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• Carlos Alberto Bardales Garcia

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Mantenimiento de Motores Diesel Expositor: Ramos espinoza Oliver Profesor: Departamento de Equipo Pesado

UNIDAD 2 Componentes del Motor Diesel

Objetivos: A través de esta unidad, el estudiante podrá: 1. Identificar los componentes del motor diesel. 2. Conocer el principio de funcionamiento de cada componente.

Elementos constructivos y funcionales del motor ELEMENTOS FIJOS

ELEMENTOS MOTRICES

DISTRIBUCIÓN

Bloque del motor

Émbolo

Válvulas

Culata

Biela

Elementos de accionamiento

Colectores

Cigüeñal

Árbol de levas

Volante de inercia

Mando de distribución

Tren de válvulas El tren de válvula incluye: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Culata. Tapa de balancín. Puente. Conjunto de resortes de válvulas. Guía de válvula. Casquillo de asiento de válvula. Válvula. Balancín.

Culata

BALANCIN

(Cylinder Head) EJE DE BALANCINES

VALVULA

BRIDA DE AGUA

VARILLA DE EMPUJE PERNO REGULADOR

MULTIPLE DE ADMISION Y ESCAPE

Culata

Junta de Culata

Competencia

Caterpillar

 Material de matriz de fibra  Anillo de acero de bajo carbono

 Material con capas de grafito  Anillo de acero inoxidable

Competencia

Caterpillar

 Sellado de mala calidad

 Gran mayor rendimiento en el sellado

4 valve, cross flow head for improved air flow, fuel consumption and emissions Stiffer structure for improved strength, sealing, durability and reusability 6 bolt cylinder head to block joint for improved combustion gas sealing, minimized bore / liner distortion

La plancha espaciadora de aluminio o de acero elimina la necesidad de aborcadados profundos en el bloque (reducen integridad estructural del bloque y la posibilidad de la fisura).

Competencia

 Orificios para el agua de sobremedida, sin rosca, faltantes

Caterpillar

 Maquinados apropiadamente

Competencia

 Conductos bloqueados

Caterpillar

 Riguroso proceso de limpieza

Culatas

Competencia  Menos atención a detalles para bajar costos  No reunen las especificaciones Cat

Caterpillar  Tolerancias rigurosas  Diseños actualizados

Válvulas e insertos de válvulas (Valve)

Las válvulas controlan el ingreso de aire y salida de los gases de escape en la cámara de combustión.

 Para las válvulas de escape se emplean aceros austeníticos al Cr-Ni, al W-Si o Co-Mo-W.  En las válvulas de admisión, se emplean de aceros al carbono con pequeñas proporciones de Cr, Si y Ni.

Los vástagos de las válvulas son de acero con Ni y Cr, para las altas temperaturas. Las válvulas están revestidas con estelita y los asientos son de acero endurecido.

Casquillo o asiento de la válvula

2. Vástago de acero inoxidable templado (Cr-Ni) (inlet – exhaust). 4. Cara de los asientos de estelita, resiste el desgaste por alta temperatura. 5. Cabeza con aleación especial para altas temperaturas.

Comparación de Válvulas

Competencia

 Acero de baja calidad

Caterpillar

 Material de alta resistencia

Comparación de Válvulas

Competencia  Marcas de torneado

Caterpillar

 Pulido con precisión

Válvulas de Escape

Competencia

 Inadecuado material de revestimiento

Caterpillar

 Más material de revestimiento que el estándar de la industria

Casquillo de Válvula El casquillo de válvula, se encuentra en la cabeza de cilindro donde asienta la válvula esto es para sellar completamente la cámara de combustión.

Guías de válvulas Las guías de válvulas mantiene las válvulas moviéndose en línea recta. El vástago de la válvula se prolonga fuera de la guía, encima de la cabeza del cilindro.

RECTIFICADO DE VÁLVULAS

Puente El puente se usa cuando tienen múltiples válvulas de admisión y escape, y lo trasmite el movimiento de los balancines a las válvulas de admisión y escape de un cilindro simultáneamente. Componentes del puente : 1. Asiento de desgaste.

2. Tornillo de ajuste. 3. Tuerca de traba. 4. Calibre.

Balancines Los balancines conectan las válvulas con el árbol de levas y convierte en movimiento giratorio del árbol de levas en un movimiento alternativo en las válvulas. Componentes: 1.

Tornillo de ajuste.

2.

Contratuerca.

3.

Asiento de desgaste.

4.

Buje del eje del balancín.

