UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

Transcripción

1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA RECTIFICACIÓN DE UN MOTOR 6 CILINDROS EN LÍNEA WILLYS MONOGRAFÍA Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICISTA PRESENTA: JUAN EDGAR MEDINA MARTÍNEZ XALAPA, VER. DICIEMBRE 2010

2

3 AGRADECIMIENTOS A mi madre Fidelia Martínez Juárez por su gran apoyo, compresión y por haberme posicionado en el lugar en que me encuentro, a mi padre Hipólito Juan Medina, por sus consejos y apoyo, a mis amigos por haberme hecho muy amena la estancia en esta facultad, al ingeniero José de Jesús Navarro Piedra, por la oportunidad y apoyo brindado en la realización de este trabajo.

4 INTRODUCCIÓN..1 CAPÍTULO I GENERALIDADES DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA Funcionamiento del motor y definiciones básicas Principios de funcionamiento Ciclo Otto teórico Ciclo Otto real Ciclo practico Clasificación de los motores En función del número de cilindros En función de la disposición sición de los cilindros Según la distribución utilizada Componentes principales del motor Sistemas auxiliares del motor Refrigeración Lubricación Encendido Alimentación CAPÍTULO 2 MOTOR BF Características generales Colocación y retirada del motor Desmontaje del motor Válvulas de admisión Válvulas de escape Sistema de refrigeración Bomba de agua Válvula termostática Prueba del termostato Tapa de radiador....44

5 2.6.5 Especificaciones del sistema de refrigeración Sistema de lubricación Bomba de aceite Lubricación balancines Especificaciones del sistema de lubricación Esquema de lubricación del motor BF Consideraciones grales. sobre el consumo de aceite lubricante Bloque de cilindros Sincronización del motor Batería, cables y conexiones Bujías Compresión Separación de las válvulas Distribuidor Encendido Carburador Especificaciones del motor BF Tabla distancias del Motor Tabla de especificaciones de apriete (torque) del motor...71 CAPÍTULO 3 RECTIFICACIÓN DEL MOTOR Rectificado de motores Rectificado de la culata Rectificado del bloque motor Rectificado del cigüeñal Rectificado de válvulas y asientos de válvula Rectificación del árbol de levas CONCLUSIONES ANEXOS.. 94 BIBLIOGRAFÍA

6 INTRODUCCIÓN Desde la invención del motor de combustión interna la vida del ser humano cambio radicalmente, se enfilo hacia el progreso. Con ello llego el automóvil, que revoluciono la manera de transportarnos de un lugar a otro. Más tarde en 1902 se fundó en la localidad de Terre Haute, del estado de Indiana (EEUU), la empresa Standard Wheel, cuya principal actividad era la construcción de automóviles Monocilíndricos. En 1907 fue adquirida por el comerciante multimillonario John North Willys, el cual, en 1908 cambió la razón social por la de Willys Overland Motor Company, iniciándose así la leyenda de la marca. Willys presentó el proyecto del Jeep al ejército estadounidense entre 1939 y 1941, adjudicándose finalmente el contrato compitiendo contra Ford y Bantam. Antes de 1945 ya había fabricado unidades del Jeep. Actualmente existe muchísima gente interesada en este tipo de automóviles, ya que estos modelos por su belleza e historia, se consideran todo un clásico; por lo que la adquisición de estas maquinas suele ser muy común, desafortunadamente la mayoría de ocasiones es necesario realizar reparaciones mecánicas a dichos autos, debido al tiempo de uso de los mismos. En este proyecto presentaremos todo lo que hay que saber acerca de uno de los motores más comunes en esta marca como lo es el motor Willys BF-161, utilizado entre 1950 y 1971 con algunas modificaciones, pero conservando la base de este motor, por lo que este trabajo será de gran ayuda para todos los amantes a los modelos Willys, y para los que no lo son, encontraran el funcionamiento básico de cualquier motor, así como su estructura, de una manera general. Además podrán adentrarse al tema de la rectificación, cuando y porque es necesario aplicar este método en los motores. 1

7 CAPÍTULO I GENERALIDADES DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA 2

8 1. FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR Y DEFINICIONES BÁSICAS 1.1 FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR Un motor de combustión interna basa su funcionamiento en principios termodinámicos, es una máquina destinada a transformar la energía calórica en energía mecánica (trabajo). En el proceso la mezcla de aire con algún derivado del petróleo, se quema a muy alta velocidad en la cámara de combustión que está ubicada en la parte superior del cilindro. Esta combustión hace que, al subir la temperatura de los gases, estos se expandan y empujen el pistón o émbolo hacia abajo. Por medio de un mecanismo de biela - manivela, esta última es la unión al cigüeñal, hace que el impulso del pistón sea transmitido y se produzca trabajo mecánico. Para el mejor entendimiento de este funcionamiento existen unos términos básicos que son los siguientes: Punto muerto superior (PMS): indica el límite superior del recorrido del pistón dentro del cilindro. Punto muerto inferior (PMI): es el punto más bajo del recorrido del pistón dentro del cilindro. Carrera (C):: Es la distancia lineal que recorre el pisto dentro del cilindro, de otra forma, es la distancia que existe entre el PMI y el PMS. Una carrera completa del pistón hacia arriba y otra hacia abajo corresponde a una revolución del cigüeñal. Tiempo (T):: Carrera hacia arriba o hacia abajo del pistón, dentro del cilindro, donde cumple con una función determinada. Diámetro o calibre (D):: Diámetro interior del cilindro (en mm.) 3

9 Cilindrada unitaria (V): : es el volumen que desplaza el pistón del PMI al PMS. Volumen de la cámara de combustión (v): Volumen comprendido entre la cabeza del pistón en PMS y la culata. Relación de compresión (Rc): Relación entre la suma de volúmenes (V + v) y el volumen de la cámara de combustión. Este dato se expresa en el formato ejemplo: 10,5/1. La relación de compresión (Rc) es un dato que nos lo da el fabricante no así el volumen de la cámara de combustión (v) que lo podemos calcular por medio de la formula de la (Rc). La Rc para motores gasolina viene a ser del orden de 10/1. Con motores turboalimentados desciende este valor. La Rc para motores diesel viene a ser del orden de 20/1. En función de la medida de la carrera y diámetro diremos que un motor es: D>C = Motor supercuadrado. D=C = Motor cuadrado. D<C = Motor alargado. Actualmente se tiende a la fabricación de motores con mayor diámetro que carrera, con objeto de que al disminuir la carrera se reduzca la velocidad lineal del pistón y el desgaste de este y el cilindro provocado por el rozamiento entre ambos. Las ventajas de los motores cuadrados y supercuadrados son: a) Cuanto mayor es el diámetro (D), permite colocar mayores válvulas en la culata, que mejoran el llenado del cilindro de gas fresco y la evacuación de los gases quemados. b) Las bielas pueden ser más cortas, con lo que aumenta su rigidez. c) Se disminuye el rozamiento entre pistón y cilindro por ser la carrera más corta, y, por tanto, las pérdidas de potencia debidas a este rozamiento. 4

