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MUNDO TÉCNICO

AGUSTÍN

RIÚ

Ingeniero Electromecánico (Escuela Superior de Mecánica y Electricidad, París) Radio Ingeniero (Escuela Superior de Electricidad, París) Fundador y Director del Instituto Riú, Barcelona

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El motor del automóvil

Ediciones Mundo Técnico »

Bueno* Aires

Todos los derechos reservados. Prohibida su reproducción total o parcial, sin autorización expresa del autor. Queda hecho el depósito que previene la ley L1.72Í. © EDITORIAL MUNDO TÉCNICO S.R.L. Buenos Aires 1981

INTRODUCCIÓN GENERAL

Conocimientos fundamentales previos OCTAVA EDICIÓN, 1981 OBRA TÉCNICO DIDÁCTICA

1.

Generalidades

Se denomina automóvil al vehículo que lleva incorporados los mecanis mos capaces de producir la fuerza motriz necesaria a su propulsión. Es decir se mueven por sus propios medios, sin necesitar ninguna acción mecánica exterior. Los automóviles poseen un motor, que es la fuente general de energía del coche, pues no sólo suple la fuerza mecánica necesaria para su desplazamiento sino que, además, hace funcionar un pequeño generador de electricidad, así como también djversos mecanismos, indispensables en los automóviles modernos. Esta clase de vehículos tienen también los medios mecánicos para dirigirlos, hacer variar su velocidad y efectuar cuantas maniobras sean necesarias para su buena conducción.

2. Clasificación según el motor utilizado Según sea la finalidad y uso a que se destinen, los automotores están equipados con motores de distintas clases, entre las cuales menciono las más importantes: a) Automóviles con motor de gasolina

Impreso en Brasil l'rinled in Brazil Este libro se terminó de Imprimir en los latieres gráficos ile (jfljn^) ACKiS Imliistrliis (¡rftflcus S.A. Kln ilr

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Vamos a considerar ahora los inconvenientes que surgen a consecuencia de las grandes velocidades a que trabajan las válvulas (por los efectos de inercia que presentan) cuando el motor funciona a plena marcha. Parecería que los desplazamientos instantáneos serían los mejores, pero la práctica ha demostrado, y la teoría lo confirma, que no conviene pasar de velocidades lineales del orden de unos 50 m por segundo, como máximo; esto permite el paso de los gases entre la válvula y su asiento sin alterar eí buen rendimiento del motor; velocidades mayores producen efectos de laminación de los gases, alterando su buena marcha. Otro problema, más grave, io constituyen los efectos de inercia; las válvulas sólo funcionan durante fracciones centesimales de segundo y luego permanecen en reposo lapsos relativamente grandes; esto obliga a hacerlas lo más livianas posible (sólo de unos cuantos gramos), para poder así seguir su rapidísimo movimiento. Ahí surge otro inconveniente: tienen que resistir fuertes presiones (una válvula cuya cabeza tenga un diámetro de 4 cm recibe, en el momento de la-explosión de la mezcla, una presión de unos 350 kg) y, además, deben tener una masa de metal suficiente para que sea capaz de disipar (a lo largo del vastago) la cantidad de calor acumulada en su cabeza.

26. Mecanismos de la distribución El conjunto de mecanismos que acciona una válvula está representado en la figura 75. Su desplazamiento longitudinal es producido por una excéntrica que empuja un taco (en forma de platillo en este caso) que forma parte integrante del vastago propulsor que empuja el extremo de la válvula. Tanto el vastago propulsor como la válvula terminan en dos taquitos, 4 y 5, uno de ellos despíazable, 4, para poder regular el pequeño espacio que debe haber entre ellos. Esta separación es necesaria para compensar la dilatación final del vastago, pues las válvulas se alargan a causa de la alta temperatura que tienen cuando funciona el motor.

SISTEMA MECÁNICO DE DISTRIBUCIÓN Observando la figura 75, vemos que por ia acción del resorte 2 y de la platina 3 actúa una presión permanente que tiende a tener a la válvula 1 ajustada contra su asiento, cerrando la abertura de la cámara. El extremo del vastago de la válvula 5, denominado taquito, recibe el empuje del otro taquito, 4, del propulsor, fuertemente fijado por la contratuerca 7, una vez ajustada la luz entre los taquitos 4 y 5. Como el conjunto del dispositivo propulsor es accionado directamente por la excéntrica, vemos bien claramente corno los desplazamientos angulares de ésta se traducen en movimientos longitudinales de la válvula, y esto en una forma rigurosamente exacta con respecto a los .movimientos rotativos del cigüeñal, porque este eje y el de ¡as excéntricas están movidos por un mecanismo de engranajes, cadenas, etc., que aseguran un riguroso sincronismo de ambos ejes. Las válvulas y los vastagos propulsores se deslizan en cojinetes de bronce, estando estos colocados en orificios apropiados, hechos en el bloque iio lo.-; cilindros; obsérvese que el cojinete de la válvula tiene n-:fri(jerm:k>ii, o i i f i uiulo de; nslii m,muía el vastago do la válvula y, por consiguiente, también '.i cabe/a, poi conducción del caloi a travos do oslas d i s t i n t a s |>io/a;t. hii.slH i IIMIUIIIC.II lo ,il ,ii|ii,i del sislein.i do relriymaclón

