Sistemas Auxiliares del Motor: La Distribución

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1 Mantenimiento Mecánico Preventivo del Vehículo Tema 3: Sistemas auxiliares del motor: La Distribución Contenidos Contenidos..........................................................................................................................................................................1 Objetivos.............................................................................................................................................................................1 1.- ¿Qué son los sistemas auxiliares del motor?

….………………………………………………………………………………………………….2 2.- La distribución ........................................................................................................................................................2 2.1.- Ciclo de funcionamiento real del motor diesel....................................................................................

..….3 2.2.- Problemas con el ciclo de funcionamiento teórico ………….…………………………………….……………………….………4 2.3.- Modificaciones sobre el ciclo teórico ……………………………………………………………………………………………………..4 2.4.- Elementos que componen la distribución ………………………………………………………………………………………………6 2.5.- Tipos de distribución ……………………………………………………………………………………………………………………………10 2.6.- Mantenimiento y reparaciones simples: Distribución …………………………………………………………………………..10 Objetivos Conocer qué es y qué función tiene la distribución. Conocer cómo se puede realizar el mantenimiento y reparaciones simples de los sistemas auxiliares del motor (distribución) 2 1.- ¿Qué son los sistemas auxiliares del motor?

Definición de sistemas auxiliares del motor: Son todos aquellos sistemas o mecanismos que son imprescindibles para que el motor térmico pueda funcionar. El ciclo de funcionamiento del motor térmico que hemos estudiado en la UNIDAD DIDÁCTICA 2 nos indica qué ocurre en cada tiempo pero no nos dice nada acerca de cómo se abren y se cierran las válvu- las, ni de dónde cogemos el aire y el combustible, ni de lo que pasa con el calor generado, ni del efecto de este. Para saber cómo se producen estos procesos tenemos que estudiar los sistemas auxiliares del motor. Estos sistemas auxiliares imprescindibles en un motor térmico son: la distribución, la lubricación, la alimentación y la refrigeración.

A continuación vamos a describir esquemáticamente cuál es la función de cada uno de ellos en el motor térmico y a lo largo de la unidad lo explicaremos con detalle: La distribución es el conjunto de elementos que permiten que las válvulas de admisión y de escape de cada cilindro se abran y se cierren en el momento indicado. La lubricación es el conjunto de elementos encargados de disminuir el rozamiento entre las partes móviles del motor y ayudar a la refrigeración en la evacuación del calor. La alimentación es el conjunto de elementos que hacen posible la entrada del aire y del combustible al interior del cilindro.

La refrigeración es el conjunto de elementos necesarios para mantener al motor térmico dentro de unos márgenes tolerables de temperatura. En la UNIDAD DIDÁCTICA 2 hemos estudiado los ciclos de funcionamiento del motor Otto y del motor diesel. En esta unidad nos referimos exclusivamente al diesel ya que, en la actualidad, es el único que llevan nuestras ambulancias. 2.- La distribución Definición de distribución: Es el conjunto de elementos que permiten que en las válvulas de admi- sión y de escape de cada cilindro se abran y se cierren en el momento indicado, consiguiendo la máxima eficacia tanto en el llamado del cilindro como en la evacuación de los humos o gasees quemados.

3 2.1.- Ciclo de funcionamiento real del motor diesel En la UNIDAD DIDÁCTICA 2 hemos estudiado el ciclo teórico de funcionamiento del motor diesel. La tabla siguiente resume cómo se encuentran las válvulas en cada tiempo: Desplazamiento del pistón Válvula/s de admisión Válvula/s de escape Primer tiempo: Admisión PMS a PMI Abierta Cerrada Segundo tiempo: Compresión PMI a PMS Cerrada Cerrada Tercer tiempo: Combustión PMS a PMI Cerrada Cerrada Cuarto tiempo: Escape PMI a PMS Cerrada Abierta A continuación vemos qué problemas debidos a la velocidad de desplazamiento del pistón por el in- terior del cilindro comporta llevar a la práctica el ciclo de funcionamiento teórico.

Finalmente, veremos la manera en que el ciclo real de funcionamiento puede disminuir estos problemas. La velocidad de desplazamiento del pistón Para tener una idea más clara sobre la velocidad de desplazamiento del pistón por el interior del ci- lindro y de los problemas que esta puede ocasionar vamos a calcularla. Para hacerlo partimos de la velocidad de giro del cigüeñal: Las revoluciones por minuto que nos indica el cuadro de instrumentos. Así, por ejemplo, una velocidad de marcha que podríamos considerar adecuada para los motores die- sel se encuentra alrededor de las 2.000 rpm. Hablar de 2.000 rpm es lo mismo que decir que el cigüeñal realiza 2.000 vueltas en un minuto.

