Funcionamiento básico del Motor Diesel. Funcionamiento básico del Motor Diesel

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Funcionamiento básico del Motor Diesel

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ÍNDICE

Principios básicos del Motor de Combustión Interna

Estructura y Componentes del Motor de Combustión Interna Funcionamiento de un Motor Diesel de 4 tiempos

Diseño de la cámara de combustión del Motor Diesel Tren de Engranaje de distribución delantera

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Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión.

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El motor de combustión interna es un mecanismo destinado a transformar la energía calorífica en trabajo. La combustión tiene lugar en el cilindro mismo de la máquina, lo que permite un mayor rendimiento en la transformación

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ESTRUCTURA

Culata

Block

Cárter

Podemos ver claramente en la figura destacadas las partes principales en la estructura del motor.

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CULATA

La Culata, sirve principalmente como tapa para la cámara de combustión, en su interior consta con pasajes internos en donde circula refrigerante para la disipación de calor, producto de la combustión.

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Componentes de la CULATA

Válvula Balancín Resorte de Válvula Eje de Levas Cadena de distribución

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BLOCK

Por lo general, el bloque es una pieza de hierro fundido, aluminio o aleaciones especiales, provisto de grandes agujeros llamados cilindros.

El block del motor o bloque de cilindros es el cuerpo principal del motor y se encuentra instalado entre la culata y el cárter.

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Componentes del BLOCK

Pistón

Biela

Eje Cigueñal Componentes

funcionando

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CÁRTER

Es el depósito de aceite lubricante, es la tapa inferior del motor dentro de la cual se mueve el cigüeñal.

En su parte inferior está provisto de un tapón de vaciado, que es el lugar por donde se extrae el aceite cuando es necesario su cambio.

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Componentes del CÁRTER

Bomba de Aceite de engranajes

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En su funcionamiento se suceden cuatro tiempos o fases distintas, que se repiten continuamente mientras opera el motor. A cada uno de estos tiempos le corresponde una carrera del pistón y, por tanto, media vuelta del cigüeñal.

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1er. Tiempo (Carrera de Admisión)

Puede ser considerada el primer movimiento del ciclo que se efectúa de la siguiente forma:

1) Movimiento del pistón hacia abajo. 2) Válvula de admisión abierta.

3) El aire entra en el cilindro al mismo tiempo que el pistón se mueve hacia abajo.

4) La presión atmosférica fuerza al aire a entrar en el cilindro para ocupar el vacío que se produce en el mismo. 5) La válvula de admisión permanece abierta hasta pocos grados después del punto muerto inferior para aprovechar la inercia del aire entrando en el cilindro.

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2do. Tiempo (Carrera de Compresión)

1) Movimiento del pistón hacia arriba. 2) Ambas válvulas cerradas.

3) Disminuye el volumen del aire en el cilindro, aumenta la presión y se incrementa la temperatura debido a la compresión.

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3er. Tiempo (Carrera de Combustión)

1) El combustible es inyectado en ese reducido volumen en el que se encuentra el aire a alta presión y temperatura, justo un momento antes del punto muerto superior.

2) El combustible comienza a quemarse debido al calor producido por la compresión.

3) Los gases comprimidos se expansionan rápidamente debido a la explosión o combustión instantánea.

4) El pistón es forzado hacia abajo por la expansión de los gases, proporcionando potencia al cigüeñal.

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4to. Tiempo (Carrera de Escape)

1) El pistón se mueve hacia arriba.

2) La válvula de escape se abre un poco antes de que el pistón llegue al punto muerto inferior de la carrera de combustión.

3) El movimiento del pistón hacia arriba fuerza a los gases quemados al exterior de la válvula de escape.

4) Generalmente la válvula de escape estará cerrada ligeramente antes del punto muerto superior.

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Los 4 tiempos en funcionamiento

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1 2 5 4 3 6 7 8 1) Ducto de Admisión 2) Válvula de Admisión 3) Inyector 4) Camisa o Cilindro 5) Pistón 6) Ducto de Escape 7) Válvula de Escape 8) Ducto de Refrigeración

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Los cilindros o camisas contienen el trabajo del pistón, forman las cámaras de combustión, disipan el calor de los pistones a través de las paredes.

Cilindros o Camisas

Transmiten la fuerza de combustión a la biela y al cigüeñal, sellan la cámara de combustión y disipan el calor excesivo de la cámara de combustión.

