Mecánica: Primera Entrega: El Motor

El texto de este artículo es tomado en su totalidad de www.zonatuning.com, quienes nos han permitido el uso de sus contenidos. Mil Gracias por su colaboración.

 

 

Por lo extenso del tema, hemos optado por cuatro entregas quincenales cada una de las cuales contendrá los temas a continuación:

 

PRIMERA ENTREGA: EL MOTOR

 

SEGUNDA ENTREGA: DIRECCION, SUSPENSION Y TRANSMISION

 

TERCERA ENTREGA: FRENOS, SEGURIDAD, RUEDAS Y NEUMATICOS

 

CUARTA ENTREGA: PROTECCION, CARROCERIA Y CONFORT

 

 

 

PRIMERA ENTREGA: EL MOTOR

 

CILINDRADA: Es la capacidad teórica que posee un motor de aspirar (mezcla si posee carburador, aire si es a inyección o diesel) en cada ciclo, sumados todos sus cilindros. Se calcula multiplicando la superficie del pistón en centímetros cuadrados, por la carrera en centímetros lineales (recorrido del pistón de arriba hacia abajo durante el tiempo de admisión), y por el número de cilindros. La cilindrada es especificada en centímetros cúbicos (cm3 o cc) o litros (unidades de volumen en sistema decimal) o pulgadas cúbicas (unidad utilizada casi exclusivamente en EEUU).

 

RELACION O INDICE DE COMPRESION: Al finalizar el tiempo o carrera de admisión, los gases (en los motores nafteros) o el aire (en los diesel), llenan todo el volumen del cilindro más el de la cámara de combustión. Al finalizar la carrera de compresión, el gas o el aire es comprimido por el pistón hasta ocupar solamente el volumen de la cámara. Las veces que entra el volumen de la cámara en el total o también las veces que el volumen se redujo, es llamado INDICE DE COMPRESION, y se lo indica en relación a la unidad, como por ejemplo: 8 a 1 ó 9,5 a 1. Cuanto más alto es el índice más rendimiento se consigue en la combustión y por ende más potencia. Actualmente el límite para los motores gasolina para automóviles de turismo, de acuerdo al octanaje de la gasolina es de 10,5 a 1.

 

PAR MOTOR; TORQUE O CUPLA MOTRIZ: Es la medida de la fuerza que obliga a girar al cigüeñal. Siendo una cupla de giro, está dada por dos magnitudes: la fuerza expansiva de los gases al momento de la combustión, sobre la cabeza del pistón (en kilogramos), y la longitud de la muñequilla del cigüeñal (en metros). Por lo tanto el valor del torque se informa en kilográmetros, relacionados a un número de vueltas del motor. Es a dicha cantidad de rpm donde se produce la mayor fuerza expansiva de los gases, empujando al pistón y éste, por intermedio de la biela, obliga a girar al cigüeñal. Cuanto mayor es el torque, mejor se comportará el vehículo en trepadas, remolques y aceleraciones bruscas. Actualmente se utiliza otra unidad de medición: el Newton-metro (Nm). Prácticamente se toma como relación: 1 kg = 10 Nm.

 

POTENCIA: El concepto de potencia en física se refiere a las unidades utilizadas para medir la cupla: kilogramo x metro, pero en unidad de tiempo, es decir, en un segundo. Es por esto, que cuando se habla de potencia motriz siempre está referida a las revoluciones máximas a las que se alcanza. Lógicamente, a más rpm menor tiempo. La unidad de potencia en el sistema métrico decimal, utilizada hasta ahora, es el Caballo Vapor (CV). En el sistema angloamericano es el HP. Si bien no es lo mismo, la diferencia es lo suficientemente pequeña como para que se las consideren equivalentes. Sin embargo existen diferentes normas para medir la potencia al freno en los bancos de prueba. La norma SAE (norteamericana), dice que al motor a medir debe despojársele de todo elemento o mecanismo que absorba potencia: filtro de aire, silenciador, alternador, etc. En cambio DIN (alemana), especifica que el motor debe contener todos los elementos que montará en el vehículo. Por supuesto bajo la norma SAE el motor entregará una potencia bruta, mientras que medido bajo norma DIN, la potencia será la neta o real. Actualmente en la Unión Europea, se ha convenido utilizar como unidad al kilowatt ( KW), unidad de potencia eléctrica. Aquí, sí existe una importante diferencia con respecto al CV: 1 KW = 1,35 CV y 1 CV = 0,735 KW.

