Nunca he sido un chico de automóviles. Simplemente no tenía ningún interés en trabajar bajo el capó para averiguar cómo funciona mi auto. Excepto por reemplazar mis filtros de aire o cambiar el aceite de vez en cuando, si alguna vez tenía un problema con mi auto, lo llevaba al mecánico y cuando salía a explicarme qué estaba mal, asintió educadamente y fingí que sabía de lo que estaba hablando.
Pero últimamente he tenido el picor de aprender los conceptos básicos de cómo funcionan los autos. No planeo convertirme en un mono lleno de grasa, pero quiero tener una comprensión básica de cómo todo en mi auto lo hace funcionar. Como mínimo, este conocimiento me permitirá tener una idea de lo que el mecánico está hablando la próxima vez que lleve mi auto. Además me parece que un hombre debe ser capaz de comprender los fundamentos de la tecnología que utiliza cada día. Cuando se trata de este sitio web, sé cómo funciona la codificación y el SEO; es hora de que examine las cosas más concretas de mi mundo, como lo que hay debajo del capó de mi auto.
Me imagino que hay otros hombres adultos que son como yo, hombres que no son chicos de autos, pero tienen un poco de curiosidad sobre cómo funcionan sus vehículos. Así que planeo compartir lo que estoy aprendiendo en mi propio estudio y retoques en una serie ocasional que llamaremos Gearhead 101. El objetivo es explicar los conceptos básicos de cómo funcionan varias partes de un automóvil y proporcionar recursos sobre dónde puede aprender más por su cuenta.
Así que sin más preámbulos, comenzaremos nuestra primera clase de Reductor 101 explicando los entresijos del corazón de un automóvil: el motor de combustión interna.
El motor de combustión interna
Un motor de combustión interna se llama «motor de combustión interna» porque el combustible y el aire se queman dentro del motor para crear la energía para mover los pistones, que a su vez mueven el automóvil (a continuación le mostraremos cómo sucede eso en detalle).
Contrasta con un motor de combustión externa, donde el combustible se quema fuera del motor y la energía creada a partir de esa combustión es lo que lo alimenta. Las máquinas de vapor son el mejor ejemplo de esto. El carbón se quema fuera del motor, que calienta el agua para producir vapor, que luego alimenta el motor.
La mayoría de la gente piensa que en el mundo del movimiento mecanizado, los motores de combustión externa a vapor precedieron a la variedad de combustión interna. La realidad es que el motor de combustión interna fue lo primero. (Sí, los antiguos griegos se metieron con motores a vapor, pero nada práctico surgió de sus experimentos.)
En el siglo XVI, los inventores crearon una forma de motor de combustión interna utilizando pólvora como combustible para impulsar el movimiento de los pistones. En realidad, no fue la pólvora lo que los movió. La forma en que funcionaba este motor de combustión interna era meter un pistón hasta la parte superior de un cilindro y luego encender pólvora debajo del pistón. Se formaría un vacío después de la explosión y succionaría el pistón por el cilindro. Debido a que este motor dependía de los cambios en la presión del aire para mover el pistón, lo llamaron el motor atmosférico. No fue muy eficiente. En el siglo XVII, las máquinas de vapor mostraban muchas promesas, por lo que el motor de combustión interna fue abandonado.
No sería hasta 1860 que se inventaría un motor de combustión interna confiable y funcional. Un belga llamado Jean Joseph Etienne Lenoir patentó un motor que inyectaba gas natural en un cilindro, que posteriormente fue encendido por una llama permanente cerca del cilindro. Funcionaba de manera similar al motor atmosférico de pólvora, pero no de manera demasiado eficiente.
Basándose en ese trabajo, en 1864 dos ingenieros alemanes llamados Nicolaus August Otto y Eugen Langen fundaron una empresa que fabricaba motores similares al modelo de Lenoir. Otto dejó de administrar la compañía y comenzó a trabajar en un diseño de motor con el que había estado jugando desde 1861. Su diseño condujo a lo que ahora conocemos como el motor de cuatro tiempos, y el diseño básico todavía se usa en los automóviles de hoy en día.