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El taco del vastago propulsor está en contacto permanente con la periferia de la excéntrica, de manera que mientras toca la parte circular todo el mecanismo de la válvula permanece estacionario, desplazándose solamente cuando hace contacto con su parte prominente. La distancia comprendida entre los dos taquitos (o extremos) de la val vula y el vastago propulsor se ajusta mediante una lámina de cierto espesor; cada tipo de motor tiene que tener un espacio determinado, de lo contrario no funciona bien (fig.76). Para realizar esta operación se afloja la tuerca del vastago propulsor, hecho lo cual la contratuerca puede girar fácilmente y, por lo tanto, la distancia entre el extremo de la cola de la válvula y la cabeza de ia contratuerca [que constituyen los taqultos) puede variarse a voluntad; entonces se coloca entre ellos la lámina calibrada y se hace girar la contratuerca hasta que queda ligeramente aprisionada entre los dos taquitos; así las cosas, se aprieta la tuerca solamente, con una llave, quedando de esta manera fijo todo el conjunto; este reglaje es uno de los más importantes de la puesta a punto del motor. Es de advertir que generalmente hay que prever una distancia diferente para las válvulas de admisión y las de escape, debido a que éstas, calentándose más que aquéllas, experimentan una dilatación mayor y, por ende, hay que proporcionarles el espacio suficiente para que el alargamiento que con tal motivo se produce no llegue nunca a hacer un contacto permanente entre ambos taquitos, y mucho menos aún a producir un levantamiento de la válvula de su asiento. Con todo, hay que regirse por las indicaciones específicas que proporcione el fabricante del automóvil.

SISTEMA HIDRÁULICO DE DISTRIBUCIÓN Es evidente que con el sistema que acabo de describir queda un pequeño espacio entre los taquitos, lo cual da lugar a una percusión entre ellos. Para evitar este efecto, ciertos constructores de automóviles han adoptado un dispositivo hidráulico muy ingenioso que proporciona la tolerancia necesaria de la dilatación de los vastagos de las válvulas sin que tenga que dejarse ningún espacio entre los taquitos. Para ilustrar mis explicaciones voy a describir el sistema empleado por el automóvil Pierce Arrow que, en principio, no difiere de los utilizados en otros automóviles americanos que han adoptado este procedimiento. El método de propulsión hidráulica, representado en la figura 77, utiliza la presión del aceite para obtener la operación de los movimientos de ia válvula sin golpeteo entre los taquitos. Estos mandos están montados en grupos de cuatro, formando una unidad hecha de hierro fundido que se adapta a un 'ado del bloque de cilindros, fijándose mediante tornillos; por el interior del bloque viene una canalización que conduce aceite a presión (del sistema de lubricación general del motor), que termina en una especie de bolsón en el sitio donde se fija el conjunto que contiene las cuatro guías de válvula, según ilustra la figura. Observamos que el vastago propulsor es similar al del sistema de propulsión mecánica descrito anteriormente: la parte inferior tiene el taco que recibe la acción de la excéntrica y obliga a desplazarse longitudinalmente al conjunto. La diferencia fundamental está en que la guía del vastago no es un cojinete y el propulsor no se compone de una sola pieza, sino de dos, algo asi como dos capsulas enchufadas telescópicamente; la exterior tiene el taco que teeibe los dospla/arnientos de la excéntrica, mienhas i|iio la capsula mloiioi tiene Ion su extremo inferior) una embocadura similar al cuello di; una botella, que sirve de güín ¡\n pequeño resorte, gra i.us 11 cuya acción el luquilo de la capsula intenoi osla en contacto perma

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nente con el taquito de la válvula; éste es uno de los objetivos de este sistema de distribución. El extremo superior de la cápsula interna tiene adaptado el taquito en forma de un pequeño cartucho que se adapta con ajuste forzado; en su centro tiene un pequeño agujero, de 0,8 mm de diámetro, cuya misión es dejar escapar las burbujas de aire que pudiesen penetrar en e¡ vastago propulsor (disueltas en el aceite) y, a la vez, lubricar el contacto de ambos taquitos. A simple vista podrá parecer que el aceite, a presión, se escapará por este agujerito, pero no es así, debido a su viscosidad y a que los dos taquitos están en contacto permanente; en cambio, las burbujas de aire se escapan con facilidad.