 

INYECCION ELECTRONICA: Sistema de alimentación de gasolina que reemplaza al carburador, y que comandado por una computadora mejora la relación aire-combustible, para cada una de las necesidades del motor, consiguiendo aumentar la potencia con un menor consumo.

 

INYECCION ELECTRONICA MONOPUNTO: Consiste de un solo inyector, sin importar la cantidad de cilindros, alojado en la zona donde debiera encontrarse el carburador. Si bien es superior en su funcionamiento al convencional carburador, no deja de ser un sistema elemental.

 

INYECCION ELECTRONICA MULTIPUNTO: Como su nombre lo sugiere, consta de un inyector en cada cilindro, apuntando a la/las válvulas de admisión. Este sistema es superior al monopunto ya que es más adaptable a cada requerimiento del motor.

 

ZONDA LAMBDA: Está situada en la tubería de escape y tiene por función analizar la cantidad de oxígeno libre que contiene el gas de escape. En realidad es un sensor de oxígeno. En el caso que los gases de escape tuvieran mucho oxígeno (significa una mezcla pobre o con poco combustible), el sensor lo informa a la computadora y ésta da la orden para inyectar más nafta. En el caso contrario (poco oxígeno o mezcla rica), la computadora reduce el volumen de combustible. Por lo expuesto, esta sonda puede compensar la falla de algún sensor.

 

INYECCION ELECTRONICA SECUENCIAL: En este sistema, además de contar con un inyector por cilindro, actúan exclusivamente durante cada carrera de admisión, logrando la máxima exactitud de relación aire-nafta. Por ser más complejo, costoso y por supuesto más eficiente, se lo utiliza en motores para vehículos de alta gama.

 

INYECCION DIRECTA DE NAFTA: En este caso los inyectores, en lugar de encontrarse alojados en el múltiple de admisión, están montados en la tapa de cilindros, por lo que inyectan directamente en la cámara de combustión, sobre la cabeza de cada pistón.

 

INYECCION DIRECTA CON MEZCLA ESTRATIFICADA: El sistema consiste en inyectar combustible a alta presión variable (de 30 a 100 bares comparado con el sistema convencional de 3 bares) en un costado del cilindro y cámara de combustión, formando una mezcla combustible de 16 partes de aire por 1 de nafta, donde comienza la combustión, mientras en el resto del cilindro hay solo aire. De esta forma luego de comenzada la combustión la mezcla se hace extremadamente pobre (30 a 1). El motor funciona de la forma explicada hasta las 3500 vueltas, luego, la computadora, pasa a mezcla normal.. Así se consigue aumentar la potencia disminuyendo el consumo y en consecuencia, bajar la cantidad de gases contaminantes. Sin embargo, como en dicho sistema el motor trabaja con exceso de oxígeno, aumentan los gases con óxidos de nitrógeno, absorbidos por un catalizador con precatalizador, más sofisticado que el común. En estos motores, el índice de compresión es de 11.5 a 1.

 

ACELERADOR ELECTRONICO: En este caso la mariposa de aceleración que se encuentra en el múltiple de admisión, no es accionada por el conductor desde el pedal del acelerador. Por el contrario el conductor, al acelerar, modifica la posición de un reóstato, el cual le transmite a la computadora los deseos del conductor. Es ésta la que mueve a la mariposa, para finalmente entregar el combustible necesario a los inyectores, después de haber verificado todos los datos enviados por los sensores. Una de las ventajas de este equipamiento se manifiesta en caso de que el conductor acelere demasiado en piso no adherente (agua, barro, nieve, hielo, etc.). En estas circunstancias, al recibir la computadora la información que las ruedas patinan, desacelera (aunque el conductor siga oprimiendo el acelerador) disminuyendo la fuerza tractora, hasta que las ruedas logren adherencia. En el caso de mezcla estratificada, abre más la mariposa para que funcione con mezcla pobre.

