Libro Mecanica-Automovil Camiones Diesel 1

7/28/2019 Libro Mecanica-Automovil Camiones Diesel 1

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10. SISTEMA DE FRENADO. NUEVAS TECNOLOGAS

10.1. Necesidad y fundamento bsico .............................................................................100

10.2. Tipos de freno...........................................................................................................100

10.3. Sistema de accionamiento neumtico.....................................................................102

10.4. Sistemas de mejora de la eficacia del frenado .......................................................103

10.5. Cuidados y mantenimiento ......................................................................................105

10.6. Nuevas tecnologas ..................................................................................................106

NDICE GENERAL DE CONTENIDO

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TEMA 1

EL AUTOMVIL. GENERALIDADES Y ESTRUCTURA DE CONSTRUCCIN

1.1. Definicin de automvil y sistemas que lo forman.

1.2. Descripcin de los tipos de estructuras de construccin.

1.3. Fuerzas que actan sobre los vehculos.

1.4. Comportamiento de la estructura ante una colisin. Airbag.

1.5. Cuidados y mantenimiento de la carrocera.


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OBJETIVOS

I Describir el automvil y los sistemas que lo componen.

I Conocer la estructura de construccin.

I Analizar la estabilidad dinmica.

I Poner de relieve la importancia de las condiciones de seguridad pasiva que deben reunir losvehculos.

I Observar las opreraciones elementales de mantenimiento de la carrocera.

1.- DEFINICIN DE AUTOMVIL Y SISTEMAS QUE LO FORMAN

De todas las definiciones, desde el punto de vista puramente mecnico, Automvil significa que se muevepor s mismo.

Para poder desplazarse con seguridad un automvil necesita dela participacin de una serie de sistemas mecnicos querealizan funciones diversas. Ha de tener un sistema que propor-cione energa de desplazamiento (motor) y un sistema que latraslade (transmisin) a los elementos en contacto con el suelo(ruedas), que a travs de su adherencia a la calzada proporcionanel movimiento al vehculo.

Tambin ha de tener otras cualidades como estabilidad ycomodidad (suspensin), debe poder ser dirigido por la trayec-toria deseada (direccin) y poder aminorar la velocidad, ser dete-nido y permanecer inmovilizado (frenos), cuando sea necesario.

A lo largo de diversos captulos se irn desarrollando cada uno de dichos sistemas. De todos los autom-viles, se tratarn los camiones y autobuses, desde el punto de vista de su mantenimiento que rene, tantoconocer como funcionan, hasta comprender cmo se van produciendo los desgastes de las piezas.

SISTEMAS QUE FORMAN UN AUTOMVIL

LA ESTRUCTURA METLICA, compuesta por el bastidor y la carrocera.

EL MOTOR, con los subsistemas de distribucin, alimentacin y escape, lubricacin y refrigeracin.

EL EQUIPO ELCTRICO, que lo componen la batera, generador, motor de arranque y accesorios.

LA TRANSMISIN, compuesta por el embrague, la caja de velocidades, el diferencial y los palieres.

LAS RUEDAS, que estn formadas por las llantas y los neumticos.

LA SUSPENSIN, con los muelles, mecnicos y neumticos, y amortiguadores.

LA DIRECCIN, compuesta por el volante, columna de direccin, engranaje y acoplamientos.

LOS FRENOS, con el mando, circuito y elementos frenantes.

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Tema 1.

Fig. 1-1 Organizacin del automvil


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2.- DESCRIPCIN DE LOS TIPOS DE ESTRUCTURAS DE CONSTRUCCIN

En este primer tema se tratar el armazn del vehculo, es decir, su estructura de construccin.

LA ESTRUCTURA METLICASirve para permitir que el resto de elementos se vayan sujetando a ella

y que soporte tanto a la carga y al conductor como a los pasajeros.

Est formada por el bastidor y la carrocera.

BASTIDORAl bastidor se van fijando todos los elementos que forman el vehculo.

Consiste en una serie de vigas de tamao y forma adecuados a losesfuerzos que debe soportar y constituye la base del chasis del veh-culo. Aloja los ejes, la transmisin y su unin con el motor soporta lacabina y las piezas de la carrocera.

La construccin ms convencional es la que se compone de doslargueros y varios travesaos dependiendo de la longitud delvehculo. En los puntos crticos de los largueros, sometidos acargas mximas, se montan suplementos a modo de refuerzo.

Existen otros tipos de bastidores, como el bastidor de celosa,que se utiliza en la construccin de autobuses, obtenindose unaestructura resistente.

El bastidor debe ser muy verstil para la utilizacin flexible dediferentes carroceras. La geometra y la seccin de las vigas delbastidor se determinan en base a la utilizacin que posteriormentevaya a hacerse de ella.

Los depsitos de carburante van montados lateralmente en el bastidor. Debido al elevado peso del volu-men de carburante, las fijaciones se ven sometidas a grandes esfuerzos.

Tambin incorporan el soporte para alojar las bateras en una zona fcilmente accesible o utilizando carrosportabateras para mejorar la accesibilidad y ofrecen zonas para acoplar otros elementos, como algunoscomponentes del sistema neumtico, el compresor del aire acondicionado, la rueda de repuesto, etc.

Para un buen mantenimiento del bastidor, conviene realizar elengrase, con una pistola de engrase y utilizando grasa para tempe-raturas elevadas, de los siguientes puntos:

I Juntas deslizantes universales.

I Cojinetes de los pedales de freno, acelerador y, en su caso,de embrague.

I Juntas de rtulas.

I Bisagras de las puertas.I Rales de la caja de bateras, etc.

Tema 1.

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Fig. 1-4 Depsito y escaleras

Fig. 1-3 Bastidor convencional

Fig. 1-2 Chasis


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Algunos camiones y autobuses disponen de un circuito auxiliar para permitir un engrase automtico dealgunos de los elementos mencionados anteriormente.

LA CARROCERALa carrocera cierra el conjunto formado por el bastidor y los

elementos funcionales y le da al vehculo su esttica caracterstica.

En los camiones, la carrocera tiene dos partes: la cabina, quepuede ser fija o abatible y la plataforma, que es sobre la que semonta la construccin donde va la carga. En este caso la cabinaequivale a la carrocera autoportante de los autobuses.

La carrocera est fabricada, generalmente en chapa de acero ymateriales plsticos resistentes.