10 d) Cigüeñal con los codos menos salientes, o sea, más rígido y de menor peso. Los inconvenientes son: a) Se provoca un menor grado de vació en el carburador, con lo que la mezcla se pulveriza peor, y, por tanto, se desarrolla menor potencia a bajo régimen. b) Los pistones han de ser mayores y por ello más pesados. c) Menor capacidad de aceleración y reprise. El par motor En general, cuanto mayor sea la cilindrada del motor mayor será el par del motor. Un par motor elevado permite una aceleración más fuerte: la sensación de quedarse adherido al asiento es mayor. Por otro lado, un par motor elevado permite que se desplace un peso mayor, motivo por el que los vehículos diesel con frecuencia se emplean para la tracción de caravanas, remolques o cargas grandes. En los motores diesel, el par motor se obtiene en bajo régimen (entre 1300 y 2400 r.p.m. dependiendo de los vehículos ya que los motores modernos se aproximan a los 1300 r.p.m.). En ese momento se transmite la mayor fuerza a las ruedas. Un par motor fuerte comporta una buena recuperación (no siendo necesario retrogradar) y una buena aceleración. La fórmula del par motor es una fuerza en función de una distancia. El par motor se puede comparar con un levantador de pesas: éste levanta un peso enorme hasta la altura de su cabeza. Cuanto mayor sea el peso alzado, más fuerza tendrá el levantador de pesas. PAR MOTOR=FUERZAxDISTANCIA Aquí expresamos la fuerza en Newtons y la distancia en metros. La curva del par motor tiene su máximo en la zona baja del contador de revoluciones y decrece rápidamente en la zona alta del contador de revoluciones. Otro parámetro toma entonces su relevo... 5

11 La potencia La potencia es el trabajo efectuado en un cierto tiempo. Por este motivo, ésta depende del par motor, pero también de la velocidad de rotación del motor. Cuanto más rápido gire el motor, más aumentará la potencia. La potencia del motor influye en la velocidad del vehículo. La potencia puede ser comparada con dos deportistas: el primero levanta 120 kg en 1 minuto. El segundo levanta 120 kg en 30 segundos. En un minuto, el segundo atleta habrá levantado 240 kg, de tal manera que éste será el más potente. POTENCIA=PARMOTOR/TIEMPO o POTENCIA=FUERZAxVELOCIDAD La potencia se expresa en Watios (W) o en caballos según DIN (CV). El par motor se encuentra en metros por Newton y la velocidad en radianes por segundo. Informativamente, 1 CV DIN = W 6

12 1.2 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO CICLO OTTO TEORICO Primer tiempo: Admisión Al comienzo de este tiempo el pistón se encuentra en el p.m.s. (punto muerto superior) y la válvula de admisión abierta. El descenso del pistón hasta el p.m.i. (punto muerto inferior) durante esta fase, crea una depresión en el interior del cilindro que provoca la entrada de una mezcla de aire y combustible dosificada en el carburador. Estos gases van llenando el espacio vacío que deja el pistón al bajar. Cuando ha llegado al p.m.i., se cierra la válvula de admisión, quedando los gases encerrados en el interior del cilindro. Durante este recorrido del pistón, el cigüeñal ha girado media vuelta, es decir, 180. Segundo tiempo: Compresión Cuando el pistón llega al p.m.i. se cierra la válvula de admisión y comienza la carrera ascendente. La válvula de escape está cerrada también, haciendo que el cilindro sea estanco en ese momento. Los gases encerrados en su interior r van ocupando un espacio cada vez más reducido a medida que el pistón se acerca a p.m.s., comprimiendo a estos provocando una elevación de presión y temperatura aproximadamente de 15 bares y 450 C respectivamente. Con la elevación de la temperatura se logra una mejor vaporización de la gasolina, con lo que la mezcla se hace más homogénea, resultando más íntimo el contacto con el aire. Durante esta nueva carrera del pistón el cigüeñal a girado otra media vuelta. 7

13 Tercer tiempo: Explosión Finalizada la carrera rera de compresión, cuando el pistón alcanza el p.m.s., salta una chispa eléctrica de la bujía que inflama la mezcla encerrada en la cámara de compresión, la cual se quema rápidamente por capas sucesivas desde la bujía. Esta combustión rápida recibe el nombre de explosión y provoca una expansión de los gases ya quemados, que ejercen una fuerte presión sobre el pistón (de 40 a 70 bar), empujándolo hasta el p.m.i.. A medida que se acerca a este nivel, la presión en el interior del cilindro va descendiendo, por ocupar los gases un mayor espacio. En este nuevo tiempo, el pistón ha recibido un fuerte impulso que transmite al cigüeñal, el cual seguirá girando debido a si inercia, hasta recibir un nuevo impulso. Durante esta nueva carrera del pistón, el cigüeñal a girado otra media vuelta. A esta fase se le llama motriz, por ser la única del ciclo en donde se produce trabajo. Cuarto tiempo: Escape Cuando el pistón llega al p.m.i. finalizado el tiempo de explosión, se abre la válvula de escape y por ella escapan rápidamente al exterior los gases quemados. El pistón sube hasta el p.m.s. en esta nueva carrera, expulsando los restos de gases quemados del interior del cilindro. Cuando alcanza este nivel, se cierra la válvula de escape y se abre nuevamente la de admisión, ión, cerrándose de esta forma el ciclo. Durante este tiempo de escape, el pistón ha realizado una nueva carrera y el cigüeñal ha girado otra media vuelta. 8

