trabajo del motor se tienen cuatro carreras del cilindro para conseguir dos giros en el cigüeñal. Se distinguen cuatro movimientos denominados admisión, compresión, explosión (Otto) o combustión (diésel) y escape.

Se produce trabajo mecánico solo en uno de los cuatro movimientos (dos de ascenso y dos de descenso) del pistón en el interior del cilindro, pero es suficiente para que se realicen los otros tres.

El análisis de movimientos del motor según el desplazamiento del pistón en el cilindro se puede descomponer en doce imágenes, en las que la decimotercera sería repetir de nuevo la primera.

1. Apertura de la válvula de admisión . En este primer movimiento se produce la apertura de la válvula cuando el balancín bascula empujándola.

2. Admisión (Aire-gasolina o aire) . El descenso del pistón hace que se aspire la mezcla de gasolina y aire, o de aire en motores diésel, llenando el cilindro.

3. Punto Muerto Inferior (PMI) . Es el punto más bajo del cilindro en su recorrido, y se consigue con ello la máxima capacidad. La válvula de admisión se cierra.

4. Compresión . El cilindro sube ayudado por el contrapeso que tiene el cigüeñal de forma que la mezcla se comprime disminuyendo su volumen y aumentando su temperatura.

5. Punto Muerto Superior (PMS) . Es el punto donde el volumen superior en el cilindro es más reducido. El calentamiento es máximo.

6. Energía de activación (Bujía o inyector de gasolina o gasoil) . En ese momento se produce la chispa en la bujía o la inyección de la gasolina o del gasoil que hace que la mezcla o aire se incendie.

7. Explosión . La energía que se produce por el encendido de la mezcla se disipa, haciendo descender el pistón.

8. Trabajo . Al descender el pistón se produce el trabajo útil, impulsando la biela y haciendo girar el cigüeñal al que está acoplado.

9. Punto Muerto Inferior (PMI) . Se alcanza de nuevo el mayor descenso del pistón, haciendo que los gases de la combustión de la mezcla estén al máximo de su volumen.

10. Apertura de la válvula de escape . Esta válvula se abre, dando paso a los gases que se han producido en la combustión.

11. Escape . El movimiento de ascenso que se produce en el pistón empuja a los gases de la combustión hacia el canal de escape que se encuentra abierto.

12. Punto Muerto Superior (PMS) . En este punto, con las válvulas cerradas se está de nuevo en la máxima altura y en el mínimo volumen de la cámara superior del cilindro.

Actividades

3. Investigar si con tantos elementos mecánicos en movimiento se necesita lubricación y refrigeración.

A partir de aquí se repite el ciclo, abriéndose la válvula de admisión dando paso a la mezcla o aire, facilitado por la aspiración que produce el descenso del pistón dentro del cilindro.

Motor Otto de gasolina

Este motor lo inventó el ingeniero alemán Nikolaus August Otto en el año 1876, siendo aún muy utilizado tras más de 130 años.

En este tipo de motor de cuatro tiempos la gasolina mezclada con aire es el combustible que se utiliza para generar la explosión y el trabajo de giro en el cigüeñal:

Admisión. Se aspira la mezcla de aire y gasolina con la válvula de admisión abierta hasta que se llena la parte superior del cilindro. Se produce la admisión hasta que el pistón baja totalmente hasta el Punto Muerto Inferior (PMI).

Compresión. El pistón asciende y comprime la mezcla haciendo que esta se caliente. En el Punto Muerto Superior (PMS) el volumen superior en el cilindro es el mínimo y, por tanto, el calor máximo.

Explosión. En este tipo de motor, la chispa que incendia la mezcla la genera la bujía de forma eléctrica, produciendo una explosión que expande el volumen comprimido, haciendo descender el pistón dentro del cilindro de nuevo hasta el PMI. Solo en esta fase se produce trabajo mecánico.

Escape. Los gases de la combustión salen empujados por el nuevo ascenso del pistón dentro del cilindro, con la válvula de escape abierta, hasta que se alcanza otra vez el PMS.

Nota

El sistema mecánico de los motores de explosión es el de pistón-biela-cigüeñal.