La estructura de la cabina debe satisfacer las siguientes exigencias:

I

Elevada estabilidad propia: al poseer una elevada masa, las suspensiones de la cabina estn expuestasa un elevado esfuerzo durante los movimientos de balanceo y cabeceo debido al alto centro de gravedad.Tambin debe soportar vibraciones y oscilaciones procedentes del motor y de las ruedas.

I Seguridad pasiva propia: la combinacin de cdula resistente a la deformacin y los sistemas deretencin consiguen una elevada proteccin para los ocupantes.

I Construccin ligera.

I Proteccin anticorrosin.

I Esttica caracterstica: cada fabricante expresa su propia filosofa a travs del diseo de la carrocera.

I Estabilidad y ligereza.

Suelen estar construidas con barras en forma de estructura tubular.

La carrocera debe ser lo ms ligera y barata posible en relacin con la cantidad de espacio que hay en su

interior. Para ello se utilizan materiales distintos en unas zonas que en otras, eliminando el concepto deconjunto unitario. Actualmente, en los diseos se busca la eficiencia y confortabilidad, mejorando desde elperfeccionamiento aerodinmico, para reducir el consumo de carburante, hasta el aislamiento, para reducirlos ruidos que se perciben durante la marcha.

Seguridad pasiva

Se aaden elementos a la carrocera para conseguir que el espacio de losocupantes se mantenga lo ms intacto posible en caso de colisin, es decirmantener el espacio de supervivencia interior. Se instalan, intencionadamente,elementos que, en caso de que se produzca un tipo de colisin determinado,permitan que se abollen y absorban una gran cantidad de la energa del

impacto; de esta forma se causan menos daos.

Los parachoques, los amortiguadores de impacto y los subchasis tienenmenor rigidez que la zona cercana a los pasajeros y conductor para que, encaso de colisin, absorban la mayor parte de la energa de impacto deformn-dose de forma programada. Los largueros y travesaos se disean, en lo posi-ble, para que, en caso de una fuerte colisin, se deformen de forma predeter-minada sin que lleguen a invadir el habitculo. Este espacio se denomina cdu-la de supervivencia y debe conservarse prcticamente sin deformacin.

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Tema 1.

Fig. 1-5 Cabina: Construccin autoportante

Fig. 1-6 Ensayo de colisin

Fig.1-7 Situacin de la Rueda de repuesto


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En este sentido es conveniente realizar peridicamente una limpiezade la zona inferior de la estructura metlica, sobre todo en ambientessalinos, para evitar su corrosin.

Otro elemento importante que formaparte de la cabina, aunque no esmetlico, son las lunas, tanto la delanteracomo las laterales. Tener una buena visibili-dad contribuye a conseguir una ptimaseguridad de circulacin. El diseo y laposicin de las lunas con respecto al con-ductor y la eficacia de los accesorios delimpieza determinan el grado de visibilidad.

Por ello:

I el conductor debe estar a una altura suficiente para poder

observar el mximo de los ngulosI los pilares sean lo suficientemente estrechos para evitar

ngulos muertos

Para conseguir la mxima resistencia, la luna delantera es del tipolaminado con temple diferenciado, y est formada por doscristales pegados a una lmina de plstico, cuya caracterstica prin-cipal es que, en caso de recibir un golpe y producirse unagrieta en el cristal, no se propague en todas direcciones y haga per-der la visibilidad.

El basculado de la cabina

Para hacer el basculamiento de la cabina se utilizan mecanismosde accionamiento hidrulico. El conductor debe accionar con unapalanca la bomba de basculacin colocada en el lateral de lacabina opuesto a la circulacin de otros vehculos, debajo y exterior-mente a ella. En algunos camiones, el accionamiento del mecanis-mo hidrulico puede ser elctrico.

El desenclavamiento, al hacer bascular la cabina, y el enclavamientode la misma se efectan de forma automtica, generalmente. Sino se ha producido el enclavamiento total de la cabina, se enciendeun testigo en el tablero de instrumentos para advertir de dicha cir-cunstancia.

3.- FUERZAS QUE ACTAN SOBRE LOS VEHCULOS

ESTUDIO DE LA DINMICA DE MARCHADe cara a aprovechar mejor el carburante que consume el motor y obtener un transporte ms eficiente, es

necesario saber cmo se desplazan los vehculos por las vas. En este sentido, tiene importancia conocer lasresistencias que intervienen en el movimiento de los vehculos.

Tema 1.

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Fig. 1-8 Colocacin depsitos de airecomprimido y rueda de repuesto

Fig. 1-10 Tamao del parabrisas de un autobs

Fig. 1-9 Visibilidad en la lunadelantera

Fig. 1-11 Basculado de la cabina


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Dichas resistencias son:

I Resistencia a la rodadura.

I Resistencia aerodinmica.

I Resistencia de pendiente.

RESISTENCIA A LA RODADURALa resistencia a la rodadura se produce por el desplazamiento del vehculo. Se opone a la fuerza de empu-

je y su valor depende de la masa del vehculo, de la geometra de direccin, del tipo, perfil y presin deinflado de los neumticos, de la velocidad de marcha, estado de la carretera y de la superficie de la misma.

Se calcula multiplicando el peso que recae sobre cada rueda por el coeficiente de resistencia a la rodaduraque es un valor que depende del material y de los factores ambientales.

La resistencia ser mayor cuanto mayor sea el trabajo de flexin de los neumticos, el rozamiento del aireen la rueda y la friccin en el rodamiento de rueda.

RESISTENCIA AERODINMICAEl aire se opone a que el vehculo pase a travs suyo en funcin

de su forma exterior. La fuerza de la resistencia del aire dependedel tamao y forma del vehculo, de la velocidad de marcha, de ladensidad del aire y de la direccin y fuerza del viento. El coeficien-te de resistencia aerodinmica Cx se determina en los ensayosrealizados a escala en los tneles de viento.

Siendo:

I Cx: coeficiente de resistencia

aerodinmica.

I A: superficie frontal del vehculo.

I : densidad del aire.

I v: velocidad del vehculo.

Al aumentar la velocidad de marcha aumenta la resistencia aerodinmica a la segunda potencia.

En el diseo y construccin tiene especial importancia el coeficienteaerodinmico, que permitir un menor esfuerzo del motor y mejorara laestabilidad. Por tanto, a menor coeficiente, menor resistencia al avance ymenor esfuerzo demandado al motor, mayor estabilidad y mayor ahorro decarburante.

