TEMA 23 AUTOMOVILISMO SEMANA 1 1. AUTOMOVILISMO Orígenes: Automóvil indica vehículo que se desplaza con la fuerza suministrada por un motor de combustión.

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1 TEMA 23 AUTOMOVILISMO SEMANA 1 1

2 AUTOMOVILISMO Orígenes: Automóvil indica vehículo que se desplaza con la fuerza suministrada por un motor de combustión interna o de explosión: donde se quema o explota un combustible. En el siglo XIX el ingeniero alemán Rudolf DIESEL ideó un motor en el que se inyectaba un combustible líquido en el interior del motor (Motor de combustión). A finales de ese siglo se inventaron los primeros motores con mezcla gasolina-aire (motores de explosión). Necesitan chispa eléctrica. Para la mezcla se necesita carburador (ahora inyectores electrónicos). Estas combustiones-explosiones generan calor (se aprovecha menos del 40 % energía) que hay que evacuar: sistema de refrigeración. 2 Tema 1

3 AUTOMOVILISMO Desarrollo: En 1904 se inicia la producción en serie del primer automóvil: Ford T (2.900 c.c.; 20 CV, 70 km/h; consumo 20 l/100 km) A lo largo del siglo XX se populariza y globaliza el uso del automóvil. España es el (2014) segundo productor europeo en nº de vehículos. (noveno del mundo) Coche actual: Opel Corsa (1.400 c.c.; 90 CV; consumo 4,3 l/100 km) 3 Tema 1

4 PARTES DEL AUTOMOVIL Chasis: armazón y conjunto mecánico. Estructura que integra y sujeta los componentes: Bastidor, formado por largueros, travesaños, etc. que sostienen el motor, transmisión, sistema frenos Ejes, ruedas, etc. Suspensión, que une las ruedas-ejes al bastidor Carrocería: Donde se alojan pasajeros y carga También proporciona aerodinámica 4 Tema 1

5 Motores: Clases. Cilindros. Tiempos. Reglajes El motor proporciona al vehículo la fuerza necesaria para moverse, transformando la energía química del combustible primero en energía térmica y después en energía mecánica. Esta transformación se produce en el interior de los cilindros, que ayudados en un primer momento por un motor de arranque eléctrico, comprimen una mezcla de aire y combustible (gasolina) o solo de aire (diesel). Pueden ser de dos tiempos o de cuatro tiempos. Aunque puedan tener mas de un cilindro vamos a ver los elementos principales… 5 Tema 2

6 Esquema de motor 6 Tema 2

7 Combustibles 7 Tema 2 Característica fundamental: velocidad de combustión y poder antidetonante Diésel Índice de octano : proporción equivalente al comportamiento del isoctano (no detona fácilmente) Gasolina 95 octanos: alargan vida del motor (menos presión), facilita arranque en frío, mas barata Gasolina 98 octanos: admite mas compresión (motores mas optimizados), reduce el consumo, aditivos específicos mejoran prestaciones

8 Motores: Clases. Cilindros. Tiempos. Reglajes Motor Cuatro Tiempos: El pistón se desliza por el interior del cilindro realizando cuatro recorridos, dos en cada sentido, durante los que realiza un ciclo compuesto por cuatro tiempos: Admisión Compresión Explosión-Expansión Escape - También puede haber motor cuatro tiempos con un solo cilindro, dos, etc. 8 Bloque cilindros

9 Motores: Tiempos Motor Cuatro Tiempos: Admisión 9 Válvula Admisión abierta. El movimiento del pistón desde el punto muerto superior (PMS) al punto muerto inferior (PMI), aspira mezcla aire-combustible (carburador o sistema inyección) o solo aire (motor diésel)

10 Motores: Tiempos Motor Cuatro Tiempos: Compresión 10 Dos Válvulas cerradas. Al llegar al PMI se cierra la válvula admisión. El movimiento del pistón desde el PMI al PMS, comprime mezcla aire-combustible o solo aire

11 Motores: Tiempos Motor Cuatro Tiempos: Explosión-Expansión 11 Dos Válvulas cerradas. Cuando el pistón llega al PMS ( o algo antes: avance de encendido) salta la chispa (ó inyecta diesel). La presión de la explosión (combustión) empuja el pistón hacia el PMI. El conjunto biela-manivela cambia el movimiento vertical en giratorio en el cigüeñal: potencia mecánica (par motor)

12 Motores: Tiempos Motor Cuatro Tiempos: Escape 12 Válvula escape abierta. La presión residual hace salir los gases quemados. El movimiento del pistón desde el PMI al PMS, vacía totalmente los gases quemados.

