motores diesel

El motor Diesel

El m o to r Diesel, l lamado también m otor de ignición por compresión recibe su nombre por el doctor Rudolf Diesel quien patentó un m oto r de! tipo de ignición p o r compresión en Alemania en 1893. E^, un m otor de combustión interna, es decir,.la co m bustión tiene lugar dentro del motor. En sus aspectos básicos es similar en diseño y construcción a un m o to r de gasolina, que también es de combustión interna'. Sin embargo, en el m otor Diesel hay-diferencias en el m é to d o de hacer llegar el combustible a los cilindros del m otor y en la forma en que ocurre la combust ión. '

En el m o to r de gasolina el combustible entra 'a los cilindros com o una mezcla de aire y combustible y la inflamación o ignición de la mezcla se produce po r una[chispa;electrica, en las Irujias. En el caso del Diesel, el combustible se-inyecta en el cilindro en fo rm a .d e chorro de rocío a tomizado (se llamará a tom izac ión) y la ignición ocurre debido a la elevada . tem pera tu ra del aire que hay dentro del cilindro en el cual se inyecta el combustible.

El nom bre de ignición por compresión]se relaciona con el m odo de funcionamiento del motor . Los motores Diesel se diseñan con relaciones de compresión muy altas, que producen presiones elevadas y por tanto, temperaturas muy altas en el aire que se comprime en las cámaras de combustión del motor. Estas temperaturas son lo bastante altas para hacer que se inflame el combustible que en forma de chorro de rocío es a tomizado en la cám ara de combustión. Por ello, se verá que la compresión ocasiona la ignición y por tanto a estos motores se les conoce corno de ignición por compresión. Sin embargo, se ha utilizado el nombre de Diesel para los motores de ignición por compresión desde hace tantos años y es de uso tan generalizado que en este libro se utilizará la designación Diesel en vez de ignición po r compresión.

Aplicaciones de los Dieselí.os motores Diesel de aplicación automotr iz se utilizan en una serie de vehículos que van desde au tom ó

viles pequeños, en los cuales pueden ser como opción del m oto r de gasolina, hasta camiones pesados y equipo para movimiento de tierras. Para equipo pesado, los- motores Diesel son de construcción robusta y producen toda la gran potencia que se necesita. En los automóviles, ofrecen economía de funcionamiento y m enor contaminación atmosférico que un m o to r similar de gasolina, aunque el costo inicial de.un Diesel es' más alto.. . •

En la f igu ra -2.15 se ilustra un motor. Diesel pequeño del/tipo que se emplea en vehículos comerciales ligeros y en automóviles. Los motores Diesel suelen ser más ruidosos y funcionan a velocidades más bajas que los motores de gasolina; pero, en los motores pequeños, se ha aum en tado la velocidad del m otor y se ha disminuido el ruido del motor a •intensidades aceptables para los conductores que están acos tum brados a los motores de gasolina. Esto se ha logrado con el d iseño del m o to r y ais lamiento en la carrocería del vehículo contra el ruido del motor . El m otor i lustrado en la figura 2.15 es de tam año similar a un m o to r equivalente de gasolina, pero sus componentes son más fuertes y gruesos. Cuando se observa un motor , el m o to r Diesel pequeño se puede identificar por su sistema de combustible, que incluye los filtros, una bomba de inyección, tubos para los inyectores e inyectores. Además, se nota de inmediato la'&ilta del carburador , distribuidor y bujías.,.

Los motores Diesel en vehículos comerciales pequeños son similares a los de los automóviles. En los camiones pesados se utilizan motores mucho más grandes y potentes. Su diseño produce velocidad del m o to r mucho más bajas que en los motores de gasolina y algo más bajas que los Diesel instalados en automóviles. El diseño de los motores para camiones también produce una elevada torsión (par) a velocidades más o menos bajas. Todos los m oto res Diesel se construyen con componentes más fuertes que los motores de gasolina y son necesarios para soportar las fuerzas centrífugas y de inercia que son mayores en un Diesel. Los motores Diesel, por su diseño, cuando reciben mantenimiento ñor-

2 MECÁNICA PARA MOTORES DIESEL

balancín

mal, t raba ja rán d u ran te largos periodos entre cadareparación m ayor.

En la f igura 2.17 se i lustra un m o to r para un cam ión grande. Es un m o to r de 10 cilindros con una potencia de a lrededor de siete veces más que la de un m o to r para automóvil. La m ayor parte de los m otores para camiones son de 6 o de 8 cilindros.

El equipo p a ra construcción, tal com o las unidades pesadas u ti l izadas en la cons trucc ión de cam inos o p resas y en la m inería , t iene m o to r Diesel, de t ip o a u to m o tr iz , pe ro suele ser m uch o m ás g ran d e que el u tilizado en vehículos para t rab a jo n o rm a l en cam ino . Estos m o to res g randes pueden tener 8, 12 o más cilindros.

En los t r a c to re s ag r íco las y en los t ra c to re s y m á q u in a s s im ilares u t i l izad as en t r a b a jo de construcción se emplea m otor "Diesel. Estos m o

tores pueden ser desde 4 cilindros en un tractor agrícola pequeño hasta 12 o 16 cilindros en equipos grandes.

El m otor Diesel en una máquina para movimiento de tierras no sólo sirve p a ra im pulsar el vehículo, sino que tam bién se utiliza a m enudo para accionar mecanismos hidráulicos que son parte de la m áquina, como la hoja de un bulldozer ( topadora , niveladora). Los motores Diesel se emplean tam bién en las unidades motrices. Estas son la fuente de po ten cia y pueden ser vehículos sobre ruedas u orugas

*

que se utilizan para m over (por lo general arrastrar) . o tras unidades como una escrepa (trailla) que se

emplea para desprender y mover grandes cantidades de tierra. La unidad m otriz tiene un m otor Diesel lo suficientemente grande para producir la potencia necesaria p a ra moverse por un camino y también accionar una bom ba hidráulica; ésta a su

orificio de admisión válvula de admisión

válvula de escape

alternadortapa de balancines

inyector de combustible

culata de cilindros

bomba de!-^ agua

impulsor

árbol de levas

engranes de sincronización (tiempo)

biela

pasador de pistón

bloque de cilindros

volante

bornoa del aceite lubricantecigüeñal

depósito de aceite (cárter)

colador del lubricante

Motor Diesel básico. Se han co r tado secc iones para mostrar las piezas internas Perkins

EL MOTOR DIESEL 3

Eí conjunto.del motor DieselEl con jun to del m o to r Diesel, es decir el m o to r en sí ;• si equipo auxiliar y accesorios para su funciona- m iento, se puede considerar que consta de lo siguiente:

1. El m o to r en sí.2. El sistema de a r ran q u e .3. El sistema de combustible.4 . El sistema de en fr iam ien to . /5. El sistema de lubricación. '6. El sistema de adm isión de aire. '7. El sistema de escape,-

Estos sistemas, en com binación, permiten poner en m archa el m o to r y que siga funcionando. El sistema d e a Tranque.pone en m archa el m otor; el sistema de combustible suministra el combustible para el arranque y m arch a norm al; el sistema de enfriamiento controla la tem pera tu ra del m otor; el sistema de lubricación circula aceite p o r todo el m o to r para reducir la fricción y prevenir el desgaste; el m o to r

rm a aire a través del sistema de admisión de aire ygases q uem ad o s se descargan a través del siste

m a de escape.A lgunas partes de los sistemas antes citados son

.'.:egrales con el m otor. Otras, se instalan en el ¿x■ rr io r del m o to r o en algún lugar en el bastidor o

• ez. envía líquido a presión para accionar arietes y : : ro s a p a ra to s hidráulicos de la m áquina con la cual está acoplada .

En los au tobuses para servicio u rb ano se utilizan m oto res Diesel. En este tipo de servicio, el m otor qu izá traba ja rá duran te periodos largos cada día. Los au tobuses u rbanos se detienen en forma continua p a ra el ascenso o descenso de los pasajeros, por lo cual el m o to r Diesel funcionará durante largo t iem po en condiciones que van desde baja velocidad (m archa m ínim a o “ ralentí” ) hasta velocidades altas . Los autobuses para servicio foráneo también tienen m o to r Diesel y trabajan en cond iciones m u y diferentes po rque viajan a alta velocidad en las carreteras. El m o to r en estos tipos de vehículos suele es tar en la parte posterior. C on esto no sólo se tiene más espacio p a ra el conducto r y los pasajeros, sino que el m otor, la transmisión y el eje p ropulsor fo rm an una un idad m ucho m ás compac- . 2 en la p a r te posterior del vehículo.

A dem ás de su empleo en vehículos autom otri- : :s . el m o to r Diesel tiene m uchas o tras aplicacio- r.es. Se utilizan motores estacionarios para impulsar a l te rnadores y p roduc ir electricidad o se .acoplan , con bom bas p a ra bom bear agua.

•Para el t rab a jo m arino , los m otores Diesel se construyen en una gran variedad de tam años, para impulsar em barcaciones pequeñas o buques g ran des. En este libro , nos concretarem os al Diesel tipo au tom otr iz , au n q u e sus principios se aplican en la m ayor p a r te de los m otores Diesel.

en la carrocería adyacente al com partim iento del m o to r del vehículo. En este capítulo se describirán las partes principales del m o to r y de sus accesorios y se com entarán con más detalle en capítulos posteriores.

Componentes des motorEl m o to r consta de cierto núm ero de componentes que se en sam b lan en la fábrica . Estos co m p o n en tes se su je tan en tre sí co n d iversos torniilos (pernos), tuercas y o tro s su je tadores .

En la figura 1.1 se ilustran las partes de un m o to r básico. Las partes externas están cortadas para p o d er ver las internas. En algunas partes inter-

Fig. 1.2 B loque de c ilindros: 1 parte superio r del b loque en donde se a to rn illa la cu la ta de cilindros,2 e sp á r ra g o s (b i r lo s ) pa ra la cu la ta 3 ju n ta de la cu la ta , 4 cam isa d e c i l in d ro , 5 pa r te in fe r io r de l b lo q u e P erkins

ñas se han hecho cortes seccionales; esto permite identificar su colocación correcta en el m otor. A continuación se describen las partes principales del m o to r y se pueden localizar en la figura que se cita.

Bloque de cilindros (monoblock)El bloque de cilindros' (Fig. 1.2) es la parte más grande del m otor. Las o tras piezas se instalan o se colocan en el bloque. El bloque de cilindros es una

4 MECÁNICA PARA MOTORES DIESELsola pieza de h ierro fundido con agujeros cilíndri- que se convierte en m ovim iento ro ta torio en ei k•-os o cilindros. Los pistones se instalan en los cilin- güeñaldros.

Fig. 1.3 Culata (cabeza) de c ilind ros : 1 culata, 2 válvula de adm is ión , 3 válvula de escape4 resorte de válvula, 5 m ú lt ip le de escape, 6 salida de agua p£RKINS

Depósito de aceite (cárter)El depósito de aceite (Fig. 1.5) se atornilla a la parte mas baja del b loque de cilindros para cubrir esa parte del bloque y el cigüeñal. En casi todos los m otores, contiene el aceite lubricante.

Pistones y bielasLos pistones se instalan y se mueven en los cilindios. Tienen anillos de pistón que ac túan como sellos entre el pistón y la pared del cilindro (Fig.1.6). Los pistones se conectan con el cigüeñal por medio de las bielas. La biela tiene una tapa y un cojinete en su parte inferior que se conecta con el cigüeñal. Tam bién se puede m over en el pasador (perno) de pistón en su pa r te superior u ojo en donde se sujeta en. el pistón.

La fuerza de los gases de la com bustión que actúa contra la parte superior del pistón, lo obliga a ba jar dentro del cilindro. Este movimiento se transmite, mediante la biela, al cigüeñal p a ra hacerlo girar. • . . .

Culata (cabeza) de cilindrosLa cu la ta (cabeza) de c ilindros (Fig. 1.3) se a to rn i lla en la p a r te su p e r io r del b loque de cilindros p a ra c u b r i r la p a r te su p e r io r de los c ilindros y fo rm a p a r te de las cám aras de com b us t ión que se forman encima de los pistones y en las cuales se q u e m a la mezcla de a ire y com bustib le . Las válvulas en la cu la ta de c ilindros dejan e n t ra r aire a los cilindros y permiten la salida de ios gases de escape provenientes de la com bustión del combustible.

CigüeñalEl cigüeñal (Fig. 1.4) está m o n tad o en cojinetes en la parte inferior del bloque de cilindros, llam ada a veces caja del cigüeñal. Los pistones, que se instalan en los cilindros en el bloque, se conectan con el cigüeñal p o r medio de las bielas. El cigüeñal gira p o r la fuerza, que ejercen los pistones cuando el m o to r está en m archa . Los pistones tienen un movim iento hacia arriba y hacia aba jo o. reciprocante,

EL MOTOR DIESEL 5

Fig. 1,4 Cigüeñal y cojinetes: 1 polea, 2 engrane, 3 contrapeso, 4 cojinetes principales,5 brida paras! volante, 6 muñón de biela ' Pe rk in s

Depós ito de aceite (cárter): 1 depósito , 2 tapón d e vaciar, 3 jun ta , 4 varilla de nivel (bayoneta), o co lado r, 6 tubo de succ ión de la bomba P erkins

6 MECÁNICA PARA-MOTORES DIESELdel cigüeñal hacen girar el á rbo l de levas y también impulsan la bom ba de inyección de combustible v.... . ' . --.............................. .. . Jotros accesorios.

Volante del motorEl volante (Fig. 1.10) es una rueda gruesa y pesada,

j . . . . — ------------------ ‘ — . . - c u *

njOQtaaa en la partejias_era d el cigüeñal. Su función Í2S ^ £ 3 _6 s j 2 ducirJa&4 aJ2racÍQJlgs porque suaviza los impulsos de potencia de los pistones. Absorbe ener- g já duran_teja ca ire ia jfe^a tea£Ú t y cede esa energía duran te las otras .carreras del pistón p a ra que el cigüeñal siga girando con suavidad. En eí volante se instala u n a c r é m a í l e íT q u ^ eí'pTSoñdelim pulsor del m o to r de a rran q u e para poner en m archa el m o to r Diesel.

5 co jine te , 6 to rn il lo P erkins

Árbol de levas y válvulasEl árbol d e le vas (Fig. 1.7) acciona el mecanismo de válvulas p a ra a b r i r v cerra r la^ á L v u la s en la culata de cilindros. Esto permite la en trada de aire al cilindro por la válvula de admisión y la salida de los gases de com bustión p o r la válvula de escape. En la figura 1.3 se ilustran una válvula de admisión y una de escape debajo de la culata de cilindros.

En algunos m otores del tipo de 2 tiempos, se emplean lum breras u orificios en lugar de las válvulas de adm isión. Las lumbreras en la pared del cilindro" quedan descubiertas cuando el pistón se mueve hacia la parte inferior del cilindro; esto permite la en trada de aire al cilindro. C uando el pistón se mueve hacia arr iba , cierra las lumbreras.

Tapa de balancinesEstá instalada en la parte superior de la culata de cilindros p a ra cubrir el mecanismo de válvulas. En la figura 1.8 se ilustran, desm ontados, la tapa y balancines de válvulas. El árbol de levas mueve al im pulsor o levantador; éste a su vez em puja la varilla hacia a rr iba para que mueva el balancín y abra la válvula en la culata de cilindros. ^

Engranes de sincronización (tiempo)Los engranes de sincronización (tiempo) (Fig. 1.9) están en el frente del m o to r cubiertos por la tapa de engranes. El tren de engranes, con el movimiento

Juntas y sellosSe utilizan diversos tipos y form as de jun tas y sellos entre las superficies de las partes del m o to r que están unidos con pernos. Tam bién se utilizan sellos en los ejes giratorios. Las jun tas ,y sellos se emplean paf^,.sgJ^jgjqjrg>sí las piezas del m o to r e impedir f ugas. F n la figura 1.2-se ilustra la ju n ta p a ra la culata de cilindros y en la figura 1.5 la jun ta para el depósito de aceite.

Sistema de combustible - . . . . .El sistema de combustible incluye el tanque de combustib le ,los filtros, la bom ba elevadora o de transferencia, la bom b a de inyección, los inyectores y los tubos para conexión. En la figura L lF s e ilustra un sistema básico de combustible; La bom ba elevadora tom a el combustible del tanque, que pasa por uno o mas filtros y llega a la bom ba.de inyección.

La bom ba de inyección suministra una cantidad exacta de combustible a alta presión en cada inyec-

F ig . 1.7 Á rb o l de levas: 1 m u ñ o n e s pa ra co j in e te ,2 levas de a c c io n a m ie n to d e vá lvu las (d os p o r c i l i n d r o ) , 3 leva pa ra b om ba e levado ra de c o m b u s t ib le , 4 e n g ra n e de l á rbo l de levas. P erkins

EL M © T © R © IE SE L 7

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Fig. 1.9 Caja y tapa de engranes de s incron izac ión : 1 tapa, 2 junta, 3 engrane de s incron izac ión4 e n g ra n e d e m a n d o de au x i l ia re s , 5 á rb o l d e levas, 6 ca ja ' P erkins

:or en su orden de inyección. Los inyectores, uno en cada cilindro, inyectan com o un chorro finam ente a tom izado el com bustible en las cám aras de co m bustión en donde se mezcla con el aire y se inflama.

