COMPETENCIAS LABORALES ESPECÍFICAS MECÁNICA AUTOMOTRIZ MECÁNICA AUTOMOTRIZ COCHABAMBA - BOLIVIA

Transcripción

1 COMPETENCIAS LABORALES ESPECÍFICAS MECÁNICA AUTOMOTRIZ COCHABAMBA - BOLIVIA

2 PRESENTACIÓN La formación para el trabajo, dentro de la propuesta educativa de competencias laborales específicas, se constituye en un programa estratégico que busca fortalecer y promover la educación técnica profesional. La educación en el desarrollo de competencias laborales específicas en el nivel secundario, es considerada como aquella que promueve el desarrollo de conocimientos, habilidades y destrezas con el fin de habilitar al estudiante en las funciones productivas propias de una determinada ocupación u oficio. En ese sentido, se pretende desarrollar en los estudiantes conocimientos especializados que le permitan dominar con experticia los contenidos y tareas acordes a su actividad; la capacidad de aplicar los conocimientos a situaciones laborales concretas, utilizando los procedimientos adecuados a las tareas pertinentes y, finalmente, contar con los recursos necesarios para solucionar los problemas de forma autónoma y creativa, transfiriendo con ingenio las experiencias adquiridas a situaciones novedosas. La incorporación de competencias laborales específicas a los planes de estudios, se dará como un eje central de la formación de los estudiantes, de manera que, desde la educación secundaria, se permita el desarrollo de capacidades y habilidades que promuevan en el estudiante tener una inteligencia práctica y una mentalidad emprendedora para la vida productiva, muy acordes a su entorno socio productivo. Con el fin de consolidar este proceso, se ha diseñado una serie de contenidos curriculares sobre quince competencias laborales específicas, las cuales fueron determinadas según la relevancia en cuanto a interés y demanda del mercado. A cada una de ellas se le dedica una serie de contenidos curriculares que pueden ser trabajados y aprovechados, mediante el uso de una metodología de abordaje, que como sugerencia, fue diseñada para este fin. Dicha metodología se encuentra en la guía de uso del presente material educativo. SELECCIÓN DE CONTENIDOS DIDÁCTICOS PARA LAS COMPETENCIAS LABORALES ESPECÍFICAS: Al tratarse de temáticas vinculadas con las competencias laborales específicas, se distingue la necesidad de generar, en el proceso educativo del nivel de secundario, la

3 posibilidad real del alcance de dichas competencias laborales específicas en cada uno de los y las estudiantes, según sus inclinaciones, intereses y aptitudes desarrolladas. Con este fin, la secuencia de contenidos ha sido distribuida y organizada de acuerdo a las quince competencias, las cuales pueden ser seleccionadas para su implementación, ya sea total o parcialmente, según las condiciones de los equipos de las y los docentes en cada unidad educativa. COMPETENCIAS TEMAS Mecánica automotriz Transmisión del movimiento Aplicación práctica CONTENIDOS MÍNIMOS - Concepto - Características según tipo de motores - Clasificación de los alternativos según el ciclo - Aplicaciones más comunes - Estructura y funcionamiento Cámara de combustión Sistema de alimentación Sistema de distribución Encendido Refrigeración Sistema de arranque - Tipos de motores Motor convencional del tipo otto Motores diésel Motor de dos tiempos Motor de 5 tiempos Motor wankel Motor de carga estratificada - Correa de distribución Funcionamiento - Árbol de levas Aplicación Funcionamiento - Embrague Funcionamiento Clasificación Elementos constitutivos y de funcionamiento - Caja de cambios Clasificación de las cajas de cambio Manuales, mecánicas o sincrónicas Automáticas o hidromáticas - Árbol de transmisión Ejes de transmisión en vehículos - Grupo cónico-diferencial Mecanismo diferencial Funcionamiento Área de trabajo y las funciones de desempeño

4 TEMA N 1: LA MECÁNICA AUTOMOTRIZ 1.1. CONCEPTO DE La mecánica automotriz es la rama de la mecánica que estudia y aplica los principios propios de la física y mecánica para la generación y transmisión del movimiento en sistemas automotrices, como son los vehículos de tracción mecánica. También hace referencia al estudio, diagnóstico y reparación de los mecanismos externos e internos que producen la energía necesaria para el funcionamiento del motor a gasolina, gas, diesel y su rodaje. Entre estos mecanismos o conjunto de elementos están el sistema de carburación, sistema de frenos, sistema de transmisión, etc. capaces de transmitir movimiento de un automotor CARACTERÍSTICAS SEGÚN TIPO DE MOTORES El motor de explosión ciclo Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo desarrolló, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina, aunque también se lo conoce como motor de ciclo Beau de Rochas debido al inventor francés que lo patentó en El funcionamiento del motor Otto es de siguiente manera: Cada cilindro tiene dos válvulas, la válvula de admisión y la de escape. Un mecanismo que se llama árbol de levas las abre y las cierra en los momentos adecuados, el combustible explota dentro de cada cilindro del motor generando movimiento de los pistones. El motor diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo. Un motor diésel funciona mediante la ignición (encendido) del combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en una cámara (o precámara, en el caso de inyección indirecta) de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de autocombustión, sin necesidad de chispa como en los motores de gasolina. Ésta es la llamada autoinflamación.

