Tema 2: Funcionamiento del automóvil y sus sistemas

Funcionamiento del automóvil

Es indispensable para todos los conductores conocer el funcionamiento de su automóvil, como está construido, cuales son sus principales partes y funcionalidades, además de las posibles fallas y medidas que debe tomar ante ellas, como también la correcta utilización de todos los elementos de seguridad en el marco de una conducción responsable para el bien de todos.

El motor

Es una máquina que transforma la energía química del combustible en energía mecánica, es decir, en movimiento. De la energía producida por el combustible sólo se aprovecha alrededor del 40%, debido a pérdidas energéticas como los gases de escape y sistema de refrigeración, entre otros.

El motor es el encargado de generar la fuerza que mueve el vehículo, pero es el conductor quien tiene acción directa sobre la fuerza generada por el motor mediante los mandos del vehículo.

• Importancia y ubicación: Es el elemento más importante, es decir el corazón del automóvil. Normalmente se ubica en la parte delantera de este, aunque en algunos casos está situado en la parte de atrás, actualmente en automóviles de alta gama.
• Combustible: Los vehículos particulares funcionan mayoritariamente con gasolina (bencina), algunos para el trabajo funcionan con petróleo diesel como buses, camiones y camionetas y de forma excepcional existen vehículos que funcionan con gas, como algunos taxis. Además, en Chile se ha impulsado la Política Nacional de Electromovilidad, centrada principalmente en el transporte público y flotas comerciales.
• Funcionamiento: Se mide por la cantidad de giros del motor en un minuto, técnicamente se indica con la sigla RPM “Revoluciones por Minuto” las cuales son indicadas por el tacómetro, consistente en un reloj digital o análogo situado en los tableros de los vehículos.

El motor, a su vez, dispone de los siguientes sistemas para su funcionamiento:

• Alimentación: encargado de suministrar el combustible.
• Distribución: regula la entrada de aire y la salida de los gases quemados.
• Arranque: responsable de la puesta en marcha del motor.
• Lubricación: encargado del engrase de los elementos de fricción, como actividad principal, y de la refrigeración, de forma indirecta, para reducir el desgaste de las piezas.
• Refrigeración: regula la temperatura de trabajo del motor y de los elementos calientes.
• Escape: su función es el tratamiento de los gases quemados y su expulsión al exterior.
• Sistema auxiliar de generación de corriente eléctrica: necesario para el funcionamiento de todos los sistemas eléctricos del vehículo y la recarga de la batería.

El motor de gasolina

La mezcla aire-gasolina, se realiza en el carburador, y en los motores de inyección se produce en

los conductos de admisión o en el interior del cilindro. La ignición se provoca mediante una chispa

eléctrica.

Cuatro tiempos del motor

Los 4 tiempos del motor de explosión son los siguientes:

1. ADMISIÓN: El pistón (p) alojado en el cilindro (c) baja y aspira la mezcla (gasolina-aire) a través de la válvula (v).
2. COMPRESIÓN: El pistón sube nuevamente y comprime la mezcla aspirada en el tiempo de admisión. Las válvulas se encuentran cerradas.
3. EXPLOSIÓN (o tiempo motor): Antes de que baje nuevamente el pistón, salta una chispa en la bujía (b) produciéndose la explosión de la mezcla comprimida, empujando con fuerza el pistón hacia abajo, que es la que se aprovecha para mover el vehículo.
4. ESCAPE: El pistón sube nuevamente, arrastrando y expulsando al exterior a través de la válvula de escape (e) los gases producidos por la explosión. La transformación de la energía se realiza en los cilindros (cámaras cerradas por arriba por la culata y por abajo por la cabeza del pistón), donde explota la mezcla.

Movimiento del pistón

El movimiento del pistón es lineal (de arriba a abajo y viceversa) el cual se transforma en circular (rotatorio de las ruedas) por el mecanismo biela-cigüeñal. En la parte superior del cilindro está la cámara de compresión donde se alojan las válvulas accionadas por la distribución, encargadas de permitir el paso de la mezcla y la salida de los gases al exterior (tiempos de admisión y escape respectivamente).

El motor diésel

La mayor parte de los vehículos industriales y de gran tonelaje, a parte de un gran número de modelos particulares sub urban, camionetas pick up y vehículos todo terreno estilo jeep, tienen motor diésel. El funcionamiento del motor diésel y gran parte de sus órganos son similares al de gasolina. En el motor diésel la mezcla aire-carburante se realiza en los cilindros, para su combustión en el momento de la inyección. Una particularidad del motor diésel consiste en que en el interior del cilindro existen unas bujías incandescentes que calientan el aire para mejorar la combustión al arrancar el motor en frío.

