Elementos que componen el motor

En el motor del automóvil se pueden diferenciar para su estudio los elementos fijos necesarios para su funcionamiento (culata, bloque, cárter), otros elementos fijos que cumplen determinada función en el motor (cilindro, bulón, anillos, rodamientos, cojinetes) y los elementos móviles o dinámicos que están sometidos a altas temperaturas y esfuerzos (pistón, biela, cigüeñal, volante, dámper).

Componentes principales del motor

Te has preguntado ¿Quiénes componen el conjunto móvil del motor? veamos a continuación:

El Cilindro

Consta de dos partes: cuerpo cilíndrico y culata, sus dimensiones van determinadas de acuerdo al diseño. El diseño varía en función de las características del motor, cantidad de cilindros, potencia, velocidad de régimen.

En su interior tiene lugar la expansión de la mezcla, dentro de él se desplaza el pistón de forma alternativa, desde el punto muerto inferior al punto muerto superior, por lo que sus paredes deben llevar un tratamiento, revestidas en metal cromo, aumentando también la dureza y resistencia ante la corrosión, que se presenta por los ácidos que se genera en la combustión.

En los motores de varios cilindros es común que se fundan en el bloque, en el caso que los cilindros sean muy grandes, se funden de a dos para facilitar la fabricación, como es el caso de los vehículos pesados.

En las cavidades de los cilindros se revisten las camisas a fin de obtener una buena resistencia al rozamiento, al desgaste y el choque térmico. El material utilizado para las camisas es una fundición gris o fosforosa, puede ser húmeda o seca teniendo en cuenta si tiene contacto con el sistema de refrigeración. Tienen la ventaja de que en caso de avería en el motor, evita la sustitución completa del bloque.

En los vehículos antiguos se rectificaba el bloque del motor y se cambiaba la dimensión del pistón, se hablaba de pistones en estándar, 0.25, 0.5, 0.75, esto generaba problemas en la compresión. En los cilindros de camisa húmeda ya todos los pistones están en estándar, se sustituye el “liner set” que viene (cilindro, pistón, biela) y se sustituye de acuerdo a la cantidad que necesaria ya sea uno o cuatro, los que se necesiten. Como el caso de la Chevrolet D-max, que viene de esta forma, comercializan un liner set o también comercializan el kit de reparación que consta de 4 liner set en conjunto con el cigüeñal y un costo menor que por partes.

Los cilindros de camisa húmeda llevan un anillo de caucho sintético especial en la parte inferior y uno de cobre en la parte superior para generar estanqueidad, que con la junta de la culata sujetan con firmeza la camisa al bloque.

El pistón

El pistón es parte fundamental del motor, es la que soporta el trabajo de la combustión y transmite la fuerza a través de la biela al cigüeñal, fuerza que recibe en su parte superior o cabeza. Generalmente tiene la forma de vaso invertido, con la evolución de los motores y los diferentes combustibles que se pueden utilizar han tenido algunas variaciones de diseño, presentan cavidades en su cabeza para inyección directa de combustible, también se han implementado diseños de cabezas cónicas variando la forma de la cámara de combustión, su forma depende también de la capacidad volumétrica y del recorrido de las válvulas, esto a fin de volverlos más eficientes evitando inconvenientes como el cascabeleo o pistoneo.

El bulón

El pistón tiene un orificio donde se aloja el bulón que es el pasador o eje que posiciona el pistón en la biela. Es un eje de acero duro, rectificado y hueco, centrado en el pistón. Para evitar que se salga del pistón, se asegura con un tornillo que se sujeta con un pasador, un clip o muelle de acero de dos espiras comprimido o un tornillo que se ajusta con una abrazadera.

Los anillos

En el pistón se generan unos movimientos laterales o de campaneo, como el aluminio se dilata con el calor habría que montar los pistones en frio y demasiado holgados, con el motor caliente. El pistón durante su recorrido deberá ajustar perfectamente alrededor del cilindro, asegurando la estanqueidad para que no existan fugas de aceite o de gases, que hagan perder fuerza  a la compresión y la expansión, como esto produciría un rozamiento se deja una holgura entre el pistón y la camisa para evitar estas fugas se colocan los anillos.

