Motores N12 N14 Sistemas Mecanicos
Motores N12 N14 Sistemas Mecanicos
Motores N12 N14 Sistemas Mecanicos
Información de producto.
N12/N14 Mecánica del motor.
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Información de producto.
N12/N14 Mecánica del motor.
Símbolos utilizados
Para facilitar la comprensión y destacar la información importante, en la
presente información de producto se utilizan los siguientes símbolos:
Indicaciones para el
mantenimiento 93
Introducción 93
Componentes del sistema 94
Resumen 97
Cuestiones a recordar 97
Preguntas de test 103
Catálogo de preguntas 103
Respuestas al catálogo de preguntas 107
4
Introducción.
N12/N14 Mecánica del motor.
Conceptos básicos
Los siguientes conceptos básicos son PMS y la de PMI del pistón. En los datos
comunes para cualquier tipo de motor de técnicos de un motor se indica
pistón con movimiento de vaivén. habitualmente la cilindrada total del motor.
La cilindrada total es la suma de las unitarias
• Calibre
de cada cilindro.
Se refiere al diámetro interior de un cilindro.
• Cámara de compresión
• Carrera
Es la cámara que queda sobre el pistón
El trayecto que recorre el pistón dentro del
cuando éste se encuentra en la posición de
cilindro entre los puntos muertos se
PMS. En este caso la cámara de
denomina carrera.
combustión tiene el mínimo volumen
• Punto muerto posible.
Los puntos muertos son los puntos finales
• Cámara de combustión
del movimiento del pistón, en los cuales se
La cámara de combustión está limitada por
invierte el sentido del movimiento. Se
la culata, el pistón y la pared del cilindro. En
distingue entre punto muerto superior
la posición de PMS la cámara de
(PMS) y punto muerto inferior (PMI). En el
combustión se corresponde con la cámara
PMS la cámara de combustión alcanza su
de compresión. En la posición de PMI la
menor volumen y en el PMI su mayor
cámara de combustión consta de la cámara
volumen.
de compresión más la cilindrada.
• Cilindrada
• Relación de compresión (ε)
La cilindrada de un cilindro es el
La relación de compresión es la relación de
compartimento que recorre el pistón
la cilindrada más la cámara de compresión
durante una carrera. Dicho de otro modo: es
con la cámara de compresión.
la cámara del cilindro entre la posición de
1
4
2
4
1 - Tipos de movimiento
3
4
4
4
2 - Secuencia de numeración
5
4
6
5
Vista general del sistema.
N12/N14 Mecánica del motor.
Relaciones
La parte mecánica del motor se divide en tres En primer lugar se describirán las
grandes sistemas. interrelaciones que ejercen una gran influencia
en las propiedades del motor:
• Cárter del motor
• Intervalo de encendido
• Mecanismo de cigüeñal
• Orden de encendido La parte mecánica del motor se
• Accionamiento de válvulas. divide esencialmente en tres
• Equilibrio de masa. grupos: cárter del motor,
Estos tres sistemas están en permanente mecanismo de cigüeñal y
accionamiento de válvulas. Estos
combinación unos con otros. tres grupos guardan una estrecha
relación y deben coordinarse entre
sí.
Intervalo de encendido
El intervalo de encendido es el ángulo de giro • Doce cilindros: 60° KW.
del cigüeñal entre dos encendidos sucesivos.
Cuanto mayor sea el número de cilindros,
Durante un ciclo de trabajo cada cilindro se ha menor será el intervalo de encendido. Cuanto
encendido una vez. En el motor de cuatro menor sea el intervalo de encendido, más
tiempos, el ciclo de trabajo (aspiración, uniforme será la marcha del motor. Al menos
compresión, explosión, escape) comprende en teoría, pues a ello hay que añadir el
dos revoluciones completas del cigüeñal, es equilibrio de masa, que depende del diseño
decir, un ángulo de giro de 720°. constructivo y del orden de encendido.
Un intervalo de encendido uniforme Para que un cilindro pueda encenderse, el
proporciona una marcha del motor uniforme pistón correspondiente debe estar en
para cualquier régimen. Este intervalo de "posición PMS de encendido", es decir, las
encendido se obtiene de la siguiente manera: correspondientes válvulas de aspiración y
escape deben estar cerradas. Esto solo es
Intervalo de encendido = 720° : número
posible cuando el cigüeñal y el árbol de levas
de cilindros
están emparejados.
Ejemplos:
Este intervalo de encendido se determina
• Motor de cuatro cilindros: 180° cigüeñal mediante el desplazamiento de los muñones
(KW) (distancia angular de los codos) del cigüeñal,
es decir, con el ángulo del muñón del
• Motor de seis cilindros: 120° KW
siguiente cilindro (orden de encendido).
• Motor de ocho cilindros: 90° KW
Orden de encendido
El orden de encendido es el orden en el que El orden de encendido se indica siempre
los cilindros de un motor se encienden uno inicialmente con el primer cilindro.
tras otro.
A continuación se recoge una lista del orden
El orden de encendido es el responsable de encendido de los motores MINI.
directo de la suavidad de marcha del motor.
Se determina en función del diseño
constructivo del motor, el número de cilindros
y el intervalo de encendido.
Desplazamiento de
Tipo de motor / Intervalo de
los muñones Orden de encendido
número de cilindros encendido
del cigüeñal
Motor en línea de 4 180° 180° KW 1-3-4-2
cilindros
7
5
Índice Explicación
1 Tapa de culata
2 Culata
3 Cárter de cigüeñal
4 Placa de bancada
5 Cárter de aceite
8
5
Mecanismo de cigüeñal
El mecanismo del cigüeñal, también conocido • Limitación de la velocidad por las masas de
como mecanismo de accionamiento, es un inercia
grupo funcional que convierte la presión de la
• Suministro no uniforme de energía durante
cámara de combustión en energía de
un ciclo de trabajo
movimiento. Para ello se transforma el
El mecanismo de cigüeñal se
movimiento de arriba abajo del pistón en un • Estimulación de vibraciones torsionales, encarga de que la presión generada
movimiento giratorio del cigüeñal. El que cargan la cadena cinemática y el durante la combustión se
transforme en un movimiento
mecanismo de cigüeñal presenta para esta cigüeñal aprovechable. Para ello el pistón se
tarea un grado óptimo de trabajo, rendimiento acelera linealmente. La biela
• Combinación de las diferentes superficies transmite este movimiento al
y realizabilidad técnica. cigüeñal que lo transforma en un
de fricción. movimiento giratorio.
Sin embargo aparecen los siguientes límites
El siguiente gráfico muestra los componentes
técnicos, así como los siguientes retos
de un mecanismo de cigüeñal:
constructivos, que deben resolverse:
9
5
Accionamiento de válvulas
Debe suministrarse cíclicamente aire fresco al elevadas temperaturas que se generan debido
motor mientras los gases de escape a los gases de escape muy calientes.
generados por la combustión deben ser
Para poder funcionar sin problemas bajo estas
evacuados. En un motor de cuatro tiempos la
condiciones, a los componentes del
admisión de aire fresco y la expulsión de gases
accionamiento de válvulas se les exige lo
de escape se conoce como cambio de carga
siguiente:
o de gases.
• gran resistencia durante toda la vida del
El accionamiento de válvulas se Durante el cambio de carga los canales de
motor
encarga de controlar el cambio de
carga. En los motores actuales MINI
admisión y escape se abren y cierran
se utilizan exclusivamente periódicamente mediante las válvulas de • funcionamiento con poco rozamiento
accionamientos de válvulas DOHC
aspiración y de escape.
con cuatro válvulas por cilindro. La • suficiente evacuación del calor por las
transmisión se produce
indirectamente a través de una Como válvulas de aspiración y de escape se válvulas.
palanca de arrastre de rodillos. utilizan válvulas elevadoras. El transcurso
En los motores tradicionales el cigüeñal y el
cronológico y el orden de los movimientos de
árbol de levas están unidos de forma
válvulas vienen determinados por el árbol de
totalmente mecánica mediante una correa
levas.
dentada o una cadena. Los tiempos de
El mecanismo para transmitir la carrera de leva distribución en este caso están
a las válvulas se denomina accionamiento de predeterminados. Otro requisito de un
válvulas. accionamiento de válvulas moderno es la
variabilidad del tiempo de distribución y de la
El accionamiento de válvulas expuesto a
carrera de válvula.
elevadas aceleraciones y deceleraciones. Las
fuerzas de inercia unidas a ello aumentan con Para poder cumplir con ello, se han
un número de revoluciones creciente y introducido el control variable de árbol de levas
requieren un alto grado de diseño. Además, (VANOS) y la VALVETRONIC (véase VANOS
las válvulas de escape deben resistir las o VALVETRONIC).
Estructura
El accionamiento de válvulas se compone de
los siguientes elementos:
• Árboles de levas
• Elementos de transmisión (biela de arrastre,
empujador)
• Válvulas (todo el grupo)
• Eventualmente, compensación hidráulica
del juego de válvulas (HVA).
El siguiente gráfico muestra la estructura de
una culata de un motor de cuatro cilindros con
palanca de arrastre de rodillos y
compensación hidráulica del juego de
válvulas.
10
5
11
5
12
5
13
5
14
6
Componentes del sistema.
N12/N14 Mecánica del motor.
Cárter de cigüeñal
Generalidades
El cárter de cigüeñal, también llamado bloque De estas funciones se derivan diferentes
del motor, incluye los cilindros, la camisa exigencias solapadas en cuanto a tracción-
En los motores N12 y N14, el cárter
refrigeradora y la carcasa de la unidad motriz. empuje, flexión y torsión. de cigüeñal se compone
Hoy en día, las exigencias y funciones que únicamente de una aleación de
En particular son las siguientes: aluminio y silicio. Los motores W10 y
debe cumplir el cárter de cigüeñal disminuyen W11 del predecesor presentaban un
debido a la complejidad de los actuales • Fuerzas de gases, que se registran del cárter de cigüeñal de fundición gris.
Para aumentar la rigidez se incluye
motores "hightech". Sin embargo, el atornillamiento de la culata y del alojamiento una placa de bancada.
desarrollo del cárter de cigüeñal avanza a la del cigüeñal
misma velocidad. Así, muchos de los sistemas
• Momentos de inercia interiores (momentos
de nuevo desarrollo disponen de interfaces
de flexión), que resultan de las fuerzas de
con el cárter de cigüeñal.
inercia rotatorias y oscilantes
Las principales funciones se indican a
• Momentos de torsión interiores (momento
continuación:
de vuelco) entre los diferentes cilindros
• Absorción de fuerzas y momentos
• Par de giro del cigüeñal y de las fuerzas de
• Alojamiento del mecanismo de cigüeñal reacción resultantes en el alojamiento del
motor
• Alojamiento y empalme de los cilindros
• Fuerzas y momentos de inercia, que
• Alojamiento del cigüeñal
resultan de fuerzas de inercia oscilantes,
• Alojamiento de canales para el transporte que deben registrarse en el alojamiento del
de refrigerantes y lubricantes motor.
