MANUAL REFERENCIAL ASPECTOS TÉCNICOS BÁSICOS PARA DESARROLLAR EL DIAGNÓSTICO DE DISTINTOS COMPONENTES DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA - GASOLINA.

MANUAL REFERENCIAL ASPECTOS TÉCNICOS BÁSICOS PARA DESARROLLAR EL DIAGNÓSTICO DE DISTINTOS COMPONENTES DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA – GASOLINA.

INTRODUCCIÓN

1.1 Presentación

El presente documento corresponde a un Manual para la capacitación básica de mecánicos que ejecutan labores de diagnóstico, reparación y sustitución de componentes de motores de combustión interna en talleres automotrices.

La elaboración y posterior aplicación de este manual en programas de capacitación, forma parte de la agenda establecida por la autoridad para la implementación de la nueva normativa para la fiscalización de emisiones en el proceso de revisiones técnicas vehiculares.

1.2 Objetivos del Manual

El objetivo de este Manual es entregar los conocimientos técnicos necesarios para desarrollar un apropiado diagnóstico del estado de los distintos componentes del motor de combustión interna, principalmente orientado a las emisiones de contaminantes atmosféricos, de modo de aplicar las acciones oportunas en cuanto a reparación o recambio de componentes, según corresponda.

Este manual constituye, en consecuencia, la base de programas de capacitación orientados a mecánicos de talleres de reparación de vehículos. Por las diferencias entre los diferentes modelos de vehículos la capacitación por parte de los fabricantes de vehículos es indispensable.

1.3 Descripción de Contenidos

En el presente manual se presenta, en al Capítulo 2, una descripción general de los motores de combustión interna, lo que incluye una descripción de sus principales componentes y de los sistemas que se utilizan para la reducción y control de la s emisiones.

El Capítulo 3, se explican los mecanismos a través de los cuales se forman los distintos contaminantes atmosféricos que emite el motor.

El Capítulo 4, se refiere al diagnóstico y reparación de fallas que afectan a los sistemas que afectan al desarrollo y emisión de contaminantes.

2 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA Y SUS COMPONENTES

2.1 Generalidades

Un motor de combustión interna es básicamente una máquina que mezcla oxígeno con combustible atomizado. Una vez mezclados íntimamente y confinados en un espacio denominado cámara de combustión, los gases son encendidos para quemarse (combustión). Debido a su diseño, el motor, utiliza el calor generado por la combustión, como energía para producir el movimiento giratorio.

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Figura 2.1 Elementos del motor

Fuente: www.wikipedia.org

El motor de combustión está constituido por los elementos principales que se muestran en la Figura

3.1. Estos elementos son:

1: eje de levas 7: eje cigüeñal 2: empujador de válvula 8: contrapeso

3: válvula 9: lubricante

4: bujía 10: culata

5: pistón 11: block

6: biela 12: cárter

El ciclo Otto se caracteriza porque todo el calor se aporta a volumen constante. El ciclo de un motor Otto de cuatro tiempos, consta de cuatro procesos (ver diagrama presión - volumen de la Figura 3.2):

Los cuatro procesos son los siguientes:

1-2: Compresión adiabática

2-3: Ignición, aporte de calor a volumen constante.

La presión se eleva rápidamente antes de comenzar el tiempo útil

3-4: Expansión adiabática o parte del ciclo que

entrega trabajo

4-1: Escape, cesión del calor residual al medio

ambiente a volumen constante Figura 2.2. Diagrama P-V Ciclo Otto

Fuente: www.todomotores.cl

En la Figura 2.3, se muestran la posición del pistón en cada uno de los cuatro tiempos antes señalados. En la carrera de admisión, se abre la válvula de admisión, el pistón baja hacia el punto muerto inferior (PMI) y el cilindro se llena de aire mezclado con combustible. En la carrera de compresión se cierra la válvula de admisión, el pistón sube hacia el punto muerto superior (PMS) y comprime la mezcla de aire/gasolina. En la carrera de ignición-expansión, se enciende la mezcla comprimida y el calor generado por la combustión expande los gases que ejercen presión sobre el pistón, constituyendo la carrera efectiva de trabajo del ciclo. Finalmente en la carrera de escape, se abre la válvula de escape, el pistón se desplaza hacia el punto muerto superior, expulsando los gases quemados.