La bom ba de inyección y los inyectores tienen holguras y tolerancias muy precisas entre sus piezas; por ello, el com bustible debe estar muy limpio. Para ello se utilizan filtros en el sistema.


Fig. 1.10 Vo la n te y c u b ie r ta de l vo lan te P erkins

Sistema de enfriamientoE! q u e m a d o d e l /co m b u s t ib le en las c ám ara s d e ' com bustión del m o to r .produce una gran cantidad de ca lo r : Una parte dé este calor es sacado en los gases de escape, pero la culata y bloque de cilindros ab so rben ta m bién una gran parte. El m otor neceóla funcionar a una tem pera tu ra relativa alta, pero si es excesiva’ se púederr d añ a r los com ponentes d e l ' m otor. El sistema de enfriamiento elimina el exceso de calor. ■

En la figura 3.12 se ilustra un sistema de enfriar miento simplificado. El bloque y la culata de cilindros tienen camisas o conductos p a ra agua inte- grates de fundición, las cuajes son espacios que • rodean los cilindros y las cám aras de combustión y

que se llenan con agua o con un líquido enfriador llamado también solución enfriadora. El calor del metal del bloque y la culata de cilindros se transfiere al líquido enfr iador en la camisa de agua en donde circula m ediante la b o m b a del agua. El líquido enfriador caliente se envía a la parte superior del radiador, baja p o r el panal del rad iador hasta el tanque inferior y re torna a la bom ba y las camisas para agua.

El rad iador tiene dos grupos de conductos. El líquido enfriador que viene desde la culata baja por los tubos para agua en el panal del radiador; mientras, el aire pasa por el rad iador a través de aletas fijas en los tubos. C uando el líquido enfriador pasa por el panal, su calor se transfiere al aire, con lo cual el líquido que vuelve a en tra r al m otor está bastante m ás frío que cuando salió de la culata de cilindros.

Sistema de lubricaciónEl sistema de lubricación envía el aceite a todas las piezas movibles del m otor. El aceite está contenidox- _ ---------- — - . ■ ---------------------

en el depósito de aceite o cárter y la bom ba del .aceite lo.circula en to d o el sistema. El m o to r tieneconductos o galerías p a ra que el aceite pueda llegar

, , • f * . . . . . . . . . a todas las piezas movibles.-. ----------- ---- --- í ~ ------------------------ - r - . * .

La lubricación adecuada es necesaria p a ra prevenir el desgaste y reducir la fricción y el ruido. Si no hay suficiente lubricación, ocurriría contacto de metal con metal, lo cual p roduciría daños a los cojinetes, pegadura de pistones y otros daños en el m otor. '

Sistema de admisión de aireLos m otores Diesel requieren grandes cantidades de aire limpio para llenar los cilindros. Se suminis-

Fig, 1.11 S is tem a b á s ic o de c o m b u s t ib le c o n b o m ba de in y e c c ió n en l ínea Ford

EL MOTOR DIESEL 9

tra a través del múltiple de a d misión o múltiple deaire , q u e es d e u na ..p ieza o' u n a serie de tu b o sconectados con la culata cíe cilindros. El aire exterior pene tra al múltiple a través de un filtro de aire quérretiene las partículas de polvo o impurezas del aire an tes de que entren al múltiple. ;

En la figura 1.13 se ilustra un múltiple de adm i- . sión de aire; sus ram as o brazos se conectan con la culata de cilindros a fin de que el aire exterior pueda p a sa r p o r las lum breras y válvulas de adm isión has ta los cilindros.

Los m otores Diesel de 2 tiempos están equ ipados con sopladores que envían aire p o r el sistema de adm isión hasta los cilindros del m otor. Algunos m otores tienen supercargadore,s o turbocargadores que envían más can tidad de aire a una presión un poco a lta hasta .los cilindros.

Sistema de escapeEl sistema de escape consta del múltiple de escape que tiene sus ram as conectadas en las lum breras de

Fig. 1.13 Mú liip le de adm is ión : 1 múltip le , 2 junta ,3 ca len tador para arranque en frío P erkins

escape en la culata de cilindros; los tubos de escape y el silenciador. Los gases quem ados salen del motor por las válvulas de escape y llegan al múltiple de escape. El tubo de escape, conectado a la salida del múltiple conduce estos gases has ta el silenciador en donde se reduce el ruido. Después, los gases se descargan p o r el tubo de salida en la parte posterior de un autom óvil o, en los camiones y autobuses, hacia un lado o encima de la cabina o la carrocería.

«

Sistema de arranqueA fin de que el m o to r p ued a a r ra n c a r , hay que hacer girar el cigüeñal con algún mecanismo externo. En casi todos los casos, se emplea un m otor de arranque eléctrico (marcha) que tiene un mecanismo para acoplar un p iñón del impulsor con la cremallera del volante. Casi todos los motores tienen m o to r de a rran que eléctrico, pero los sistemas de a rranque de los m otores Diesel pueden ser eléctri- eos, de aire y en ciertos casos, hidráulicos. En el sistema de a rranq ue eléctrico se utiliza un motor eléctrico p a ra hacer girar el cigüeñal. En el sistema neumático se emplea un m o to r que funciona con aire com prim ido; en el sistema.hidráulico se utiliza líquido a presión p a ra hacer funcionar el m otor de arranque.

* • - •

Para ayudar al a rranqu e en tiem po de frío, en casi todos los m oto res se emplean dispositivos auxiliares para a rranque , que calientan el aire en el múltiple de.adm isión o en las cám aras de combustión para facilitar el arranque.

Sistema eléctricoLos motores, adem ás del m o to r de a rranque eléctrico tendrán un a l te rnador y Un regulador de voltaje. El a l te rnador se impulsa con una o más bandas desde una polea en el frente del cigüeñal, El sistema eléctrico tam bién incluye uno o más acumuladores y también instrumentos e indicadores eléctricos junto con los in terruptores y a lam brado necesarios para com pletar los circuitos eléctricos.

Equipo auxiliarEl m o to r p uede tener eq u ip o auxiliar , com o un com preso r de aire , una b o m b a de vacío o un co m preso r para el a ire a co n d ic io n ad o . Su impulsión puede ser con b an d as desde la po lea del cigüeñal o con engranes en la p a r te d e lan te ra o trasera del cigüeñal. El aire co m p rim id o se utiliza p a ra acciona r los frenos en vehículos g randes y, en algunos casos, p a ra el s istem a de a r ra n q u e . P ara los frenos hdráu licos aux iliados p o r vacío ( l lam ados a veces frenos “ de p o te n c ia ”) se requ ie re una b o m b a de vacío im pulsada por el m otor. En los m otores de gasolina se utiliza el vacío producido en el múltiple de admisión para los frenos; en los Diesel no se produce vacío y por ello se necesita la bomba de vacío.

ventiladorbomba del agua

bandayentilador

camisas de agua

manguera de salida

termostatobloque de cilindros

tapón del radiador

manguera de entrada a la bomba

tubo de derrama líquido enfriador

radiador

aletas

tubos en el panal

Fig. 1.12 S istema de en fr iam ien to s imp lif icado

Preguntas para repasoV “ 4JUL*^fA ' v l'íj -

1. ¿Dónde tuvo su origen el nom bre Diesel?2. ¿Por qué a los m otores Diesel se les llama tam

bién m otores de ignición p o r compresión?3. ¿Qué es u n m o to r de com bustión interna?4. Identifiqúense las partes del sistema de com

bustible de la figura 1.11 y descríbase su función con brevedad.

5. Menciónense las partes estacionarias principales de un m otor.

6. Menciónense las partes móviles principales de un m otor.

7. Descríbase la finalidad de esas partes.8. Menciónense los diversos sistemas del m otor.


9. Enum érense las partes básicas de un sistema de combustible Diesel.

10. Enumérense las partes del sistema de enfriamiento.

11. ¿Cuál es la finalidad del sistema de admisión de aire?

12. ¿Cuál es la finalidad del sistema de lubricación?13. ¿Cóm o se pone en m archa un m o to r Diesel?14. Menciónense algunas de las diferencias entre

un m o to r Diesel grande y uno pequeño. Utilice dos de los motores ilustrados p a ra ello.

15. Menciónense las diversas aplicaciones en que se utilizan los m otores Diesel.

Fig, 1.14 M otor Perkins 4.236. Este m otor de 4 c i l in d ros y 4 tiempos tiene cámaras de combustión to ro ida les en laSo ? ? 7PISt0n® r p .a ra Iny e c c ió n .d i r e c ta. Los c i l in d ro s t ie nen un d iá m e t r o de 98 4 m m ca r re ra de p is to ne s de 127 m m . c i l in d r a d a de 3.86 l i t ro s y v e lo c id a d m áx im a g o b e rn a d a de 2800 rpm Pe rk ins

Cómo funciona ®¡ motor Diesel

\

cilindro

El m o to r Diesel es un sistema mecánico que convierte la energía química del combustible en energía mecánica d en tro de sus cilindros. L a energía quím ica del combustible se libera en forma de calor cuando se q u em a el combustible en la cám ara de combus- t ión del m o to r . Los gases resu ltan tes de. la co m bustión son muy calientes y a lcanzan una presión m uy alta; esta presión es la que empuja.al pistón en el Cilindro p a rá que funcione el motor,.

L© que ocurre en. un cilindroLos m otores Diesel pueden ser de un solo cilindro o cilindros múltiples. P ara uso au tom otriz se utilizan motores desde tres hasta doce cilindros; por lo gene

ral son de cuatro , seis u ocho cilindros. En todos los cilindros ocurren las mismas acciones p o r lo cual se describirán las 'de un solo cilindro para estudiar el funcionam iento del m otor. Para esta descripción, se puede considerar que el cilindro de uri. m otor es un tubo o cilindro de hierro fundido cerrad(o en la parte superior. El pistón, que se inserta en el cilindro, también es cilindrico, hueco y tiene Un ajuste preciso, en er'ci.lihdro, pero con suficiente holgura para que se pueda m over hacia arr iba y hacia abajo. Los anillos del pistón ac túan como sellos entre el pistón y la pared del cilindro.

En la figura 2.1 se ilustran las acciones básicas de un pistón dentro de un cilindro. El cilindro se ilustra com o si fuera t ransparen te 'pa ra poder ob

Fig. 2.1 Las acciones de un pistón en un c ilind ro : a) El pistón ajusta en el c ilind ro : b ) Cuando se empuja al p istón hacia arriba en el c ilind ro , se atrapa y com prime el aire: c) La presión aumenta cuando arde la mezcla de com bustib le y aire, la cual empuja al p istón hacia abajo en el c ilind ro

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Fig. 2.2 Componentes de! p istón y la biela

servar lo que ocurre den tro del mismo. En a) el pistón está, deba jo d e l c ilindro. En b) se m uestra el pistón em pujado hacia arr iba en el cilindro; el aire que hay en el cilindro se com prim e porque ocupa un espacio m ás pequeño encima del pistón. Si ahora se inyecta una pequeña, can tidad de com bustible en el aire com prim ido y se inflama, en tonces se producirá una presión m ucho más alta que obligará a lp is tó n a ba jar den tro del cilindro como se ilustra en c). L a jm ergía química del com bustible se^ha convertido en enexeía. mecánica en el pistón, Ésta acción que se repite m uchas veces por m inuta,, hace"crnTIuñcione e n ñ o to rT a ú ñ q ü e se necesitan - rñucfiájTmás^iezas para form ar un m otor completo.

* >Movimiento reciprocante a rotatorioEl pistón se mueve hacia arriba y hacia abajo dentro del cilindro y este movimiento se llama reciprocante. El movimiento del pistón es en una linea recta y se debe convertir en movimiento ro ta torio o de ro ta ción. Para ello, utiliza el cigüeñal y la biela. En la figura 2.2 se ilustran los componentes de un pistón, una biela y una parte del cigüeñal.

El m uñón o codo del cigüeñal es la parte descentrada del mismo que gira en un círculo cuando gira el cigüeñal. La biela sirve para conectar el pistón con el m uñón del cigüeñal; la biela se sujeta en el pistón con el perno (pasador) de pistón y en el mu-, ñón deLcigüeñal.por .medio, de la tapa,de! cojinete y tornillos. En la figura 2.3 se ilustran la biela y el

pistón arm ados, con el pistón en corte parcial para m ostrar la parte superior de la biela. La biela se puede m over librem ente en el perno del pistón con un m ovimiento oscilante mientras que el m uñón del cigüeñal puede girar libre en sus cojinetes en la parte inferior de la biela.

Las piezas ilustradas, jun to con un cilindro, los cojinetes de .soporte en los cuales gira el cigüeñal y un volante son las piezas esenciales de un m otor básico rudimentario.

Carreras de pistonesLas acciones que ocurren dentro del cilindro de un m o to r se pueden dividir en carreras. U na carrera es el movimiento del pistón y ocurre cuando el pistón se mueve desde un límite de su carrera hasta el otro. El límite superior o sea la parte más alta de la carrera del pistón se llama pun to m uerto superior (PMS) y el límite inferior de la carrera se llama punto m uerto inferior (PMI). Por tan to , una carrera es un m ovimiento desde PM S hasta PMI o viceversa.

El cigüeñal, debido al arreglo geométrico de la biela y el pistón, da u n a revolución completa por cada dos carreras del pistón, uná descendente y-una ascendente. • ;

< • * * * • *

Cielos de funci©namierit# del motor' • ' .D en tro del m o to r ocurren ciertos eventos que lo hacen funcionar. Éstos se repiten para fo rm ar un ciclo. U n m o to r se puede diseñar p a ra que su ciclo com pleto ocurra con cuatro o con dos carreras del pistón. L a m ayor parte de los motores Diesel funcionan con el ciclo de cuatro tiempos; los otros, con el ciclo de dos tiempos.

MECÁNICA PARA MOTORES DIESEL

Fig. 2.3 Pistón y biela montados en el muñón de biela en el c igüeñal. No se ilustran los anillos de pistón. El p istón está cortado para mostrar cóm o se conecta con la biela

CÓMO FUNCIONA EL MO i OR DIESEL .y' y .J 4

Fig. 2.4 C ic lo del Diesel de cua tro tiempos: a) adm is ión, b) compres ión, c) potencia, d) escape Ford

El ciclo com pleto del m o to r Diesel, sea c o n dos o con c u a tro carreras del p is tón , requiere com prim ir el a l ié en H cilindro, inyectar el co m b ustible. que o cu rra la com bustión , que se expandan los gases v p ro d ú z can p resión con tra el pistón y finalmente la expulsión d e jo s gases q uem ados del cilind ro / En los m otores 'de cuatro tiempos, el aire en tra al cilindro y los gases quem ados salen de él m ediante válvulas en la culata de cilindros. En los motores Diesel de dos tiem pos se utilizan lum breras en la pared del cilindro para hacer en tra r aire al mismo. Las lum breras quedan descubiertas y cubiertas por el m ovim ien to ascendente y descendente del pistón para in tro d u c ir aire en el cilindro. Los gases de escape salen del cilindro m ediante válvulas igual que en los m otores de cuatro tiempos.

de cuatro tiemposEl m o to r Diesel de cuatro tiempos funciona con cua tro carre ras de los pistones: adm isión de aire, com presión, potencia y escape, que se ilustran en la figura 2.4. Las válvulas de adm isión y de escape abren y c ierran en m om entos exactos en relación con el p istón. El árbol de levas, im pulsado desde el cigüeñal ab re y cierra las válvulas.

P o r razón de sencillez, en los siguientes párrafos se considerará que las válvulas abren o cierran en PM S o en PM I. En realidad, no están sincronizadas para abrir y cerrar en esos pun tos exactos sino que abren antes o después de PMS o PMI p a ra permitir la en trada de aire del exterior al cilindro y p a ra el escape de los gases de com bustión con la m ayor eficacia posible.

En la figura 2.4 se ilustra la secuencia de los cuatro tiem pos de un m o to r Diesel que es como sigue: •a) Admisión de aire (carrera descendente) En la ca

rrera de admisión de aire (o simplemente de ad

misión), la válvula de-admisión está abierta y el p is tón se m ueve hacia abajo . El aire en tra ai ci- l í M r o p o r el orificio de la vá lvu la de admisión. Eii PMI. el cilindro estará lleno de aire.

b) 'Compresión (carrera, ascendente) Después d eque el pistón llega al PM I empieza a moverse hacia arriba. C u an d o ocurre así, se cierra la válvula de

.. adm isión . La válvula de escape también estácerrada con lo cual el cilindro está hermético. . _________ . . . —

C uando el cigüeñal en rotación y la biela em pujan el pistón hacia a r r ib a , se co m p iim£_£Lai.re, Para el m om ento en que el pistón llega al PMS, el aire h a sido com prim ido a alrededor de 1./16 parte de su volumen original o quizá más todavía.

