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    Estructura del motor de explosin

    Indice del curso

    El motor trmico de combustin interna esta formado bsicamente por una serie de elementos estticos y dinmicos, clasificados,

    en funcin de la misin que cumplen dentro del motor, en tres grupos esenciales, que serian:

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    Elementos fijosEn este grupo estn encuadrados aquellos elementos estticos necesarios para el funcionamiento del motor. Forman el armazn del

    motor y de los cilindros, en cuyo interior tiene lugar el proceso de combustin.

    Bloque motorEl bloque constituye el cuerpo estructural donde se alojan y sujetan todos los dems componentes del motor.

    La forma y disposicin del bloque est adaptada al tipo de motor correspondiente, segn sea de cilindros en "linea", horizontales

    opuestos o en "V".

    El bloque motor contiene los cilindros, los apoyos del cigeal y la culata, las canalizaciones de refrigeracin y engrase etc.

    Bloque con refrigeracin por agua

    Los motores refrigerados por agua llevan situados en el interior del bloque unos huecos y canalizaciones, denominadas "camisas de

    agua", que rodean a los cilindros y a travs de los cuales circula el agua de refrigeracin.

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    Bloque con refrigeracin por aireEn los motores enfriados por aire, para que la refrigeracin se realice en las debidas condiciones en toda la periferia del cilindro, es

    preciso que stos sean independientes, por lo que esta disposicin se emplea generalmente para motores monocilindricos.

    Para conseguir la refrigeracin se dispone alrededor del bloque una serie de aletas que aumentan la superficie radiante y eliminan

    mejor el calor interno.

    Bloque de motor de dos tiempos

    En pequeos motores de dos tiempos, debido a su sistema de alimentacin y escape por lumbreras laterales situadas en el cilindro,

    no es preciso hacer la culata desmontable. Se fabrican generalmente de un solo cuerpo, del tipo monoblock, con lo que resultan ms

    compactos y evitan puntos de unin entre sus elementos.

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    En otros casos, en los motores de 2 tiempos la culata si esta separada del bloque como podemos ver en le figura inferior.

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    Fabricacin del bloque

    Los bloques se fabrican de una sola pieza y completamente huecos para eliminar peso muerto en el motor. Todos los cilindros van

    dispuestos en uno o dos bloques, segn el tipo de motor, unidos por su bancada, formando as un cuerpo nico.

    Esta disposicin de un solo bloque tiene la ventaja de dar mayor rigidez al conjunto, simplifica la refrigeracin del motor y facilita el

    proceso de fabricacin.

    El material empleado en la fabricacin de los bloques es, generalmente, fundicin de hierro con estructura perltica, aleado con

    pequeas proporciones de cromo y nquel, que proporcionan una gran resistencia al desgaste y proteccin a la corrosin. Este

    material adems resiste muy bien las altas temperaturas que tiene que soportar.

    En la fabricacin de bloques se emplean tambin las aleaciones ligeras a base de aluminio-silicio, que tienen las ventajas de su

    menor peso y gran conductibilidad trmica, con lo que se mejora la refrigeracin. Estas caractersticas permiten aumentar el grado de

    compresin en los motores de gasolina, con lo que se obtiene una mayor potencia til y un menor peso especifico para una misma

    cilindrada.

    Formacin de los cilindros

    El orificio circular que sirve de cilindro puede practicarse sobre el propio material del bloque, o bien puede obtenerse ajustando en

    este unas piezas postizas en forma de tubo llamadas "camisas". Estas piezas se fabrican independientemente y se montan sobre el

    bloque con un buen ajuste.