5 La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo del motor, la compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de combustión a gran presión desde unos orificios muy pequeños que presenta el inyector de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión (entre 700 y 900 C). Como resultado, la mezcla se inflama muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La turbina de gas; Una turbina de gas, es una turbomáquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbo máquinas térmicas. Comúnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus características de diseño son diferentes, y, cuando en estos términos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores sí. El motor rotatorio: Un motor rotativo o Wankel, en honor a su creador Félix Wankel, es un motor de combustión interna que funciona de una manera completamente diferente de los motores alternativos. En un motor alternativo, se efectúan sucesivamente 4 diferentes trabajos en todo el interior de un volumen -admisión, compresión, combustión y escape-. En un motor Wankel se desarrollan los mismos 4 tiempos pero en lugares distintos de la carcasa o bloque, con el pistón moviéndose continuamente de uno a otro. Más concretamente, el cilindro es una cavidad con forma de 8, dentro de la cual se encuentra un rotor triangular o triángulo lobular que realiza un giro de centro variable. Este pistón comunica su movimiento rotatorio a un cigüeñal que se encuentra en su interior, y que gira ya con un centro único CLASIFICACIÓN DE LOS ALTERNATIVOS SEGÚN EL CICLO De dos tiempos (2T): efectúan una carrera útil de trabajo en cada giro. De cuatro tiempos (4T): efectúan una carrera útil de trabajo cada dos giros.

6 Existen en los motores de diésel y gasolina gas (explosión), tanto en 2 tiempos como en 4 tiempos APLICACIONES MÁS COMUNES Las diferentes variantes de los dos ciclos, tanto en diésel como en gasolina, tienen cada uno su ámbito de aplicación. 2T gasolina: tuvo gran aplicación en las motocicletas, motores de ultraligeros (ULM) y motores marinos fuera de borda hasta una cierta cilindrada, habiendo perdido mucho terreno en este campo por las normas anticontaminación. Además, en las cilindradas mínimas de ciclomotores y scooters (50 cc), sólo motores muy pequeños como motosierras y pequeños grupos electrógenos siguen llevándolo. 4T gasolina: domina en las aplicaciones en motocicletas de todas las cilindradas, automóviles, aviación deportiva y fuera de borda. 2T diésel: domina en las aplicaciones navales de gran potencia, hasta CV hoy día, y tracción ferroviaria. En su día se usó en aviación con cierto éxito. 4T diésel: domina en el transporte terrestre, automóviles de trasporte pesado y aplicaciones navales hasta una cierta potencia. Empieza a aparecer en la aviación deportiva ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO Los motores Otto o a explosión y los diésel tienen los mismos elementos principales: (bloque, cigüeñal, biela, pistón, culata, válvulas) y otros específicos de cada uno, como la bomba inyectora de alta presión en los diésel, o antiguamente el carburador en los Otto. En los 4T es muy frecuente designarlos mediante su tipo de distribución: SV (válvulas laterales (SV = Side valves) es un sistema de distribución muy sencillo), OHV (que significa «válvulas sobre la cabeza») es un motor de cuatro tiempos, ya sea de ciclo Otto o de ciclo diésel, cuyo sistema de distribución dispone de válvulas en la culata y árbol de levas en el bloque del motor.), SOHC (que tiene un árbol de levas situado en la parte superior), DOHC (que tiene dos árboles de levas situados en la parte

7 superior). Estas designaciones son una referencia a la disposición del (o los) árbol de levas CÁMARA DE COMBUSTIÓN La cámara de combustión es un cilindro, por lo general fijo, cerrado en un extremo y dentro del cual se desliza un pistón muy ajustado al cilindro. La posición hacia dentro y hacia fuera del pistón modifica el volumen que existe entre la cara interior del pistón y las paredes de la cámara. La cara exterior del pistón está unida por una biela al cigüeñal, que convierte en movimiento rotatorio en movimiento lineal del pistón. En los motores de varios cilindros, el cigüeñal tiene una posición de partida, llamada espiga de Cámara de combustión (cilindro) cigüeñal y conectada a cada eje, con lo que la energía producida por cada cilindro se aplica al cigüeñal en un punto determinado de la rotación. Los cigüeñales cuentan con pesados volantes y contrapesos cuya inercia reduce la irregularidad del movimiento del eje. Un motor alternativo puede tener de 1 a 28 cilindros SISTEMA DE ALIMENTACIÓN El sistema de alimentación de combustible de un motor Otto consta de un depósito, una bomba de combustible y un dispositivo dosificador de combustible que vaporiza o atomiza el combustible desde el estado líquido, en las proporciones correctas para poder ser quemado. Se llama carburador al dispositivo que hasta ahora venía siendo utilizado con este fin en los motores Otto. Ahora los sistemas de inyección de combustible lo han sustituido por completo por motivos medioambientales. Su mayor precisión en el dosaje de combustible inyectado reduce las emisiones de CO2, y asegura una mezcla más estable. En los motores diésel se dosifica el combustible gasoil de manera no proporcional al aire que entra, sino en función del mando de

8 aceleración y el régimen motor (mecanismo de regulación) mediante una bomba inyectora de combustible. En los motores de varios cilindros, el combustible vaporizado se lleva a los cilindros a través de un tubo ramificado llamado colector de admisión. La mayor parte de los motores cuentan con un colector de escape o de expulsión, que transporta fuera del vehículo y amortigua el ruido de los gases producidos en la combustión. Carburador SOLEX Bomba de inyección de combustible BOSCH SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN Cada cilindro toma el combustible y expulsa los gases a través de válvulas de cabezal o válvulas deslizantes. Un muelle mantiene cerradas las válvulas hasta que se abren en el momento adecuado, al actuar las levas de un árbol de levas rotatorio movido por el cigüeñal, estando el conjunto coordinado mediante la cadena o la correa de distribución. Ha habido otros diversos Cadena de distribución sistemas de distribución, entre ellos la distribución por camisa corredera (sleevevalve).