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absorbe los choques mecánicos y transmite a la válvula la accxón de la excéntrica, sin percusiones ni vibraciones. El vastago propulsor se va desplazando hacia arriba, pero la presión del aceite se mantiene permanente, debido a la ranura alargada que alimenta el receptáculo formado por las dos cápsulas que constituyen el vastago propulsor. En el caso de que se pierda algo de aceite a través de las superficies deslizantes, entonces entra en acción la esferita que obstruye la embocadura de la pieza interior; si la presión exterior (del pequeño recinto que contiene el resorte) disminuye, entonces la esferita permite el paso de aceite, hasta que ambas presiones se equilibran. En resumen, el comando hidráulico de las válvulas evita las percusiones de los taquitos entre si; la acción de la excéntrica en el levantamiento de las válvulas no se obtiene en forma rígida, abrupta, sino suavemente, gracias a la acción elástica del aceite comprimido; el conjunto del mecanismo funciona silenciosamente. Constituye un positivo adelanto que ya han incorporado a sus motores los fabricantes de automóviles de bastantes marcas americanas, entre ellas Cadillac, Packard, Lincoln, Pierce Arrow y otras.

DIVERSOS MODELOS DE VASTAGOS PROPULSORES Hg. 77. Sistema hidráulico de distribución. El sistema mecánico, descrito en la figura 75, es reemplazado en muchos autos modernos por el sistema * hidráulico: 1, válvula; 2, cola de la válvula; 3, extremo del vastago propulsor; 4, cuerpo del propulsor, desplazáble; 5, cuerpo del propulsor que recibe la acción de la excéntrica; 6, soporte fijo al bloque de cilindros; 7, resorte que mantiene a 2 en contacto con 3; 8, esferita para retener el aceite; 9, excéntrica.

El ataque de las válvulas contra el vastago propulsor puede realizarse de diversas maneras, pero la práctica ha demostrado que las formas más convenientes son las representadas en las figuras 78, 79 y 80. Esto constituye un problema muy delicado porque si no se toman precauciones, al ser atacado

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Veamos ahora cómo funciona este mecanismo. En la posición representada en la figura (la parte circular de la excéntrica se apoya con el taco por la acción del resorte que hay entre las dos piezas enchufadas), los dos taquitos, el de la válvula y el del vastago propulsor, están en contacto permanente, sin ningún espacio que los separe. Supongamos ahora que al ir girando la excéntrica se pone en contacto con el plano del taco la parte protuberante; es evidente que el taco desplazará hacia arriba el conjunto del mecanismo, teniendo que vencer el esfuerzo del resorte superior, que mantiene la válvula contra su asiento; oí aceite contenido en las dos piezas enchufadas recibir;'! una compresión, Iransmitic-ndo la acción de la excéntrica a los taquitos, pues oí aceito no so reimprimí: y so concreta ¡i Iran.smitir la lunr/a sin oí choque limscn i|uii id.',iilljn ni sin MU iiiliirnmilln. Dicho on olías palabras, oí nccitn

Fig. 78. Vastago propul sor con menisco: 1, vastago; 2, platillo; 3, perfil de la excéntrica; 4, eje de excéntricas.

Fig. 79. Forma de vastago propulsor terminado en forma de platillo.

Fig. 80. Ruedita fija al extremo de! vastago propulsor; recibe los desplazamientos del perfil de la excéntrica en forma suave y eficiente.

por el perfil do la excéntrica, e x i s t o el polio.ro de que se produzcan vibraciones transversales que dan nui|oii a oleólos perjudiciales entre el vastago propulsor y su enjillió, ovalándolo la lii|iira Vil o:; una excolonlo solución, pues el perfil de la e x c é n t r i c a 3 alaca siiavimmnln la c n i v a l m a ilol oxhomn ',' del vastado propulsor I; la COMÍ

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ponente transversal es rnuy pequeña debido a la curvatura de 2 y 3. En la figura 79 se representa un procedimiento también muy bueno; consiste en un disco que forma parte del vastago propulsor, de manera que el perfil de la excéntrica empieza a levantar muy suavemente el propulsor, sin ninguna componente transversal. Finalmente, la figura 80 ilustra un procedimiento muy utilizado; consiste en una ruedita que gira en un pequeño eje fijo al extremo inferior del vastago propulsor, lo cual facilita la transmisión del esfuerzo tangencial del perfil de la excéntrica al vastago propulsor. Para comprender claramente cómo se efectúan los desplazamientos del vastago impulsor, consideremos tres posiciones: 1) Cuando la parte circular de la excéntrica toca con ia ruedita, lo cual quiere decir que la válvula está apoyada en su asiento (fig. 81); 2] Cuando la cara lateral de la excéntrica presiona la ruedita (fig. 82); que es cuando la válvula empieza a levantarse de su asiento; 3) Durante el tiempo que la ruedita del vastago impulsor se apoya en la zona de máxima excentricidad (fig. 83), es decir, cuando la válvula está totalmente abierta.

