Tabla de contenidos
Los segmentos
Para lograr la mejor estanqueidad en el motor de gasolina entre el pistón y el cilindro con el menor rozamiento posible se incorporan unos aros alrededor del pistón que son los que van a soportar los esfuerzos de fricción con el cilindro, son los segmentos ya citados.
Lo más frecuente en el automóvil es que sean tres en cada pistón con funciones especializadas, se ven en la imagen 6.10.
Segmento de fuego SF
- Es el situado más próximo a la cámara de combustión, ha de mantener la estanqueidad para que no se escape la fuerza de la explosión, soportando las elevadas temperaturas y presiones que se generan.
Segmento de estanqueidad SE
- Como el segmento de fuego no puede evitar fugas de presión este segmento trata de contener las que hayan pasado.
Segmento de engrase o lubricación SE
- El rozamiento entre los segmentos y el pistón con el cilindro produce desgastes y además hay temperaturas elevadas.
- Para reducir los desgastes el pistón aspira aceite cuando sube y pasa al exterior por unos taladros específicos que coindicen con la ubicación del segmento de engrase, también con agujeros, y por estos pasa el aceite hacia la zona de fricción lubricando los movimientos del pistón en el cilindro.
- El segmento de engrase también colabora en mantener la estanqueidad, permitiendo que una pequeña cantidad de aceite lubrique a los segmentos de estanqueidad y de fuego.
El sistema de escape
El sistema de escape, imagen 6.11, se compone de colectores, línea de escape y silenciadores.
El conjunto está suspendido mediante apoyos elásticos bajo el piso del automóvil.
En la imagen del coche se ven dos silenciadores en un automóvil con motor longitudinal delantero de cuatro cilindros en línea y propulsión.
Tras los colectores hay un flector para asumir las vibraciones del motor sin que afecten a la línea de escape.
Estas son las funciones del sistema de escape;
- Expulsar los gases quemados sin que pasen al habitáculo.
- Oponer poca resistencia a la evacuación de los gases quemados.
- Reducir el nivel sonoro.
- Favorecer la “respiración” del motor por la resonancia para disponer de mejor respuesta desde bajas/medias RPM.
- El silenciador es una carcasa metálica con placas decaladas en su interior que obligan a los gases de escape a realizar un recorrido laberíntico reduciendo el ruido y vibraciones.
Desgastes y mantenimiento de los silenciadores
- Funcionamiento del motor y movimientos del automóvil que generan vibraciones
- Las ondas de presión de los gases en el escape se mueven a velocidades muy altas y en continuos rebotes por los silenciadores y geometría del recorrido, que suponen fatigas mecánicas.
- Defecto en los apoyos elásticos de la línea de escape que potencian las vibraciones llegando a provocar golpes
- Los dos puntos anteriores pueden inducir que se suelten las placas internas de los silenciadores produciendo un ruido característico de campanilleo y reduciendo el rendimiento del motor.
- Además, se pueden provocar fugas en las zonas de interconexión de los diferentes componentes de la línea de escape.
- Oxidación
- Con el automóvil parado el aire ambiente entra en la línea de escape, con la humedad que contenga.
- El agua se condensa en el interior apreciándose humo blanco, vapor de agua, durante los primeros instantes tras arrancar en frío.
- El agua oxida el sistema de escape, afectando principalmente a los silenciosos mediante la aparición de agujeros al exterior.
- Este desgaste será mayor en los automóviles que hagan recorridos cortos.
- Temperatura
- Los gases de escape salen a temperaturas sumamente elevadas que van afectando a los diversos elementos del escape.
- Este efecto es mayor en los automóviles con elementos de limpieza de gases pues el escape funciona a mayor temperatura.
- Residuos de la combustión
- Los gases de escape contienen diferentes componentes químicos producidos por la combustión y/o contenidos en el combustible, muchos de estos son agresivos con los elementos del sistema de escape.
- Golpes
- Si los silenciosos o la línea de escape golpean o rozan pueden sufrir graves daños o ser el comienzo de un rápido deterioro, se puede apreciar por las huellas dejadas en los elementos afectados
El sistema de escape y anticontaminación
Con la masificación del automóvil hay que reducir la contaminación para que afecte lo menos posible al medio ambiente.
Se logra con sistemas más complejos de alimentación de combustible para que las explosiones (gasolina) y combustiones (diésel) sean lo más limpias posible, pero aun así se generan gases nocivos para la salud o que afectan de otra forma al medio ambiente.
Para evitar que estos gases salgan al exterior se incorporan diferentes sistemas en el escape para neutralizarlos o transformarlos, los más frecuentes son estos representados en la imagen 6.12; catalizador de oxidación y reducción o de tres funciones (gasolina), catalizador de reducción o de dos funciones (diésel), filtro antipartículas (diésel ¿y gasolina?), trampa de óxidos de nitrógeno (no representada en la imagen NOX diésel) y catalizador de reducción selectiva SCR (diésel ¿y gasolina?).
Además de otro sistema que comunica parcialmente los colectores de escape y admisión, recirculación de los gases de escape EGR (diésel ¿y gasolina?).
Estos sistemas se explican en los capítulos “12. Alimentación y encendido del motor de gasolina” y “13. Motor diésel”.
Se ve en la imagen un automóvil con tres silenciadores en la línea de escape y detalles del catalizador de tres funciones, catalizador de dos funciones, filtro antipartículas, catalizador SCR y recirculación de gases de escape EGR.
Particularidades del motor
Imagen 6.13
La duración del motor depende de las revisiones periódicas y utilización.
Respetando los mantenimientos, conduciendo a bajas RPM en frío y no sometiendo el motor a esfuerzos prolongados puede llegar a más de 300.000/400.000 km.
