ELEMENTOS MOTRICES DEL MOTOR
Son los elementos encargados de transformar la energía térmica producida en la combustión en energía mecánica, a través de un sistema de biela - manivela que transforma el movimiento alternativo del pistón en un movimiento giratorio del cigüeñal.
Entre los principales elementos móviles que constituyen el motor de cuatro tiempos podremos hablar de;
PISTÓN O ÉMBOLO: Es el elemento móvil que se desplaza en el interior de cilindro el cual recibe directamente sobre él el impacto de la combustión de la mezcla. Se divide en dos partes fundamentales; lo que se denomina cabeza del pistón y la otra llamada falda del pistón.
Cabeza del pistón: Es la parte superior del pistón que se encuentra en contacto directo con la cámara de combustión y que por lo tanto es la parte que se encuentra sometida a un mayor castigo mecánico, térmico y químico. Es esta parte del pistón se encuentran mecanizadas unas ranuras o gargantas las cuales sirven de alojamiento a los segmentos (elementos que estudiaremos posteriormente).
La cabeza del pistón puede llegar a tener varias formas dependiendo del tipo de motor, bien sea por su disposición o por su principio de funcionamiento. Así pues existen pistones con la cabeza plana, los cuales son de uso frecuente en motores con cámara de combustión en culata. Cámara de combustión en pistón; a este tipo de pistones se les practica un alojamiento con unas formas determinadas que sirven de cámara de combustión, lo que nos permite montar culatas completamente planas. Cabeza con deflector; este tipo de pistones se utilizan en motores de dos tiempos para conducir los gases.
Falda del pistón: Es la parte baja del pistón y la cual posee la misión de servir de guía en su movimiento alternativo Es de dimensiones ligeramente mayores que las de la cabeza del pistón lo cual evita su cabeceo y por lo tanto un desgaste descompensado en el cilindro y en el pistón.
En esta parte se mecaniza un alojamiento para el bulón de unión entre la biela y el pistón. En ocasiones, en esta parte (la falda), se practican unas ranuras en forma de T o de U, las cuales sirven de compensadores térmicos que evitan el aumento de dimensiones del pistón cuando alcanza altas temperaturas.
Debido a las condiciones de trabajo a las que están sometidos los pistones han de construirse de tal manera que sean; Robustos, ligeros, resistentes a las altas temperaturas, resistentes al desgaste, bajo coeficiente de dilatación y gran conductividad térmica. Para conseguir todas estas propiedades se construyen de aleación ligera a base de aluminio - silicio con ligeros contenidos de cobre, magnesio y níquel.
SEGMENTOS: Como hemos mencionado al estudiar el pistón, estos elementos van alojados en los pistones y se componen por unos anillos elásticos que se encuentran en contacto con las paredes del cilindro. Su misión es la de separar herméticamente el recinto volumétrico generado por el pistón en su desplazamiento; lubricar las pares del cilindro y transmitir el calor que le comunica el pistón a las paredes del cilindro.
El número de segmentos por pistón varía según los motores pero oscilan entre 3 y 6.
Al primer grupo de segmentos se les denomina; segmentos de compresión y son los encargados de realizar un cierre hermético con la parte superior del cilindro. Al primero de estos segmentos se le denomina de fuego.
Posteriormente tenemos los denominados segmentos de engrase, los cuales, como su propio nombre indica, sirven para engrasar las paredes del cilindro. Suelen tener unos orificios por los cuales circula el aceite y que comunican con el interior del pistón.
Al igual que los pistones y debido a sus condiciones de funcionamientos deben de cumplir una serie de condiciones mecánicas y térmicas como por ejemplo; ser buen conductor térmico, resistente a las altas temperaturas y sobre todo, resistente al desgaste.
La biela se divide en; cabeza, cuerpo y pie.
La cabeza es la parte de la biela que va acoplada a la muñequilla del cigüeñal. Esta unión se realiza a través de un elemento llamado sombrerete el cual va unido a la cabeza de la biela por medio de dos fijaciones roscadas. Entre medias se colocan unos casquillos antifricción los cuales sirven para evitar el desgaste prematuro entre las superficies en contacto. Estos elementos se denominan semi casquillos de biela o semi cojinetes de biela.
El cuerpo de la biela es la parte que une el pie con la cabeza y por lo tanto la que transmite el esfuerzo. Sometida a esfuerzos de flexión y compresión posee una sección transversal que varía de formas pero que suelen ser en forma de H la cual proporciona a la biela la suficiente resistencia mecánica para soportar tales esfuerzos.
El pie de biela el la parte que une se al bulón y que a su vez lo hace con el pistón.
Constituido por un árbol acodado el cual posee unas muñequillas de apoyo o moyús que descansan sobre los apoyos del bloque motor. El cigüeñal va fijado en sus apoyos, al igual que la cabeza de biela, por unos sombreretes, denominados sombreretes de bancada. Entre medias se colocan unos casquillos denominados semi casquillos de bancada o semi cojinetes de bancada, los cuales tienen la misión de reducir el rozamiento al máximo y evitar el desgaste prematuro entre las piezas en contacto. El número de apoyos de un cigüeñal suele ser, el número de cilindros menos uno.