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desde arriba de la culata; entre las numerosas disposiciones posibles voy a describir las cinco formas fundamentales, llamadas en L, T, I, F y V, con respecto del eje del cilindro.

DISPOSICIÓN EN L Se representa en la figura 84. Las dos válvulas (admisión y escape) están colocadas verticalmente, o casi, en un mismo lado del motor, formando una sola hilera; de esta manera, un solo eje de excéntricas acciona directamente todas las válvulas. Este eje se coloca en la parte baja, paralelamente y cerca del eje motriz; así se simplifica el movimiento sincronizado de ambos ejes, pues bastan dos ruedas dentadas. Esta disposición ofrece las siguientes ventajas: a) La culata no tiene ningún mecanismo de la distribución; b) Los asientos de las válvulas, sus guías, etc., están íntegramente contenidos en el bloque de cilindros; c) El enfriamiento de las válvulas, de sus asientos y de sus guías se facilita |'urque forma parte del sistema general de refrigeración de loú cilindros; d) Levantando la culata, quedan a la vista todas las válvulas, lo cual facilita su desmontaje, el esmerilado de sus asientos, etc; e) Es la disposición más sencilla, la que necesita menos mecanismos, la que permite reglar más fácilmente el sincronismo de movimientos y arreglar las válvulas y sus asientos con el mínimo de operaciones.

DISPOSICIÓN EN T Se representa en la figura 85. En cada lado del cilindro se coloca una válvula, formando así dos hileras; en una, todas las válvulas de admisión, y en la otra, las de escape Esta disposición requiere dos ejes de excéntricas.

Fig. 81. Fl vastago se apoya sobre la parte superior de la excéntrica; ia válvula correspondiente está cerrada.

Fig. 82. El perfil de ia excéntrica empieza a levantar el vastago propulsor y con él. la válvula de su asiento.

Fig. 83. Levantamiento máximo del vastago y de la abertura de la válvula.

27. Culatas de cilindro Esta parte del motor es la que ha merecido estudios más concienzudos porque es con la cámara donde se realiza la transformación de la energía química diil combustible un entortjia mecánica, gracias a la luurza expansiva di; lo:. IJUMÍS I • • ! < > lia conducido ,i colocar las válvulas 011 vana.s formas (lis uní,i 1 .. :.r(|im (|iic M-an accionadas |)i>r (¡I ojo tli: cxcriilncas dundo abajo o

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al iniciar su período de admisión; en tales condiciones tienen que coincidir también las señales de las ruedas dentadas que mueven todo el mecanismo de la distribución, es decir, del eje de oxcenlric;is), es decir, el peihl di 1 l.'i i'M'i'iili ii.d loca el exliemn del va.'.lailo de Ni válvula (le escapo

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Fig. 101. Perfil de aci;lernción uniforme píiui molüres cíe haata 3 UUU rpm.

Fig. 102. Excéntrica cóncava para la admisión y convexa para el escape; es muy indicada para ntotortt rapid i simos.

conse(|iiii ilr,linl,i!. iiiiiiei.r. de olilenei la lapide/ de apoilura de las válvulas el lienipn que delien |>i 'i iii.inei.ei aliieit.i-. y la lapide/ con que se desea que si: (.leñen

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La figura 100 representa una excéntrica convexa y se caracteriza por la mayor rapidez con que se levanta y desciende la válvula, quedando ésta un brevísimo tiempo estacionada cuando tiene su abertura máxima. Se emplea en los motores bastante rápidos. La figura 101 muestra el perfil de una excéntrica recta, y la aceleración del levantamiento y descenso es prácticamente constante. Es el tipo de perfil más usado, empleándose en los motores de marcha normal, es decir, relativamente lentos o de velocidades moderadas. La figura 102 ilustra el perfil de una excéntrica cóncavo-convexa que imprime a la válvula una rápida apertura, permanece un tiempo relativamente muy grande abierta y el cierre se efectúa con lentitud. Este tipo de excéntrica se utiliza en los motores más rápidos. Al adoptar y estudiar un determinado perfil de excéntrica hay que tener en cuenta tres cosas fundamentales, que son: 1) Los períodos de apertura y cierre tienen que estar relacionados con los desplazamientos del pistón, pues es la succión o compresión que éste ocasiona lo que hace mover la masa gaseosa en el cilindro; 2) Que los excesivamente rápidos movimientos de las válvulas son contraproducentes, debido a los esfuerzos mecánicos que hay que vencer (inercia de la válvula, compresión o distensión del resorte, frotamiento del vastago con su guía, etc.); 3) La masa de la mezcla fresca que entra en el cilindro y la de los gases quemados que se expulsan, entran y salen no por la abrupta apertura de las respectivas válvulas, sino obedeciendo a leyes físicas determinadas: vacío formado por el pistón, inercia de la masa gaseosa, expansión de los gases calientes, etc.; por lo tanto, no hay que extremar la rapidez de los movimientos de las válvulas, sino darles la abertura suficiente para que la sección de los conductos de admisión y escape sea lo suficientemente grande para permitir su paso franco y que se desplacen según las leyes físicas a que obedecen.