El coeficiente aerodinmico indica lo aerodinmica que es la forma de lacarrocera. Mediante el coeficiente y la superficie de la parte delantera delvehculo es posible calcular la cantidad de energa necesaria para vencerla resistencia del aire en el sentido de avance a cualquier velocidad.

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Tema 1.

2

2

1vACF

xL=

Fig. 1-12 Movimiento del vehculo

Fig. 1-13 Tnel de viento

Fig. 1-14 Clculo del coeficiente Cx


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Los factores que modifican este coeficiente son:

I La forma exterior de la estructura tanto en la parte delantera y trasera, como en la superior e inferior.

I La pendiente del parabrisas.

I Tamao y forma de los retrovisores exteriores.

I La existencia de alerones, deflectores, etc. que, si existen, conforman la forma exterior del vehculo.

La fuerza que el aire ejerce sobre el vehculo acta en tres direcciones:

I Resistencia al avance, en sentido longitudinal al vehculo.

I Resistencia de sustentacin, en sentido vertical.

I Resistencia de deriva, en sentido transversal y puede variar la trayectoria que marca el conductor.

En el caso de vehculos con caja de carga abierta puede producirse un incremento en el consumo decarburante de hasta el 30% en comparacin con vehculos con la caja de carga cerrada, debido al peorcoeficiente - la mayor potencia de resistencia aerodinmica debe compensarse con un mayor potencia delmotor -.

RESISTENCIA DE PENDIENTE

La resistencia de una pendiente depende del perfil de la calzada y de la masa del vehculo. El vehculoprecisa disponer de una mayor fuerza de propulsin para vencer la resistencia ofrecida por la pendiente. Esnecesario contar por lo tanto con una mayor potencia del motor para evitar un descenso de la velocidad ycompensar la potencia de pendiente. Esta resistencia puede minimizarse si:

I Se engrana oportunamente la relacin de transmisin adecuada antes de comenzar la subida.

I Cambiar lo menos posible durante la subida.

I Circular con bro en el motor dentro de los lmites fijados -tema 2-.

La fuerza de resistencia de pendiente se calcula:

La fuerza de resistencia de pendiente puede expresarse as mismoen grados o en % de desnivel.

Es decir, un desnivel del 6% significa que en un tramo de 100metros se incrementa la altura en 6 metros.

Tema 1.

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sin= gmFs

100

pgmFs =

Fig. 1-15 Resistencia de pendiente


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4.- COMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA ANTE UNA COLISIN. AIRBAG

La forma exterior de la carrocera y su comportamiento frente a la deformacin son dos factores muy impor-tantes para la seguridad vial de estos vehculos cuando van circulando. En una colisin entre dos vehculos,

se producen ms daos en los vehculos de menor tamao y en sus ocupantes. Debido a esto las colisionesentre turismos y vehculos industriales suelen tener graves consecuencias. La rigidez de los largueros y tra-vesaos del bastidor y la altura del mismo suponen un riesgo adicional para los vehculos de menor tamao.

En caso de colisiones laterales, la proteccin antiempotramiento de los lados sirve para evitar que otrosvehculos ms bajos se empotren debajo del bastidor. Los espacios entre ejes se cierran mediante chapasanchas con lo cual el chasis queda totalmente equipado contra el empotramiento, conjuntamente con lasprotecciones antiempotramiento delantera y trasera, reduciendo las consecuencias de los accidentes.

Desde los ocupantes del vehculo industrial, el habitculo debeprotegerles, minimizando las fuerzas y aceleraciones que actan encaso de accidente. No deben existir objetos puntiagudos ni esqui-nas ni cantos en el interior de la cabina.

La cabina debe resistir tanto la deformacin lateral como la supe-rior, que se pueden producir en caso de vuelco, y reducir el despla-zamiento de las piezas que pueden invadir el habitculo. As mismodebe ir equipado con los sistemas de retencin ms eficaces, esdecir, cinturones de seguridad y airbag.

Los cinturones de seguridad

Deben tener tres puntos de fijacin al asiento y a la estructura de construccinde la cabina. El funcionamiento del mismo debe permitir el desenrollamiento fcily, a travs de un muelle recuperador, que se tense sobre el cuerpo. Tambin, una

vez suelto, debe enrollarse rpidamente.

Si se frena bruscamente, se activa el bloqueo del cinturn y el cuerpo se man-tiene, en lo posible, sujeto al asiento por efecto del tensor. El bloqueo lo produ-ce un mecanismo mecnico o uno pirotcnico en funcin del proceso de dece-leracin del vehculo.

El airbag

Es una bolsa que se infla con un gas cuando la deceleracin es tan grandeque el conductor podra chocar contra el volante del vehculo. El inflado se

realiza en milisegundos, a travs de la presin del gas generado por una cargapirotcnica encapsulada en un compartmiento especial, situado en el centrodel volante.

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Tema 1.

Fig. 1-16 Vuelco de un autobs

Fig. 1-17 Asiento

Fig. 1-18 Airbag


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5.- CUIDADOS Y MANTENIMIENTO DE LA CARROCERA

La seguridad y longevidad de la carrocera depende en gran manera de su resistencia a la corrosin, paralo cual hay que evitar acumulaciones de humedad, especialmente en zonas prximas al mar, haciendo una

limpieza a fondo, sobre todo de los bajos.

Para dar lustre a la carrocera deben emplearse productos que no contengan abrasivos.

Hay que mirar posibles zonas de retencin de suciedad, esquinas, etc. donde se pueda concentrar lahumedad. En los bajos, pasos de rueda y faldones por el posible depsito de gravilla.

Los bastidores adoptan distintas formas para conseguir ligereza eindeformabilidad. Cuando se produce un gran esfuerzo en unarueda, por ejemplo, un golpe al paso del vehculo por una desigual-dad del terreno, si la flexibilidad del sistema de suspensin no puedeabsorber este golpe, aparece la deformacin del bastidor. En lascondiciones normales de trabajo para las que el vehculo fue diseado,las deformaciones desaparecern; sin embargo, si stas se sobre-pasan (exceso de carga, uso inadecuado de su funcin ofuerzas externas por accidente), las deformaciones se convertirn enpermanentes y se hace necesaria la reparacin.