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Anillos de los Pistones

Sellan la cámara de combustión, controlan la lubricación de las paredes de los cilindros y enfrían el pistón.

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Biela

La biela se conecta al pistón a través de un pasador de biela y lo hace un conjunto solidario, a su vez la biela se encuentra unida al cigüeñal de la tapa de biela de manera que el pistón al ser movido por el cigüeñal desarrolla un movimiento rectilíneo alternativo, y el cigüeñal desarrolla un movimiento circular continuo.

1 2

3

1) Agujero del pie de Biela y Buje del pasador de Biela 2) Vástago

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1) Anillos 2) Pasador

3) Conducto lubricador de pasador 4) Pie de la biela 5) Perno de pie 6) Vástago 7) Enclavamiento de pasador 8) Pistón 9) Ranuras 10) Cabeza de biela

11) Cojinete (Alojamiento de metales) 12) Metales de biela

13) Tapa de biela 14) Seguro de pernos

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Cigüeñal

Un cigüeñal es un eje con codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela – manivela transforma el movimiento rectilíneo alternativo en rotatorio y viceversa.

(1) Muñones de cojinete de biela. (2) Contrapesas.

(3) Muñones de cojinetes de bancada. (4) Nervadura.

Rotación del eje Cigueñal

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Muñones de Cojinetes de Biela

Orificios internos en el cigüeñal para lubricar metales de biela y metales de bancada.

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El volante de inercia , sirve para mantener o almacenar energía entre la carrera de trabajo, transmitir potencia, y permite una velocidad estable del cigüeñal, el volante se encuentra fijo con el cigüeñal por medio de pernos como muestra la figura.

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Damper

El damper se encuentra en la parte delantera del cigüeñal al exterior del block este se encuentra apernado en la parte frontal del cigüeñal , su misión es absorber vibraciones generadas por la combustión . Y existen de diferentes modelos para cada aplicación de motor.

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1 2

1.- Este damper, es viscoso, es una estructura en cuyo interior se encuentra una silicona de muy alta densidad , de manera que cuando el motor se calienta la temperatura pasa a través del damper y ayuda a disipar el calor del motor , a medidas que se va calentando el damper, la silicona comienza a ser mas liquida y esto diminuye las vibraciones en el motor.

2.- Este es un damper vulcanizado es de estructura partida , en la mitad se encuentra vulcanizado y de esta manera absorbe las vibraciones.

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Árbol de Levas o Eje de Levas

Una leva es un elemento que impulsa, por contacto directo, a otro elemento denominado seguidor de forma que éste último realice un movimiento alternativo concreto.

Cualquier dispositivo que, en una máquina, permite transformar un movimiento de rotación en un movimiento repetitivo lineal o alternativo a una segunda pieza denominada pulsador. Las levas se emplean, por ejemplo, para abrir y cerrar las válvulas de un motor siguiendo una secuencia determinada relacionada con el giro por eje llamado por ello «árbol de levas».

1) Descanso del Eje de Levas

2) camon de accionamiento de

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Eje 1

Eje 2

1.- Camon o lóbulo para la válvula de admisión.

2.- Camon o lóbulo para accionamiento del inyector.

3.- Camon o lóbulo para la válvula de escape.

Eje 1

Eje 2

1.- Camon o lóbulo para la válvula de admisión.

2.- Camon o lóbulo para la válvula de escape.

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Partes de un eje de levas

(1) Círculo de la base. (2) Rampas.

(3) Punta.

Forma de los lóbulos de las levas

(1) Apertura rápida.

(2) Período de apertura largo. (3) Cierre rápido.

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Cojinete o descanso del árbol

de levas

1.- Eje de levas 2.-Lifter o rodillo

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Lifter o Rodillos

El Lifter o Rodillo funciona siguiendo el recorrido circular que ejecuta el eje de levas cuando el motor se detiene el lifter no adopta una posición propia queda en la posición que quedo el eje de levas

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Balancines

(1) Tornillo de ajuste. (2) Tuerca de traba. (3) Asiento de desgaste.

(4) Buje del eje de los balan-cines.

Los balancines reciben el movimiento del alza válvulas, el alza válvulas al empujar hacia arriba producto del movimiento que entrega el eje de levas, carga las válvulas de admisión o escape, en ocasiones consta con puentes de válvulas, cuando el cilindro cuenta con cuatro válvulas, dos en admisión y dos en escape, el balancín en ocasiones en el extremo en donde carga la válvula cuenta con un BUTOOM que es una taza lubricada, y en otras es ce acero cementado liso, en el otro extremo consta con un tornillo regulador y una tuerca de fijación de la regulación.