9 ENCENDIDO Los motores necesitan una forma de iniciar la ignición del combustible dentro del cilindro. En los motores Otto, el sistema de ignición consiste en un componente llamado bobina de encendido, que es un auto-transformador de alto voltaje al que está conectado un conmutador que interrumpe la corriente del primario para que se induzca un impulso eléctrico de alto voltaje en el secundario. Dicho impulso está sincronizado con la etapa de compresión de cada uno de los cilindros; el impulso se lleva al cilindro correspondiente (aquel que está comprimido en ese momento) utilizando un distribuidor rotativo y unos cables de grafito que dirigen la descarga de alto voltaje a la bujía. El dispositivo que produce la ignición es la bujía, que, fijada en cada cilindro, dispone de dos electrodos separados unas décimas de milímetro, entre los cuales el impulso eléctrico produce una chispa, que inflama el combustible. Si la bobina está en mal estado se sobrecalienta; esto produce pérdida de energía, aminora la chispa de las bujías y causa fallos en el sistema de encendido del automóvil REFRIGERACIÓN Dado que la combustión produce calor, todos los motores deben disponer de algún tipo de sistema de refrigeración. Algunos motores estacionarios de automóviles y de aviones, y los motores fuera de borda, se refrigeran con aire. Los cilindros de los motores que utilizan este sistema cuentan en el exterior con un conjunto de láminas de metal que emiten el calor producido dentro del cilindro. En otros motores se utiliza refrigeración por agua, lo que implica que los cilindros se encuentran dentro de una

10 carcasa llena de agua que en los automóviles se hace circular mediante una bomba. El agua se refrigera al pasar por las láminas de un radiador. Es importante que el líquido que se usa para enfriar el motor no sea agua común y corriente porque los motores de combustión trabajan regularmente a temperaturas más altas que la temperatura de ebullición del agua. Esto provoca una alta presión en el sistema de enfriamiento dando lugar a fallas en los empaques y sellos de agua, así como en el radiador; se usa un refrigerante, pues no hierve a la misma temperatura que el agua, sino a más alta temperatura, y que tampoco se congela a temperaturas muy bajas. Otra razón por la cual se debe usar un refrigerante es que éste no produce sarro ni sedimentos que se adhieran a las paredes del motor y del radiador formando una capa aislante que disminuiría la capacidad de enfriamiento del sistema. En los motores navales se utiliza agua del mar para la refrigeración SISTEMA DE ARRANQUE Al contrario que los motores y las turbinas de vapor, los motores de combustión interna no producen un par de fuerzas cuando arrancan, lo que implica que debe provocarse el movimiento del cigüeñal para que se pueda iniciar el ciclo. Los motores de automoción utilizan un motor eléctrico (el motor de arranque) conectado al cigüeñal por un embrague automático que se desacopla en cuanto arranca el motor. Por otro

11 lado, algunos motores pequeños se arrancan a mano girando el cigüeñal con una cadena o tirando de una cuerda que se enrolla alrededor del volante del cigüeñal. Otros sistemas de encendido de motores son los iniciadores de inercia, que aceleran el volante manualmente o con un motor eléctrico hasta que tiene la velocidad suficiente como para mover el cigüeñal. Ciertos motores grandes utilizan iniciadores explosivos que, mediante la explosión de un cartucho mueven una turbina acoplada al motor y proporcionan el oxígeno necesario para alimentar las cámaras de combustión en los primeros movimientos. Los iniciadores de inercia y los explosivos se utilizan sobre todo para arrancar motores de aviones TIPOS DE MOTORES MOTOR CONVENCIONAL DEL TIPO OTTO Motor Otto de 2T refrigerado por aire de una moto Motor de 4 tiempos

12 El motor convencional del tipo Otto es de cuatro tiempos (4T), aunque en fuera borda y vehículos de dos ruedas hasta una cierta cilindrada se utilizó mucho el motor de dos tiempos (2T). El rendimiento térmico de los motores Otto modernos se ve limitado por varios factores, entre otros la pérdida de energía por la fricción y la refrigeración. La termodinámica nos dice que el rendimiento de un motor alternativo depende en primera aproximación del grado de compresión. Esta relación suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de combustibles de alto índice de octano para evitar el fenómeno de la detonación, que puede producir graves daños en el motor. La eficiencia o rendimiento medio de un buen motor Otto es de un 20 a un 25%: sólo la cuarta parte de la energía calorífica se transforma en energía mecánica. FUNCIONAMIENTO 1. Tiempo de admisión - El aire y el combustible mezclados entran por la válvula de admisión. 2. Tiempo de compresión - La mezcla aire/combustible es comprimida y encendida mediante la bujía. 3. Tiempo de combustión - El combustible se inflama y el pistón es empujado hacia abajo. 4. Tiempo de escape - Los gases de escape se conducen hacia fuera a través de la válvula de escape MOTORES DIÉSEL 4 tiempos motor diesel Motor diésel 2T, escape y admisión simultáneas.