 

MULTIPLEXADO: Sistema de conexiones electrónicas utilizado en las más modernas aeronaves. Este sistema permite conducir por un único cable varias informaciones codificadas y tratadas informáticamente, para activar la función deseada, y así evitar la enorme cantidad de cables y sus conexiones utilizados en el sistema convencional. Esta reciente tecnología disminuye peso, mejora la eficiencia y está preparada para ser diagnosticada a distancia desde cualquier punto de la tierra. Contando con el equipo necesario, por supuesto. Además pueden integrarse todos los sistemas electrónicos del automóvil: gestión de motor (inyección y encendido), transmisión (caja automática, control de tracción, control de aceleración y ABS), confort (climatización, audio, informaciones, comunicación y navegación), seguridad (airbags, pretensores, inmovilizador y alarmas), dirección y suspensión.

 

16 VALVULAS: En realidad debiera decirse multiválvulas, ya que en lugar de poseer una válvula de admisión y otra de escape por cada cilindro, están equipados con dos válvulas de cada una por cilindro. Debido al hecho que los motores más difundidos son de cuatro cilindros, el total de válvulas es de 16. Sin embargo en el caso de tratarse de motores de seis cilindros, el total de válvulas sería de 24. Por supuesto si el número de cilindros fuera de cinco (existen casos), la cantidad de válvulas sumaría 20. Cabe comentar que existen motores de dos válvulas de admisión y una de escape y hasta de tres válvulas de admisión y dos de escape. En estos casos la suma es diferente. El objetivo de aumentar el número de válvulas, especialmente de admisión, es conseguir un mayor llenado de los cilindros aumentando la potencia a igualdad de cilindrada.

 

DOBLE ARBOL DE LEVAS A LA CABEZA; TWIN CAM O DOHC: Este montaje de doble árbol se utiliza con los sistemas de cuatro válvulas por cilindro, de tal forma uno de los árboles comanda las válvulas de admisión y el otro las de escape. En motores de 6 y de 8 cilindros configurados en “V”, es posible encontrar motores de cuatro árboles de levas: dos por cada bloque.

 

T. SPARK O TWIN SPARK: Los vehículos y sus motores identificados con estas palabras en inglés, están equipados con tecnología de doble bujía de encendido por cada cilindro. Ambas bujías no son iguales y su función es lograr una mayor velocidad de quemado de los gases y una más completa combustión. Al lograr ambos objetivos se consigue más rendimiento y menos contaminación.

 

BOTADORES HIDRAULICOS: Empujadores colocados entre los camones o exéntricas de levas y las válvulas, que por su funcionamiento no necesitan de regulación para absorber la dilatación de éstas. Dicha regulación es denominada: “luz de válvulas”. Los botadores hidraúlicos son montados en los sistemas de distribución multivalvulares. Permiten un funcionamiento más suave (sobretodo en frío) y disminuye la necesidad de mantenimiento. Cuando se mantiene el motor mucho tiempo detenido es posible que al arrancar aparezcan fuertes ruidos producto de que los botadores se encuentran descargados. Luego de algunos minutos de marcha todo vuelve a la normalidad.

 

VARIADOR DE FASE: Sistema de montaje del árbol de levas (generalmente del de admisión) en el que puede ser modificada su puesta a punto o también llamado “cruce”, con el fin de lograr un motor con un torque más parejo durante un número más amplio de rpm y un funcionamiento más suave en baja. La variación de puesta a punto es comandada por la computadora central de acuerdo a los datos de rpm, carga y temperatura que recibe de los sensores.