Las deformaciones permanentes que pueden presentar los chasis daados son:

I Deformacin lateral por impactos laterales o diagonales.

I Desplazamiento diagonal.

I Bastidor torsionado; cuando las huellas de los neumticos de un mismo lado no son paralelas.

I Presencia de grietas y descascarillados en la pintura revelan la existencia de deformaciones loca-les en el material.

Tema 1.

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Fig. 1-19 Corrosin de la chapa


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TEMA 2.

EL MOTOR DISEL. CONSTITUCIN Y FUNCIONAMIENTO

2.1. Descripcin de los elementos que forman un motor Disel.

2.2. Nmero y disposicin de los cilindros.

2.3. Funcionamiento bsico del motor segn el ciclo de cuatro tiempos.

2.4. Caractersticas ms importantes que definen el motor.

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OBJETIVOS

I Explicar las caractersticas constructivas y la disposicin de los elementos funcionales de losmotores Disel.

I Describir la colocacin de los cilindros en el motor.

I Conocer el funcionamiento del ciclo de cuatro tiempos.

I Comprender la importancia de conocer las caractersticas del motor.

Un motor es una mquina que transforma una energa cualquiera en energa mecnica o trabajo. En losautomviles se utilizan motores trmicos que transforman la energa qumica de un carburante -gasleo- enenerga mecnica, la cual se utiliza para desplazar el vehculo.

1. DESCRIPCIN DE LOS ELEMENTOS QUE FORMAN UN MOTOR DISEL

El motor est formado:

Por un lado, con elementos que constituyen el armazn y la parte exterior y cuya misin es alojar, sujetar ytapar a otros elementos. Se denominan Elementos Fijos y son:

Tapa de balancines

Culata

Bloque motor

Crter

Y por otro, de elementos encargados de transformar la energa del carburante en trabajo. Se denominanElementos Mviles y son:

Pistones

Bielas

Cigeal

Volante de inercia

Mecanismo de distribucin

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Tema 2.

Fig. 2-2 Elementos mviles


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Colocacin de estos elementos

El bloque est en la parte central del motor. En su interior se mueven los pistones.

La culata est situada en la parte superior del bloque y en su unin se coloca la junta de culata. En su

interior estn las vlvulas del mecanismo de distribucin.

El crter est situado en la parte inferior del bloque y en su unin debe existir una junta. En la cmara queforman se aloja el cigeal.

Principio de funcionamiento

Bsicamente, el funcionamiento del motor consiste en que la cmara, formada por lasparedes del cilindro, la cabeza del pistn y la parte inferior de la culata, est cerrada y sellena de aire que al comprimirse aumenta de temperatura de tal forma que, al inyectarse elcarburante, arde ejerciendo una fuerza sobre la cabeza del pistn que lo obliga a despla-zarse. Este movimiento, que es rectilneo, se transforma en circular mediante la biela y elcigeal.

DESCRIPCIN DE LOS ELEMENTOS FIJOS

El bloque

Dependiendo de la forma, disposicin y caractersticas delbloque, existen motores con cilindros en Lnea y en "V", cuyonmero es variable en funcin de las necesidades para las que seconstruye el motor. En su interior estn los cilindros y sobre stosse desplazan los pistones.

Se encuentra cerrado por su parte superior por la culata la cual se

une con el bloque mediante tornillos. Bloque y culata forman unacmara, denominada cmara de compresin, donde se desarrollanlas diferentes fases del funcionamiento del motor. Alrededor de loscilindros, por su parte exterior, y a travs de determinadas oqueda-des en la culata, se hace circular el lquido refrigerante.

La culata

Posee todo tipo de cavidades, agujeros, agujeros rosca-dos, planificados, cilindrados, etc. que la convierten en elsoporte del resto de las partes del motor, como pueden ser

los elementos de la distribucin, los colectores de admisiny escape, los inyectores y calentadores, en su caso, etc.

Entre la culata y el bloque se interpone una junta que ase-gura la estanqueidad de la cmara de compresin y que nopueda haber trasvase de gases y lquidos entre las distintasoquedades que hay en el bloque y en la culata. La junta deculata debe resistir los cambios de presin y temperaturaque aparezcan sin perder sus cualidades de estanqueidad.Si no mantiene dicha caracterstica, pasa lquido refrigeranteal circuito del aceite causando graves averas en el motor.

Tema 2.

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Fig. 2-3 Principio de

funcionamiento

Fig. 2-4 Bloque de cilindros

Fi . 2-5 La Culata


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El Crter

Est situado en la parte inferior del bloque y es el encargado de contener el aceite de lubricacin del motor.Tambin sirve de cierre del motor por su parte inferior y en la zona ms baja lleva el tapn de vaciado delaceite.

Para evitar las fugas de aceite al exterior se coloca entre el crter y el bloque una junta.

La Tapa de balancines

Est situada encima de la culata y sirve para tapar los mecanismos de la distribucin que van en la culata.Cierra el motor por la parte superior, lleva el tapn de llenado de aceite y entre la tapa y la culata se colocauna junta para evitar las fugas al exterior.

DESCRIPCIN DE LOS ELEMENTOS MVILES

El PistnEst situado en el interior del cilindro y va unido a la biela. Recibe la

fuerza de expansin de los gases que le obliga a desplazarse por elcilindro, en un movimiento lineal alternativo. Para poder desplazarse, eldimetro es algo inferior al del cilindro y para reducir la posible fuga degases, se utilizan los segmentos.

Su forma es cilndrica y tiene unas ranuras que alojan los segmentosy un taladro donde se monta el buln.

Cuando los segmentos se desgastan, permiten que parte de losgases se escapen de la cmara de compresin con lo que se produ-ce una prdida de potencia, un consumo excesivo de aceite que pro-

voca que se acumule carbonilla en la cmara. A travs de ellos se transmite parte del calor del pistn a lasparedes del cilindro.

La funcin del buln es servir de unin entre el pistn y la biela.

La cmara de compresin puede estar formada por una concavidadque llevan algunos pistones en su parte alta.

Debido a las altas temperaturas que pueden alcanzar los pistones,debe utilizarse una refrigeracin forzada. Dicha refrigeracin consiste enmandar un chorro de aceite a la parte inferior del pistn mediante unosinyectores situados en el bloque, en la parte baja de los cilindros.