La compresión del aire en el cilindro no sólo le aum enta su presión sino tam bién su tempera- Uixa^El aire que h a y en.el pequeño espacio enci- •m a del p is tón o sea la cám ara de combustión,

— - - * • — ■ —................................ . . . . . . — ---------- -—

e s t í lo bastan te caliente p a ra inflamar el combustible Diesel que se in yectará en él.

c) Potencia (carrera descendente) Jus to antes del PMS se a tom iza una pequeña cantidad de combustible desde el inyector hacia la cám ara de com bustión en el cilindro. El aire caliente en la cám ara no sólo form a una mezcla combustible • con la atomización, sino que además la inflama. L a com bustión o el quem ado ocurre con rapidez y aum enta la presión den tro del cilindro. Los gases calientes hacen presión con tra el cilindro y el pistón, y p roporc ionan la fuerza que obliga al pistón a ba jar en el cilindro. Este movimiento se transfiere p o r m edio de la biela al cigüeñal para hacerlo girar y que funcione el m otor. Las dos válvulas perm anecen cerradas duran te la carrera de potencia, pero casi al final de ella se abre la válvula de escape.

d) Escape ( carrera ascendente) Con la válvula de escape'abierta y la válvula de admisión cerrada,

14 MECÁNICA PARA MOTORES DIESEL*

Fig. 2.5 C ic lo del Diesel de dos tiempos: a) barrido, b) compresión, c) potencia, d) escape D etr o itD iesel

el pistón se mueve hacia arriba en la carrera de e s c a p e p ara expulsar los gases quem ados del cilindro por el orificio de la válvula de escape. C uando el pistón llega al PM.S, se cierra la válvula de escape.

Con esto concluyen ios cuatro tiempos o carreras del ciclo. C uando el m o to r sigue en marcha, se vuelve a abrir la válvula de admisión, lo cual perm ite la en trada de aire exterior al cilindro cuando el pistón inicia la carrera descendente para volver a em pezar el ciclo. La válvula dé admisión abre ligeramente antes de que la válvula de escape cierre por completo; esto se llama traslape de válvulas y ayuda a expulsar o barrer los gases quem ados del cilindro.

C om o se mencionó, los motores Diesel son de ignición por compresión y usan relaciones de com presión muy elevadas para producir altas presiones

de compresión en las cám aras de com bustión y a ltas tem p era tu ras, que producen la ignición o inflamación. Una de las leyes básicas de la ciencia (la ley de los gases) se relaciona con ello. En pocas palabras, la ley expresa que cualquier aum ento en. la presión en un cilindro ocasiona un aum ento correspondiente en la tem peratura . Una teoría sencilla para explicarlo es que el aire consiste de cierto núm ero de moléculas o partículas dim fnutas que siempre están en movimiento. C u an d o el pistón com prim e el aire, las moléculas se acum ulan en un espacio más pequeño; su movimiento continúa pero aho ra chocan entre sí y con tra las superficies metálicas de la cám ara de com bustión. La energía de estas moléculas en movimiento genera calor,'con lo que aumenta la tem pera tu ra de! aire hasta el g rado que estará lo suficientemente caliente para inflamar el combustible.

C éM O FUNCIONA EL.MOTOR DIESEL 15

Ciclo de dos tiemposEn ei m o to r de dos tiempos, se efectúa el ciclo com ple to .de funcionam iento con dos carreras del ristón: u n a ascendente y una descendente. Los motores básicos de dos tiempos tienen lumbreras en las paredes del cilindro las cuales descubre y cubre el pistón d u ran te su m ovim iento hacia abajo y hacia arr iba en el cilindro. Estas lum breras son de adm isión y de escape. En los motores Diesel, p o r lo general, se utilizan tan to las lum breras y válvulas: las lum breras p a ra in troducir aire en el cilindro y las válvulas de escape p a ra descargar ios gases quem ados den tro del cilindro.

• El m o to r está equ ipado con una bo m ba de aire o sop lador que sum inistra aire a una presión un poco m ás a l ta que la presión de los gases de escape. Esto, adem ás de llenar el cilindro con aire limpio, ayuda a expulsar los gases de escape. Esta acción se denom ina barrido.

En la f igu ra '2.5 se ilustra el funcionam iento de un cilindro de un m o to r Diesel de dos tiempos, en el cual se utiliza un -so p lad o r p a ra in troducir aire en el c il indro m ed ian te las lum breras de adm isión (llam adas tam bién lum breras de barrido) y una válvula de escape por la cual se descargan los gases quem ados del c ilindro . El fu n c io n am ien to es com o sigue; ' • • . . . •* ► *

a) El'p is tón está en PM I. E l sop lador 'in troduce el aire p o r las lum breras de admisión en laHpared' del cilindro. Esto llena el cilindro con aire exterior y expúlsalos, gases quem ados por las-válvulas de escape que está en la cula ta de cilindros.

b). El p is tón se mueve hacia arr iba y ha cubierto las lum breras de adm isión p a ra cortar el paso de aire desde el soplador. El pistón sigue su m ovim iento ascendente p a ra com prim ir el aire en el cilindró a a lrededor de l / l 6 parte de su volumen original. E sto eleva la tem pera tu ra del aire com primido.

• v *

c) El pistón casi ha llegado al PMS en la carrera de compresión. El combustible a tom izado p o r el inyector en la cám ara de com bustión se inflama con la alta tem pera tu ra del aire com prim ido. La presión resultante em puja el pistón hacia abajo en el cilindro en la carrera de potencia,

d) El pistón casi ha llegado al PM I en la carrera de potencia. La válvula de escape está sincronizada pa ra que abra ju s to antes del PM I y deje salir los gases quem ados del cilindro. C onform e continúa la rotación del cigüeñal, el pistón llegará al PM I y descubrirá las lum breras de admisión p a ra que penetre el aire del sop lador (Fig. 2.5 a)) y el ciclo con tinúa igual que antes. T o d o el ciclo ocurre con u n a sola revolución del cigüeñal.

a expulsar los gases de escape del cilindro y ayud a en el barrido.

En el m o to r de cuatro tiempos, lo an terior se logra m ediante el traslape de válvulas, es decir, que las válvulas de adm isión y de escape abren a la vez du ran te un tiem po co rto y tam bién con el diseño de la cám ara de combu.slión,

E n el m o to r de dos tiempos, el barrido ocurre cuando el aire del soplador pene tra en el cilindro p o r las lum breras de admisión, llamadas a vecesf* - . . . . _ _- •• - • - J . . . . . . . — . i . . •___

lum breras de barrido; al aire del sop lador también se le conoce com o aire para barrido. Este aire barreo expulsa los- gases de escape del cilindro.~~~;

Barrido en motor de dos tiemposEn la figura 2.6 se ilustran los cuatro acontecimientos que ocurren en un m otor de dos tiempos y se muestran en form a diagram ática dos cilindros de un m o to r en “ V ” . El soplador que es una form a de bom ba de aire capaz de p roporc ionar grandes cantidades de aire a baja presión, está m on tado en la “ V ” encima y en m edio de los dos cilindros. C u an do funciona el m o to r , el aire del sop lador penetra al cilindro tan p ro n to com o el p is tón descubre las lum breras d e admisión.

El barrido se ilustra en a) cuando la válvula de escape en el cilindro del lado derecho está abierta y

aire

a) b)

La acción de sacar los gases de escape del cilindro se llama barrido. La acción del aire de adm isión avuda

c) d)

Fig. 2.6 C ic lo de dos tiempos, m o to r en V: a) barrido,6) compres ión, c) potencia, d) escape

D e t r o itD iesel

combustible

16 MECÁNICA PARA MOTORES DIESELel pistón ha descubierto las lum breras de admisión. Hay cierto núm ero de lum breras alrededor del cilindro, en su pared , que dejan pasar sin restricción el aire que viene del soplador. El soplador descarga el aire en una caja de aire que rodea al cilindro y las lumbreras. En la ilustración se puede seguir el ciclo del cilindro duran te a) barrido, b) compresión,c) potencia y d) escape cuando se ha abierto de nuevo la válvula de escape p a ra que salgan los gases quemados. El pistón está casi en la parte más baja de su carrera y a pun to de descubrir las lumbreras de admisión para dejar en tra r más aire del soplador. Esto ba rre rá el cilindro y lo dejará lleno de aire limpio según con tinúa el ciclo.

El flujo o circulación del aire es unidireccional, es decir, fluye en un solo sentido desdé la parte interior del cilindro hasta las válvulas de escape en la parte superior del mismo.

SopladorEl sop lador que se ilustra en la figura 2.6 se impulsa con engranes auxiliares en el m otor. Consiste en dos rotores con lóbulos que giran en sentido opuesto dentro de u n a cubierta'. La ro tación de los lóbulos ocasiona que se succione aire 'en un lado del soplad o r y.se descargue en el o tro. El lado 'de salida está conectado con las lumbreras de admisión de los cilindros por medio de un múltiple o de una caja de aire. Corno se mencionó, el soplador se emplea para tener un sum inistro con tinuo de aire exterior p a ra los cilindros.

para barridoSe utilizan diversas disposiciones de lumbreras en combinación con el sop lador.para el barrido de los cilindros en un m o to r Diesel de dos tiempos.

Barrido unidireccional (Uniflow)El sistema de barr ido que se ilustra en figuras anteriores y que se m uestra en el diagrama de la figura 2.7 se conoce com o sistema unidireccional (Uniflow) po rque el aire circula en un sentido uniforme, desde la parte inferior hasta la superior del cilindro. Las lumbreras p a ra adm isión o barrido pueden estar inclinadas a fin de dirigir el aire hacia arriba y ayuda r en la acción de ba rr ido . Las lumbreras tam bién pueden estar en ángulo para que el aire tenga un efecto de rem olino o turbulencia cuando entra al cilindro.

Barrido de flu jo transversalEn este sistema, el aire penetra p o r las lumbreras de admisión en un lado del cilindro y los gases quem ados, se descargan p o r las lumbreras de-escape en el lado opuesto ; p o r ta n to , el flujo es transversal en ei cilindro; no se usan válvulas. En la figura 2.8 se ilustra cóm o en tra el aire de barrido por una lum brera y se lo envía hacia arriba para a y u d a ra barrer los gases de escape en la parte-superior del cilindro. Se puede utilizar un desviador o deflector en la cabeza.del pistón para este fin. Las lumbreras de escape están hechas de m odo que abran antes que las lumbreras de admisión..

admisión escape

2.8 Barrido por f lu jo transversal

Barrido en espiralEn la figura 2.9 se ilustra el principio en el cual se basa este sistema. El aire para barrido entra al cilindro sobre la cabeza del pistón y fluye hacia arriba en espiral antes de avanzar en dirección a la lum brera de escape.

Fig. 2.7 Barrido un id irecc iona l (Uniflow)

ujo de aire paraSe pueden lograr variaciones en los tres sistemas básicos para barr ido m ediante la ubicación, forma y tam año de las lum breras de admisión y escape. Por ejemplo, se pueden utilizar lumbreras inclinadas para dirigir el aire de en trada hacia arriba y se pueden em plear lum breras en ángulo (lumbreras tangenciales) p a ra crear turbulencia. Las lumbreras de escape pueden est.ar entre las lum breras de

CÓMO FUNCIONA EL MOTOR DIESEL 17

escape

admisión Fig. 2.9 Barr ido en espiral

adm isión y se pueden em plear cabezas de pistón configuradas p a ra dirigir el flujo de aire y de gases de escape en el cilindro. La finalidad principal de estas características de diseño es tener la seguridad de que se expulsan los gases de escape del cilindro antes de que la m a y o r parte del aire de admisión pueda llegar a la lum brera de escape. Puede haber escape de una pequeña can tidad de aire por la lum brera de escape, pero.com o no contiene com bustible, no. tiene im portancia .

CHindros opuestos, dos tiemposSe han utilizad® m otores con pistones opuestos, d iseñados con dos pistones en un solo cilindro largo. En el diseño R o o tes., las bielas de los pistones se conectan con balancines que, a su vez, tienen bielas conectadas con el cigüeñal; En algunos motores muy grandes p a ra servicio estacionario o m arino , se pueden u tilizar dos cigüeñales. En la figura 2.10. se ilustra el principio de funcionam iento con p istones opuestos. Se tra ta de un sistema unidireccional, en el cual la lum brera p a ra admisión se contro la con un p istón y la lum brera de escape con el o tro . Los pistones están sincronizados para que uno funcione antes que el o tro; p o r tan to , se abre la lum brera de escape antes que la lum brera de admisión. A m bas lum breras perm anecen abiertas duran te cierto tiempo y después se cierra la lum brera de escape antes que la de admisión. En el pun to muerto interno, cuando am bos pistones están en el centro, se p ro duce la inyección.

O

Funcionamiento de tas válvulasLos resortes de las válvulas las mantienen normalmente cerradas. D uran te el funcionam iento del motor abren y c ierran en el m om ento correcto por la acción del mecanismo de válvulas. En la figura 2 .11 se ilustra un mecanismo de válvulas simplificado para un m o to r de cuatro tiempos, incluye una válvula de adm isión y una de escape. El árbol de levas se impulsa desde el cigüeñal a la mitad de las revoluciones del m o to r p o r medio de catarinas y una cadena. Las levas del árbol de levas empujan al levantador de válvulas que mueve hacia arriba la varilla de empuje. Esto, a su vez, hace que el balancín se incline en el eje de balancines para que su cara de contacto se mueva hacia abajo y abra la válvula. C u an d o con tinúa la rotación del árbol de levas, las válvulas abren y cierran p a ra dejar en tra r aire al cilindró por el orificio de la válvula de admisión y para que salgan los gases de escape por el orificio de la válvula de escape. En el m o to r de cuatro tiempos, cada válvula abre una vez cada dos revoluciones del cigüeñal.

En los m otores de dos tiempos, que sólo tienen válvulas de escape, tienen que abrir una vez durante cada revolución del cigüeñal. Se utiliza un mecanismo similar al del m o to r de 'cuatro tiempos, excepto que el á rb o l de levas gira a.las m ism as revoluciones que el cigüeñal. • ’ .

balancín

-válvula

pistón varilia de empuje .

levantador (impulsor) de válvulas

Árbol de levas

admisiónFig. 2.10 Pistones opuestos

escape

cigüeñal

Fig. 2 .11 D iagrama del mecanismo de acc ionam iento de válvulas en un so lo c il ind ro

Motores de cilindros múltiplesUn m o to r de un cilindro, de cuatro tiempos, sólo p roduce un impulso de potencia por cada dos revoluciones del cigüeñal y sólo produce potencia d u rante la cuarta pa r te del tiempo. U n m otor similar, de dos tiempos, tiene una carrera de potencia cada


revolución y, p o r tan to , p roduce potencia durante la m itad del tiempo. Adem ás, se p roduce la máxima potencia al com ienzo de la carrera de potencia y disminuye hacia el final de ella.

Para tener u n a potencia más uniforme, los m otores se construyen con más de un cilindro. Las carreras de po tencia pueden ocurrir en form a consecutiva y en los m otores de seis o más cilindros, hay más de una carrera de potencia a la vez.

En la figura 2.12 se ilustra el efecto de las carreras de po tencia en m otores de cuatro , seis y ocho cilindros, con ciclo de cuatro tiempos y se muestra su traslape en m oto res de seis y de ocho cilindros. C ada d iagram a representa dos revoluciones del cigüeñal o sea una ro tac ión de 720°. Se verá que la carrera de potencia en el m o to r de cuatro cilindros ocurre cada 180°; en el de seis cilindros cada 120° y en el de ocho cilindros cada 90° de ro tac ión del cigüeñal.-

El volante del m o to r , m on tado en la parte trasera de! c igüeñal ay u d a a que el m o to r funcione con suavidad po rq ue absorbe energía durante.las carreras las carreras de potencia y la regresa duran te las otras carreras para que continúe la ro tación del cigüeñal.

^ Los motores automotrices se describen de acuerdo con sus características de diseño y algunas d e s ellas son: .

M . N úm ero de cilindros. .2. Disposición de los cilindros.3. C ilindrada tota! o volumen de los cilindros.4. Ubicación del mecanism o de válvulas.5. T ipo de enfriamiento, •6. Ciclo de funcionam iento.7.. Tipo de com bustible utilizado.'

U n ejemplo de especificaciones de un m otor podría ser: seis cilindros, en línea, 5.8 litros, válvulas en la cu la ta en fr iad o p o r líquido , diesel de c u a tro tiempos.Número de cilindrosEn los m otores Diesel varían m ucho el tam año y el núm ero de cilindros. Puede ser desde un m o to r pequeño de un cilindro hasta motores grandes de 12

o más cilindros. En la m ayor parte de las aplicaciones autom otrices se emplean motores de 4, 5, 6 u 8 cilindros. Los m otores de 4 y 5 cilindros se emplean en automóviles y en vehículos comerciales ligeros; los de 6 y 8 cilindros suelen ser p a ra vehículos comerciales pesados. Los motores para equipo pesado de construcción pueden ser de 12 o 16 cilindros.

•

Disposición de tos cilindrosLos m otores Diesel se pueden constru ir con los cilindros dispuestos en línea, en ángulo (en V) u opuestos. M uchos m otores de 4 y de 6 cilindros son del tipo en línea; hay o tros que son en V. Casi todos los m otores de 8 o m ás cilindros son del tipo en V.

Para describir la posición de los cilindros del m o to r se utiliza el térm ino “ configuración del moto r” , o sea su forma. La posición de los cilindros es la que determ ina la configuración.