• Integración de un sistema para la purga de El cárter de cigüeñal de los motores N12 y
aire del cárter de cigüeñal N14 cuenta con magníficas propiedades
acústicas equivalentes al nivel de un cárter de
• Alojamiento de diversos grupos auxiliares
fundición gris notablemente más pesado y
• Delimitación del compartimento del establece el mejor valor entre los motores con
cigüeñal hacia arriba. cárter de cigüeñal de aluminio.
Estructura
La forma sustancial de un cárter de cigüeñal constructivos pueden estructurarse según la
no se ha modificado mucho desde principios versión de:
de la construcción de motores. Las
• Placa de cubierta
modificaciones en la estructura se centraban
más en detalles como, por ejemplo, con • Zona de asiento del cojinete central
cuántas piezas se va a construir el cárter de
• Cilindro.
cigüeñal o cómo se ejecutarán cada una de las
áreas de un cárter de cigüeñal. Los diseños
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6
1 - Diseños constructivos de
la placa de cubierta
Zona de asiento del cojinete central Los diferentes modelos se estructuran según
el plano de separación entre cárter de cigüeñal
El modelo de la zona de asiento del cojinete
y cárter de aceite y el diseño de la tapa de
central es muy importante ya que aquí se
cojinete principal.
registran las fuerzas que actúan sobre el
alojamiento del cigüeñal.
16
6
En caso del plano de separación se distingue Para ello, el motor N12 y el motor N14
entre: disponen de orificios de paso entre los
cojinetes principales y los orificios de cilindro.
• Brida del cárter de aceite en la zona central
Asimismo, se han añadido grandes
del cigüeñal
escotaduras en la placa de bancada y en el
• Brida del cárter de aceite por debajo de la asiento de cojinete. Los orificios de paso y las
zona central del cigüeñal. escotaduras permiten compensar la presión
de las columnas de aire oscilantes que se
En caso del diseño de la tapa de cojinete
forman debido al movimiento de ascenso y
principal se diferencia entre:
descenso del pistón.
• tapa de cojinete principal individual
• integración en un diseño de estructura
conductora.
Asiento de cojinete
El asiento del cojinete es la mitad superior de
un punto de apoyo del cigüeñal en el cárter de
cigüeñal. Los asientos del cojinete siempre
están integrados en la fundición del cárter de
cigüeñal.
El número de asientos del cojinete depende
del tipo del motor, especialmente del número
de cilindros y de su disposición. Hoy en día,
debido a motivos técnicos de vibración, se
utiliza casi exclusivamente un alojamiento
completo del cigüeñal. El alojamiento
completo significa que junto a cada codo del
cigüeñal hay un cojinete principal.
Con el motor en marcha el gas del
compartimento del cigüeñal se mantiene
2 - Asiento de cojinete del cárter de cigüeñal
constantemente en movimiento. Los
movimientos del pistón actúan como bombas Índice Explicación
sobre el gas. Para minimizar las pérdidas
mediante este trabajo de bombeo, muchos 1 Cárter de cigüeñal (parte superior)
motores de hoy en día presentan un orificio de 2 Asiento de cojinete
paso y escotaduras en los asientos del
3 Orificio de paso
cojinete. De esta forma se facilita la
compensación de presión en todo el cárter de 4 Orificio para el cigüeñal
cigüeñal. 5 Tapa de cojinete principal
17
6
3 - Orificios de paso en la
placa de bancada del
motor N12
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6
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6
Placa de bancada
En la placa de bancada se unifican las tapas de del cárter de cigüeñal forma la superficie de
cojinete principal en un tipo de estructura brida con el cárter de aceite.
conductora que conforma la parte inferior del
La placa de bancada de los motores W10 y
cuerpo. Esta estructura aumenta la rigidez de
W11 es de fundición gris y en los motores N12
todo el cárter de cigüeñal. Al principio, este
y N14 es en gran parte de metal ligero.
tipo de construcción solo se utilizó en motores
Generalmente es el mismo con el que se
de carrera y deportivos. Sin embargo, con el
fabrica la parte superior del cárter de cigüeñal.
motor W10 la placa de bancada se introdujo
en los motores de serie de MINI. Con el motor Motor Material de la placa de bancada
N12 y el motor N14, esta construcción
establece nuevos estándares en esta W10 GGG
categoría. W11 GGG
El plano de separación con la parte superior N12 AlSi9Cu3
del cárter se encuentra en el centro del N14 AlSi9Cu3
cigüeñal. La parte inferior de la parte inferior
20
6
21
6
Cilindro
El cilindro forma la cámara de combustión con proceso de mecanizado, el silicio se destapa
el pistón. Los pistones se mueven dentro del mediante grabado y bruñido. En la superficie
casquillo de deslizamiento de los cilindros. La de deslizamiento del cilindro se forma una
superficie finamente tratada del casquillo de superficie dura y resistente al desgaste,
deslizamiento del cilindro garantiza las llamada Alusil. Debido a la elevada proporción
funciones de deslizamiento y estanqueidad en de silicio, un cárter de cigüeñal de estas
combinación con los aros de pistón. Además características generalmente no permite un
eliminan el calor al cárter de cigüeñal o mecanizado óptimo. Esto hace que su
directamente al líquido refrigerante. fabricación sea laboriosa y cara.
La configuración de los cilindros se distingue Si la aleación AlSi tiene una proporción de
desde el punto de vista del material en: silicio por debajo del 12 %, entonces puede
recubrirse la superficie de deslizamiento del
• Construcción monometálica
cilindro. En el comienzo de la serie hay hasta
(casquillo de deslizamiento de cilindro y
ahora exclusivamente un proceso en el que se
cárter de cigüeñal son del mismo material)
aplica galvánicamente una capa de dispersión
• Técnica de aplicación de níquel. Esta capa que recibe el nombre de
(casquillo de deslizamiento de cilindro y Nicasil consta de una matriz de níquel, en la
cárter de cigüeñal son de diferentes que hay intercaladas partes de carburo de
materiales, unidos físicamente) silicio de forma regular. De esta forma se
produce una superficie de deslizamiento del
• Técnica composición
cilindro con muy buenas propiedades de
(casquillo de deslizamiento de cilindro y
marcha con un reducido desgaste. Esto
cárter de cigüeñal son de diferentes
también puede combinarse con pistones y
materiales, unidos metálicamente).
aros de pistones de materiales de uso
3 Debe tenerse siempre en cuenta que el comercial. Cuando se utilizan combustibles
emparejamiento de material de superficie de con contenido en azufre existe el peligro de
deslizamiento del cilindro y pistón sea una corrosión en frío. Esto produce
admisible. 1 aplanamientos de la superficie de
deslizamiento del cilindro y con ello daños en
Tipo de construcción monometal el motor.
En este tipo de construcción el cilindro es del El motor W10 y el motor W11 eran
mismo material que el cárter de cigüeñal. La construcciones monometálicas de fundición
construcción monometálica se utiliza gris.
mayoritariamente en los cárteres de cigüeñal
de fundición gris, pero también en los de AlSi. Técnica de aplicación
El acabado superficial necesario se consigue
El material del cárter de cigüeñal no cumple
mediante repetidos procesos.
siempre las exigencias de un cilindro. Por eso,
En aleaciones AlSi con una parte de silicio de a menudo los cilindros se fabrican de otro
más del 12 %, en la zona de la superficie de material, generalmente en combinación con
deslizamiento del cilindro, después del un cárter de cigüeñal de aluminio.
22
6
7 - Casquillos de
deslizamiento del cilindro
húmedos y secos
23
6
Materiales
Hasta hoy el cárter de cigüeñal es uno de los los motores en serie actuales, ya que de esta
componentes más fuertes en todo el vehículo. forma se realizan cárteres de cigüeñal mucho
Por ello se intenta también en este caso más ligeros.
aprovechar completamente los potenciales
Pero la ventaja del peso no es la única
para la reducción de peso. La fundición gris,
diferencia que se consigue utilizando otros
que durante décadas se ha utilizado casi
materiales. También cambian la acústica, las
exclusivamente como material para cárteres
propiedades de corrosión, las exigencias de
de cigüeñal, apenas se utiliza ya en los
fabricación, mecanizado y manejo en el
motores MINI de hoy en día. En su lugar se
Servicio Posventa.
han impuesto las aleaciones de aluminio en
0,2 % límite Resistencia a
Densidad Módulo E
Materia elástico la tracción N/
g/cm3 kN/mm2
N/mm2 mm2
Fundición de grafito _
(390-700) 175
esferolítica
Aleación de aluminio y
140-240 200-310 2,75 74-78
silicio
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6
cubierta abierta
Material de las
Fabricación/
Material del
Motor
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6
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6
Generalidades
La culata ensamblada determina como ningún • Limitación del cilindro por la parte superior
otro componente del motor las propiedades
• Disipación del calor al líquido refrigerante
en cuanto al comportamiento operativo, como
el aprovechamiento de la potencia, el • Alojamiento de grupos auxiliares y
comportamiento de par de giro y de escape, el sensores.
consumo de combustible o la acústica. En la
En los motores W11 y N14 con inyección
culata se concentra prácticamente todo el
En la culata está alojado todo el directa y en el motor N12 con inyección en el
accionamiento de válvulas. Se control del motor.
añaden además los canales de colector de admisión también se monta la
intercambio de gases, líquido
refrigerante y aceite. La culata, como
Las funciones que desempeña la culata tienen válvula de inyección en la culata.
cierre superior de la cámara de por lo tanto la gran relevancia
combustión, constituye la cubierta De sus tareas se desprenden los siguientes
correspondiente:
de dicha cámara. esfuerzos:
• Absorción de fuerzas
• Fuerzas de gases, que se registran del
• Alojamiento del mecanismo de válvulas atornillamiento de la culata
• Alojamiento de los canales para el cambio • Par de giro del árbol de levas
de carga
• Fuerzas de apoyo del alojamiento del árbol
• Alojamiento de las bujías de levas.
• Alojamiento de canales para el transporte El proceso de combustión que se desarrolla
de refrigerantes y lubricantes dentro del cilindro ejerce sobre la culata la
misma fuerza que sobre el pistón.