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cola de la válvula (taques), esto ocasionará que quede levantada la válvula en forma permanente, produciéndose en la cámara una fuga inadmisible. Si se ha producido una contracción, entonces tendremos un espacio excesivo, cuyo efecto es el característico martilleo que se nota en la válvula que tiene este defecto. Es necesario revisar periódicamente el ajuste de la distancia mediante el calibre correspondiente. 3) Válvulas quemadas o que ajustan mal Las válvulas de escape acostumbran a quemarse con relativa frecuencia, y las de admisión, según la forma de la cámara de combustión, sufren desperfectos en sus asientos y suelen tener un descentramiento de sus cabezas por la irregularidad de las temperaturas que en ellas actúan. De ahí que siempre que se levante la culata del bloque de cilindros debe aprovecharse la oportunidad de comprobar el estado de las válvulas; si no pueden arreglarse con el esmerilado (ligerísimas variaciones de los asientos), no queda otro recurso que cambiarlas. 4) Encastramiento de las guías de válvulas Recordemos que a través de ellas se produce la transferencia de gran cantidad de calor, que se acumula en las cabezas de válvulas, pasando al sistema de refrigeración a través de los cojinetes de sus guías. Debido a esta elevada temperatura y a la abundante lubricación que siempre debe haber, se produce una acumulación d,e sustancias densas del aceite, llegándose a formar una especie de goma, que dificulta el deslizamiento de la guía de válvula en su cojinete. Es necesario desmontar todo el conjunto (válvula, cojinete, etc.) y sacar las capas adheridas, limpiándolo bien, haciendo extensiva esta limpieza a los conductos que conducen y se llevan el aceite.

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5) Hundimiento de los asientos de las válvulas Las causas que producen el hundimiento de estas pequeñas zonas son:

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a) El exceso de temperatura que reina en esa parte, especialmente en los asientos de las válvulas de escape;

33. Defectos en la distribución Las averías que pueden presentarse en el sistema de distribución son muchas, entre las cuales voy a enumerar las principales, indicando en cada caso lo que conviene hacer para normalizar el funcionamiento: 1) Asientos de las válvulas quemados o corroídos •Esto ocurre principalmente a las válvulas de escape por la acción de las fuertes temperaturas que, en forrna casi permanente, reciben los asientos de estas válvulas. Si se emplean anillos postizos, deben reemplazarse por nuevos; si forman parte integrante del bloque de cilindros, hay que esmerilarlos.

b) Refrigeración mal proyectada, por no llegar el contacto del agua a las inmediaciones del asiento; c) El martilleo continuado de las válvulas, al chocar contra estas superficies reblandecidas por el calor, las hunde. En parte, estos defectos se evitan Utilizando como alientos anillos postizos de acero extraduro, según expliqué oportunamente; asimismo, conviene no hacer trabajar el motor con mezclas demasiado ricas ni tener los resortes de la distribución demasiado tensos; también conviene cuidar el sistema de ignición, que funcione con el avance debido, pues de lo contrario se producen temperaturas excesivamente altas en la cámara de combustión, que afectan directamente a las válvulas y sus asientos.

2) Desajuste del reglaje de las válvulas Piiiülcn ocurrir dos casos: I]IID l;¡ longitud del vastago de la válvula se haya alaioi dolormiieion peí iiiaiienle a causa di' la loinperaluí a, o bien (|uc haya Mihiilo un rlerlo de conliaccion poi el repts dol ci()iioíial, ule

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En las figuras 115 y 116 observamos que el bloque de los cilindros forma una sola unidad con el cárter, excepto su fondo que, sirviendo sólo de recipiente del aceite y para evitar que penetre el polvo, es de plancha embutida. También vernos cómo la cabeza del motor forma una unidad separada del bloque de cilindros, fijada con éste por medio de varios pernos. En distintas partes da ambas figuras vemos las partes por las cuales circula el agua para enfriar los cilindros, las guías de válvulas y la cabeza del motor.

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carrera, 4 pulgadas 3/8" (111,13mm); cilindrada, 226 pulgadas cúbicas (3703 cm 3 ); relación de compresión, 6,5 : 1. La figura 117 representa un corte transversal de esta unidad motriz, pudiéndose apreciar interesantes detalles constructivos, que vamos a poner en evidencia. Vemos que el bloque de cilindros forma parte integrante de la parte superior del cárter, que sirve de soporte de la máquina sobre el chasis.

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Flg. 117. Planta motriz Studebaker, de 6 cilindros, en corte transversal. (Cortesía de The Studebaker Corp.) Fig. 116.