La m ayor parte de los motores en línea tienen los cilindros verticales; pero, a fin de reducir la altura de los motores.que.se montan debajp.de la cabina o del piso del vehículo, hay motores que tienen los cilindros inclinados. O tros motores son del tipo con cilindros horizontales o sea que el m o to r está “ acos tado” . Sin em bargo, todos funcionan del mismo m odo sin que im porte la disposición de loscilindras. -

i . * • *

Numeración de los cilindros f ■ •

. Los cilindros de los m otores están num erados para su identificación. E n los motores en línea la numeración suele ser consecutiva del frente hacia atrás.

En los m otorés en V. se utilizan distintas numeraciones y cada fabricante tiene su m étodo para numerarlos. Én el. m otor V-8 ilustrado en la figura 2.13 el o rden de num eración es a lternado en un cilindro de cada banco, con los núm eros nones en el banco izquierdo y los números pares en el lado derecho. Se debe tener en cuenta que el lado izquierdo o derecho del m o to r se entiende al verlo desde su parte posterior o sea el lado del volante.

En la figura 2.14 se ilustra o tro m o to r V-8 en que cada banco de cilindros tiene num eración consecutiva. Los cilindros 1 a 4 están en el banco derecho y

360°m oto r d® 4 c ilind ros m o to r de 6 c ilind ros

360°m otor de 8 cilindros

Fia 2 12 Impulsos de potencia duran te dos revo luc iones del cigüeñal. El c írcu lo com p le to representa 720°. Se produce menos potencia hacia el fina l de la carrera de potencia como se muestra con las zonas sombreadas. Las carreras de potencia se traslapan en los motores de 6 y de 8 c ilind ros

: : m o f u n c io n a e l m o t o r d ie s e l 19i cilindros 5 a 8 en el banco izquierdo, pero en

:rcs m o to res se puede invertir este orden.En o tro s m otores en V, se emplea numeración

: 7 e rad a en cada banco de cilindros. En este casoa

hay que m encionar si el cilindro es derecho o iz-l -lerdo , después de su núm ero , por ejemplo, 3D y

para que no haya confusión.

Zrden de encendidoE. o rden de encendido, o sea el orden en que los ?.¿iones producen sus carreras de potencia, es parte 7 :. d iseño del m otor. Se determ ina con factores .-Ies co m o la configuración del cigüeñal, la disposi- ; .ón de las levas en el árbol de levas p a ra accionar ' 7 5 válvulas en el m om ento correcto y .el arreglo de .Tiyección de. com bustible p a ra a tom izarlo en un t in d ío de term inado en el m om ento precisó.

El orden en.que ocurren las carreras de potencia >e denom ina “ orden de encendido” , que tam bién es rl o rden de inyección. En un m o to r de 4 cilindros en mea, num erados del frente hacia atrás hay dos

posibles órdenes de. encendido: l -3-4-2 ó l -2-4-3.En el m o to r de tres cilindros el orden es 1-2-3; en

el de cinco cilindros, 1-2-4-5-3 y en el de seis cilindros en línea suele ser 1-5-3-6-2-4. Se debe tener en cuenta que, excepto en el m o to r de tres cilindros en el cual no hay opciones, el o rden de encendido de los cilindros está a lternado. Si se cambia el o rden de encendido del m o to r de tres cilindros a 1-3-2 no se alterna la secuencia, porque h ab rá encedido consecutivo en los cilindros 3-2-1.

El o rden de encendido de un m o to r V-8 se ilustra en la figura 2.14 y se emplean líneas discontinuas para ind icar el orden, que es de i-5-4-8-6-3-7:2 y debe corresponder a! sistema p a r t icu la r d e num era ción de cilindros en un motor.

El m o to r de ia figura 2.13 tiene un orden de encendido y m étodo de num erac ión de cilindros to talm ente distintos. El orden de encendido es 1-8- 4-3~6-5-7-2..

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Fig. 2.13 Un método de numerac ión de c ilind ros en un m oto r Diesel V-8. Los e lementos de la bomba de inyecc ión , co locada entre los dos bancos de c il ind ros también están numerados para que correspondan al c i l in d ro que alimentan. También se indica la d ispos ic ión de las válvulas. Las de escape se muestran con negro y las de adm is ión con blanco. Caterpillar

Fig. 2.14 Numerac ión de c ilind ros y orden deencend ido en un m o to r V-8. También se indica la d ispos ic ión de 'las válvulas C ummins

Sentido de rotación de! cigüeñalEl sentido norm al o el m á s usual de rotación del cigüeñal es en el sentido de las manecillas del reloj cuando se ve el m o to r de frente o en sentido contrario de las manecillas del reloj cuando se ve desde la. parte posterior o lado del volante. Los-términos rotación derecha y rotación izquierda también se usan p a ra algunos’ motores. La rotación derecha significa en el sentido de las manecillas del reloj-y ro tación izquierda en sentido contrario a las manecillas del reloj, cuando se ve desde el frente del motor.

Casi todos ¡os m otores tienen rotación izquierda (vista desde el lado del volante), que se considera dirección de rotación estándar, pero hay algunos pa ra aplicaciones especiales que tienen rotación derecha al verlos desde el m ism o sitio.

Cilindrada (capacidad cúbica)En térm inos generales, es el tam añ o del motor. La cilindrada es el volumen total de todos los cilindros, expresado.Sn litros. Un m o to r Diesel pequeño para un autom óvil o un vehículo comercial ligero podría ser de 2 litros; u n camión grande tendría un m otor de 8 litros. A veces, se emplea también el término desplazamiento, o sea el volumen desplazado pollos pistones cuando se mueven desde el PMS hasta el P M I '(c o n o c id o tam bién com o el volumen de barrido). "?

Ubicación de las válvulasLas válvulas de casi todos los m otores Diesel están ubicadas en la culata (cabeza) y las acciona el árbol de levas instalado en el bloque de cilindros por medio de varillas de empuje y balancines. Esta disposición simplificada se ilustra en la figura 2 .H . Esta ubicación se llama de válvulas en la culata o cabeza (OH V p o r sus siglas en inglés). Esta denom inación se em pezó a utilizar porque los motores antiguos tenían las válvulas en el bloque y había que


Fig. 2.15 M oto r Mazda. Vista lateral de un m o to r Diesel pequeño. Es un m oto r de 4 c il ind ros con válvulas en la • u y^Unf- ? 5 c,° n com pres ión de 21:1. T iene inyecc ión ind irec ta y cámaras de precombustión La bomba de d is tr ibu ido r VE se monta con brida en la parte trasera de la tapa de engranes de sincronización- la sección de d is tr ibu ido r de la bomba esta en la parte trasera de la misma. También se pueden ver los ' tubos que la conectan con los inyectores. El f i l t ro del aceite está a la izquierda y el f i l t ro de combustib le a la derecha en la ilustrac ión. También se ilustran el m oto r de arranque y la cremallera del volante ^ste m oto r se utiliza en vehícu los comerc ia les ligeros ' M azda

distinguir entre ios dos tipos. Algunos motores Diesel tienen el á rbo l de levas m on tado en la culata (O H C p o r sus siglas en inglés).

Tipo de enfriamientoLos m otores pueden tener enfriamiento por líquidoo enfriamiento p o r aire. Casi todos los Diesel son de enfriamiento por líquido, mediante camisas de agua en el bloque y culata de cilindros. Se hace circular agua o, agua con aditivos por las camisas para absorber el calor. Después pasa por el rad iado r en donde se enfría antes de recircularla en el m o to r .1

En los m otores enfriados p o r aire se utilizan aletas en los cilindros y culatas. Se utiliza un venti

lador para p roducir u n a corriente de aire que pasa sobre y entre las aletas, para absorber el calor de las aletas y disiparlo a la atmósfera.

Ciclos de funcionamientoLos m otores se pueden clasificar, según su ciclo de funcionam iento , en dos tiem pos o cuatro tiempos. C o m o se m encionó , en el m o to r de dos tiem pos se efectúa el ciclo con dos carreras del pistón; en el de cuatro tiempos, con cuatro carreras del pistón.

Upo de combustible utilizadoLos m otores se diseñan para traba ja r con un com bustible determ inado, que puede ser gasolina, desti-

'N. D H L 1: Los fab r ican te s de m o to re s Diesel re c o m ie n d a n e m p ie a r s iem pre u n p r o d u c to q u ím ic o , q u e suele ser an t ico r ro s iv o y an t icon ge lan te , m ezc lado en c ier ta p r o p o rc ió n co n el a g u a , d e n o m in a d o así l íq u ido enfr iador .

3ÓMO FUNCIONA EL MOTOR DIESEL 21

9Fig. 2 .16 Corte transversal de un m oto r Bedford.' Se

muestran el c ilind ro , culata y p istón en sección y la biela en co rte parcial. Este m o to r es del t ip o de inyecc ión d irecta con bomba de inyecc ión del t ipo de d is tr ibu idor:I com bus tib le para arranque en frío, 2 tapa de balancines, 3 inyec to r, '4 tubo de re to rno de com bus tib le al. tanque, 5 múltip le de escape, •6 tubo para .inyector, 7 bomba de in yecc ión 't ipo

• d is tr ib u ido r con monta je de Drida, 8 f i l t ro de aceite, 9 co fador de succ ión de bomba del aceite, 10 depós ito de aceite o cárter,I I bomba e levadora 'de combustib le ,12 m o to r de arranque, 13 adm is ión de aire,14 f i l t r o d e a i re B edford

_i : :> (gas-oil), combustible Diesel o gas licuado de r r.róleo (LPG). Todos estos combustibles son de pe- ::5!eo crudo refinado o destilado.

Por qué se utilizan los motores Diesel1 ¿ aplicación más im portan te de los motores Diesel

en vehículos grandes debido a su tam año , poten- ; . i . econom ía de funcionam iento y larga duración. _ ;s m otores de gasolina se utilizan en los au tom ó-• t i po rque son m enos pesados, más pequeños y— :nos costosos para fabricarlos que un Diesel. An- •.enormente, los Diesel eran para aplicaciones co- -.erciales e industriales, pero se han perfeccionado motores pequeños p a ra automóviles. Se instalan : : mo opción debido principalmente por su economía en términos de m enor consum o de com busti

ble, aunque su costo inicial sea m ayor que uno de gasolina de tam año similar.

Comparación de Sos motores de gasolina y Diese!A continuación se presentan algunas com paraciones y diferencias genei-ales entre los motores de gasolina y Diesel.

1. A m bos m otores son de combustión, interna, pues ésta ocurre den tro de las cám aras de combustión en los cilindros.

2. Los m otores son de construcción similar. Tienen bloque de cilindros, cigüeñal, pistones, culata de cilindros y o tras piezas mayores de construcción similar. Sin em bargo, hay diferencias en los detalles y las piezas del m otor Diesel son más fuertes que las de un m o to r ele gasolina.

3. El Diesel funciona a velocidades más bajas.4. El combustible en los m otores de gasolina entra

a los cilindros corno u n a mezcla de aire y’com- buétible; después, se inflama con una chispa eléctrica p a ra p roducir la com bustión. El combustible para un Diesel se inyecta den tro de la cám ara de com bustión dentro de aire que ya ha sido com prim ido. El aire com prim ido está a una alta tem pera tu ra p a ra inflam ar el com bustible e iniciar la com bustión . ■ "

-5. En.el motor.de gasolina se utilizan acumulador, bobina , d is tr ibuidor y bujías para p roducir el encendido; en el Diesel, se utiliza el calor de la compresión.-

6. En el m o to r de gasolina se emplea un carbura- ■ dor para mezclar el aire y el combustible en la relación correcta. En el Diesel se emplean una- bom ba e inyectores para inyectar la cantidad requerida de combustible en los cilindros.

7. En los m otores Diesel se emplea un com bustible diferente de la gasolina. En muchos m otores Diesel se emplea el destilado (gas-oil), pero en algunos se puede utilizar un combustible algo más pesado.

8. El combustible Diesel debe estar absolu tam ente limpio; de lo con trar io ocurrirán serios daños en todo el sistema de combustible. La gasolina para m otores que la usan debe estar limpia p a ra tener funcionam iento satisfactorio; si está sucia, no d añ ará , en general, el sistema y con limpieza quedará listo.

9. Los Diesel tienen presión de compresión mucho más alta.

10. Los Diesel p roducen m enos emisiones contaminantes, sin dispositivos auxiliares, que los motores de gasolina.

11. Los motores Diesel son más ruidosos que los de gasolina. A dem ás de! ruido que producen los motores grandes tienen un ruido m uy particular que a veces se llama “ cascabeleo” .

N22 MECÁNICA PARA MOTORES DIESEL

Preguntas pam repaso1. ¿Qué significa compresión?2. ¿Qué significan reciprocante y rotatorio?3. ¿Qué es u n a carrera del motor?4. ¿Qué significan PMS y PMI?5. ¿C óm o ocurre un ciclo en el motor?6 . Descríbase el ciclo básico de un m otor de cua

tro tiempos.7. Descríbase la diferencia básica entre un m otor

de dos tiempos y uno de cuatro tiempos.8 . ¿Qué significa barrido?9. Enum érense algunos de los diferentes métodos

para barrido.10. ¿Se utilizan válvulas en los motores de dos tiem

pos? ¿C on qué finalidad?11. ¿Qué es un m otor de cilindros múltiples? .12.. C om éntense las diversas características de di-

• seño de un motor.

13. ¿Qué es un m o to r en línea?14. M enciónense los diversos métodos para num e

ra r los cilindros de un motor.15. ¿Qué es el orden de encendido?16. Localícese, de acuerdo con el texto, el orden de

encendido de un m otor de 5 cilindros y de un V-8 . ¿Son la m ism a cosa el orden de encendido y el o rden de inyección? P^azone su respuesta.

17. ¿Gira el cigüeñal en el mismo sentido en todos los motores?

18. ¿Por qué se prefieren los motores Diesel a los que utilizan otros combustibles?

19. C om párense los motores de gasolina y Diesel.20. ¿Por qué es im portan te que el combustible Die-

' sel esté limpio?

Fig. 2.17 Vista externa de un m oto r M.A.N. V-10. El ven tilado r se impulsa desde el c igüeña l y va rodeadode una tolva. La bomba de! agua y el a lte rnador se impulsan con bandas. Este m otor tiene una culata para cada c ilind ro . El modelo ilustrado es de asp irac ión natural, es dec ir no tiene tu rbocargador M.A.N

Clasificación de potencias nomínalesy rendimiento dei motor

i

Los fab r ican tes p ub lican especificaciones del t a m año 3' rendim iento de sus motores. Incluyen di- mensrones de los cilindros, potencia, torsión ( p a r ó fuerza torsional), consum o de combustible y otras especificaciones. Esa información puede ser en forma de tab las o de gráficas. G ran parte de esta información sólo'.se puede obtener después de una serie de pruebas du ran te las. cuales se hacen diversas mediciones. . ’ •- : .

Para en tender los diversos términos utilizados para los m oto res hay ciertas definiciones mecánicas básicas que se deben conocer primero. Cada una se refleja en la o tra , por lo cual.se empezará p o r considera r la fuerza y luego, su significado, sé puede emplear para e tender el significado de trabajo , etc.

FuerzaExiste u n a fuerza siempre que ocurre o tiende a ocurrir ún m ovim iento . También.existe una fuerza cuando ocurre cualquier cam bio en el sentido o en :a velocidad de un m ovimiento. Por tan to , los términos com unes, tracción y empuje, son en realidad fuerza de empuje o fuerza de tracción o arrastre .

Una breve definición de fuerza es: lo que cambia o tiende a cam b ia r el estado de movimiento de un objeto. Es decir, u n a fuerza puede t ra ta r de iniciar el m ovimiento de un objeto o hacer que se mueva. También puede detener un objeto u ocasionar un cambio en su velocidad o dirección. La fuerza se expresa en new tons (N).

TrabajoSiempre que la fuerza se aplica a un objeto y hace que se mueva, se efectúa un trabajo . P o r tan to , el trabajo es u n a com binación de la fuerza y de la distancia recorrida, es decir, newtons (fuerza) mul- :¡plicados p o r m etros (distancia recorrida) p a ra dar el resultado de newton metro (N-m). Un newton m etro de trabajo se denom ina un joule (J). Por tanto , la can tidad de trabajo se puede expresar en joules.

PotenciaLa potencia es la velocidad a la cual se efectúa el trabajo . Esto agrega la un idad de tiem po adem ás de la unidad de trabajo (joule). La potencia se expresa en watts (W). Un watt es un joule (de trabajo) en un segundo. Si se relaciona esto con las unidades ya descritas , en tonces un w a t t es ig u a la la.fuerza de

■ un newton m ovido una distancia de un m etro en un segundo. Una un idad más grande p a ra la potencia es el kilowatt (kW). La potencia de los motores se expresa en kilowatts.

CaballajeUna unidad m ás grande de potencia que antes se

■ utilizaba p a ra indicar la potencia de los m otores es el caballo de fuerza inglés (horsepower), que equivale a 746 watts (unidades de potencia). Su nom bre se deriva de la fuerza de un caballo y se originó cuando se hicieron com paraciones entre la cantidad de t ra bajo que pod ían efectuar las m áquinas recién perfeccionadas en esos días y los caballos, que eran la fuente no rm al de potencia.

