UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica

SANTIAGO

Control y Funcionamiento Motor Ciclo Otto

_________________________________________________________________________________________________________ EXPERIENCIA N° ___C233___Grupo N°___L2__Fecha de la Exp______21/04/2015_____ Fecha de Entrega ___28/04/2015___

NOMBRE ASIGNATURA___________Laboratorio General II_________________________CODIGO__15030_________ CARRERA__________Ingeniería Civil Mecánica________________Modalidad (Diurna o Vespertina)_______Diurna __________

NOMBRE DEL ALUMNO________Ceballos_____________Olivares_______________Juan Pablo_____________ Apellido Paterno Apellido Materno Nombre

________________________ Firma del alumno

Fecha de Recepción

Nota de Interrogación ________________ Nombre del Profesor _________Sr. Leopoldo Muñoz ____________

Nota de Participación ________________

Nota de Informe ____________________

_________________________________

Nota Final ________________________________________ Firma del Profesor

SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU INFORME LA MATERIA MARCADA CON UNA X

________ Presentación ________ Cálculos, resultados, gráficos

________ Características Técnicas ________ Discusión, conclusiones

________ Descripción del Método seguido _______ Apéndice

OBSERVACIONES

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniería Civil Mecánica

Control y Funcionamiento Motor Ciclo Otto

Experiencia C233

Juan Pablo Ceballos Olivares Sr. Leopoldo Muñoz.

Laboratorio General II Diurno

28-04-2015

1 Tabla de contenido 2 Resumen del contenido............................................................................................................... 2

3 Objetivos del trabajo ................................................................................................................... 2

3.1 Objetivo general ................................................................................................................... 2

3.1.1 Objetivos específicos ................................................................................................... 2

4 Características de los equipos e instrumentos utilizados ............................................................ 3

4.1 Equipo .................................................................................................................................. 3

4.1.1 Motor Ciclo Otto (Toyota Yaris) .................................................................................... 3

4.1.2 Equipo de diagnóstico BOSCH .................................................................................... 4

5 Descripción del método seguido en la experiencia ..................................................................... 4

6 Presentación de resultados ......................................................................................................... 5

7 Análisis de resultados y conclusiones. ........................................................................................ 6

8 Apéndice: Teoría del experimento .............................................................................................. 7

8.1 SISTEMA DE ENCENDIDO ................................................................................................. 7

8.2 COMPONENTES DEL SISTEMA DE ENCENDIDO ............................................................ 7

8.2.1 Bobina de Encendido ................................................................................................... 7

8.2.2 Cable de Alta Tensión .................................................................................................. 8

8.2.3 Distribuidor ................................................................................................................... 8

8.2.4 Bujías de Encendido .................................................................................................... 8

8.2.5 FUNCIONAMIENTO DE LA BOBINA........................................................................... 9

8.2.6 RUPTOR .................................................................................................................... 10

8.2.7 AVANCE POR VACÍO. .............................................................................................. 10

8.2.8 AVANCE CENTRÍFUGO. ........................................................................................... 11

8.2.9 CONSTRUCCIÓN DE LAS BUJÍAS........................................................................... 12

8.2.10 Rango Térmico de una Bujía ..................................................................................... 13

8.3 COMPARACIÓN DE LOS SISTEMAS DE ENCENDIDO. ................................................. 13

8.3.1 Encendido convencional ............................................................................................ 13

8.3.2 Encendido con ayuda electrónica .............................................................................. 13

8.3.3 Encendido electrónico sin contactos .......................................................................... 13

9 Bibliografía ................................................................................................................................ 14

9.1 Referencias ........................................................................................................................ 14

2

2 Resumen del contenido En el marco de estudio de los motores de combustión interna, se estudiaran específicamente los motores que funcionan bajo un ciclo Otto. Para esto se considerara el funcionamiento de un motor de un automóvil, marca Toyota, modelo Yaris. El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido provocado (motores de gasolina). Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante. Este tipo de motor se caracteriza por aspirar una mezcla de aire-combustible. Su sistema de funcionamiento se basa en pistón-cilindro con válvulas de admisión y de escape para controlar el flujo de mezcla que entra y sale del cilindro para nuestro caso del motor de 4 tiempos. Básicamente el objetivo principal será analizar el correcto funcionamiento de las cámaras de combustión del motor en estudio, a través de la tecnología aportada por cierta empresa.

3 Objetivos del trabajo

3.1 Objetivo general

Familiarizar al alumno con el funcionamiento de motores Otto, sus componentes, su control y manutención periódica.