Funcionamiento del motor diésel

El funcionamiento del motor diésel está conformado por cuatro acciones diferentes, llamadas tiempos.

1. TIEMPO DE ADMISIÓN: El aire se introduce en el cilindro. El aire procedente del exterior atraviesa un filtro y entra en el cilindro, pudiendo hacerlo de dos formas diferentes: Motor atmosférico: A través de la propia succión del aire exterior que realiza el pistón. Motor sobrealimentado: Por presión, producida mediante un compresor o turbocompresor.
2. TIEMPO DE COMPRESIÓN: El aire introducido se comprime y por efecto de esta compresiónse calienta a alta temperatura (600 °C).
3. TIEMPO DE COMBUSTIÓN (O TIEMPO MOTOR): Se inyecta y quema el combustible y se produce la fuerza de empuje generada por la expansión de los gases.
4. TIEMPO DE ESCAPE: Los gases quemados salen del cilindro.

Carburación e inyección

Carburador:

Mezcla la gasolina y el aire. Por una parte llega la gasolina desde el depósito y por otra el aire desde el exterior debidamente filtrado. El filtro se debe cambiar periódicamente, especialmente en verano y si se circula por caminos polvorientos. En la actualidad, este sistema está prácticamente en desuso, siendo sustituido por sistemas de inyección.

Inyección:

Una bomba inyecta combustible a presión en el conducto de admisión, justo antes de la entrada al cilindro. A través de diferentes sensores se consigue que en cada momento y a cada cilindro entre la cantidad necesaria de combustible.

Existen dos tipos de inyección:

• Inyección indirecta: La inyección del combustible se realiza antes de la cámara de combustión.
• Inyección directa: El combustible se inyecta directamente en la cámara.

Anomalías

Síntomas: El motor falla irregularmente(tirones)

Posibles Causas:  Agua en el diésel - Aire en el circuito - Mal ajuste de la inyección - Filtro obstruido.

Síntomas: Consumo excesivo

Causas: Mala compresión. Inyectores desajustados.

Mantenimiento básico

• Lubricación: Utilizar el aceite recomendado por el fabricante y sustituirlo periódicamente según sus indicaciones.
• Sustitución periódica del filtro de combustible.

Elementos de un motor

Bloque motor

• Cilindros: Espacios donde se alojan las camisas y con las que forma unas cavidades por donde circula el líquido refrigerante.
• Camisas: Alojan los pistones, que se mueven en el interior, desde el PMS (Punto Muerto Superior) al PMI (Punto Muerto Inferior).
• Conductos de lubricación: Por donde el aceite es conducido hacia los elementos que lo requieren.
• Apoyos: Cojinetes o rodamientos donde se monta el cigüeñal.

Los pistones y las bielas

Los pistones, impulsados por la fuerza de los gases de la combustión, generan un movimiento rectilíneo. Este movimiento se transmite mediante las bielas al cigüeñal. Los pistones tienen unos anillos metálicos que permiten que, a pesar del movimiento, la parte superior del cilindro sea hermética e impida el escape de los gases producidos.

El cigüeñal

Es el eje que transforma el movimiento rectilíneo recibido a través de las bielas en movimiento rotativo y lo transmite al resto de los dispositivos.

La culata

La culata alberga:

• Cámara de combustión. En los motores diésel es donde se mezclan el aire con el combustible y se produce la combustión. En los motores de gasolina es donde la bujía produce la chispa que provoca la explosión.
• Orificios y mecanismos de admisión y escape. Para la entrada de aire y la salida de los gases quemados.
• El árbol de levas. Mecanismo encargado de accionar las válvulas que abren y cierran los orificios de admisión y escape. Lo mueve el cigüeñal, sincronizado con la posición y velocidad de los pistones.

El volante motor

Es un disco, solidario al cigüeñal, que transmite el movimiento del motor al embrague. Permite disminuir las vibraciones que se producen en el interior del motor. Mediante una corona dentada, dispuesta en el exterior, permite la puesta en marcha del motor, por efecto del sistema de arranque.

El sistema de lubricación

En el motor existen piezas en continua fricción entre sí (rozamiento), en las que de no ser por la lubricación (engrase) se originaría un desgaste prematuro, así como una elevación de temperatura que produciría la fusión de las superficies en contacto (gripaje).

Para reducir estos efectos, se interpone una fina capa de aceite que proporciona el sistema de lubricación y disminuye el rozamiento.

El sistema de lubricación también contribuye a reducir la temperatura del motor y el ruido.