También posee unos muñones o muñequillas de biela, sobre los que se acoplan las bielas por medio de la cabeza de biela. Siendo el numero de muñones igual al de cilindros.
En los apoyos situados en los extremos del motor, se montan unos retenes que eviten las pérdidas de aceite hacia el exterior, tanto en el lado de la distribución como en el lado del volante.
Posee unos orificios que comunican entre sí y que sirven como conductos para la circulación del aceite de engrase. Estos orificios se encuentran en los apoyos y en los muñones para que lubriquen las piezas que se encuentran sometidas a mayor desgaste.
DISTRIBUCIÓN: La comprenden el conjunto de elementos auxiliares necesarios para el perfecto funcionamiento de los motores. Tiene por misión la de abrir y cerrar las válvulas de admisión y escape en el momento adecuado para el llenado y evacuado perfecto de los gases de admisión y escape.
La distribución está constituida por los siguientes elementos;
CONJUNTO DE VÁLVULA: Son un conjunto de elementos que abren y cierran la entrada y salida de gases a la cámara de compresión.
VALVULA: Son el elemento principal de este conjunto. Situadas en el interior de la cámara de combustión son las encargadas de abrir y cerrar los orificios de entrada y salida de gases.
Constituidas por una cabeza de válvula la cual hace el cierre hermético con el orificio de la culata. Suelen estar mecanizadas con un ángulo de inclinación para evitar fugas y permitir un mejor cierre. Esta parte de la válvula apoya en la culata sobre un elemento llamado asiento de válvula.
Unida a la cabeza se encuentra el vástago o cuerpo de válvula cuya misión es la de servir de guía a la válvula en su desplazamiento. Al final del vástago posee unas hendiduras las cuales sirven para fijar el resto de elementos que van acoplados a la válvula.
MUELLES DE LA VÁLVULA: Es el elemento encargado de mantener la válvula siempre cerrada. Este tipo de muelles se suelen fabricar con carga elástica de tensión gradual, es decir, que su constante de proporcionalidad varía a lo largo de su longitud; el objetivo de este tipo de construcción es el de evitar el rebote del propio muelle y por lo tanto de la válvula, debido al continuo movimiento alternativo. Otra forma de evitar este efecto es colocando dos muelles con distinto sentido de arrollamiento en la espira del muelle.
ELEMENTOS DE FIJACIÓN: Con objeto de mantener el muelle unido a la válvula se emplean unos elementos de fijación como las cazoletas y los semiconos. Estos elementos quedan fijados a la válvula gracias a la propia presión que realiza el muelle sobre ellos.
GUIA DE VÁLVULA: Es el elemento sobre el cual se desliza el cuerpo de la válvula y el cual se encuentra fijo en la culata. Su misión, como su propio nombre indica, es la de guiar y hacer más suave el movimiento de la válvula.
ÁRBOL DE LEVAS Y ELEMENTOS DE MANDO: El árbol de levas es el elemento encargado de vencer la fuerza que ejercen los muelles sobre las válvulas a través de los mecanismos de mando para poder abrirlas y cerrarlas en el momento adecuado.
Constituido por un árbol al cual se le han mecanizado una serie de elementos excéntricos denominados levas, que son los encargados de mandar el empuje a través de los elementos de mando hacia las válvulas. Al igual que el cigüeñal posee una serie de apoyos o moyús, los cuales pueden ir alojados o bien el bloque (árbol de levas en bloque), o bien en la culata (árbol de levas en cabeza o en culata), dependiendo del tipo de distribución que tenga el motor. En ocasiones llevan mecanizados uno o dos piñones dentados los cuales sirven para dar movimiento a la bomba de aceite y al distribuidor o delco respectivamente. En motores con bomba de gasolina mecánica, se mecanizaba una leva adicional al árbol de levas la cual accionaba dicha bomba. En la actualidad está en desuso debido a la utilización de bombas eléctricas.
La apertura y cierre de las válvulas debe de estar perfectamente sincronizada con la posición de los pistones. Debido a esto el árbol de levas recibe el movimiento del cigüeñal el cual debe estar perfectamente sincronizado en su movimiento con el del árbol de levas.
Cuando el árbol de levas se encuentra en el bloque, el accionamiento sobre las válvulas se realiza a través de unos elementos de mando constituidos por;
BARILLA EMPUJADORA: Tiene la misión de transmitir el empuje de la leva hasta el balancín, salvando la distancia que hay entre ellos.
TAQUÉS: Dependiendo del tipo de distribución, los taqués irán situados o bien en el bloque o en la culata.
Taqués en bloque: Van situados entre la leva y la varilla empujadora.
Taqués en culata: Se colocan cuando el árbol de levas va montado sobre la culata y el accionamiento sobre las válvulas es directo (no necesita varilla empujadora). Este tipo se coloca encima de la misma válvula. En la actualidad, en este tipo de montaje, se emplean taqués hidráulicos los cuales poseen la ventaja de mantener en todo momento las cotas de funcionamiento evitando de este modo realizar el llamado reglaje de taqués.
Todos los motores están constituidos básicamente por todos los elementos descritos hasta ahora, pero existen otros elementos acoplados al motor y que aunque no afecten directamente al ciclo fundamental de funcionamiento sin ellos sería imposible el funcionamiento del motor.