Vista en corte del motor Hudson de 6 cilindros por la válvula de escape (3). (Cortesía de Hudson Motor Car Co.)

PLANTA MOTRIZ STUDEBAKER DE SEIS CILINDROS I I moloi tiene las carácterísticas .sic|iiiontes: potencia desarrollad!) a :()() rpin, !)4 III'; dlamolm do los cilindros, .'( pulgadas ;>/l(i" (IM.1'1 muí);

La parte inferior del cárter es de plancha embutida; es el recipiente del aceite y, a la vez, evita que penetre agua y tierra en el motor. La culata forma una pieza separada del bloque de cilindros, fijada a éste mediante pernos. Podemos aprecia» el pistón on su punto muerto superior, con la válvula do admisión cenarla Claramente so ilistimiucn los detalles constructivos del pistón y de l¡i di:.Intuición la iir:.lci . ;i, (|ue forma la biela col) di (>|i> veilii.i'i dül c i l i n d r o l'm ( iiiiM(|iiienle. lo i|iir inUMOSi) os saher el

men lento; en cambio, el abaco de la figura 133, para velocidades entre 3000 y 5 000 rpm, es muy útil para calcular el número de caballos de los motores modernos, que funcionan a velocidades comprendidas dentro de estos límites. Para demostrar la aplicación práctica de estos abacos, consideremos el problema, que ya resolvimos numéricamente, para determinar, al freno de Prony, la potencia de un motor. Encontramos entonces que a 4 000 rpm y con un

yaior medjo de Fm mientras actúa un período motriz, es decir, al pasar el pistón desde el PMS ai PMI (en ambos puntos, Fm — 0] . Si denominamos R al radio de manivela del cigüeñal (distancia desde el centro del eje motriz al centro del muñón) y Fm a la fuerza que actúa tangencial mente en el muñón, el producto es el par instantáneo que actúa contra el eje motriz, haciéndolo girar:

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tas

par motor instantáneo = Fm x R

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[11]

= AO X F pero como F. = Fe x seno del ángulo a, par motor instantáneo = Fe x OA x seno a donde Fm se expresa en kilogramos y R en metros. Consideremos (en el instante que representa la posición del pistón) que la fuerza tangencial F!:1 es de 1 250 kg y que el brazo de manivela del motor considerado tiene una longitud de 10 crn. El par motor en ese instante sería de par motor instantáneo = 1 250 x 0,1 = 125 metros-k¡ logramos Es costumbre relacionar e! par motor con un brazo de palanca de 1 m de longitud, es decir, que se considera que la fuerza Fm actúa con un brazo de manivela de 1 m,

LA POTENCIA DEDUCIDA DEL PAR MOTOR Observando la figura 127, vemos que el par motor está definido por el producto de la distancia OA (perpendicular a la posición instantánea de la biela) por la fuerza F, en metros-kilogramos. Ahora bien, como la potencia es el trabajo realizado durante un segundo, y en este caso es el efectuado en una vuelta, multiplicado por el número de ellas por segundo, resulta, después de haber simplificado las distintas fórmulas que intervienen,

CV =

par motor x N 716

[12]

siendo N el número de vueltas por minuto del motor. Esta fórmula permite calcular la potencia en caballos de un motor una vez conocido su par motor y el número de revoluciones por minuto. De la fórmula [12] obtenemos esta otra:

10

716 x CV par motor = — N

[13]

Desde luego, el par motor (que determina la potencia efectiva de los motores) varía con el número de revoluciones por minuto, según lo pone en evidencia la fórmula [13] al intervenir N como divisor. Esta fórmula es tan utilizada que se han construido abacos para resolverla gráficamente: en la f¡orquo l;i mozcla do gasollnn y airo, al ponotrar on osla cámara, lo lineo lormtmdn bástanlos torbo-

