El cilindro, la culata (o tapa/cabeza de cilindro) y el pistón, son componentes fundamentales en los motores, porque (junto al cigüeñal) son los responsables de proporcionar la fuerza mecánica que hace posible su funcionamiento.
Cilindro
El cilindro es una pieza metálica fabricada con aleaciones fuertes que son
capaces de resistir el desgaste del recorrido del pistón y las altas
temperaturas (producto de la combustión de la mezcla) durante su vida útil.
Tienen una cavidad interna que es de forma cilíndrica (de ahí su nombre) y
es la pieza encargada de “guiar” al pistón en su desplazamiento para
proporcionar la fuerza mecánica del motor. La parte externa presenta varias
aletas de refrigeración que su función es ayudar a disipar el calor
producido dentro del cilindro. En la parte trasera de nuestro cilindro de
VeloSolex 3800 podemos observar las lumbreras de admisión (por dónde entra
la mezcla de nafta y aire desde el carburador) y de escape (por dónde salen
los gases de la combustión). Internamente presenta dos lumbreras de
transferencia o admisión, que se encargan de controlar el flujo de la mezcla
desde la admisión hasta la cámara de combustión. En la parte superior
presenta un pequeño canal que desemboca en la lumbrera de escape y que es la
continuación del canal de la válvula de la culata.
Vista posterior del cilindro
Vista superior del cilindro
Vista interior del cilindro
Culata
La culata o tapa de cilindro se encarga de cerrar la parte superior del
cilindro para formar la cámara de combustión. Al igual que el cilindro,
presenta varias aletas de refrigeración para disipar el calor producido en
la cámara de combustión. La culata de la VeloSolex 3800 es muy simple;
presenta el orificio para la bujía, el canal para instalación de la válvula
descompresora y un orificio por dónde salen los gases de la cámara de
combustión una vez que la válvula se abre (este orificio está alineado con
el del cilindro, que desemboca en la lumbrera de escape).
Vista superior de la culata
Vista inferior de la culata
Componentes de la válvula descompresora
Pistón
El pistón es la pieza que se mueve de forma vertical dentro del cilindro y
que, conectado a través de la biela al cigüeñal le transmite la fuerza
mecánica para que este último gire. Al igual que la culata, el pistón de
VeloSolex 3800 es muy simple. Generalmente son fabricados en aluminio y
llevan tres aros o segmentos, aunque actualmente se consiguen con dos. Los
aros son unos anillos metálicos que se insertan en las ranuras del pistón y
su principal función es sellar la cámara de combustión para que, durante la
compresión, la mezcla de aire y combustible no pase al interior del
cárter.
Componentes del pistón (1): perno (2), seguros (3) y aros (4)
Biela de VeloSolex 3800. Conecta al pistón con el cigüeñal para transmitir la fuerza mecánica al motor
Como comentamos en la
entrada anterior, el avance de encendido es clave para que nuestro motor funcione
correctamente y en este post voy a explicar la forma de regularlo. Existen
varias maneras de ajustar el avance, pero voy a intentar explicar lo más
claro posible el método que me ha resultado más eficaz, que es utilizando un
multímetro digital o tester. Existe otro método, que sobre todo lo utilizan
los mecánicos de la “vieja escuela” que es mediante la utilización de
un papel de hojilla de tabaco entre los puntos de platino y que en la web
pueden encontrar información al respecto (yo nunca lo utilicé).
Para realizar esta tarea es necesario un multímetro digital,
puntas de prueba/pinza cocodrilo, un cable de 2mm y es
recomendable contar con un extractor para el volante magnético
y un tornillo traba-cigüeñal, ya que nos van a facilitar el
trabajo.
Multímetro Digital
Pinzas cocodrilo
Traba-cigüeñal
Extractor de volante magnético
Paso 1: Quitamos el volante magnético. En el estator vamos a ver los
componentes del encendido del motor. La parte que más nos interesa son los
puntos del platino. Esta pieza cuenta con dos partes, una fija que es la que
tiene el “brazo” o pieza móvil que acciona la leva del volante para abrir el
circuito, y la segunda que es la que se debe ajustar para corregir un
eventual retraso o avance incorrecto. Esta pieza se ajusta con un tornillo
que se encuentra a su izquierda, y tiene dos tornillos que la afirman al
estátor.