Los anillos son unos aros elásticos, de un diámetro mayor al del pistón, de forma elíptica que se alojan en unas hendiduras donde se contraen al introducirse en la camisa. Los anillos son tres, el primero que está en la parte superior sirve para evitar pérdidas en la compresión, el segundo anillo se le conoce con el nombre de rascador, cumple con dos funciones la primera es la de ser un segundo anillo de compresión, ayuda a mezclar el  aceite con las partículas de carbón, aumentando el nivel de ácido lo que provoca una desaceleración del aceite de lubricación y evita que las partículas de carbono se utilicen en otras partes del motor. El tercer anillo es de acero inoxidable y es el encargado de realizar la lubricación del cilindro.

Las bielas

Son forjadas en acero o níquel y cromo, aunque es una sola pieza se divide en tres partes: el pie, el cuerpo y la cabeza. Para evitar el cabeceo de la carrera del pistón, la cabeza y el pie están alineados. El  pie es la unión de la biela al pistón, tiene un anillo antifricción de bronce fosforoso. El cuerpo está situado entre la cabeza y el pie, es la parte rígida de la biela, la construyen en forma de H o de doble T. también se construía redondo y su interior servía para llevar el aceite al pie de la biela. La cabeza de la biela está fundida en el mismo cuerpo, gira sobre el codo del cigüeñal y consta de dos partes, la cabeza se maquina completa y se  divide en dos semi cabezas, la segunda se puede denominar sombrerete y se fija con unos tornillos

Existen varios tipos de disposición para las bielas, usadas en los motores en “v”. Estas son las bielas cuya unión tienen una forma especial, suelen ser de tres tipo:

Bielas ahorquilladas: este sistema usa un casquillo para unir las dos bielas que trabajan sobre el mismo codo del cigüeñal.

Bielas articuladas: este sistema usa un cojinete único para las dos bielas, su construcción es sencilla y económica.

Bielas conjugadas: este tipo de biela es el que se usa en la actualidad, son bielas independientes que se montan sobre el mismo codo de cigüeñal.

Los cojinetes o rodamientos

Los cojinetes son dos medios casquetes o casquillos, delgados y flexibles de acero y cobre, recubiertos en un material antifricción. El cojinete original de metal babbit inventado por Isaac Babitt, la formula exacta de babbit no se conoce con certeza. Es una estructura multi metal, existen varias composiciones de estaño-cobre, estaño-antimonio, plomo-antimonio, cobre-plomo, plomo-estaño y cobre-estaño-plomo.

En motores especiales y en las motocicletas se utilizan cojinetes de bolas para la articulación de la cabeza de biela.

El cigüeñal

El cigüeñal o árbol de motor de transmisión en conjunto con las bielas transforma el movimiento rectilíneo del pistón en un movimiento circular, es un eje en forma de palancas denominadas muñequillas y dos brazos que hacen contrapeso. Cada muñequilla se une a la biela y esta a su vez al pistón creando el mecanismo biela manivela.

El cigüeñal presenta en sus extremos un dámper anti vibración para absorber las vibraciones del motor, el volante motor para acumular la inercia y normalizar el movimiento del cigüeñal y un piñón para el engranaje del eje de levas.

El cigüeñal gira sobre los cojinetes unidos al cárter superior y el sombrerete de la biela que cierra y sostiene el eje.

El volante

El volante acumula inercia y regula el movimiento del motor. Es una rueda dentada de fundición o acero, que está montada en el cigüeñal y próximo a la caja de cambios, ya que se comunica con el embrague, que cumple la función de conectar el motor con la caja. El fabricante suele marcar algunas referencias valiosas para el reglaje de la distribución en el volante.

El dámper

Como el volante motor va montado a un extremo del cigüeñal, queda desbalanceado el cigüeñal; el dámper ofrece resistencia a los violentos impulsos que las expansiones comunican a los codos del cigüeñal y tiende a torcerse elásticamente.

El bloque motor

Básicamente es lo que normalmente llamamos un motor, ya que las otras partes están conectadas a él y el proceso de combustión tiene lugar dentro de él. Suele ser de acero o de aluminio fundido, siendo este último más ligero y capaz de disipar mejor el calor.

El bloque motor contiene los cilindros y otros componentes del motor como el cigüeñal, las bielas y los pistones. El diámetro y la carrera del cilindro determinan la cilindrada del motor e incluyen los conductos de lubricación y refrigeración.

El bloque motor debe soportar las fuertes cargas creadas por la combustión en la culata y alberga las camisas de los cilindros por las que pasan los pistones. También contiene las tapas sobre las que se apoya el cigüeñal.

