El rincón de la técnica (por Mike Hierros)

[Epifumi]

Pues como veo que el post que abrió amablemente AlexGp, va a ser el hilo donde se gestionen las consultas y dudas, abro este otro, donde iré poniendo , ( poco a poco), un manualillo de primeros auxilios para los menos informados de lo que llevan dentro y debajo, nuestros vehículos de dos y cuatro ruedas. (el que quiera aportar croquis, o otros datos, que lo consulte con los moderadores y ellos lo insertaran correctamente).

Según me vayan saliendo lo iré poniendo aquí y llevara un orden de explicaciones, al principio lo mas somero y básico y después, lo mas concreto.

Las preguntas al respecto, agradecería que se pusieran aparte, crearíamos una especie de lo que llaman FaQ los anglos, que una vez depurado, podía servir de guía para consultar y evitar las preguntas reiterativas.


Aqui va lo primero que he tenido tiempo a escribir.

El Motor de Explosión


En términos generales, intentare aclarar aquí lo que se entiende por un motor de combustión interna, mejor llamado de explosión, ya quedaron atrás los días en que el diseño se basaba en un sistema de combustión interna de bajo rendimiento y de aprovechar muy deficientemente la expansión de los gases para conseguir un trabajo.

En los motores de este tipo, se pretendía y se sigue pretendiendo, transformar la energía térmica, de quemar una mezcla de un carburante y aire, en su interior, por energía cinética, (movimiento, en este caso, circular).

El sistema a seguir es el de reunir el trabajo de varias piezas que están relacionadas entre si y que transforman la energía lineal en circular.

Estas piezas o elementos son: cilindro, culata, pistón, biela, cigüeñal y volante de inercia.

Luego existen otros grupos de piezas o componentes adicionales, que son los que ayudan o solventan los problemas que se presentan en los ciclos de trabajo del motor.

Estas piezas o elementos son: Sistema de engrase, sistema de refrigeración, sistema de distribución, sistema de encendido, sistema de alimentación y sistema de transmisión.

Entre estos sistemas, existen algunas diferencias concretas en función del diseño de funcionamiento del motor, puede ser en relación al ciclo de trabajo, de 2 tiempos o de 4 tiempos, estas diferencias, vienen marcadas por su sistema de la alimentación de aire-carburante y de los ciclos necesarios para convertir el energía térmica en movimiento aprovechable.

cuatro tiempos



Dos tiempos



El cilindro: Como su nombre indica, este elemento es la base de deslizamiento, donde se inserta el pistón, para que este se desplace de arriba abajo y a la inversa, es perfectamente cilíndrico y suele ser de material ferrico, en los motores actuales, suele ser de aluminio con una tratamiento en su superficie interna, por donde se desliza el pistón, para favorecer el que exista el mínimo rozamiento y se disipe mas rápidamente la temperatura excedente. El que corresponde al del ciclo de “2 tiempos”, es de construcción mas compleja, ya que lleva en su interior los conductos por donde circula el gas de la mezcla y se distribuye hacia la parte alta del cilindro.



La Culata: Es unos de los elementos que distingue el ciclo al que pertenece el diseño de los motores de combustión interna, la del denominado “2 tiempos”, es muy simple de construcción, no así la denominada de “4 tiempos”, ya en ella se alojan los mecanismos de alimentación y descarga o escape, llamados válvulas, es en ambas donde se efectúa la explosión de la mezcla y donde se genera la presión que hace desplazar el pistón y por tanto, genera el movimiento que transmitido por la biela hace que el cigüeñal transforme en giro útil la fuerza de la explosión.



El Pistón. Este elemento es una de las piedras angulares del diseño del motor de explosión, es una pieza de forma cilíndrica, cerrado por su parte superior, con unos alojamientos en la parte externa donde se insertan los elementos que en forma de anillo abierto, mantienen la estanquidad entre las dos piezas, cilindro y pistón, estos anillos se llaman segmentos, por su forma característica similares a partes de un cilindro. El pistón tiene un “diámetro” concreto, en función del cubicaje del motor y lleva un taladro que le traspasa de lado al lado, donde se inserta un bulon cilíndrico que le une al elemento que se llama biela.



Biela: Este elemento es uno de los que soportan mas esfuerzo en el motor, unen el pistón que se desliza por el cilindro, al eje motor, llamado cigüeñal y estos dos elementos, transforman el movimiento lineal que efectúa el pistón, en movimiento circular, la biela presenta una forma de viga con dos orificios en sus extremos, uno se une al pistón y el otro a la muñeca del cigüeñal.



El Cigüeñal: Este elemento, como ya se indica anteriormente, es la pieza que dado su diseño, transforma las carreras ascendente y descendente del pistón, en movimiento circular, presenta un diseño que se asemeja a un eje al que hemos quitado partes de su centro y hemos dado forma de manivela, dos partes del eje están alineadas en los extremos y la otra esta desplazada, en esta se inserta la biela que une pistón y cigüeñal.

La longitud de recorrido del pistón en el cilindro, vienen dada por el desplazamiento del eje de la manivela y a esto se le llama “carrera”.



El volante de inercia, es un elemento que en forma de pesa circular, va unido al eje del cigüeñal en uno de sus extremos, su misión es la de estabilizar el movimiento circular, dándole una uniformidad a este.



Muy es síntesis esta explicado el conjunto de componentes básicos que componen el motor, o mejor dicho, los elementos mecánicos encargados del trabajo, falta reseñar los elementos adicionales imprescindibles para conseguir aunar todos los trabajos y crear el movimiento controlado y por tanto, la energía dosificable.



Mike Hierros

Jan 19 2007, 01:42 PM



Este es otro de los manualillos que he preparado, si se insertan gráficos seria muy agradecer, ya que estos aclaran puntos oscuros y son de ayuda inestimable. Gracias a todos por su colaboración.


Los elementos adicionales: De los elementos considerados, adicionales, habría que diferenciar a dos, que hacen que el funcionamiento en general sea posible, ya que evitan el posible deterioro del motor en sus fases de trabajo; estos son el sistema de engrase y el sistema de refrigeración; El primer elemento adicional y uno de los mas imprescindibles para un motor de combustión interna, es el sistema de engrase, este sistema es como su propio nombre indica , el que evita que las piezas en movimiento tomen contacto entre si, el mantener una película de aceite entre las partes móviles, hace que el funcionamiento sea mas suave y seguro, una ventaja adicional del sistema es que arrastra el calor de las piezas con las que toma contacto y dada su gran movilidad por todo el sistema, es una gran aportación a la longevidad de los componentes.


Este sistema puede constar de diversos mecanismos, , en función del ciclo de motor en el que se utilice, en el de “2 tiempos”, la aportación al engrase es muy rudimentaria, suele llevar el aceite integrado y diluido en el combustible, para que este, al circular por el interior del motor en su funcionamiento, deje por condensación, impregnadas las piezas en movimiento, en algunos casos se puede auxiliar el sistema con una pequeña bomba de impulso que distribuye el aceite a los cojinetes de apoyo del cigüeñal, así se asegura la buena lubricación de estos componentes.

En el motor de ciclo “4 tiempos”, la lubricación es mas compleja y consta de varios elementos, el principal es la bomba de impulso, esta absorbe el aceite de una deposito, bien en la parte baja de carter o en un lugar estanco, echo esto, y mediante una presión muy alta, 3 o 4 Kg./cm2, obliga al lubricante a distribuirse por los diversos puntos de fricción y mantiene las piezas en movimiento con una película de aceite sin contacto físico , a las que absorben del “carter” del motor, (alojamiento que se encuentra en la parte mas baja y que recoge el aceite que se va escurriendo de los elementos en funcionamiento), se les llama “sistemas de engrase abierto por carter húmedo”, denominación no muy afortunada, ya que viene derivada de los sistemas antiguos de engrase sin bomba de impulso y que hacían el engrase mediante cucharas que batían y arrastraban el aceite, salpicando las piezas cercanas.

Carter húmedo



Los sistemas mas actuales, utilizan sistemas de circuito cerrado, donde el lubricante es aspirado de un deposito, (“carter”) y filtrado es impulsado por todo el motor y después de pasar por un sistema de refrigeración es devuelto a el deposito principal, este deposito, sigue denominándose “carter” y como ya se ha dicho, suele estar depositado en la zona mas baja del motor.

Carter seco



Orificios de engrase de cigüeñal y biela



Hay que aclarar que al estar el aceite dentro del sistema de bloque motor, y en contacto con las piezas en movimiento y sujeto a soportar las presiones que se generan en el interior del mismo, existen unas válvulas que evitan la presión excesiva y los gases a alta temperatura en el mencionado interior, así se consigue que la lubricación sea mas eficiente y se eviten presiones excesivas que podrían deteriorar y frenar el libre movimiento de las piezas.