Estructura
La configuración de las culatas ha cambiado una potencia elevada del motor, una emisión
mucho a medida que han ido evolucionando reducida de sustancias nocivas y un menor
los motores. La conformación de la culata consumo de combustible es necesario un
viene muy determinada por los elementos que cambio de carga lo más efectivo y flexible
se van incluyendo. posible y un grado elevado de llenado. Las
modificaciones esenciales
Los siguientes factores influyen
para optimizarlo, en el pasado, eran las
sustancialmente en la forma de la culata:
siguientes:
• Posición y número de válvulas
• Válvulas en cabeza
• Número y posición del árbol de levas
• Árbol de levas superior
• Número y posición de las bujías
• Técnica de 4 válvulas
• Posición de los inyectores
• VANOS
• Forma de los canales para el intercambio de
• VALVETRONIC.
gases.
Pero los canales aerodinámicos de aspiración
Ante todo el concepto de accionamiento de
y escape también mejoran el cambio de carga.
válvula determina la forma de la culata. Para
28
6
29
6
30
6
Índice Explicación
1 Bujía de encendido 13 - Culata del motor N14
2 Válvula de aspiración
Índice Explicación
3 Cubierta de la cámara de combustión
1 Bujía de encendido
Esta es la comparación entre una cubierta de 2 Válvula de aspiración
la cámara de combustión con dos y con cuatro
válvulas. El diámetro de la válvula cuando hay 3 Cubierta de la cámara de combustión
dos válvulas es mayor, pero la superficie total 4 Inyector
de válvulas y con ello también la sección de
31
6
32
6
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Tapa de culata
La tapa de culata se denomina a menudo • Alojamiento de las bujías.
también como cubierta de la culata tapa de
Todas las tapas de culata de los motores MINI
válvulas. Constituye el cierre superior del
son de plástico.
cárter del motor.
La utilización de plástico como material para la
La tapa de culata cumple con las siguientes
fabricación de tapas de culata ayuda a ahorrar
funciones:
peso frente al aluminio. Además este material
• Hermetización de la culata hacia arriba tiene propiedades excelentes en el
aislamiento acústico y pueden construirse
• Amortiguación acústica
geometrías muy complejas. Para la
• Alojamiento de la conducción del gas de compatibilidad electromagnética se han de
fuga del cárter de cigüeñal colocar o chapas en la tapa de culata o tiene
que haber grafito en el plástico.
• Alojamiento del sistema de separación de
aceite
• Alojamiento de la válvula reguladora de la
presión del filtro de purga de aire del cárter
de cigüeñal
• Alojamiento de sensores
• Alojamiento de los pasos de tuberías
• Apantallamiento de las ondas
electromagnéticas hacia afuera
(compatibilidad electromagnética) que se
producen con la bobina de encendido
16 - Tapa de culata
del motor N12
34
6
Junta de culata
En todos los motores de combustión, tanto de necesidad de reforzar la construcción ante las
gasolina como diesel, la junta de culata (ZKD) cargas a las que se suelen ver sometidas las
es un componente muy importante. Está juntas de culata. Debido a las elevadas cargas,
expuesta a enormes cargas térmicas y los orificios de la ZKD hacia la cámara de
mecánicas. combustión están rebordeados con chapa.
Para una mayor estabilidad, en los orificios de
La ZKD debe ser capaz de obturar cuatro
paso de líquido refrigerante y aceite se suelen
medios entre sí. Los cuatro medios son
aplicar revestimientos de elastómero.
• la cámara de combustión
Juntas metálicas
• la atmósfera
Las juntas metálicas se utilizan en motores
• los canales de aceite del motor sometidos a cargas muy elevadas. Hoy en día
estas juntas se componen de capas de chapa
• los canales de agua de refrigeración.
metálica de varias capas. La principal
Generalmente, dentro de las juntas de culata característica de una junta metálica es que la
se distingue entre juntas blandas y juntas de obturación se determina básicamente
metal. mediante capas de acanaladuras y de tope
integradas en las capas de acero flexible. Las
Juntas blandas
propiedades de deformación de las ZKD
Este tipo de juntas se componen de metálicas permiten por un lado una
materiales blandos, pero disponen de un adaptación óptima a los componentes dentro
bastidor o una chapa de soporte de metal. de la culata y por otro una gran capacidad de
Dicha chapa mantiene juntas las dos partes recuperación elástica para compensar las
blandas dispuestas a ambos lados. Sobre las deformaciones. La recuperación elástica es
partes blandas suele haber un revestimiento necesaria debido a las cargas térmicas y
de plástico. Esta medida responde a la mecánicas.
35
6
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6
Cárter de aceite
Generalidades
El cárter de aceite representa el cierre inferior comportamiento de asentamiento que puede
del cárter del motor. En motores MINI la brida provocar que las uniones atornilladas se El cárter de aceite sirve de recipiente
colector para el aceite del motor.
del cárter de aceite se encuentra siempre por suelten, por lo que ya no se utilizan hoy en día. Puede realizarse en fundición
debajo del centro del cigüeñal. En los motores W10 y W11 se utilizaba una inyectada de aluminio o en chapa de
acero.
junta de goma con arandelas, con lo que se
El cárter de aceite cumple con las siguientes
definía la fuerza de compresión de la junta. En
tareas:
los motores N12 y N14 se utiliza una junta
• Recipiente para alojar el aceite del motor líquida (véase el capítulo Placa de bancada).
• Recipiente colector para el aceite de
retorno del motor
• Cierre inferior del cárter de cigüeñal
• Refuerzo del motor y eventualmente del
engranaje
• Alojamiento de sensores
• Alojamiento del tubo de guía de la varilla del
control de aceite
• Alojamiento de un tornillo de evacuación de
aceite
• Amortiguación acústica.
Los cárteres de aceite se fabrican de fundición
inyectada de aluminio o de chapa de acero. 18 - Cárter de aceite del motor N12
Para mejorar la acústica también se utiliza un
tipo de construcción con dos capas de chapa Índice Explicación
de acero, entre las cuales se coloca una lámina 1 Cárter de aceite
de plástico. En los motores N12 y N14 se
utiliza un cárter de aceite de chapa de acero 2 Chapa de amortiguación de aceite
simple. Los motores W10 y W11 contaban
con un cárter de aceite de fundición inyectada
3 Para que el funcionamiento de la junta de
acero esté asegurado, no puede haber nada
de aluminio. de aceite en el revestimiento de goma durante
Utilizando chapas de amortiguación de aceite su montaje. Por ello las superficies de brida
(rascador de aceite) se mantiene el aceite en el deben limpiarse directamente antes de su
cárter de aceite alejado del mecanismo de montaje. Además hay que asegurarse de que
alojamiento. Esto evita, al derramarse el aceite se ha dejado escurrir el aceite del motor para
- en función del movimiento del vehículo -, que que durante el montaje no se humedezcan de
el cigüeñal pueda mojarse de aceite. aceite ni la superficie de brida ni la junta de
acero. Para la junta líquida se aplican las
Para la obturación se utilizan juntas de acero, mismas normas. 1
juntas de corcho, juntas de goma o juntas
líquidas. Las juntas de corcho presentan un
37
6
Generalidades
Cuando el motor está en marcha, hay gases cigüeñal (por ejemplo en el retorno del aceite,
que van a parar del cilindro al compartimento en la cavidad de la cadena, etc.) y podría llevar
del cigüeñal (los llamados gases de fuga). a una pérdida de aceite en las juntas de cierre.
El motor genera gases de fuga en el Estos gases contienen combustible sin Eso impide que el cárter se ventile. Al principio
compartimento del cigüeñal durante
su funcionamiento. Deben quemar y restos de gases de escape. En el se soltaba simplemente la mezcla de aceite de
eliminarse para evitar una pérdida de compartimento del cigüeñal se mezclan con el motor y gases de fuga a la atmósfera. Por
aceite debido a sobrepresión en las
juntas de cierre. Una conexión con el aceite de motor que allí está en forma de motivos de protección medioambiental desde
sistema de aspiración, en el que
predomina una pequeña presión, se
niebla o mezcla de aceite. hace un tiempo se utilizan en un sistema
encarga de la purga de aire. En los cerrado de purga del cárter.
motores modernos esta purga de La cantidad de gases de fuga depende de la
aire se regula mediante una válvula
reguladora de la presión. El aceite
carga. Se produce una sobrepresión en el La ventilación del cárter conduce en parte los
del gas de fuga se separa mediante compartimento del cigüeñal que por el gases de fuga que están libres de aceite de
un separador de aceite y es
reconducido mediante una conexión
movimiento del pistón también depende del motor al sistema de aspiración y se encarga de
de retorno al cárter de aceite. número de revoluciones. Esta sobrepresión se que no se produzca una sobrepresión en el
encuentra, por supuesto, en todas las cárter.
cavidades unidas al compartimento del
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25 - Proceso de regulación de
la válvula reguladora de la
presión
3 Muelle de presión
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6
Separación de aceite
Para liberar el gas de fuga del aceite del motor culata mediante unos orificios y desde allí
se utiliza un separador laberíntico o uno regresar al cárter de aceite.
ciclónico (hélice).
En el separador de hélice el gas de fuga se
En el separador laberíntico el gas de fuga conduce por un cuerpo cilíndrico que empieza
es conducido por un laberinto con nervio de a rotar. Debido a la fuerza centrífuga, el aceite
plástico. Éste se encuentra en una caja en la pesado que hay en el gas es presionado hacia
cubierta de la culata. El aceite del gas se las paredes del cilindro. Desde allí puede
queda en el nervio y puede escurrirse hasta la regresar al cárter de aceite a través de una
tubería de retorno.
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6
Generalidades
En el cigüeñal, los movimientos rectos La carga del cigüeñal es especialmente
(oscilantes) del pistón se transforman en un elevada en motores que ya transmiten pares
movimiento giratorio (rotativo). La biela elevados a bajas velocidades de giro.
transmite la fuerza al cigüeñal y la convierte en El cigüeñal transforma el
Los componentes del mecanismo de cigüeñal movimiento rectilíneo del pistón en
par de giro. El cigüeñal se apoya en los un movimiento giratorio. Las cargas
realizan los siguientes movimientos
cojinetes principales. que actúan sobre el cigüeñal son
diferentes. muy fuertes y extremadamente
complejas. Los cigüeñales son de
Además, el cigüeñal desempeña las fundición o están forjados en caso
siguientes funciones: de soportar grandes cargas. Los
cigüeñales están alojados en
cojinetes de deslizamiento,
• Accionamiento de los grupos secundarios alimentados con aceite. El cojinete
mediante transmisión por correa se encarga de proporcionar una guía
axial.
• Accionamiento del mecanismo de válvulas
• A menudo, accionamiento de la bomba de
aceite
• En algún caso aislado, accionamiento de
algún eje de compensación.
Se genera una carga con fuerzas cambiantes
en tiempo y lugar, con pares de giro y de
flexión y la resultante generación de
oscilaciones. Estas cargas complejas
someten el cigüeñal a grandes exigencias.
La vida útil de un cigüeñal se ve influida por los
siguientes factores.