La Biela

Est colocada entre el pistn y el cigeal y transmite a ste el movi-miento del pistn. Junto con el cigeal, transforma el movimientolineal del pistn en giratorio del cigeal.

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Tema 2.

Fig. 2-6 Conjunto elementos mviles

Fig. 2-7 Chorro de aceite en el interior

del pistn

Fig. 2-8 Unin Pistn-Biela-Cigeal


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El Cigeal

Es el eje motor que gira impulsado por la expansin de los gases que se produce en la cmara decompresin, y trasmite ese giro y la fuerza motriz generada al sistema de transmisin y de ste a las ruedas.

Con su giro tambin se accionan una serie de elementos como:I La distribucin.

I Las bombas de lubricacin y refrigeracin.

I El ventilador.

I El generador.

I El compresor del aire acondicionado.

I La bomba de la direccin asistida.

I Compresor del sistema neumtico de frenos y suspensin.

I A travs del giro del cigeal se puede saber la posicin exacta de los pistones y se determina aslos momentos del ciclo de trabajo del motor.

El Volante de InerciaVa acoplado en un extremo del cigeal. Por su cara externa se coloca

el mecanismo de embrague al que se acopla o desacopla a voluntad delconductor a travs del pedal de embrague. En su periferia lleva una coro-na dentada que sirve para que engrane el pin de la puesta en marcha.En el otro extremo del cigeal se colocan los discos antivibradores parareducir las torsiones del cigeal.

ELEMENTOS DEL SISTEMA DE DISTRIBUCINEste sistema realiza, a travs de la apertura y cierre adecuado de las vlvulas, la entrada de los gases al

interior de los cilindros y la salida de los mismos, ya quemados, al exterior.

Est formado por:

Las vlvulas

El rbol de levasEl mecanismo de accionamiento

Tema 2.

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Fig. 2-9 Volante deinercia

Fig. 2-10 Sistema de Distribucin


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Las VlvulasSon de dos tipos: admisin y escape. Van colocadas en la culata distribuidas segn el nmero, forma y

tamao de la cmara de compresin. Cada vlvula es mantenida en su asiento por la accin de un muelle,aunque puede disponer de ms muelles que la cierran y retienen contra su asiento. Las vlvulas abren y cie-

rran el cilindro permitiendo que los gases frescos y quemados entren y salgan de l en los momentos opor-tunos.

El rbol de LevasSu movimiento debe ir sincronizado con el de los pistones de tal forma

que cuando el pistn est en la zona superior de los cilindros las vlvu-las estn cerradas o muy poco abiertas y as no se produzca ningn cho-que entre ellos.

Cuando el rbol de levas gira, empuja la vlvula y produce su aperturay a medida que deja de empujar, la vlvula vuelve a su posicin inicialobligada por la extensin del muelle que va anexo a ella.

A travs del rbol de levas tambin se transmite el movimiento a otroselementos, como la bomba de inyeccin, el compresor del sistemaneumtico, la bomba de lubricacin, etc.

El Mecanismo de AccionamientoSe encarga de hacer llegar el movimiento de la leva a la vlvula. Su constitucin depende de la distancia

que separa las levas de las vlvulas. Actualmente esta distancia, para conseguir mecanismos ms eficacesen cuanto a mejor transmisin del movimiento, menor desgaste y ruido, es muy pequea y casi no se nece-sita elementos intermedios entre la leva y la vlvula.

Para que el sistema de distribucin funcione adecuadamente debetener una cierta holgura, denominada juego de taqus, que va varian-

do en funcin del desgaste y de la temperatura de los elementos dela distribucin. Segn sea dicha holgura puede variar el funciona-miento ptimo del motor. Para corregir esto y no tener que pasar porel servicio de mantenimiento para realizar los ajustes necesarios, casitodos los motores disponen de unos elementos que regulan estejuego de forma automtica; son los taqus hidrulicos. Estos taqus,sirvindose del aceite de lubricacin, hacen que no exista juego detaqus. Para ello, permiten que la cantidad de aceite que hay en suinterior vare, segn las condiciones de temperatura del motor, con loque la longitud del taqu es variable y se va adaptando automtica-mente.

Es decir, si el motor est fro, las piezas todava no han alcanzadosu temperatura ptima, en el interior del taqu hay ms aceite que silas piezas se calientan y dilatan.

El sistema de arrastre del rbol de levas puede variar segn sea ladistancia entre el cigeal y el propio rbol de levas. En la mayora delos motores que montan los camiones y autobuses, se emplean unaserie de engranajes colocados en cascada.

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Tema 2.

Fig. 2-10 Vlvulas y rbol de levas

Fig. 2-11 Cascada de

engranajes

Fig. 2-11 Vlvulas y rbol de levas

Fig. 2-12 Cascada de engranajes


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2. NMERO Y DISPOSICIN DE LOS CILINDROS

Para que los motores puedan responder a las exigencias del transporte, tanto de mercancas como de per-sonas, disponen de varios cilindros -4, 6, 8 o 10- dependiendo de dichas exigencias. La colocacin de unos

con respecto a otros viene impuesta por el diseo del cigeal que responde a la necesidad de que losesfuerzos de la expansin de los gases sobre el cigeal deben repartirse uniformemente y as el movimien-to de giro sea suave y regular.

La disposicin relativa de los cilindros, independiente de su nmero, puede ser:

MOTORES DE CILINDROS EN LNEA:los cilindros estn dispuestos uno al ladodel otro formando una lnea. Suelen tenerseis cilindros.

MOTORES DE CILINDROS EN "V": loscilindros estn repartidos en dos bloques.El ngulo que forman las ramas de la "V"puede tener distintos valores, siendo elms utilizado el de 90.

3. FUNCIONAMIENTO BSICO DEL MOTOR DISEL

El proceso de transformacin de la energa del carburante en trabajo sigue una serie de fases denominadasCiclo de Funcionamiento. Un ciclo es una serie de procesos con un comienzo y un fin para conseguir undeterminado objetivo y que se repite de forma continua. El ciclo Disel ser, por lo tanto, la serie de operacio-nes que ha de llevar a cabo el motor para conseguir que el aire y el carburante se mezclen y expansionen de

forma rpida y eficiente.Para entender mejor dicho ciclo conviene definir algunos conceptos.