El sistema de refrigeración: Este es otro de los elementos mas importantes para la consecución de mantener la potencia y reducir los riesgos de dilatación de las piezas sometidas a los mayores esfuerzos y que si así fuera, crearían un frenado general del rendimiento, además, en el propio diseño del motor de explosión o de combustión interna, la transformación del calor en movimiento, crea un efecto residual que es la generación de calor, que hay que evacuar, del sistema, hay que pensar que en las cámaras de explosión de las culatas, se dan temperaturas pico de 1200º, eso hace que el sistema de refrigeración, absorba el exceso de temperatura que alcanza a las piezas cercanas, que de otra forma, haría que estas sufrieran un desgaste y un deterioro rapidísimo.





El sistema suele constar de un sistema de almacenado del refrigerante que se aprovecha a su vez para tomar el máximo contacto con el aire exterior, se llama “radiador”, suele constar de un deposito en la parte superior y otro en la inferior, si es de circulación “arriba/abajo” y de un deposito en cada lateral del radiador, si es del sistema de circulación lateral u horizontal, estos depósitos, están interconectados entre si, por unos minúsculos conductos que permiten que el refrigerante circule de una lado a otro y mediante esa técnica, el aire pasa por el lado externo de esos mencionados conductos, enfriando estos y haciéndolo a su vez con el refrigerante que circula.

El otro elemento del sistema , es la bomba de circulación del refrigerante, esta absorbe este por su parte baja e impulsa a presión moderada, (1,2 kg/cm2), por todos los conductos y cámaras que están en contacto con las zonas calientes a refrigerar, culatas, bloques de cilindros, etc.. La temperatura del motor se regula con mucha precisión, hay zonas del motor que precisan de unas temperaturas mínimas y sin embargo otras, precisan de mantener temperaturas mas frías, para que no se vea comprometido el rendimiento.

Habría que hacer un inciso aquí y aclarar un concepto muy extendido en el usuario que es la idea de que existe algo mejor que el agua para refrigerar, en este tema, vamos a intentar aclarar algo este punto.

Existen algunos elementos químicos que le dan al agua algo de mayor capacidad refrigerante, pero pocos, solo el mantenerle circuito presurizado, hace que las temperaturas soportables sean superiores al punto de ebullición, al no permitir que la evaporación llegue a los 100º, dicho esto y como ya he comentado, pese al la gran búsqueda del refrigerante ideal, solo se ha conseguido, mejorar las características del agua, pero de forma muy leve, quizás su capacidad de conductividad térmica se ha visto mejorada al adicionarle algunos productos, pero las “mezclas” se mantienen muy en secreto, si es que alguien tiene algo muy diferenciador.

(No olvidemos la labor del engrase, en el factor de refrigeración, hay que tener en cuenta que el aceite llega a partes muy internas, que el agua no alcanza y por tanto, conduce el calor residual de los radiadores propios, ayudando así, a que se complete la refrigeración en general).



Jekyll & Hyde

Jan 19 2007, 09:25 PM



Vamos a completar la lista de numeros que hay en la foto sobre el sistema de lubricacion:
1-Bomba de aceite
2-Alcachofa de aspiracion de aceite al carter
3-Digamos que es el mecanismo que une solidariamente el cigueñao(normalmente) al la bomba de aceite
4-Filtro de aceite, si os habeis fijado, hay dos colores marron y naranja, el marron es antes del filtrado y el naranja despues, y el muelle que hay en la parte inferior del filtrosirve para en el momento el filtro quede obstruido, la presion del aceite vence a la del muelle y el filtro deja de hacer su funcion.
5-Conductos internos del cigueñal, los conductos son desde el coginete de bancada al de biela, todos llevan unos cojinetes, ya sea de biela o de bancada, son una piezas que estan alojadas fijas entre la bancada y el cigueñal y entre el cigueñal y biela, tienen un tratamiento especial anti rozamiento y una ranura en la mitad de la misma que permite el aceite a presion hasta el aagugero de la biela o cigueñal mientras esta girando.
6-Conducto interno a traves de la biela-
7-Es un tubo o apertura que inyecta aceite a presion a la falda del pisto y parte baja de la camisa.
8-(no reconozco la funcion que realiza o no se verlo en el dibujo, si alguien lo puede aportar?)
9-Conductos internos del arbol de levas, tienen la misma funcion que las del cigueñal.En los motores que poseen balancines, tambien poseen ese mismo engrase.
10-¿?como no sea la funcion que se encarga de reciclar los gases y el aceite vaposizado que esta en la tapa de valancines y la descarga al conducto de admision, no se que es.




Para otras funciones de las que se encarga el aceite, son y creo que no me dejo ninguna:
1-Turbo, en los motores que poseen, y tiene un conducto especial de presion directa de la bomba, al ser uno de las pàrtes del motor que mas trabaja, ya sea por temperatura como de revoluciones.
2-Taques hidraulicos, son los encargados, por presion del aceite de anular o dejar en muy poco la separacion entre el arbol de levas y la valvula, (los que tengan moto han notado un ligero claqueteo cuando la moto se ha acabado de arrancar y que desaparece a los pocos segundos)
3-Radiadores de aceite, en motores me he encontrado de dos tipos diferentes, de entrada de presion directa a la bomba y en paralelo, (pero todo esto en motores diesel)
4-hay motores en los que no hay radiadores, pero hay intercambiadores de calor entre el liquido refrigerante y el aceite.



Mike Hierros

Jan 22 2007, 11:42 AM



Una vez descritos los sistemas adicionales, de forma somera, ya que existen distintas variantes sobre cada elemento, pasaremos a describir los sistemas adicionales, pero que son parte integrante del sistema principal y que durante el desarrollo del motor de explosión han estado sujetos a grandes modificaciones, aunque manteniendo el espíritu del diseño básico, en el caso de el sistema de distribución.

Sistema de distribución: A este sistema se le conoce por este nombre dada su implicación en la forma de distribuir las distintas fases, o ciclos de los motores de explosión para su correcto funcionamiento, sea el ciclo de diseño del motor de 2 o de 4 tiempos, los ciclos necesarios siguen estando formados por las siguientes fases: Admisión: Compresión: Explosión: Escape: estas fases son, como ya mencionamos antes, las que componen el ciclo total para el llamado sistema de distribución.



Admisión: Este ciclo es el que inicia la carga de gases al interior del motor y es el que mediante un sistema de o bien válvulas de tipo mecánico, o bien por el sistema de lumbreras, (conductos abiertos que son controlados por el pistón en el caso del motor de 2 tiempos), permiten que los gases llenen el espacio dispuesto para este fin, y puedan ser conducidos a la siguiente fase.

Compresión: En este ciclo, los gases depositados en la cámara que ha dejado libre el pistón en su desplazamiento, son comprimidos por este y reducidos mediante dicha compresión, a un volumen calculado, en la cámara de la culata, (la variación de dicha cámara, puede afectar al rendimiento, como ya se vera en las explicaciones posteriores en el apartado de “mejoras del rendimiento”). La previa compresión de la mezcla en la cámara de la culata, prepara el siguiente ciclo y es vital en el rendimiento general del motor.

Explosión: Este ciclo, es quizás el de menos aparente complejidad y sin embargo el que esta sujeto a, que con sus posibles variaciones, se obtenga el aprovechamiento del ciclo de mayor o menos magnitud, en el, los gases anteriormente comprimidos, son llevados, mediante el chispa de una bujía, (que forma parte del sistema de encendido que posteriormente aclararemos), explosionan dentro de la cámara y generan una alta presión, que fuerza al pistón a desplazarse violentamente, a esta carrera se le llama de trabajo y es la única que genera energía cinética y es en la que se convierte parte de la energía térmica en movimiento, los excedentes de la combustión, se pierden en forma de calor y por el sistema que ahora aclararemos.

Escape: Por ultimo, este ciclo es que permite que los gases quemados en parte y que han sido generados por la explosión de la mezcla, sean conducidos al exterior, esto se efectúa mediante las válvulas o lumbreras, (en la caso de motores de 2 tiempos), además de la necesaria evacuación que permita dejar el sistema “limpio” para iniciar el siguiente ciclo, genera una serie de fuerzas que son aprovechadas, (como ya se explicara mas concretamente en el apartado de “mejoras del rendimiento”).

Como se puede deducir de las fases descritas anteriormente, son cuatro y en el caso del motor “puro” de 4 tiempos, se invierten cuatro carreras de pistón en efectuarlas, ósea dos vueltas del eje del cigüeñal, con una sola carrera como fuente de energía cinética o de movimiento forzado, a simple vista de profano, se puede entender el bajo rendimiento que se obtiene de la energía condensada en el carburante con este diseño, pero salvo en el caso del motor de explosión de fase de 2 tiempos y algunas otros sistemas, como el Wankel de pistón triangular, no se consiguen mas explosiones por ciclo completo y por tanto, mas energía con el mismo consumo.