13 En teoría, el ciclo diésel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar en este último a volumen constante en lugar de producirse a una presión constante. La mayoría de los motores diésel son asimismo del ciclo de cuatro tiempos, salvo los de tamaño muy grande, ferroviario o marino, que son de dos tiempos. Las fases son diferentes de las de los motores de gasolina. En la primera carrera, la de admisión, el pistón sale hacia fuera y se absorbe aire hacia la cámara de combustión. En la segunda carrera, la fase de compresión, en que el pistón se acerca, el aire se comprime a una parte de su volumen original, lo cual hace que suba su temperatura hasta unos 850 C. Al final de la fase de compresión se inyecta el combustible a gran presión mediante la inyección de combustible con lo que se atomiza dentro de la cámara de combustión, produciéndose la inflamación a causa de la alta temperatura del aire. En la tercera fase, la fase de trabajo, los gases producto de la combustión empujan el pistón hacia fuera, trasmitiendo la fuerza longitudinal al cigüeñal a través de la biela, transformándose en fuerza de giro par motor. La cuarta fase es, al igual que en los motores Otto, la fase de escape, cuando vuelve el pistón hacia dentro. Algunos motores diésel utilizan un sistema auxiliar de ignición para encender el combustible al arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada. La eficiencia o rendimiento (proporción de la energía del combustible que se transforma en trabajo y no se pierde como calor) de los motores diésel dependen, de los mismos factores que los motores Otto; es decir, de las presiones (y por tanto de las temperaturas) inicial y final de la fase de compresión. Por lo tanto, es mayor que en los motores de gasolina, llegando a superar el 40%. En los grandes motores de dos tiempos de propulsión naval, este valor se logra con un grado de compresión de 20 a 1 aproximadamente, contra 9 a 1 en el Otto. Por ello, es necesaria una mayor robustez, y los motores diésel son, por lo general, más pesados que los motores Otto. Esta desventaja se compensa con el mayor rendimiento y el hecho de utilizar combustibles más baratos. Los motores diésel grandes de 2T suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min) (en grandes barcos);

14 mientras que los motores de 4T trabajan hasta rpm (camiones y autobuses) y rpm. (automóviles) MOTOR DE DOS TIEMPOS Con un diseño adecuado puede conseguirse que un motor Otto o diésel funcione a dos tiempos, con un tiempo de potencia cada dos fases en lugar de cada cuatro fases. La eficiencia de este tipo de motores es menor que la de los motores de cuatro tiempos, pero al necesitar sólo dos tiempos para realizar un ciclo completo, producen más potencia que un motor cuatro tiempos del mismo tamaño. El principio general del motor de dos tiempos es la reducción de la duración de los periodos de absorción de combustible y de expulsión de gases a una parte mínima de uno de los tiempos, en lugar de que cada operación requiera un tiempo completo. El diseño más simple de motor de dos tiempos utiliza, en lugar de válvulas de cabezal, las válvulas deslizantes u orificios (que quedan expuestos al desplazarse el pistón hacia atrás). En los motores de dos tiempos la mezcla de combustible y aire entra en el cilindro a través del orificio de aspiración cuando el pistón está en la posición más alejada del cabezal del cilindro. La primera fase es la compresión, en la que se enciende la carga de mezcla cuando el pistón llega al final de la fase. A continuación, el pistón se desplaza hacia atrás en la fase de explosión, abriendo el orificio de expulsión y permitiendo que los gases salgan de la cámara MOTOR DE 5 TIEMPOS Hacia 1879 Nicolaus August Otto diseñó y construyó un motor con doble expansión, concepto propuesto por los ingleses Jonathan Hornblower y Artur Woolf en 1781, antes de que Watt llevase a la práctica la máquina de vapor. La primera expansión se hacía en el cilindro donde se realizó la combustión, y una segunda en otro pistón, este a baja presión, con el objetivo de lograr el aprovechamiento de la energía de los gases de escape; incluso se han construido motores con triple expansión, como el Troy, y el principio se usó en muchos motores marinos. En 1906 la empresa EHV radicada en Connecticut, EEUU, fabricó un motor de combustión interna de tres cilindros y doble expansión que montaron en un automóvil. Al igual que el motor construido por Otto, cuyo comprador lo devolvió, el motor de EHV no demostró en la

15 práctica las ventajas de menor consumo de combustible esperadas. En España hay dos patentes concedidas de motores con un principio similar, una de 1942 a Francisco Jimeno Cataneo (Nº OEPM ) y otra de 1975 a Carlos Ubierna Laciana (Nº OEPM ), en el INTA se construyó un prototipo de motor de aviación con cilindros en estrella y un principio parecido, ideado por el ingeniero J Ortuño García, patentes y y al que se atribuyó un consumo muy bajo de combustible, está expuesto en el Museo del Aire en Cuatro Vientos, Madrid. El año 2009, la empresa británica ILMOR presentó en una exposición internacional de motores en Stuttgart, un prototipo de motor de 5 tiempos, según una patente concedida en EEUU a Gerhard Schmitz. Para este motor anunciaron un consumo específico de 215 g/kwh, una relación de compresión efectiva de 14'5/1 y un peso inferior en 20% a los motores convencionales equivalentes MOTOR WANKEL Motor Wankel. En la década de 1950, el ingeniero alemán Félix Wankel completó el desarrollo de un motor de combustión interna con un diseño revolucionario, actualmente conocido como Motor Wankel. Utiliza un rotor triangular-lobular dentro de una cámara ovalada, en lugar de un pistón y un cilindro. La mezcla de combustible y aire es absorbida a través de un orificio de aspiración y queda atrapada entre una de las caras del rotor y la pared de la cámara. La rotación