Se entiende por Carrera al desplazamiento del pistn desde su parte ms alta Punto Muerto Superior(PMS), hasta su parte ms baja Punto Muerto Inferior (PMI) o el movimiento contrario.

La unin de dos carreras forma una revolucin o vuelta de cigeal.

Como el ciclo completo est formado por cuatro tiempos, el pistn necesita de cuatro carreras paracompletarlo y dos vueltas del cigeal. Este ciclo se denomina de cuatro tiempos.

Motor Disel de cuatro tiempos.El llenado de los cilindros se realiza primero, solamente con aire,

introduciendo, posteriormente, el carburante a alta presin, el cual

arde espontneamente al ponerse en contacto con el aire previa-mente comprimido, cuya temperatura est por encima del puntode inflamacin del carburante. Dicha combustin se realiza brus-camente, lo que produce la trepidacin caracterstica de estosmotores, la cual es cada vez ms reducida por los sistemas deinyeccin a muy alta presin y discontinuos.

En los motores Disel es necesaria una elevada relacin decompresin, del orden de 22/1 a 24/1, para conseguir las tempe-raturas adecuadas en el interior del cilindro, con objeto de que seproduzca la autoinflamacin del carburante al ser inyectado.

Tema 2.

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Fig. 2-12 Motor de 6

cilindros en lnea

Fig. 2-14 Motor de combustin

Fig. 2-14 Motor de 8

cilindros en V

Fig. 2-13 Motor de 6 cilindros

en lnea

Fig. 2-15 Motor de combustin


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Este grado de compresin hace que las presiones de trabajo sean muy elevadas por lo que las piezas quelo constituyen soportan grandes esfuerzos.

Por otra parte, el rendimiento del motor es mayor cuanto mayor sea la relacin de compresin y, al ser ms

alta en los Disel, el aprovechamiento de la energa del carburante es mayor en estos motores que en otros.El sistema de alimentacin suministra, en funcin de lo que desee el conductor y en cada momento, la can-

tidad justa de carburante segn las necesidades de marcha, sin que se produzca prdida en los mismos pormezclas excesivamente ricas ni pobres. El carburante utilizado es el gasleo.

Por su particular forma de alimentacin, necesitan una sobreaportacin de aire para obtener una buenacombustin que, en condiciones ptimas, como se quema todo el carburante, produce poca cantidad degases txicos. En cambio, la produccin de partculas slidas es alta, siendo un campo en el que deben evo-lucionar las prximas versiones de estos motores.

Necesitan una gran precisin en la construccin de la bombade inyeccin y un filtrado muy riguroso del carburante para queno se obstruyan los inyectores.

En invierno, cuando el aire y las paredes del cilindro estn atemperaturas muy bajas, la temperatura alcanzada en la compre-sin puede no ser suficiente para inflamar el carburante. Por estonecesitan usar calentadores que se colocan en las cmaras decompresin.

Estos calentadores son puestos en funcionamiento bien por elconductor, bien de forma automtica durante unos instantesantes de arrancar el motor. As se calienta el aire y las paredes dela cmara. El calor generado favorece el calentamiento del aireque penetra en su interior. Con ello se consigue una mayor tem-peratura del aire al finalizar la compresin. Estos calentadores se

desconectan automticamente al accionar el arranque.

El consumo de carburante en los motores depende esencialmente de la relacin de compresin, de laforma de realizar la mezcla y del llenado de los cilindros. Estos factores varan notablemente de unos moto-res a otros y determinan la diferencia de consumo existente entre ellos.

La regulacin de potencia se realiza variando la cantidad de carburante inyectado en funcin de la poten-cia solicitada. Como la mayor o menor cantidad de carburante inyectado no influye en la cantidad de aire queentra en el cilindro, la compresin no disminuye mucho y el rendimiento se mantiene ms o menos constan-te a cualquier rgimen de carga.

La velocidad de rgimen est limitada por el corto tiempo de que disponen para la formacin de la mezclaen el interior de sus cilindros, lo cual limita la velocidad de los mismos, llegndose en los motores grandes

ms rpidos a un rgimen que no supera las 3000 r.p.m.

Los cuatro tiempos que se desarrollan en un motor Disel son:

Admisin. El aire, previamente filtrado, entra en el cilindro debido a ladepresin producida por el descenso del pistn. La vlvula de admisindebe abrirse para permitir dicha entrada. La de escape permanece cerrada.

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Tema 2.

Fig. 2-15 Elementos de inyeccin

Fig. 2-16 Admisin

Fig. 2-16 Elementos de inyeccin

Fig. 2-17 Admisin


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Compresin. Con las dos vlvulas cerradas, el pistn asciende hacia elPMS, y el volumen de aire es comprimido entre 17 a 22 veces dependiendo

del motor por lo que su presin asciende hasta 50 u 80 bares, y su tempera-tura hasta casi 600 C.

Combustin. Todava con las vlvulas cerradas y el pistn subiendo, se ini-cia la inyeccin de carburante. Este momento, marcado por el fabricante, esel ms adecuado, dependiendo del rgimen de giro y lo apretado que estel pedal acelerador. La combustin del gasleo, que se habr inyectado ams de 1000 bares, se produce un poco despus hasta alcanzar la tempe-

ratura de inflamacin. El tiempo durante el cual est entrando carburantedepender de la cantidad a inyectar pero podra llegar a 35 de giro delcigeal. Segn se produce la combustin, los gases se expansionan y obli-gan al pistn a descender hacia su PMI, haciendo la carrera de trabajo y obli-gando al cigeal a girar.

Escape. Como los gases que se producen durante la combustin hay queexpulsarlos, el pistn asciende arrastrando a stos hacia la salida que abrela vlvula de escape. La vlvula de admisin permanece cerrada.

4. CARACTERSTICAS DEL MOTOR

Para comprender las caractersticas que definen un motor y su utilidad, es necesario conocer la terminolo-ga usada para indicar algunas dimensiones y valores fundamentales.

Algunos son dimensionales y otros de funcionamiento.

I Punto Muerto Superior (P.M.S.): Posicin del pistn ms prxima a la culata.I Punto Muerto Inferior (P.M.I.): Posicin del pistn ms alejada de la culata.

I Carrera: Distancia entre el P.M.S. y P.M.I.; se expresa en milmetros (mm).

I Dimetro del cilindro: Dimetro interior, expresado en milmetros (mm).