Componentes del sistema eléctrico de la VeloSolex 3800
Paso 2: Quitamos el tornillo que aprieta el terminal secundario de
la bobina de encendido (que se encuentra encima del capacitor), y retiramos
el terminal para quitar la bobina del circuito.
Paso 3: En el lugar del terminal de la bobina, colocamos un cable
que puede estar pelado en la punta o con un terminal redondo para hacer más
fácil la tarea, en el cual vamos a conectar una de las pinzas cocodrilo.
Apretamos el cable con la tuerca.
Paso 4: Aflojamos los tornillos que afirman el punto de platino
superior al estátor, para luego poder ajustar el avance. No es necesario
aflojarlas mucho sino lo necesario para poder mover esa pieza.
Paso 5: Colocamos el volante magnético, y a través de una de sus
ventanas pasamos el cable que atornillamos en dónde estaba el terminal de la
bobina de encendido.
Paso 6: Con una pinza cocodrilo “mordemos” el cable que sale del
estátor, y con la otra, la instalamos en alguna pieza del cárter, ya que nos
va a hacer de masa. El lugar ideal para utilizar la pinza de masa son unas
pequeñas solapas que se encuentran alrededor de la circunferencia del
estátor. Prendemos el multímetro en la modalidad de continuidad y colocamos
las puntas de cocodrilo en las puntas del multímetro. Hay que prestar
atención de que la pinza que colocamos a masa (al cárter del motor) esté
conectada a la punta del multímetro negativa.
Quitamos el terminal secundario de la bobina de encendido y le atornillamos un cable
Pasamos el cable por una de las ventanas del volante y conectamos las pinzas cocodrilo
Paso 7: El estátor tiene una marca que dice Rupture, y el volante
magnético tiene una marca en su superficie que nos indican que en el momento
que están alineadas, los puntos de platino deben abrirse. Este es el momento
exacto en dónde debe producirse la chispa. Debemos alinear estas marcas y
escuchar si el multímetro emite sonido (marcando si el circuito está
cerrado) o no. Si el avance de encendido está perfectamente sincronizado, al
desalinear las marcas y girar el volante hacia la izquierda (en contra de
las manecillas del reloj) el tester debe emitir sonido de continuidad y en
el momento de alinear las marcas no emitir ningún sonido. Si el tester no
emite sonido alguno con la marca del volante corrida hacia la izquierda con
respecto a la del estátor, nos está indicando que el circuito se está
abriendo antes de tiempo, y si el tester emite sonido con la marca del
volante corrida hacia la derecha con respecto a la del estátor, nos indica
que el circuito se está abriendo más tarde, con lo cual el motor no va a
funcionar correctamente.
Las marcas del estátor y del volante deben estar alineadas, para así podemos comprobar el momento exacto en dónde los puntos de platino se separan y abren el circuito
Paso 8: Si vemos que el avance de encendido está fuera de tiempo,
pasamos a regular el punto de platino superior con el tornillo de ajuste.
Para eso utilizamos un destornillador lo bastate largo para que pase por la
ventana del volante. Debemos colocar las marcas del estátor y el volante
alineadas, y girar el tornillo de ajuste hasta escuchar que el tester emite
sonido. Luego de esto, regulamos el tornillo hasta que el multímetro deje de
emitir sonido de continuidad. Movemos levemente el volante para comprobar
que el sonido del multímetro deja de emitirse (se abre el
circuito) en elMOMENTO EXACTO EN QUE LAS MARCAS SE ENFRENTAN. Si no es así, seguimos ajustando el platino superior hasta que consigamos
que el multímetro no marque continuidad en ese preciso momento. Una vez
logrado esto, apretamos los tornillos que mantienen unida la pieza del punto
de platino superior al cárter. Puede suceder en platinos originales (con
años de uso y desgaste) que, al apretar estos tornillos, el punto de platino
superior se corra y cierre el circuito y debamos volver a ajustarlo, pero
esta vez teniendo en cuenta que al apretar la pieza al cárter, se puede
mover algunas décimas de milímetros.