• Resistencia a la flexión alternativa (los
puntos débiles son los pasos del asiento de
cojinete al brazo de la manivela)
• Resistencia a la torsión alternativa (aquí los
puntos débiles son a menudo los orificios
de aceite)
• Comportamiento de la oscilación de torsión
(tiene influencia sobre la rigidez, pero
también sobre la generación de ruido) 26 - Movimiento de los componentes del mecanismo de cigüeñal
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6
diámetro en mm
Ángulo de codo
Fabricación del
cojinete guía
contrapesos
Posición del
principales
Número de
cigüeñal
Motor
Estructura
El cigüeñal consta de un solo elemento pero Los motores MINI tienen un alojamiento en el
está dividido en varias áreas. Los muñones de cigüeñal junto a cada muñón de biela. En los
cojinete principal se encargan de los motores en línea hay una biela en cada muñón
alojamientos del cárter de cigüeñal. de biela. Así, el cigüeñal de un motor en línea
de 4 cilindros cuenta con cinco muñones de
Mediante el brazo de cigüeñal (llamado
cojinete principal. Los cojinetes principales
también brida) los muñones o muñones de
están numerados de delante atrás.
biela están unidos con el cigüeñal. Este área
de los muñones con los brazos de cigüeñal
también se llama acodamiento.
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6
La distancia del muñón del cojinete de biela En el cigüeñal están los orificios de aceite. Se
del eje de cigüeñal determina la carrera del encargan de suministrar aceite al cojinete de
motor. El ángulo que forman entre sí los biela. Van desde el muñón de cojinete
muñones del cojinete principal determina el principal hasta el muñón de biela y está unidos
intervalo de encendido de un solo cilindro. al circuito de aceite del motor mediante el
Después de dos giros completos del cigüeñal asiento del cojinete central.
o 720° se ha encendido una vez cada cilindro.
Los contrapesos generan una simetría de
Este ángulo, denominado desplazamiento de masas alrededor del eje de cigüeñal y
los muñones o ángulo de acodamiento, se permiten así una marcha uniforme del motor.
calcula en función del número de cilindros, El número de contrapesos está muy
tipo de construcción (en V o en línea) y el diferenciado. Originalmente había en la
orden de encendido. Para ello el objetivo es mayoría de cigüeñales dos contrapesos
crear una marcha del motor lo más suave y simétricos a izquierda y derecha del muñón
uniforme posible. del cojinete de biela. Así, el motor W10
contaba, p. ej., con 8 contrapesos. El motor
Generalmente puede decirse que el ángulo de
N12 solo tiene 4 contrapesos, mientras que el
acodamiento 720° dividido por el número de
motor N14 dispone de 4 contrapesos grandes
cilindros es, por ejemplo, 180° en un motor
y 4 pequeños (véase el gráfico anterior).
N12 de cuatro cilindros.
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6
Fabricación y propiedades
Los cigüeñales son de fundición o están Ventajas de los cigüeñales forjados
forjados. Ante todo los motores de fuerte par frente a los de fundición:
de giro están equipados con cigüeñales
• Los cigüeñales forjados son más rígidos y
forjados.
presentan un mejor comportamiento de
oscilación
Ventajas de los cigüeñales de fundición
frente a los forjados: • Ante todo en combinación con un cárter de
cigüeñal de aluminio la correa de
• Los cigüeñales de fundición son mucho
transmisión debe ser tan rígida como sea
más económicos
posible, puesto que el cárter de cigüeñal en
• Los materiales para la fundición reaccionan sí tiene poca rigidez de materiales
muy bien a los procesos de mecanizado de
• Los cigüeñales forjados tienen un
la superficie para aumentar la resistencia a
comportamiento de desgaste más
la fatiga por vibración
ventajoso en el muñón de semicojinete.
• Los cigüeñales de fundición, en caso del
Las ventajas de los cigüeñales forjados
mismo modelo, ofrecen una ventaja de
pueden compararse con las de los de
peso de aprox. el 10 %
fundición como sigue:
• El mecanizado de cigüeñales de fundición
• Mayor diámetro en la zona del cojinete
es en general más sencillo
• Costosos sistemas de amortiguación de
• A menudo puede prescindirse del
oscilaciones
mecanizado del brazo de la manivela.
• Una construcción muy rígida del cárter de
cigüeñal.
Cojinetes
Como se ha dicho anteriormente, el cigüeñal Hay seguridad de desgaste cuando las
en un motor MINI está apoyado en ambos superficies de deslizamiento están separadas
lados de los muñones del cojinete de biela. una de otra mediante una película de aceite.
Estos cojinetes principales apoyan el cigüeñal Así pues debe asegurarse un suministro
sobre el cárter. La parte sometida a carga se suficiente de aceite. Esto ocurre idealmente
encuentra en el sombrerete. En este punto se de la parte sin carga, en este caso del asiento
acumula la fuerza resultante de la presión de la del cojinete central. Mediante un orificio del
combustión. aceite se suministra aceite de motor para la
lubricación. Una tuerca rotatoria (en dirección
El funcionamiento seguro del motor requiere
axial) mejora la distribución de aceite. Esta
una disposición del cojinete principal a prueba
tuerca reduce la superficie de deslizamiento y
de desgaste. Por eso se utilizan semicojinetes,
aumenta la presión eficaz. En realidad el
con un material especial en las superficies de
cojinete está dividido en dos mitades con una
deslizamiento. La superficie de deslizamiento
pequeña capacidad de carga. Por esto las
se encuentra en el interior, lo que significa que
tuercas de aceite se encuentran mayormente
los semicojinetes no giran con el eje, sino que
en la zona sin carga. Debido al aceite del motor
están fijados al cárter de cigüeñal.
se enfría el cojinete.
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28 - Cojinete binario
Índice Explicación
1 Casquillo de protección de acero
2 Aleación de aluminio
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6
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Generalidades
Las bielas se encargan en el mecanismo de sujeta a una carga cambiante de presión y
cigüeñal de la conexión entre el pistón y el tracción. Las fuerzas de tracción son
La biela transmite la fuerza del
cigüeñal. Mediante ellas el movimiento importantes ante todo en los motores de movimiento desde el pistón hasta el
rectilíneo del pistón se transforma en un gasolina de elevado número de revoluciones. cigüeñal. Las bielas están hechas
hoy en día de acero de forja y en el
movimiento giratorio en el cigüeñal. Además, Además se origina una fuerza centrífuga ojo grande de la biela están
transmiten las fuerzas resultantes de la debido a la desviación lateral de la biela que separadas mediante craqueo. El
craqueo ofrece, entre otras, la
presión de combustión de los pistones al provoca flexiones. ventaja de no tener que trabajar más
cigüeñal. superficie de separación y de que
Los pasos más importantes en el ambas piezas están posicionadas
exactamente una frente a otra.
Como componente expuesto a grandes perfeccionamiento de la biela son los
aceleración, el peso de la biela influye siguientes:
directamente en la capacidad y en la
• biela craqueada de metal forjado
regularidad de marcha del motor. Por ello se le
sinterizado
da mucha importancia a la optimización del
peso de la biela para incrementar el confort del • biela craqueada de acero forjado
motor.
• utilización de una biela trapezoidal
La biela está sometida a un esfuerzo mediante
• se suprime el orificio del aceite en los ojos
las fuerzas de la cámara de combustión y
de biela pequeños.
mediante las fuerzas de inercia de las movidas
(incluyendo las suyas propias). Esta biela está
Estructura
La biela cuenta con dos ojos. Con el ojo sobre el cojinete. En el lado del cigüeñal se
pequeño se establece la conexión con el encuentra el ojo grande de biela partido. El ojo
pistón mediante el bulón del pistón. Debido al grande de la biela debe estar partido para
movimiento de desviación lateral de la biela poder alojar la biela en el cigüeñal. Mediante
durante un giro del cigüeñal, la fijación con el un cojinete de deslizamiento se asegura su
pistón debe ser giratoria. Esto se lleva a cabo funcionamiento. El cojinete de deslizamiento
con la ayuda de un cojinete de deslizamiento. consta de dos casquillos de cojinete. Un
Para ello se introduce a presión un casquillo de orificio del aceite en el cigüeñal se encarga de
cojinete en el ojo pequeño de la biela. suministrar aceite de motor al cojinete.
Un orificio al final de este extremos de la biela El siguiente gráfico muestra la geometría de
(del lado del pistón) se encarga de rociar aceite un vástago de biela.
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6
Biela trapezoidal
En el caso de una biela trapezoidal, la sección
transversal del ojo pequeño de la biela tiene
forma de trapecio. Es decir, la biela se
estrecha en su ojo pequeño desde el saliente
del vástago hasta el final.
Esto permite por un lado otra reducción del
peso, ya que en el lado "sin carga" se ahorra
material, mientras que en el lado de carga se
mantiene todo el ancho del cojinete. Además
permite una distancia menor entre los ojos del
bulón del pistón, lo que significa una menor
torsión del bulón del pistón.
Otra ventaja es que se puede prescindir del
orificio del aceite en el ojo pequeño de la biela,
ya que por los lados inclinados del cojinete de
deslizamiento se produce una entrada de
aceite. Debido a la renuncia de este orificio,
también desaparece su negativa influencia en
la resistencia de este lado del cojinete. Esto
permite de nuevo poder configurar una biela
que sea aún más estrecha en este punto. De
esta forma se gana no solo en peso, sino
también en espacio en el pistón.
31 - Biela
32 - Biela trapezoidal
Índice Explicación
Índice Explicación
1 Orificio del aceite
1 Pistón
2 Cojinete de deslizamiento en el ojo
de biela pequeño 2 Superficie transmisora de fuerza
3 Vástago de biela 3 Bulón
4 Casquillo de cojinete en la biela 4 Vástago de biela
5 Casquillo de cojinete en la tapa del
cojinete de biela
6 Tapa del cojinete de biela
7 Tornillo de biela
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6
Fabricación y propiedades
La pieza bruta de la biela puede fabricarse de pieza en verde antes deberá pesarse, para que
diferentes formas. cumpla con las tolerancias de peso. Mediante
la forja se transforma la pieza en una forma
Forja de estampa propia. Para aumentar su resistencia, para
acabar se ajusta con bolas de acero un estado
El material de salida para la fabricación de
de tensión en la superficie. Los motores W10
piezas brutas es el acero en barras, que puede
y W11 están equipados con bielas
calentarse hasta unos 1250 °C a 1300 °C.
sinterizadas. La sinterización era necesaria
Con unos rodillos se realizará una distribución
para poder craquear la biela. Al principio esto
previa de las masas respecto a los ojos de
no era posible con otros procedimientos de
biela. Con la transformación principal durante
fabricación. Cuando nuevas aleaciones de
el forjado el material restante va a parar a una
acero permitieron el craqueo también en
rebaba que en el siguiente paso se elimina.
bielas de forjado, la biela sinterizada perdió
Para ello se agujerean también los ojos de la
rápidamente su relevancia.
biela. Según su aleación de acero, después
del forjado se mejorarán las propiedades
Mecanizado
mediante endurecimiento del material.