Va- mos a averiguar a cuantas vueltas por segundo corresponde este valor: (2000 vueltas) / 1 minuto * (1 minuto / 60 segundos) = 33,33 vueltas / segundo El resultado anterior nos indica que cuando el cuadro de instrumentos da una lectura de 2.000 rpm significa que el cigüeñal está dando 33,33 vueltas en un segundo, velocidad nada despreciable. Si además, tenemos en cuenta que una vuelta del cigüeñal corresponde a dos carreras del pistón, llegamos a la conclusión de que el pistón realiza 66,67 carreras en un segundo (33,33 * 2), una velocidad de vértigo. Estamos ya en disposición de comprender los problemas que generan es- tas altísimas velocidades.

Figura 1.- La velocidad de desplazamiento de los pistones en el interior de los cilindros es muy elevada. 4 2.2.- Problemas del ciclo de funcionamiento teórico La gran velocidad a que se mueven el cigüeñal y los pistones, por tanto, puede ocasionar problemas en las distintas fases del ciclo de un motor diesel. Problemas en la admisión: Puede ocurrir que, debido al rápido desplazamiento del pistón, el cilindro no se pueda llenar completamente. Los motivos son dos: La válvula de admisión no se abre instantáneamente, lo cual dificulta la entrada de aire al interior del cilindro. Por la inercia, el aire no puede seguir al pistón y queda un vacío entre el aire que entra y la cabeza del pistón.

Problemas en la compresión: Si no se ha llenado completamente el cilindro durante la admisión, la pre- sión y la temperatura que se alcanzarán al final de la compresión serán inferiores a las teóricas. Problemas en la combustión: El gasoil finamente pulverizado entra en contacto con el aire comprimido y caliente que se encuentra en el interior del cilindro y, tras un cierto tiempo, empieza a quemar por sí solo. Esto es debido a que primero tiene que alcanzar la temperatura de combustión, tomando el calor del aire que lo rodea. Problemas en el escape.: Al iniciarse el escape, actúa todavía una fuerte presión en el interior del cilindro que se opone al desplazamiento del pistón.

Al finalizar, la presión en la cámara de combustión es superior a la exterior, lo cual dificulta la entrada del aire para iniciar el siguiente ciclo. Recuerda: La inercia es la dificultad que presentan los cuerpos a variar el estado de reposo o de movimiento en que se encuentra. Por ejemplo, cuando viajamos en autobús, metro, o tren y este acelera, nosotros nos vamos hacia atrás (estábamos quietos y queremos seguir quietos) mientras que cuando el vehículo frena nos vamos hacia delante (estábamos en movimiento y queremos seguir en movimiento).

2.3.- Modificaciones sobre el ciclo teórico Para resolver los problemas del ciclo teórico los motores incluyen una serie de modificaciones: Modificaciones en la admisión: En esta fase hay dos modificaciones: Avance de la apertura de admisión (AAA): La válvula de admisión se abre antes de que el pistón llegue al PMS, con lo que se consigue que: La válvula esté abierta cuando el pistón se encuentra en el PMS. 5 El aire empiece a ponerse en movimiento, ocupando el espacio que van dejando los gases quemados a medida que van saliendo hacia el exterior y disminuyendo de esta manera la inercia del mismo. Retraso del Cierre de Admisión (RCA): La válvula sigue abierta pasado el PMI.

Durante este tiempo se aprovecha la inercia del aire que sigue entrando a pesar de que el émbolo ya ha empezado el recorrido hacia el PMS. Modificaciones en la compresión: Este tiempo dura desde que se cierra la válvula de admisión hasta que se inyecta el combustible en el in- terior del cilindro. En este caso, la modificación se basa en realizar la inyección justo antes de que el pistón alcance el PMS, en lugar de hacerla en el momento en que lo haya alcanzado.

Esta modificación se denomina Avance de la Inyección (Al) y consigue que el combustible entre en contacto con el aire antes y tenga así tiempo de alcanzar la temperatura de combustión e iniciar la ignición justo en el momento en que el pistón se encuentra situado en el PMS. Modificaciones en la combustión: Este tiempo dura desde que se produce la inyección del combustible hasta que se abre la válvula de es- cape. En esta fase el problema era que el combustible no tenía tiempo de calentarse suficientemente. El Avance de Inyección lo resuelve, ya que permite que el combustible pueda estar más tiempo en contacto con el aire caliente.

Modificaciones en el escape: Una modificación que se introduce en esta fase se denomina Avance de la Apertura de Escape (AAE). La válvula de escape se abre antes de que el pistón llegue al PMI. De esta manera los gases quemados some- tidos a presión en el interior del cilindro buscan rápidamente la salida por la válvula abierta. Otra modifica- ción es el Retraso Cierre de Escape (RCE). La válvula de escape se cierra poco después de que el pistón haya superado el punto muerto superior para conseguir un mejor vaciado de la cámara de combustión.