I Cilindrada: Es el volumen generado por el pistn en su movimiento desde el P.M.S. hasta el P.M.I.;se expresa en cm3 o en litros

Tema 2.

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4

2LD

CU

=

Fig. 2-1 Compresin

Fig. 2-16 Combustin

Fig. 2-16 Escape

Fig. 2-18 Compresin

Fig. 2-19 Combustin

Fig. 2-20 Escape


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I Cilindrada del motor: Es la suma de la cilindrada de todos los cilindros del motor. Se obtiene mul-tiplicando la cilindrada de un cilindro por el nmero de ellos y se expresa en cm3 o en litros

I Volumen de la cmara de compresin: Es el espacio que queda cuando el pistn est en el P.M.S.;suele expresarse como un volumen"VC" y, por tanto, en cm3

I Volumen total del cilindro: Es el espacio comprendido entre la culata y el pistn cuando ste sehalla en el P.M.I.; viene expresado como "VT" y en cm3

I Relacin de compresin (Rc): Se entiende por tal el cociente entre el volumen total del cilindro y el

volumen de la cmara de compresin. Expresa lo comprimidos que quedan los gases en la cma-ra de compresin y se obtiene:

I Si se divide el volumen total del cilindro en tantaspartes iguales al volumen de la cmara de compre-sin, y se compara con este ltimo volumen, elresultado indica cuntas veces es ms grande un

volumen que otro, es decir, cuntas veces se hacomprimido. En el caso de la figura, es 17 vecesms grande, por tanto, la relacin de compresines de 17 a 1.

I Par motor: es el esfuerzo de giro que realiza el motormedido en el eje del cigeal. Se obtiene haciendofuncionar al motor a distintos regmenes de giro y,con dispositivos de freno, se realiza un par contrariosuficiente como para parar el cigeal. La unidad demedida es el Newton por metro (Nm).

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Tema 2.

NCC UT=

C

T

C

V

VR =

PMS

PMI

Cu

Vc

Fig. 2-17 Relacin de compresin

Fig. 2-17 Esfuerzo de giro

Fig. 2-21 Relacin de compresin

Fig. 2-22 Esfuerzo de giro


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I Potencia: es el trabajo que entrega el motor en un determinado tiempo. Se mide en kilovatios (kW)y se obtiene como resultado de las mediciones que se hacen para el par motor o bien a travs dela siguiente expresin:

I N de rpm: es el nmero de vueltas que da el cigeal en un minuto. Es un dato de elevada impor-tancia en relacin con la utilizacin del motor y todos los camiones y autobuses disponen de unindicador en el tablero de instrumentos. Se expresa como min -1

I Consumo especfico de carburante: indica la cantidad de gramos de carburante necesaria paraobtener un kilovatio durante una hora. Se expresa en g/kWh

Todas las caractersticas mencionadas son fijas para un determinado motor salvo las cuatro ltimas queindican las prestaciones del motor y las cuales el conductor deber conocer para obtener el mximo aprove-chamiento del carburante con el esfuerzo mnimo del motor. El conductor que siga esta premisa obtendr unahorro directo de carburante, un aumento de la vida til de las piezas mviles y la reduccin al mnimo de lacontaminacin medioambiental producida por el motor.

Si el conductor conoce el par, la potencia y elconsumo especfico a diferentes nmeros derevoluciones, puede obtener la mxima rentabili-dad del motor. Estos datos los facilita el fabrican-te del motor a travs del Manual para elConductor o a travs de la publicacin de undiagrama con las tres curvas caractersticas

De la observacin de las curvas de la figura, sedesprende que el mnimo consumo lo obtieneeste motor cuando gira sobre las 1600 rpm, conel pedal acelerador apretado al mximo.Normalmente el motor no trabaja con el acelera-dor pisado a fondo, que es como se representanlas curvas, y el conductor deber conocer losintervalos de revoluciones en los que se consi-guen los valores ptimos de par y de consumo.

Por tanto, estas grficas que pueden servir para ver el comportamiento terico y estacionario, rgimenconstante, no pueden utilizarse para calcular el consumo real ya que cuando el vehculo circula se producencambios permanentes de las revoluciones del motor y de la posicin del pedal acelerador. Tendr que ser elconductor quien decida, aunque, por regla general, las revoluciones ptimas podrn estar muy cerca de lasque indica el fabricante en sus diagramas tericos.

En la figura 2-24, el valor del par, que est representado por la lnea azul, es elevado desde la 1000 rpm eindica un buen comportamiento en los momentos de iniciar la marcha. Los mejores motores se distinguenpor un desarrollo lo ms uniforme posible.

Tema 2.

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[ ] [ ] [ ]9550

1min=

rpmnParP

NmkW

Fi . 2-18 Curvas de ar, otencia consumoFig. 2-23 Curvas de par, potencia y consumo


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Por otro lado, la forma y mximo valor de la curva de

potencia, representada por la lnea roja, determina lasmximas prestaciones en cuanto a aceleracin y capaci-dad ascensional.

La comprensin del funcionamiento del motor a travs delas dos curvas y su relacin con la curva de consumoespecfico, lnea amarilla, determina la rentabilidad delmotor.

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Tema 2.

Fig. 2-24 Curvas caractersticasFig. 2-24 Curvas caractersticas


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TEMA 3.

SISTEMA DE ALIMENTACIN

3.1. Misin y funcionamiento.

3.2. Circuito de alimentacin de aire. Sobrealimentacin.

3.3. Circuito de alimentacin de carburante.

3.3.1. Sistema Mecnico de Inyeccin.

3.3.2. Sistema Electrnico de Inyeccin.3.4. Mantenimiento.

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OBJETIVOS

I Conocer los dos tipos de inyeccin que existen.

I Identificar los elementos que integran el sistema de alimentacin de un motor Disel.

I Analizar la importancia de la sobrealimentacin.

I Estudiar el funcionamiento del sistema de alimentacin de carburante.

I Saber actuar ante la dificultad de la puesta en marcha del motor Disel.

1. MISIN

El sistema de alimentacin se encarga de hacer llegar la necesaria cantidad de aire y carburante a loscilindros, para un funcionamiento ptimo del motor.

En los motores Disel, el llenado de los cilindros serealiza introduciendo por separado el aire y el carbu-rante, los cuales se mezclan en el interior de la cmarade compresin en el momento en que debe producir-se la combustin de esta mezcla.