Explicadas las fases que conforman el llamado ciclo de distribución, pasaremos a enumerar los distintos elementos que componen este mecanismo.

En los motores de 4 tiempos, la culata alberga los alojamientos y los conductos llamados de admisión y es por donde circula la mezcla y donde es distribuida al interior del motor o cámara + cilindro, por las válvulas, estos elementos, suelen adoptar forma de seta de eje alargado, la parte ancha de la seta, se aloja cerrando el conducto y es guiada en su desplazamiento de apertura y cierre, por un cilindro que lleva la culata, en el que se aloja su “tallo o eje, llamado “guía de válvula”.Existen unos muelles que mantienen a las válvulas en reposo, y cerradas sobre sus alojamientos, (asientos), dichos muelles deben ser vencidos para poder abrir las válvulas, lo que acarrea un consumo de energía adicional.



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El sistema de escape presenta el mismo diseño, cerrando y abriendo un conducto denominado de “escape”, los ejes de las válvulas, salen al exterior de la culata y allí, en motores modernos de alto rendimiento, reciben el impulso, para su movimiento de trabajo, de unos ejes, llamados de “levas”, estos ejes, se apoyan en sus respectivas bancadas de cojinetes creados al efecto en la culata y mediante unas coronas de piñones, reciben el movimiento desde el cigüeñal, en este caso se efectúa una conversión de movimiento circular en movimiento lineal, ósea el inverso al que se genera entre pistón biela y cigüeñal.

Estos movimientos están calculados y sincronizados con el del movimiento del pistón y de las distintas fases en las que se encuentra en cada momento, así, cuando se va a iniciar la carrera de admisión, la válvula o válvulas correspondientes, se empiezan a abrir y permiten el flujo de gases mezclados, se introduzcan en el cilindro, de la misma manera, cada ciclo se efectúa de forma sincronizada y permite que se completen las fases descritas.

Estas fases se pueden vera mas descriptivas en la animación del anterior articulo, (cuatro tiempos), ahí se pueden verificar cada tiempo , así como los elementos implicados.

Existen diversos sistemas de distribución, (p Ej.) por balancines, mediante el empuje de un árbol de levas que se encuentra alojado en el bloque de cilindros y que acciona unas varillas que trasladan el movimiento a los mencionados balancines y que trasladan a su vez los movimientos a las válvulas, el excesivo numero de elementos en movimiento, hacen de este sistema algo totalmente obsoleto hoy y pocos motores lo integran.

El más clásico es el descrito aquí, con las variantes de comandar una, dos o tres válvulas a la vez por cilindro y conducto, permitiendo así, aumentar el volumen aspirado o desalojado en cada embolada y con ellos el rendimiento general del motor.

Del sistema de accionamiento de las válvulas, merece la pena describir que existen diversos diseños, unos buscando el eliminar los muelles descritos y así evitar el consumo de energía que esto conlleva, el “desmo”, (muy usado por Ducati en sus motores, diseñado en su día por Mercedes Benz), este sistema consta de un árbol de levas común, (empuja de la misma forma la válvulas o válvulas), pero con la diferencia de que a su vez acciona otro pestillo que sube la válvula, anulando así el muelle que se precisa para cerrar el sistema.

Este sistema además de menos costoso en cuanto a energía a consumir, permite un guiado de la válvula mas preciso y evita el temible “rebote” de la válvula en su desplazamiento no guiado, (cuando el muelle es el encargado de llevarla a su estado de cerrado y también permite el aumentar el régimen de giro al anular el mencionado efecto).

Existen también otros diseños muy actuales, que consiste en controlar el movimiento guiado de las válvulas mediante aceite o aire a presión, esto da precisión al ciclo y evita el movimiento sin control de las válvulas y sus holguras, permitiendo altos regímenes de giro. Igualmente existen alternativas al eje fijo de levas, estos ejes, llevan un perfil tallado en sus levas que le da carácter al movimiento de las válvulas, acelerando su apertura o cierre o su mayor o menos carrera, existen diseños que permiten modificar estos parámetros en función al régimen de giro, mejorando la “respiración de motor”, al dar mas grados de tiempo de apertura o viceversa, cuanto mas alto sea el giro.



La relación entre el giro de cigüeñal y el de los árboles de levas, esta controlada por un sistema de piñones conectados entre si por cadenas de tipo rodillo o de eslabones que crean un efecto dentado similar al de los piñones de talla recta (Hi-vo), otros modelos llevan una cascada de piñones, que conectan el cigüeñal a los árboles de levas, MV, Honda, etc.. Todos ellos presentan el temido efecto de la perdida de energía por crear rozamientos indeseados y holguras que obligan a los sistemas mencionados primero, a crear guías que conduzcan el movimiento de las cadenas de distribución y las mantengan tensadas.



Mike Hierros

Jan 30 2007, 09:16 AM



El sistema de alimentación:

Al entrar en explicar el sistema de alimentación de un motor de combustión interna, entramos en un apartado muy complejo y prolijo en posibilidades y fenómenos que se dan en su funcionamiento, es quizás el sistema auxiliar de mayor influencia en el apartado del rendimiento y el mas inestable a la hora de ser influenciado por las condiciones climatologicas y atmosféricas.

Los motores de explosión, precisan , como ya se ha explicado, son meros conversores de una energía potencial que se encuentra condensada en la mezcla unos gases, que unidos y conducidos por sus mecanismos, una vez comprimidos, son detonados en su interior y esto crea el calor y con el, la potencia necesaria para crear el movimiento.

Empezare explicando que cualquier sistema que sea utilizado, debe presentar unas características o posibilidades mecánicas, que permitan que los dos elementos fundamentales, para el funcionamiento del motor de combustión interna, Aire y Carburante, (comburente y carburante respectivamente), se emulsionen o mezclen de la forma mas integral posible, solo así, la combustión será mas efectiva.

Es sencillo entender que la denominación de “aire”, (comburente) es muy relativa, la composición del mismo es variada según en el estado que se encuentre su masa, la temperatura, la humedad relativa, la altura, etc., hacen que su composición sea muy variada y presente mayor o menos cantidad de oxigeno, que es al final el gas que nos es imprescindible para la mejor combustión..



En el apartado “carburante” se entiende que se pueden utilizar desde compuestos líquidos o gaseosos, es decir; podemos utilizar derivados del refino del petróleo, (elemento fósil, del que se extrae, una gran variedad de elementos con características de ser usados como carburantes), de los aceites vegetales, alcoholes vegetales, o bien de los gases, como el metano, propano, natural, o los que se pueden sintetizar o extraer de otros elementos, (del agua, el hidrogeno), etc.

Hay que hacer un aparte aquí el hablar de carburantes y mencionar que existen motores de combustión interna que poseen unas características muy especificas, presentan los mismo ciclos ya comentados , pero están diseñados para usar un carburante de características muy concretas, este viene siendo llamado “Diesel”, (recibe ese nombre de su inventor), este tipo de motores ha venido siendo usado como mas especifico para el transporte terrestre y motorización marina, dado su menor coste en el refino del petróleo, pero hoy, gracias a los adelantos de las técnicas, estos motores presentan unos rendimientos muy elevados y su uso en competición, esta relegado, de momento, a carreras de vehículos específicos, (camiones, todo terrenos y en algunas competiciones de resistencia, donde han competido con sus hermanos, que usan como carburante los denominados “gasolinas”).

Estos motores tienen como característica principal, el que no usan sistema de encendido para hacer explosionar la mezcla aspirada, sino que esta, explosiona por si misma al llegar a una presión establecida, esta característica es mas del carburante usado, que por el propio motor, utiliza un conjunto de elementos derivados del petróleo, denominado “gasoil”, este es un conjunto de elementos cercanos al aceite ligero y que reúnen características de sus “hermanos” los aceites de origen vegetal, como pueden ser los de soja, girasol, oliva, colza y otros, cualquiera de ellos pueden ser usados como combustible en los mencionados motores.

Las mezclas en estos motores, son comprimidas a una gran presión, con relaciones cercanas a los 20 a 1, (esto quiere decir que por cada cm3 que tiene la cámara de combustión, se meten en ella 20 cm3 de mezcla), cuando la mezcla esta cercana a la presión establecida, explosiona por si misma y crea el desplazamiento del conjunto pistón, biela y cigüeñal.

(Para cumplir su función como combustible y generar la mayor eficiencia térmica posible en un determinado motor, la gasolina debe quemarse dentro de la cámara de combustión de acuerdo a una combinación precisa de aire y gasolina denominada mezcla estequiométrica, la cual debe ser de 14.7 partes en peso de aire por cada parte en peso de gasolina; es decir, por ejemplo, para quemar eficientemente dentro de un motor de combustión interna un gramo de gasolina se requerirán 14,7 gramos de aire, la mezcla dosificada en esta proporción permite lograr dos cosas importantes, generar máxima energía y mínima contaminación).