EnergíaEs la capacidad o habilidad para efectuar trabajo. La energía se expresa con las mismas unidades que el trabajo , es decir joules, pues se puede considerar co m o trabajo alm acenado.

Torsión (par)La torsión (par) es una fuerza de torsión o rotación, que es igual a la fuerza multiplicada por la distancia perpendicular hasta el pun to de rotación. Se expresa en newton m etro (N-m). La torsión de un m otor es el esfuerzo o fuerza de torsión que puede p ro d u cir el m otor.

Diámetro y carreraEl tam añ o del cilindro de un m o to r se expresa como diámetro del cilindro y la carrera del pistón, la cual es la distancia que recorre el pistón desde el PMS

24 MECÁNICA PARA MOTORES DIESEL(punto m uerto superior) has ta el PMI (punto m uerto inferior, figura 3.1). Por lo general, siempre se cita p rim ero el d iám etro . P o r ejemplo, un cilindro puede tener un d iám etro de 1 0 0 mm y una carrera de 125 m m . Estas dimensiones se utilizan para determ inar el desplazam iento del pistón o cilindrada.

carrera

Fig. 3.1 El d iám etro y la carrera dé un c ilind ro . de un m oto r

D e sp la za m ie n to d e l p is tó n (cilindrada)El desplazamiento del pistón.o cilindrada es el volumen que desplaza el pistón cuando se mueve desde el PM I hasta eí PMS. La cilindrada de.l cilindro de la figura 3 . 1 , p o r ejemplo, sería el volum en de un cilindro de 100 mm de d iám etro y de 125 mm de longitud; o sea:

m 2 X / - 3 . 1 4 2 x 50 x 50 x 125 .• = 981 875 m m 3

. 0 982 cm '3 (aprox.)Si ese m o to r tiene seis cilindros, el desplaza

m iento o cilindrada total sería 6 X 982 centímetros cúbicos o sea 5 892 centím etros cúbicos.

Capacidad del motorLa cilindrada total o desplazamiento total del pistón también se denomina capacidad del motor. Cuand o el d iám etro y la carrera se expresan en milímetros, la capacidad del m o to r se expresa en litros. Por ejemplo, el m otor de seis cilindros citado tiene una capacidad total de aprox im adam ente 5.9 litros.

Nota: Un mililitro o cu pa un vo lum en de un cen tím etro cúbico y un litro tiene 1 0 0 0 mililitros. En el s is tem a m étrico se utilizan los mililitros y los l itros p a ra la cap ac id ad del m o to r , p o rq u e estas

. u n idades se em plean p a ra la m edic ión de todos los fluidos ( líquidos y gases), y son la capac idad de gas en el c il indro de que se tra ta . A ntes de la ad opc ión del sistema m é tr ico , la cap ac id ad del m o to r se expresaba en p u lgadas cúbicas o en cent ím etros cúbicos.

Relación de compresiónLa relación de compresión de un m o to r Diesel es la medición de cuánto se com prim e el aire den tro de los cilindros. Para calcularla, se divide el volumen

total de aire en un cilindro (y su cám ara de com bustión) con el pistón en PM I entre el volumen de aire con el pistón en PM S (Fig. 3.2).

Nota: El volumen del aire con el pistón en PMS se llama volumen de despejo o libre, porque es el espacio libre que queda encima del pistón cuando está en el PMS.

Por ejemplo, un cilindro y su cámara de com bustión tienen un volum en total de 600 cm 3 en PMI✓(A, Fig. 3.2). Tiene un volumen libre de 40 cm 3 (B, Fig. 3.2). Por tan to , la relación de compresión es 600 divididos entre 40, es decir, 15:1. En otras palabras, duran te la carrera de compresión se comprime el aire desde un volum en de 600 cm 3 hasta 40 cm 3 o sea 1/15 parte de su volumen original.

El volumen de desplazam iento real del pistón es el volumen del aire desplazado o barr ido dentro del cilindro p o r la acción del pistón cuando se mueve en su carrera descendente. Entonces, el volumen total en el cilindro es igual al volumen de desplazamiento o barrido más el volumen de despejo o libre.

La relación de com presión se puede expresar como:

volumen desplazado + -volumen libre

volum en libre

Esto es lo m ismo que:.volumen total . ■

• . volumen libre

Potencia del motorL a potencia que produce un m o to r se mide en kilowatts (kW). Si un m o to r está clasificado en 1 0 0

kW,-significa -que puede producir esa potencia a d e te rm in a d a s rp m con el a c e le ra d o r to ta lm en te abierto. Los fabricantes clasifican sus motores a los kW m áximos que pueden producir.

. La potencia de un m o to r también se puede expresar en caballos de fuerza ingleses (hp) o en caballos de fuerza al freno ingleses (bhp). Originalmente, se utilizaba en m otores de baja velocidad un freno especial para aplicar carga al motor durante las pruebas; de ahí el térm ino “ al freno” .

A B

pistón en PMI pistón en PMSFig. 3.2 La re lación de compres ión es el vo lumen

en un c il ind ro con el p istón en PMI d iv id ido entre el vo lumen con el pistón en PMS, o sea A d iv id ida entre B

CLASIFICACIÓN DE POTENCIAS NOMINALES Y RENDIMIENTO DEL MOTOR 25DinamómetroLos m o to res se conectan a un d inam óm etro para p rob ar lo s . Puede ser un d inam óm etro de agua, que es un t ip o de b o m b a de agua que se puede a justar p a ra ap lica r diversas cargas al m otor o tam bién un d in am ó m etro eléctrico, que es una d ínam o grande para ap licar carga al m otor. Cualquiera que sea el tipo utilizado, se utilizan instrumentos p a ra medir las rpm y la carga en el m o to r en las condiciones de prueba , de m anera que se pueda determ inar la p o tencia p roducida en k W o en bhp. También se puede m edir el consum o específico de combustible con ins trum en tos adicionales.

Torsión (par) del motorLa to rs ión (par) es el esfuerzo de rotación. C uando el pistón se mueve hacia abajo en la carrera de potencia , aplica torsión al cigüeñal p o r m edio de la biela. C u a n d o m ay o r sea la fuerza con tra el pistón, m ayor será la torsión aplicada. Entonces, cuando más alfas sean las presiones de com bustión, m ayor será la can tid ad de torsión (Fig. 3.3).

Se suele utilizar el d inam óm etro p a ra determ in a r la to rs ión , ju n to con la potencia del m otor.

Fig. 3.3 La to rs ión (par) del m oto r es la fuerza Fm u lt ip licada po r la d istancia perpend icu la r d

*■>Relación peso-potenciaEs la relación entre la m asa del m o to r y la potencia que produce. Por ejemplo si un m otor tiene una m asa de 450 kg y su potencia máxima nominal es de75 kW , e n to n c e s la re lac ió n p e s o -p o te n c ia es de 450:75 = 6.1, que representa 6 kg p o r kW.

FricciónLa fricción en un m o to r queda referida en términos de pérdida de potencia por fricción. Esta expresión significa la cantidad de potencia que se utiliza en el m o to r para vencer la fricción.

Potencia indicadaEl m o to r tam bién se puede evaluar en términos de la potencia indicada; ésta se basa en la potencia real

producida en los cilindros del m o to r por el proceso de com bustión y es la salida de potencia del motor. Se requiere un osciloscopio, que es un indicador especial. Se utiliza en el labora torio y sirve para medir la presión en forma continua en las cuatro carreras del pistón (admisión, compresión, po tencia y escape).

Parte de la potencia producida en ¡os cilindros del m o to r se pierde para vencer la fricción interna. Por tan to , la potencia indicada siempre es mayor que la potencia nominal o real que da el motor.

Relaciones de la potencia del motorLa potencia de salida es la que entrega el m otor en el volante; la potencia indicada es la que se produce en el m o to r y la pérdida de potencia p o r fricción es la p o te n c ia q u e se usa en él m o to r para vencer la fricción. La relación entre las tres es: potencia de salida = potencia indicada — pérdidas p o r fricción. Es decir, la potencia de salida o entregada por el m o to r es igual a la po tencia-producida menos la potencia perd ida por la fricción.

Eficiencia de¡ motorEl término.eficiencia significa la relación entre el esfuerzo -ejercido y los resultados obtenidos. La

-eficiencia,-aplicada a Tos m otores,-es la 're lación entre la potencia de salida o -entregada y la que se . podría lograr si el m o to r funcionase s in 'n in gun a ' pérdida de potencia. La eficiencia del m otor se puede calcular en dos formas: com o eficiencia mecánica v com o eficiencia térmica.

. Eficiencia mecánicaEs la relación entre la potencia de salida y la po tencia indicada: ' ■ ■

r - , . potencia de salida w ,eficiencia mecamca = -----r—-- --------- X 100%potencia indicada

Ejemplo: a una cierta velocidad, la potencia de salida de un m o to r es de 105 kW y la potencia indicada (llam ada a veces potencia de entrada) es de 125 kW. Entonces, la eficiencia mecánica es de 105/125 X 100 = 84%. Es decir, que el m o to r da salida al 84% de la potencia producida en los cilindros. El 16% restante, o sean 20 kW se pierden para vencer la fricción dentro del m otor.

Eficiencia térmicaLa eficiencia térmica del m o to r es la relación entre la potencia de salida y la energía del combustible quem ado para, p roducir esa salida.

Parte del calor producido en el proceso de com bustión se disipa en el sistema de enfriamiento. Tam bién se pierde algo en los gases de escape porque todavía están m uy calientes cuando salen del cilindro. Estas son pérdidas térmicas (de calor) que reducen la eficiencia térmica del m o to r y no le au mentan su potencia de salida. El resto del calor.


hace que los gases se expandan y produzcan alta presión, em pujan al pistón para que se mueva a fin de producir po tencia en el m otor.

Eficiencia totalEl combustible que en tra al m o to r tiene cierto contenido de energía, es decir cierta capacidad para p roducir trabajo . En cada paso en el proceso, desde quem ar el combustible en los cilindros hasta impulsar un vehículo a lo largo del cam ino o para otro trabajo útil, se pierde energía. En la figura 3.4- se ilustran estas pérdidas. En el ejemplo presentado, sólo el 25% de la energía del combustible que entra al m otor está disponible com o energía utiüzable. Esta energía se emplea para vencer la fricción en el tren propulsor, la resistencia a la rotación y la resistencia del aire cuando se im pulsa al vehículo. '

Eficiencia volumétricaLa eficiencia volum étrica se relaciona con la cantidad de aire que en tra al cilindro duran te la carrera de admisión del pistón. Para tener 100% de eficiencia volumétrica, habría que. llenar p o r com pleto el cilindro con aire a presión atmosférica, cosa que no ocurre en la práctica. Siempre hay algo de restricción .en el sistema de adm isión de aire que reduce la eficiencia volumétrica. A altas velocidades del m otor se reduce el tiempo disponible para que los cilindros se llenen cori aire-y d ism inuye la eficiencia volumétrica.

En un m o to r de aspiración natural, que depende de la acción de bom beo de los pistones para llenar los cilindros con aire, su eficiencia volumétrica es m ucho m enor que en un m o to r con sop lador o con turbocargador; estos hacen en tra r más aire a cierta presión a los cilindros p a ra aum en ta r la eficiencia volumétrica del m otor.

pérdida por fricción 10%

potencia útil 25%

Fíg. 3.4 Porcentajes aprox im ados de pérdidas en un motor Diesel Fono

Clasificaciones de potenciaEl m étodo p a ra clasificar la potencia de los motores varía en diferentes países. En los países de habla inglesa se ha utilizado un grupo estándar de condiciones para p rueba , establecidas p o r la Society of Autom otive Engineers (SAE) y se denom inan clasificaciones SAE.

En G ran Bretaña se especifican condiciones está n d a r de p rueba para los m otores, que se conocen com o British S tandards. Las pruebas dan clasificaciones BS. Los m otores de origen alemán se clasifican de acuerdo con las condiciones establecidas en Deutsche Industrie N orm en (N orm as Industriales Alemanas) o D IN . La potencia de esos m otores se expresa en valores DIN.

En la práctica , los resultados de las pruebas en diferentes países pueden variar pues todavía no hay un grupo de condiciones es tándar para prueba de empleo universal. En algunas pruebas, hay que insta la r todos los accesorios del m otor; en ot^as pruebas sólo, se instalan algunos accesorios; Por ello, es difícil establecer u n a com paración exacta entre las pruebas efectuadas en diferentes países.

En G ran Bretaña y Estados Unidos, en que todavía, em plean medidas inglesas, la potencia de un m o to r se clasifica en caballos de fuerza (hórse- pow er o hp) y la torsión en libras: fuerza por pie(Ibf-ft) ' • •

En otros países, incluso Australia, se utilizan las . mediciones en el SI. En este sistema la potencia del m o to r se expresa en kilowaits (kW ) y la. torsión (par) en newton p o r m etro (N-m).

Los m otores p robados de acuerdo con las normas D IN se pueden clasificar en unidades SI o se les ■clasifica su potencia en PS (abreviatura de Pferders- tarke, que significa caballo de fuerza) y que no es unidad del SI, sino que está basada en el kilopond. Un PS es igual a 0.736 kW. La torsión, a veces, se expresa en kilogramos fuerza por m etro (kgf-m).

Curvas de rendimiento del motorEn la figura 3.5 aparecen las curvas de potencia y torsión de un m otor. M uchos fabricantes publican estas gráficas para sus m otores. La curva ilustrada se aplicaría a un solo m oto r , pues los diferentes m otores tienen curvas distintas. Los picos pueden ser a velocidades (rpm ) más altas o más bajas y la relación quizá no sea la indicada.

Curva de torsión (par)La curva de torsión tiene escalas para newtons por m etro y libras fuerza p o r pie. Se puede ver que la torsión varía según la velocidad del motor. De acuerd o con la gráfica la torsión máxima que produce este m otor es de 408 N-m a 1 600 rpm y es el pun to en que el m o to r p roduce su máximo esfuerzo de ro tación y sería la velocidad .más económica a la que funcionaría el m o to r . Sin em bargo, hay poca variación en la torsión entre 1 400 rpm y 1 800 rpm, lo

CLASIFICACIÓN DE POTENCIAS NOMINALES Y RENDIMIENTO DEL MOTOR 27420 41

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1000 1200 T 400 1600 J 800 2000 2200 2400 2600 . . • rpm del motor

Fig. 3.5 E jemplos de curvas de potencia y to rs ión (par) del m oto r

cual sería el intervalo m ás económico p a ra funcionamiento. .

• La form a de la curva de torsión se determ ina por el diseño del m otor. H asta determ inada velocidad, aumenta, la torsión, pero luego se reduce a velocidades m ás altas y cae la- eficiencia volumétrica. La form a de la curva está relacionada con una serie de factores que incluyen la can tidad de com bustible sum in is trada a los inyectores, la respiración del m o to r y la turboalim entación.

Aumento de la torsiónEl au m en to de la torsión es la subida de su curva que ocurre cuando el m o to r está sometido a carga y la velocidad cae a menoS de las rpm nominales o gobernadas, con todo el acelerador abierto. En p o cas palabras, es la diferencia entre la torsión máxima y la torsión producida a las rpm nominales o gobernadas (rpm máximas permisibles para ese motor particular).

La torsión m áxim a ocurre a a lrededor de 60 a 75% de las rpm nominales o gobernadas.

Curva de potenciaLa curva de potencia de un m o to r aum enta en forma continua con la velocidad hasta que se llega a una velocidad alta y entonces tiende a aplanarse. Las velocidades más altas que las ilustradas harán

que caiga la curva, lo cual se debe a una torsión reducida .a velocidades.'altas.

En la curva de potencia se m uestra que el m otor produce 97 kW a 2 700 rpm , que serían la potencia nom inal v velocidad m áxim as del m otor. En la escala de caballaje se leerían 130 bhp. A velocidades más bajas se produciría menos potencia, por ejemplo, a 1 600 rpm la potencia es 70 kW.

Velocidad nominal (gobernada)Tam bién se denom ina velocidad máxima del m otor y es el límite que permite el fabricante del m otor. El gobernador (regulador) del m o to r se ajusta para no exceder de esa velocidad en condiciones normales.

Se pueden especificar diferentes velocidades nominales o gobernadas para distintas aplicaciones del motor. Por ejemplo, la velocidad continua, cuando el m o to r trabaja con earga constante, sería menor que en un vehículo en el cual las cargas son variables. Al red u c ir la velocidad nom inal disminuye la po tenc ia 'm áx im a del m o to r y, p o r tanto , las cargas en diversas piezas del m o to r que, si estuvieran aplicadas en form a continua, disminuirían su duración.

Despoíenciación por altitudC uando los m otores de aspiración natural trabajan a grandes altitudes, se reduce la entrega máxima de

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combustible a fin de despotenciarlos. El aire a grandes altitudes es m enos denso que al nivel del m ar y no tiene suficiente oxígeno para la combustión completa del com bustible inyectado en los cilindros. Al despotenciar, se reduce la potencia m áxim a pero se evitan el h u m o negro en el escape y la formación de carbón en las cám aras de com bustión.