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Como indica la flecha roja es esta la claridad que tenemos que ajustar cuando regulamos las válvulas, para esto se debe seguir el procedimiento en el manual de servicio para cada motor, ingresar perno de 3/8 en carcasa del volante, asegurar que este calado en el pistón Nº1 PMS carrera de compresión y regular, con el perno regulador del balancín.

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Puente de Válvulas

El puente de válvulas al ser accionado por el balancín carga las dos válvulas, ya sea admisión o escape.

La flecha roja indica la clavija del puente de válvula, en esta guía va inserto el puente de válvulas

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Válvulas

(1) Ranura de cazoleta. (2) Vástago de la válvula. (3) Filete de válvula. (4) Asiento de válvula. (5) Cara de la válvula

Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos.

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Asiento o Inserto

de Válvula

El inserto o asiento de

válvulas se encuentra adosado en la culata se puede extraer usando procedimiento CAT.

Guías de Válvula

Guías de válvulas , las guías se encuentran adosadas a la culata como muestra la fotografía, la válvula trabaja al interior de la guía de válvula ,con el tiempo de trabajo estas guías sufren desgaste , de manera que hay que cambiarlas.

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Rotadores de Válvula

Los rotadores de válvula sirven para que cuando este trabajando la válvula, como es de abrir y cerrar no golpee siempre en el mismo sector y produzca un daño por repetición de trabajo, el rotador, la mantiene en giro siempre que este el motor funcionando, los rotadores pueden ser superiores como inferiores en esta lamina el rotador es superior.

1.- Seguros de resorte de válvulas

2.-Plato retenedor del resorte de válvulas

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Finalidad de la distribución : Los piñones deben estar sincronizados de tal manera que cuando llegue el pistón al PMS se encuentre con los grados de anticipación en la inyección de combustible para poder inflamar la mezcla de aire/combustible y el motor sea eficiente , si la distribución se encuentra desfasada de acuerdo con sus marcas el motor sufrirá un trabajo irregular, que se puede manifestar de distintas formas: temperatura de refrigerante, ruido excesivo en el conjunto de válvulas, ruido excesivo del motor, humo, funcionamiento irregular del motor, etc.

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(1) Engranaje del cigüeñal. (2) Engranaje loco.

(3) Eng. del árbol de levas. (4) Eng. de la bomba inyectora. (5) Eng. de la bomba de aceite. (6) Eng. de la bomba de agua. (7) Eng. del compresor de aire.

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SISTEMAS DE MOTOR

Sistema de Admisión y Escape

Sistema de Inyección de Combustible

Sistema de Refrigeración Sistema de Lubricación Sistema Eléctrico

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(1) Ante filtro. (2) Filtro de aire. (3) Turbocompresor. (4) Múltiple de admisión. (5) Postenfriador. (6) Múltiple de escape.

(7) Tubo vertical de escape. (8) Silenciador.

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perdida de los gases de escape del motor del auto. Estos gases hacen girar un rotor, que en el otro extremo del eje tiene una rueda que toma el aire a velocidad y lo impulsa a presión en su ingreso al motor. Eso hace que en ves de ser un motor de aspiración natural ("motor aspirado"), se convierte en un motor sobrealimentado en aire por la presión que le manda el turbo

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1.- Ducto de admisión de aire 2.- Ducto de escape 1 3 2 4

1) Aire 2) Turbo Alimentador 3) After Cooler 4) Múltiple de Admisión

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Sistemas Posenfriados

(1) Postenfriamiento del agua de las camisas. (2) Posenfriado aire a aire. (3) Posenfriado de circuito

independiente.

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Sistema Turbo Aftercooler

o Post enfriado

Sistema de Postenfriado

Aire a Aire (ATAAC)

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Sistema de Postenfriador de Circuito

Independiente (SCAC)

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Componentes

1.- Bomba de transferencia de combustible.

2.- Válvulas unidireccionales de bba de transferencia de combustible. 3.-Filtros secundarios. 4.-Bomba de cebado. 5.-Inyectores. 6.- Manifold de suministro de combustible. 7.- Válvula de alivio.

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La bomba de transferencia de combustible saca el combustible del estanque y lo transfiere através de tuberías hacia el manifold de baja presión de combustible, como un suministro constante

Bomba de Transferencia

de Combustible

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Filtro de Mallas

Una vez que la bomba de transferencia de combustible comienza a sacar el combustible del estanque, este ha sido filtrado por un filtro primario o de mallas para sacar las partículas mayores de impurezas, luego el combustible pasa a través de los filtros secundarios mostrados en la fotografía, estos filtros son de menor micraje.