Independientemente de cómo se fabriquen
Fundición las piezas brutas, se trabajan con
desprendimiento de viruta hasta conseguir su
En la fundición de la biela se utiliza un modelo
forma final.
de plástico o metal. Este modelo consta de
dos mitades, que ensambladas representan Para asegurar una marcha del motor circular,
una reproducción de la biela. Cada una de las bielas deben conseguir un peso nominal
estas mitades se moldea en arena, dando con una tolerancia reducida. Antes se habría
lugar a un negativo de cada una de ellas. agregado un suplemento que luego se habría
Cuando se ensamblan se reproduce el molde fresado según las necesidades. En los
de una biela. Para obtener más efectividad se procedimientos modernos de fabricación los
fabrican las bielas una junto a otra en el molde. parámetros de fabricación pueden controlarse
Las formas se llenan de hierro fundido líquido con tanta exactitud que pueden realizarse con
que se irá endureciendo luego poco a poco. una tolerancia de peso suficiente.
Se trabajan los lados frontales del ojo de biela
Sinterizado
pequeño y los mismos ojos de biela. Si el ojo
Durante el sinterizado se introduce un polvo de la biela se separa segándolo, deberá seguir
aleado a mucha presión y a una temperatura trabajándose la superficie de separación. La
de aprox. 1120 °C en una pieza llamada pieza superficie interior del ojo de biela grande se
en verde. Una pieza en verde es un primer abrirá posteriormente mediante taladro y se
molde tosco del elemento (aquí la biela), que a bruñirá.
continuación se seguirá transformando. La
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6
Atornilladura
Las atornilladuras de la biela están sujetas a un combustible, es decir, no se lleva a cabo
gran esfuerzo rápido y pulsante debido al ninguna combustión. En el ciclo de trabajo no
número de revoluciones del motor. Como la es el pistón el que empuja el cigüeñal sino al
biela y sus tornillos pertenecen a las piezas contrario. El cigüeñal tira del pistón hacia abajo
móviles del motor, su masa debe mantenerse en contra de la inercia de masas, lo que lleva a
lo más reducida posible. Además las una carga de tracción de la biela.
relaciones de espacio determinadas precisan Precisamente esta carga de tracción es
una unión atornillada compacta. absorbida por la atornilladura de la biela.
Esto da como resultado una carga muy Incluso con estas condiciones debe
elevada de la atornilladura de la biela, que garantizarse que no se desencajará la juntura
precisa de un manejo prudente. entre el vástago de biela y la tapa. Por este
motivo los tornillos de la biela se aprietan hasta
Carga su límite de estricción durante su montaje en
el taller. El límite de estricción significa: El
La mayor carga de las atornilladuras de la biela
tornillo empieza a deformar plásticamente y la
reside en el número de revoluciones máximo
fuerza de apriete ya no aumenta con un giro
sin carga, p. ej. en la marcha por inercia.
más. En el Servicio Posventa se consigue esto
Cuanto mayor sea el número de revoluciones,
apretando con un momento de encaje y
mayores serán también las fuerzas de inercia
ángulo de giro.
activas. En la marcha por inercia no se inyecta
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6
Generalidades
El pistón es el primer elemento de la cadena 6000 r.p.m. y una presión punta del cilindro de
de piezas transmisoras de fuerza de un motor 75 bar, un pistón de 77 mm de diámetro
de gasolina. La función del pistón consiste en admite 50 veces por segundo una carga de El pistón transforma la presión del
gas debido a la combustión en un
absorber las fuerzas de compresión aprox. 5 t. En ese ejemplo, el pistón se mueve movimiento. La forma de la cabeza
generadas en la combustión y transmitirlas al 12.000 veces por minuto arriba y abajo. del pistón es determinante para la
formación de la mezcla. Los anillos
cigüeñal a través del bulón y la biela. Así, la
Como pieza del mecanismo de cigüeñal, el del pistón se encargan de
energía térmica de la combustión se convierte proporcionar una buena
pistón se somete a un esfuerzo mediante un hermeticidad de la cámara de
por tanto en energía mecánica. Además el combustión y de regular la película
perno de pistón excéntrico debido a
pistón debe guiar el ojo de biela superior. de aceite de la pared del cilindro.
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6
Estructura
Las zonas esenciales de un pistón son la La parte de los aros tiene en general tres
cabeza del pistón, la parte de los anillos con el ranuras anulares para alojar los aros del pistón,
nervio de fuego, el cubo del bulón y el vástago cuya función es hermetizar contra la salida de
(véase el siguiente gráfico). Los aros del gases o aceites. Entre las ranuras anulares se
pistón, el bulón del pistón y los dispositivos de encuentran los nervios entre ranuras. El nervio
seguridad de los bulones también se cuentan que se encuentra encima del primer aro de
dentro del grupo del pistón. pistón se llama nervio de fuego. Dos anillos de
hermetización un anillo rascador de aceite
La cabeza del pistón conforma el cierre inferior
completan en general el paquete de aros o
de la cámara de combustión. En motores de
anillos.
gasolina puede ser plano, con relieve o
ahuecado.
El cubo del bulón representa el apoyo del de cigüeñal de fundición gris, influir en la
bulón del pistón en el pistón. Es una de las expansión del calor en el sentido deseado y
partes del pistón sometidas a más esfuerzos. con ello permitir pequeños juegos iniciales.
La falda del pistón, la parte que más o menos Las mediciones importantes en un pistón son
incluye la pieza inferior del pistón, se encarga el calibre, la longitud total y la altura de
de las fuerzas laterales y la guía rectilínea del compresión. La altura de compresión es la
pistón. distancia desde el eje del bulón del pistón
hasta el borde superior de la cabeza del pistón.
Los elementos fundidos de regulación
permiten sobre todo en motores con un cárter
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62
6
Por motivos de peso en los motores de Esto lleva a pistones con ventana y de caja. En
gasolina la forma de la falda está limitada por la caso de pistones asimétricos, las superficies
superficie de la falda relativamente estrecha. de rodadura tienen diferentes anchuras.
Refrigeración
Para disipar el calor de forma efectiva de la parte inferior del pistón. El aceite refrigerante
cabeza del pistón, en los motores W11 y N14 que gotea sobre la cabeza del pistón se
se utilizan inyectores de aceite. El inyector de encarga al mismo tiempo de lubricar la zona
aceite suministra aceite de refrigeración a la entre el bulón y la biela.
Aros de pistón
Los aros de pistón son juntas metálicas que aros rascadores de aceite disponen de un
desempeñan las siguientes funciones: muelle adicional.
• Obturación entre la cámara de combustión El funcionamiento seguro de los aros de
y el cárter de cigüeñal pistón depende especialmente de la calidad
de la superficie del pistón, del aro de pistón y
• Conductividad térmica del pistón a la pared
de la pared del cilindro, así como de la
del cilindro
combinación de material.
• Regulación del suministro de aceite de la
Los aros de pistón giran en sus ranuras. Eso
caja cilíndrica.
se debe a la fuerza lateral que se aplica a los
Para que puedan desempeñar sus funciones aros del pistón al cambiar de apoyo. En ese
es necesario que los aros de pistón estén en momento giran con una velocidad de hasta
contacto con la pared del cilindro y en la falda 100 r.p.m. Este efecto puede ser ventajoso, ya
de la ranura del pistón. El contacto con la que con él las ranuras de los aros se liberan de
pared del cilindro se consigue con la fuerza de sedimentos. Además se impide que el punto
resorte de efecto radial del aro. A menudo, los de contacto del aro penetre en la pista de
deslizamiento del cilindro.
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Anillo flexible en U
Sistema VF
Motor
W10 X X X
W11 X X X
N12 X X X
N14 X X X
Bulón
El bulón del pistón une el pistón con el vástago Para el bulón del pistón se ha impuesto la
de biela. Debido al rápido movimiento de construcción en forma de tubo y de
vaivén junto con el pistón, el bulón solo colocación flotante. Para su fabricación se
debería presentan una masa reducida, ya que utilizan principalmente aceros cementados
lo contrario serían necesarias fuerzas de (16MnCr5) o aceros para nitrurar de alta
aceleración elevadas. La carga cambiante, las resistencia (31CrMoV9).
malas condiciones de lubricación y la falta de
Con la fijación adecuada del bulón se impide
holgura de los cubos del pistón o en el ojo de
que éste se desplace lateralmente. La fijación
la biela imponen condiciones especialmente
se consigue mediante aros de acero de
difíciles.
amortiguación radial colocados en las
Dichas condiciones son: correspondientes acanaladuras de los ojos de
biela.
• un peso reducido
• una gran rigidez
• resistencia y tenacidad suficientes
• calidad de superficie, precisión de forma y
dureza de superficie elevadas.
66
6
Generalidades
La energía, que en el motor de alternativo se presionando casi vertical sobre el cigüeñal
transmite al cigüeñal, no es realmente (ángulo β casi 180°). Para ello se genera, en Mediante la introducción de fuerza
irregular con la combustión se
uniforme. Por un lado están los procesos de relación con el movimiento de pistones, produce una irregularidad axial que
tiene como consecuencia el
combustión periódicos y por el otro la relativamente bastante movimiento giratorio deterioro del confort y una carga
aplicación de fuerza a través de una biela que del cigüeñal. para los elementos. Esta deformidad
axial reacciona sobre el
siempre modifica el ángulo con el cigüeñal. amortiguador de vibraciones
En el gráfico 2 aparece el cigüeñal en vertical torsionales y, en vehículos con caja
El siguiente gráfico lo aclara. En el gráfico 1 con el eje de cilindro (α = 90°). En esta de cambio manual, contra el volante
de inercia de dos masas.
está el pistón poco después del punto muerto posición es óptima la aplicación de fuerza. El
superior PMS. Mediante el ángulo agudo del movimiento giratorio del cigüeñal es, por el
cigüeñal se transmite solo muy poca fuera de contrario, relativamente reducido en
la biela al cigüeñal, ya que la biela todavía está comparación con el movimiento del pistón.
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6
Estas diferentes aplicaciones de fuerza están Esta trayectoria irregular de la fuerza giratoria
superpuestas por las fuerzas de los gases de tiene como consecuencia oscilaciones en el
la combustión. número de revoluciones. El mecanismo de
accionamiento se acelera por un exceso de
Se encargan de que haya una gran
fuerza y se retarda cuando falta fuerza.
irregularidad axial. Con el montaje de varios
cilindros se reduce esta irregularidad axial Mediante un volante de inercia puede
claramente porque la fuerzapuede aplicarse reducirse la fluctuación del número de
con desfase en el cigüeñal. Esto es solo el revoluciones. Es una masa adicional en el
caso en el que el orden y la distancia de mecanismo de accionamiento y con ello se
encendido están ajustados entre sí. Son los aumenta su momento de inercia de masa.
motores de seis cilindros en línea los que Actúa como acumulador de energía que
sacan especial ventaja de ello. Sin embargo cuando hay un exceso toma energía y cuando
siempre queda alguna irregularidad del falta la suministra.
movimiento giratorio.