14 Así pues los motores que funcionan en el ciclo de cuatro tiempos efectúan cuatro carreras durante dicho ciclo, de las cuales, en una solamente se produce trabajo. Las otras tres son imprescindibles para la obtención de trabajo en esta cuarta. El cigüeñal, por tanto, recibe un impulso cada dos vueltas completas, que proporcionan al volante de inercia unido a él la energía suficiente para arrastrarse durante la vuelta y media siguientes en las que no recibe impulso alguno, sin que su velocidad de rotación disminuya en exceso CICLO REAL El ciclo anterior como su nombre lo indica es puramente teórico, ya que en el se muestra el funcionamiento del motor en condiciones ideales. Ello es debido a que al llevar dicho ciclo a la práctica, surgen una serie de condicionantes, que propician que el rendimiento alcanzado disminuya ostensiblemente respecto al que debería obtener en un principio. A continuación se detallan las diferencias existentes entre el ciclo teórico y real. Tiempo de Admisión. En principio, la apertura y cierre de las válvulas, debido a su sistema de accionamiento, no es instantánea. En ambos casos, tanto la apertura como el cierre no instantáneos, al disminuir considerablemente la sección de paso del conducto durante gran parte de la admisión, frenan en gran medida la entrada de mezcla fresca, 9

15 impidiendo que el llenado alcance valores, siquiera próximos a los del ciclo teórico. Ello va a influir decisivamente en las sucesivas carreras. Tiempo de Compresión. Aquí ya se empiezan a poner de manifiesto, los inconvenientes que acarrea el deficiente llenado de mezcla fresca en el tiempo anterior. Debido a ello la presión y temperatura que se alcanzan al final de la compresión, son muy inferiores a los obtenidos en el ciclo teórico, lo cual a su vez va a condicionar el rendimiento en el inmediato tiempo de explosión. Ello se suma al citado llenado deficiente de mezcla fresca durante el tiempo de admisión, que también contribuye negativamente a la disminución de rendimiento, al existir menor cantidad de mezcla para quemar. Tiempo de Explosión. Respecto al ciclo teórico, como ya se ha citado, la mezcla fresca está presente en menor medida y, como consecuencia de ello, la presión y temperatura de la misma es significativamente menor. Por ello, la presión que se alcanza como consecuencia de la inflamación de la mezcla, es muy inferior a la del ciclo teórico. Por otra parte, los citados condicionantes que surgen en los tiempos anteriores, traen a su vez un retardo en la combustión de la mezcla, es decir, la combustión no es instantánea. Tiempo de Escape. Aquí al igual que en la admisión, el hecho de que la apertura y cierre de las válvulas, no se realice de modo instantáneo, con la consiguiente disminución de la sección de paso del conducto que controlan, condicionan negativamente la eficacia de ese tiempo. 10

16 1.2.3 CICLO PRÁCTICO O REAL CORREGIDO Como se ha observado, el rendimiento alcanzado al llevar a la práctica el ciclo teórico, difiere en gran medida. Para mejorarlo, se recurre a una serie de modificaciones en la apertura y cierre de las válvulas, así como en el salto de la chispa de la bujía, con las cuales, si bien no llegan a alcanzarse los valores del ciclo teórico, sí mejoran, de forma considerable, los obtenidos en el ciclo real. Tales modificaciones se denominan cotas, y se analizan a continuación. Dichas cotas forman el llamado diagrama de distribución. Todas las cotas se cuantifican en grados de giro del cigüeñal, medidas con referencia a la posición de la muñequilla respecto al correspondiente punto muerto (p.m.s. o p.m.i. según corresponda) A.A.A. (Avance de Apertura de Admisión) Consiste en adelantar la apertura de la válvula de admisión respecto al ciclo teórico, en el cual se abre, como es sabido, cuando el pistón esta en el p.m.s. Por tanto, comienza a abrirse cuando la muñequilla del cigüeñal aun no ha alcanzado la posición del p.m.s. Con ello, la obtención de la depresión necesaria para succionar la mezcla, no se demora tanto como en el ciclo real, ya que, cuando el pistón inicia su carreara 11

17 descendente, la válvula está suficientemente abierta como para que la depresión se transmita. R.C.A. (Retraso Cierre Admisión) En el que se dispone el cierre de la válvula de admisión, después de que el pistón haya llegado al p.m.i., es decir, camino ya del p.m.s. en carrera rera ascendente. Con ello no solo se evita el estrangulamiento del conducto, cuyos efectos son ya conocidos, sino que se aprovecha la inercia de la mezcla, para así mejorar la entrada a la cavidad volumétrica. El valor de esta cota es muy significativo, ya que es la que determina la relación de compresión efectiva, que es la que se mide a partir de la total estanqueidad en la cavidad volumétrica, ya sea por el cierre de la válvula de admisión en el 4T, o por la lumbrera de escape en el 2T. en definitiva esta cota no solo influye en el llenado, sino que también es decisiva en la fase de preparación de la mezcla, durante la compresión. A.E. (Avance al Encendido) Con cuya disposición se hace saltar la chispa en la bujía antes de que el pistón llegue al p.m.s. con ello se tiene en cuenta el tiempo que tarda la mezcla en quemarse, realizándose por tanto la combustión, cuando el pistón se encuentra en las proximidades del p.m.s., tanto al final de su carrera ascendente, como en el comienzo de la descendente. Así, se disminuye en gran medida la perdida de presión obtenida en el ciclo real, ya que el aumento de volumen de la cavidad volumétrica es mucho menor. A.A.E. (Avance Apertura Escape) Consiste en adelantar la apertura de la válvula de escape, antes de que el pistón llegue al p.m.i. con ello se aprovecha la presión de los gases residuales para así mejorar el vaciado de los mismos. No se pierde la eficacia en la explosión, como a primera vista pudiera parecer, puesto que la presión de los gases residuales, a pesar de estar muy por encima de la atmosférica, no es suficiente como para seguir impulsando al pistón hacia el p.m.i., a consecuencia del aumento del volumen de la cavidad volumétrica. 12