Generalmente, en el colector de admisin, no hayvlvula de mariposa que determine la cantidad de aireque debe llegar a los cilindros en el tiempo de admi-sin. La aspiracin de los pistones es la que determinala cantidad de aire.

Mediante el pedal acelerador, el conductor determina

la cantidad de carburante que se inyecta, aunque lossistemas electrnicos pueden corregir dicha cantidad enfuncin de las seales que le lleguen de varios sensores.

Una vez el aire se encuentra comprimido en la cmara de compresin se inyecta el carburante, momentoen el cual, por contacto, se inflama la mezcla producindose trabajo.

2.- TIPOS DE INYECCIN

La forma de la cmara de compresin y, algunas veces la de la cabeza del pistn, son diseadas parafavorecer la unin entre aire y carburante, mejorando la combustin y el rendimiento.

Todos los sistemas de inyeccin Disel tienen un inyector en cada cilindro, es decir son multipunto y la inyec-cin puede ser continua, con la cual toda la cantidad de carburante se inyecta de una vez, o discontinua, en laque la cantidad a inyectar llega al cilindro de forma intermitente con intervalos definidos.

Tambin existen dos tipos en funcin del lugar donde se produce la inyeccin: inyeccin directa eindirecta - cmara secundaria-.

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Tema 3.

Fig. 3-1 Sistema de alimentacin:1 - entrada de aire; 2 - filtro de aire


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A) Inyeccin Directa

El carburante es inyectado directamente en la cmara de compre-sin. Para mejorar el rendimiento, el pistn presenta una concavidad

semiesfrica, que adems impide que el carburante no quemado sepueda diluir en el aceite de lubricacin, deslizndose por las paredesdel cilindro.

Adems, esta forma semiesfrica impide que la expansin sea irre-gular. La presin de inyeccin es muy elevada (entre 300 y 2.000bares; 1 bar = 1,02 kg/cm2) para permitir que el carburante penetre losuficiente en la cavidad en la cual el aire est comprimido a unos80 bares. Una presin de inyeccin ms dbil no producira unapulverizacin fina; la mezcla con el aire sera insuficiente y la combus-tin no sera completa. La mayora de los motores de camiones y auto-buses utiliza este tipo de inyeccin.

B) Inyeccin Indirecta

La inyeccin, en este caso, no se realiza directamente en la cmarade compresin, sino en una cmara secundaria desde donde seexpande hacia la cmara principal. De los varios tipos que existen, enla figura se representa el de cmara de turbulencia.

3.- ELEMENTOS DEL SISTEMA DE ALIMENTACIN

El sistema de alimentacin es el encargado de hacer llegar el aire y el carburante, por separado, al interiorde los cilindros.

Para que el aire llegue adecuadamente pasa por un filtro y por el colector de admisin hasta la vlvula quelo comunica con el interior del cilindro.

Para que el carburante llegue necesita un depsito, una bomba de alimentacin, canalizaciones, filtros,bomba de inyeccin e inyectores.

Por tanto, necesita de la utilizacin de dos circuitos independientes entre s, pero a la vez relacionados.

Dichos circuitos son:I Circuito de alimentacin de aire.

I Circuito de alimentacin de carburante.

A) Circuito de alimentacin de aire

A travs de los elementos de este circuito, durante la fase deadmisin, pasa el aire de la atmsfera, debidamente filtrado, alinterior de los cilindros. La cantidad de aire admitida dependenicamente de la aspiracin de los pistones. El filtrado del aire serealiza emplendose dos tipos de elementos filtrantes: filtrossecos - ms utilizados- y filtros en bao de aceite.

Tema 3.

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entrada

salida

Fig. 3-4 Recorrido del aire en el filtro

Fig. 3-2 Inyeccin directa

Fig. 3-3 Inyeccin indirecta con cmara

de turbulencia

Fig. 3-4 Recorrido del aire en el filtro


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El filtro debe limpiar el aire de las posibles impurezas que tenga, pero no tiene que estar muy tupidoporque impedira el paso de la suficiente cantidad. Si pasara algo de polvo, formara con el aceite una pastalijosa, que originara el desgaste prematuro de las piezas.

Segn se va ensuciando el elemento filtrante, aumenta su resistencia al paso de aire y el carburante que seinyecta ya no tiene suficiente aire con el que mezclarse, provocando una reduccin del rendimiento del motor,disminiyndose la potencia y aumentndose el consumo de carburante. En esas condiciones, el motor produ-ce ms gases contaminantes y ms cantidad de partculas -sale humo muy negro por el tubo de escape-, loque tambin deja residuos que van ensuciando el interior del motor.

Para aumentar la vida til del filtro, se dispone, en la carcasa delmismo, de unos separadores que producen la decantacin - significadepositarse en el fondo del recipiente - de gran cantidad de polvoantes de pasar por el elemento filtrante. Resulta por ello muy importan-te realizar un mantenimiento peridico, abriendo la tapa de la carcasay soplando con aire a presin, y la sustitucin, cuando sea necesario.Puede ir equipado con un indicador que avisa cuando el filtro est

saturado de partculas y si aparece agua en exceso, procedente de lacondensacin del vapor que hay en la humedad del ambiente, tambinlos indica.

NOCIONES RELATIVAS A LA SOBREALIMENTACIN DE MOTORESUn motor se llama atmosfrico cuando el aire es aspirado, solamente, por la depresin creada en los cilin-

dros por los pistones. El aire que entra est a la presin y temperatura del ambiente. Un incremento de la pre-sin eleva el flujo de aire, disponindose mayor cantidad de oxgeno para la combustin, rindiendo mayorpotencia el motor. Adems, otra ventaja es que se aprovecha mejor la energa contenida en el carburante.

Actualmente todos los motores de los camiones y autobuses son sobrealimentados.

Tema 3.

Motor

atmosfrico

Carcasa

Elemento filtrante

Alrededor de 1 atmsfera de presin

. 3-7 Comparacin de la presin del aire en el

colector de admisin

Motor

sobrealimentado

Mnimo 1 atmsferaMximo sobre 2 atmsferas

Fig. 3-5 Limpieza del elemento filtrante

Fig. 3-7 Comparacin de la presin del

aire en el colector de admisin

Fig. 3-6 Colocacin del filtro

Libro Mecanica-Automovil Camiones Diesel 1

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