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6
Generalidades
Los motores modernos, y por lo tanto también de levas). Esta multiplicación se crea mediante
los motores de gasolina MINI, se denominan una rueda de cadena en el árbol de levas el
mecanismos de accionamiento por cabeza. doble de grande que la que hay en el cigüeñal.
Eso significa que el accionamiento de válvulas,
Pero esta conexión rígida no es siempre la
y con ello el control del motor, se encuentra en
mejor, no permite ningún tipo de variabilidad
la culata. Los árboles de levas tienen la tarea Mediante el mecanismo de cadenas
de los tiempos de distribución durante el se accionan los árboles de levas del
de asegurar este control de cerrar y abrir las cigüeñal. En función de los
funcionamiento. Para que eso fuera posible se
válvulas. El accionamiento de los árboles de requisitos se utilizan diversas formas
desarrolló un control variable de árbol de levas de cadena y números. Los
levas se consigue mediante un accionamiento elementos de tensar y elementos
(VANOS). Para más información sobre este
con mecanismo de tracción, como una guía se encargan de proporcionar
tema, véase VANOS. una marcha tranquila de la cadena.
cadena de distribución o una correa dentada. Con ello se consigue una mayor vida
útil de la cadena correspondiente a
Ya que tanto el árbol de levas como el cigüeñal
El mecanismo de cadenas clásico establece la del motor.
giran de manera no uniforme, el mecanismo
una rígida conexión entre el cigüeñal y el árbol
de cadenas está sujeto a exigencias muy
de levas. En este caso rígido significa que se
complejas y dinámicas.
trata de una desmultiplicación fija de 2:1 (dos
giros en el cigüeñal generan un giro del árbol
Estructura
Muchos modelos diferentes en MINI ofrecen En general se intenta mantener la longitud de
un mecanismo de cadenas. Pero las la cadena tan corta como sea posible. El lado
diferencias básicas solo afectan mayormente sin carga de la cadena se denomina ramal
al tipo de construcción y al curso de la(s) arrastrado. La cadena se tensará siempre en el
cadena(s). Independientemente del diseño ramal arrastrado. Esto ocurre mediante un riel
constructivo cada mecanismo de cadenas tensor sobre el que actúa un tensor de
posee una rueda de cadena en el cigüeñal, cadena.
guías de cadena, tensores de cadena con
De la alimentación de aceite se encarga o bien
rieles tensores, una alimentación de aceite,
boquillas de inyección de aceite, que rocían la
una rueda de cadena en un árbol de levas y
cadena con aceite del motor, o bien orificios
finalmente la propia cadena.
de aceite en los rieles de guía.
En determinadas condiciones es necesario
En muchos motores la bomba de aceite
desviar la cadena para habilitar espacio
también se acciona mediante una cadena por
constructivo. Esta tarea puede realizarla una
el cigüeñal.
rueda de cadena adicional o un económico riel
de guía.
71
6
Índice Explicación
6 Riel de guía superior
7 Árbol de levas de escape de unidad
VANOS
8 Riel de guía inferior
9 Rueda de cadena del cigüeñal
10 Cadena para el accionamiento de la
bomba de aceite
Formas de cadena
En las cadenas de distribución se diferencia
entre cadenas de casquillos y cadenas de
rodillos. Además hay cadenas simples
(Simplex) y cadenas dobles (Duplex). Una de
las formas especiales es la cadena de dientes.
En una cadena de casquillos los flancos de
dientes de la rueda de cadena tocan los
casquillos estacionarios siempre en el mismo
punto. Por este motivo es importante una
lubricación sin problemas en este tipos de
mecanismo de cadenas. Las cadenas de
casquillos tienen para el mismo paso y fuerza
de rotura una superficie articulada mayor que
la correspondiente cadena de rodillos. Una
mayor superficie articulada da como resultado
una menor presión de la superficie articulada y
41 - Mecanismo de cadenas del motor N12
con ello menor desgaste en las articulaciones.
Los rodillos que giran sobre los casquillos de
Índice Explicación una cadena de rodillos ruedan con poca
1 Rueda de cadena de la bomba de fricción en los flancos de dientes de la rueda
aceite de cadena, de forma que siempre se
transporta otro punto del perímetro. El
2 Cadena de distribución
lubricante entre rodillos y casquillos
3 Riel tensor contribuye a amortiguar el ruido y los golpes.
4 Tensor de cadena
5 Árbol de levas de admisión de
unidad VANOS
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42 - Cadenas de casquillos y
rodillos
73
6
Si el tensor de cadena se comprime, el pistón pistón y con ello la cadena se mantiene a una
se apoya sobre el aceite en la cámara de determinada tensión.
presión. Se escapa un poco de aceite entre el
3 Los tensores de cadena tienen un manejo
pistón y la pared de la caja.
muy diferente. En algunos hay una posición de
Si el tensor de cadena vuelve a descargarse, montaje o existe el peligro de que el pistón
entonces el muelle presiona el pistón hacia salga despedido. Deben seguirse
afuera. En la cámara de presión se genera una atentamente las instrucciones de reparación al
depresión que abre la válvula de retención y respecto. 1
deja fluir aceite del depósito a la cámara de
Como elementos guía se utilizan en parte
presión.
rieles sencillos de plástico o de metal con un
Si la cámara de presión se llena, se cierra la soporte de plástico, que puede ser recto o
válvula de retención y el pistón puede doblado según el transportador de la cadena.
apoyarse en el aceite en la próxima carga. La Los rieles tensores son elementos guía que
cantidad que se fuga de la cámara de presión están presionados contra la cadena por el
durante la carga, puede determinarse tensor de cadena. Para ello están alojados de
mediante una fisura de fugas calibrada. forma giratoria en un extremo.
De esta manera se garantiza una fuerza
definida independientemente del recorrido del
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Diseño constructivo
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6
Árboles de levas
Generalidades
Los árboles de levas generan el
Los árboles de levas controlan el cambio de cuentan con sendos árboles de levas para las
movimiento para abrir y cerrar las gases y con ello la combustión. Su tarea válvulas de admisión y salida.
válvulas. Pueden ser de fundición o
principal es abrir y cerrar las válvulas de
estar montadas. El perfil de las levas Al abrir las válvulas se transmite una fuerza
determina el recorrido de la carrera admisión y de escape. Están accionados por el
de la válvula. desde la leva a través de uno o más elementos
cigüeñal. Su movimiento giratorio está en una
de accionamiento hasta llegar a la válvula (el
relación 1:2 con el movimiento giratorio del
elemento que está en la leva se llama seguidor
cigüeñal. El árbol de levas funciona pues solo
de leva). La válvula se abre entonces contra la
con la mitad de la velocidad del cigüeñal. Esto
fuerza del muelle de válvula. Al cerrar, la válvula
se consigue mediante una desmultiplicación
se cierra mediante la fuerza del muelle de
de las ruedas de cadena. La posición con
válvula y se mantiene cerrado en la zona del
respecto al cigüeñal también está definida con
círculo base.
exactitud. Sin embargo en los motores
actuales ya no es inflexible, sino que está La transmisión de la fuerza del árbol de levas al
configurado de forma variable VANOS (véase seguidor de leva provoca una carga del árbol
VANOS). de levas sobre el giro y torsión.
Para configurar el accionamiento de válvulas Factores que influyen en el tamaño de la
tan rígido como sea posible, es decir, carga:
mantener tan corto como se posible el
• Perfil de leva (aceleración de la válvula)
recorrido de la transmisión desde el árbol de
levas hasta las válvulas, los motores modernos • Fuerzas de inercia de las piezas movidas en
tienen los árboles de leva situados arriba. Los el accionamiento de válvulas
motores con dos válvulas por cilindro tenían
• Fuerza del muelle de válvula
un árbol de levas común para las válvulas de
admisión y de escape. Además, los motores • Fricción en el accionamiento de válvulas
MINI de cuatro válvulas por cilindro tenían un
• Presión del cilindro con el "escape abierto".
único árbol de levas común. Los motores
actuales con cuatro válvulas por cilindro
Estructura
Una parte integrante del árbol de levas es el lubricación necesaria. Un cojinete es
vástago ondulado con forma de cilindro. responsable de la guía axial.
Según el modelo puede ser hueco o macizo.
Mediante una rueda de cadena se lleva a cabo
Encima están dispuestas cada una de las
el accionamiento del cigüeñal. En algunos
levas. El soporte de las fuerzas de
motores, ruedas de cadena adicionales se
accionamiento se lleva a cabo mediante un
encargan del accionamiento de un árbol de
cojinete del árbol de levas. El alojamiento en
levas a otro. Estas ruedas de cadena pueden
los motores MINI se realiza directamente en el
haber estado unidas o abridadas junto con el
vástago del árbol de levas. La superficie en
árbol de levas.
este punto está pulida. Un orificio de aceite en
el punto de apoyo de la culata se encarga de la En los motores actuales son componentes de
las unidades VANOS.
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6
Además, en el árbol de levas puede haber otra Los árboles de levas se fabrican en fundición
rueda de sensor para el sensor de árbol de dura en coquilla, con algunas excepciones. Así
levas. El Servicio Posventa también necesitará existe la posibilidad de fundir el árbol hueco y
un anillo de tuerca de tres caras, para asentar de esta forma ahorrar en peso.
la herramienta especial y conseguir la posición
correcta y un ancho de boca para apoyar el
árbol de levas en los trabajos de montaje.
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6
78
6
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6
Forma de la leva
La forma de la leva, o sea, el perfil de su La forma de la leva se describe a través de
sección transversal, determina el recorrido de estos cuatro conceptos básicos. El seguidor
la carrera de la válvula. Éste es la mayoría de de leva, que toma el movimiento de la leva y lo
las veces un compromiso para un llenado transmite a la válvula, recorre este perfil.
óptimo del cilindro en toda la gama de
En la zona del círculo base se cierra la válvula.
régimen. El control variable de árbol de levas
En un accionamiento de válvulas con ajuste
(VANOS) y la VALVETRONIC ofrecen aquí
mecánico predomina un juego entre el círculo
otras posibilidades de influencia (véase
base y el seguidor de leva.