3.1.1 Objetivos específicos

Conocer el funcionamiento de los motores de combustión interna, principalmente los correspondientes a ciclo Otto.

Comprender el funcionamiento del sistema de enfriamiento y lubricación.

Medir la compresión y algunos sensores del motor Otto.

3

4 Características de los equipos e instrumentos utilizados

4.1 Equipo

4.1.1 Motor Ciclo Otto (Toyota Yaris)

Figura 1. Motor Toyota en instalaciones del Dimec.

Marca: Toyota Yaris

Tipo DOHC Octanaje 95 o superior

Cilindros 4 Cilindrada Total cm3 1327

Encendido 1-3-4-2 Claro Bujías 1,1 mm

Potencia C.V 87

4

4.1.2 Equipo de diagnóstico BOSCH

Figura 2.equipo diagnóstico Bosch.

5 Descripción del método seguido en la experiencia Se comienza con un estudio teórico acerca de los sistemas de refrigeración, lubricación y distribución de los motores con funcionamiento con ciclo Otto. Luego se procede a la sala de motores, en donde se trabajó con un equipo demostrativo de motor ciclo Otto marca Toyota Yaris 2011 de 4 cilindros, al cual se le analizaron sus componentes y el funcionamiento del mismo, para posteriormente medir su corriente del arrancador y la compresión existente en la cámara de combustión para estudiar si existe alguna fuga de la mezcla que afecte el rendimiento del sistema, e identificar en que cilindro ocurre, y si se produce en los anillos, válvulas o la empaquetadura. Finalmente se realizaran algunas conclusiones, comentarios y observaciones personales con respecto al laboratorio y la investigación personal realizada.

5

6 Presentación de resultados El equipo de diagnóstico entrega la siguiente gráfica como resultado:

6

7 Análisis de resultados y conclusiones. Con respecto de la experiencia realizada se puede mencionar que se cumplieron la totalidad de los objetivos impuestos al comienzo. Gracias a la exposición teórica dada por el profesor, se entendieron las ventajas y desventajas del uso de correas o cadenas en el sistema de distribución. Además, la presencia de correas y cadenas reales en el laboratorio, ayudan de sobremanera para conocer y dimensionar los componentes mecánicos presentes en el sistema de distribución. Cada fabricante utiliza a su conveniencia cadenas o correas de distribución, debido a las ventajas y desventajas presentadas por ambos componentes.

En cuanto a la prueba de compresión, es posible apuntar que el sistema controlado por software, es indudable que la facilidad y rapidez para llevar a cabo el procedimiento de toma de presión es absolutamente superior al procedimiento con manómetro. Gracias a la visualización en pantalla de las propiedades del motor, se puede detectar algún parámetro alterado con mayor velocidad y precisión. Sin embargo, no es posible vincular la falla a algún componente en específico, como si puede ser comprobado con un método manual como lo es por ejemplo el procedimiento de la prueba de compresión con manómetro. Este es más lento debido a los pasos que se deben realizar para cada cilindro estudiado. Con respecto a los sistemas de funcionamiento de un vehículo destaca por ejemplo el sistema de lubricación. El lubricante juega un rol fundamental disminuyendo el desgaste que existe entre las piezas con rozamiento, ya que forma una capa protectora en la superficie de la pieza, disminuyendo el roce entre las mismas, y amortiguando el constante golpeteo que puede existir en estas, siendo un parámetro fundamental para el rendimiento óptimo del motor. La cantidad de lubricante existente en el Carter se regula mediante la varilla de nivel, en donde se aprecia un límite máximo y mínimo, donde debe fluctuar el nivel de aceite. Otro sistema es el de distribución, el cual se encarga del correcto funcionamiento de las válvulas de admisión y escape, el cual puede ser mediante correas o cadenas, siendo estas últimas de mayor vida útil, pero a su vez las de mayor costo económico.

7

8 Apéndice: Teoría del experimento

8.1 SISTEMA DE ENCENDIDO El equipo de encendido enciende la mezcla de aire-combustible la cual es comprimida en el interior del cilindro. EI equipo de encendido es requerido para generar suficiente chispa para encender la mezcla de aire-combustible y para generar estas chispas con la distribución que corresponde a la condición de funcionamiento del motor, también que sea extremadamente durable.

8.2 COMPONENTES DEL SISTEMA DE ENCENDIDO

8.2.1 Bobina de Encendido Este dispositivo genera el alto voltaje necesario para el encendido. La bobina secundaria está envuelta alrededor del núcleo, que es hecho de placas de hierro delgado en capas unidas. Sobre esto, la bobina primaria está enrollada. La corriente es enviada intermitentemente a la bobina primaria de acuerdo con la abertura y cierre de los puntos en el distribuidor, y la bobina secundaria enrollada alrededor del núcleo genera el alto voltaje entregado por la bobina.