    Segn el procedimiento empleado para obtener los cilindros hay que distinguir tres clases de bloques:

    Bloque integral

    Los cilindros se mecanizan sobre el propio material del bloque. Para ello, el orificio destinado a formar el cilindro se obtienen

    en bruto, de fundicin, con la sobremedida necesaria para el mandrinado Este tipo de bloque es muy utilizado en la actualidad

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    Bloque con camisas

    Las camisas son unos cilindros desmontables que se acoplan al bloque motor. Tienen la ventaja de que se pueden fabricar de

    materiales distintos al del bloque motor, por lo que pueden ser mas resistentes al desgaste y mas eficientes a la hora de

    evacuar el calor. En caso de avera o desgaste de los cilindros pueden ser sustituidas las camisas sin que el bloque motor se

    vea afectado.

    Las superficies interiores de las camisas se obtienen por mecanizado de precisin, rectificado y pulido. A continuacin,

    reciben un tratamiento superficial, que en muchos casos es un cromado con el fin de reducir el desgaste de segmentos ycilindros, estando controlado es proceso de forma que resulte una superficie finamente porosa capaz de retener el lubricantes

    Hay dos tipos de camisas en los bloques:

    Camisas secas: se llaman camisas "secas" por que no estn en contacto directo con el liquido de refrigeracin

    Camisas hmedas: se llaman camisas "hmedas" por que estn en contacto directo con el liquido refrigerante

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    Camisas secas

    Estas camisas van montadas a presin, en perfecto contacto con la pared del bloque, para que el calor interno puede transmitirse al

    circuito de refrigeracin. Estas camisas se fabrican de materiales mas resistentes que los del bloque por lo que pueden utilizarse en

    motores que soporten mayores presiones internas como son los motores Diesel. Las camisas se montan en el bloque a presin por

    medio de una prensa, de esta forma se consigue que queden fijas sobre el bloque sin que puedan moverse.

    Las camisas secas pueden ser con pestaa de asiento y sin pestaa.

    Camisas hmedas

    Las camisas hmedas son unos cilindros independientes que se acoplan al bloque que es completamente hueco. Se ajustan al

    bloque por medio de unas juntas de estanqueidad, para evitar que el agua pase al crter de aceite. Estas camisas sobresalen

    ligeramente del plano superior del bloque de forma que quedan fijadas una vez que se aprieta la culata.

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    Esta disposicin del motor ofrece una mejor refrigeracin del motor, y se emplea generalmente en motores de gran potencia, donde

    se necesita una mayor evacuacin de calor. Tiene el inconveniente de su mayor costo de fabricacin y una cierta dificultad de

    montaje, ya que, al estar la camisa en contacto directo con el liquido de refrigeracin, existe el riesgo de que se produzcan fugas a

    travs de las juntas de estanqueidad.

    La culataEs la pieza que sirve de cierre de los cilindros, formandose generalmente en ella las cmaras de combustin. En la culata se instalan

    las vlvulas de admisin y escape, los colectores de admisin y escape, los balancines, el rbol de levas, tambin los elementos de

    encendido o inyeccin, segn el tipo de motor de que se trate. Ademas de las cmaras de combustin la culata tiene cmara para el

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    liquido de refrigeracin y conductos para los gases de escape y aire de admisin.

    Culata para motor de cuatro tiempos

    Debido a los esfuerzos a que est sometido y a las altas temperaturas que tiene que soportar, este elemento es una de las piezas

    mas delicadas y de difcil diseo del motor. La cantidad de huecos y orificios de paso que posee pueden hacer que su estructura

    quede debilitada. Se fabrica hueca para que pueda circular por su interior el agua de refrigeracin.

    Todo ello hace muy difcil a la hora de proyectar una culata, fijar matemticamente sus dimensiones y espesores de material, los

    cuales deben adaptarse a las caractersticas del motor, con un espesor en sus paredes lo mas uniforme posible para evitar

    desequilibrios trmicos en la misma, lo cual originaria la aparicin de grietas en la estructura.

    Las zonas de la culata que soportan ms calor son: la cmara de combustin y el conducto de salida de los gases quemados. Por

    tanto, se debe estudiar con detalle la correcta circulacin del liquido de refrigeracin, para que todo el conjunto quede trmicamente

    equilibrado.