A través de una de las ventanas del volante, ajustamos el tornillo del avance de encendido y una vez que está perfectamente ajustado, procedemos a fijar al pieza del punto de platino superior con los tornillos de apriete.
Paso 9: Una vez que quedó todo perfectamente sincronizado,
quitamos el volante nuevamente para sacar el cable que usamos para el
multímetro y volver a instalar el terminal secundario de la bobina en el
circuito. Hecho esto colocamos nuevamente el volante y probamos la chispa
de la bujía. La chispa debe aparecer en el momento que enfrentamos las
marcas como muestra el video del ejemplo.
Uno de los aspectos fundamentales para que el motor de
nuestra VeloSolex funcione correctamente es que esté bien regulado el avance de
encendido (también nombrado simplemente avance o puesta a punto).
En los motores de combustión interna se le llama avance de
encendido a la anticipación en que la bujía produce la chispa necesaria para
quemar la mezcla de nafta y aire, antes de que el pistón alcance el Punto
Muerto Superior (PMS). En la teoría, el momento indicado para que la chispa
encienda la mezcla es cuando el pistón alcanzó su punto más alto dentro del
cilindro (PMS), con la mezcla completamente comprimida y así aprovechar al máximo
la potencia de la explosión/combustión. Sin embargo, esto no es así en la
práctica, ya que la mezcla no se enciende instantáneamente en su totalidad;
esto se produce en alrededor de 2 milisegundos. Por este motivo, es que la
combustión se inicia cuando el pistón todavía está subiendo.
Representación gráfica del Punto Muerto Superior e Inferior del pistón en un motor dos tiempos
El avance de encendido no se mide en tiempo, sino que se
hace en grados, teniendo en cuenta los 360 grados en que gira el cigüeñal. En
los motores de VeloSolex 3800 la chispa se genera a los 23,5° antes de que el
pistón alcance el PMS. Si la generación de la chispa se produce antes de esos
23,5° antes mencionados, le estaremos restando potencia al motor (que ya de por
si no posee mucha) y se producirá lo que se llama el “picado de biela”. Esto
se da porque la combustión se produce demasiado pronto y la fuerza de expansión
de la mezcla encendida empieza a empujar al pistón hacia abajo antes de que éste
llegue al PMS; es como golpear al pistón y obligarlo a bajar antes de que
termine de subir completamente. Esto somete al pistón y sobre todo a la biela a
grandes esfuerzos, llegando a romper estos componentes. Si el avance está
atrasado (la chispa se genera después de esos 23,5°, por ejemplo, a los 13°) esto
produce una pérdida de potencia del motor y genera calor excesivo y llamas en
el escape. Este último escenario se puede ver, en un motor de VeloSolex sin
filtro de aire, al salir humo por el tubo de admisión del carburador. Otro
indicio de que el avance de encendido está atrasado, son las contra-explosiones
al apagar el motor (fuerte explosión al detener y apagar el motor, que termina
con la expulsión de los gases quemados por el tubo de admisión del carburador
como se describió anteriormente).
Grados de giro del cigüeñal
Si notamos que el motor no está funcionando correctamente,
una de las razones puede que sea la desregulación del avance de encendido. Para
ajustar el avance, el motor de VeloSolex cuenta con un tornillo regulador en el
estátor, al lado de la pieza de los puntos de platino, que regula su altura y
así el momento en dónde los puntos se separan para abrir el circuito eléctrico
y permitir el salto de la chispa. El procedimiento de ajustar el avance será
explicado al detalle en el próximo post.
Ubicación del tornillo de regulación del avance de encendido en el estátor en el motor de VeloSolex 3800
Cuando nuestra VeloSolex no enciende, una
de las primeras cosas que tenemos que verificar es si la bujía tiene chispa. En
la entrada Bujías - Mantenimiento se explica el método para probar la bujía. En caso de que no
tenga chispa, tenemos unos pasos básicos para comprobar:
Cambiar la bujía por otra o
probarla en otro motor.
