En esta sección describimos las distintas partes de un motor térmico. De motores térmicos han de muchos tipos, sin embargo nos centraremos en el motor diesel y el motor de gasolina (de ciclo Otto).
A pesar ser motores distintos comparten muchas partes en común, por lo que el esquema presentado nos servirá para indicar la nomenclatura de cada elemento.
Los elementos más importantes de los motores de combustión interna, comunes a los motores de explosión y diesel, los clasificamos en dos grandes grupos:
- Elementos fijos de un motor térmico: bloque, culata, cárter.
- Elementos móviles de un motor térmico: pistón, biela, cigüeñal y volante de inercia.
1.- La bancada.
2.- El cilindro.
3.- Bandeja, depósito de aceite
4.- El cigüeñal.
5.- Biela
6.- Pasador del émbolo
7.- El pistón.
8.- Aros de compresión
9.- Eje cigüeñal
10.- La bujía.
11.- Resorte de válvula
12.- Árbol de levas
13.- Balancín
14.- Válvula de escape
15.- Válvula de aspiración
16.- Cabeza de la válvula
El cilindro, es el contenedor en forma cilíndrica en el cual se mueve el pistón con movimiento rectilíneo alternativo. El cilindro es parte del bloque de cilindros o monobloque, como se llamaba antiguamente. Éste, a su vez, forma parte de la bancada, que podemos considerar como la estructura fundamental del motor. En muchos casos, el bloque de cilindros está separado de la bancada, a la cual va unido por medio de bulones.
La parte superior del cilindro está cerrada por la culata.
El volumen comprendido en el cilindro entre la culata y el pistón representa la cámara de combustión, en la cual se quema la mezcla de aire y combustible, es decir, el fluido activo.
¿Cuáles son los elementos fijos de un motor térmico?
Bloque del motor
El bloque es el elemento que contiene los cilindros. En el interior del bloque del motor se ubican los elementos motrices (pistones, bielas y cigüeñal), a los que sirve de soporte o bancada. Se fabrica generalmente de fundición gris (aleación de hierro con un contenido de carbono que oscila entre un 2 y un 4,5%) o de aleación de aluminio. La forma y dimensiones depende del número y disposición de los cilindros.
En el exterior del bloque se fijan el resto de elementos constructivos del motor térmico: la culata en la parte superior y el cárter en la parte inferior. En un extremo van ubicados los elementos de mando de la distribución y de los órganos auxiliares del motor, como el alternador, el compresor del aire acondicionado, etc., y en el extremo opuesto se sitúa la caja de velocidades.
En el bloque hay también los elementos de anclaje del motor al chasis, soportes que disponen de elementos elásticos para absorber las vibraciones del motor, evitando así que se transmitan a la carrocería.
Cilindros del motor
Los cilindros son la parte más importante del bloque. Dentro del cilindro se desplaza el pistón entre las posiciones extremas (punto muerto superior PMS y punto muerto inferior PMI) que ocupa durante su movimiento alternativo.
En el caso del motor de gasolina (ciclo Otto) la presencia de la bujía es necesaria. En este caso, la bujía será la encargada de generar una chispa dentro del cilindro para iniciar la ignición del combustible, en este caso, gasolina.
Según el procedimiento utilizado para la obtención de los cilindros, distinguimos tres tipos de bloque:
- Bloque integral: Los cilindros se mecanizan sobre el material del mismo bloque.
- Bloque de camisas secas: En este caso, se monta un cilindro de pared delgada o camisa en cada orificio del bloque. Estas camisas están montadas a presión, en contacto con la pared del bloque, para que se puedan refrigerar.
- Bloque de camisas húmedas: Las camisas son de pared gruesa y en contacto directo con el líquido refrigerante, el cual constituye el cilindro auténtico. Son fácilmente desmontables y van provistas de juntas de estanqueidad para evitar que el líquido pase al cartero.
Culata del motor
La culata está fijada por tornillos o espárragos sobre el plano superior del bloque. La culata sirve de tapa estanca para los cilindros, ya que aloja toda o parte de la cámara de combustión, excepto en el caso de que ésta esté formada en la cabeza del pistón.
Se instala, entre otros elementos, las válvulas, en el motor de 4 tiempos , con los mecanismos para accionarlas; elementos de encendido e inyección, colectores de admisión y escape, etc. En la culata, también se mecanizan las cámaras del líquido refrigerante.
Las culatas se fabrican generalmente de aleación de aluminio, material con un bajo peso específico y una buena conductividad térmica, que permite evacuar rápidamente el calor. Las culatas para el motor 2 tiempos (motocicletas de pequeña cilindrada) son más sencillas, ya que no llevan distribución, y muchas son refrigeradas por aire.
Para asegurar una perfecta estanqueidad entre la culata y el bloque de cilindros y teniendo en cuenta que tiene que soportar grandes presiones y temperaturas, se monta entre los dos elementos una junta, llamada junta de culata, fabricada de fibras sintéticas en sustitución del amianto, muy negativo para la salud.