Aclarados estos puntos, se entiende que nos centraremos en los carburantes mas comúnmente utilizados, los llamados “gasolinas”, habría que aclarar que este nombre los recibe una serie de elementos con nombre propio dentro de los elementos que resultan del refino del llamado “petróleo”, para entenderlo mejor, usaremos una explicación sencilla y coloquial, imaginemos un tubo lleno de lo llamado “petróleo”, calentamos el tubo a una temperatura “X”, el liquido denominado “petróleo crudo”, va descomponiéndose en sus elementos básicos y estos se van depositando por su peso especifico en el tubo, este fenómeno, crea una especie de “colocación de los mas pesados abajo y los mas ligeros arriba, así obtendremos los elementos distintos y necesarios que se encuentran en el “petróleo crudo”.

Sabiendo el peso especifico de cada elemento refinado, solo tendremos que hacer un agujero en el tubo y así obtendremos el elemento que nos interese, en el caso de las gasolinas, pues escogeremos una serie de elementos que unidos crean un carburante, mas o menos concreto, existirá una mezcla de elementos ligeros y de elementos mas pesados, unos tendrán características mas volátiles, xileno, tolueno, benceno, etc y otros, al contrario, unos producirán temperaturas superiores y otros no tanto, pero la correcta elección, crea una mezcla que tendrá unas características térmicas concretas y soportara una presión relativa. (Conocida por octanaje).



Aclaremos que pocas “gasolinas”, salen del refinado con características homogéneas, así que son “tocadas” por la química y así reciben una uniformidad, lo mas clásico y peligroso es el adicionarle un compuesto de plomo, (el tetraetilo de plomo), este compuesto químico, le aumenta al carburante su capacidad antidetonante, ósea puede ser comprimido a mejores relaciones y soporta mejor la temperatura, esta adición, en contra de el tópico tan extendido de que hace mas potente el carburante llamado “gasolina”, solo enmascara un producto de calidad inferior en ese aspecto y crea un efecto en la combustión, de “enfriamiento”, al disminuir la velocidad de propagación de la combustión, (llamado velocidad del frente de llama), de gran valor para conseguir un buen aprovechamiento del carburante.

Un efecto importantísimo para el correcto funcionamiento y el máximo aprovechamiento del combustible es mantener una relación estequiométrica correcta, pero también es vital, que la mezcla entre en las cámaras de combustión a una buena velocidad, gire en un sentido uniforme y se concentre alrededor de el elemento de encendido, (la bujía), solo así, cuando se produzca la explosión, los gases serán consumidos en su totalidad y así producirán una presión mas alta y con ello un rendimiento mas cercano al ideal. Esa característica es la mencionada como "velocidad del frente de llama" y tiene relación directa con la calidad del combustible, velocidad en los conductos y velocidad de giro y emulsión de la mezcla.

Esto deja claro que el diseño interno de los conductos por donde circula la mezcla, así como el diseño de la cámara y de la cabeza del pistón, son cruciales para el mejor rendimiento, pero al igual que es vital lo mencionado, lo es mas , si cabe, el diseño de los elementos de alimentación de la mezcla y la calidad del carburante utilizado.

Los elementos mas comunes hoy para alimentar los motores de explosión, son los sistemas por inyección electrónica y los denominados, por carburadores, estos últimos aunque siguen siendo utilizados y han recibido un gran avance en sus características y diseño, están siendo relevados, cada vez mas, por los sistemas de inyección electrónica.

Las diferencias fundamentales entre estos dos sistemas, es la forma que tiene cada uno de ellos de evaluar el caudal de aire aspirado por el motor y la forma de adicionarle la mezcla correspondiente ideal, en todo momento, de carburante.

Mas sobre combustibles

http://www.mailxmail.com/curso/vida/motoresdecombustion/capitulo6.htm

Aunque explicado así parece que una tarea sencilla, hay que valorar las constantes variaciones que se dan el motor, en función de su régimen, de la cantidad de acelerador que esta abierto en cada momento, de las condiciones de temperatura existentes, en el motor y de la densidad del aire aspirado de la atmósfera, esto hace que regular la carburación y que esta este en los niveles ideales, es un tarea casi imposible, en sistemas que se apoyan en sistemas mecánicos de conductos milimetrados y de la calibración de estos elementos, de tipo “fijo”.

Para poder comprender esto, tendremos que entender el principio de funcionamiento del sistema llamado de “carburadores”, este elemento no es mas que un receptor de carburante, que esta depositado en un deposito regulado constantemente y que mantiene un nivel constante y que en el se encuentran unos elementos reguladores de aire y de dicho carburante y que mediante su regulación se dosifica la potencia que se precise en cada momento.

El aire circula por un conducto calibrado, regulado por una compuerta de distintos diseños, corredera, cortina, palomilla, etc., estos elementos son regulados por el conductor, que en función de sus necesidades de mayor o menos potencia, ira abriendo el caudal de aspiración y con ello la mezcla que recibe el motor, esta mezcla en lo que se refiere a carburante, utiliza un efecto llamado Venturi este efecto se genera al circular por un conducto, abierto por un extremo, una corriente de aire, si en ese conducto se encuentra un pequeño orificio que se comunica con un liquido, (en este caso carburante), el liquido es aspirado y pasa a integrase al caudal de aire que esta pasando.



(Mas sobre el efecto Venturi)
http://www.monografias.com/trabajos6/tube/tube.shtml

Si entendemos este efecto, comprenderemos que si calculamos previamente el conducto general de paso de aire, su velocidad a distintas aperturas, podremos saber cuanto aire pasa en cada momento y por tanto, podemos regular los conductos sujetos el efecto venturi, para que suministren en cada caso, el volumen de carburante especifico.



Mas sobre carburadores

Esto, que en principio y así explicado, puede parecer un sistema ideal, se complica exponencialmente en cuanto a regular las mezclas ideales en cada momento y en cada circunstancia, eso hace que la complejidad de los diseños actuales y el uso de la electrónica, ayuden sobremanera al sistema, prácticamente en los motores que todavía integran sistemas de carburadores, estos son de compuertas de accionado automático.

Una pequeña aclaración del sistema, seria, el conductor gobierna mediante un sistema mecánico o electrónico , la cantidad de acelerador que precisa, pero el solo aporta ese dato al carburador, este recibe la orden y pone en contacto el conducto principal con un conducto que esta situado en la cabeza que gobierna la apertura del elemento de guillotina que deja pasar el aire, este a su vez y mediante el mismo sistema venturi, mezcla los dos elementos necesarios para ser aspirados, la diferencia entre este sistema y el de mando manual de la corredera o guillotina principal, es que el caudal de aire es regulado en función del régimen, al que este el motor en ese momento y así no sufre el efecto de “ahogo” por excesiva apertura en función de dicho régimen, a la vez, también se consigue un consumo mas aquilatado.

El otro sistema de alimentación mencionado como de “inyección electrónica” , utiliza otros elementos en su diseño, básicamente se trata de unos pocos elementos mecánicos ayudados por un complejo sistema electrónico, en síntesis, una bomba de gasolina mantiene constantes unos valores de presión en unos conductos que comunican con otros elementos llamados inyectores y que están ubicados en los conductos de admisión o directamente en la culata, estos inyectores permanecen abiertos o cerrados, permitiendo la entrada de un caudal concreto y exacto, comandados por una válvula de mando electrónica que recibe sus ordenes desde el Centro de control de la inyección CDI. (En cada vez más motores, el cerebro que controla la inyección lo hace también del encendido).



Este es el sistema principal de regulación y medición, este elemento, recibe los datos de unos sensores que recogen datos de temperatura del aire, del motor, del régimen de giro, hasta de la densidad del aire y del caudalimetro que regula el acelerador, este es el único elemento que se comunica con el conductor y a través de sus ordenes de mas o menos potencia, envía al CDI la información del caudal instantáneo que esta recibiendo el motor y este a su vez, mantiene abiertos los inyectores el tiempo necesario para que entre la cantidad exacta de carburante.

Solo hacer una aclaración, el sistema de inyección electrónica, permite un consumo excelente, una potencia mas elevada en función del consumo y un desgaste menor en las piezas en movimiento.

Ni que decir que el diseño y elementos en juego del que consta estos sistemas son mucho más complejos y precisarían de un extenso artículo, pero para comprender de forma sencilla el funcionamiento es suficiente por ahora.



Mike Hierros

Feb 2 2007, 11:11 AM



Bueno, ahí os dejo un pequeño apunte sobre las gasolinas, es un tema apasionante y extensisimo, pero meterse muy en materia, acarrea dejar muchas lagunas para los que no tengan unos conocimientos muy avanzados

Gasolinas:

Antes de entrar a reseñar el sistema de transmisión, necesario para poder aprovechar la energía generada por el motor de explosión, convenía aclarar algunos puntos relacionados con unos fenómenos muy importantes que se dan en el sistema de alimentación y escape de estos motores.