8

8.2.2 Cable de Alta Tensión Estos son cables que confiablemente transmiten el alto voltaje generado en la bobina de encendido hacia las bujías de encendido. Los conductores (núcleo de alambre) de estos cables son cubiertos con una capa gruesa de jebe aislante para prevenir la pérdida del alto voltaje. Estos cables conectan la bobina de encendido al distribuidor y del distribuidor a las bujías de encendido.

8.2.3 Distribuidor El distribuidor consiste en una sección distribuidora de energía la cual distribuye la corriente para cada una de las bujías de acuerdo con la secuencia de descarga, un generador de señal de encendido el cual envía corriente intermitentemente a la bobina de encendido y un avanzador que controla el tiempo de encendido de acuerdo con las condiciones del motor.

8.2.4 Bujías de Encendido La corriente de alto voltaje (10 a 30 Kv) procedente del distribuidor genera una chispa de alta temperatura entre el electrodo central y de masa (tierra) de la bujía para encender la mezcla de aire- combustible comprimida. De este modo se enciende la mezcla de aire-combustible en el cilindro. Las bujías de encendido son divididas dentro del tipo de valor térmico alto y bujías de tipo de valor térmico bajo, dependiendo del grado de dispersión (valor térmico) del calor recibido cuando la mezcla de aire-combustible es quemada. Ese grado es expresado con un número. Generalmente, las bujías de encendido que son apropiadas para el motor y modelo de vehículo son seleccionadas, luego un tipo específico de bujía debe ser usado. Mayormente, las bujías especificadas son claramente descritas en la Especificaciones de Servicio incluidas con los ítems del motor en el Manual de Reparación.

9

Diagrama esquemático.

8.2.5 FUNCIONAMIENTO DE LA BOBINA ¿Qué es una Bobina? El principio en el cual se basa la función de la bobina, se puede considerar uno de los grandes logros de la ciencia, ya que hasta la fecha, se mantiene inalterable. La bobina está compuesta de dos circuitos: uno primario "1" y circuito Secundario "2"; El circuito primario es un embobinado de aproximadamente 250 vueltas; el circuito secundario es un embobinado de aproximadamente, 20,000 vueltas de alambre más delgado. Cuando se abre la llave de encendido, la corriente (+) es conectada a la bobina; pero, para que esta funcione, necesita también la corriente (-); esta corriente le llega, a través del trabajo que realiza el distribuidor en uno de sus circuitos. Cuando la bobina tiene conectado los dos polos, la corriente fluye dentro del embobinado primario, produciéndose un fuerte campo magnético, dentro del circuito, pero; cuando se corta la corriente, un colapso del campo magnético, induce una corriente de alto voltaje, dentro del circuito secundario, este alto voltaje, es el que sale por la torreta de la bobina, dirigiéndose a través de un cable hacia el distribuidor, el mismo que se vale del rotor para distribuirla entre las bujías.

10

8.2.6 RUPTOR Es únicamente utilizado en motores con encendido por platinos. Está situado dentro del distribuidor y se encarga de interrumpir periódicamente la corriente en el arrollamiento primario de la bobina. Esta interrupción se logra por la apertura de los platinos, la cual es comandada por la leva, que gira inducida por el eje del distribuidor que está sincronizado con el motor.

8.2.7 AVANCE POR VACÍO. El avance de la chispa por vacío lo puede un diafragma conectado al cuerpo del distribuidor, en la mayoría de los motores, una manguera va de uno de los lados del diafragma a la base del carburador. Al abrirse más el papalote, el vacío parcial del múltiple flexiona el diafragma y hace girar la placa y los platinos. Al cambiar de posición en relación con la leva, los platinos se abren antes y la chispa salta más pronto. Algunos motores tienen un diafragma secundario que mueve la placa en sentido opuesto para retardar la chispa. Al trabajar los dos diafragmas, uno en contra del otro, se obtiene el avance deseado de la chispa. A altas velocidades del motor, el papalote del acelerador se abre totalmente y el vacío del múltiple baja al mínimo.