Tipos de balancines

Conjunto de resortes de válvulas Los resortes sirven para mantener las válvulas

Cerradas. Éstas se mantienen en posición por medio de unas

cazoletas (1) y un retenedor (2) o rotador.

RETÉN Y GUÍA DE VÁLVULA

RESORTES DE VÁLVULAS

Los rotadores (rotocoil) hacen girar las válvulas 3° al ascender, y aumentan su duración.

Levanta válvulas Hay un levanta válvulas o seguidor de levas apoyado en el lóbulo de cada una de las levas. A medida que gira el árbol de levas, el levanta válvulas se mueve, siguiendo la forma del lóbulo.

Bloque de motor (Cylinder Block)

CILINDRO ORIFICIO DE AGUA

BOMBA DE AGUA ORIFICIO DE ACEITE

BOMBA DE TRANSFERENCIA

TUNEL DE BANCADA BRIDA DE AGUA

Diseño Los bloques tienen diseños diferentes:

1. Los motores en línea, que todos los cilindros están en línea. 2. Los motores en “V”, separa los cilindros en dos filas, y el bloque tiene forma de “V”.

 Fundición de hierro con estructura perlítica. Aleado con Cr y Ni con gran resistencia al desgaste y la corrosión.  También puede ser de aleaciones de Al con Si, de menor peso y gran conductibilidad térmica.

Sus funciones son: • Contiene los pistones. • Forman las cámaras de combustión. • Disipan el calor de los pistones.

El bloque se funde a precisión, usando una combinación de aleaciones especiales, para lograr su resistencia.

C9 Bloque  Bloque más fuerte para permitir una mayor presión del cilindro.  No posee placa espaciadora . Menor número de empaques para reducir el riesgo de fugas.  Fortalecimiento del alojamiento de la volante para una vida más larga.  Un enfriador de aceite interno para reducir el peso y ancho del motor.  Alto flujo de refrigerante y aceite para prolongar la vida del motor.  Diseño serpentente de alta resistencia para reducir el ruido.

Camisas de cilindros y Pistones

Émbolo (Pistón)

1. Los pistones de precombustión tienen una bujía incandescente en la cabeza. 2. Los pistones de inyección indirecta no tiene bujías incandescentes.

Partes de debajo de la cabeza y canalización de enfriamiento: Hay una zona debajo de la cabeza (1) en el interior del pistón. Ciertos pistones contienen canales de enfriamiento de aceite (2) dentro de la cabeza que no puede verse.

Partes 1.

Cabeza

2.

Ranuras

3.

Orificio del pasador.

4.

Anillo de retención.

5.

Faldón de tope.

 Se fabrican con ligeras de aluminio y silicio con ligeros contenidos de Cu, Ni y Mg fundidas en coquilla.  El silicio disminuye el coeficiente de dilatación y la conductividad térmica.

1. 2. 3.

Convencional. Cabeza de aluminio colado con faldón de aluminio forjado, soldado por haz electrónico. Compuestos. Formados por una cabeza de acero y un faldón de aluminio forjado empernados entre si. Articulados. Cabeza forjado con orificios de pasador y bujes, y un faldón separado de aluminio colado. Las dos piezas están conectadas por medio de un pasador de biela.

Funciones 1.

Transmiten la fuerza de combustión a la biela y al cigüeñal.

2.

Sellan la cámara de combustión.

3.

Disipan el calor excesivo de la cámara de combustión.

C15 Piston Assembly

Pistón de una pieza de acero Un agujero de aceite a través de la varilla de conexión en forma de I se usa para lubricar el bulón.

C9 Pistón Diseño articulado de dos piezas •

Corona de acero más resistente que el aluminio.

•

Permite más flexibilidad en la posición del anillo.

•

Excelentes características de desgaste

Temperaturas que soporta el pistón

Competencia  Ovalado fuera de especificaciones

Caterpillar  Ajuste exacto

Competencia

 Bandas de anillo separadas

Caterpillar

 Bandas de anillo de níquel

Pistones

Competencia

Caterpillar

 Perfil vertical incorrecto  Uniones de mala calidad

 Especialmente rectificados, biselados  Proceso controlado de fundición

Anillo de Pistón (Ring)

Cada uno de los pistones tiene dos o más anillos que encajan en ranuras en el pistón. Funciones: 1.

Sellan la cámara de combustión.

2.

Controlan la lubricación de las paredes de los cilindros.

3.

Enfrían el pistón transfiriendo el calor generado por la combustión.

1.