16 del rotor comprime la mezcla, que se enciende con una bujía. Los gases se expulsan a través de un orificio de expulsión con el movimiento del rotor. El ciclo tiene lugar una vez en cada una de las caras del rotor, produciendo tres fases de potencia en cada giro. El motor de Wankel es compacto y ligero en comparación con los motores de pistones, por lo que ganó importancia durante la crisis del petróleo en las décadas de 1970 y Además, funciona casi sin vibraciones y su sencillez mecánica permite una fabricación barata. No requiere mucha refrigeración, y su centro de gravedad bajo aumenta la seguridad en la conducción. No obstante salvo algunos ejemplos prácticos como algunos vehículos Mazda, ha tenido problemas de durabilidad MOTOR DE CARGA ESTRATIFICADA Una variante del motor de encendido con bujías es el motor de carga estratificada, diseñado para reducir las emisiones sin necesidad de un sistema de re-circulación de los gases resultantes de la combustión y sin utilizar un catalizador. La clave de este diseño es una cámara de combustión doble dentro de cada cilindro, con una antecámara que contiene una mezcla rica de combustible y aire mientras la cámara principal contiene una mezcla pobre. La bujía enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la cámara principal. La temperatura máxima que se alcanza es suficientemente baja como para impedir la formación de óxidos de nitrógeno, mientras que la temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburos CORREA DE DISTRIBUCIÓN La correa de distribución o dentada, es uno de los más comunes métodos de transmisión de la energía mecánica entre un piñón de arrastre y otro arrastrado, mediante un sistema de dentado mutuo que posee tanto la correa como los piñones, impidiendo su deslizamiento mutuo. Se emplea muy frecuentemente en motores Otto y diésel de 4 tiempos entre el cigüeñal y el árbol de levas, en motores de motocicletas y maquinaria industrial; de forma general, es una correa de goma que normalmente

17 enlaza un generador de movimiento con un receptor de la misma por medio de poleas o piñones. FUNCIONAMIENTO En automoción, usada en muchos motores de 4 tiempos tanto diesel como gasolina, la correa de distribución transmite el movimiento desde el cigüeñal al árbol de levas, con una relación de transmisión o de desmultiplicación de 1 : 2, es decir el árbol de levas gira a la mitad de revoluciones que el cigueñal. Va montada sobre unas ruedas dentadas llamadas piñones. La función de esta correa es sincronizar los 4 tiempos del motor, la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape y la función del encendido del motor ya sea la chispa de la bujía o la sincronización de los inyectores diesel. Su forma, material, longitud y ubicación varían dependiendo del tipo de motor. En muchos casos arrastra también la bomba de refrigerante y / o la bomba de aceite del motor. Hay motores que poseen más de una correa, por ejemplo para ejes contrarrotantes antivibratorios. La correa de distribución, o correa dentada, debe sustituirse periódicamente dependiendo del uso, ya que el desgaste que se produce en ésta puede provocar daños graves en la culata, especialmente las válvulas, e incluso en los pistones. En los motores diesel de bomba rotativa está sometida a mucho más trabajo por las compresiones/descompresiones cíclicas del gasoil; esta circunstancia se ha eliminado con las bombas de alta de los sistemas Common-Rail ÁRBOL DE LEVAS Un árbol de levas es un mecanismo formado por un eje en el que se colocan distintas levas, que pueden tener distintas formas y tamaños y estar orientadas de diferente manera, para activar diferentes mecanismos a intervalos repetitivos, como por ejemplo unas válvulas, es decir constituye un temporizador mecánico cíclico APLICACIÓN Los usos de los árboles de levas son muy variados, como en molinos, telares, sistemas de distribución de agua o martillos hidráulicos, aunque su aplicación más desarrollada es la relacionada con el motor de combustión interna alternativo, en los

18 que se encarga de regular tanto la carrera de apertura y el cierre de las válvulas, como la duración de esta fase de apertura, permitiendo la renovación de la carga en las fases de admisión y escape de gases en los cilindros. Su fabricación puede ser en procesos de fundición (casting Iron), forja, árboles ensamblados; suelen someterse a acabados superficiales de tratamientos térmicos, austemperizado, cementado por citar algunos, que sirven para endurecer la superficie del árbol pero no su núcleo. Posteriormente son maquinados para dar los acabados finales y la precisión requerida. FUNCIONAMIENTO Dependiendo de la colocación del árbol de levas y la distribución de estas, accionarán directamente las válvulas a través de una varilla como en la primera época de los motores Otto, sistema SV o lo harán mediante un sistema de varillas, taqués y balancines, es el sistema OHV. Posteriormente, sobre todo desde la aparición de los motores diesel, el árbol de levas ha pasado a la culata, es el llamado sistema SOHC. En el pasado, cuando los motores no eran tan fiables como hoy, esto resultaba problemático, pero en los modernos motores de 4 tiempos diesel o gasolina, el sistema de levas "elevado", donde el árbol de levas está en la culata, es lo más común. Algunos motores usan un árbol de levas para las válvulas de admisión y otro para las de escape; esto es conocido como dual overhead camshaft o doble árbol de levas a la cabeza DOHC. Así, los motores en V pueden tener 4 árboles de levas. El sistema DOHC permite, entre otras cosas, montar 2 válvulas de escape y 2 de admisión en los 4 cilindros, es lo que se llama "16 válvulas". Aunque se aplican en otros mecanismos, su uso más popular se relaciona con los motores de combustión interna, en los cuales permite regular la apertura y el cierre de las válvulas, algo que nada más y nada menos facilita el ingreso y salida de gases en los cilindros.