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llinos, !o cual facilita que se mezclen más uniformemente. En fin, la figura 144 ilustra el principio de las cámaras modernas, en las cuales se producen grandes torbellinos ai penetrar e! aire y las gotitas finísimas de gasolina; estos torbellinos dan lugar a una íntima mezcla de los dos gases, cuyo resultado es la desaparición de los desagradables efectos de las detonaciones al originarse la ignición de la mezcla en la cámara. Este último modelo, de grandes efectos turbülonarios, se denomina cámara Ricardo. El segundo fenómeno, el referente a las cualidades químicas, ha merecido una atención especial por parte de los ingenieros que proyectan y calculan los motores de explosión. En efecto, para poder aumentar la potencia se encontraron limitados por dos valores: la cilindrada y el número de revoluciones. Una vez obtenidos los valores máximos permisibles, no quedaba otra posibilidad que aumentar el grado de la compresión, pero vieron que esto también tiene un límite, pues pasado cierto valor se producen detonaciones en la cámara de compresión; fue entonces que se pidió la colaboración de los químicos para que resolviesen, en lo posible, este problema. Se estudió la detonación construyendo una cámara de combustión experimental, hecha de tal manera que se pudiesen tomar películas de su interior a una rapidez tan grande que permitiese ver lo que ocurría desde la producción d.e la chispa hasta ia combustión completa de la mezcla. Los resultados observados fueron: 1) Al producirse la chispa, la mezcla se va inflamando en forma uniforme, avanzando como una onda que tiende a alcanzar los lugares más apartados de la cámara de combustión; 2) Antes que llegue al final, el bolsón que aún queda de mezcla se inflama, produciendo la detonación característica y bien conocida que se parece al golpeteo de un martillo; 3) La inflamación del bolsón de mezcla comprimida se inflama no por acción del avance de la onda ígnea (que se propaga desde la bujía), sino debido a la temperatura que reina en la cámara mientras se inicia la combustión, de manera que entre el bolsón que se inflama espontáneamente y la onda ígnea que avanza queda un espacio con mezcla comprimida, cuya expansión brusca, al inflamarse, produce la detonación. Las consecuencias de la explosión secundaria son múltiples, todas perjudiciales. Las que más sufren son ¡as bujías que, debido a los impactos que recibe la porcelana, duran muy poco; luego debe considerarse el deterioro de los asientos de las válvulas, los pistones, las bielas, etc. Ese efecto de martilleo continuado gasta prematuramente las piezas por someterlas a una fatiga molecular innecesaria, pero el efecto más perjudicial de la explosión secundaria es que limita la compresión de la mezcla a unas 6 atmósferas, lo cual reduce la potencia del motor y el consumo específico del combustible, que se mejora muy notablemente cuando la compresión se realiza a 7 u 8 kg/cm2, o aun más, como ocurre en los motores modernos. Por consiguiente, la solución del problema consiste en producir combustibles que se puedan someter a un relativamente elevado valor de compresión sin que se produzcan dotoníiciontis. Precisamente, es esta cualidad la que define la calidad (!(.' un cnmbuslihlc Ahora hion, os nocnsario pudor oxprosar con números el valor de la calidad aiilulotoiíanto ilo Ion r.oml>iistll>los; so roptosoiiln por el número de tH.i.niii:, (|iio HOMO oí < omlinshlilo l«8 deUilltiB do coimtrucción y funcionamlnnto.

UIHI vislíi exterior do oslo'mismo carburador se presenta en la figura 176, sin oí sílonoindor do la toinn do airo, puní poder ver claramente su aspecto (loMoral. Pnlro la vista on corlo do la Honra 175 y la exterior, 176, se tiene una idc.'ii bástanlo complnln do nulo carburador.

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3, surtidor de arranque; 4, inyector principal; 5, inyector para la marcha lenta; 6, llegada de la gasolina desde el filtro; 7, toma de aire; 8, mando del acelerador; 9, mando de la mariposa de la aceleración; 10, válvula del dispositivo de arranque. La figura 178 es una vista en corte transversal que complementa la anterior. Merecen mencionarse: 1, mando de la válvula de puesta en marcha; 2, tornillo de ajuste de la mariposa; 4, inyector de marcha lenta; 9, surtidor de arranque; 10, surtidor principal; 13, tornillo de regulación de la marcha lenta (ralenti). Los tres sistemas de carburadores que he presentado son usados tanto en América como en Europa.

Fig. 176. Carburador Solex, sin silenciador sobre la toma de aire. {Cortesía de Fiat Argentina, S. A.)

CARBURADOR WEBER

El principio de este sistema de carburador es bastante similar al Solex, representándose en la figura 177 una vista exterior del carburador Weber, tipo 22 OJ. Los números indicados en la figura representan: 1, ajuste de la mariposa de aceleración; 2, reglaje de la toma de aire de la marcha lenta (ralenti);

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Fig. 178. Carburador Weber, visto en corte transversal.

65. Tipos de carburadores

Fin. 177. II i.iiiln.i,iilm linii/imliil Wnhi'i

Vr.l.i «xllillor iln i:i>n|imlii.

Según la manera en que debe colocarse un carburador y el espacio disponible para instalarlo, puede ser horizontal, vertical o invertido. Téngase bien presente que estas tres formas no afectan en nada el principio mismo de su funcionamiento, y su adopción, tanto en los automóviles como en los aviones, depende exclusivamente de las condiciones de instalación. La figura 179 representa un carburador tipo horizontal, donde 1 es el surtidor principal, 2 la entrada del aire y 3 la salida d,e la mezcla. Un carburador de tipo vertical está representado en la figura 180; la gasolina sale por el surtidor 1, el aire penetra por 2 y la mezcla sale por el cuerpo 3. En fin, la figura 181 indica el esquema de un carburador invertido, es decir, que el filtro de aire está colocado encima, que es tan corriente verlo en los motores con ocho cilindros en V. Los tres tipos do ciirlnirndoros que acabamos de considerar no alteran on nuda oí conjunto do In disposición dol depósito a nivel constante ni los dlvorso^ dispositivos: maii.li.i Innln, urrtmqun, economizados etc.; son, slm-