Tipos Anillos de compresión: Sellan la

parte inferior de la cámara de combustión impidiendo que los gases de combustión se fuguen por los pistones. 2. Anillos de control de aceite: Lubrican las paredes de la camisa del cilindro al moverse el pistón hacia arriba y hacia abajo, la película de aceite reduce el desgaste en las camisas del cilindro y en el pistón.

Superficies endurecidas: Los anillos tiene esta superficie endurecida para prolongar la duración de los anillos. Resorte de expansión: Detrás del anillo de control de aceite se encuentra un resorte de expansión que permite mantener una película uniforme de aceite en la pared del cilindro.

Separación entre las puntas: Esto permite impedir fugas, las separaciones entre puntas, no deben estar alineadas al Instalarse.

Competencia  Cara lisa en el borde del anillo

Caterpillar

 Cara redondeada en el borde del anillo

Competencia

 Cromo o blindaje de plasma delgado

Caterpillar

 Correcto blindaje de cromo o plasma

Anillos del Pistón

Competencia

Caterpillar

 Hierro gris  Vida útil corta

 Hierro dúctil de alta resistencia  Termotratados

Biela (Conecting Rod)  Las bielas están conectadas a cada uno de los pistones por medio de un pasador de biela. La biela transmite la fuerza de combustión del pistón al cigüeñal.

Partes de la biela 1.

Agujero de biela.

2.

Buje del pasador de biela.

3.

Vástago.

4.

Tapa

5.

Tuercas y pernos de biela.

6.

Cojinete de Biela

De acero al carbono aleado con Ni y Cr, se estampa en caliente

C9 - Biela Fracturada  Diseño resistente barra fracturada  Acero forjado para mayor resistencia

 El aumento de las superficies de rodamiento para mayor vida del cojinete  Las superficies fracturadas deben ser manejados cuidadosamente para evitar daños durante el mantenimiento

Cojinetes (Metales)  Se fabrican de chapa de acero recubiertas en su cara interior por material antifricción que pueden ser:  Metal blanco con S o Pb.  Bronce al Cd.  Bronce al Cu.  Bronce al Al.  Bronce al Cu-Ni impregnado de Pb.

Cojinetes de bancada Orificio:

El cigüeñal gira dentro de los cojinetes de bancada, que están bien sujetos en orificios ubicados en la parte inferior del bloque.

Cojinetes de bancadas Lubricación de los cojinetes: Las mitades superiores de los cojinetes de bancada tienen un orificio

de lubricación y normalmente una ranura de modo que el aceite lubricante se alimente continuamente por el orificio de lubricación del

muñón del cojinete de bancada.

Competencia

Caterpillar

 Espesor de las paredes fuera de dimensiones  Diseño incorrecto

 Espesor uniformede las paredes  Altura de compresión exacta

Competencia  Materiales de inferior calidad

Caterpillar

 Materiales que se adaptan al sistema

Camisa (Jacket)

Camisas (Jacket) 1.

2.

Forman la pared de la camisa de agua, entre el refrigerante y el pistón. Tipos: Camisas húmedas: Se pueden sacar y colocar otras cuando se malogran, estas tienen un sello anular para evitar fugas de refrigerante. Camisas Secas: Se usan a menudo para reparar motores de calibre matriz en caso que falle un cilindro.

Partes – Camisa Humeda 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Superficie interior. Mampara para fuego. Pestaña. Ranura de Banda de compresión. Superficie exterior. Ranura de sellos anulares.

 Fundición aleada de estructura perlítica aleada con Ni, Cr, Mo, Cu, etc.  Camisas cromadas.  Camisas nitruradas.  Al, Cu, Mg y Mn (refrigerados por aire)

Competencia

 Patrón de rayado de configuración aleatoria

Caterpillar

 Patrón de rayado uniforme

Competencia

 Contorno sin bruñir  Espesor de la brida fuera de especificaciones  Ranuras sin biselar de los anillos  Mayor riesgo de fisuramiento

Caterpillar    

Contorno bruñido Espesor controlado de la brida superior Ranuras biseladas de los sellos anulares Termotratados

Camisas de Cilindro

Competencia  Baja resistencia a la tensión  Perforaciones ovaladas  Diámetros de menor medida

Caterpillar  Hierro gris de alto grado  Ajuste perfecto

C9 Liners  Mid-support wet liner • Removable for service • Fewer leak joints • Improved cooling in combustion area • Allows advantages of higher ring position

Los apoyos permiten una mejor refrigeración en la parte superior del cilindro de modo que los anillos pueden estar situados más arriba en el pistón. Menos volumen muerto encima de los anillos ayuda con las emisiones.