11

8.2.8 AVANCE CENTRÍFUGO. El avance centrífugo de la chispa entra en acción cuando el avance por vacío deja de funcionar. Al aumentar la velocidad del motor, los contrapesos se separan de la flecha. Estos están conectados a la leva de manera que, cuando se abren, la leva se mueve ligeramente en el sentido de rotación de la flecha del distribuidor. Esto hace que los platinos se abran más pronto de lo que harían a bajas velocidades del motor. En los distribuidores Delco que usan en los automóviles GM y algunos AMC, a baja velocidad, los contrapesos se mantienen pegados a la flecha y no varía el tiempo del encendido; a alta velocidad los contrapesos se separan y se adelanta el tiempo del encendido. Define el término “Angulo de leva” La separación de los contactos del ruptor influye directamente en la magnitud del ángulo de leva. Una separación muy grande entre contactos (ángulo de leva pequeño) significaría que el tiempo en que están cerrados los contactos es poco, y por ello es régimen de motor elevado. Una separación pequeña entre contactos (ángulo de leva grande) favorecería el comportamiento del encendido en la gama alta de velocidades. Pero si la separación llegase a ser demasiado pequeña, el tiempo en que están abiertos los contactos disminuye, con lo cual no habría tiempo material para que se produjesen las cargas y descargas del condensador.

12

8.2.9 CONSTRUCCIÓN DE LAS BUJÍAS Las bujías están construidas como se muestra en la ilustración. El aIto voltaje procedente del distribuidor es conducido al terminal y pasado a través del electrodo central y resistor, y luego genera chispas en la ilustración. El resistor se ha incluido para evitar el “ruido” captado por la radio, y es generado por las chispas de alto voltaje.

13

8.2.10 Rango Térmico de una Bujía El rango térmico de una bujías se refiere a la temperatura de operación de la misma bujía Una bujía que disipa más calor es denominada “ bujía fría” debido a que permanece más fría, mientras que una bujía que disipa mucho menos el calor es denominada bujías caliente” , debido a que esta mantiene su calor. La longitud de la punta del aislador (T) de las bujías frías y calientes varía como se muestra en la figura. La bujía fría tiene la longitud de la punta del aislador más corta. Puesto que el área de la superficie expuesta a la llama es pequeña y la ruta de radiación del calor es corta, la radiación de calor es excelente y la temperatura del electrodo central no es muy alta. Por esta razón, se usa una bujía fría, ya que es más difícil que ocurra el pre-encendido. Por otro lado, debido a que la bujía caliente tiene la punta del aislador más larga, el área de la superficie expuesta a la llama es mayor, la ruta de radiación de calor es larga y la radiación es pequeña. Como resultado, la temperatura del electrodo central aumenta demasiado y la temperatura de auto limpieza puede lograrse más rápidamente en el rango de bajas velocidades que en el caso de una bujía fría.

8.3 COMPARACIÓN DE LOS SISTEMAS DE ENCENDIDO.

8.3.1 Encendido convencional Ofrece un buen funcionamiento para exigencias normales (capaz de generar hasta 20.000 chispas por minuto, es decir puede satisfacer las exigencias de un motor de 4 cilindros hasta 10.000 r.p.m. Para motores de 6 y 8 cilindros ya daría más problemas). La ejecución técnica del ruptor, sometido a grandes cargas por la corriente eléctrica que pasa por el primario de la bobina, constituye un compromiso entre el comportamiento de conmutación a baja velocidad de rotación y el rebote de los contactos a alta velocidad. Derivaciones debidas a la condensación de agua, suciedad, residuos de combustión, etc. disminuyen la tensión disponible en medida muy considerable.

8.3.2 Encendido con ayuda electrónica Existe una mayor tensión disponible en las bujías, especialmente en los altos regímenes del motor. Utilizando un ruptor de reducido rebote de contactos, puede conseguirse que este sistema trabaje sin perturbaciones hasta 24.000 chispas por minuto. El ruptor no está sometido a grandes cargas de corriente eléctrica por lo que su duración es mucho mayor lo que disminuye el mantenimiento y las averías de este tipo de encendido. Se suprime el condensador.

8.3.3 Encendido electrónico sin contactos Estos modelos satisfacen exigencias aún mayores. El ruptor se sustituye por un generador de impulsos ("inductivo" o de "efecto Hall") que están exentos de mantenimiento. El número de chispas es de 30.000. Como consecuencia de la menor impedancia de las bobinas utilizadas, la subida de la alta tensión es más rápida y, en consecuencia, la tensión de encendido es menos sensible a las derivaciones eléctricas.

14

9 Bibliografía

Apuntes profesor Leopoldo Muñoz.

Cengel Yunus, “Termodinámica”, 7ta Edición, Ed McGraw-Hill, 2009.

9.1 Referencias http://www.automotriz.net/tecnica/ http://www.sabelotodo.org/automovil/sistencendido.html.