• Los motores se lubrican a presión con aceite para todas sus partes móviles.
• El efecto del aceite es minimizar el desgaste y la fricción entre las diferentes partes móviles.
• Cuando el nivel de aceite está bajo, puede encenderse la luz de presión de aceite del tablero, lo que significa que el motor no está siendo correctamente lubricado.

Cuando en el tablero se enciende la luz que indica que el motor no esta siendo lubricado, debe detener el motor y reparar la avería. Si no lo hace, el costo de la reparación posterior puede ser muy alto.

Funcionamiento sistema de lubricación

La bomba aspira aceite del depósito (cárter) y lo manda a presión, filtrado y limpio, hacia las piezas en movimiento del motor.

Mantenimiento sistema de lubricación

• Nivel de aceite: Comprobar periódicamente, mediante la varilla situada en el lateral del motor, en frío (o que lleve parado 3 o 4 minutos) y en posición horizontal, manteniéndolo entre el mínimo y el máximo.
• Cambio de filtro: Cambiarlo periódicamente, según indique el fabricante.
• Cambio de aceite: Para asegurar una correcta lubricación se ha de sustituir periódicamente siguiendo las indicaciones del fabricante, considerando el peso de la carga y el tipo de vía por el que transite.

Anomalías

El sistema eléctrico

En él están comprendidos los circuitos de encendido, de carga, de arranque y de iluminación, con un elemento común que es la batería. Los principales elementos y funcionamiento del sistema eléctrico son:

• El alternador es el encargado de producir la energía eléctrica, este entra en movimiento a través de una correa del motor.
• La energía producida se almacena en la batería.
• Si la correa está poco tensa, el efecto del alternador se minimiza.
• En el tablero una luz se enciende cuando la batería tiene poca carga.

Posibles fallas y sus causas, en el sistema eléctrico:

Fusible fundido: Los fusibles impiden incendios y deterioro del sistema eléctrico. Cuando falla algún componente eléctrico, comúnmente se funde un fusible, por ello es necesario revisar y reemplazar.

Ampolleta quemada: si el intermítete en el tablero está más rápido o alguna luz no enciende, es posible que se deba a una ampolleta quemada.

Batería mal cargada: Cuando la batería está mal cargada el motor del vehículo tiene dificultades para encender al darle contacto, especialmente con bajas temperaturas (invierno).

Batería descargada: Si el motor no arranca, es debido a que la batería se encuentra totalmente descargada.

La batería

Proporciona energía eléctrica para las demandas del vehículo, partiendo de una energía química producida por la reacción de un electrolito (disolución de agua destilada y ácido sulfúrico), principalmente con el motor parado.

Mantenimiento de la batería

• Comprobación y reposición del nivel de electrolito. Cuando el electrolito no cubre las placas de plomo, debe añadirse sólo agua destilada, nunca ácido sulfúrico. Existen en la actualidad baterías de bajo mantenimiento con vigilancia cada seis meses, y también baterías sin mantenimiento que no precisan revisión de líquido.
• Mantener los bornes apretados, limpios y protegidos con grasa o vaselina (en baterías con o sin mantenimiento) y limpiar los orificios de salida de gases, revisando la sujeción de la batería en su alojamiento.

Circuito de encendido

En los motores de gasolina, es el encargado de producir la chispa en las bujías para que se inflame la mezcla que se encuentra en el interior de los cilindros. La gestión de este proceso se realiza por una unidad electrónica.

Mantenimiento del circuito de encendido

Bujías. Comprobación del estado. Sustitución en su caso (siguiendo las indicaciones del fabricante).

Anomalías circuito de encendido

De producirse alguna avería no suele ser susceptible de reparación. Hay que sustituir la pieza averiada.

Circuito de carga

Para reponer la energía de la batería que consume el automóvil, se recurre a un generador de energía (alternador) movido mediante una correa.

Mantenimiento circuito de carga

El mantenimiento del circuito de carga se limita a mantener la correa en buen estado y sustituirla cuando se deteriore o se rompa.

Anomalías circuito de carga

Circuito de arranque

Para arrancar el motor del vehículo es preciso hacerlo girar a unas 50 rpm, lo cual se consigue con el motor eléctrico de arranque al recibir corriente directamente de la batería. No se debe insistir demasiado en su utilización, pues se podría descargar la batería.

Anomalías circuito de arranque

Circuito de iluminación y otros 

Las luces, radio, bocinas, etc., toman la corriente de la batería, por lo que no hay que abusar de ellos cuando no funciona el motor para evitar la descarga de la batería.