El diagrama circular de la distribución: El diagrama circular de la distribución es un gráfico circular que representa las dos vueltas del giro del cigüeñal necesarias para la realización de los cuatro tiempos de un ciclo de funcionamiento. En él figuran las marcas correspondientes a los puntos de apertura y cierre de cada válvula, así como el momento en que se inicia la inyección del combustible. 6 Escape RCE Figura 2.- Diagrama circular de la distribución. La recta que aparece en vertical corresponde en su parte superior al PMS y en su parte inferior al PMI. Los ángulos de adelantado y de retraso vienen referenciados en función de los puntos muertos.

Estos ángulos son particulares de cada motor y nos los facilita la empresa fabricante. 2.4.- Elementos que componen la distribución Empezamos el estudio de los componentes que forman parte de la distribución por las válvulas y finalizaremos estudiando los componentes que accionan y transmiten el movimiento para que se despla- cen produciendo la apertura o cierre. Las válvulas: Las válvulas tienen una parte circular denominada cabeza, sobre la cual se encuentra un vástago denominado pie de válvula. Están situadas en la culata, unidas mediante unos resortes a los orificios que tiene la culata para permitir la entrada del aire al cilindro, y la salida de los humos.

Las válvulas tienen como función tapar o dejar libres esos orificios, dependiendo del tiempo del ciclo del motor. Para ello deben hacer movimientos de apertura y cierre: Apertura de la válvula: Desde el exterior se provoca un desplazamiento lineal en la parte superior del pie de válvula, lo cual hace que el resorte se comprima y la válvula se desplace y deje el orificio libre. En este desplazamiento, el pie de válvula hace la función de guía para conseguir un desplazamiento to- 7 talmente recto. Cierre de la válvula: Es el resorte o muelle de recuperación y hace que la válvula vuelva a su posi- ción inicial, tapando el orificio.

Accionamiento de la válvula para su abertura: Hemos explicado que la apertura de una válvula se inicia con desplazamiento de la parte superior del pie de válvula; pero ¿cómo se consigue esto? El desplazamiento se consigue gracias a que un ele- mento externo acciona mecánicamente la válvula. Este elemento se denomina leva. La leva es un elemento que de una manera muy simple transforma un movimiento circular en un pequeño desplazamiento recto. Figura 3.- Representación esquemática de la apertura y cierre de las válvulas Al girar, la leva empuja la válvula hacia el interior del cilindro abriendo el orificio.

El perfil que tiene la leva es el que determina, de los 360º que tiene una vuelta completa, los grados durante los cua- les permanece abierta y los grados en que permanece cerrada. Entre el pie de la válvula y la leva se colocan unos empujadores (llamados también taqués) cuya misión es transmitir la presión de las levas a las válvulas aumentando la superficie de contacto, redu- ciendo el desgaste y eliminando holguras no deseadas. Los empujadores pueden ser ajustables mediante arandelas de distanciamiento (reglaje de válvu- las) o pueden ser hidráulicos y, en este caso, son autoajustables.

Como los motores de las ambulancias en general tienen cuatro cilindros en línea, habrá como mínimo cuatro válvulas de admisión y cuatro de escape. Por lo tanto, necesitamos como mínimo ocho levas. Estas levas se pueden disponer de dos formas: 8 Disposición OHC: Todas las levas están situadas en un eje al que denominamos árbol de levas. Disposición DOHC: Las levas se reparten entre dos ejes es decir, en dos árboles de levas. En es- ta disposición hay un árbol de levas para la apertura de las válvulas de admisión y otro para la apertura de las válvulas de escape.

En el árbol de levas el perfil de cada una de ellas es idéntico, no obstante, una válvula se encuen- tra desfasada respecto al resto, es decir, una válvula se abre en un determinado momento mientras que las demás lo deben hacer en otro momento. Figura 4.- Leva Transmisión del giro al árbol de levas: El giro que necesita el árbol de levas para realizar su función proviene del cigüeñal.

En la parte delantera, tanto del árbol de levas como del cigüeñal, tenemos un engranaje o una rueda dentada, unidos entre sí mediante un elemento de transmisión (correa o cadena), de forma que al girar el cigüeñal arras- tra el elemento de transmisión y este hace girar el engranaje o rueda dentada del árbol de levas. Utilizamos cadenas cuando la transmisión se realiza mediante engranajes y utilizamos correas cuando la transmisión se realiza mediante ruedas dentadas.