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La figura 182 representa la disposición generalmente adoptada en la construcción de los múltiples de admisión para los motores de 4 cilindros; la figura 183 es la forma de las bifurcaciones en los múltiples de los motores de 6 cilindros. En los motores modernos cada vez se generaliza más construir los múltiples con aluminio; muchos son de hierro fundido y pocos de acero.

plemente, las posiciones que pueat tener el cuerpo del carburador, orientando la corriente de la entrada de aire y la salida de la mezcla en dirección horizontal o vertical, y en este último caso en sentido ascendente o descendente.

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Fig. 182. Múltiple de admisión para un motor de 4 cilindros.

Flg. 180. Carburador vertical ascendente, con la toma de aire abajo.

Fig. 179. Carburador horizontal representado en forma esquemática.

VERTICAL

HORIZONTAL

INVERTIDO Fig. 181. Carburador invertido: es el tipo usado en automóviles.

El diámetro acostumbra a estar comprendido entre el 35 y el 40 % del calibre de los cilindros; por consiguiente, el múltiple de un motor de 4 cilindros, cuyo calibre (diámetro) sea de 85 mm, debe tener un diámetro de 0,4 x 85 = 34 mm Es recomendable que las paredes internas se limen, quedando bien lisas, pues todas las asperezas disminuyen la velocidad de la mezcla.

66. Conductos de admisión y escape El ideal sería que cada cilindro estuviese alimentado por un carburador, colocado cerca de la válvula de admisión, pero como esto no es posible por muy diversos motivos (costo, complicación de instalación, cuidado, etc.), los motores de.4 cilindros tienen un solo carburador, que alimenta las cámaras respectivas por medio de una tubería especial, llamada múltiple de admisión o, simplemente, tubo de admisión. Los motores de 6 cilindros también es costumbre alimentarlos con un solo carburador, pero con los de 8 cilindros ya es necesario tomar precauciones especiales, alimentando grupos de 4 cilindros separadamente. Esto no ofrece dificultades si el motor es en V, pero si son 8 cilindros en línea es necesario utilizar dos carburadores para evitar longitudes excesivas de la tubería, que ocasionan muchos inconvenientes: condensaciones de la mezcla en las paredes, dificultades de propagación de la masa gaseosa con las rápidas aspiraciones, ondas reflejas producidas por la inercia de los gases al chocar contra las válvulas de admisión al cerrarse, etc. En los motores de carrera- y de aviación hay que tomar precauciones extremas para obtener una buena entrada de mezcla en las cámaras de admisión sin pérdidas de carga, es decir, que la cilindrada se llene al máximo posible. Los coches de carrera acostumbran a utilizar dos carburadores para 6 u 8 cilindros y cuatro carburadores si el motor tiene 12 cilindros; de esta manera se reducen las longitudes de los múltiples de admisión, se evitan los recodos y se consiguen cilindradas bien rellenas, dando el motor el máximo de su potencia. Los motores de aviación conviene que, a lo sumo, cada 2 cilindro.1) tengan un carburador; en fin, hasta en las motocicletas de carrero, do 2 cilindros, OH costumbro u.snr dos carburadoras: uno puní cada cilindro.

Fig. 183. Múltiple de admisión para un motor de 6 cilindros.

Según vimos oportunamente, para que la vaporización de la gasolina que emana del surtidor (chicler) se efectúe en las óptimas condiciones, el aire debe tener una temperatura mayor de 25°; asimismo, para evitar condensaciones (formación de gotitas) de gasolina en las paredes del tubo de admisión conviene que esté algo caliente, a unos 60°. Para resolver satisfactoriamente ambas condiciones se ha recurrido a hacer pasar el tubo que conduce el aire al carburador, lo mismo que el múltiple de admisión, cerca del tubo de escape, el cual tiene una temperatura de unos 750°. De esta manera se consigue que la mezcla penetre en la toma del carburador a una temperatura que vaporice la gasolina totalmente. Esta solución sólo es posible utilizarla totalmente en los motores que tienen las válvulas de admisión y de escape colocadas en un mismo lado del bloque de cilindros. El proyecto de los múltiples de admisión es una de las partes del motor más difíciles, pues tienen que conciliarse una serie de causas y efectos contradictorios entre sf, de manera que todo consiste en saber encontrar un justo modlo. El punto básico ostá on íncilitar In i?.vlV.?.dp fe J.a mezcla en los cilindros con oí mínimo do pórdldn do carón, sin que so produzcan cambios de dirección yi la corrlunto oa.snoHii ni