Verificar continuidad del cable
de la bujía.
Verificar estado de la bobina
de encendido.
Verificar el capacitor.
Verificar los puntos de platino.
Identificación de los terminales del capacitor y bobina de encendido de una VeloSolex 3800
Para llevar a cabo varias de éstas
verificaciones, vamos a necesitar un multímetro digital (MMD).
Lo primero que debemos comprobar es si la
bujía está en buen estado. Podemos probar cambiando la bujía por otra que
tengamos, sea usada o nueva, o probar la bujía en otro motor que sabemos que
funciona correctamente (en caso de tenerlo). En caso de probar con una bujía
nueva, y seguimos sin tener chispa, pasamos a revisar los otros componentes.
Lo segundo que tenemos que probar es el
cable de la bujía. Debemos poner el MMD en la función de continuidad, y tocando
los extremos del cable con las puntas del MMD, este emitirá un pitido (algunos indican
mediante un led) indicando que el cable no está cortado y presenta continuidad.
También debemos observar en qué estado se encuentran los terminales del cable (un
tornillo que hace contacto con la bobina de encendido y el “gancho” que hace
contacto con la bujía), que no presenten oxidación, sulfatación o tengan una
capa de suciedad que nos lleve a que los terminales hagan falso contacto. En
este caso, podemos lijar los terminales con un papel de lija muy fino, para
sacar esa “película” que nos puede estar provocando el falso contacto.
Prueba con multímetro digital del estado de la bobina de encendido
Si el cable está bien, lo siguiente a
comprobar es el estado de la bobina de encendido. Nuevamente debemos utilizar
el MMD, pero esta vez en función de resistencia (representado por el símbolo omega). Debemos comprobar
el valor de la resistencia de ambos bobinados, siendo el valor del primario en
el entorno de 1.5 - 2.5 ohm, y del secundario entre 2.000 - 3.000 ohm (generalmente
la cifra es 2.700 ohm o 2.7 kilo-ohm). Para medir la resistencia, hay que poner
una de las puntas del MMD en el núcleo de la bobina, y la otra en las
terminales del primario o el secundario. Para el primario, hay que colocar el
MMD en la escala de 200W y para el secundario, en escala de 20K. Si en la medición no
obtenemos un valor, seguramente alguno el bobinado esté cortado o defectuoso y
la bobina no genera corriente. Es recomendable también, cuando estamos
restaurando una VeloSolex, es lijar con un papel de liga muy fino (de igual
manera que para el cable de la bujía) los terminales de la bobina, como también
su núcleo, para evitar falsos contactos. Si aún seguimos sin chispa, el próximo
elemento a testear es el capacitor.
Prueba con multímetro digital del capacitor
Para medir el capacitor de nuestra
VeloSolex, debemos colocar nuestro MMD en la opción para medir capacitancia (representado
por la letra F). Debemos seleccionar la escala de 2u (dos microfaradios) en el MMD, y el valor
del capacitor debe rondar los 0.22 uf. Al no ser un capacitor polarizado, no
importa con que punta medimos sus terminales. Si el valor de capacitancia nos
da un valor menor, o “infinito” (marcado usualmente como un 1 a la izquierda de
la pantalla del MMD) quiere decir que el capacitor está defectuoso. Otra prueba
que se puede hacer, es medir continuidad entre sus terminales. Si tenemos
continuidad, quiere decir que el capacitor está en cortocircuito.
Ubicación de los puntos de platino
Lo último a probar en el sistema de
encendido son los puntos de platino. Suele presentarse que los puntos se
encuentren sucios, no permitiendo el paso de la corriente eléctrica generada en
el primario de la bobina, y, por ende, imposibilitando la generación de
corriente en el secundario para enviársela a la bujía, manteniendo siempre el
circuito abierto. Para solucionar este problema, nuevamente recurriremos a un
papel de lija muy fino, y lijar los dos puntos de platino para remover toda la
suciedad, y permitir el paso de corriente entre ellos.