Fuerza de arrastreM uchos fabricantes de tractores especifican su fuerza de arrastre. Esto es im portan te cuando se van a a r r a s t r a r im p lem en to s ; la fuerza de a r ra s t re del tractor es una inform ación interesante p a ra el posible com prador. Esta fuerza se expresa en newtons o en kilonewtons. U n trac to r típico puede tener una fuerza de, p o r ejemplo, 16 0 0 0 newtons o 16 kilonewtons (kN). N o incluye unidades de tiempo o distancia, sino sólo la fuerza máxima de arrastre que puede ejercer el tractor. En unidades inglesas, la fuerza se indica en libras fuerza.

Potencia en ia barra de tiroEs la potencia del trac to r medida en la barra de tiro en la cual se enganchan los implementos que va a arrastrar. N o incluye la potencia p a ra impulsar el tractor, por lo cual la potencia en la b a rra de tiro es la disponible p a ra trabajo en la parte trasera del tractor.

La potencia en la barra de tiro y la potencia del m otor de un tractor determ inado serán diferentes; esto se debe a la potencia que se emplea en la transmisión y o tras piezas entre el volante del m oto r y las ruedas traseras. La resistencia a la rotación de los neumáticos (llantas) contra el piso también ■ consume algo de potencia. La potencia en la barra

. de tiro se puede encon tra r si se conocen la fuerza de arrastre y la velocidad del .tractor.

Si el t r a c to r t iene u n a fuerza de a r r a s t re de 16 0 0 0 newtons (o 16 kilonewtons) y una velocidad

MECÁNICA PARA MOTORES DIESEL“ 1 Ode avance de 7.2 k i lóm etros p o r ho ra (k m /h

k m /h ) , en tonces la p o ten c ia en la b a rra de tiro sería com o sigue:

fuerza = 16 000 newtons (N) distancia por hora = 7.2 kilómetros

= 7 200 metrostrabajo (joules)

efectuado p o r hora = fuerza X distancia por hora— 16 000 'X 7 200

potencia (watts) = joules p o r segundo= 1 6 0 0 0 x 7 2 0 0

3 600

= 32 000 watts (W)o 32 kilowatts (kW)

Esta es la potencia de un tractor que trabaje en esas condiciones.

Especificaciones del motorEl tipo de datos técnicos básicos que suministra el fabricante de m otores es similar al ejemplo siguiente:

D iám etro - 101 mmC arrera 127-mm '/■Desplazam iento 6 . 1 0 1

No. de cilindros . ' 6 - Disposición de cilindros Verticales, en línea Ciclo • . 4 t i e m p o s . ■Relación de compresión 16:1 Sistema de com bustión Inyección directa Orden de encendido 1-5-3-6-2-4 Potencia clasificada (kW) 92 a 2 500 rpm Rotación Derecha, vista

de frente .F o rm a básica de roscas ‘ Unificada Peso en seco 5 2 3 kgDimensiones totales:

altura 800 mmlongitud 9 3 7 mmanchura 630 mm

Preguntas para repaso1. Defínase la fuerza en términos generales.2. ¿Qué es potencia?3. ¿Qué significa torsión (par)?4. ¿Qué significa desplazamiento de los pistones?5. ¿Por qué es im portan te la relación de com pre

sión en un m o to r Diesel?6 . ¿Cóm o se produce la torsión dentro jjel motor?

f 7. ¿Qué significa eficiencia del motor?8 . ¿Cuál es la un idad de potencia en el sistema

internacional (SI)?¿En el sistema de medidas inglesas?

9. ¿Qué es una curva de torsión?10. ¿Qué es la velocidad nom inal o gobernada de

un m otor y p o r qué no se debe exceder?

Cámaras de combustión

Las cám aras de com bustión desempeñan una función crítica en el funcionam iento de un m o to r Diesel y p o r esa razón se han efectuado muchas investigaciones para ay u d ar al perfeccionamiento de cám aras de cornbustión más eficientes. El resultado ha sido una gran variedad de diseños de cám aras de com bustión . -

La cám ara de com bustión en un m otor Diesel es' el espacio den tro del cual el inyector a tom iza el com bustib le . Incluye un espacio fo rm ado p o r la co rona ciel pistón o dentro de ella así como parte de la culata de cilindros. Para tener la certeza de que se quem a todo el combustible a tom izado , se emplean distin tos tipos de cám aras de com bustión en diferentes motores. Cualquiera que sea el sistema, la cám ara debe ser adecuada para:

1 producir las elevadas presiones de compresión requeridas para ocasionar las altas tem peratu-

. ras necesarias para la inflamación o ignición;2 . hacer que el combustible inyectado se mezcle

por com pleto con el aire en la cám ara de com bustión para ob tener com bustión completa y máxim a potencia del combustible.Hay dos tipos básicos de cám aras de com bus

tión: las de inyección directa y las de inyección indirecta. La diferencia básica entre estas cám aras de com bustión se puede ver en la figura 4.1. La cám ara p a ra inyección directa, a), tiene culata de cilindros con superficie plana y la cám ara está fo rm ad a por una cavidad en la parte superior del pistón. La cám ara para inyección indirecta b), puede ser con un pistón casi p lano o un pistón con una cavidad de poco fondo. La cám ara principal de com bustión está fo rm ada entre la parte superior del pistón y la culata de cilindros, pero tam bién hay una cám ara separada más pequeña, en la culata, en la cual se inyecta el combustible.

La inyección directa se utiliza en los motores grandes de dos y de cuatro tiempos; la inyección indirecta se suele emplear en motores pequeños de cuatro tiempos.

Inyección directaEl combustible se inyecta directamente en-la cám ara' de com bustión , la cual es una cavidad en la cabeza del pistón. H ay muy poca holgura entre la parte superio r del p is tón y la cabeza del pistón en el

<*> .

Fig. 4.1 Cámaras de com bustión : a) cámara abierta para inyecc ión d irecta; b) cámara de turbu lencia para inyecc ión indirecta. Se utiliza una bujía incandescente para ayudar al arranque en frío

Ford

: a m a r a s d e c o m b u s t i ó n 31

inyector

orificio de combustión cámara de turbulenciab)

4.4 a) Sección de un m o to r con cámara de tu rbu lenc ia ; se ilustran el inyec to r y la bujía incandescente. b) Vista en acercam iento de la d ispos ic ión de la cámara de tu rbu lenc ia Volkswagen

Celda de aireEn la figura 4.5 se ilustra una celda de aire. La cám ara dé com bustión está dividida en una cám ara principal y una celda de aire que están conectadas p o r u n a garganta o Venturi. D u ran te la ca rre ra de com presión se com prim e el aire en la celda de aire. El inyector está instalado en la garganta.

C u a n d o empieza la inyección, la presión de la com bustión obliga al aire a salir de la celda de aire

tapón

4.5 Celda de aire

en donde se mezcla con'el combustible atomizado por el inyector. El m pvim iento rápido del aire desde la celda p roduce u n movimiento ro tatorio de los gases en la cám ara principal, que ayuda a una combustión eficiente.

Cámara de precombusiiónEn la cabeza del* p is tón de la figura 4.6 hay una cám ara de p recom busiión atornillada en la culata de cilindros. El inyector está m o n tado en el extremo superior de la cám ara de precombusiión.

La inyección ocurre casi al final de la carrera de compresión. D eb ido a la can tidad limitada de aire en la cám ara de precom bustión , sólo se inflama una parte del combustible, pero el gran aum ento en la presión obliga al com bustible inflamado a moverse hacia la cám ara principal en donde continúa la combustión. El movimiento ráp ido de los gases hace que el combustible y el aire se mezclen y p ro duzcan mejor combustión.

Diseño de ia cámara de precombustiónEn la figura 4.7 se ilustra una cám ara de precom bustión del tipo utilizado en los automóviles Mercedes. L a cám ara incluye una bola o esfera difusora


Fig. 4.7 Cámara de p recombustión . El inyector atomiza en una cámara pequeña de combustión , en la cula ta de c ilindros , en la cual hay una bujía incandescente para arranque en frío. Las válvulas se acc ionan con el árbol de levas en la culata

M ercedes

combustión. Tam bién tiene rebajos para obligar a los gases a fo rm ar turbulencia en la cám ara principal de combustión.

En la figura 4.9 se ilustra una cám ara de precom bustión para un m o to r Caterpillar y las piezas correlativas. La base de la cám ara está roscada para poder atornillarla en la culata de cilindros. El combustible a tom izado p o r el inyector entra a presión en la cám ara de precom bustión en donde se inflama. Los gases de com bustión, todavía con alto contenido de combustible, pasan a presión por la abertura estrecha en la base de la cám ara de precom bustión hacia la cám ara principal en donde concluye la combustión.

Fig. 4.8 Inyección del combustib le en la cámarade precobustíón M ercedes

en la parte superior de ella y agujeros para com bustión en el extrem o de la cám ara que sobresale en la cám ara principal de combustión.

C uando se inyecta el combustible en la cám ara de precom bustión , se lo dirige hacia la bola difusora (Fig. 4.8). C on esto se dispersa más el combustible y se vuelve una nebulización muy fina que mejora el proceso de com bustión: la combustión avanza p o r los agujeros para com bustión hacia la cám ara principal y allí continúa.

La co rona del p is tón tiene una cavidad para dejar espacio p a ra el extrem o de la cámara de pre-

Fig. 4.9 Cámara de precombustión y piezas correlativas'1 conex ión para tubo de inyector, 2 asiento cuerpo, 4 tuerca, 5 sello, 6 tobera de inyector,7 bujía incandescente, 8 cámara de precombustión

C aterpillar

inyector

camarade precombustión

Fig. 4.6 Cámara de precombustión

: - \ m r a s d e c o m b u s t i ó n 33

Combustión en dos etapasZr. la figura 4.10 se ilustra la acción de una cám ara ;e precombustión o de turbulencia utilizada en algu-- : s m oto res Deutz; esta acción se llama combus- ::ón en dos etapas. El sistema consta de una cám ara Je tu rbu lencia en 1a culata de cilindros y espacios gemelos p a ra co m b u s t ió n con tu rbu lenc ia en lacorona del pistón.

El com bustib le se inyecta en la cám ara de tu rb u lencia q u e está caliente y contiene sólo a lrededor del 50% del aire disponible; p o r tan to , la p recom bustión ocurre en condiciones de escasez de aire. La presión en la cám ara de precom bustión obliga a los «ases quem ados en form a parcial a pasa r a los espacios gemelos p a ra com bustión por turbulencia en la co ro n a del pistón y la com bustión continúa, aho ra con un exceso, de aire, hasta que se quem atodo el combustible .

El p roceso de dos etapas pro longa el t iem po de com bustión . Esto, com binado con la mezcla intensa de aire y com bustib le p o r la turbulencia creada en los espacios p a ra com bustión, sirve p a ra mejorarla. Ei. resultado es una com bustión más completa del com bustib le , que produce menos carbón y menos emisiones en el escape. .

. En lá figura 4-11 b)' se pueden ver la cám ara de tu rbulencia en la culata de cilindros y los espacios para com bustión en la corona de! pistón. En la figura s e ‘ilustran dos cám aras de com bustión de un m o to r enfriado por aire. Una de ellas es p a ra inyección d irecta y la o tra para inyección indirecta.

Bujía incandescenteEn la figura 4.12 se ilustra una bujia incandescente (bujia de calor o “ c igarro” ) en la cám ara de com bustión en la cabeza del pistón. Es'un tapón d e acero de aleación a torn illado en la parte superior de la cabeza del pistón; se emplea con inyección indirecta y pro tege la co ro n a del pistón, hecho de aleación de alum inio , con tra la erosión de los gases calientes.

Fig. 4.10 C o m b u s t ió n en d o s e tapas : a) p r im e ra etapa, b) segunda etapa

(b)

Fig. 4.11 Cámaras de com bustión en la cu la ta dec i l in d ro s de un m o to r e n f r ia d o p o r a ire : a) in y e c c ió n d ire c ta , b) in y e c c ió n in d ire c ta D eu tz

Los gases calientes que salen de la cámara de precom bustión se dirigen con tra el tapón incandescen- • te y no d irectam ente con tra la corona del pistón.

Cámara de combustión para inyección directaC om o se m encionó, hay diversas configuraciones de cámaras de combustión formadas en las toronas de los pistones en los m otores con inyección directa. El objetivo de todas es crear la m ayor turbulencia posible para la mezcla com pleta del combustible y el aire a fin de lograr m áxim a com bustión. Con ello no sólo se logra la m áxim a energía del combustible sino que se tiene un escape más limpio con menos emisiones de contam inantes.

La holgura o espacio entre la parte superior del pistón y la cara o parte inferior de la culata es muy pequeña p o r lo que, en algunos casos, se form an rebajos de poco fondo en la co rona del pistón a fin de tener espacio libre para las cabezas de las válvulas. Los rebajos están ju n to a las cám aras de com bustión y son una variante de las formas de ellas en diferentes motores (Fig. 4.12). Algunos se pueden ver en los p is tones i lu s trad os en el cap ítu lo H y en otras ilustraciones de los motores. A continuación se describe un ejemplo de un diseño.


Fig. 4.12 Cabeza de p is tón con bujía té rm ica a to rn illada C aterpillar

Cámara de combustión esféricaEn la figura 4.13 aparecen dos vistas de un pistón de un m o to r M .A.N. en el cual se emplea el sistema de com bustión en “ M ” . Sus características principales son una cám ara de com bustión esférica en la co rona del p is tón y la configuración, especial del conducto p a ra en trada de aire. La cám ara de com bustión tiene una pestaña en su borde superior en el lado en que está el inyector. En cada lado dé la cám ara hemisférica hay re b a jo sp a rae lm o v im ie n to de las cabezas de las válvulas.

El com bustib le se a tom iza con tra la pared de la .cámara de com bustión en donde se vaporiza, se mezcla con aire con turbulencia de alta velocidad y se quem a. T a n to el aire de adm isión cóm o el diseño de la cám ara esférica de com bustión crean turbu- ¡encia.y m ejoran la com bustión , con lo cual se reducen las emisiones. ■ - ‘

. *3 Cámara esférica de combustión en Ja corona del pistón. Tiene rebajos para íibrar Ia3 cabezas de las válvulas y ^ ^

Combustión del combustible en los cilindrosC om o se describió, se utilizan diversos diseños de cam aras p a ra m ejorar la combustión. Sin embargo el proceso real de com bustión es el m ismo en todos los motores Diesel. El combustible sale finamente a tom izado de ¡os inyectores y la atomización consiste en gotitas d im inutas de combustible que necesitan el oxígeno del aire que hay en el cilindro para quemarse. T am bién se requiere aire a alta temperatura para iniciar la combustión. C u an d o hay esas condiciones en el cilindro, se inicia la combustión.

C u an d o se inyectan las gotitas en el aire comprimido caliente, em piezan a vaporizarse de inmediato en su superficie externa, lo cual tiene el efecto de rodear el núcleo de las gotitas con vapor de com bustible. C u a n d o llegan a cierta temperatura , ocurrirá la inflamación. El núcleo de las gotitas está algo mas frío y no arde de inmediato; las capas externas arden en form a progresiva hasta que se ha

• quem ado toda la gotita . Una vez que se inicia la inflamación, hay un rápido aum ento en la presión y la tem peratura , lo cual ocasiona que el combustible que todavía atom iza el inyector se inflame tan p ronto como sale de la tobera o pun ta del inyector,, aunque la com bustión continuará después de que term ina la inyección, "hasta que se ha quem ado todo • el combustible en la cám ara de combustión. ■

• •

i-ss cuatro fases de ¡a combustiónEl proceso de com bustión antes descrito, en unm o to r Diesel de a l ta velocidad, puede decirse queocurre en cuatro etapas o.fases. En la figura 4.14 seilustran en una gráfica que m uestra el incrementoen Ja presión den tro del cilindro con respecto a laro tación del cigüeñal desde 90° antes del PMS hasta

. 90° después del PMS. Se verá que en la grafica hay dos lineas:

1 . una línea pun teada , que m uestra la forma en que cambiaría la presión dentro del cilindro durante y después de la carrera de compresión si no hub iera inyección de combustible; el aum ento yla caída de presión serían uniformes en todas las carreras;

2 . una linea con tinua qúe m uestra el cambio en la presión duran te las carreras de compresión y potencia, con un-aum ento rápido en la presión com o resultado de la combustión.

Las cua tro fases de la com bustión, como se ilustra en el d iagram a son:A a B: periodo de demora. La inyección empieza en A , pero la com bustión no ocurre de inmediato, sino que se dem ora hasta que los vapores que rodean las go tnas de la atom ización del inyector llegan a una tem pera tu ra alta suficiente para que se inflamen. La com bustión empieza en B.B a C: una fa se de combustión rápida. Después del inicio de la com bustión en B, las gotitas arden con rapidez y ocasionan un aum ento súbito en la pre-

CÁMARAS DE COMBUSTIÓN 35

PMSgrados de rotación del cigüeñal

Fig. 4.14 Fases de la com bustión en un m o to r Diesel

sión hasta que se llega al p u n to C. D u ra n te esta fase, la com bustión no está contro lada.C a D: una fa se de combustión controlada. C onform e con tin ú a la inyección, el com bustible arde con uniform idad. L a com bustión está “ c o n tro lad a” p o r el volum en descargado p o r el inyector hasta el punto D , en d o n d e term ina la inyección.D en adelante: postcombustión. La inyección ha cesado en D , pero la .combustión continúa hasta que se ha q u em ad o todo el combustible. N o hay aum ento en la presión señalada en la gráfica, porque el pistón a h o ra se mueve hacia abajo y aum en ta el volumen en el cilindro.