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    Culata para motores de dos tiempos

    Esta culata es mas simple que la de cuatro tiempos, ya que solo necesita un orificio para instalar la buja o inyector. Resulta an

    mas sencilla si la refrigeracin se realiza por aire.

    No obstante, la refrigeracin de esta culata es de suma importancia, ya que, al producirse en ella las combustiones con mayor

    rapidez, se dispone de menos tiempo para la evacuacin del calor interno. Por esta razn su material alcanza mayor temperaturalimite durante su funcionamiento. Estas culatas utilizan materiales de aleacin ligera como el aluminio y tienen una serie de aletas

    externas que ayudan a la evacuacin del calor del motor.

    Material de las culatas

    El material para la fabricacin de las culatas es:

    Aleacin de aluminio: la culata se construye de aleacin de aluminio, silicio y magnesio. Sus principales cualidades son

    una buena resistencia, peso reducido y gran transferencia de calor, lo que permite alcanzar rpidamente la temperatura de

    funcionamiento y facilita la refrigeracin.

    Estas culatas son mas caras de fabricar y son mas frgiles porque sufren mayores deformaciones. Pero tienen la ventaja de

    su menor peso y su mayor capacidad de refrigeracin del motor. Estas caractersticas hacen que las culatas de este tipo

    sean la mas utilizadas actualmente. Se pueden montar tanto en motores con bloque de fundicin como de aleacin de

    aluminio.

    Hierro fundido: la culata se construye con una aleacin de hierro, cromo y nquel, que la hacen mas resistente y menos

    propensa a las deformaciones. Estas culatas admiten un mayor par de apriete y es mas resistente a las deformaciones y

    tiene la desventaja de su mayor peso y su menor capacidad de refrigeracin del motor.

    Montaje de la culata

    Una de las caractersticas a tener en cuenta de las culatas es su amarre al bloque motor, ya que, al estar sometida a la fuerza de

    empuje de los gases de la combustin, tiende a separarse del bloque. Por esta razn, el sistema de amarre y el numero mas

    conveniente de puntos de unin, se estudia cuidadosamente, as como la calidad y dimensiones de los esprragos empleados paraello.

    El nmero de puntos de amarre depende de las dimensiones de la culata ya que si se emplean muchos esprragos, mayor es el

    nmero de agujeros que hay que practicar en la misma, lo que debilita su estructura y aumenta las dificultades de moldeado. Por otra

    parte se disminuye el peligro de flexin y la dilatacin de la misma, al ser menor la separacin entre puntos de amarre, asegurando

    as el cierre estanco de los cilindros.

    El par de apriete establecido para cada culata viene indicado por el fabricante en funcin de la presin interna y del material empleado

    en su fabricacin. Este par de apriete se logra con el empleo de llaves dinamomtricas. Se debe seguir el orden de apriete

    establecido por el fabricante, comenzando normalmente por el centro y terminando por los extremos.

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    Formas y caractersticas de las cmaras de combustin

    Una caracterstica importante de las culatas es el tipo de cmaras de combustin que llevan mecanizadas. La cmara de combusti

    es el espacio que existe entre la cabeza del pintn en el PMS y las diferentes formas que se mecanizan en la culata. En la cmara

    de combustin se comprime la mezcla o el aire en su grado mximo.

    La cmara de combustin se construye principalmente en la culata, y en ella se alojan las vlvulas de admisin y escape y la buja o

    el inyector dependiendo del motor sea Otto o Diesel.

    Cmaras de combustin para motores OttoEn los motores de gasolina los mejores resultados se obtienen con una forma de cmara semiesfrica pero debido a la disposicin y

    dimensionado de las vlvulas, cuyo asiento debe ser plano, la configuracin de la cmara se aleja de su forma ideal.