Luego de revisar y comprobar que todos los
elementos del circuito de encendido están en buen estado, deberíamos tener
chispa en la bujía. Si continuamos con ausencia de chispa, otro aspecto que debemos
verificar, es el “avance” del motor o “punto” (timing en inglés), pero este tema va a ser tratado de forma
individual en otra entrada de este blog, ya que es bastante extenso. He tenido
alguna situación de que el encendido no presentaba chispa, y regulando el
avance, logré que funcionara todo correctamente.
El sistema de encendido que encontramos en la VeloSolex es del tipo “magneto”. Está compuesto por una parte móvil rotativa (volante magnético o rotor) que tiene cuatro imanes y una parte fija (estator), que es dónde se encuentra el circuito eléctrico de encendido. Este circuito lo componen una bobina de encendido, un capacitor y un platino. En el estator también se encuentra la bobina de iluminación, pero este componente no es parte del circuito de encendido, sino que trabaja en solitario.
Imagen del estator con los componentes eléctricos 1) Bobina de encendido, 2) Capacitor, 3) Platino, 4) Bobina de iluminación
La bobina de encendido está compuesta por dos bobinados, uno denominado primario (hilo de cobre más grueso de determinada cantidad de vueltas) y el otro secundario (hilo más fino, y con mayor cantidad de vueltas). Este tipo de construcción hace que la bobina se comporte como un transformador, siendo capaz de convertir el bajo voltaje o tensión que fluye el primario en alta tensión en el secundario, capaz de provocar la chispa en la bujía y encender la mezcla en la cámara de combustión. Cabe destacar que la tensión que llega a la bujía, supera los diez mil voltios.
La función del platino es permitir o no el pasaje de corriente desde el primario a masa, y la del condensador es almacenar energía y “proteger” al platino, para que en el momento que abre el circuito la corriente no genere un arco eléctrico entre sus puntos y los deteriore, y llegue incluso, a fundirlos.
Funcionamiento
Cuando colocamos el motor sobre la rueda, y traccionamos el rodillo para encenderlo, el volante magnético gira conjuntamente con el cigüeñal del motor, ya que se encuentra acoplado a éste. Con ese movimiento, los imanes que tiene el volante inducen una corriente eléctrica en el primario de la bobina de encendido. En un determinado momento, la leva que tiene el volante en su parte interior separa los puntos del platino, abriendo el circuito eléctrico y cortando bruscamente el flujo de corriente eléctrica. Esto causa que el campo electromagnético del primario colapse, induciendo un pico de voltaje que el capacitor se encarga de absorberlo y evita que salte un arco eléctrico entre los puntos del platino. A su vez, este corte brusco induce una corriente de mayor voltaje en el secundario de la bobina (debido a la mayor cantidad de espiras) que es suficiente para generar el arco eléctrico en la bujía.
Parte interna del volante magnético. La leva es la encargada de abrir el circuito de corriente, separando los puntos del platino.
Este sistema de encendido, debido a su simpleza (ya que no requiere una fuente externa de energía para funcionar, como, por ejemplo, una batería) y su fiabilidad (mientras el volante gire, se produce energía eléctrica) es utilizado en aeronáutica. Otras de las características es que es un sistema compacto y requiere poco mantenimiento. Una desventaja es que es muy caro de fabricar.
Como mencionamos anteriormente, en el estator podemos encontrar la bobina de iluminación, que funciona de forma independiente al circuito de encendido, pero que la lógica de funcionamiento es la misma que la bobina de encendido; genera corriente eléctrica a través de los imanes del volante y alimenta la luz frontal y trasera del cuadro de la bicicleta.
Aquí pueden ver una animación de cómo funciona el encendido. Este ejemplo utiliza una batería, pero la base del funcionamiento, es la misma.
Un motor de dos tiempos, como el de la
VeloSolex S3800, la temperatura de la bujía debe estar en el rango de calor de
500° a 850° C. Como se explicó en otra entrada (ver aquí), no cualquier bujía sirve para
cualquier motor. Para este modelo de VeloSolex, lo ideal es que sea una bujía
caliente y de “rosca corta”. El modelo más común para nuestros vehículos son
las NGK B6HS, o también puede ser la BP5HS (pongo como ejemplo la marca NGK
porque es la que utilizo, también puede ser el equivalente en otras marcas).