Motor diésel de gasoil

Otro ingeniero alemán, llamado Rudolf Diesel, inventó en el año 1892 este motor, que utiliza como combustible el gasoil, el cual se inyecta directamente en la cámara de combustión.

Definición

Gasoil

Fracción destilada del petróleo crudo, que se purifica especialmente para eliminar el azufre. Se usa normalmente en los motores diésel y como combustible en hogares abiertos.

De los cuatro tiempos que se tienen en este tipo de motor solo es diferente, con respecto al Otto, el tercer tiempo, en el que se inyecta el combustible directamente en la cámara superior del cilindro cuando el aire está comprimido al máximo y este se encuentra a la mayor temperatura, no produciéndose una mezcla previa como en el caso de los motores de explosión. Este tiempo se llama de combustión, en lugar de explosión, aunque de la misma forma se produce el trabajo que hace descender el pistón dentro del cilindro, haciendo igualmente girar al cigüeñal por medio de la biela que tiene acoplado, y que transforma el movimiento lineal en circular.

Admisión. Se aspira aire por la válvula.

Compresión. Se comprime el aire.

Combustión. Se inflama el aire caliente con gasoil inyectado.

Escape. Se empujan los gases de la combustión hacia el exterior.

Ventajas e inconvenientes del motor de cuatro tiempos

Este motor de cuatro tiempos es más robusto que el de dos tiempos visto anteriormente, siendo su capacidad mecánica mucho mayor al producirse explosiones con la mezcla más pura. Además, cabe destacar que se produce una sola explosión por cada dos giros del cigüeñal, con lo que la utilización de combustible es mucho menor que en el motor de dos tiempos.

Como inconvenientes decir que la utilización de este motor debe ser siempre en posición vertical, ya que la parte inferior (cárter) donde se produce la transmisión del movimiento de la biela al cigüeñal está llena de aceite lubricante que refresca el contacto de las piezas, y que es necesario que se encuentre, por gravedad, siempre en posición horizontal.

También decir que las averías que se pueden producir son mayores, al disponer también de más mecanismos en la parte superior del motor en cuanto a válvulas, balancines, bujías, inyectores, distribución, etc.

3.4. Diferencias entre los motores de dos y de cuatro tiempos

La diferencia más destacada es que mientras en el motor de cuatro tiempos la apertura de las válvulas de admisión y escape están controladas por el propio movimiento del cigüeñal en la distribución, en el motor de dos tiempos las llamadas lumbreras se abren o cierran con la succión o empuje que se produce por el propio movimiento del pistón dentro del cilindro.

La lubricación en el motor de dos tiempos se produce al unirse el aceite junto al aire y el combustible previamente a la compresión de la mezcla en el interior del cilindro.

El cárter puede ser común a todos los cilindros en los motores de cuatro tiempos, mientras que en el de dos tiempos se hace necesario construir un cárter totalmente independiente que aloje la mezcla antes de ser comprimida y explosionada para que produzca trabajo en el sistema pistón-biela-cigüeñal.

Nota

El motor de dos tiempos tiene un cárter independiente que aloja la mezcla antes de ser comprimida y explosionada.

Aplicación práctica

En el taller mecánico donde trabaja desde hace tres meses, se encuentran carteles en las paredes en los que se sitúan los elementos fundamentales para cada sistema del vehículo.

El encargado le propone completar la colección realizando un cartel en el que se indiquen las diferencias que existen entre los motores Otto y diésel en el que aparezcan las características, el tipo de combustible y el ciclo de funcionamiento de cada uno de ellos.

SOLUCIÓN

El cuadro resumen se realiza de forma que se puedan identificar rápidamente, mediante filas y columnas, las características que diferencian cada tipo de motor.

3.5. Elementos auxiliares del motor

Para que un vehículo se desplace por la carretera son necesarios, además del motor, una serie de sistemas compuestos por elementos auxiliares que inician el movimiento y lo transforman a través de transmisiones mecánicas y eléctricas para que se produzca el movimiento lineal y curvilíneo en los cambios de dirección. Entre estos destacan:

El motor de arranque, de tipo eléctrico, que inicia el movimiento en el motor de combustión por medio del contacto de la llave de encendido.

El distribuidor (delco), que proporciona la chispa en la bujía para el encendido de