18 R.C.E. (Retraso Cierre Escape) Con el que se dispone el cierre de la válvula de escape, con posterioridad al p.m.s. con ello, al igual que ocurre en el RCA con la mezcla fresca, se aprovecha la inercia de los gases residuales, al tiempo que se evita el estrangulamiento se su conducto, en la última fase del tiempo de escape. Cruce de válvulas o solape Surge de la unión del AAA y del RCE, ya que, durante la suma de ambos, las dos válvulas están abiertas a la vez. Aparte de los beneficios que por separado se obtienen de ambas cotas, consigue a su vez ciertas mejoras, que redundan en el rendimiento del ciclo. 13

19 1.3 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES POR UBICACIÓN EN EL VEHÍCULO Central Trasero Longitudinal Transversal EN FUNCIÓN N DEL NÚMERO DE CILINDROS Plantear un motor con más de un cilindro se justifica por una serie de razones que se citan a continuación. Para conseguir la cilindrada necesaria para, a su vez, obtener la potencia adecuada. Ello obedece a que la alta cilindrada unitaria posee unos límites razonables en cuanto a las inercias que se generan en el tren alternativo, en la renovación de la carga, así como en la propagación del frente de llama en motores de gasolina y de la combustión en los Diesel. Por tanto, la cilindrada se ha de repartir entre varios cilindros. En turismos, la cilindrada unitaria no suele superar los 600 c.c., de tal manera que los motores de más de 2500 c.c. suelen ser de 5 o 6 cilindros. No obstante siempre existen excepciones. En vehículos industriales en cambio, dado su bajo régimen de giro, es usual que la cilindrada unitaria ia alcance valores en torno a los 2000 c.c. Por motivos se equilibrado y regularidad cíclica. El primero se consigue con un adecuado diseño del motor y con el montaje de arboles de equilibrado, si bien es cierto que es más fácil de conseguir, cuanto más alto sea el numero de cilindros. En cuanto a la entrega de potencia cíclica, es mayor cuantos más impulsos motrices recibe el cigüeñal por vuelta, por lo que es proporcional al número de cilindros. Por el contrario, cuanto más alto se ale numero de cilindros, para una misma cilindrada, mayor es el grado de sofisticación mecánica, mas alto es el consumo, sus costos de fabricación y mantenimiento son más elevados, etc. En cuanto a la 14

20 entrega de potencia, mayor es su cifra máxima y menor la elasticidad, a igualdad de cilindrada, en un motor cuyo número de cilindros sea superior al de otro. Además poseen mejor capacidad para girar a alto régimen. Así, se pueden agrupar en función de su número de cilindros, pudiendo optar por las siguientes configuraciones. Monocilíndricos Bicilíndricos Tricilíndricos Tetracilíndircos Pentacilíndricos Hexacilíndricos: Un motor seis cilindros en línea es una configuración de de combustión interna en que seis cilindros están dispuestos en una única hilera, en la posición vertical o inclinados. Los motores de seis cilindros en línea de ciclo de Otto, generalmente tiene cilindrada entre 2500 y 4000 cm³ (2,5 y 4,0 litros), y los motores la diesel generalmente tiene más de cuatro litros, pudiendo llegar hasta a 16 litros en camiones (br) / camiones (pt). En navíos pueden llegar a mil litros o más. Usos En automóviles, históricamente, los motores de seis cilindros en línea eran más comunes que los motores V6, visto que la largura del motor no traía inconvenientes en automóviles de tracción trasera. Actualmente su uso es cada vez más pequeña, visto que son mucho más largos que los V6, lo que dificulta su utilización en automóviles dotados de tracción delantera con el motor dispuesto transversalmente. En vehículos de tracción trasera, como, por ejemplo, el BMW, existe una vasta gama de motores de 6 cilindros (motores 25, 30 o 35 diesel o gasolina de los series 3 o serie 5). 15

21 En camiones los motores de seis cilindros en línea son anchamente utilizados, visto que en estos el motor es dispuesto de modo longitudinal y la tracción es trasera. Octocilíndricos Decacilíndricos Dodecacilíndricos EN FUNCIÓN N DE LA DISPOSICIÓN DE LOS CILINDROS En línea Es la disposición mas empleada por los tetracilíndircos. Consiste en disponer todos los cilindros agrupados en línea recta y paralelos entre sí. Es la disposición más compacta y económica de fabricar, si bien su compacidad es cuestionable si se refiere al tamaño exterior, ya que un motor en V resulta más corto, aunque más ancho. Los motores en línea son motores de combustión interna con los cilindros dispuestos en una única hilera, en número que varía de dos a seis en los modelos producidos actualmente en ancha escala. Sin embargo motores con gran número de cilindros en línea, presenta limitaciones debido a la largura excesiva, aunque sean estrechos. Motores de ocho o más cilindros en línea tiene uso restricto prácticamente sólo a los navíos. Uso en automóviles En los automóviles proyectados actualmente la configuración más usada es a de cuatro cilindros en línea. El uso de motores de cinco cilindros es relativamente reciente, y viene ganando espacio. Por otro lado los motores de seis cilindros es cada vez más 16

22 pequeña. Los motores de ocho cilindros en línea también fueron usados en automóviles en el pasado. La limitación en el uso, en automóviles, de motores con seis o más cilindros, se debe al limitado espacio disponible en el habitáculo del motor. Eso se debe: al ancho uso de la tracción delantera en los modelos actuales; a la imposibilidades casi total de instalar motores con más de cinco cilindros en línea en la posición transversal; a la necesidad de proyectarse automóviles con la extremidad frontal del habitáculo del motor baja, lo que limita el uso de motores largos en la posición longitudinal. Los dos últimos factores, en especial, se deben a aspectos relacionados la aerodinámica y al diseño. Uso en camiones. Los motores de cuatro, cinco y seis cilindros en línea son anchamente utilizados por los fabricantes de camiones, visto que en estos el tamaño del motor no trae implicaciones en la aerodinámica. Uso en motocicletas Son usados motores con dos, tres y cuatro en motocicletas. Los motores de seis cilindros en línea también fueron usados. En V En V estrecha 17

23 En W Horizontales opuestos SEGÚN LA DISTRIBUCIÓN UTILIZADA La distribución comprende el grupo de elementos auxiliares necesarios para el funcionamiento de los motores de cuatro tiempos. Su misión es efectuar la apertura y cierre de las válvulas en los tiempos correspondientes del ciclo de admisión y escape, sincronizadas con el giro del cigüeñal, del cual recibe movimiento. Según la distribución utilizada la forma constructiva de los motores cambia. Hay tres tipos de distribuciones: SV, OHC y OHV. El sistema SV no se utiliza desde hace tiempo ya que las válvulas no están colocadas en la culata sino en el bloque motor, lo que provoca que la cámara de compresión tenga que ser mayor y el tamaño de las cabezas de las válvulas se vea limitada. 18