Cárter
El cárter es el recipiente que contiene el aceite de lubricación del motor térmico. Va montado en la parte inferior del bloque mediante tornillos y con la interposición de una junta para facilitar la estanqueidad. Normalmente es de chapa de acero, aunque también se puede fabricar de aleación de aluminio, debido a la buena conductividad térmica de este metal y la reducción del nivel sonoro del motor.
En el interior del cárter hay tabiques para frenar el movimiento del aceite durante el desplazamiento del vehículo. Se añade, en la parte inferior, un tapón roscado para vaciar el aceite.
¿Cuáles son los elementos móviles de un motor térmico?
Pistón
El pistón es el elemento móvil que se desplaza por el interior del cilindro, con un movimiento rectilíneo alternativo. Este movimiento le viene dado, en el momento de la explosión, por la fuerza de los gases y, durante los otros tiempos, por la biela. Consta de dos partes: la cabeza y la falda. La cabeza recibe la presión originada por la explosión y trabaja a temperaturas muy altas (de 300 ºC a 400 ºC). Tiene unas ranuras donde se alojan los segmentos que aseguran la estanqueidad. Normalmente se fabrica de aluminio con aleaciones de cobre, silicio y níquel para endurecerlo.
El pistón está unido a la biela a través del bulón, lo que permite un movimiento de oscilación entre los dos elementos. El bulón se fabrica de acero cementado, material de gran dureza y tenacidad, y en forma de cilindro hueco para aligerar su peso y, por tanto, para reducir inercias.
Segmentos
Son unos anillos elásticos, situados en número variable sobre las ranuras hechas en la cabeza del pistón.
Cumplen las siguientes funciones:
- Asegurar la estanqueidad y la lubricación del cilindro.
- Evacuar calor hacia el cilindro.
- Evitar que pase aceite en la cámara de combustión.
Hay de dos tipos: de compresión y de ontaje.
Segmentos de compresión: Generalmente se montan dos, el de fuego y el de estanqueidad:
- Segmento de fuego: Va montado en la parte más alta de la cabeza del pistón y está sometido a condiciones muy duras de trabajo debido a las presiones y las temperaturas altas a las que está expuesto. Para aumentar su resistencia, habitualmente está recubierto de cromo.
- Segmento de estanqueidad: Va situado tras el segmento de fuego y, habitualmente, es cónico. El segmento más grande queda abajo. Está sometido a condiciones menos severas que el segmento de fuego.
Segmento de ontaje: Se sitúa después del segmento de estanqueidad y tiene en la periferia una serie de
Ranuras que permiten ir recogiendo el aceite depositado en las paredes del cilindro durante los desplazamientos
Del pistón y enviarlo al interior del pistón para lubricar el bulón.
Biela
La biela transmite al cigüeñal la fuerza con la que la explosión de los gases empuja el pistón. Al mismo tiempo, forma parte del conjunto que transforma el movimiento lineal alternativo en rotativo. Se fabrica, generalmente, de aleación de acero al carbono con cromo, manganeso o molibdeno.
Consta de tres partes: cabeza, cuerpo y pie. La cabeza es la parte que va unida al cigüeñal, mediante la interposición de los semicojinetes de biela, también llamados de antifricción. El cuerpo tiene perfil de doble T o H; y está sometido a grandes esfuerzos de tracción, compresión y flexión, y la parte superior, llamada pie de biela, constituye la unión con el pistón a través del bulón y con la interposición de un cojinete de bronce.
Cigüeñal
El cigüeñal recoge las fuerzas originadas durante la explosión y convierte, mediante la biela, el movimiento lineal alternativo del pistón en movimiento rotativo. Transmite el movimiento y la fuerza motriz a los elementos de transmisión que le son acoplados. Está sometido a esfuerzos de torsión y flexión, y tiene una estructura fuerte y muy resistente. Los cigüeñales, que se pueden obtener a través de procesos de fundir o forjar, se fabrican de acero con aleaciones de Cr, Ni, Mo, etc.
El cigüeñal consta de unos soportes, normalmente cinco para un motor de cuatro cilindros en línea, que van sujetas a la bancada del bloque. También lleva unos codos llamados muñones donde se sujetan las bielas. En la prolongación de cada codo están los contrapesos, que sirven para equilibrar el cigüeñal. En un extremo del cigüeñal va montado el piñón de la distribución y, en el otro, el volante de inercia.
Volante de inercia
el volante de inercia tiene la función de almacenar energía cinética para suavizar y regularizar el giro del motor térmico. Esta energía la acumula en el tiempo motriz (explosión) y la cede durante los tiempos pasivos o resistentes (admisión, compresión y escape).
El volante de inercia se fabrica de fundición gris y en la periferia puerta, montada a presión, una corona dentada de acero estampado y cementado que es donde se acopla el motor eléctrico de arranque del vehículo. Su peso y dimensiones están perfectamente calculados para cada tipo de motor.