13 Motores: Clases. Cilindros. Tiempos. Reglajes Diferencias Diesel - gasolina Gasolina: -Llena cilindro mezcla aire-gasolina (necesita Carburador o sistema inyector) -Para explosión (combustión rápida) necesita chispa de las bujías Diesel: -Llena cilindro solo con aire… Puede comprimir más. Implicaciones: aros, aditivos -Cerca del PMS inyecta combustible que arde por alta temperatura del aire (necesita bomba de inyección) 13 Tema 3

14 Motores de explosión 14 Son los de motores de gasolina. Comprimen una mezcla de aire-gasolina. También los hay con gas (propano, gas natural) y alcohol como combustible. La mezcla aire-gasolina de realiza en carburador, la ignición mediante una chispa eléctrica en las bujías. El carburador se ha sustituido por inyectores (diferentes a los usados en motor diésel) controlados electrónicamente que inyectan en cada cilindro y en el momento preciso. Permiten controlar mejor la cantidad de combustible y adaptarla a las condiciones atmosféricas (temperatura). El impulso mecánico de debe al aumento de la presión generada por la explosión de la mezcla. A la capacidad se le llama fuerza motriz y se expresa en caballos (CV) o kilowatios (kW). 1 CV = 0,736 kW (100 CV = 74 kW ; 136 CV = 100 kW) El motor se compone de unos cilindros (1, 2, 3, 4, 6, 12…) por cuyo interior se desplaza un pistón que realiza los tiempos antes descritos: Adm, Com, Expl y Esc Tema 3.1

15 Ciclo de funcionamiento teórico del motor de gasolina: - La explosión de la mezcla se inicia con chispa eléctrica - Movimiento desde PMS al PMI. 15 PMS PMI -Son necesarias 2 vueltas del eje por ciclo: -Las válvulas solo se abren una vez cada dos vueltas.

16 Ciclo de funcionamiento teórico del motor diesel: - Necesita aumentar la compresión hasta alcanzar temperatura suficiente para inflamar el combustible diésel (35 a 40 kg/cm 2 ) - En vez de bujía tiene inyector, que inyecta combustible en PMS - Movimiento desde PMS al PMI. 16 PMS PMI -Son necesarias 2 vueltas del eje por ciclo: -Las válvulas solo se abren una vez cada dos vueltas.

17 Motores eléctricos – híbridos – células combustible 17 Eléctricos.- Se basan en la energía almacenada en baterías, que alimenta un motor eléctrico que es el que realiza el trabajo mecánico. Como la capacidad de las baterías es limitada, la autonomía antes de necesitar una recarga es reducida ( del orden de 100 -200 km). Limita su aplicación a circulación en ciudades y alrededores. Híbridos.- Tienen dos motores: uno de combustión (normalmente gasolina) y otro eléctrico. Según sea el control pueden recuperar energía al frenar, bajar cuestas. La tracción puede ser sólo con motor eléctrico o combinados. Consumo inferior a 4 l/100 km. Autonomías de mas de 800 km. Células de combustible (Hidrógeno o hidrocarbono).- Son eléctricos, pero la energía que necesitan la generan a partir de un combustible. Autonomías de 500 km. Por ahora mercado incipiente (problemas suministro gas): Toyota Mirai Tema 3.3

18 Motor de dos tiempos En cada cilindro hay cuatro fases. Pero se realizan en solo dos carreras de pistón: –Compresión-admisión –Trabajo-escape. 18 Tema 3.4 La mezcla es succionada al subir el pistón (a la vez que la compresión del ciclo anterior), y no al bajar. La mezcla se introduce en la parte inferior del cilindro (lo que en los de 4 tiempos llamamos cárter) Al descender el pistón, la mezcla pasa a la parte superior del cilindro, donde después se comprime y explota. Es más sencillo. No hay válvulas ni sistema de distribución: se realiza con el movimiento del pistón. Los gases entran y salen mediante lumbreras que se comunican e incomunican con el paso del pistón.