24 El sistema OHV (OverHead Valve): se distingue por tener el árbol de levas en el bloque motor y las válvulas dispuestas en la culata. El sistema OHC (OverHead Cam): se distingue por tener el árbol de levas en la culata lo mismo que las válvulas. Es el sistema utilizado hoy en día en todos los coches a diferencia del OHV que se dejo de utilizar al final de la década de los años 80 y principio de los 90 19

25 1.4 COMPONENTES PRINCIPALES DEL MOTOR Desde aquí hemos estudiado los motores desde el punto de vista operacional; pero a partir de ahora los consideraremos, además, desde la óptica de su construcción, examinando sus componentes, el trabajo que realizan y los esfuerzos a que están sometidos. Independientemente del tipo de motor con el que se trabaje, sus componentes deberán satisfacer sus componentes siguientes: a) Resistir los esfuerzos puestos en juego durante la evolución de lo gases b) Asegurar la rigidez necesaria para un guiado correcto de los órganos móviles: pistón, cigüeñal, etc. c) Transmitir a las estructuras próximas en mínimo de vibraciones. d) Asegurar la eliminación de las calorías absorbidas por las paredes de las cámaras de combustión. e) Ser de construcción lo mas económica posible. f) Permitir los montajes, desmontajes y conservaciones fáciles. Un motor de combustión interna de movimiento alternativo puede ser dividido en tres partes principales que son: 1. Culata 2. Bloque 3. Cárter Culata La culata del cilindro está atornillada a la parte superior del bloque del motor. En los motores modernos, la culata aloja las válvulas, uno o dos árboles de levas, a menudo las cámaras de combustión y, en los motores de gasolina, las bujías. 20

26 Árbol de levas: : Es un eje con una serie de elevaciones excéntricas -levas- que hacen que las válvulas se abran y se cierren. El motor puede tener uno o dos árboles de levas para cada grupo de cilindros. Son impulsados por el cigüeñal por medio de una correa dentada o una cadena. Válvulas: Las válvulas de admisión se abren para dejar entrar la mezcla de aire y combustible en los cilindros. Las válvulas de escape o de salida se abren para liberar los gases que resultan de la combustión. Las válvulas llevan muelles y son controladas por uno o dos árboles de levas. Bujía: : La bujía produce la chispa que enciende la mezcla de aire y combustible que inicia la combustión en los motores de gasolina. Los motores diesel no llevan bujías. Cámara de combustión: : Es el espacio encima del pistón en el que tiene lugar la combustión. Puede formarse en la culata o en la corona del pistón (ambos en algunos motores). Bloque del motor El bloque de motor suele ser de fundición. Es económico y duradero, pero relativamente pesado. Algunos motores llevan bloques de una aleación (mezcla) ligera, casi siempre una aleación de aluminio. Es más ligera y disipa mejor el calor, aunque no es tan resistente. Para que un bloque de aleación tenga la resistencia del bloque de fundición es preciso que sea más grueso o esté reforzado. Los cilindros suelen tener camisas de fundición para resistir el desgaste causado por los pistones. Cilindros: El bloque del motor tiene varias cavidades cilíndricas denominadas cilindros. Los pistones se mueven dentro de los cilindros. Pistones: El pistón se ajusta herméticamente a la pared del cilindro con ayuda de los llamados aros de pistón montados en ranuras. Los pistones suben y bajan en los cilindros. Bulones: Los pistones tienen una corona maciza y una parte inferior abierta. Dentro del pistón hay un pasador o pivote cilíndrico que llamamos bulón. La parte superior de la biela está sujeta al bulón. 21

27 Bielas: La biela es la unión entre el pistón y el cigüeñal. El extremo superior está unido al bulón y el inferior al cigüeñal. Las bielas, que deben soportar grandes esfuerzos, suelen fabricarse con una aleación de acero endurecido. El cigüeñal y las cigüeñas: El cigüeñal está montado en la parte inferior del bloque de motor y ocupa toda la longitud de éste. Este grueso eje tiene una serie de manivelas o cigüeñas descentrados en relación con el eje (una por cada biela/pistón). La rotación del cigüeñal también impulsa otros componentes del motor como los árboles de levas, la bomba de aceite, la bomba de agua, etcétera. Volante: : El cigüeñal tiene una rueda pesada en el extremo (volante) que evita las vibraciones. A menudo se monta también algún tipo de amortiguador de vibraciones en el otro extremo del cigüeñal. El embrague está acoplado al volante (véase el apartado de las cajas de cambios). El volante tiene una corona dentada acoplada al engranaje del motor de arranque para la puesta en marcha. En los automóviles de transmisión automática el volante es reemplazado por un plato portador al que va montado el convertidor del par motor. Cárter del aceite: La parte inferior del bloque del motor está abierta y va equipada con un cárter (o sumidero) atornillado a la parte inferior. Allí se recoge el aceite bombeado a través del motor. Cárter del cigüeñal: : La parte inferior del bloque de motor donde está situado el cigüeñal se llama cárter. El cigüeñal gira en cojinetes montados en el bloque del motor que son lubricados por el aceite del motor. 22