19 TEMA N 2: TRASMISIÓN DEL MOVIMIENTO 2.1. EMBRAGUE El embrague es un sistema que permite tanto transmitir como interrumpir la transmisión de una energía mecánica a su acción final de manera voluntaria. En un automóvil, por ejemplo, permite al conductor controlar la transmisión del par motor desde el motor hacia las ruedas FUNCIONAMIENTO Está constituido por un conjunto de piezas situadas entre el motor y los dispositivos de transmisión, y asegura un número de funciones: En posición acoplado (o "embragado") transmite el par motor suministrado por el motor. En un automóvil, cuando el embrague gira, el motor está vinculado a la transmisión. En posición desacoplado (o "desembragado") se interrumpe la transmisión. En un automóvil, las ruedas giran libres o están detenidas, y el motor puede continuar girando sin transmitir este par de giro a las ruedas. En las posiciones intermedias restablece progresivamente la transmisión de par, mediante rozamiento o fricción. Si consideramos la ecuación que define la potencia de un motor: Potencia = Par x RPM = 2 π F D n, en la que D = radio de la muñequilla del cigüeñal F = fuerza media de la biela sobre la muñequilla n = revoluciones por minuto del motor Según la cual, en la transmisión de fuerza mediante giro (la definición misma de momento de fuerza o par), toda disminución de la velocidad de giro (RPM) implica un

20 aumento de par en la misma proporción. Esta es la razón de ser de las desmultiplicaciones de la caja de cambio y del grupo, reducir la velocidad de giro para ganar par. Por tanto una disminución a la mitad del régimen del primario con respecto al del motor, implica un aumento al doble del par transmitido al primario, conservándose el producto, o sea la potencia, sin tener cuenta las pérdidas por calor debidas al rozamiento. Esto se entiende fácilmente si se imagina intentando subir una cuesta muy pronunciada, hasta el punto de hacer "patinar" el embrague durante un período prolongado: de esta manera se obtiene el par que el motor no puede dar, mediante reducción de su régimen al entrar la fuerza al cambio. Asimismo, permite moderar los choques mecánicos evitando, por ejemplo, que el motor se detenga o que los componentes de los sistemas se rompan por la brusquedad que se produce entre la inercia de un componente que se encuentra en reposo y la potencia instantánea transmitida por el otro CLASIFICACIÓN Existen diferentes tipos de embrague: a) Según el número de discos: hidráulico. No tiene discos. Se utiliza en vehículos industriales. monodisco seco. bidisco seco con mando único; bidisco con mando separado (doble); multidisco húmedo o seco. b) Según el tipo de mando mando mecánico; mando hidráulico; mando eléctrico, asistido electrónicamente. centrífugo.

21 ELEMENTOS CONSTITUTIVOS Y DE FUNCIONAMIENTO El mecanismo del embrague está formado por los componentes siguientes: INCORPORAR IMÁGEN El volante motor 2, atornillado al cigüeñal 1. El disco de fricción 3 que gira solidario con el eje de entrada al cambio o "primario" 6 gracias a un estriado. El plato de presión 4, que presiona al disco asegurando su adherencia al volante motor 2 cuando el mecanismo está en posición de reposo (embragado). Los muelles del mecanismo (en este caso de diafragma), 5 apoyan en el cojinete o "collarín" 7. Cuando el mando hidráulico (o por cable) es activado por el conductor, la palanca desplaza al cojinete, el cual empuja al diafragma, que articula sobre los apoyos 9 que a su vez están fijos a la cubierta o tapa 8, dejando entonces de hacer fuerza con lo que el disco de fricción ya no apoya sobre el volante. El primario 6 queda libre, no recibe par del motor, podemos cambiar de marcha con suavidad. Del mismo modo, si salimos desde parado, acoplaremos el disco de fricción con el pedal tanto más progresivamente cuanto más incremento de par necesitemos en el primario. Por ejemplo, en una cuesta muy pronunciada, haremos lo que se llama "hacer patinar el embrague. Esquemática de funcionamiento de un embrague a diafragma. A: posición de acoplamiento o "embragado", B: posición de desacople o "desembragado". INCORPORAR IMÁGEN 1. Cigüeñal (u otro eje conductor); 2. Volante; 3. Disco de fricción; 4. Plato de presión; 5. Muelle o resorte de diafragma; 6. Eje primario o conducido; 7. cojinete de empuje; 8. cubierta o tapa;