La anatomía de un motor de automóvil
Un motor V-6
Le mostraré cómo funciona el motor de cuatro tiempos aquí en un momento, pero antes de hacerlo, pensé que sería útil revisar las diversas partes de un motor para que tenga una idea de lo que está haciendo qué en el proceso de cuatro tiempos. Hay terminología a lo largo de estas explicaciones que se basa en otros términos de la lista, así que no se preocupe si se confunde al principio. Lea todo el artículo para tener una comprensión general, y luego léalo de nuevo para tener una comprensión básica de cada pieza a medida que se habla de ella.
Bloque de motor (Bloque de cilindros)
El bloque de motor es la base de un motor. La mayoría de los bloques de motor están fundidos a partir de una aleación de aluminio, pero algunos fabricantes siguen utilizando hierro. El bloque del motor también se conoce como bloque de cilindros debido al gran orificio o tubos llamados cilindros que se funden en la estructura integrada. El cilindro es donde los pistones del motor se deslizan hacia arriba y hacia abajo. El más cilindros de un motor más potente es. Además de los cilindros, hay otros conductos y pasadizos integrados en el bloque que permiten que el aceite y el refrigerante fluyan a diferentes partes del motor.
¿Por qué un motor se llama «V6» o «V8»?
¡Gran pregunta! Tiene que ver con la forma y el número de cilindros que tiene un motor. En los motores de cuatro cilindros, los cilindros suelen montarse en línea recta por encima del cigüeñal. Este diseño de motor se denomina motor en línea.
Otro diseño de cuatro cilindros se llama «cuatro planos».»Aquí los cilindros se colocan horizontalmente en dos bancos, con el cigüeñal bajando por el centro.
Cuando un motor tiene más de cuatro cilindros, se dividen en dos bancos de cilindros, tres cilindros (o más) por lado. La división de cilindros en dos bancos hace que el motor parezca una «V». Un motor en forma de V con seis cilindros = motor V6. Un motor en forma de V con ocho cilindros = V8 — cuatro en cada banco de cilindros.
Cámara de combustión
La cámara de combustión en un motor es donde ocurre la magia. Es donde el combustible, el aire, la presión y la electricidad se unen para crear la pequeña explosión que mueve los pistones del automóvil hacia arriba y hacia abajo, creando así la potencia para mover el vehículo. La cámara de combustión está formada por el cilindro, el pistón y la culata. El cilindro actúa como la pared de la cámara de combustión, la parte superior del pistón actúa como el piso de la cámara de combustión y la culata sirve como el techo de la cámara de combustión.
Culata
La culata es una pieza de metal que se asienta sobre los cilindros del motor. Hay pequeñas hendiduras redondeadas en la culata del cilindro para crear espacio en la parte superior de la cámara para la combustión. Una junta de culata sella la junta entre la culata y el bloque de cilindros. Las válvulas de admisión y salida, las bujías y los inyectores de combustible (estas partes se explican más adelante) también se montan en la culata del cilindro.
Pistón
Los pistones se mueven hacia arriba y hacia abajo por el cilindro. Parecen latas de sopa boca abajo. Cuando el combustible se enciende en la cámara de combustión, la fuerza empuja el pistón hacia abajo, que a su vez mueve el cigüeñal (véase más abajo). El pistón se conecta al cigüeñal a través de una biela, también conocida como biela. Se conecta a la biela a través de un pasador de pistón, y la biela se conecta al cigüeñal a través de un cojinete de biela.