Hay dos tipos de bloques: secos y húmedos. Las camisas de los cilindros actúan como depósito y cámara y están conectadas a otros cilindros, que son más finos y pequeños en los primeros que en los segundos, en los que hay un sistema de refrigeración por agua y la estanqueidad la proporciona un anillo de goma en la parte superior e inferior.

El árbol de levas

Se trata de una varilla o eje giratorio con paletas o levas encargado de abrir y cerrar las válvulas. Esta varilla está unida a la cabeza del bloque del motor. En algunos casos hay dos: uno para las válvulas de admisión y otro para las de escape. Los árboles de levas están conectados al cigüeñal mediante una correa o cadena de distribución. También distribuyen el aceite en el motor y accionan la bomba de combustible.

Al girar el motor de arranque con la llave de contacto, un impulso eléctrico mueve el cigüeñal. Las bielas empujan y tiran de los pistones hacia los cilindros, comprimiendo la mezcla de aire y combustible y creando una chispa que enciende las bujías en la cámara de combustión.

El árbol de levas, conectado al cigüeñal, lo acciona y permite que las válvulas se abran y cierren para dejar entrar o salir la mezcla de gases resultante.

Hay varios tipos:

SV: también llamadas válvulas laterales porque están situadas en el lado del cilindro en el bloque del motor.

OHV: En este caso, el árbol suele estar situado en la parte inferior del bloque de cilindros y las válvulas se encuentran en la culata. La transmisión de potencia del cigüeñal al árbol de levas se produce directamente a través de engranajes o de una cadena corta.

OHC: El árbol de levas está situado en la culata, junto a las válvulas. Es el sistema más común y existen dos variantes: SOHC y DOHC. La primera variante utiliza un único árbol de levas para todas las válvulas. En el segundo, un árbol de levas se utiliza para las válvulas de admisión y el otro para las de escape.

El cárter

En la base del motor y atornillado al bloque, encontramos el cárter, que tiene forma de bañera y se encarga de alojar el aceite que mantiene lubricados y refrigerados todos los componentes del conjunto.

Su forma es muy importante, pues el aceite debe caer hacia la zona más baja del cárter para que la bomba de aceite pueda succionar el lubricante y así enviarlo al resto del motor. También es relevante el material del que está fabricado, pues debe servir de disipador del calor que el aceite lleva consigo para que se enfríe antes de volver a ser succionado por la bomba.

El cárter, que cierra el bloque motor de forma estanca, suele estar fabricado de chapa de acero o aleaciones de aluminio y su cuerpo cóncavo incorpora chapas que contribuyen a frenar el movimiento del aceite en su interior a consecuencia de las inercias resultantes del movimiento del automóvil.

El cárter está formado por dos partes:

Cárter superior, intermedio o de cigüeñal: es la parte estructural del bloque motor que queda unida al conjunto formado por los cilindros y el cigüeñal. De su rigidez depende la eficacia del motor.

Cárter inferior o de aceite: es la parte inferior de la carcasa del cárter y está fijada por tornillos al cárter superior. Recoge el aceite, donde será aspirado por la bomba de aceite. Existe una variante llamada cárter seco, que es un compartimento mucho más pequeño e independiente en el que se aloja el aceite. Es muy utilizado en competición y aviación porque reduce al mínimo las inercias y con ello el riesgo de que la bomba se descebe.

La junta de la culata

Como enlace entre el bloque del motor y la culata, la junta de culata sirve para sellar el conjunto, evitando que los gases de compresión y el anticongelante o el aceite se escapen de los canales de lubricación.

Los dos materiales más utilizados para las juntas son el amianto o las aleaciones de aluminio, que proporcionan resistencia, conductividad térmica y rigidez. Esto reduce los puntos calientes que pueden conducir a la detonación, aumentando la relación de compresión de las culatas y, por tanto, la potencia.

Válvulas 

Las válvulas del motor son los componentes metálicos que permiten que la mezcla de combustible y aire fluya hacia las cámaras de combustión y que los gases de combustión salgan. Sin estos componentes mecánicos no sería posible el funcionamiento del motor, ya que su movimiento es necesario para generar la energía necesaria para poner en movimiento las ruedas.

Estructuralmente, la válvula consta de una parte larga llamada vástago o cola de la válvula y una parte superior llamada cabeza de la válvula o plato de la válvula. Para esto último, se utilizan materiales de aleación que deben soportar altas temperaturas (hasta 1000º Celsius) durante el ciclo de funcionamiento.