1.6.2. Motor de gasolina (II)

Después de conocer los elementos del motor de explosión de gasolina y su funcionamiento elemental, seguimos describiendo más detalles para complementar la información con estos temas; actuación del acelerador, estanqueidad y engrase entre pistón – cilindro, volumen efectivo interno del motor y complementos en escape y admisión.

La mariposa de gases

El motor funciona a velocidades de giro variables que se denominan revoluciones por minuto, RPM.

Es una revolución una vuelta del cigüeñal, lo que equivale a un descenso y subida del pistón.

En el motor de gasolina se regula su velocidad de giro, RPM, adaptando la cantidad de mezcla que entra en los cilindros.

Se hace incorporando en el colector de admisión una válvula de paso variable, denominada mariposa de gases como se representa en la animación siguiente, viendo el motor de frente y de lado con sus cuatro cilindros en línea:

  • Se ha representado didácticamente una cámara en el colector de admisión con la mariposa girando en su interior. La mariposa está conectada al pedal del acelerador, se abre más al pisarle y se cierra a soltarlo.
  • Con el acelerador libre pasa una pequeña cantidad de mezcla aire – gasolina al motor para mantener un régimen de giro mínimo, es el ralentí.,
  • Se aprecia el incremento de entrada de mezcla en los cilindros al acelerar, subida de RPM y su disminución al decelerar, bajada de RPM.

La aportación de gasolina en el colector de admisión se puede hacer antes o después de la mariposa de gases.

En las dos imágenes de esta animación se ha supuesto que se aporta la gasolina antes y llega ya la mezcla a la mariposa de gases.

Los segmentos

El funcionamiento del motor de explosión se basa en aprovechar la energía de la combustión para empujar al pistón, si hay merma en la fuerza de empuje se resentirán las prestaciones del motor.

Los movimientos de vaivén del pistón en el interior del cilindro producen rozamientos con dos inconvenientes, pérdida fuerza de empuje y desgastes.

Veamos cómo se compensan estos aspectos con esta animación:

  • Se evita que toda la superficie exterior del pistón roce con el cilindro incorporando unos elementos adicionales, los segmentos.
  • Son los segmentos unos aros abiertos que se acoplan en unas hendiduras específicas que tienen talladas los pistones.
  • Son tres segmentos, comenzando desde arriba
    • Segmento de fuego (SF); es el que está en contacto directo con la explosión. Su función es evitar o reducir la fuga de presión hacia abajo, es decir pérdida de compresión y energía de la combustión.
    • Segmento de estanqueidad (SE); trata de evitar las posibles fugas de presión que no ha podido parar el segmento de fuego.
    • Segmento de engrase o lubricación (SL); este segmente no es macizo como los dos anteriores, es hueco y comunica con unos taladros en el pistón para que pase aceite desde el interior de este al exterior y lubrique sus desplazamientos por el cilindro. Los segmentos de estanqueidad y fuego tratan de evitar también que pase aceite a la cámara de combustión, a la vez que son engrasados por su contacto.

Los segmentos están abiertos en su círculo de forma que se puedan separar del pistón.

Al estar montados ha de haber una cierta holgura en su cierre para asumir la dilatación al calentarse el motor, lo que quiere decir que con el motor frío el ajuste entre segmentos y cilindro es imperfecto.

Durante el montaje de los segmentos sobre el pistón, se han se situar las aberturas en diferentes posiciones angulares para que no coincidan, lo que propiciaría la pérdida de presión y subida de aceite.

Lo más frecuente es que sean tres los segmentos en el pistón del motor de explosión en el automóvil, tal como se ha representado.

La presión de compresión se mantiene solamente unos instantes, suficientes con el motor en buen estado para que la energía de la explosión empuje al pistón, tras parar el motor la presión escapa hacia debajo de los pistones.

Con el desgaste del motor se va perdiendo compresión pues el ajuste entre segmentos y cilindro se va deteriorando.