En la parte superior del pistón, encontrará tres o cuatro ranuras fundidas en el metal. En el interior de las ranuras se colocan anillos de pistón. Los anillos de pistón son la parte que realmente toca las paredes del cilindro. Están hechos de hierro y vienen en dos variedades: anillos de compresión y anillos de aceite. Los anillos de compresión son los anillos superiores y presionan hacia afuera en las paredes del cilindro para proporcionar un sello fuerte para la cámara de combustión. El anillo de aceite es el anillo inferior de un pistón y evita que el aceite del cárter se filtre en la cámara de combustión. También limpia el exceso de aceite por las paredes del cilindro y vuelve al cárter.
Cigüeñal
El cigüeñal es lo que convierte el movimiento hacia arriba y hacia abajo de los pistones en un movimiento de rotación que permite que el automóvil se mueva. El cigüeñal normalmente se ajusta longitudinalmente en el bloque del motor cerca de la parte inferior. Se extiende de un extremo al otro del bloque del motor. En la parte delantera del extremo del motor, el cigüeñal se conecta a correas de goma que se conectan al árbol de levas y entregan energía a otras partes del automóvil; en la parte trasera del motor, el árbol de levas se conecta al tren de transmisión, que transfiere energía a las ruedas. En cada extremo del cigüeñal, encontrará sellos de aceite, o» juntas tóricas», que evitan que el aceite se escape del motor.
El cigüeñal reside en lo que se llama el cárter de un motor. El cárter se encuentra debajo del bloque de cilindros. El cárter protege el cigüeñal y las bielas de los objetos exteriores. El área en la parte inferior de un cárter se llama cárter de aceite y es donde se almacena el aceite de su motor. Dentro del cárter de aceite, encontrará una bomba de aceite que bombea aceite a través de un filtro, y luego ese aceite se vierte en el cigüeñal, los cojinetes de biela y las paredes del cilindro para proporcionar lubricación al movimiento de la carrera del pistón. El aceite finalmente gotea hacia abajo en el cárter de aceite, solo para comenzar de nuevo el proceso
A lo largo del cigüeñal encontrará lóbulos de equilibrio que actúan como contrapesos para equilibrar el cigüeñal y evitar daños en el motor por el tambaleo que ocurre cuando el cigüeñal gira.
También a lo largo del cigüeñal encontrará los rodamientos principales. Los rodamientos principales proporcionan una superficie lisa entre el cigüeñal y el bloque del motor para que el cigüeñal gire.
árbol de Levas
El árbol de levas es el cerebro del motor. Funciona en conjunto con el cigüeñal a través de una correa dentada para garantizar que las válvulas de admisión y salida se abran y cierren en el momento adecuado para un rendimiento óptimo del motor. El árbol de levas utiliza lóbulos en forma de huevo que se extienden a través de él para controlar el tiempo de apertura y cierre de las válvulas.
La mayoría de los árboles de levas se extienden a través de la parte superior del bloque del motor, directamente por encima del cigüeñal. En los motores en línea, un solo árbol de levas controla tanto las válvulas de admisión como de salida. En los motores en forma de V, se utilizan dos árboles de levas separados. Uno controla las válvulas en un lado de la V y el otro controla las válvulas en el lado opuesto. Algunos motores en forma de V (como el de nuestra ilustración) incluso tendrán dos árboles de levas por banco de cilindros. Un árbol de levas controla un lado de las válvulas, y el otro árbol de levas controla el otro lado.
Sistema de distribución
Como se mencionó anteriormente, el árbol de levas y el cigüeñal coordinan su movimiento a través de una correa o cadena de distribución. La cadena de distribución mantiene el cigüeñal y el árbol de levas en la misma posición relativa en todo momento durante el funcionamiento del motor. Si el árbol de levas y el cigüeñal no están sincronizados por cualquier motivo (la cadena de distribución salta un engranaje, por ejemplo), el motor no funcionará.
Tren de válvulas
El tren de válvulas es el sistema mecánico montado en la culata que controla el funcionamiento de las válvulas. El tren de válvulas consta de válvulas, brazos basculantes, varillas de empuje y elevadores.