 

TURBO: El nombre completo sería: turbocompresor. Es un sobrealimentador que sopla aire a presión al múltiple de admisión obligando al motor a mejorar su llenado, logrando más potencia a igualdad de cilindrada. Consta de dos turbinas (de allí su nombre), separadas y estancas, unidas a un mismo eje. La alojada a la salida del múltiple de escape, es obligada a girar a más de 100.000 rpm por el flujo gases de escape. Esta turbina hace girar a la que está alojada a la entrada del múltiple de admisión soplando aire a presión (alrededor de una atmósfera) hacia los cilindros.

 

VALVULA LIMITADORA: Esta válvula limita la presión de carga del turbo para evitar la rotura del motor. Colocado un diafragma, con su resorte calibrado, en la salida del turbo, cuando el valor de la presión llega al previsto, abre una derivación de los gases de escape hacia la tubería, evitando que pasen por la turbina de escape y así mantener la presión correcta.

 

TURBO DE GEOMETRIA VARIABLE: Teniendo en cuenta que el turbo comienza a rendir a partir de cierta velocidad de los gases de escape (velocidad necesaria para hacer girar la turbina de escape, la que a su vez hace girar a la de admisión), se desprende que a bajas vueltas del motor el turbo no sobrecarga. En los turbos de geometría variable, los conductos de los gases de escape que desembocan en los alabes de la turbina de escape, puede ser modificada su orientación para hacer girar las turbinas más rápidamente aunque los gases tengan poca velocidad. De esta manera, estos turbos comienzan a rendir aún a bajas rpm del motor.

 

ARBOL/ES CONTRARROTANTE/S: Es conocida la vibración producida por los motores debida a su principio de funcionamiento. Por un lado, empuje por impulsos (cada vez que se produce una combustión en un cilindro) y, por otro, muchas piezas en movimientos alternativos. Esas vibraciones se producen en el giro del motor y si bien no pueden ser anuladas, sí pueden ser compensadas, absorbidas, o equilibradas colocando dentro del motor y paralelo al cigüeñal, uno o dos árboles contrapesados, girando en sentido contrario a la rotación del motor.

 

INTERCOOLER: En realidad su denominación en castellano sería: intercambiador. Entonces, como su nombre lo indica, es un radiador colocado a la salida del turbo, antes del múltiple de admisión, para enfriar el aire comprimido, y por lo tanto caliente, que entrega el turbo. Se trata de no alimentar al motor con aire caliente ya que por encontrarse dilatado posee menor cantidad de oxígeno a igualdad de volumen. Dichos radiadores pueden enfriar al aire por intermedio de aire, refrigerante o aceite.

 

MULTIPLE DE ADMISION VARIABLE: Si la preocupación de todo diseñador de motores es la búsqueda para lograr el mejor llenado posible y de hecho es la razón de la tecnología multivalvular, la incorporación del variador de fase del árbol de levas y hasta el montaje del turbo, incluido el intercooler, no escapa a dichos diseñadores la importancia que tiene la velocidad de los gases al llegar a las válvulas de admisión. Cuando el motor gira a altas revoluciones, los gases alcanzan una gran velocidad, sin embargo, en baja, los gases deben ser acelerados. Esto se logra con conductos de admisión finos y largos. Para nada convenientes a muchas rpm, en donde son necesarios conductos cortos y gruesos. Este compromiso se resuelve con el múltiple de admisión variable, el cual posee mecanismos controlados por la computadora del motor, que cambia los distintos conductos de admisión según las necesidades.

 

CATALIZADOR: Colocado en la tubería de escape tiene como función producir un cambio químico en los gases contaminantes que expulsa el motor, transformándolos en inofensivos o, por lo menos muy poco nocivos. Consta de un recipiente de chapa, (generalmente galvanizada) en cuyo interior se encuentra un cuerpo de cerámica, con conductos pasantes orientados a favor del flujo, de sección cuadrada y de menos de 1 mm. Toda la superficie interna de la cerámica está recubierta de metales del tipo del rodio, el iridio y el platino. Cuando el catalizador está caliente (entre 600° C y 800° C), al pasar los gases contaminantes, tales como el monóxido de carbono, los hidrocarburos mal quemados y los gases de óxidos de nitrógeno, los transforma en anhídrico carbónico y vapor de agua. El catalizador posee una vida útil ilimitada a no ser que se lo utilice con nafta con plomo, ya que inmediatamente se inutiliza. Otras dos posibilidades de destrucción, en estos casos de la cerámica, son los golpes (“panzasos”) y los cambios bruscos de temperatura (grandes charcos de agua).