Las bujías más calientes son mejores para viajes cortos y motores de bajas RPM,
mientras que las frías son más adecuadas para viajes largos, motores de altas
RPM, cargas pesadas y motores de carrera.
Bujía en buen estado
Observando el estado de la bujía, podemos
tener una idea si la bujía es la adecuada para nuestro motor, y del correcto
funcionamiento del mismo. Un motor que funciona correctamente, debe presentar
una bujía con la base (electrodo y aislante) con un color “acaramelado”. Más
allá de este estado óptimo, solamente quiero presentar dos de los estados más
comunes en la bujía ya que el tema es muy amplio (quién quiera abordar el tema
más en profundidad, puede encontrar mucho material en internet).
Bujía con hollín o carbonilla
Si la base de
la bujía se encuentra con hollín, nos indica que no alcanza la temperatura
adecuada para quemar la mezcla de combustible y aire, o que la mezcla es “rica”
(contiene más nafta que la necesaria o tiene poco aire). En esta situación se
puede probar con poner una bujía más caliente para ver si se resuelve el
problema. Si la base de la bujía presenta residuos con aceite, nos indica que
el combustible tiene exceso de aceite, y se deberá reducir la proporción.
Bujía con residuos de aceite
A grandes rasgos quise mostrarle los “estados”
más comunes que he visto en estos años que llevo manejando y solucionando los
problemas de mi VeloSolex.
Comprobar la chispa
Uno de los motivos por lo que un motor no
arranque, es porque la bujía no tiene chispa. Probar la bujía en la VeloSolex
es muy fácil. Simplemente debemos desenroscarla de la tapa del cilindro (previamente
habiendo sacado el filtro de aire) y conectada al cable, debemos apoyarla sobre
alguna parte del cárter, o el cilindro mismo, y hacemos girar el volante. Si la
bujía está bien, debemos ver una chispa de color azul. Como ejemplo, ver el siguiente video.
La bujía cumple dos funciones en los
motores: encender la mezcla de aire-combustible a partir de una chispa
eléctrica y eliminar el calor de la cámara de combustión, por lo que deben
soportar temperaturas extremas.
Diagrama de una bujía
Las bujías se clasifican por su grado
térmico, que es su capacidad de disipar el calor de la cámara de combustión. Se
pueden clasificar en frías y calientes. El grado térmico de la bujía se
determina, a grandes rasgos, por la longitud del aislador central de cerámica y
su capacidad para absorber y transferir el calor de la combustión. Las bujías
calientes son las que tienen la punta del aislador muy larga y evacúa poco
calor de la cámara de combustión hacia la culata, por lo que conducen el calor
con lentitud, y se mantienen calientes. Las frías, por el contrario, tienen una
corta longitud del aislador central, lo que permite evacuar mucho calor hacia
la culata y de forma rápida, manteniéndose frías. Esta clasificación no es por
el calor que las bujías alcanzan, sino por el calor que disipan. Los factores
que determinan el grado térmico son el grado de compresión del motor, la
admisión o las condiciones de funcionamiento.
Diferencia de conducción de calor en tipos de bujías
La temperatura de la bujía debe mantenerse
entre 500 y 900 grados aproximadamente. Si no consigue una temperatura mínima,
no es capaz de quemar bien la mezcla de combustible y se forma hollín, que a la
larga ensucia la bujía e impide la formación de la chispa. Si se calienta de
forma excesiva puede producirse la autoignición, es decir, la explosión de la
mezcla de gasolina y aire a causa del calor de los electrodos, antes de que
estos produzcan la chispa, provocando un mal funcionamiento del motor. En un caso
extremo, este calor excesivo, puede fundir el material de la bujía.
Los motores de mucha potencia utilizan bujías
frías, capaces de disipar mucho calor y evitar su sobrecalentamiento y los de
bajas prestaciones necesitan bujías calientes, que al no disipar el calor
pueden mantener la temperatura mínima adecuada.