El uso como carburante de un refinado del petróleo, llamado gasolina, conlleva que debamos hacer un aparte sobre los problemas y desventajas de usar un elemento liquido para convertirlo en "gas", para así poder utilizarlo en la combustión.

Sabemos que las características del combustible, llamado gasolina, mantienen unas constantes en relación a las temperaturas, sabemos que su punto de ebullición ronda los 44º y que una vez cerca o superada esa temperatura, se evaporan los elementos mas ligeros que la componen con suma facilidad, en los refinados más actuales, se ha trabajado sobre ese punto, para evitar las perdidas que se generan por esas características.

Sabemos también que el resultante de potencia esta muy relacionado entre la temperatura del aire externo y la del el escape una vez consumada la combustión, así que es muy importante el conseguir la mayor temperatura de los gases del escape o la mayor diferencia con la externa.

Pero en su uso en los motores de explosión, esta sujeto a ciertas condiciones muy indispensables para conseguir que el rendimiento de la mezcla aire-gasolina sea lo mas perfecta posible, el paso del estado liquido a el gaseoso seria muy sencillo si se utilizara su característica de evaporación, pero esa es relativa y acarrearía unos problemas de control de la estabilidad del gas así obtenido, ahí que tener en cuenta que las gasolinas están formadas por diversos elementos que poseen sus propias características de evaporación ademas debemos aclarar que los gases tienen una tendencia, que es la de a ocupar todo el espacio en el que se encuentra al aumentar sus temperaturas.

Asi que lo ideal seria mantener la temperaturas lo mas bajo posible antes del punto de condensación y así llenar con la mayor cantidad de gases frescos las cámaras de combustión.

Las mezclas ya preparados para la combustión, presentan un problema constante, ahí que conseguir que las moléculas de aire estén compartiendo el espacio con las moléculas de las gasolinas y que este gas mantenga una actividad o movimiento muy alto y que el porcentaje y reparto de las moléculas sea el deseado, lleva a una seria de problemas, el mas acuciante es el de considerar, cual es momento ideal para emulsionar los dos componentes, durante el proceso del ciclo de admisión.

Que la gasolina y el aire emulsados circulen por los conductos de admisión, desde los carburadores hasta las cámaras de combustión, plantea un problema de condensación en las paredes de los conductos, o un movimiento del gas de forma no deseada, al plantarse el fenómeno de quedarse frenado en la parte de las paredes del conducto y llevar mayor velocidad en la parte central de la vena de gas a la de la periferia.

Esto acarrea que en vez de moléculas de gasolina, se formen grupos de ellas y hasta micro gotas, que una vez llegan a la cámara plantean un enorme problema para la buena combustión, baja el rendimiento, aumenta el consumo, ya que hay que aumentar el porcentaje de gasolina para llegar a los valores ideales de rendimiento, así como aumenta la polución de los gases de escape.

Estos problemas, han llevado a los diseñadores a buscar una solución drástica y esta pasa por evitar, en lo posible, que la emulsión de los dos elementos se haga alejada de las cámaras de combustión, así que se mantiene el caudal de aire admitido y controlado sin mezcla alguna hasta que entra en las cámaras y allí recibe el volumen exacto de gasolina que precisa, de esta forma el elemento que inyecta la gasolina, (inyector), trabaja a una enorme presión, lo que hace, que cuando se abre, la impulsión es tan violenta y tan micronizada, que se emulsa en un tiempo mínimo con el aire “virgen” que allí se encuentra.

Esto favorece la potencia, disminuye el consumo, permite mejores aumentos del régimen de giro, con un par motor mas elevado y disminuyen las emisiones de gases poluciónantes. Esto, que parece la solución y de echo esta muy cercana el ideal, tiene también sus inconvenientes, en motores de uso llamemos “civil”, las gasolinas son algo muy inestable en su composición, el refino es muy poco homogéneo entre distintos tipos de petróleo, este tiene características muy diversas, como material orgánico que es, así que los “fabricantes”, les dan unas características según la época del año, pero mas mirando sus intereses que los del usuario.

Por eso existían gasolinas de refino de verano y de invierno, para evitar la mayor evaporación de los elementos mas ligeros en los tanques de almacenamiento, lo que hacia que el valor energético fuera distinto de unas a otras, con la adicción de química y sistemas de refino, se ha conseguido que sean mas homogéneas, la incorporación de el tetraeltilo de zinc, en vez del de plomo, permite que se deje de incorporar a las gasolinas ese peligrosísimo aditivo. Pero existe la asignatura pendiente de mantener la densidad.

Asi que la densidad en las gasolinas es algo indispensable, al final los sistemas de control calculan la cantidad a emulsar en función de su volumen y si hay diferencias, estaremos devaluando el valor óptimo de la mezcla.

Así las cosas, en la competición se usa algo llamado gasolina, pero que no esta fabricado según las normas comunes de este elemento, como sabemos que están compuestas de elementos pesados y ligeros, pero sin unas cantidades concretas de cada uno de ellos, los distintos fabricantes, las crean a partir de la unión de cada elemento por su lado, como si de una receta de brujas se tratara, así, se consiguen que los índices de octanaje sean elevadísimos, con un rendimiento térmico muy elevado también.

Ahí tenemos un elemento más que incorporar a la posible diferencia de rendimiento de los motores, llamados de competición y que no esta disponible para todo el mundo, la gasolina, el que dispone del dinero suficiente y del apoyo de una multinacional del refino o de unos laboratorios propios, puede disponer de una arma extra para conseguir rendimiento y fiabilidad.

[Epifumi]

Mike Hierros

Feb 3 2007, 10:41 AM



El Motor de 2 Tiempos

Me gustaría dedicar un poco de este manual a ese “olvidado” por el gran publico, que es el motor de ciclo de 2 tiempos, es quizás en la historia de la mecánica, el diseño que ha recibido las mayores calumnias, como el “hermano pequeño” del 4 tiempos, se ha mantenido siempre en un segundo plano, salvo en competiciones “puras” y sobre todo en motocicleta. Pero como todo lo que se ha demonizado y vilipendiado, la mitad no es cierto, si los ingenieros modernos hubieran dedicado la mitad de sus horas en buscar soluciones para un diseño tan sencillo, ahora estaríamos hablando de otra cosa.

Me tengo que confesar un enamorado de ese motor, he trabajado en mi vida con casi todo que consuma gasolina, pero esos motores cuando responden al trabajo y al esfuerzo, lo hacen de una forma, que el de 4 tiempos no puede hacer, entran tantas cosas en su posibilidad de rendimiento, que se hace muy difícil el llegar a controlar y llegar a entender, a veces, el porque de alguna prestación o respuesta.

Pensareis que revisando el diseño, es tan sencillo que pocas cosas pueden quedar “fuera del tintero”, pero lo siento, es eso, pura apariencia, en su funcionamiento entran muchos fenómenos físicos, se emplean en el, técnicas derivadas de otras materias y aunque eso no quiere decir que no se de algo similar en el 4 tiempos, este no se ve tan afectado por ellas.

Por ejemplo, el escape, el sistema de escape es un elemento muy importante en cualquier motor, ayuda a mejorar el rendimiento, pero, en esa palabra reside una de las características básicas, “mejora” es la palabra cuando hablamos del sistema de escape de un 4 tiempos, pero en el 2 tiempos, es vital, sin el, o con un diseño poco apropiado, pasamos de tener un brillante propulsor a tener una asqueroso y apestante fuente de ruido.

Si observamos las diferencias en el diseño del sistema de escape de uno y otro, veremos que el de 4 tiempos consta de conductos de sección recta o ligeramente cónica, (en Kawasaki , por ejemplo), que llevan los gases hasta otra sección de mayor sección y esta conduce hasta otra, en donde , generalmente van instalados los silenciadores, las medidas de estos conductos, así como su longitud están calculadas y en el caso de pluricilindricos, se unen en función de sus diferentes calados de sus cilindros, ya que las energías que se dan al circular los gases calientes y su onda sónica , favorecen el desalojo de los gases quemados de otros cilindros.

Este efecto que es común en ambos sistemas, se suele llamar “efecto de resonancia” y como ya he dicho, ayuda o apoya al funcionamiento del propio cilindro o de los demás que estén comunicados, entre si. Pero si en 4 tiempos es importante y se diseña y se modifica para conseguir dar un poco mas o cambiar la forma de darlo, en el 2 tiempos, como ya se ha dicho, es imprescindible para su correcto funcionamiento, además de ser , pese a su pequeño tamaño, un enorme compendio de tecnologías intermezcladas.