19 Motor de dos tiempos Hay lumbreras de admisión, de escape y de transferencia. Se habla de un tiempo intermedio de transferencia, cuando al descender, se comunican la parte inferior y superior del pistón. La compresión propiamente dicha no empieza hasta que se cierra la lumbrera de escape. La explosión se produce en el PMS, igual que en los de 4 tiempos. 19 Tema 3.4

20 Motor de dos tiempos Según la forma y disposición de las lumbreras, así será el comportamiento del motor de 2 tiempos. Las lumbreras elípticas o redondas logran un llenado más progresivo. Las lumbreras cuadradas logran un llenado más regular. 20 Tema 3.4

21 Motor de dos tiempos Como no hay cárter, hay que añadir hasta un 5% de aceite al combustible para garantizar la lubricación de las partes móviles. En lugar de casquillos de rozamiento a fabricados con material antifricción, como en los de 4 tiempos, se usan rodamientos de bolas, de casquillos o de agujas, sobre los que se puede aplicar lubricante pulverizado (combustible con aceite) 21 Tema 3.4 Tiene menor rendimiento que los de 4 tiempos: no se controla tanto el flujo de gases Al no llevar refrigeración se calientan mas: quemadura en cabeza de pistón y aros

22 Partes del Motor 22 Tema 4

23 Partes del Motor Estructuralmente tiene tres secciones principales: Culata –Pieza de hierro fundido o aluminio, que cierra la parte superior del bloque de cilindros, evitando pérdidas de compresión y salida de gases inapropiada. –En ella están las válvulas, árboles de levas, bujías y/o inyectores, calentadores. –Tiene dos conductos: admisión y escape –También hay otros conductos para refrigerar con agua. –La estanqueidad con el bloque se mantiene con una junta de culata: –estanca y resiste altas temperaturas Bloque –Parte central donde están los cilindros (o camisas) por donde desplazan los pistones –Debe tener rigidez y poco peso. Adecuados a la potencia que desarrolle –Volumen suficiente para la potencia Carter –Donde se deposita aceite lubricante para cigüeñal, pistones, árbol de levas y otra partes móviles del motor –Un bomba de aceite coge del cárter, filtra y bombea a los mecanismos –Dos partes: cárter superior o bancada: sirve para sujetar el cigüeñal al bloque de cilindros. –Cárter inferior: sirve de depósito de aceite 23 Tema 4

24 24 Partes del Motor Tema 4.1

25 Cilindros Cavidad cilíndrica, metálica, por donde se mueven los pistones. Es parte del bloque de cilindros y donde se produce la explosión Las paredes interiores deben estar muy pulidas para disminuir rozamiento con los pistones. Deben estar refrigeradas por agua. En el bloque están mecanizados los cilindros, refrigerados por agua. En motores grandes los cilindros son piezas independientes (las camisas) para facilitar y abaratar la reparación. 25 Tema 4.1

26 Cilindros Con disposición en línea: 3, 4, 5 o 6 cilindros Bloques en “V”: 6, 8, 10, 12 cilindros Bloques en estrella: se usaron para motores de aviones 26 Tema 4.1 Disposiciones en motores de gasolina: en línea en V en W cilindros opuestos

27 Culata Cierra el bloque de cilindros por su parte superior, con una junta de culata: quedan unidos los conductos de lubricación y refrigeración. La culata tiene una cámara de combustión en cada cilindro. Volumen donde están los gases de la combustión. Las válvulas comunican mediante conductos, con los colectores de admisión y escape En ella van alojadas las bujías (gasolina), inyectores y calentadores (diesel) 27 Tema 4.1

28 Diámetro, carrera, cilindrada Diámetro o calibre: diámetro interior del cilindro ó pistón Carrera: distancia entre el PMS y el PMI Cilindrada: volumen desplazado por el pistón entre el PMS y el PMI La cilindrada total del motor es la superficie del pistón, por la carrera, por el número de cilindros 28 Tema 4.1

29 Pistón o émbolo Pieza metálica, cilíndrica, de aluminio (casi todos) y aligerado (menos inercia). Se desplaza con movimiento rectilíneo entre el PMS y el PMI Movido por los gases de explosión o por el cigüeñal (en el resto de tiempos del ciclo) 29 Tema 4.2 Bulón: eje con que se sujeta al pie de biela). Segmentos, anillos o aros: permiten reducir la superficie de apoyo entre pistón y cilindro pero asegurando la estanqueidad de la cámara. Son de material mas blando que el bloque para que se desgasten estos (se cambian). Dos o tres (diesel) en su parte alta: aros de compresión. Se añade otro para evitar paso aceite a cámara de combustión: rascador de aceite