    Las diferentes formas de la cmara de combustin pueden ser:

    Cmara de baera y en cua

    Se emplean generalmente con las vlvulas situadas en la culata y la buja situada lateralmente, lo cual facilita el acceso a este

    elemento. Tienen la ventaja de que el recorrido de la chispa es muy corto y de limitar el acceso de turbulencia en el gas,

    produciendose, a la entrada de gases, un soplado sobre la cabeza del mbolo que reduce el picado.

    La cmara en forma de cua tiene las vlvulas colocadas en paralelo, lo que simplifica su sistema de mando.

    La cmara en forma de baera tiene una configuracin que facilita un gran alzado de vlvulas y tambin se simplifica el

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    sistema de mando.

    Cmara hemisfrica

    Es la mas parecida a la forma ideal, las vlvulas se disponen una a cada lado de la cmara y la buja en el centro. Esta

    disposicin favorece la combustin y acorta la llama desde la buja a la cabeza del mbolo.

    Este tipo de cmara se emplea mucho actualmente, ya que permite utilizar vlvulas de mayor seccin o bien situar mas

    vlvulas para la admisin y escape (3, 4 y hasta 5 vlvulas).

    Cmara cilndricaEsta cmara es muy utilizada por su sencillez de diseo y fcil fabricacin, lo cual abarata el costo de la culata.

    Cmara de combustin en motores de inyeccin directa

    La cmara en estos motores desempea un papel muy importante ya que en alguna fases de su funcionamiento se utilizan

    mezclas pobres. Los pistones en estos motores utilizan unos deflectores en su cabeza (figura inferior), cuya forma orienta

    convenientemente el torbellino del gas de manera que se concentra una mezcla rica en torno a la buja y por otra parte

    tenemos una mezcla pobre en la periferia.

    Cmaras de combustin para motores Diesel

    En el funcionamiento de los motores Diesel, la combustin se realiza comprimiendo solamente el aire de admisin e inyectando a

    continuacin el combustible, el cual, al contacto con el aire caliente, se inflama y produce la combustin. Esta inflamacin no es

    instantnea sino que se produce cuando la temperatura del mismo se comunica al liquido. Es decir, que si el aire esta en reposo, las

    primeras gotas de combustible enfran el aire circundante, lo cual retrasa la combustin.

    Por otra parte, la combustin en estos motores no se realiza en un frente nico, como ocurre en los motores Otto, sino en diferentes

    puntos a la vez y se transmite a toda la mezcla. Si todos estos puntos de aire, en el interior de la cmara, no estn a la misma

    temperatura se produce un efecto de picado, al no inflamarse la mezcla homogneamente.

    Para tener una combustin optima en los motores Diesel es necesario tener una relacin de compresin alta y conseguir que el aire

    de admisin adquiera una turbulencia para que el calor se transmita por igual en todos los puntos de la cmara.

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    La turbulencia del aire dentro del cilindro se consigue dando a la cmara de combustin la forma mas adecuada. Segn la

    disposicin adoptada, existen los siguientes tipos de cmaras:

    Cmaras de inyeccin directa

    En este sistema el combustible es inyectado directamente en la cmara de combustin a travs de varios orificios del inyector. Al

    chocar el combustible contra la cabeza del mbolo, que es la zona mas caliente, se consigue una mejor mezcla y varios puntos

    simultneos de ignicin.

    La cmara de combustin esta constituida en la cabeza del mbolo y la turbulencia se consigue dando a esta cmara una forma

    toroidal. Durante la admisin entra el aire con una inclinacin adecuada e incide lateralmente en la cmara y, siguiendo la forma de la

    misma, crea un torbellino en el centro que sube hasta chocar contra la culata y se une al que sigue entrando para formar el torbellino

    trico. El torbellino, durante la compresin, aumenta de velocidad, consiguiendo as mantener el aire en movimiento y su temperaturahomognea en toda la cmara.

    Este sistema, al tener menor superficie de cmara de contacto con el circuito de refrigeracin, proporciona una mayor temperatura

    interna, lo cual facilita el arranque en fro y supone un menor consumo de combustible. El rendimiento del motor es ms elevado ya

    que se produce una combustin completa.