22 9. Anillos de apoyo; 10. Tornillos de fijación; 11. Anillos EMBRAGUE MULTIDISCO Embrague multidisco en seco en una moto de competición. Se aprecian claramente los muelles. INCORPORAR IMÁGEN Componentes de un embrague multidisco: a la izquierda, el tambor y el buje, a la derecha los discos. Los embragues multidisco funcionan según el mismo principio, sólo que se utiliza un "paquete" de discos, unos con dentado externo engrana con el cigueñal mediante el "tambor"; los otros, intercalados con los anteriores, con dentado interno engranan con el cambio mediante el "buje". Este paquete de discos en reposo está presionado por una serie de muelles helicoidales, con lo que el tambor y el buje giran solidarios. Su uso está limitado a las motocicletas, ya que el par que transmiten hacia el cambio es mucho más elevado que el que produce el cigueñal debido a la desmultiplicación primaria, inexistente en el automóvil. Por tanto el acoplamiento ha de ser mucho más progresivo, mejorándose el proceso al estar sumergido en baño de aceite, que absorbe el calentamiento originado por el rozamiento, que se reparte además entre varios discos CAJA DE CAMBIOS La caja de cambios o caja de velocidades (también llamada simplemente caja) es el elemento encargado de obtener en las ruedas el par motor suficiente para poner en movimiento el vehículo desde parado, y una vez en marcha, obtener un par suficiente en ellas para poder vencer las resistencias al avance, fundamentalmente las resistencias aerodinámicas, de rodadura y de pendiente. Caja de cambios La caja de cambios tiene pues la misión de reducir el número de revoluciones del motor, según el par necesario en cada instante. Además de invertir el sentido de giro

23 en las ruedas, cuando las necesidades de la marcha así lo requieran. Va acoplada al volante de inercia del motor, del cual recibe movimiento a través del embrague, en transmisiones manuales; o a través del convertidor de par, en transmisiones automáticas. Acoplado a ella va el resto del sistema de transmisión CLASIFICACIÓN DE LAS CAJAS DE CAMBIO Existen varios tipos de cajas de cambios y diversas maneras de clasificarlas MANUALES, MECÁNICAS O SINCRÓNICAS Tradicionalmente se denominan cajas mecánicas a aquellas que se componen de elementos estructurales (y funcionales), rodamientos, etc. de tipo mecánico. En este tipo de cajas de cambio, la selección de las diferentes velocidades se realiza mediante mando mecánico, aunque éste puede estar automatizado. Los elementos sometidos a rozamiento ejes, engranajes, sincronizadores, o selectores están lubricados mediante baño de aceite (específico para engranajes) en el cárter aislados del exterior mediante juntas que garantizan la estanqueidad. Los acoplamientos en el interior se realizan mediante mecanismos compuestos de balancines y ejes guiados por cojinetes. El accionamiento de los mecanismos internos desde el exterior de la caja -y que debería accionar un eventual conductor- se realizan mediante cables flexibles no alargables o varillas rígidas. Las distintas velocidades de que consta la caja están sincronizadas. Esto quiere decir que disponen de mecanismos de sincronización que permiten igualar las velocidades de los distintos ejes de que consta la caja durante el cambio de una a otra. La conexión cinemática entre el motor y la caja de cambios se realiza mediante el embrague AUTOMÁTICAS O HIDROMÁTICAS La caja automática es un sistema que, de manera autónoma, determina la mejor relación entre los diferentes elementos, como la potencia del motor, la velocidad del vehículo, la presión sobre el acelerador y la resistencia a la marcha, entre otros. Se trata de un dispositivo electro hidráulico que determina los cambios de velocidad; en

24 el caso de las cajas de última generación, el control lo realiza un calculador electrónico. Mientras que la caja de cambios manual se compone de pares de engranajes cilíndricos, la caja automática funciona con trenes epicicloidales en serie o paralelo que conforman las distintas relaciones de transmisión ÁRBOL DE TRANSMISIÓN El árbol de transmisión o eje de transmisión es el elemento encargado de transmitir el movimiento del motor a las ruedas. Un árbol de transmisión es un eje que transmite un esfuerzo motor y está sometido a solicitaciones de torsión debido a la transmisión de un par de fuerzas y puede estar sometido a otros tipos de solicitaciones mecánicas al mismo tiempo EJES DE TRANSMISIÓN EN VEHÍCULOS En la actualidad, la mayoría de los automóviles usan ejes de transmisión rígidos para transmitir la fuerza del tubo de transmisión a las ruedas. Normalmente se usan dos palieres o semiárboles de transmisión para transferir la fuerza desde un diferencial central, un tubo de transmisión o un transeje a las ruedas. En los vehículos con motor delantero y propulsión trasera, hace falta un eje de transmisión más largo para trasladar la fuerza a lo largo del vehículo. Hay dos sistemas principales: El tubo de par, con una junta universal, y el accionamiento