28 1.5 SISTEMAS AUXILIARES DEL MOTOR SISTEMA DE REFRIGERACIÓN Al hablar del motor de explosión decíamos que en su funcionamiento se aprovechaba parte de la energía química existente en un combustible y que se transformaba en energía mecánica. La transformación se hacía mediante la inflamación de la mezcla que producía una explosión. En esta explosión se desarrolla un extraordinario calor, hasta el punto que la mayor parte de la energía que no se utiliza, sí da lugar al calentamiento y por consiguiente a muy elevadas temperaturas en los elementos y piezas de la cámara de explosión, principalmente durante el tiempo de escape. Esta temperatura, que en el momento de la explosión se acerca a los C (temperatura instantánea), produciría una dilatación tal, que las piezas llegarían a agarrotarse, dando lugar por otra parte a una descomposición del aceite de engrase. Ahora bien, no solamente se produce calor en la cámara de compresión, sino también en los cilindros, pues aún cuando en ellos no tiene lugar la explosión y no están sometidos a la temperatura instantánea que ésta provoca, sí lo están a la de los gases durante el tiempo de explosión y por otra parte al calor producido por el frotamiento continuo del pistón sobre sus paredes. Este calor absorbido no ha de ser ni muy poco (ya que produciría dilataciones), ni muy elevado (pues bajaría el rendimiento del motor notablemente). Aproximadamente se eliminará por el sistema de refrigeración un 30% del calor producido en la explosión o combustión. Además de estas grandes dilataciones, las altas temperaturas producidas en los motores hacen que la cantidad de mezcla que llega a los cilindros sea pequeña, por lo que es necesario para el aumento de rendimiento del motor, dotarlo de un sistema de refrigeración. También ocurre que, debido a las altas temperaturas, el aceite de lubricación pierde sus propiedades lubricantes. Las partes que requerirán mayor refrigeración, serán aquellas sometidas a más altas temperaturas. Estas son: la culata (especialmente las zonas de proximidad a la válvula de escape), las válvulas (con sus asientos y guías) y los cilindros (debido al roce con el pistón). 23

29 Los sistemas de refrigeración que se utilizan en la actualidad son: Refrigeración por aire Refrigeración por liquido SISTEMA DE LUBRICACIÓN Misión del sistema de lubricación El funcionamiento del motor requiere el acoplamiento de distintas piezas que llevan diferentes movimientos entre sí. Todo movimiento de dos piezas en contacto y sometida a presiones, producen un rozamiento que depende tanto del estado (calidad de acabado superficiales), como de la naturaleza de las superficies en contacto (materiales empleados). Las superficies, por muy lisas y acabadas que parezcan, siempre presentarán (fig. 1), una serie de rugosidades que al estar en contacto con otras, generan tal cantidad de calor, que ocasiona desgaste y un aumento de temperatura que podrá provocar la fusión (gripaje) de los metales en sus respectivas zonas superficiales de acoplamiento. Para reducir el rozamiento en los acoplamientos metálicos móviles se interpone entre ambas superficies, una fina película de aceite, de tal manera, que forme una cuña de aceite que mantenga separada e impida el contacto entre sí. Órganos del motor a lubricar Órganos en rotación Los apoyos y las muñequillas del cigüeñal. Los apoyos del árbol de levas y las levas. Los engranajes de mando del mecanismo del encendido. Los engranajes o la cadena de la distribución 24

30 Órganos deslizantes Órganos oscilantes Los pistones en los cilindros. Los taqués y las válvulas en sus guías. - Los pies de bielas y los balancines alrededor de sus ejes SISTEMA DE ENCENDIDO La misión del sistema de encendido es producir una chispa eléctrica en el interior de los cilindros en el momento oportuno y en el orden de explosiones establecido. Esta chispa será la encargada de producir la combustión de la mezcla gaseosa. En el interior r del cilindro existe un ambiente de mezcla comprimido por lo que para hacer saltar la chispa entre los electrodos de las bujías (separación de 0,6-0,7mm.) necesitaremos tensiones de unos voltios aproximadamente para que se inflame la mezcla y obtener er el máximo rendimiento en el motor. Existen varios sistemas para obtener la chispa. Estos son: Encendido por batería. Encendido por batería transistorizado. Encendido por batería electrónico SISTEMA DE ALIMENTACIÓN La misión del circuito de alimentación es preparar y hacer llegar al interior de los cilindros la cantidad de mezcla necesaria, en la proporción adecuada y en los momentos en que se solicita, según sean las necesidades de la conducción del motor. Es importante resaltar que aún existen automóviles de serie cuya alimentación se realiza mediante un circuito de alimentación con carburador. Es cada día más importante el uso de sistemas de alimentación dotados de inyección de gasolina. 25

31 Combustibles El combustible empleado en los motores de explosión es la gasolina, obtenida del petróleo bruto a través de una serie de destilaciones. En la actualidad se utiliza también, aunque en menor grado, el gas licuado del petróleo (G.L.P.), en particular para el servicio "taxi". Está formado por una mezcla de gas propano y butano. Su poder calorífico es inferior que el de las gasolinas. En la actualidad son muy usadas las gasolinas sin plomo por su menor efecto contaminante, y es utilizada en vehículos con encendido electrónico, inyección electrónica y catalizador obligatoriamente para evitar averías importantes, sobre todo en el catalizador. Carburación Para que se produzca una combustión, es preciso que haya dos elementos: combustible y comburente, y en unas condiciones determinadas. Combustibles son aquellos cuerpos sólidos, líquidos o gaseosos que son capaces de quemarse mediante un comburente. En los motores de explosión se emplea como combustible la gasolina. Como comburente se emplea el oxígeno del aire. Las condiciones son: estar mezclados gasolina y aire en unas proporciones determinadas, comprimir esta mezcla, y, como consecuencia, elevar su temperatura para que, mediante una chispa, se inicie la explosión. La misión del carburador es: realizar la mezcla aire-gasolina en la proporción adecuada para que una vez dentro de los cilindros pueda arder con facilidad. Esta mezcla será gaseosa, bien dosificada y homogénea, con objeto de obtener el máximo rendimiento del motor. 26

32 CAPÍTULO II MOTOR WILLYS BF

33 MOTOR BF CARACTERISTICAS GENERALES. Tipo Cilindros en F Numero de cilindros 6 Diámetro de los cilindros 3.1/8 (79.37 mm) Carrera del pistón 3.1/2 (88.9 mm) Cilindrada 161 pulgadas cubicas (2638 c.c.) Relación de compresión 7,6:1 La potencia máxima de frenado a HP rpm 28

34 Par máximo a 2000 rpm 135 lb/pie (18.67 mkg) Compresión 145 psi a 185 rpm Orden de la inflamación Temperatura de funcionamiento 176 a 194 F (80 a 90 C) Corte vertical del motor visto de lado 1. Ventilador 2. Bomba de agua 3. Alojamiento para válvula termostática 4. Conexión salida de agua 5. Válvula de admisión 6. Resorte de la válvula de admisión 29