La com bustión ‘depende de úna serie de factores que incluyen el diseño de -la cám ara de com bustión, el tipo y tam añ o .de la tobera del inyector, el com bustible utilizado y las condiciones de func ionamiento del m otor. Si el periodo de dem ora es m uy largo, hab rá com bustión sin contro l de una gran, parte del combustible. Esto ocasionará un aum ento tan brusco en la presión que será casi una explosión y la o n d a de presión que choca contra la pa red del cilindro y la culata producirá el golpeteo (“ cascabeleo” ) y func ionam ien to brusco del motor.

Productos de la combustiónLa com bustión es un proceso químico. El com bustible Diesel, igual que la gasolina, es un h id rocarbu

ro que p roporc iona el h idrógeno y carbono que son los elementos combustibles. El combustible Diesel tam bién contiene pequeños porcentajes de azufre. D u ran te la com bustión , las partículas de combustible se dividen en sus elementos y cada uno se combina con el oxígeno del aire por separado. Los motores Diesel, al con trar io de los de gasolina, siempre funcionan con exceso de aire, po rq ue en cada carrera de compresión se cuenta con un cilindro lleno con aire. C om o resultado, producen m ínim as cantidades de m onóxido de carbono (CO) en los gases de escape.

Los productos de la com bustión en un m otor Diesel constan de vap o r de agua ( H 20 ) , dióxido de carbono ( C 0 2), oxígeno libre (O) y nitrógeno (N). T am bién pueden contener cantidades muy pequeñas de m onóxido de ca rbo no (CO). Debido a las altas tem pera turas de com bustión en un m otor Diesel hay pocos o ningún h idrocarburos (H C ) sin quem ar, siempre y cuando el sistema de inyección funcione con eficiencia y el m o to r esté en buenas condiciones mecánicas.

Humo en el escapeSi la com bustión es incom pleta, algunas partículas del com bustible no habrán hecho contacto total con el oxígeno en el .aire y no se-quemarán- por completo.- El h idrógeno del combustible se .combin a r á con el oxígeno del aire, pe ro el carbono, del combustible no se com bina con tan ta facilidad con el oxígeno. Por tanto , el oxígeno libre del aire se com bina con el h idrógeno para fo rm ar agua (H 20 ) y el ca rbono se descargará com o hum o negro en el tubo de escape. Las pequeñas cantidades de aceite lubricante que entran a la cám ara de combustión y. que no se quem an por com pleto producirán hum o azul.

Se utilizan medidores de intensidad de humo para determ inar lo oscuro de los gases cíe escape en el tubo de salida.' Son escalas (llamadas escalas • R ingelmann) que sirven p a ra com para r la intensidad de la luz que pasa a través del gas del escape con tra la que pasa a través del aire limpio.

Preguntas para repaso1. ¿Qué es una cám ara de com bustión? '2. ¿Cuál es la finalidad de la cám ara de com bus

tión?3. ¿Qué significa inyección directa?4. C om párense la inyección directa y la indirecta.5. M enciónense algunos diseños de cám aras de

combustión.6 . Descríbase lo que ocurre en una cám ara de

p recom bustión duran te la combustión.7. ¿Por qué se utilizan cám aras especiales de com

bustión?8 . ¿Qué es la turbulencia? ¿Por que es im portante

en un Diesel?

9. ¿Qué significa combustión?10. Descríbase la fo rm a en que arde una gotita de

- combustible en la cám ara de combustión.11. ¿Cuáles son las fases de la combustión? Expli

qúense mediante la gráfica.12. Expliqúese “ periodo de d em o ra” en términos

sencillos.13. ¿Cóm o se entrega el combustible en la cám ara

de combustión?14. ¿Cuáles son algunos de ios productos de la

combustión?

m W-M& !'£Ñ&s <- v«. ••Guíate (cabeza) de cilindros y válvulas

Culata de cilindrosLa cu la ta de cilindros suele ser de hierro fundido. En los moldes de arena en los que se cuela el metal fundido d u ran te el proceso de. fundición, hay espacios para fo rm ar las camisas y conductos para el líquido enfriador. Tam bién los moldes tienen a b e r : turas para fo rm a r los orificios y lum breras para las válvulas. La configuración de la culata incluye lascá-

• ♦

• * • * » « *

• ’ ■ • . 1

m aras de com bustión así com o asientos de válvulas y soportes para el mecanism o de válvulas.

En la figura 1.3.se ilustra una culata de cilindros que se utiliza para todos los cilindros de un m otor de cuatro cilindros. Por lo general se utiliza una culata en los motores de cuatro cilindros aunque hay algunos motores grandes que tienen más de una

; ! ■ ' • ' • ,

Fig. 5.1 Culata de c ilind ros para m otor de seis c ilind ros Pe r k i n s

CULATA (CABEZA) DE CILINDROS Y VÁLVULAS 37

culata, en ocasiones una por cilindro o para cada dos o tres cilindros. Esto evita el empleo de piezas muy grandes que, aparte de su peso, son más susceptibles a problem as tales com o la-deformación. El m o to r que se ilustra en la figura 7.13 tiene dos culatas separadas , cada una p a ra tres cilindros.

Partes de la culata de cilindrosEn las f iguras 5.1 y 5 . 2 se pueden ver las partes dé la culata de cilindros. La parte inferior de la culata que se m o n ta en el bloque de cilindros es plana. Los orificios para válvulas, que quedan encima de los cilindros correspondientes cuando se instala la culata, t ienen asientos de válvulas en donde apoyan éstas cu a n d o están cerradas. Las válvulas van colocadas d en tro de guías y los resortes de válvulas las m antienen cerradas. Los balancines de válvula están m o n ta d o s en un eje (flecha) en la parte superior de la cu la ta (Fig. 5.3). En los lados de la culata hay superficies m aquinadas para poder a torn illar los múltiples de admisión y escape contra los orificios de adm isión y escape.

Los inyectores se m ontan en agujeros en la culata de m o d o que la punta del inyector penetre en la

10

7 2 ^ - © '

Fig. 5.2 Una de las tres culatas de un m otor de seis c ilind ros ; cada cu lata cubre dos c ilindros:1 re so r te de vá lvu la , 2 m a n g u i t o (cam isa ) de in y e c to r , 3 gu ía d e vá lvu la , 4 cu la ta , 5 in se r to d e a s ie n to de vá lvu la , 6 vá lvu la , 7 ta pón , 8 gu ía d e la c ru c e ta Cummins

m

Fig. 5.3 Con jun to de balancines. Se ilustran los tres balancines para un c il ind ro de un m o to r con inyectores P T .La cubierta , que a lo ja los ba lanc ines para dos c ilind ros está montada .

- en la parte superio r de la culata de c ilindros de la |figura 5.2: 1 cubierta , 2 eje, 3 tapón de la cub ie rta : 4 balancín de escape, 5 balancín de inyector, 6 campana, 7. buje, 8 balancín de adm is ión, 9 to rn il lo de ajuste, 10 contra tuerca

cám ara de com bustión. En los motores Diesel hay cám aras de com bustión de diversos diseños. En algunos, una parte de la cám ara de com bustión está form ada en la-culata; en o tros , la cám ara está form ada sólo en el pistón. Las cám aras de com bustión se describen en el capítulo 4.

*

Mecanismo de válvulasLos diversos com ponentes que se utilizan para abrir y cerrar las válvulas en la culata form an el mecanismo de válvulas. En el capítulo 2 se describe su mecanismo básico.

El mecanismo de válvulas consta de á rb o l de levas, seguidores (llamados también levantadores deTválvulas o buzos), varillas o tubos de empuje y balancines^ En la figura 5.4 se ilustra un mecanismo de válvulas en la culata ju n to con los engranes de sincronización (tiempo) uno en el cigüeñal y el o tro en el árbol de levas para im pulsar a este último.

En la ilustración se m uestra el engrane del árbol de levas acoplado (engranado) con el engrane en el


rMcfu),

1 0 ^

• , • •

Fig. 5.4 Mecanismo para un m o to r con válvulas en la culata: 1 leva, 2 varilla de empu je 3 seau idor Ipwi a' ' dpP°á i q8je ,de ,ba anc ' n^S>- 5 eje de b^ ,ancines- 6 balancín. 7 a j u s t a d o r T ^ de valvula, 9 valvula de adm.s.on, 10 inserto-de asiento de válvula, 11 válvula de escape Ca l l a r

extrem o delantero del cigüeñal. El engrane del ár-• bol de levas tiene el doble de dientes que el del cigüeñal, con lo cual el árbol de levas girará a la mitad de las revoluciones del cigüeñal en un m otor de cuatro tiempos. Las piezas del mecanismo de válvulas se pueden seguir en la ilustración desde el árbol de levas hasta las válvulas. Las piezas incluyen: la leva ( 1 ) en el árbol de levas que acciona a un seguidor (3) hueco, la varilla de empuje (2) colocada entre el im pulsor y el balancín, el balancín (ó) que •incluye el tornillo de ajuste de holgura, el tornillo (7) de ajuste de holgura que tiene un extremo esférico o de bola que asienta en un alveolo en el extremo del balancín, dos válvulas, una de escape ( 1 1 ) y una de admisión (8 ) ju n to con sus guías, resortes (8 ) y retenes y el inserto o engaste ( 1 0 ) para el asiento de la válvula de escape que se instala en un rebajo en la culata de cilindros.

Árbof de levasEl árbol de levas es largo y está m on tado en cojinetes en el bloque; en los m otores con árbol de levas en

la culata, está m o n tad o en la parte superior de ella. El árbol de levas tiene cierto número de levas: una para cada válvula. 1 ambién puede tener una leva para accionar la bom ba elevadora de combustible. En ciertos tipos de m otores tam bién tiene una leva para accionar la bom ba de inyección de combustible.

C uando se utiliza un gran núm ero de válvulas y en algunos m otores V - 8 se emplean dos árboles de levas.

i LevasUna leva es un dispositivo sencillo que se utiliza para convertir el movim iento ro tatorio en movimiento rectilíneo. La leva tiene un lóbulo, de m odo que un seguidor que descansa contra la leva se moverá hacia a rr iba y abajo cuando gire la leva, com o se ilustra en la figura 5.5 en donde se muestra la acción de la leva y del seguidor. C om o se ilustra, el lóbulo de la leva se ha separado del seguidor y éste se encuentra en su posición inferior y la válvula está cei rada. La rotación del árbol de levas hace que las válvulas abran y cierren.


Perfil o c o n to r n o d e la leva A unque la finalidad básica de la leva es ab r ir y cerra r la válvula, tiene una función más compleja. La acción total de la válvula dependerá de la configu rac ión de la leva, que se denom ina perfil o contorno . El perfil determ inará , p o r ejemplo, cuándo- em pieza a ab r ir la válvula, su aper tu ra máxima, el t iem po que permanece abierta y cuándo debe cerrar.

En la figura 5.6 se ilustran los detalles de una leva. C uando, el seguidor descansa en el círculo de base 1 ) de la leva, la válvula está cerrada po r .com pleto y h a b rá una pequeña holgura entre el extremo del balancín y la-punta del vástago dé la válvula. Esto se Ikima holgura o juego de válvulas.

C u a n d o gira la leva, la sección (2) pasa debajo del seguidor. Todavía hay holgura en la punta del vástago,,hasta que la sección (3) denom inada flanco de a p e r tu ra hace contacto, con el impulsor. Esto de te rm ina el m om ento en que empieza a ab r ir la válvula. • .

C u a n d o la nariz o pun ta del lóbulo (4) queda debajo del im pulsor la válvula estará abierta del todo. La form a de la nariz es la que determ ina e! tiem po que estará abierta la válvula. El flanco (5) de cierre tiene una curva tu ra destinada a cerrar la válvula en fo rm a gradual para que no golpee con dem asiada fuerza con tra su asiento en la culata. Las levas gastadas producirán funcionam iento ruidoso, daños a las válvulas y mal funcionamie'nto general.

Seguidores de levas (levantadores) de válvulasEl seguidor que se ilustra en la figura 5.5 es del tipo de “ hon go” , l lam ado así por su configuración, que cuenta con una gran superficie de apoyo contra la leva. El seguidor de la figura 5.4 es hueco y de gran diám etro, por lo cual no necesita tener forma de hongo. El extrem o 'in fe r io r del seguidor, muchas veces, tiene un ligero radio y la leva en la cual funciona tam bién tiene ligero radio. Esto hace que el seguidor gire con lentitud cuando se mueve en sentido vertical y tiene el efecto de distribuir el desgaste con m ás uniform idad en la superficie del seguidor. Esta disposición se ilustra, en forma un tan to exagerada, en la figura 5.7

. 5.6 Detalles del perfil de la leva: 1 c ircu lo de base, 2 ho lgura, 3 f lanco de apertura, 4 nariz, 5 f lanco de cierre, 6 holgura

Fig. 5.7 Segu idor sobre la 'levaS e g u id o r e s d e rodilloLos seguidores de levas o impulsores de válvulas en los motores Diesel grandes a m enudo incluyen un rodillo que apoya con tra !,a válvula;, produce una acción de ro tación en lugar de fricción o rozam iento y reduce el desgaste del árbol de levas.

Los seguidores de rodillo pueden ser de dos tipos diferentes co m o se ilustra en la figura 5.8. En a) el rodillo está insta lado en la parte inferior del im pulsor y éste em puja la varilla de empuje en la forma usual. En el im pulsor b) se emplea un rodillo m on tado en el ex trem o de una palanca. (Véase ta m bién el m o to r i lus trado en la figura 6.38). Un eje (Hecha) paralelo al árbol de levas soporta un extremo de la palanca. El o tro extremo, en donde está el rodillo se encuentra encima del árbol de levas. La acción de la leva con tra el rodillo hace que la palanca se mueva hacia a rr iba y abajo. El extrem o de bola de la varilla de em puje asienta en un alveolo en la pa lanca encim a del rodillo; la varilla también se mueve hacia a rr iba y abajo con la acción de la leva para abrir y cerra r la válvula.

Las palancas requieren más espacio en el m otor que otros tipos de impulsores, una de las razones por las cuales se utilizan casi siempre en motores gran'des en línea.


b >&

Fig. 5.8 Seguidores de leva: a) segu idores con rodillo, b) palanca con rod illo

VálvulasLos m otores pequeños de cuatro tiempos tienen dos válvulas por cilindro: una de admisión y una de escape. En los m otores grandes de cuatro .tiem pos se emplean cuatro válvulas por cilindro: dos de admisión y dos de escape.

Los motores de dos tiempos sólo tienen válvulas de escape en la culata; pueden tener una, dos o cuatro válvulas en cada cilindro. La función de las válvulas de admisión en el m otor de cuatro tiempos las efectúan las lum breras (puertos) en las paredes del.cilindro del m otor de dos tiempos.

Lumbreras (puertos)La acción del pistón en el cilindro, que viene a ser un tipo de válvula, descubre y cubre las lumbreras en la pared del cilindro. Las lum breras se abren para adm itir aire cuando se necesita y están cerradas cuando ocurren las otras acciones en el cilindro.

En la ligura 5.9 se ilustra la acción de barrido. Hay cierto núm ero de lum breras de admisión alrededor del cilindro, cerca de la parte inferior de la carrera del pistón. C on esto se tiene una superficie grande de lum breras cuando se admite el aire que viene del soplador. Este aire adem ás de barrer los gases de escape, también produce cierto enfriamiento de las válvulas de escape. El aire de barr ido diluye los gases de escape cuando los expulsa del cilindro, con lo cual hay en fr iam ien to de las válvulas de escape.

La cabeza de la válvula de escape no sólo está en la trayectoria de los gases calientes de escape al com ienzo de la ca rre ra de b a rr ido , sino también al final de ella cuando los gases están más fríos. Además, una pequeña can tidad del aire de barrido pasa p o r el orificio de escape antes de que se cierre la válvula. Esto barre p o r com pleto los gases y al mismo tiem po enfría la válvula. Este método de enfriamiento de válvulas les reduce su temperatura .de funcionam iento y les da m ayor duración.

Válvulas de discoLas válvulas instaladas, en la culata de cilindros sellaman válvulas de disco de. movimiento vertical.

• , * __ * 0 • m •

CULATA (CABEZA) DE CILINDROS Y VÁLVULAS 41cabeza

Fig. 5.10 Iden tif icac ión de las partes de una válvula

En la figura 5.10 se ilustra una válvula y se señalan sus partes. Las dos partes principales son el vástago y la cabeza. La 'válvula funciona en una guía de válvula, de hierro.fundido, instalada a presión e'ñ-la culata. L á guía m antiene la válvula centrada en su orificio y hace .que la cara en la cabeza de. la'válvula haga co n tac to correcto con el asiento de válvula en la c u la t a . '

Temperatura de las válvuiasLas válvulas de adm isión 'y de escape funcionan en condiciones muy calientes. La válvula de admisión está algo más fría, pues sólo deja pasar aire que tiene efecto de enfriamiento en la cabeza de la válvula. Sin em bargo, la válvula de escape debe dejar pasar gases m uy calientes desde el cilindro y su cabeza está rodeada p o r ellos duran te este periodo. En condiciones severas de funcionam iento, la válvula de escape se puede poner casi al rojo.