25 Hotchkiss, con dos o más juntas. Este sistema fue conocido como el sistema Panhard después de que la compañía de automóviles, Panhard et Levassor lo patentara. Los primeros automóviles usaban a menudo mecanismos de transmisión de cadena o de correa antes que un árbol de transmisión. Algunos usaban generadores eléctricos y motores para transmitir la fuerza a las ruedas. El término driveshaft en inglés americano se refiere a cualquier eje que transmite el par motor a las ruedas. En inglés británico; sin embargo, driveshaft se referiría al eje transversal, especialmente el delantero, que transmite la potencia a las ruedas. Al que conecta la caja de cambios con el puente trasero, se le llamaría propeller shaft. Finalmente, el término halfshaft se refiere a un palier o semiárbol de transmisión GRUPO CÓNICO-DIFERENCIAL Es el elemento de la transmisión que reparte la potencia del movimiento a las ruedas estabilizando la velocidad de las mismas dependiendo de las curvas MECANISMO DIFERENCIAL Un diferencial es el elemento mecánico que permite que las ruedas de derecha e izquierda de un vehículo giren a revoluciones diferentes, según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro. Cuando un vehículo toma una curva, por ejemplo hacia la derecha, la rueda derecha recorre un camino más corto que la rueda izquierda, ya que esta última se encuentra en la parte exterior de la curva. Antiguamente, las ruedas de los vehículos estaban montadas de forma fija sobre el eje. Este hecho significaba que una de las dos ruedas no giraba bien, desestabilizando el vehículo. Mediante el diferencial se consigue que cada rueda pueda girar correctamente en una curva, sin perder por ello la fijación de ambas sobre el eje, de manera que la tracción del motor actúa con la misma fuerza sobre cada una de las dos ruedas.

26 FUNCIONAMIENTO El diferencial consta de engranajes dispuestos en forma de "U" en el eje. Cuando ambas ruedas recorren el mismo camino, por ir el vehículo en línea recta, el engranaje se mantiene en situación neutra. Sin embargo, en una curva los engranajes se desplazan ligeramente, compensando con ello las diferentes velocidades de giro de las ruedas. La diferencia de giro también se produce entre los dos ejes. Las ruedas directrices describen una circunferencia de radio mayor que las no directrices, por ello se utiliza el diferencial. Un vehículo con tracción en las cuatro ruedas puede tener hasta tres diferenciales: uno en el eje frontal, uno en el eje trasero y un diferencial central. En el hipotético caso de que ambos ejes sean directrices, el que tenga mayor ángulo de giro describirá un radio mayor. El diferencial se compone por un piñón, una corona, dos satélites y dos planetarios, y a éstos los cubre la caja del diferencial. Dado que un diferencial ordinario reparte la fuerza por igual entre ambas ruedas (reparto 50%-50%), la capacidad de tracción máxima es siempre el doble de la rueda con menor tracción. En caso de que esta sea cero en una de las ruedas, la capacidad de tracción total es lógicamente cero. Para solucionar este problema se emplean diferenciales autoblocantes o bloqueables. Estos últimos pueden enviar hasta el 100% del par a una sola rueda.

27 TEMA N 4: APLICACIÓN PRÁCTICA 4.1. ÁREA DE TRABAJO Y LAS FUNCIONES QUE DESEMPEÑARÁ La especialidad de la Mecánica Automotriz está presente en el ámbito profesional, tanto en su dimensión empresarial como público, teniendo conocimientos en la investigación, diseño, instalación, operación, mantenimiento, reparación, diagnóstico de equipos y sistemas automotrices, administración adecuada de los recursos existentes e innovación y desarrollo de nuevas tecnologías. Además de los conocimientos técnicos prácticos se hará énfasis en aspectos de organización y planificación. ESTE PÁRRAFO NO ES EL ADECUADO. ESTÁ MÁS RELACIONADO CON LOS PROPÓSITOS DE UN CURSO DE FORMACIÓN. El/la Técnico/a en Mecánica Automotriz puede desempeñarse en empresas de servicios automotrices, empresas agrícolas, plantas ensambladoras, importadoras del rubro, estaciones de servicio y garajes, como también en empresas automotrices en el área de venta, repuestos y reparación de vehículos, o bien prestando servicios de manera independiente. Contenido PRESENTACIÓN... 2 SELECCIÓN DE CONTENIDOS DIDÁCTICOS PARA LAS :... 2 TEMA N 1: LA CONCEPTO DE CARACTERÍSTICAS SEGÚN TIPO DE MOTORES CLASIFICACIÓN DE LOS ALTERNATIVOS SEGÚN EL CICLO APLICACIONES MÁS COMUNES ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO... 6

28 CÁMARA DE COMBUSTIÓN SISTEMA DE ALIMENTACIÓN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN ENCENDIDO REFRIGERACIÓN SISTEMA DE ARRANQUE TIPOS DE MOTORES MOTOR CONVENCIONAL DEL TIPO OTTO MOTORES DIÉSEL MOTOR DE DOS TIEMPOS MOTOR DE 5 TIEMPOS MOTOR WANKEL MOTOR DE CARGA ESTRATIFICADA CORREA DE DISTRIBUCIÓN ÁRBOL DE LEVAS APLICACIÓN TEMA N 2: TRASMISIÓN DEL MOVIMIENTO EMBRAGUE FUNCIONAMIENTO CLASIFICACIÓN ELEMENTOS CONSTITUTIVOS Y DE FUNCIONAMIENTO EMBRAGUE MULTIDISCO CAJA DE CAMBIOS CLASIFICACIÓN DE LAS CAJAS DE CAMBIO MANUALES, MECÁNICAS O SINCRÓNICAS AUTOMÁTICAS O HIDROMÁTICAS ÁRBOL DE TRANSMISIÓN EJES DE TRANSMISIÓN EN VEHÍCULOS GRUPO CÓNICO-DIFERENCIAL MECANISMO DIFERENCIAL FUNCIONAMIENTO TEMA N 4: APLICACIÓN PRÁCTICA... 27

29 4.1. ÁREA DE TRABAJO Y LAS FUNCIONES QUE DESEMPEÑARÁ... 27

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