35 7. Guía de la válvula de admisión 8. Tapa de llenado del aceite del cárter con ventilación 9. Eje de balancines 10. Balancín 11. Tornillo de ajuste 12. Resorte del eje de balancines 13. Tubo de entrada de aceite 14. Comando madre de balancines 15. Junta de la cabeza 16. Guía de la válvula de escape 17. Resorte de la válvula de escape 18. Tornillo de ajuste de la holgura de las válvulas 19. Árbol de levas 20. Volante de inercia 21. Sellador de aceite 22. Placa posterior del soporte del motor 23. Canal de retorno de aceite 24. Elevador de válvulas 25. Cigüeñal 26. Tapón de drenaje del cárter 27. Engranaje de la bomba de aceite 28. Filtro de aceite 29. Cojinete de manga 30. Biela 31. Cárter 32. Cojinete de manda del cigüeñal 33. Engranaje del cigüeñal 34. Cárter de distribución 35. Polea del motor 36. Disco amortiguador de vibraciones 37. Sellador de aceite 38. Placa delantera del motor 39. Tornillo de engranaje del cigüeñal 30

36 40. Tornillo de engranaje del árbol de levas 41. Espaciador del árbol de levas 42. Capas de holgura del árbol de levas 43. Engranaje del árbol de levas 44. Pistón 45. Bulón Corte vertical del motor, visto de frente 31

37 1. Placa de retención del resorte de la válvula de admisión 2. Bloqueo de placa de retención del resorte de la válvula de admisión 3. Tapa de balancines 4. Tornillo de ajuste 5. Tuerca de tornillo de ajuste 6. Balancín 7. Soporte del eje de balancines 8. Comando madre de balancines 9. Resorte de la válvula de admisión 10. Guía de la válvula de admisión 11. Junta de la cabeza 12. válvula de escape 13. Guía de la válvula de escape 14. colector de escape 15. Resorte de la válvula de escape 16. Ventilación del bloque 17. Deflector del motor 18. Taque de la válvula de escape 19. Tubería de ventilación del bloque del motor 20. Engranaje de accionamiento de la bomba de aceite 21. Engranaje de la bomba de aceite 22. Pines de retención del engranaje de la bomba de aceite 23. Eje de la bomba de aceite 24. Bomba de aceite 25. Tapa de la bomba de aceite 26. Tapón de cierre de la válvula reguladora de presión 27. Resorte de la válvula reguladora de presión de aceite 28. Pistón de la válvulas de presión de aceite 29. Cigüeñal 30. Cárter 31. Filtro de aceite 32. Placa posterior de soporte del motor 33. Buje (rodamientos) de biela 32

38 34. Biela 35. Distribuidor 36. Embolo (pistón) 37. Válvula de admisión 38. Colector de admisión 39. Carburador 40. Sellador de aceite de la válvula de admisión 2.2 RETIRADA Y COLOCACIÓN DE MOTOR Para retirar o colocar el motor use el soporte indicado como se muestra en la figura. Nota: Para la retirada y colocación del motor es necesario quitar el capo. Soporte para suspender el motor 33

39 El soporte debe ser figado al motor con los tornillos indicados por la flechas. Nota: Para retirar y sustituir el motor, asegúrese de que el árbol no forzó al disco de embrague primario, ya que provocaría la destrucción del árbol primario. 2.3 DESMONTAJE DEL MOTOR Retire el colector de escape del motor y fije el motor al soporte orientable para desmontaje de motores. Inicie el desmontaje del motor en el siguiente orden: 1. Cables de las bujías 2. Bomba de gasolina 3. Filtro de aceite y tuberías flexibles 4. Tubo de aceite para lubricación de balancines 5. Tapa de las válvulas de admisión 6. Tapa de las válvulas de escape 7. Carburador 8. Dinamo 9. Distribuidor 10. Bujías 11. Eje de balancines y su comando madre 12. Cabeza 34

40 13. Bomba de agua 14. Polea del cigüeñal 15. Tapa de distribución 16. Plato o disco de embrague 17. Bomba de aceite 18. Válvulas de escape 19. Cárter 20. Boya del filtro de aceite 21. Bielas y pistones 22. Engranaje de distribución 23. Volante y placa posterior del soporte del motor 24. Rodamientos el cigüeñal 25. Cigüeñal 26. Capas del árbol de levas 27. Árbol de levas y empujadores 28. Placa delantera del soporte del motor Observación: Antes de quitar el volante verifique que existe marca, de lo contrario marque en relación con el cigüeñal, con el fin de montarlo en la misma posición. Para desmontar las válvulas de escape, comprima los resorte (como se muestra en la figura), liberando así las trabas (Chavetas) del plato de retención. 35

41 Para retirar el conjunto biela-pistón, gire el motor hasta dejarlo en posición vertical. Nunca golpe la biela con objetos metálicos. Use el cabo de un martillo dando pequeños golpes como vemos en la figura. Después de sacar el perno central con sus arrueñas, retirar el engrane de distribución usando el extractor W-172. El agarre de extractor surge de dos orificios existentes en el engranaje 2.4 VÁLVULAS DE ADMISIÓN Desmonte las válvulas de admisión utilizando herramienta para comprimir los resortes de las válvulas (tipo universal). 36

42 Para medir la separación entre la válvula y la guía: 1. Coloque el micrómetro como se muestra en la figura. 2. Si la separación es superior a sustituya la válvula. 3. Mida la misma separación utilizando una nueva válvula 4. Si la diferencia supera los sustituir a la guía. 5. Si el espesor "A" de la parte cilíndrica es inferior a 1/32", reemplazar la válvula. Cuando sea necesario retirar la válvula utilice la herramienta W-240. Para colocar una nueva válvula utilice la misma herramienta pero con un respaldo W-240-A por encima de la base de los resortes. 37

43 Resorte de las válvulas de admisión Longitud libre..1.31/32 Longitud para 1.21/32 (válvula cerrada) lb Longitud para 1.13/32 (válvula abierta) lb Observación : Usando la prueba de la figura, se multiplican por dos la lectura obtenida en la llave Montaje de las válvulas de admisión 1. Lubricar el vástago de la válvula y montarlo en la guía. 2. Coloque el resorte con las extremidades de las espiras mas juntas hacia el lado de la cabeza. 3. Coloque el plato de retención del resorte. 4. Inserte el vástago de la válvula, el sello de aceite 5. Comprima el plato de retención del resorte, utilizando la misma herramienta que utilizo para el desmontaje. 6. Coloque las dos chavetas del plato 7. Libere el resorte Observación: es esencial que el sellador de aceite quede entre el plato de retención y las dos chavetas 38