Anomalías circuito de iluminación

El sistema de combustible

Este sistema se compone de tres partes: estanque de combustible, conductos y una bomba.

El combustible llega al motor:

• Los autos modernos cuentan con motores de inyección, donde el combustible es eyectado directamente en la admisión.
• Los autos más antiguos funcionan con carburador, ahí se mezclan el aire y el combustible, después son aspirados por el motor.

Cuando el motor esté frio:

• En los vehículos modernos el sistema es automático gracias a un microprocesador, modelos anteriores cuentan con un regulador automático para reducir la cantidad de aire de la mezcla.
• Los autos más antiguos, funcionaban con un regulador o cebador (“chupete”) manual para disminuir la cantidad de aire.

Al cargar combustible tenga en cuenta:

• No abra innecesariamente la tapa de la gasolina, pues los vapores del combustible son cancerígenos.
• Llene siempre el estanque para liberar menos gases y de esta forma contaminar menos.
• Use el octanaje recomendado por el fabricante de su vehículo, ej: 93, 95 o 97.

Las reiteradas frenadas y aceleraciones al conducir generan un mayor gasto de combustible

El sistema de refrigeración

Dentro del motor se producen temperaturas del orden de los 2.000 ºC, pudiendo llegar a producir gripajes entre sus piezas. Este sistema mantiene el motor en su temperatura óptima de funcionamiento, 95 ºC.

Los tipos de refrigeración empleados son:

• Por aire: el aire refrigera directamente el motor.
• Por líquido refrigerante: Es el más utilizado en todos los vehículos

Componentes del sistema de refrigeración

• Líquido refrigerante: Es una mezcla de agua y anticongelante.
• Radiador: Donde se enfría el líquido. Está situado, normalmente, en la parte frontal del vehículo.
• Ventilador: Enfría el líquido del radiador.
• Termostato: Abre o cierra el paso del líquido por el circuito.
• Bomba de agua: Mueve el líquido por el interior del circuito. Está movida por una correa.

El objetivo de este sistema es enfriar el motor, para mantener una temperatura adecuada estable:

• Para enfriar el motor se usa líquido refrigerante, que es agua destilada con anticongelante, el cual circula por canales en el bloque del motor y pasa desde ahí al radiador.
• Cuando el motor marca una alta temperatura, puede estar obstruido el sistema de refrigeración, poco liquido correa de bomba de agua mal tensada o rota.
• Si el motor ha aumentado su temperatura, debe detenerse y reparar la falla.

Ventilador eléctrico: Los vehículos modernos cuentan con ventilador eléctrico, este funciona cuando sube la temperatura sobre todo al manejar a baja velocidad. Si no funciona se puede deber a la falla en un contacto o un fusible dañado.

Alta temperatura: Si el vehículo tiene un alza de temperatura anormal, es posible que esté rota la correa del ventilador.

Baja temperatura: El agua congelada en temperaturas bajo cero, puede dañar el motor y radiador, por ello es importante que el líquido refrigerante contenga suficiente anticongelante para evitar posibles daños en el sistema.

Mantenimiento del sistema de refrigeración

• Comprobación del nivel de líquido refrigerante con el motor frío en el vaso de expansión del radiador. Ha de mantenerse entre el máximo y el mínimo.

• Comprobación del estado de la correa. Si patina, se rompe o se afloja, no se moverá la bomba y fallará la refrigeración (sobrecalentamiento del motor).

• Sustitución del líquido refrigerante en todo el circuito con líquido refrigerante compuesto, según las instrucciones del fabricante. En invierno, según sea la temperatura, debe tenerse en cuenta el grado de congelación, para elegir el producto adecuado.

Anomalías del sistema de refrigeración

El sistema de escape

Este sistema recoge los gases quemados del motor y los expulsa al exterior, entre ellos, los más nocivos, el Monóxido de Carbono (CO) y el Óxido de Nitrógeno (NOx).

Componentes del sistema de escape

• El colector y el tubo de escape.
• La sonda Lambda: Analiza los gases de escape para regular adecuadamente la inyección.
• El convertidor catalítico (catalizador): Donde se producen reacciones químicas para reducir la contaminación de los gas es de escape.
• El silenciador, para reducir el nivel de ruido.

Intoxicación

Dolor de cabeza y vómitos son los primeros síntomas. Las múltiples sustancias tóxicas de estos gases son peligrosas para su salud y el medio ambiente.

Óxido: Si el sistema se oxida o deteriora, los gases podrían entrar al vehículo poniendo en riesgo la salud de los ocupantes. Un ruido muy alto del tubo de escape normalmente es un indicador de orificios o roturas.