ADMISIÓN COMPRESIÓN IGNICIÓN-EXPANSIÓN ESCAPE

Figura 2.3. Diagrama de los cuatro tiempos del motor ciclo Otto.

Fuente: www.todomotores.cl

Figura 2.4. Orden de encendido de un Motor ciclo Otto de cuatro cilindros

Fuente: www.todomotores.cl

En la Figura 2.4 se presenta una configuración de motor ciclo Otto de cuatro tiempos y cuatro cilindros, donde se aprecia el orden típico de encendido de esta configuración.

La eficiencia de un motor queda definida por la fracción de la energía química contenida en el combustible, que es efectivamente transformada en energía mecánica. Esta eficiencia está limitada por varios factores en la operación del motor.

En general, la eficiencia de un motor de este tipo depende de la relación de compresión, definida ésta como la proporción entre los volúmenes máximo y mínimo de la cámara de combustión. Esta proporción suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de combustibles de alto índice octano. Una relación de compresión baja requiere un octanaje bajo para evitar los efectos de detonación del combustible, es decir, que se produzca una auto-ignición del combustible antes de producirse la chispa en la bujía. De la misma manera, una compresión alta requiere un combustible de octanaje alto para evitar el mismo problema. La eficiencia media de un buen motor Otto es de un 20 a un 25%, es decir sólo la cuarta parte de la energía calorífica se transforma en energía mecánica.

2.2 El Proceso de Combustión

Un proceso de combustión ideal o perfecta, consiste en la oxidación de un hidrocarburo (combustible). Como productos de esta combustión ideal se

OXÍGENO 02

+ COMBUSTIÓN

CO2

obtiene dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O) (véase figura 2.5). Para lograr esta combustión la relación

HIDROCARBURO

CxHy

IDEAL

H2O

aire/combustible debe ser 14.7:1, lo que se conoce como mezcla estequiométrica.

Figura 2.5. Combustión Ideal

OXÍGENO 02

+

HIDROCARBURO

CxHy

COMBUSTIÓN REAL

CO2 H20 CO O2 HC

NOx MP H2S

Otros

El proceso de combustión que tiene lugar en la cámara de combustión de un motor no es ideal, debido principalmente a que la reacción química dentro de la cámara de combustión se hace en condiciones variables y no se verifica una oxidación completa, que los combustibles tienen otros elementos, tales como azufre,

Figura 2.6. Combustión Real

plomo, además de carbono e hidrógeno y que el oxígeno utilizado proviene de aire

ambiente, que contiene otros elementos además de oxígeno. Una combustión real entonces, genera como productos, además del dióxido de carbono y vapor de agua,

monóxido de carbono, CO; hidrocarburos sin quemas, HC; óxidos de nitrógeno, NOx; material particulado, MP; sulfuro de hidrógeno, H2S, SO2, entre otros.

En todos los procesos de combustión existen límites máximo y mínimo de combustible que pueden ser mezclados con una cantidad específica de aire para lograr que dicha mezcla pueda incendiarse. En caso de la gasolina, la mezcla en la que se obtiene la menor cantidad de emisiones de los tres contaminantes criterio (monóxido de carbono, hidrocarburos y óxidos de nitrógeno), con una potencia y rendimiento de combustible aceptable es la mezcla estequimétrica (14.7 partes de aire por una parte de gasolina). A esta relación se le corresponde un valor lambda igual a 1. Cuando en la mezcla aire–combustible se inyecta una mayor cantidad de aire a la establecida estequiométricamente, se dice que la misma está empobrecida y el valor de lambda supera la unidad.

2.3 Principales Sistema del Motor

El motor de combustión interna, ciclo Otto, está compuesto por los siguientes sistemas principales, que están directamente relacionados con el control de la combustión y, en consecuencia, con las emisiones de contaminantes atmosféricos:

• Sistema de alimentación

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