VANOS y VALVETRONIC). Aquí, sin
embargo, solo se describen las posibilidades En el flanco de la leva se abre la válvula o se
dentro del marco de una carrera de válvula cierra. Cuanto más inclinado sea el flanco, más
convencional. rápido se abrirá o se cerrará la válvula. Los
flancos también pueden estar torcidos. Las
El siguiente gráfico muestra la sección
levas con un flanco recto reciben también el
transversal de una leva con sus distintas
nombre de levas tangentes.
zonas.
Ante todo, en relación con la palanca de
arrastre de rodillos, los flancos de las levas
tienen radios huecos (curvatura negativa).
Al utilizar taqués de copa se ofrece por el
contrario una curvatura positiva del flanco de
leva. Estas levas también se denominan levas
armónicas.
La punta de leva marca la abertura máxima de
la válvula. Cuanto más ancha sea la punta de
leva, más largo será el tiempo de abertura de
la válvula. Sin embargo puede haber radios en
los que el seguidor de leva se despegue de la
leva debido a su aceleración. La distancia del
círculo base a la punta de leva es la carrera de
leva.
La transmisión del movimiento de leva a la
válvula depende del elemento que se
transmite. Un taqué de copa, por ejemplo,
47 - Sección transversal de la leva
transmite un movimiento 1:1. Con la palanca
de arrastre de rodillos la desmultiplicación
Índice Explicación
depende de la longitud de la palanca.
1 Carrera de leva
2 Punta de leva
3 Flanco de leva
4 Círculo base
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6
Generalidades
La transmisión del movimiento de leva a la Una transmisión rígida asegura que la curva de Mediante el balancín y la biela de
arrastre se transmite el movimiento
válvula es tarea del balancín o la biela de la carrera de la válvula tome el curso deseado. de las levas a las válvulas. En los
arrastre. Por este motivo, estos elementos se Solo de esta forma puede controlarse con motores MINI se utilizan balancines
y bielas de arrastre.
llaman también elementos de transmisión. El exactitud el llenado óptimo del cilindro.
elemento de transmisión sigue el perfil de leva
Se necesita un menor peso para mantener las
y transforma así el movimiento directo o
fuerzas de inercia reducidas.
indirecto (con desmultiplicación).
La siguiente tabla muestra una vista general
Se concede un valor especial a la transmisión
de los elementos de transmisión:
rígida y a un peso reducido.
Palanca de arrastre
Particularidad
de rodillos
Balancín
Motor
HVA
Balancín
Los balancines están entre los
accionamientos de válvulas accionados
indirectamente. El balancín está alojado en
medio de un eje. El árbol de levas está
colocado en un extremo por debajo de la
palanca. La válvula de admisión o/y de escape
del motor se acciona en el lado opuesto de la
palanca. En MINI el balancín se introdujo en los
motores W10 y W11.
Una particularidad era que en el balancín había
integrado un elemento HVA para cada válvula.
El elemento HVA ejerce presión directamente
sobre la válvula
Índice Explicación
1 Balancín en la salida
2 Balancín en entrada
3 Árbol de levas
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6
Biela de arrastre
Las bielas de arrastre también son un El momento de inercia de masas y la rigidez de
componente de un accionamiento de válvulas la palanca dependen mucho de la forma de la
con accionamiento indirecto. No están brazo. Las palancas cortas permiten
alojados en un eje. Se apoyan en un extremo momentos de inercia de masas pequeños con
directamente en una culata o en un elemento masas reducidas en el lado de la válvula como
de compensación hidráulico del juego de taqué de copa.
válvulas. El lado opuesto descansa sobre la
válvula. La leva del árbol de levas presiona Balancín flotante de rodillo
desde arriba hacia el centro de la biela de
En los motores MINI, hoy en día solo se utilizan
arrastre.
bielas de arrastre en forma de palanca de
arrastre de rodillos.
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6
83
6
Generalidades
Las válvulas deben poder cerrase sin flujo de calor de los platillos de válvula a la
problemas en cualquier estado de servicio del culata. Por otro lado los gases calientes de
motor, para combustión fluyen con elevada velocidad por
el estrecho intervalo de aire y pueden calentar
• evitar una pérdida de potencia debido a la
extremadamente los platillos de la válvula de
compresión remitente y a la presión de la
escape. Esto puede provocar autoencendidos
combustión en descenso
Entre la válvula y el elemento de en los motores de gasolina que causarían
transmisión debe mantenerse un
juego definido (juego de válvula).
• derivar el calor resultante a través de la daños en el pistón. Pero las válvulas de escape
Puede ajustarse mecánicamente o culata al líquido refrigerante. también pueden quemarse, es decir, perder
compensarse mediante un
toda su hermeticidad y llevar a una fuerte
elemento de compensación Las válvulas que no cierran perfectamente no
hidráulico de juego de válvulas. El pérdida repentina de potencia.
elemento de compensación son herméticas. Esto interrumpe por un lado el
hidráulico de juego de válvulas se
encarga de que el juego de válvula
sea igual acero en cada estado de
servicio.
Ajuste mecánico del juego de válvula
La hermetización deseada de las válvulas en consumo de combustible y los valores de
caso de ajuste manual del juego solo es gases de escape:
posible si en el estado de cierre hay juego
• Un juego de válvula demasiado grande
entre el vástago y el accionamiento de válvula.
acorta los tiempos de distribución, es decir,
Como el juego de válvulas cambia con la
las válvulas se abren más tarde y se cierran
temperatura cambiante del motor, debe
antes.
ajustarse lo suficientemente grande.
• Un juego de válvula demasiado pequeño
Un juego de válvula demasiado grande
alarga los tiempos de distribución, es decir,
produce ruidos desagradables, así como
las válvulas se abren antes y se cierran más
cargas impulsivas y que aumentan el
tarde.
desgaste.
El ajuste mecánico del juego de válvulas no se
El juego de válvula influye en el tiempo de
utiliza en los motores de gasolina MINI.
distribución del motor y con ello en la potencia
del motor, el comportamiento de marcha, el
84
6
Índice Explicación
1 Cárter del cigüeñal
2 Pistón
3 Depósito de aceite
4 Bola de cierre
5 Muelles para los pistones
6 Cámara de presión
7 Muelles para la bola de cierre
8 Cilindro de presión
9 Orificio para el suministro de aceite
10 Rótula
Si la leva abre la válvula mediante la biela de
arrastre, también actúa una fuerza a través de
85
6
Generalidades
En los motores MINI se utilizan
exclusivamente válvulas elevadoras como
elemento de cierre de los canales de cambio
de gases. Las válvulas de admisión y escape
son elementos de precisión del motor que
están sujetas a grandes esfuerzos.
Las válvulas son órganos de bloqueo Sus tareas son:
que cierran la cámara de
combustión a los canales de cambio
de gases. En las válvulas de escape
• Bloqueo de los canales de cambio de gases
se plantean mayores exigencias
debido a la carga térmica. Los • Control del cambio de gases
muelles de válvula se encargan de
que la válvula siga el perfil de leva y • Obturación entre la cámara de combustión.
vuelva a cerrarse de nuevo.
La válvula siempre cumple con su función de
hermeticidad en contacto con el anillo de
asiento de válvula.
Las válvulas de admisión y escape están
sujetas a diferentes cargas. El esfuerzo debido
a sus propias fuerzas de inercia durante el
movimiento es de ambas al mismo tiempo
(durante la vida útil del motor se calculan
aprox. 300 millones de cambios de carga).
Las válvulas de escape reciben mucha carga
térmica adicional debido a los gases de
escape, mientras que las válvulas de
aspiración se refrigeran por el baño de gas
fresco. El calor es conducido desde las
válvulas por un conducto de propagación del
calor a través del asiento de válvula.
Debido a las diferentes cargas se utilizan 51 - Válvula en estado de montada
diversos materiales para las válvulas de
aspiración y de escape. Índice Explicación
Las válvulas forman junto con la guía de válvula 1 Piezas cónicas
y los muelles de válvulas un grupo que se 2 Junta de vástago de válvula
describe a continuación. El siguiente gráfico le
da una idea general sobre este grupo en el 3 Tapa de resorte de válvula inferior
estado de montado. 4 Canal de cambio de gases
5 Anillo de asiento de válvula
6 Culata
7 Guía de válvula
8 Muelle de válvula
9 Tapa de resorte de válvula superior
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6
Estructura
Esencialmente son válvulas que están
divididas en tres grupos: válvulas monometal,
válvulas bimetal y válvulas huecas.
Las válvulas monometal están fabricadas de
un material se les ha dado la forma deseada
forjándolas.
En el caso de las válvulas bimetales el vástago
y la cabeza de válvula están hechos por
separado y a continuación unidos por soldeo
de fricción. Tiene la ventaja de que se utiliza el
mejor material en cada caso para el vástago y
la cabeza. Las válvula bimetal están ajustadas
para válvulas de escape, ya que esta ventaja
resulta muy eficaz en este caso. Así la cabeza
de válvula está hecha de un material que es
totalmente adecuado para las altas
temperaturas, mientras que el vástago consta
de un material muy resistente al desgaste.
Las válvulas huecas se describen aparte
(véase abajo).
Independientemente de si las válvulas están
hechas de uno o más materiales, de si son
huecas o no, tienen básicamente la misma
estructura.
Una válvula se divide en cabeza de válvula,
asiento de válvula y vástago de válvula (véase
gráfico). El asiento de válvula forma junto con
la anillo de asiento de válvula una sola unidad
de funcionamiento. Por este motivo se
describen juntamente el anillo de asiento de
válvula y el asiento de válvula.
Índice Explicación
1 Rebaje
52 - Estructura de una válvula
2 Diámetro de eje
3 Garganta Cabeza de válvula
4 Cabeza de válvula La cabeza de válvula es toda la parte inferior
5 Altura de asiento de la válvula y aloja el platillo de válvula y la
garganta. En este punto se acumula la fuerza
6 Diámetro del plato resultante de la presión de la combustión. La
7 Diámetro de asiento altura del plato está correspondientemente
8 Ángulo de asiento diseñada.
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6
88
6
Válvulas huecas
La aplicación de válvulas huecas se lleva a
cabo por el lado de escape para reducir la
temperatura en la zona de la garganta y de los
platos. Para ello las válvulas tienen en esta
zona una cavidad.
Para transportar el calor se llena la cavidad del
vástago de válvula en aprox. 60 % del volumen
con sodio metálico de movimiento libre. El
sodio se derrite a 97,5 °C y ejerce en la
cavidad de la válvula un fuerte "efecto
agitador" correspondientemente en función
del número de revoluciones del motor. Una
parte del calor originado en la garganta y en la
cabeza de la válvula es conducido a través del
sodio líquido a la guía de válvula y entregado al
circuito de líquido refrigerante. La reducción
de temperatura obtenida es considerable.
Las válvulas huecas también pueden
diseñarse como monoválvulas y como
válvulas de bimetal.