 

INYECCION INDIRECTA EN MOTORES DIESEL: Sin dejar de mencionar que en el ciclo diesel el inyector actúa al final de la carrera de compresión y no en la admisión como en el naftero, este montaje hace que el inyector (siempre uno por cilindro) descargue dentro de una precámara iniciándose en ésta la combustión más rápida y controlada. Los motores con inyección indirecta son más silenciosos aunque no se logra la misma potencia que con la inyección directa. Esta característica hizo que durante décadas se utilizara la inyección directa para motores de camiones y utilitarios, y los de automóviles se diseñaran con inyección indirecta. Esto cambió en los últimos años con las nuevas tecnologías en inyección.

 

INYECCION DIRECTA EN MOTORES DIESEL: Como su nombre lo indica, el inyector descarga directamente en la cabeza del pistón produciendo una combustión más potente pero también más ruidosa que la indirecta. Sin embargo con la incorporación de nuevas tecnologías han logrado disminuir considerablemente el ruido (golpe diesel) por lo que actualmente se está utilizando la inyección directa casi exclusivamente.

 

PRECALENTAMIENTO: Es la acción, realizada por el conductor con el primer punto de la llave de contacto, hasta que una indicación en el tablero le informe que puede girar la llave para dar arranque. Los motores que deben ser precalentados poseen unos elementos mal denominados bujías (llevan a confusión con las de los motores nafteros) o mejor denominados precalentadores, colocados en la cámara de compresión. Al pasar corriente se ponen incandescentes calentando el aire que se encuentra en la cámara, permitiendo un más rápido arranque, aún en días de bajas o bajísimas temperaturas. Años atrás calentar dichos precalentadores demandaba alrededor de 1 minuto. Actualmente, con temperaturas ambiente de –10° c, no requiere más de 10 segundos.

 

BOMBA ROTATIVA (de inyección): Históricamente (de hecho todavía se utilizan en motores de gran cilindrada) las bombas de inyección siempre fueron lineales: un elemento bombeante atrás de otro. Finalmente apareció la denominada bomba rotativa, más pequeña, compacta y sobre todo, permite más velocidad de rotación y puede modificar fácilmente, la puesta a punto según las rpm del motor.

 

EDC: Son las siglas en inglés para denominar al Control Electrónico de la inyección. Los motores que incorporan esta tecnología poseen los mismos elementos de la inyección diesel convencional, a los que se agrega una computadora con sus sensores. Es esta computadora la que gestiona a la bomba inyectora modificando la cantidad de combustible según las necesidades del conductor y modificando la puesta a punto de la bomba de acuerdo a los parámetros de rpm y carga. La variación del punto de inyección según la carga recién pudo lograrse a partir de la incorporación de la electrónica al motor diesel. Los motores con control electrónico mejoraron su performace y redujeron el ruido.

 

COMMON RAIL: Sistema de inyección de gas-oil totalmente diferente a lo conocido. Básicamente consta de una bomba de combustible que eleva la presión del líquido a ¡1500 o 2000 kg/cm2!, manteniendo esa presión en un conducto común al que están conectados todos los inyectores. Estos, de accionamiento electrónico, son comandados por una computadora. Este sistema consiguió aumentar la potencia en más de un 10%, con una reducción del consumo del 30% y un muy bajo nivel de ruido.

 

INYECCION DE ALTA PRESION POR INYECTOR/BOMBA: Este mecanismo se caracteriza por poseer un inyector/bomba por cada cilindro. Dicho inyector/bomba es comandado por un árbol de levas exclusivo, lo que permite alcanzar altas presiones de inyección (similares a las del sistema common rail).

 

 

 

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