El número de dientes del engranaje o de la rueda dentada del árbol de levas debe ser el doble del que tiene la rueda dentada o el engranaje del ci- güeñal, ya que por cada ciclo del motor térmico, correspondiente a dos vueltas del cigüeñal, cada válvu- 9 la se debe abrir y cerrar una sola vez. Una vuelta del árbol de levas por cada ciclo de funcionamiento del motor. Los dos engranajes o ruedas dentadas tienen una única posición para que, en fundón del lugar en que se encuentre y del tiempo en que esté el pistón, las válvulas se abran o se cierren.

Por esta razón, los engranajes o las ruedas dentadas llevan unas marcas de montaje que nos indican en qué posición debe- mos colocarlos al montar la cadena o la correa. Para mantener la correa tensa y, en algunos casos, para compensar el desgaste o estiramiento pro- vocado por el uso, utilizamos elementos de tensado mecánicos para transmisiones con correa. Figura 5.- Árbol de levas. La tensión existente en el árbol de levas se debe comprobar, mediante un útil denominado ten- siómetro, ya que un ajuste incorrecto podría llevar a la ruptura de la correa y provocar daños graves en el motor.

En la actualidad, la mayoría de los fabricantes se decantan por el uso de correas más que de cadenas debido a que hacen menos ruido, son más baratas y no necesitan lubricación. Por contra, el uso de corre- as requiere un mantenimiento cuya periodicidad estipula cada fabricante. 10 2.5.- Tipos de distribución ble. Podemos clasificar la distribución en dos grandes grupos: la distribución fija y la distribución varia- Distribución fija: La distribución fija es aquella en la que, independientemente del giro del cigüeñal, las válvulas se abren y se cierran un cierto número de grados fijo con antelación o con retraso respecto de los puntos muer- tos.

Corresponde a una distribución fija la que hemos estudiado en el apartado anterior. El inconveniente de la distribución fija es que el tiempo de llenado y de vaciado del cilindro no es constante, por lo que operando a cierto número de revoluciones será óptimo pero en otro caso el cilindro no tendrá tiempo de llenarse o de vaciarse. Este inconveniente es el que viene a subsanar la distribución varia- ble. Distribución variable: La distribución variable es aquella en la que las válvulas se cierran y se abren variando los grados de apertura y cierre en función de las revoluciones del motor. Existen varios sistemas de distribución variable instalados en motores multiválvulas.

Normalmente cua- tro válvulas por cilindro, dos de admisión y dos de escape: Desplazamiento de la cadena de unión entre árboles de levas (DOHC): Para, de esta manera, avan- zar el momento de apertura de las válvulas de admisión. Variación de altura de las válvulas, para ello utilizamos una leva adicional de mayor alzada por ci- lindro que, en función del número de revoluciones, acciona un tercer balancín. Esto provoca un mayor recorrido de apertura de válvulas, por lo tanto un mayor tiempo de llenado o de barrido de la cámara de combustión. Algunos fabricantes utilizan sistemas hidráulicos para girar los árboles de levas en el sentido de avance o de retraso.

Los distintos sistemas son gobernados por la unidad de control electrónico en función del número de re- voluciones y de la posición del pedal del acelerador. 2.6.- Mantenimiento y reparaciones simples: Distribución Como ya hemos dicho, la mayoría de los motores utilizan distribuciones accionadas por correa. Tie- nen una vida útil variable según el fabricante (entre 60.000 y 150.000 km) y su mantenimiento consiste en la renovación periódica de la correa y del tensor. 11 Renovar la correa y el tensor: A continuación describimos un ejemplo del proceso de renovación: 1.- Desmonta la polea del cigüeñal y las tapas de plástico que protegen la correa.

2.- Gira el motor para colocar las marcas de las ruedas dentadas en la posición indicada por el fabricante. Para ello puede ser necesario usar útiles de fijación. 3.- Desmonta el tensor de la distribución. 4.- Saca la correa. 5.- Coloca la nueva correa y el tensor. Debes prestar especial atención al tensado de la correa (si es necesa- rio, utiliza un tensiómetro) y a la posición de las ruedas dentadas. Para ello, una vez montados estos elemen- tos gira el cigüeñal hasta realizar un ciclo completo (dos vueltas) y comprueba de nuevo la tensión de la co- rrea y la posición de las ruedas dentadas con respecto a las marcas de montaje. 6.- Monta las tapas protectoras y la polea del cigüeñal.

7.- Pon el motor en marcha. Figura 6: Proceso de renovación de la correa y del tensor. 12 © Tassica Emergency Training & Research. No está permitida la reproducción total o parcial de esta publicación, ni su tratamiento informático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos ni su préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión de uso del ejemplar, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del copyright.