Cuando en un motor, en sus ciclos, libera la cámara de explosión y abre, o bien la lumbrera, (caso del 2 tiempos), o la válvula, (caso del 4 tiempos), además de comunicar un conducto al que salen unos gases extremadamente calientes , (+ 900º) y a tremendas velocidades, (510mts/s, aprox), circula por este y a una extrema velocidad, una onda sonica de tremenda energía, que recorre el tubo y sale al exterior antes de que lo hagan los gases. Pues bien, tanto la energía cinética, o movimiento, como la energía sonica, se usan para favorecer el movimiento de los gases y mejorar sus flujos.

Aquí entramos en una ciencia muy compleja de entender y de fenómenos muy específicos, intentare sintetizar los efectos y sus aprovechamientos.

Haciendo un poco de historia, la FIM prohibió en 1951 el uso de turbos o compresores de mezcla o aire, para alimentar o sobrealimentar los motores de la época, esto acarreo que el dos tiempos se diera por primera vez, como un diseño a extinguir, pero nada mas lejos, un brillante ingeniero de la Europa del este, creo un sistema de escape que hizo dar un salto de gigante a los motores de 2 tiempos y inicio la racha de victorias que se fueron sucediendo a partir de su idea.

Como nota de color y como anécdota, reseñar que como solía y suele pasar siempre, su piloto se marcho a una fabrica japonesa y se llevo los diseños del europeo y así, los japoneses se encontraron con el invento de forma gratuita y salieron del marasmo de ignorancia en el que se encontraban entonces.

El invento del padre del “tubarro” se baso en que al estudiar los fenómenos de la onda sonica y observar que esta recorría el escape a una tremenda velocidad y que tenia la característica de “rebotar” cuando encontraba una pared o si era un estrechamiento, se reflejaba parte de la onda, que volvía hacia atrás y creaba una fuerza que, como una mano invisible, frenaba los gases, o hacia que estos, llegaran a pararse y retroceder.

Calculando la velocidad de los gases y calculando a su vez, la velocidad de la onda sonica, era mucho mas fácil saber cuando se debía “cerrar” la lumbrera del escape y así evitar que los gases de la mezcla fresca salieran y se perdieran, creando un bajón de rendimiento, claro, este fenómeno, una vez “controlado”, sugirió la posibilidad de usar este efecto, como un sistema de sobrealimentación, no solo se evitaba la salida de gases frescos, sino que podía hacerse, que los que estaban ya en el sistema de escape volvieran a entrar en el cilindro, consiguiendo el llamado efecto de relleno, que en un 2 tiempos llega a ser de 1,7 a 1, es decir, que si el cilindro cúbica 200 c./c, puede llegar a ser “rellenado” con 140 c/c, lo que nos daría un cubicaje efectivo de 340 c/c

Ante estas cifras, estamos frente a un sistema de sobrealimentación equivalente a un sistema de turbo compresor, pero solo utilizando los medios disponibles por el propio motor y sin ningún tipo de mecanismo adicional,; A diferencia de “turbo compresor”, el sistema por “resonador”, puede llegar a mejorar la curva de par, mantener esta, pero no puede “rellenar” donde no hay, es decir, en la parte baja de la curva de potencia, al no existir llenado suficiente, es imposible “rellenar” con mas mezcla, para así mejorar esta zona en déficit.

Si observamos la figura de un “tubarro” (nombre coloquial) de un sistema de escape de 2 tiempos, podremos distinguir una primera parte en forma de cono (difusor), como una trompeta que se une a una zona cilíndrica de mayor medida, (llamada “calma”, esta, se une a otro cono , este de forma invertida, ósea, de mayor a menor y termina en un pequeño tubo, de sección muy restringida, (en relación a la de la salida del principal), llamado “aguijón”.



La primera parte o difusor, genera un efecto de acelerar los gases circulantes, creando un efecto de succión que favorece la salida de los gases en el inicio de la fase de escape, este efecto es meramente causado por la circulación de gas en un medio cerrado, crea una succión en su desplazamiento, que aumenta la “tracción” de los gases que le preceden, la segunda parte, llamada calma, estabiliza y alenta la velocidad del gas, a la vez que aumenta el tamaño de la onda sonica, en cuanto a diámetro, lo que le dará mayor o menos valor o energía a la reflejada, aquí se inicia la tercera parte, (contracono), que puede estar dividida en dos y hasta en tres diferentes valores de conicidad, (al igual que el difusor inicial), es vital su ángulo de cono, ya que allí se comprimirá la onda sonica y es allí, donde empezara el reflejo de la misma o de parte de ella. Por ultimo, la sección llamada aguijón, deja la salida de los gases de forma “controlada” manteniendo una presión interna y siendo responsable de la temperatura directa del pistón y de los gases en su salida.

Como es entendible, todo este diseño trabaja en conjunto y relacionado con temperatura de los gases, por tanto de las condiciones atmosféricas, relación de mezcla en cada momento, calidad de aire, etc., todo ello influye en la temperatura de los gases y estos acarrea el aumento o la disminución de la velocidad de la onda sonica y con ello el desincronizado de los efectos comentados, gracias a la informática el control de las mezclas se hace de forma mas sencilla y así se llega a estabilizar los rendimientos de forma mas “fácil”.

Como veréis, parece algo “mágico” y tremendamente complejo de mejorar y yo diría de diseñar, además el ponerlo a punto, gracias las sondas de temperatura instantánea, de presión interna en tiempo real y de la densidad del aire y algunas cosillas mas, se pueden sacar mas conclusiones hoy que en aquellos tiempos, en los que solo llevábamos unas tablas escritas de relación de volúmenes de mezcla en función de la combinación de difusores, surtidores y posicionamiento de las agujas y algunos le metíamos una sonda de temperaturas a los escapes, (cuando no había tomas de datos), eso hacia que te miraran como a un bicho raro, pero el tiempo luego te da la razón.

Escapes (2ª parte)

Bien, pues este último apartado hace obligado hacer un hueco a los sistemas de escape de los motores de 4 tiempos, aunque ya se ha explicado su funcionamiento básico, merece ahondar un poco sobre la variedad de los diseños, su influencia y como pueden resultar un elemento mas, que cambie las características del rendimiento del motor en cuestión.

En un motor de un solo cilindro, el sistema que se suele seguir, es que el escape sea un elemento que conduzca los gases al exterior y elimine lo más posible el ruido excesivo, así lo contempla la mayoría de manuales y de enciclopedias, pero lo cierto es que es un elemento que aúna características muy especiales, como ya se ha podido ver en el apartado dedicado al escape del 2 tiempos, donde es pieza fundamental para su rendimiento, en el caso del 4 tiempos, también se aprovechan los fenómenos que se crean en su funcionamiento.

Si revisamos el funcionamiento del ciclo concreto de “escape”, observaremos que este motor, usa más de una carrera entera para vaciar por completo el cilindro de gases quemados, el que dedique tanto tiempo de su funcionamiento a esta tarea, puede plantear una pregunta. ¿si el 2 tiempos, en la misma carrera de explosión, aprovecha para también hacer el vaciado de gases quemados¿, ¿como es que el 4 tiempos, necesita de tanto tiempo en grados de movimiento del cigüeñal , para conseguir el mismo efecto¿.

¿A que es una buena pregunta¿, bien , pues habrá que ir al grafico animado que recrea el funcionamiento de los dos motores, y en ello, podemos ir sacando conclusiones, por ejemplo, en el 2 tiempos, el pistón , que hace de válvula de escape, cuando llega a la mitad de su carrera de explosión, (aprox.-te), empieza a abrir un hueco, llamado “lumbrera”, que libera la cámara y hace que se evacuen los gases que están allí a alta presión, si nos fijamos, veremos que lo que abrimos ahí, es un hueco de generoso tamaño y que permite que salgan los gases de forma rápida y ya que están a una buena presión, salgan en un tiempo mínimo.

En este caso, el sistema de escape, con su diseño especifico, de cono, crea el fenómeno de aumentar la velocidad de los gases, eso favorece, aun mas, la evacuación completa de los gases quemados, se vuelve a plantear la pregunta; ¿entonces porque en el 4 tiempos se precisa de tanto tiempo dedicado a la misma tarea¿. Pues la observación del esquema de funcionamiento nos da la respuesta, el 4 tiempos libera los gases quemados mediante una válvula, esta, esta situada en la culata y tiene un espacio limitado, debe ser de un tamaño máximo, prefijado por el diámetro del pistón y cilindro y del volumen que debe marcar su relación de compresión, (recordar, el famoso 9,1, 12,1 o lo que lleve, que es la relación entre la cilindrada unitaria y el volumen de dicha cámara).

Estas válvulas, suelen llevar el diseño de una seta invertida, que se asienta en la culata su forma es cilíndrica y por ello, cuando abre, lo hace entrando hacia el interior de la cámara, con ello, abre un espacio en forma de anillo que será mas grande, cuanto mas “baje” la válvula y se separe de su asiento y mas diámetro tenga esta.