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    Cmaras de inyeccin indirecta

    Este tipo de motores utilizan una cmara de combustin principal y otra auxiliar. La inyeccin de combustible se realiza en la

    precamara o cmara auxiliar que esta unida a la principal por un estrechamiento, cuya funcin es provocar una gran turbulencia del

    aire y el combustible inyectado.

    La cmara auxiliar se fabrica de acero especial y va montada de manera postiza sobre la culata. La relacin de compresin es mas

    alta que en los motores de inyeccin directa del orden de 18 - 22/1. El uso de cmara auxiliar suaviza el funcionamiento del motor

    Diesel y como desventaja tiene que aumenta el consumo de combustible. El arranque en fro del motor es mas difcil,s por lo que se

    utilizan sistemas de precalentamiento de la cmara auxiliar.

    Cmara de precombustin

    La cmara de combustin esta dividida en dos partes una en la propia cmara del cilindro y la otra en una antecamara ocmara auxiliar. Ambas cmaras se comunican entre si a travs de unos finos orificios, llamado difusores.

    Durante la compresin casi todo el aire pasa de la cmara principal a la antecmara a travs de los difusores y adquiere gran

    velocidad debido a la estrechez de los orificios. Una vez que se inyecta el combustible se produce la combustin en contacto

    con el aire caliente, de modo que se crea una sobrepresin que expulsa los gases inflamados a travs de los orificios

    calibrados a gran velocidad. Esto provoca una turbulencia en la cmara principal que hace posible una combustin progresiva.

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    Cmara de turbulencia

    Esta configuracin se compone de una cmara auxiliar de forma casi esfrica anexa a la cmara de combustin principal, que

    tiene casi el 50% del volumen de la compresin total. La cmara auxiliar est conectada con la principal por una canal que

    desemboca tangencialmente orientado hacia el centro del pistn. En la cmara auxiliar estn ubicadas tambin el inyector y la

    buja de incandescencia. En la cmara de turbulencia se produce en el tiempo de compresin una fuerte turbulencia, en la cua

    el combustible es inyectado sobre el aire caliente que provoca la combustin total en el interior de la cmara auxiliar. La

    violencia de la expansin de los gases en la combustin es frenada por el canal tangencial, con lo que se consigue una

    expansin suave y progresiva.

    Los motores con cmara de turbulencia son los mas utilizados en los motores Diesel para automviles. Esto fue as hasta la

    aparicin de los motores de inyeccin directa que son los mas utilizados actualmente.

    Colectores de admisin y escapeEstos elementos van situados lateralmente en la culata y, como su nombre indica, son los conductos por los cuales entran las gases

    frescos al interior del cilindro y salen al exterior los gases quemados.

    Colector de admisin

    El colector de admisin suele fabricarse de aluminio, ya que al no estar expuesto a las elevadas temperaturas del motor no sufre

    apenas dilataciones, reduciendo as el peso del mismo.

    La principal caractersticas de este colector, es su perfecto diseo en cuanto a distribucin y dimetro interior, a fin de que la mezcla

    o aire de admisin llegue sin perdidas de carga a cada uno de los cilindros. Para que esto se cumple la longitud de los tubos debe

    ser lo mas corto posible y equidistante del carburador o en sistemas de inyeccin monopunto, con una superficie interiorperfectamente lisa, para evitar retenciones de la mezcla durante la admisin.

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    Para favorecer el arranque en fro evitando que el combustible se condense en las paredes, se utilizan sistemas de calentamiento

    situados en los colectores por debajo de la mariposa de gases. Estos sistemas pueden aprovechar el calor del agua de refrigeracin

    o bien utilizar una resistencia elctrica de calentamiento.