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Bomba de Cebado de

Combustible

Al intervenir el sistema de combustible, se debe cebar el sistema con la bomba de cebado de combustible, como lo indica el manual de servicio.

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1) Líneas de alimentación y retorno de combustible 2) Manifold de baja presión de combustible

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Válvula de Alivio de

Combustible

La válvula reguladora de combustible, es la encargada de mantener una presión constante y controlada según el manual de servicio en el sistema de combustible de baja presión. Si esta válvula falla, la presión de suministro puede ser tan baja que tendríamos problemas de potencia del motor.

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Unidad Inyectora MEUI, Mechanical, Electrical Unit Inyección: Este inyector es actuado en forma mecánica por el eje de levas através del balancín, y controlado eléctricamente , es decir el ECM de motor energiza la solenoide del inyector, su válvula se abre y deje entrar combustible tanto tiempo este energizado.

Inyección directa de combustible, es directa por que el inyector atomiza el combustible directo en la cámara de combustión sobre el pistón.

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Inyección indirecta , es indirecta por que el atomizado de combustible del inyector lo hace , en una antecámara o precamara de combustión

Los motores CAT , de fuera de carretera usan principalmente un sistema de inyección que trabaja en forma directa, es decir, inmediatamente sobre el pistón, para ello el pistón fue diseñado par la familia de los motores 3500 de forma Cardioide como muestra la figura ,de manera ,que al ser inyectado el combustible se forme un atomizado uniforme para que cuando ocurra la inflamación sea en forma total .

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Este sistema es el que mantiene lubricadas todas las partes móviles de un motor, a la vez que sirve como medio refrigerante.

Tiene importancia porque mantiene en movimiento mecanismos con elementos que friccionan entre sí, que de otro modo se engranarían, agravándose este fenómeno con la

(1) Colector de aceite. (2) Campana de succión. (3) Bomba de aceite. (4) Válvula de alivio. (5) Filtro de aceite. (6) Enfriador de aceite. (7) Canalización de aceite. (8) Surtidores de enfriamiento. (9) Respiradero.

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Carter o colector de aceite

Bomba de aceite

Campana de succión

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Circuito de Lubricación

1) Cojinetes de bancada del cigüeñal. 2) Múltiple de aceite.

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El

enfriador de aceite de motor

funciona en contra corriente con respecto al sistema de refrigeración, para que ejecute una transferencia térmica, este enfriador de aceite consta con una válvula de derivación que actúa cuando el aceite se encuentra muy viscoso o hay alguna restricción importante en el enfriador, de manera que el aceite no pasa a enfriar y se dirige a los filtros.

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El

filtro de aceite

de motor consta con una válvula de by-pass en el cabezal del filtro y es para cuando el filtro se encuentra saturado se abre la válvula de by-pass y el aceite ingresa al sistema a lubricar , es mejor <aceite sucio que no aceite para lubricar ya que se

puede producir un daño

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Para que el sistema de lubricación funcione eficientemente, debe mantener una presión constante en todos los puntos a lubricar, el sistema no consta con una válvula de alivio de presión de línea o de sistema, la presión se genera producto de las restricciones del sistema, podemos observar que entre los metales de biela y bancada hay restricción, también en los orificios del block, sin embargo la bomba de lubricación si consta con una válvula de alivio de bomba que es de auto protección.

El

respiradero de motor

, es muy importante en el sistema ya que ayuda a evacuar los gases que pasan a través de los anillos de compresión hacia el Cárter, si no tuviéramos estos respiraderos se produciría una presión que podría dañar sellos retenes etc.

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La viscosidad es la resistencia de los líquidos a fluir en una superficie a una determinada temperatura.

Viscosidad

Aditivos de Aceites

comunes

(1) Detergentes. (2) Antidesgaste. (3) Dispersantes. (4) Alcalinidades. (5) Inhibidores de oxidación. (6) Bajo punto de fluidez.

(7) Mejoradores de viscosidad.

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El TBN o Número de Base Total

El número de base total es un aditivo del aceite que reduce la alcalinidad de este, producido por el combustible en el aceite, es decir el combustible, uno de sus componentes es el azufre, cuando se produce la combustión este azufre pasa a través de los anillos de compresión al Carter de aceite , al pasar el TBN neutraliza el azufre si el poder de neutralización del TBN fuera pobre el lubricante perdería rápidamente sus condiciones y se tornaría acido y se oxidaría dañando los componentes internos a lubricar del motor.