El desgaste natural del motor es la ovalización de los cilindros y disminución del espesor de los segmentos, lo que implica pérdida de compresión y consumo de aceite al ser quemado en la combustión, humo azul por el escape.

Cilindrada del motor

Las prestaciones de un motor de explosión de gasolina dependen de muchos factores, el inicial didácticamente es su tamaño interno, el volumen de los cilindros, tal como nos explica la siguiente animación con un motor de cuatro cilindros en línea:

  • Los pistones hacen un recorrido de baja y sube en el interior de los cilindros.
  • Tomando como referencia los puntos alto y bajo en el recorrido de los pistones, se determina el volumen efectivo del motor, la capacidad de llenado de la mezcla aire – gasolina en cada cilindro.
  • La suma de los volúmenes de los cilindros, abarcado por el recorrido de los pistones, cuatro en este caso, nos da la cilindrada del motor.
  • Se mide en las unidades de volumen, litros o centímetros cúbicos.
  • En principio la cilindrada es un indicador de las prestaciones del motor (par y potencia como se explica más adelante), es decir la cilindrada es proporcional a las prestaciones del automóvil.

Hasta ahora hemos visto en las explicaciones motores de un cilindro y de 4 en línea.

Hay bastantes más posibilidades en número de cilindros y su disposición, que iremos conociendo según avanza el curso.

Estos son algunos ejemplos de lo veremos, que además nos informan de la cilindrada de los motores de los automóviles que acabamos de ver:

  • Citroén 2 CV; 0,6 litros (602 cc) con dos cilindros horizontales opuestos.
  • BMW 535i; 3 litros (2.979 cc) con seis cilindros en línea.
  • Audi A1 1.2 TFSI; 1,2 litros (1.197 cc) con cuatro cilindros en línea.
  • Renault Captur TCe 90; 0,9 litros (898 cc) con tres cilindros en línea.
  • Volvo XC90 D4; 2,4 litros (2.401 cc) con cinco cilindros en línea.
  • Mercedes E 500; 4,7 litros (4.663 cc) con ocho cilindros en V.
  • Dodge Vipe; 8,3 litros (8.277 cc) con diez cilindros en V.
  • Ferrari FF; 6,3 litros (6.262 cc) con 12 cilindros en V.
  • Cadillac Sixteen; 7,4 litros (7.412 cc) con dieciséis cilindros V.
  • Lancia Lambda; 2,6 litros (2.570 cc) con 4 cilindros en V estrecha.
  • Bentley Continetal GT W12; 6,0 litros (5.998 cc) con 12 cilindros en W.
  • Seat Toledo 2,3 V5 20V; 2,3 litros (2.324 cc) con cinco cilindros en V estrecha.

Hay otros aspectos y tecnologías que hacen variar las prestaciones del motor además de la cilindrada, entre estas la más representativa es la sobrealimentación que se verá en los capítulos 15 de los tres niveles del curso.

El sistema de escape

El funcionamiento del motor de explosión produce ruido y vibraciones.

Se han reducido estas últimas bastante con más número de cilindros, pero el ruido de las explosiones sale al exterior y se ha de evitar o al menos reducir.

Vamos a ver como se logra y también la forma de conseguir que entre al motor aire limpio y sin impurezas, que podrían dañar sus componentes internos.

Todo esto en la animación que sigue con dos vistas del motor, de frente y lateral:

  • En el colector de escape se coloca un silenciador con el objetivo de reducir el ruido y también las vibraciones inherentes al funcionamiento del motor.
  • Antes de la entrada del colector de admisión en el motor se intercala el filtro de aire, que acumula las impurezas que pueda traer para que no pasen al interior del motor.

La imagen que se ve a continuación nos presenta un automóvil completo, con motor longitudinal delantero de cuatro cilindros en línea y propulsión (tracción trasera).