Cigüeñal (Crankshaft) Muñón de biela Contrapeso

Muñón de apoyo Pernos de volante

Orificios de lubricación

Taladros de equilibrado Muñón de bancada

Orificio de lubricación

Transforma el movimiento alternativo del pistón en un movimiento giratorio usado para efectuar el trabajo.

 El material empleado en los cigüeñales forjados es el acero al carbono con contenidos variables de Cr, Ni, Co y Mo.  El material empleado en los cigüeñales fundidos son aleaciones especiales a base de Cr, Ni y Mo o Cr, Ni y Cu.

Diseño Los cigüeñales para los motores en línea tienen solo un muñón de cojinete de biela por cada cilindro.

Los motores en “V” comparten un solo muñón de cojinetes de biela entre dos cilindros.

Agujero de alineamientos: Ciertos muñones de cojinetes de biela tienen agujeros de aligeramiento para reducir el peso del cigüeñal y ayudar a equilibrar el cigüeñal.

Tapón del conducto de aceite: Los conductos perforados de aceite están taponados en un extremo por un tapón cóncavo o tornillo de ajuste.

Competencia

 Acabado con superficies ásperas

Caterpillar

 Acabado con superficies pulidas hasta cinco micras

Competencia  Metales de baja dureza  No endurecidos apropiadamente

Caterpillar

 Proceso de templado único  Excelente capacidad de reutilización

Competencia

 Muñones de sobremedida

Caterpillar

 Pulido preciso de los muñones

Árbol de Levas (Camshaft) Es impulsado por un engranaje del cigüeñal.

Controla la apertura de las válvulas. Controla la inyección de combustible cuando se usan inyectores. Muñones de cojinetes (1) y lóbulos (2).

Árbol de levas

Partes 1. Circulo de la base. 2. Rampas. 3. Puntas.

Forma de los lóbulos de las levas Las formas de las rampas de apertura y cierre determina la rapidez con que se abre y se cierran las válvulas. La forma de la punta determina cuanto tiempo esta abiertas las válvulas.

1. Apertura rápida. 2. Periodo de apertura largo. 3. Cierre rápido. 4. Cierre lento.

Alza de levas La distancia del diámetro del circulo de

la base a la parte superior de la punta se llama alzada, esta

determina cuanto se abre las válvulas.

Elementos

 El material empleado para la fabricación del eje de levas es hierro fundido y aleados

%

Carbono

3.3

Silicio

0.45

Manganeso

0.15

Cobre

2.5

Cromo

0.25

Fósforo

0.05

azufre

0.06

Volante (Flywheel)

Es la unión del motor con la carga; esta empernado en la parte trasera del cigüeñal. Funciones:

1. 2.

3.

Almacena energía para ganar momento entre tiempos de combustión. Hace que la velocidad del cigüeñal sea constante. Transmite potencia.

Partes

1. Volante. 2. Corona. 3. Caja de volante.

Amortiguador de vibraciones Controla la vibraciones de torsión o giro del cigüeñal y se encuentra en las parte delantera del motor, este puede ir empernado o a presión.

Tipos 1. Goma (izquierda) usan una goma densa para absorber las vibraciones. 2. Viscosos (derecha) usa aceite viscoso para absorber las vibraciones.

Conjunto de tren de engranajes Es una serie de engranajes que transmite la potencia del cigüeñal a otros componentes principales del motor, estos pueden ser ubicados en la parte posterior o delantera del motor. El tren de engranajes sincroniza todos los componentes del motor de modo que trabajen juntos durante cada tiempo del ciclo de combustión.

Conjunto de tren de engranajes 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Engranaje del cigüeñal. Engranaje loco. Engranaje del árbol de levas. Engranaje de la bomba de inyección. Engranaje de la bomba de aceite. Engranaje de la bomba de agua. Engranaje del compresor de aire.

20 19 1

15 16 14

25

18 17 13

2

22 3 23 4 21 5 6 7 8

12

9 11

10

Piezas de Nivel I - Motor  Desgaste rápido ( no reutilizables )  Anillos de pistón  Cojinetes de bancada y biela  Guías de válvulas  Cojinetes del turbo  Sellos del turbo

Piezas de Nivel II - Motor  Desgaste más lento  Pistones  Camisas  Válvulas  Árbol de levas

( reutilizables)

Piezas de Nivel III - Motor  Vida útil más larga  Bloques

 Culatas  Cigüeñales  Bielas

¿Preguntas?