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La finalidad del Sistema de Refrigeración es eliminar el calor generado por la combustión y mantener la temperatura del motor en condiciones estables de trabajo especificado por el fabricante.

(1) Bomba de agua. (2) Enfriador de aceite. (3) Conductos. (4) Termostato. (5) Radiador. (6) Tapa de presión. (7) Mangueras y tuberías. (8) Ventilador.

Componentes

8

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(68)
(69)

Bomba de Refrigerante

La bomba de refrigerante de los motores CAT, es una bomba de desplazamiento NO positivo, de impelente, puede ser de fierro fundido o cerámica, en los motores de equipos de fuera de carretera es normal que usen dos bombas de

refrigerante, una para la

refrigeración de camisas y la otra para refrigeración del post enfriador.

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Enfriador de Lubricante CAT

1

2

(1) Refrigerante. (2) Lubricante.

El sistema de refrigeración enfría el

lubricante por medio de un

intercambiador de calor, (enfriador de aceite), y el principio es en contra corriente para que se produzca una transferencia térmica, es decir el refrigerante circula por el interior de los tubos de cobre y el lubricante por el exterior de los tubos de cobre, el ingreso del refrigerante es de derecha a izquierda y el lubricante es de izquierda a derecha.

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After Cooler

Una vez que el turboalimentado hace ingresar el aire al motor, por estar sometido a presión entre el turbo y el aftercooler, este se calienta aumenta su volumen, al pasar por el aftercooler el aire se enfría baja su densidad y puede entrar mas cantidad de are a las cámaras de combustión.

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Camisas

Se observa un estrechamiento en el sector de las camisas en la galería de refrigeración, en el sector superior, esto se debe a que la construcción en el block obliga al refrigerante circular con mayor velocidad y de esta manera evacuar o disipar el calor en forma rápida y eficiente.

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La temperatura no debe exceder a una diferencia de 9 grados entre botes de radiador.

Al salir el refrigerante desde la caja de termostatos, en el sector superior (1) hacia el radiador comienza a circular el refrigerante hacia la parte inferior del radiador(2), la velocidad del desplazamiento del refrigerante en el radiador está calculado para que con las RPM del ventilador sea capaz de enfriar el volumen de refrigerante. Las temperaturas en el bote superior y bote inferior el delta de diferencia está estipulado según el fabricante en los manuales de servicio.

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Galería de refrigeración en las culatas de los cilindros, en el centro la flecha está indicando la galería de refrigeración de los inyectores de combustible en la culata.

Caja de termostatos: la caja de termostatos se encuentra siempre en la parte superior del motor, dispuesta antes de que entre el refrigerante al bote superior de el radiador, a la salida del refrigerante del motor, hacia el radiador.

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Termostato

El termostato es el componente

que regula según temperatura del refrigerante de motor, el paso del refrigerante hacia el radiador, controla las mínimas temperaturas de trabajo en el motor.

El termostato sirve para

direccionar el flujo de

refrigerante, según las

condiciones de temperaturas que se encuentren en el sistema, además es un componente que controla las mínimas temperatura de operación del refrigerante (trabajo ).

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Caja de termostatos Termostato Sello de Termostato

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Despiece de un Motor de partida (arranque)

1) Tornillo de unión semicuerpo 2) Piñón con rueda libre y manguito

de acoplamiento

3) Inducido

4) Soporte inductor-carcasa

5) Bobinas inductoras

7) Casquillo

8) Abrazadera de protección soporte lado piñón

9) y 10) Escobillas

11) Muelle retención escobillas 12) Bobinas inductoras

14) Palanca de acoplamiento del arranque 15) Taco de goma

16) Tornillo

17) Soporte lado piñón 18) Casquillo

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1 2 3 4 5 6 7 9 8 10

El Alternador

1) Diodo 2) Placa de diodos 3) Colector 4) Corona 5) Rodamiento 6) Ventilador 7) Rotor 8) Carcasa 9) Escobillas (carbones) 10) Rodamiento

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1) Caja de la batería 2) Separador entre celdas

3) Multiplatos Electrodo negativo 4) Electrodo negativo

5) Unión entre electrodo positivo y negativo 6) Electrodo positivo 1 2 3 4 5 6

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