Con los sistemas anticontaminación, si se hacen frecuentes recorridos cortos se fatigan llegando a afectar, además de a los elementos de limpieza de gases al motor, más en los diésel desde el año 2007.
Los sistemas complementarios y periféricos del motor habrán tenido que revisarse antes.
Cuando un motor llega al final de su vida útil por desgastes graduales, se aprecia incremento de consumo de aceite por exceso de holgura entre segmentos – pistones y cilindros.
El sobre régimen en aceleración no se produce por el control de la inyección y encendido electrónicos.
Sin embrago se pueden superar las RPM del motor si se reduce a una relación errónea de caja de cambios, en este caso, en teoría, los elementos fusibles son los tornillos de sujeción del volante motor al cigüeñal que deberían cizallarse.
En muchos casos se llegan a producir graves averías en el motor por golpes de las válvulas contra los pistones, sin que lleguen a romper los citados tornillos.
El volante motor es una masa que acumula las inercias entre las explosiones para lograr el giro más uniforme y continuo posible.
Motor “down size”
Es imprescindible reducir el consumo y la contaminación del motor.
Las sucesivas directivas anticontaminantes son más estrictas y exigen tecnologías capaces de lograrlo, pero sin perder prestaciones pues habría que acelerar más y se reducen las ventajas, o no resulta atractivo el automóvil para el comprador.
Una de las formas de adaptar los consumos y contaminación es disminuir el tamaño del motor, bien con menos cilindrada o reducir el número de cilindros, es el motor “down size” imagen 6.14.
Para llevar a cabo esta modificación, sin merma de prestaciones, se recurre a tres opciones;
- Motor eléctrico complementario
- Con baterías de propulsión para poder circular en modo térmico, eléctrico o combinar ambas.
- Es el automóvil híbrido.
- Sobrealimentación
- Con compresor volumétrico o turbocompresor se llenan los cilindros a presión logrando los objetivos además de incrementar las prestaciones.
- En uso normal del automóvil el consumo y contaminación se reducen, puede aumentar el consumo si se solicitan frecuentemente las prestaciones del motor, más con gasolina que con diésel.
- Cilindros desconectables
- Se parte del motor estándar y se añade la tecnología que permite desconectar parte de los cilindros, se siguen moviendo los pistones pero las válvulas permanecen cerradas y se corta la inyección.
Sistema “stop & start”
Con el motor en marcha consiste en parar el motor con el automóvil detenido durante el recorrido, por semáforos, tráfico denso, … y arrancar después automáticamente, sin intervención del conductor.
Estos son los elementos y proceso de funcionamiento, imagen 6.15;
- Calculador electrónico del motor; controla el “stop & start”.
- Adaptador de tensión; entre los componentes eléctricos (12 V) y electrónicos.
- Sensor de carga de la batería; por debajo del valor medio óptimo no actúa el “stop & start”. La tecnología de la batería es AGM o similar para soportar rápidas descargas y cargas, se comenta al final.
- Motor de arranque; adaptado a las mayores exigencias de trabajo con el “stop & start”.
- Información de punto muerto; en la caja de cambios.
- Información de velocidad de ruedas.
- Información de RPM del motor y posición de los pistones, para detener el motor en la mejor posición para el auto arranque.
- Alternador; carga rápida de la batería con motor en marcha compensando las descargas.
El “stop & start” actúa así genéricamente; automóvil parado (0 km/h), freno pisado, caja de cambios en punto muerto, carga de la batería suficiente, funcionamiento del motor (RPM de ralentí, temperatura adecuada, …).
Con estos requisitos el sistema para el motor. Auto arranca al pisar el embrague con caja manual o soltar el pedal de freno si es caja automática.
El conductor puede desactivar el “stop & start”.
Los casquillos de biela y bancada del cigüeñal son sometidos a mayores desgastes si interviene mucho el “stop & start”, por lo que se tiene en cuenta en el diseño del motor.
Lo mismo se puede decir de los casquillos y segmentos del turbocompresor.
“Stop & start” con alternador reversible
Imagen 6.16
Se pueden mejorar los resultados con el alternador reversible, se arranca el motor con la llave o botón mediante el motor de arranque, cuando actúa el “stop & start” el auto arranque lo realiza el alternador que funciona en estos momentos como motor eléctrico de arranque.
Al no depender el motor para arrancar del correcto engranaje de los piñones del motor de arranque y corona del volante motor, se puede detener el motor antes de llegar a estar parado del todo el automóvil, cuando se dan las condiciones adecuadas,
Si es preciso reemprender la marcha se pone en marcha el motor por alternador reversible.
En el capítulo 11 se ve el acoplamiento entre el motor de arranque y el dentado en el volante motor.
Baterías AGM
- Para aguantar los esfuerzos del sistema “stop & start” se utilizan estas baterías.
- Son baterías selladas tipo plomo – ácido para soportar usos muy severos, rápidas y grandes descargas y rápidas e intensas cargas.
- AGM es la abreviación de Absortion Glass Mat, donde el ácido se absorbe mejor y más rápido por placas de plomo de la batería, ya que una delgada manta de fibra de vidrio inmoviliza el ácido entre ellos.
- La batería AGM tiene una resistencia eléctrica interna muy baja.
- Esto, combinado con la migración más rápida de ácido permite que las baterías AGM entreguen y absorban tasas más altas de corriente eléctrica que otras baterías selladas durante su carga y descarga.
- Además, las baterías con tecnología AGM se pueden cargar a una tensión normal, como cualquier otra batería plomo – ácido, no son necesarios cargadores especiales para estas baterías.