3 Cuando se vaya a eliminar una válvula de
escape rellena de sodio debe prestarse 54 - Válvula hueca del motor N14
mucha atención a las normas de seguridad.
Un manejo inapropiado de una válvula de Índice Explicación
escape rellena de sodio significa peligro de 1 Vástago de válvula
explosión. Cuando se vayan a eliminar estas 2 Cavidad
válvulas no se pueden fundir o deformar sin
3 Cabeza de válvula
89
6
Guía de válvula
La guía de válvula se encarga de que la válvula el peligro de un ensanchamiento. De esta
esté centrada en su asiento de válvula y de forma pueden penetrar residuos de
que pueda transmitirse el calor de la cabeza de combustión en la guía.
la válvula a la culata a través del vástago de
Para que el funcionamiento de la válvula sea
válvula. Para ello se precisa de un juego
perfecto es necesario que el desplazamiento
óptimo entre el taladro de guía y el vástago de
de centros entre la guía de válvula y el anillo de
válvula. En el caso de que el juego sea
asiento de válvula se encuentre dentro de los
demasiado pequeño, la válvula tiende a
límites de tolerancia. Un desplazamiento de
atascarse. Si es demasiado grande, impide la
centros muy grande causaría una deformación
eliminación de calor. Se pretende conseguir el
del platillo de válvula contra el vástago. Esto
mínimo juego de guía de válvula posible.
puede provocar una avería prematura. Pero las
Las guías de válvula se introducen a presión consecuencias también pueden ser falta de
en la culata. La guía de válvula no puede estanqueidad, mala transferencia de calor y un
elevarse libremente en el canal de gases de elevado consumo de aceite.
escape, ya que debido a la temperatura existe
55 - Piezas cónicas de la
válvula que se enclavan y
que no se enclavan
En una conexión que no se enclava (A) las piezas cónicas y el vástago de válvula, lo que
mitades de las piezas cónicas (2) se apoyan permite un giro de la válvula. Este giro
unas con otras cuando están montadas. De favorece al comportamiento de entrada y a la
esta forma permiten que haya un juego entre limpieza del asiento de válvula.
las
90
6
Las fuerzas en dirección axial se transmiten enclava la válvula entre las mitades de las
mediante tres rebordes de piezas cónicas, que piezas cónicas y se impide una torsión
agarran en el rebaje del vástago de válvula. Por excesiva.
este motivo se han endurecido las piezas
Estas piezas cónicas de enclave (3) llamadas
cónicas.
piezas cónicas de válvula tienen preferencia
En caso de una conexión que se enclave (B) en motores con un elevado número de
después del montaje queda una ranura entre revoluciones. En los motores MINI no se
las mitades de las piezas cónicas. Con ello se utilizan.
Muelles de válvula
El muelle de válvula tiene la tarea de controlar la resistencia a la fatiga por vibración y a una
el cierre de la válvula, es decir, debe seguirse a optimización de la forma.
la leva de forma que ella misma se cierre a
Una reducción de la altura del muelle de
tiempo incluso en régimen máximo. Además,
válvula tiene una influencia directa sobre la
la fuerza debe ser tan grande, que se impedirá
altura del motor, lo que por un lado permite
que la válvula oscile directamente después de
una mayor libertad creativa en lo referente al
que se cierre (llamado también salto
espacio y por otro lado ayuda a poder reducir
posterior). Al abrir debe evitarse que la válvula
más el peso.
se levante de la leva (sobrevolar).
El aumento de las exigencias con los muelles
En el desarrollo posterior de los muelles de
de válvula lleva inevitablemente a un aumento
válvulas deben cumplirse además los
de la resistencia funcional. Para poder
siguientes objetivos.
garantizarlo, se exigirá el máximo en
• Reducción de la fuerza de muelle revestimiento, material y producción de los
muelles de válvula. Pero todos los requisitos
• Reducción de la altura
ya mencionados deben ser posibles
• Seguridad contra fallos rentablemente.
• Rentabilidad en las mejoras de producto.
Diseño constructivo
La fricción interna, entre otros, influye en el
En función de las exigencias pueden aplicarse
consumo de combustible del motor. Una parte
los diferentes diseños constructivos que se
importante de esa fricción corre por cuenta del
representan en el siguiente gráfico.
accionamiento de válvulas. Las fricciones del
accionamiento de válvulas aumentan o La forma constructiva estándar es el muelle
disminuyen con las fuerzas del muelle de simétrico y cilíndrico. En el caso de este
válvula. Las fuerzas máximas necesarias del muelle las distancias de las espiras son
muelle de válvula se producen de las fuerzas simétricas en ambos extremos del muelle y el
de inercia de las partes móviles del diámetro de espira es constante. La
accionamiento de válvulas desde la leva hasta progresión de la línea característica del muelle
la válvula. Esto incluye también el mismo (la fuerza del muelle aumenta con más fuerza
muelle de válvula. El objetivo, pues, es una cuanto mayor es la presión ejercida en el
disminución de la masa del muelle, lo que muelle) se consigue mediante el roce parcial
puede conseguirse mediante un aumento de de las espiras por el recorrido elástico.
91
6
Para mantener la masa móvil de muelle dirigidas a la culata. De todas formas existe el
reducida, el muelle puede arrollarse peligro de que el muelle se haya montado del
asimétricamente. Es decir, que las espiras revés, algo que debe evitarse absolutamente.
estrechas necesarias para la progresión están
Un muelle de válvula cónico también tiene la Como corte transversal del cable se utilizan
ventaja de que las masas en movimiento son básicamente cables redondos y ovalados. Con
menores y de que también puede utilizarse un el cable ovalado se consigue una altura de
platillo de válvula más pequeño, lo que reduce montaje reducida. Además esta forma es más
además las masas en movimiento. En el caso económica para los esfuerzos del muelle.
de un muelle de válvula cónico la altura del
bloque también es menor (altura del muelle,
cuando está totalmente comprimido). De
todas formas un muelle cónico tiene a
menudo menor progresión que un muelle
cilíndrico.
El muelle con forma de colmena consta de
una parte cilíndrica y de una parte cónica, a la
57 - Perfil del cable de los muelles de válvula
que se agarra el platillo superior del muelle.
Este diseño constructivo se utiliza siempre
que la guía de válvula con junta impida una Índice Explicación
forma de muelle puramente cónica. De esta 1 Redondo
manera puede reducirse la masa en 2 Ovalado
movimiento mediante los platillos de válvula
más pequeños. A través de la parte cilíndrica Los muelles dobles de válvula se utilizan para
puede ajustarse la progresión necesaria. reducir los impulsos de oscilación mediante
las diferentes frecuencias propias de los dos
muelles.
92
7
Indicaciones para el mantenimiento.
N12/N14 Mecánica del motor.
Introducción
1 - Secuencia de numeración
93
7
Cárter de cigüeñal
Placa de bancada de bancada. Las variaciones pueden producir
3 A la hora de realizar trabajos de
falta de estanqueidad en el cárter de cigüeñal
y daños en el motor. 1
Estas instrucciones para el
mantenimiento y reparación deben tenerse en
mantenimiento se encuentran en el cuenta las instrucciones de reparación y solo
apartado Componentes del sistema. Cilindro
debe utilizarse la masa obturante autorizada
indicada en las instrucciones. 1 3 Debe tenerse siempre en cuenta que el
3 Para asegurar el debido funcionamiento
emparejamiento de material de la superficie
de deslizamiento del cilindro y del pistón sea
del cigüeñal, debe mantenerse el orden
admisible. 1
correcto de las uniones atornilladas de la placa
Cárter de aceite
Generalidades montaje. Además hay que asegurarse de que
3 Para que el funcionamiento de la junta de se ha dejado escurrir el aceite del motor para
que durante el montaje no se humedezcan de
acero esté asegurada, no puede haber nada
aceite ni la superficie de brida ni la junta de
de aceite en el revestimiento de goma durante
acero. Para la junta líquida son válidas las
su montaje. Por ello las superficies de brida
mismas normas. 1
deben limpiarse directamente antes de su
94
7
Árboles de levas
Árboles de levas montados
3 Para montar y desmontar el árbol de levas
deben observarse las instrucciones de
reparación recogidas en el TIS. 1
95
7
96
8
Resumen.
N12/N14 Mecánica del motor.
Cuestiones a recordar
En las siguientes tablas se resume la La relación pretende transmitir los contenidos
información más importante sobre el tema de esta información de producto de un modo
Fundamentos del motor, mecánica del motor. compacto, permitiendo además una nueva
comprobación de los conocimientos.
Introducción
Relaciones
97
8
Mecanismo de cigüeñal
Accionamiento de válvulas
Cárter de cigüeñal
98
8
Cárter de aceite
99
8
Árboles de levas
100
8
101
8
102
9
Preguntas de test.
N12/N14 Mecánica del motor.
Catálogo de preguntas
En este apartado puede examinar los Se plantean preguntas sobre el tema
conocimientos adquiridos. planteado de la mecánica del motor.
4. ¿Por qué no es posible utilizar una junta normal entre la placa de bancada y el
cárter de cigüeñal?
4 Porque con la placa de bancada se atornilla al mismo tiempo el alojamiento del cigüeñal y
con una junta convencional no se puede conseguir el posicionamiento exacto necesario.
4 Porque debido a la diferencia en los materiales del cárter de cigüeñal y la placa de bancada
existe riesgo de corrosión por contacto si se utiliza una junta convencional.
4 Porque el uso de una junta convencional es más problemático a la hora de realizar trabajos
de servicio técnico.
103
9
6. ¿A qué se debe prestar especial atención durante el montaje del cárter del
cigüeñal?
4 A que los tornillos solo estén apretados con un tornillo de percusión
4 A que la junta/masa de obturación o la superficie de brida no tengan aceite
4 A que solo se pueden utilizar tornillos nuevos.
104
9
105
9
106
9
4 Motor de 8 cilindros en V.
4. ¿Por qué no es posible utilizar una junta normal entre la placa de bancada y el
cárter de cigüeñal?
5 Porque con la placa de bancada se atornilla al mismo tiempo el alojamiento del cigüeñal y
con una junta convencional no se puede conseguir el posicionamiento exacto necesario.
4 Porque debido a la diferencia en los materiales del cárter de cigüeñal y la placa de bancada
existe riesgo de corrosión por contacto si se utiliza una junta convencional.
4 Porque el uso de una junta convencional es más problemático a la hora de realizar trabajos
de servicio técnico.
107
9
6. ¿A qué se debe prestar especial atención durante el montaje del cárter del
cigüeñal?
4 A que los tornillos solo estén apretados con un tornillo de percusión
5 A que la junta/masa de obturación o la superficie de brida no tengan aceite
4 A que solo se pueden utilizar tornillos nuevos.
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110
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Bayerische Motorenwerke Aktiengesellschaft
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