44 Especificaciones de las válvulas de admisión Separación de la válvula Ángulo de asiento 45 Diámetro de cabeza 1.3/4 Longitud total /32 Diámetro del vástago Separación entre el vástago y la guía: o Motor nuevo o Máximo permitido Apertura 9 antes de PMA Cerrar 50 después de PMB Curso VÁLVULAS DE ESCAPE Para desmontar las válvulas de escape, utilice las pinzas para desmontaje de válvulas tipo universal. Comprima el resorte de la placa de retención, quite los dos enganches de la válvula de escape. 39

45 Sosteniendo el resorte comprimido, se esfuerzan por abajo utilizando una pequeña palanca para liberar el resorte del alzaválvulas. Si el espesor de la parte cilíndrica de la válvula es inferior a 1/32, o si el ángulo de asiento es de 46, es necesario sustituir la válvula. El asiento de la válvula tiene 3/64 de espesor. Si esta medida es mayor, use una máquina de fresado de 30 para cortar la parte superior y otra de 60 para la parte inferior. Para medir la separación del vástago de la válvula a la guía, procesa de la misma forma usada para las válvulas de admisión. 40

46 Para retirar las guías de las válvulas de escape, use la técnica de la figura, que consta de un tornillo de 5/16 x7 de longitud, con dos llaves. Para poner la guía de la válvula de escape, use las herramientas W-215 con el limitador "W-125-A" para que la guía esté por debajo del asiento 7/8, como muestra la figura. Pruebe los resortes de las válvulas de escape con la misma herramienta que fue usada en los resortes de las válvulas de admisión. Observación: usando esta herramienta, multiplique por dos las lecturas obtenidas por la llave dinamométrica Especificaciones de los resortes de las válvulas de escape Longitud libre 1.57/64 Longitud para 1.5/8 ( válvula cerrada) lb Longitud para 1.21/64 (Válvula abierta) lb Montaje de las válvulas de escape 1. Coloque el resorte con su respectivo plato de retención 2. Instale la válvula 3. Comprima el plato de retención, usando las mis a herramienta que fue usada para el desmontaje 41

47 4. Coloque las chavetas del plato 5. Libere el resorte Especificaciones de las válvulas de escape Separación de la válvula en frio Ángulo de asiento 45 Diámetro de cabeza 1.9/32 Longitud total...4.5/8 Diámetro del vástago Separación entre el vástago y la guía (motor nuevo) Apertura 47 antes de PMB Cerrar 12 después de PMA Curso SISTEMA DE REFRIGERACIÓN Bomba de agua 1. Cubo de la polea del ventilador. 2. Rodamiento y árbol del rotor. 3. Aspersor de rodamiento de la bomba de agua. 4. Anillo de retención de rodamiento del árbol rotor. 5. Cuerpo de la bomba de agua. 6. Sellador de la bomba de agua. 7. Rotor de la bomba de agua. 8. Junta de la bomba de agua para bloquear. 42

48 Desmontaje de la bomba de agua 1. Retire los 4 tornillos que fijan al ventilador con la polea. 2. Remueva el anillo de retención de rodamiento. 3. Extraiga el eje con una prensa como se muestra en la primer figura. 4. Retire el rotor con una prensa como se muestra en la segunda figura. Para montar la bomba de agua proceda en el orden inverso del desmontaje, teniendo cuidado de alinear la ranura en la parte exterior del rodamiento con el canal interno de la bomba, para permitir la introducción del anillo de retención Válvula Termostática La válvula termostática, que se utiliza en las regiones frías, se encuentra a la salida de agua desde la parte superior de la cabeza, y tiene por objeto permitir el rápido calentamiento del motor, evitar el enfriamiento brusco y las oscilaciones de temperatura, manteniéndolo más o menos constante durante el funcionamiento normal del motor. 43

49 2.6.3 Prueba de la válvula termostática Coloque la válvula dentro de un recipiente con agua. Sumerja una resistencia eléctrica para calentar el agua. Introduzca un termómetro a fin de medir la temperatura del agua, la válvula empieza a abrirse aproximadamente a 73 C y llega a su máxima apertura a 87 C Tapa del radiador El sistema de enfriamiento funciona con una presión de 7 lb, cuando la presión sobrepasa las 7 lb, se abre la válvula A dejando escapar el exceso de presión. La válvula B se abre con1/2 lb/in 2, dejando entrar el aire atmosférico al radiador cuando el motor se para, evitando la formación de vacío. Obs: la tapa deber ser desenrroscada lentamente hacia la izquierda hasta el primer descanso, esperando que escape el vapor y que la presión disminuya, después de esto quitarla por completo. Siguiendo este proceso podrán evitarse posibles quemaduras ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA DE REFRIJERACIÓN Capacidad.11 galones (10.41 l) Presión del sistema.7 lb/in 2 (psi) Ventilador 44

50 o Numero de aspas.4 o Diámetro 15 (38.1 cm) Correa del ventilador o Tipo. V o Longitud.42.7/8 (108.9 cm) o Ancho.11/16 (1.74 cm) o Ángulo de V 40 Bomba de agua o Tipo.Centrifuga o Accionamiento..Correa de ventilador o Rodamiento de esferas (lubricación sellada permanentemente) Termostato (usado hasta ) o Localización Orificio de la salida de agua o Comienza su apertura a 72.7 C a 75.5 C (16 3 a 168 F) o Totalmente abierta a C (188 F) o Temperatura normal de funcionamiento.80 C a 90 C 45

51 2.7 SISTEMA DE LUBRICACIÓN 1. Tornillos y tuercas de la tapa de la bomba de aceite. 2. Tapa de la bomba de aceite. 3. Junta de la tapa de la bomba de aceite. 4. Eje y rotor externo e interno de la bomba de aceite. 5. Cuerpo de la bomba de aceite. 6. Engrane de mando. 7. Junta de la bomba al bloque del motor. 8. Pin del engrane de mando de la bomba de aceite. 9. Tapón de la válvula de reguladora de presión de aceite. 10. Junta del tapón de la válvula de reguladora de presión de aceite. 11. Resorte de la válvula de reguladora de presión de aceite. 12. Embolo de la válvula de reguladora de presión de aceite. 46