Por este diseño, observamos que el conducto por el que deben salir los gases, tienen siempre en medio, la seta de la válvula y los gases se ven obligados a “rodear” este freno para poder circular, esto aclara la diferencia ostensible que existe entre un sistema de lumbrera y otro de válvula, asi las cosas, entendemos ahora los distintos diseños que podemos observar, en cuanto al numero de válvulas que intervienen en cada ciclo, el diseño original primario de 1 válvula para cada ciclo, (admisión y escape), paso a ser de 2 y en algunos casos 3, para cada uno de ellos, queda claro que el motivo es de mejorar el flujo de gas en circulación , en el caso del escape y de la admisión.

Aun así, las limitaciones son las mismas, cuanto mas carga un motor y a mas régimen sube, mas gases tiene que ser evacuados y a mas velocidad, ya que los ciclos van haciéndose, en cada vez, en menos tiempo, asi que ahí aparece el sistema de escape como un elemento favorecedor de la circulación de los gases, aumentando su velocidad y con ello la cantidad a hacerlo.

La técnica es similar al del 2 tiempos, se aprovecha el fenómeno que se da en cualquier tubo, si es cilíndrico, se da el efecto de succión constante, si es cónico, el afecto es de mayor magnitud, pero precisa de un acoplamiento en relación al tiempo disponible, ósea un llamado “tiempo de acuerdo”, que sincronizara los valores de succión, con el tiempo que estos mantiene sus valores, todo en función del diámetro inicial, del final y la longitud.

Esto, si lo observamos detenidamente, el fenómeno puede favorecer la fase del escape, pero plantea que también puede favorecer la fase de llenado, al final, cuando se finaliza la fase de escape, inmediatamente se inicia la de admisión, de echo se da un tiempo en los ciclos, que las dos válvulas permanecen abiertas, mientras una termina de cerrar, la otra esta iniciando la apertura, (el llamado “solape” ), si el efecto de succión permanece mientras se esta cerrando la válvula de escape, esa succión empezara a influir en el sistema de admisión, lo que provocara que al abrir la válvula, se encontrara con valores negativos de presión, (depresión) y la entrada de los gases frescos será mucho mayor y mas rápida.

Esto aclara algo la cuestión de la efectividad entre uno u otro sistema, (2 y 4 tiempos), sigue habiendo una ventaja franca del sistema de lumbrera frente al de válvulas, pero este ultimo, es más “perfecto”, en cuanto a términos de valores absolutos de vaciado y llenado.

Aunque el en el 2 tiempos el aprovechamiento del fenómeno de la resonancia es muy favorecedor, en el de 4 tiempos, al llevar controlado el sistema de cierre de la cámara mediante válvulas, la perdida de gases frescos no es tal, por ello, el uso de las ondas sonicas de retorno, no se precisan, eso hace que los diseños de los “tubos de escape” del 4 tiempos, no precisen de cámaras con distintos conos asociados entre si, siendo lo mas común,, el uso de tubos de sección constante, unidos a otro de mayores secciones y que terminan en otra que porta los sistemas de silenciamiento de las ondas sonoras.

Cuando tratamos este asunto, pero en motores pluricilindricos, el función del calado entre los distintos cilindros entre si y de la cantidad de ellos, se usan diversos diseños asociados, para así aprovechar la intercomunicación entre los conductos del escape, creando corrientes de depresión o freno, para favorecer y mejorar los ciclos, ahí si se suelen aprovechar los efectos de las ondas sonicas para favorecer aun mas los llenados de gases.

Esto aclara un poco la cuestión siempre abierta de si un motor bicilindrico, como el Ducati, aprovecharía o no, los sistemas de intercomunicación entre escapes, es claro que el uso de la onda sonica es en este caso, complejo y que se asemejaría mas al funcionamiento de un 2 tiempos, en relación al cierre por onda, que al clásico de cualquier pluricilindrico, eso si, aprovecha los efectos de succión y sus ventajas, pero con una influencia mas relativa y compleja.

Hay que pensar que en motores de gran diámetro de sus pistones, , aunque el tamaño de las válvulas, dado el espacio, es mas generoso, las formas de las cámaras y la circulación de los gases en ella, hacen , si cabe, mas difícil el llenado y evacuado a altos regimenes, esto obliga a un sofisticado ajuste de los alzados y tiempos de apertura y cierre, dándose casos de ajustes de distanciamiento de valores decimales, entre su piezas en movimiento, (Pistones y válvulas).

Esto, hace muy delicados a estos motores, uniendo sus sistema de distribución desmodromico, que permite su critico ajuste de movimientos relacionados entre válvulas y pistones y su elevado régimen de giro, que lleva al limite y muchas veces por encima de un limite físico llamado (“velocidad lineal de los pistones”), crea un conjunto de difícil puesta a punto y de fiabilidad muy critica, relacionando esta, al mantenimiento y de una extrema calidad de los materiales que usa.

Para cerrar este pequeña intrusión en el apasionante mundo de los escapes, mencionar que aunque parezca que la máxima evolución de los motores de explosión, es algo de hoy, los avances mas significativos, han sido los ajustes y controles electrónicos de los sistemas que ya existían , a nivel de sistemas mecánicos, poco o nada se ha avanzado, solo los materiales a utilizar han ampliado los limites, se puede ajustar mas, revolucionar mas, cargar mas mezcla, pero siempre a través de los mismos sistemas de hace 15 años. Por eso, en mi opinión, existen todavía tantos caminos a explorar a la hora de diseñar algo realmente nuevo.

Mas sobre escapes



Mike Hierros

Mar 1 2007, 11:38 AM



Perdonar el "paron", he estado un pelo "pachucho" y tenia pocas ganas de escribir, pero os prometo que esto liado con otros "fasciculos" de técnica, el próximo sera de las transmisiones, un tema largo y de mucho calado.

Venga animo, que estamos en el mejor foro del mundo. <!--emo&:P-->cheers.gif<!--endemo-->



Mike Hierros

Mar 7 2007, 12:32 PM



La Transmisión


Aunque si consideramos que la transmisión no es parte integrante de un motor, en lo que concierne a una moto o automóvil, es un elemento imprescindible, en términos muy generales, si consideramos este elemento, habrá que hacerlo sintetizando que es el conjunto de mecanismos que permiten trasladar la energía rotativa y transformarla, para que sea posible controlar la relación entre velocidad y potencia en cada momento.

El principio de uso de un sistema de desmultiplicación, entre el motor y las ruedas, se comprende al mostrar que si conectáramos el motor directamente, seria imposible que se pudiera iniciar el movimiento, dado que la potencia del motor a bajas revoluciones, es insuficiente para poder iniciar dicho movimiento, siendo necesario el intercalar un sistema de desmultiplicación, que permita usar el máximo par cuando iniciamos la marcha


El embrague suele ser un mecanismo que mediante un plato de presión y un disco de material de fricción con un alto agarre, en posición de reposo, mantiene como una sola pieza la transmisión entre el eje motor y el eje de transmisión , en el caso de motos y otros diseños, suele ser multidisco, es decir, lleva varios discos de material de fricción y varios metálicos entre medias, esto hace que el diámetro sea mas contenido y también permite que pueda transmitir una gran cantidad de potencia con gran precisión.

Estos sistemas, suelen ser comandados, o bien por sistemas mecánicos, levas, cables, etc o bien por sistemas de tipo hidráulico, a través de bombines que se accionan con poco esfuerzo para el conductor, la idea principal del mecanismo es la de separar a voluntad, la transmisión, quitando así el arrastre y pudiendo dejar el motor en marcha girando libre e independiente de la transmisión general.

Habría que distinguir en el tipo de transmisión en tres partes, que según su funcionalidad, quedaran divididos de la siguiente forma; “Transmisión primaria”, “Transmisión secundaria o caja de cambios” y “Transmisión final”

Transmisión primaria; en según que tipo de motores, para moto o automóvil, este primer conjunto, tiene distintas características, en los automóviles, que suelen llevar un volante de inercia unido a su eje de cigüeñal, se monta el sistema de embrague y de su plato de fricción al eje que transmite la fuerza a la entrada de lo que llamaremos; “Transmisión secundaria o caja de cambios”, en el caso de ser diseños para un gran numero de motocicletas, no suele existir el llamado volante de inercia como tal y en su lugar, existe una desmultiplicación que suele constar de una corona y un piñón que es solidario del eje motor, en la corona, se suele montar el embrague multidisco, esta desmultiplicación, disminuye el numero de revoluciones que entran a la transmisión secundaria y aumentan el par que recibe.