Con esta imagen animada se explica el funcionamiento interno del silenciador, bueno silenciadores, pues hay dos en la línea de escape y también se detallan sus desgastes:

  • La línea de escape, con dos silenciadores para mejorar su eficacia, cuenta con un flector que absorbe las vibraciones y movimientos relativos entre el sistema de escape y el motor.
  • El conjunto del escape va asentado en los bajos del automóvil mediante apoyos elásticos, para hacer la función de suspensión y reducir vibraciones que puedan dañar a sus componentes y conexiones.
  • En el interior de los silenciadores hay una placas en diferentes posiciones y taladradas, que obligan a los gases de escape a hacer recorridos tortuosos reduciendo su velocidad e  inercia, lo que reduce en la salida de los silenciadores el ruido y vibraciones.
  • Funciones del sistema de escape y silenciadores:
    • Evacuar los gases quemados en el motor por el conducto final de salida y sin que pasen al interior del habitáculo.
    • No oponer resistencia al paso de los gases, incluso a altas RPM para no perjudicar las prestaciones del motor.
    • Reducir el ruido producido por el funcionamiento del motor.
    • Ayudar a la “respiración” del motor; la velocidad de tránsito de los gases de admisión y escape por sus respectivos colectores y sistemas es vertiginosa, produciéndose efectos de rebote de las ondas de presión, potenciadas por la presencia del filtro de aire en admisión y silenciadores en el escape.
    • La frecuencia y amplitud de estas ondas son determinantes para el rendimiento del motor, se denomina a este efecto “resonancia” y lo veremos con detalle en próximos módulos, el primero será el módulo “2.8.1. Par y potencia” del nivel 2 (intermedio).
  • Desgastes del sistema de escape y silenciadores:
    • Corrosión interna; con el motor parado el sistema de escape está en contacto con el aire ambiente y su humedad.
    • El agua oxida los componentes del sistema de escape y especialmente a los silenciadores, hasta producirse perforaciones con el incremento de ruido y alteración del rendimiento del motor.
    • Al arrancar el motor en frío es frecuente ver humo blanco por el escape durante un corto periodo, es agua condensada dentro del escape que sale en forma de vapor.
    • El sistema de escape trabaja a temperaturas muy altas, lo que implica una fatiga térmica para sus componentes.
    • Las ondas de presión, resonancia, mencionadas y las vibraciones de funcionamiento afectan a la integridad del sistema de escape.
    • Es importante que el/los flector/es y apoyos elásticos hagan correctamente sus funciones.
    • Los gases de escape contienen elementos químicos del combustible y los producidos por los residuos de la combustión que van degradando las superficies internas del sistema de escape, especialmente los silenciadores.

En las imágenes de estas dos últimas animaciones se ha situado la aportación de gasolina en admisión después de la mariposa, antes se había representado delante.

Puede estar colocada la aportación de gasolina antes o después de la mariposa, pero siempre detrás del filtro de aire.

En los capítulos 12 (“Alimentación y encendido del motor de gasolina”) de los tres niveles (básico, intermedio y avanzado) se explicarán las diferentes formas de suministrar la gasolina al motor, desde la carburación a los diferentes sistemas de inyección mecánica y electrónica.

Resumen de este módulo

Hemos visto en este módulo los temas que repasamos a continuación con la ayuda de esta animación:

  • La mariposa de gases controlada por el pedal del acelerador es el sistema para regular las RPM y prestaciones del motor de gasolina.
  • Es necesaria en este motor para mantener la proporción aire – gasolina para la combustión (dosado), como se explica en el módulo 2.12.1. del nivel 2 (intermedio).
  • La estanqueidad y engrase entre pistón – cilindro se logra con los segmentos acoplados alrededor del pistón, de fuego, de estanqueidad y de engrase.
  • La cilindrada del motor es la capacidad en volumen de los cilindros abarcados por el recorrido de los pistones en su interior, medida en litros o centímetros cúbicos.
  • El ruido y vibraciones generados por el funcionamiento del motor se reducen con el/los silenciador/es, y la suspensión del asentamiento del sistema de escape, con el o los flectores y los apoyos elásticos.
  • El filtro de aire en el colector de admisión evita que entren a los cilindros suciedad o impurezas que podrían dañan sus elementos internos.

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