Válvulas
Hay dos tipos de válvulas: las válvulas de admisión y válvulas de salida. Las válvulas de admisión llevan una mezcla de aire y combustible a la cámara de combustión para crear la combustión y alimentar el motor. Las válvulas de salida permiten que el escape que se crea después de la combustión salga de la cámara de combustión.
Los automóviles suelen tener una válvula de admisión y una válvula de salida por cilindro. La mayoría de los autos de alto rendimiento (Jaguares, Maseratis, etc.) tienen cuatro válvulas por cilindro (dos entradas, dos salidas). Aunque no se considera una marca de «alto rendimiento», Honda también utiliza cuatro válvulas por cilindro en sus vehículos. Incluso hay motores con tres válvulas por cilindro: dos válvulas de entrada y una válvula de salida. Los sistemas de válvulas múltiples permiten que el automóvil «respire» mejor, lo que a su vez mejora el rendimiento del motor.
Brazos basculantes
Los brazos basculantes son pequeñas palancas que tocan los lóbulos, o levas, en el árbol de levas. Cuando un lóbulo levanta un extremo del eje de balancín, el otro extremo del eje de balancín presiona el vástago de la válvula, abriendo la válvula para dejar entrar el aire a la cámara de combustión o dejar salir el escape. Funciona como un subibaja.
Empujadores/elevadores
A veces, los lóbulos del árbol de levas tocan el brazo basculante directamente (como se ve con los motores del árbol de levas superior), abriendo y cerrando la válvula. En los motores de válvulas superiores, los lóbulos del árbol de levas no entran en contacto directo con los brazos basculantes, por lo que se utilizan empujadores o elevadores.
Inyectores de combustible
Para crear la combustión necesaria para mover los pistones, necesitamos combustible en los cilindros. Antes de la década de 1980, los automóviles usaban carburadores para suministrar combustible a la cámara de combustión. Hoy en día, todos los automóviles utilizan uno de los tres sistemas de inyección de combustible: inyección directa de combustible, inyección de combustible portado o inyección de combustible de la carrocería del acelerador.
Con inyección directa de combustible, cada cilindro recibe su propio inyector, que rocía el combustible directamente en la cámara de combustión en el momento justo para la combustión.
Con inyección de combustible portada, en lugar de rociar el combustible directamente en el cilindro, rocía en el colector de admisión justo fuera de la válvula. Cuando la válvula se abre, el aire y el combustible entran en la cámara de combustión.
Los sistemas de inyección de combustible del cuerpo del acelerador funcionan como los carburadores, pero sin el carburador. En lugar de que cada cilindro tenga su propio inyector de combustible, solo hay un inyector de combustible que va al cuerpo del acelerador. El combustible se mezcla con el aire en el cuerpo del acelerador y luego se dispersa a los cilindros a través de las válvulas de admisión.
Bujía
Encima de cada cilindro hay una bujía. Cuando chispea, enciende el combustible comprimido y el aire, causando la mini explosión que empuja el pistón hacia abajo.
El Ciclo de cuatro tiempos
Así que ahora que conocemos todas las partes básicas del motor, echemos un vistazo al movimiento que realmente hace que nuestro automóvil se mueva: el ciclo de cuatro tiempos.
La ilustración anterior muestra el ciclo de cuatro tiempos en un solo cilindro. Esto también está pasando en los otros cilindros. Repita este ciclo mil veces en un minuto, y obtendrá un automóvil que se mueve.
Bueno, ahí lo tienes. Los conceptos básicos de cómo funciona el motor de un automóvil. Ve a echar un vistazo debajo del capó de tu auto hoy y mira si puedes señalar las partes que discutimos. Si desea obtener más información sobre cómo funciona un automóvil, consulte el libro Cómo funcionan los automóviles. Me ha ayudado mucho en mi investigación. El autor hace un gran trabajo dividiendo las cosas en un lenguaje que incluso el principiante total puede entender.
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