    En sistemas de inyeccin multipunto, los colectores se pueden optimizar mejor, ya que cada cilindro tiene su inyector al lado de lavlvulas de admisin, por lo que podemos dar una longitud a los tubos de admisin lo mas optimo a las caractersticas del motor

    (cilindrada, n r.p.m.). En este tipo de motores se pueden utilizar sistemas de admisin variable que pueden variar la longitud de los

    tubos del colector de admisin o bien utilizar tubos divididos que se utilizan parcialmente o en su totalidad utilizando mariposas de

    paso.

    En motores Diesel se utilizan colectores como los utilizados en los sistemas de inyeccin multipunto ya que tienen un inyector por

    cada cilindro independientemente del sistema de inyeccin utilizado. En estos motores se buscan colectores de admisin que

    consigan una elevada turbulencia de aire en el interior del cilindro.

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    Colector de escape

    Se fabrican de hierro fundido con estructuras perltica, ya que tiene que soportar altas temperaturas y presiones durante la salida de

    los gases. Como en el caso del colector de admisin, debe estar diseado para evitar toda contrapresin en el interior del cilindro y

    facilitar la salida rpida de los gases.

    Existen varios modelos que se adaptan a cada tipo de motor. Se emplea el sistema de tubos mltiples en los motores de altas

    prestaciones.

    Disposicin de los colectores en el motor

    Los colectores se sitan uno a cada lado de la culata, lo cual favorece el arrastre de gases quemados debido al flujo de entrada de

    los gases frescos de admisin.

    Otras veces, ambos colectores se colocan en el mismo lado de la culata, con lo cual el calor de los gases de escape se transmiten

    al colector de admisin. Esta disposicin favorece la perfecta carburacin de la mezcla en los motores Otto y evita la condensacin

    de los gases en el colector de admisin en tiempo fro.

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    Juntas en el motorEn todo acoplamiento de elementos fijos se interpone una junta de unin, la cual hace de cierre estanco entre ellos. El material

    empleado para cada tipo de junta debe ser el adecuado a la funcin que tiene que cumplir y a la posicin que ocupa en el motor, ya

    que algunas de estas juntas han de soportar elevadas presiones y temperaturas. La junta mas importante del motor es la junta

    culata, por las duras condiciones en las que tiene que trabajar y por su enorme importancia en el normal funcionamiento del motor.

    Las juntas en general utilizadas en el automvil estn fabricadas en materiales como papel, corcho, caucho, metal o la combinacin

    de alguno de ellos (juntas de acero recubiertas de elastmeros).

    Atendiendo a su aplicacin, pueden dividirse en juntas de c ulata, juntas de s ellado de crteres de aceite, colectores de admisin y

    escape, bomba de agua, bomba de aceite, etc.

    Junta culata

    La junta de culata es la junta plana sometida a las mayores exigencias de trabajo en el interior de un motor. Tiene la funcin de sellar

    las cmaras de combustin, los conductos de refrigerante y lubricante, y los agujeros de los tornillos entre s.

    Dependiendo del diseo del motor, una junta de culata consta de varias lminas de acero. As por ejemplo, los motores Diesel de

    elevada carga de funcionamiento precisan de unas juntas de culata con un diseo constructivo mucho mayor que los motores Otto d

    escasa potencia y poca carga.

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    Las prestaciones de las juntas culatas deben resistir todo tipo de requerimiento qumico, fsico y estructural de los motores y deben

    ser construidas con una elevada resistencia a: los gases de combustin y a diversos fluidos agresivos, las altas temperaturas y

    rpidas variaciones trmicas de hasta 240C, y las altas presiones de combustin extremadamente variables y puntuales de hasta

    120 bar en motores Otto y ms de 200 bar en los motores Diesel, por citar algunos datos.

    Datos para elegir la junta culata

    Para elegir el tipo de junta culata que montaremos sobre el motor hay una serie de datos que hay que tener en cuenta. Uno de los

    datos es la distancia entre la superficie del pistn (C) en el punto muerto superior (PMS) y la superficie de separacin del bloque

    motor. Otro dato importante es el espesor de la junta que viene determinado por el "nmero de entalladuras" o muescas.

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