Transmisión secundaria o caja de cambios; este mecanismo, basa su funcionamiento en interponer distintas relaciones de desmultiplicación entre su eje primario y la que sale por su eje de salida, puede constar de 4, 5, 6 o 7 distintas posibilidades, cada una de ellas, siguen unos valores de desmultiplicación, el valor entre cada una de ellas, sigue una pauta, cada par de engranajes, mantiene un diferente numero de dientes, esa diferencia es la que permite que en las denominadas marchas cortas, el régimen de giro transmitido sea muy bajo y vaya aumentando progresivamente según aumente el numero de relación engranada.


Para comprender el mecanismo, lo mejor es estudiar un diagrama en el que se pueda observar el desarrollo de cada marcha y su progresión en función de las revoluciones que entran y salen.



Aunque muy esquemático, el diagrama nos muestra que en el caso de esta caja de cambios, como se va aumentando la velocidad usando las relaciones de la caja, de las mas bajas a las mas altas, al ser un progresión matemática, sea cual sea el nº de revoluciones, el aumento será lineal, digamos que partirán de un (0) rpm, hasta el numero máximo al que funcione nuestro motor, la única diferencia será, la de la velocidad adquirida en cada relación.

Como se puede observar, las líneas punteadas, muestran donde se igualan las velocidades en cada marcha respectiva, es decir, si en 1ª velocidad conseguimos 45 Km/h a 9000 rpm, para conseguir esa velocidad en la 2ª velocidad, el régimen será de 6500 rpm, 2500 rpm menos y asi sera sucesivamente, estas proporciones son lo que se denominan como relaciones “mas abiertas o mas cerradas”, siempre en función de cuanto cae nuestro motor al engranar una relación mas alta, las relaciones muy “abiertas”, provocan caídas muy altas, por eso en competición, existen un enorme numero de posibilidades de modificación de las relaciones entre marchas, así como de las transmisiones primarias y finales.

Transmisión final; esta desmultiplicación, que como su nombre indica, es la que intercalamos entre la caja de cambios y la, o las ruedas, sea el caso de motos o automóviles, es la que se modifica, en función de la velocidad que deseemos que consiga nuestro vehiculo, se entiende, que solo en el caso de maquinas de competición, estas relaciones pueden llegar a ser modificadas, siendo difícil hacerlo, tanto en motos como en automóviles de serie, ya que estos suelen venir con configuraciones prefijadas desde la fabrica.

Si consideramos la unidad (1) como forma de establecer las diferencias que existen entre las revoluciones del motor y las que puede llegar a dar la rueda, tendremos que la relación debe ser alta, ya que una revolución de la rueda, nos dará un avance en metros de valores elevados, ( en motos puede estar entre 2,0 y 2,5 metros), esto nos lleva a que con un simple calculo, comprobemos, que si la rueda diera un numero de revoluciones de 1000 por minuto (por ejemplo), cuando el motor diera 10.000 rpm, (10 a 1), estaríamos en valores de velocidad de: 2 metros x1000 rpm x 60 = 120 Km./h.

Para profundizar mas en este apasionante mundo, primero debemos comprender ciertos conceptos básicos relacionados con el par motor y su constitución en cada motor, así llegaremos al porque de cada solución que se adopta en las transmisiones y la relevancia que tiene para adaptar la potencia a cada situación, (circuito en caso de hablar de competición).

[Mike Hierros]

La Transmisión, II parte.

Al principio de este tema hacia una aclaración de que las transmisiones no son parte integrante del motor de explosión, son un elemento anexo e imprescindible para un mejor aprovechamiento de las potencias que se generan.

Toda vez que se comprenda que la potencia que se genera en un motor de explosión no es, ni lineal, ni constante, sino que sigue unos parámetros muy relacionados con las revoluciones a las que puede girar el mencionado motor, nos plantearemos unas sencillas cuestiones, si el vehículo a mover con un motor pesa, 1000 kg y en esta cantidad incluimos el peso del propio motor, será fácil de comprender que para iniciar el movimiento del vehículo, será preciso que apliquemos una fuerza equivalente a ese peso,

Supongamos que el motor que vayamos a utilizar, rinde una potencia de 100 CV y un par  de 30 mtrs/kg, queda claro que ese par es generado a un régimen de giro, que no es , ni mucho menos, el comprendido entre la revolución numero 1 del motor y en las siguientes, sino que se va generando, (un ejemplo), hasta  las 3000 rpm, en donde adquiere el máximo valor, ( que no la máxima potencia), esto plantea un problema, si queremos arrancar el vehiculo y tenemos conectado el motor a las ruedas directamente, este no tendrá fuerza suficiente a revolución 1 para hacerlo, precisaremos que el motor gire cercano a su régimen de par máximo o cerca, para que podamos vencer la resistencia inicial de crear movimiento en los 1000 kg, ¿Qué opción tenemos para poder hacer esto¿, pues ahí radica la necesidad de intercalar los elementos de transmisión, que no son mas que unos piñones de distinto numero de dientes, que disminuyen las revoluciones que llegan a las ruedas, pero que permiten al motor que gire a otras mas elevadas y así, podamos iniciar el movimiento con la suficiente fuerza y controlar ,mediante el acelerador del motor, cuantas revoluciones queremos que sean transmitidas a las ruedas de nuestro vehículo.

 Aclarado esto, se nos vuelve a plantear otra cuestión, ya hemos iniciado el movimiento, pero como la relación entre el motor y las ruedas es de ( por ejemplo), 23 a 1, es decir, que por cada vuelta que de nuestra rueda, el motor dará 23, así que a 3000 rpm del motor, la rueda daría 130 rpm, como la rueda desarrolla 2 metros en cada giro, la velocidad alcanzada será de 260 metros por minuto o lo que es igual, 15,600 Km/h, si llevamos el motor a su régimen máximo, (suponemos que es de 7000 Rpm), la velocidad alcanzada será de 36,52 Km/h.

¿Qué nos indica esto?, pues que la solución para iniciar el movimiento es correcta, pero una vez superada la fase inicial, desarrollamos poca velocidad y un enorme par,, pero si queremos alcanzar mas velocidad, nos veremos obligados a sobrepasar los limites de revoluciones que rinde nuestro motor, así que la única solución es cambiar la relación de transmisión a otra, que permita que la diferencia entre las revoluciones entre uno y otro elemento, ( motor, rueda), sea menor, (por ejemplo), 10 a 1, eso nos permitirá alcanzar los 84 Km/h a máximas revoluciones del motor,  asi sucesivamente y de esta forma, iremos intercalando relaciones diferentes hasta alcanzar la velocidad deseada.

Con este sistema estaremos adaptando la potencia y el par que genera un motor, a las condiciones de velocidad y fuerza que se precisen en cada momento.

Quizás resulte reiterada la explicación y que se solapa con la dada en la primera parte, pero en mi criterio, se precisa tener claros estos puntos para poder comprender la importancia de las relaciones de cambio en el rendimiento del vehículo que sea y su extrema importancia en el mundo de la competición.

Esto, nos da pie para entender que las cajas de cambio de competición, sean modificables en sus relaciones internas, pudiéndose modificar, tanto la relación inicial, llamada primaria, entre motor y caja de cambio, así como las relaciones finales, las que conectan la caja de cambios con la o las ruedas del vehiculo,

La razón principal de mostrar esa posibilidad, es la de adaptar las condiciones de potencia y velocidad a cada tramo, aprovechando así la potencia al máximo, consiguiendo la mayor aceleración y poder mantener al motor en las revoluciones en donde muestra su mejor faceta de generar energía, de poco serviría si al gestionar una cuerva a una velocidad “X”, cuando deseemos tomar la mayor velocidad posible en la salida, nuestro motor este a muy bajas revoluciones y no tenga el suficiente par para darnos la máxima aceleración, con la posibilidad de cambiar las relaciones, ajustaremos  para que cuando deseemos salir lo mas rápido, el motor se encuentre en su mejor par.

Modificando todas las posibilidades de las transmisiones, podemos ajustar las prestaciones a medida exacta de nuestro motor y se conseguirá con esto, la máxima velocidad posible con la mejor aceleración, dándole al que pilota, las mejores condiciones para sacarle el máximo a su maquina.

 A la pregunta de que cual seria el número de relaciones ideales para sacarle el máximo rendimiento a un motor, tendríamos que puntualizar que eso va en función a la forma de rendir la potencia de los motores, si la gama de revoluciones en las que el motor se muestra mas brillante es muy corta, ( 3000 rpm), precisaremos de un mínimo de seis relaciones para poder mantener el motor siempre en su mejor zona de trabajo, (hablamos en circuito, claro), en el caso de maquinas de serie, no es tan importante, el solape entre las revoluciones en cada relación, ya que lo que se busca es mas un uso tranquilo y de bajo consumo con un numero de revoluciones bajas, asi que con cinco relaciones sera suficiente en la mayoria de los casos.

[Epifumi]

Lo muevo al Hall of Fame