En la figura 5.11 se ilustran las zonas de tem peraturas típicas en una válvula de escape. El vástago es.el que está más frío y la parte de la cabeza cerca’de la cara de la válvula está un poco menos fría. Esto se debe a que el vástago transfiere su calor a la guía y esto ayuda a m antenerlo frío. Asimismo, la cara de * la válvula transfiere el calor al asiento y también ayuda a m antener fría la cara. P o r supuesto, después hay que enfriar el asiento y la guía de válvula. Las camisas y conductos p a ra líquido enfriador permiten un enfriamiento adecuado de esas partes críticas.

En la figura 5.11 se hace resaltar la im portancia del asentam iento correcto de la válvula. Si la cara y el asiento de la válvula no ajustan en form a correcta, no ocurre contacto com pleto de la cara. Esto significa que hay una superficie más pequeña de contacto' p a ra la transferencia de calor y enfria-

Fig. 5.11 Temperaturas en una válvula de escape

m iento de la cara de la válvula. Al mismo tiempo, el contacto disparejo puede perm itir el paso de%ises de escape entre la cara y el asiento de v á lv u la^ o r algunos lugares. Estos lugares o pun tos estarán nuíy calientes; puede haber pun tos calientes localizados a tem pera tu ras muy altas que reducirán m ucho la durac ión de la válvula, pues el desgaste o quem adura se p roduce en ellos con más rapidez.

El asiento de la válvula de escape también está .sometido a las tem peraturas muy altas de los gases de escape. P o r ello; los asientos de válvula en muchos m otores son anillos de inserción de úna aleación especial de acero resistente al calor.• * • • • Válvulas enfriadas por_ sodioPara ay u d ar al enfriamiento de las válvulas y .prolongarles su durac ión , en algunos motores de trabajo pesado se utilizan válvulas enfriadas por sodio, que tienen vástago hueco lleno parcialmente con sodio metálico (Fig. 5.12). El sodio se fu n d e a 9 0 cC; p o r ello, a las tem peraturas de funcionamiento está líquido. C u an d o la válvula se mueve en sentido vertical, se' desplaza el sodio hacia la parte más caliente de ella, absorbe el calor y lo disipa hacia el vástago que está más frío. Con. esto se enfría la cabeza de válvula v funcionará más fría. Una válvu-•S

la enfriada p o r sodio funcionará hasta 100°C más fría que una de vástago macizo de diseño similar. Con todos los dem ás factores iguales, esto significa m ayor du rac ión de las válvuias.

El sodio es un elemento muy reactivo. Si cae un pedazo de sodio en agua, se inflamará de inmediato. Si toca la piel ocasionará quem aduras p ro fun das y graves. M ientras esté encerrado en el vástago de la válvula, no hay peligro, pero si el vástago se llega a agrietar o rom per será muy peligroso. Las válvulas enfriadas p o r sodio que se desechen, se deben sepultar o lanzar donde haya agua profunda. Se pueden reconocer porque sus vástagos son de m ayor diám etro .

Holgura de válvulasPara tener la seguridad de que la válvula cierra por com pleto con tra su asiento en la culata, hay una pequeña holgura en el mecanismo de válvulas. Er. los motores con válvulas en la culata, se com prueba entre la p u n ta del vástago y el balancín, por m e e : : de un tornillo de ajuste.


Fig. 5.12 Corte secciona l de una válvula enfriada por•sod io •

i

Algunos m otores de árbol de levas en la culata• pueden -tener un balancín y la holgura se mide entre

la pun ta del vástago de la válvula y el extremo del balancín, En algunos m otores con árbol de levas en la culata, la holgura se mide éntre la cazuela o el ém bolo buzo para la válvula y la leva. El ajuste incorrecto de la holgura causará que haya ruido si el claro es muy grande o que se quemen las válvulas si no hay holgura.

Sellos (“sombreros”) de-vástagos de válvuiasEn algunos m otores, se utiliza, un sistema especial para evitar el paso de aceite por los vástagos de válvulas hacia la cám ara de combustión. En algunos casos, se instalan sellos o “ som breros” en las válvulas de admisión y de escape; en otros casos, los sellos sólo se utilizan en las válvulas de admisión.

En la figura 5.13 se ilustran una válvula de adm isión y una de escape y las piezas correlativas. Los selios se hacen con N eopreno y en el tipo ilustrado, se instalan sobre los extremos de las guías de válvulas y ajustan co n tra los vástagos. Esto impide el paso de un exceso de aceite p o r las guías. A unque siempre se necesita algo de aceite para la lubricación, un exceso fo rm ará depósitos de carbón en las cabezas y vástagos de válvulas.

Si no se em plean sellos, las guías de válvulas gastadas, con holgura excesiva entre ellas y los vástagos, au m en ta rán la cantidad de aceite que pasa p o r las guías. O tra razón, con respecto a las válvulas

4

Fig. 5.13 Válvulas de adm is ión y de escape: 1 resorte- in terno, 2 resorte externo, 3 retén, 4 seguros,5 sello, 6 guía, 7 inserto ;.8 válvula de escape;9 cam isa de agua, 10 válvula de adm isión

- Perk 'ins.

de admisión, es que la presión dentro del múltiple de admisión es inferior a la presión atmosférica en el exterior. Su efecto, es que se succiona el aceite por las guías de válvulas de adm isión hacia los orificios de admisión y las cám aras de com bustión en donde se quema. Esto ño se aplica en los'motores turbocargados. '•

Ángulos y anchuras de válvulasLas caras de las válvulas se esmerilan a un ángulo de 45° en algunos motores; en otros, el ángulo es de 30°. En ciertos casos, las válvulas de admisión tienen un ángulo de' 30° y las de escape, de 45° o viceversa.

Los asientos de válvula, a m enudo, se rectificano esmerilan al mismo ángulo que Ja cara de la válvula; en algunos m otores, se cuenta con un ángulo de interferencia (Fig. 5.14); es decir, la cara y e! asiento se esmerilan a ángulos un poco distintos que varían según el m otor; el ángulo de interferencia puede ser de 0.5° o hasta de 2o. En ese m o to r se utiliza el ángulo de interferencia p a ra perm itir un asen tam iento más ráp id o de la cara de la válvula con tra el asiento en motores nuevos; no se suele

' utilizar al reacondic ionar válvulas y asientos.La anchura del asiento de la válvula es im por

tante. Es deseable un asiento estrecho para da r un contacto circular delgado con la cara de la válvula y tener buen sellamiento, pero se necesita un asiento ancho para transferir el calor de la cabeza de la válvula a la cu la ta de cilindros. P o r ello, se necesita


Fig. 5.14 a) ángu lo de in terferencia entre la cara y el asiento de la válvula, b) ángu lo idéntico

un térm ino m edio entre estos dos factores, el asiento de la válvula de admisión suele ser más estrecho que el de la de escape.

A unque las especificaciones varían entre los motores y no to d o s los fabricantes especifican anch u ras diferentes para los asientos de adm isión y de escape, éstas pueden ser, p o r ejemplo:

' Válvula de admisión: .2 a 2.5 mm .Válvula de escape: 2.5 á 3 .2 .mm ..-Para o b tene r la anchura correcta-del asiento al

rectificarlos, a m enudo esnecesario esmerilar-ángulos, adicionales en las parles superior e inferior del asiento p a ra reducirle su anchura .(F ig . 5.15).

Rotación de válvulasSi la válvula de escape pudiera g irar un ángulo pequeño cada vez que abre, se reducirían muchas dificultades con las válvulas. Por ejemplo, una cau-

2 0 ° 45

Fig. 5.15 D iagrama a) y vista seccional b) del asiento de válvula, que muestran los ángulos a los cuales se esmerilan los ángu los supe rio r e in fe r io r del asiento. Las d imensiones y los ángu los varían según el motor

sa com ún de quem adura de válvulas s<: n i - depósitos en las caras de ellas. Estos depósito.', que son residuos de la com bustión , impiden el a>en:.;rr:en: norm al de la válvula y ésta se sobreca!len::i ; -e quema.

O tro problema con las válvulas es la pegadura que suele ser el resultado de la acumulación de carbón , proveniente del aceite quem ado, en el lago de la válvula. Por ello, la válvula se pega en la guía y no cierra p o r com pleto , se sobrecalienta y se quema.

Si la válvula puede girar al abrir y cerrar, habrá menos posibilidad de que se form en depósitos en el vástago y produzcan pegadura . Además, habrá una acción de limpieza entre la cara y el asiento de la válvula, que ayuda a impedir la acumulación de depósitos en la cara. A dem ás, la rotación produce tem pera turas más uniformes en la cabeza de la válvula. Algunas partes del asiento pueden estar más

-calientes que otras y se producirán pun tos calientes. Si la m ism a parte de la cara de la válvula se asienta con tinuam ente con tra el pu n to caliente, se producirá un punto caliente correspondiente en la cara de la válvula. El punto caliente en la cara se desgasta o quem a con más rapidez; pero, si la válvula puede g ira r ,-n inguna parte de la cara estará sometida a altas tem peraturas en forma, co n tinua . .C on ello, aum enta la durac ión de las válvulas. '•

Rotores de válvulasH ay dos tipos cíe rotores de válvulas. En un tipo, se elimina la carga del resorte con tra la válvula cuando se abre-y puede tener libre rotación. La vibración del m o to r la hace girar. Se tra ta del rotor de válvula de giro libre. O tro tipo produce rotación positiva de la válvula porque aplica fuerza para rotación en el vástago cada vez que abre la válvula.

En la figura 5 .16.se ilustran los detalles de un ro to r de libre ro tación de válvula y hay una diferencia en relación con una válvula normal porque se emplean dos seguros semicirculares que no tienen

retén

seguios

Fig. 5.16 Vista seccional del ro to r lib re de válvulas, que muestra la ho lgura entre la punta del vásíag: y la cazuela Foc.d


los lados cónicos. Éstos se instalan en una ranura en el vástago de válvula m ucho más ancha que lo normal, para que los seguros se puedan mover una corta distancia hacia arriba y abajo en el vástago. U na cazuela de válvula instalada en el extremo del vástago apoya con tra los seguros. Con estos seguros se utiliza un retén de resorte del tipo normal.

En el funcionam ien to , el balancín empuja contra la cazuela en el vástago y ésta transm ite el movimiento a los seguros y al retén que se mueven juntos para com primir el resorte de válvula. Esta acción inicial elimina la carga del resorte con tra la válvula debido al m ovim iento de los seguros en la ranura y en el vástago. P o r tan to , la válvula quedará libre para moverse y las vibraciones norm ales ocasionarán una ligera rotación. El movim iento adicional del balancín em puja la cazuela con tra la pun ta del vástago para abrir la válvula. Debe existir una pequeña holgura de 0.05 a 0.15 m m entre la pun ta del vástago y el in terior de la cazuela. La holgura insüfi- d e n te im pedirá la ro tac ión de la válvula; si es excesiva habrá golpeteo y ruido.

El rotor positivo de válvulas funciona cada vez que se abre la válvula p a ra p roporc ionar un movimiento positivo o ro tac ión de la válvula y-ésta gira lentamente siempre que el m o to r esté en marcha.

El ro to r es circular y sustituye al retén normal éntre el vástago y él resorte de válvula (Fig. 5.18). Tiene dos piezas principales entre las cuales está colocado cierto núm ero de balines de acero colocados en ram pas pequeñas. C uando la válvula empieza a abrirse, la fuerza aplicada al ro to r hace que los balines su b a n .e n las rampas'. E s to 'p ro d u c e una ligera ro tación del retén con respecto a la otra parte y, también, hace girar la válvula.

Disposición de ias válvulas en !a culataEn los m otores pequeños de cuatro tiempos se em plean dos válvulas p o r cilindro: una de admisión y una de escape. Algunos m otores grandes pueden tener cuatro válvulas, con lo cual hay mejor flujo de aire de adm isión y salida de gases del cilindro. T a m bién perm ite d iseñar el sistema de enfriamiento cor más co n d uctos en la culata de cilindros.

En la figura 5.17 se ilustran las diferentes d isposiciones de las válvulas en la culata. Las válvulas pueden estar a lternadas com o se indica en a) y cada válvula tiene su prop io orificio en la culata. Esta disposición de válvulas de adm isión y escape alternadas m antiene separadas las válvulas de escape y permite una distribución m ás uniforme del calor en la culata. En la disposición m ostrada en b) las válvulas están por pares. En un m o to r de cuatro cilindros la posición de las válvulas sería E - A - A - E - E- A - A - E.

Se puede ver que hay válvulas de adm isión y de escape una ju n to a la o tra . Las válvulas contiguas com parten un orificio com ún en la cu la ta . lE s to reduce' la longitud de la culata porque hay menos

a)

C)

Fig. 5.17 D isposic ión de las válvulas en la culata

orificios en un lado de ella. Tam bién se puede reducir la longitud de los múltiples porque se requieren m enos ramas. Con este diseño, se concentra el calor en las válvulas y orificios de escape y el diseño del m o to r debe incluir un enfriamiento adecuado en esta zona. Esta disposición de las válvulas no se suele em plear en los m otores Diesel.

En c) se emplean cuatro válvulas, colocadas simétricamente en la culata,, pero en d) las válvulas de escape están más cercanas entre sí para facilitar el diseño de los orificios y los conductos para enfriamiento; a veces se denomina disposición trapezoidal.


-Fig. 5.18 Componentes del m ecan ism o 'de válvulas con cruceta . Los vástagos de las válvulas tienen' ro tores positivos:. 1 válvula .de adm is ión ,-2 guí.a de válvula, 3 resorte de válvula, 4 ro to r de válvula, 5 c ruce ta .de .válvula, 6 balancín, 7

• varilla de empuje, 8 seguidor, 9 árbol de levasC aterpillar

En e} .y en f ) se ilustra la disposición de las válvulas de escape de motores.de dos tiempos, cuando se em plean dos o cuatro válvulas. •

< *Crucetas (puentes) de válvulasEn los m otores de cuatro tiempos que tienen cuatro válvulas (dos de adm isión y dos de escape) por- cilindro y en los m otores de dos tiempos que tienen. I dolLfi. cu a tro válvulas de escape p o r cilindro, se l emplea una cruceta (puente) entre las puntas d e d o s vástagos de válvula para accionar dos válvulas con ,un solo .ba la n c ín |(Fig. 5.18). La^crucetíTes m a F o menos en fo rm a de T. Está m on tad a en una guía'en la culata y los extremos de sus brazos descansan sobre las pun tas de los vástagos de válvula que accionan. Su función es moverse hacia a rr iba y hacia abajo en su guía p o r la acción del balancín que em puja con tra la parte superior de la cruceta. C uando el extrem o del balancín se mueve hacia abajo, tam bién baja la cruceta para abrir am bas válvulas. El m ovimiento ascendente del extremo del balancín perm ite que cierren las válvulas. En un brazo de la cruceta se cuenta con un tornillo de ajuste, a fin de a justar la holgura de la cruceta en relación con las válvulas, a fin de que quede cen tra da en su guía y que aplique una fuerza igual contra cada válvula.

Engranes de sincronización (tiempo)El árbol de levas se impulsa desde el cigüeñal con engranes. En un m o to r de cuatro tiempos, el árbol de levas gira a la mitad de las revoluciones del cigüeñal. En un m o to r de dos tiempos, el cigüeñal y el árbol de levas giran a las mismas revoluciones.

En la figura 5.19 se ilustran los engranes del árbol de levas y del cigüeñal. Se verá que el engrane del á rbol de levas tiene el doble de dientes que. el del cigüeñal, o sea que son p a ra un m o to r de cuatro tiempos. Los engranes tienen m arcas de sincronización (tiempo) p a ra acop lar los dientes correctos cuando se instalan los engranes. H ay que sincronizar (poner a tiempo) el árbol de levas con el cigüeñal para que las válvulas ab ran y cierren en el m omento

.correcto en relación con el movimiento de los pistones.

En la figura sólo se ilustran dos engranes, pero en la m ayoría de los motores Diesel, en particular los grandes, tienen un tren con cierto núm ero de engranes. Pueden estar en el frente o, en' algunos' casos, en la parte trasera del m o to r (véase el m otor de la Fig. 7.12). -

En la-figura 5.20 se ilustra un tren que consta de ' seis engranes.-El engrane del cigüeñal impulsa a los otros engranes'. El o rden-es desde el engrane d e l cigüeñal hasta un engrane intermedio (loco)- qúe ' está más a rr iba y, luego, .al engrane del árbol, de levas. El engrane intermedio sólo transfiere el movimiento de un engrane a o tro y no tiene efecto en cuan to a la relación o reducción entre engranes. En este caso, el engrane del árbol de levas tiene el'doblé de dientes que el del cigüeñal para dar la relación deseada de 2:1 entre ellos. El tam año del engrane intermedio carece de im portancia . '

El engrane intermedio impulsa también al engrane de m and o de la bom ba de inyección. El tam año de este engrane es im portan te porque la bomba de inyección gira a la m ism a velocidad que el árbol

Iengrane del árbol

Fig. 5.19 Engranes del árbol de levas y el c igüeñal. Se muestran las marcas de sincron ización en los engranes

46V 3

MECANICA PARA MOTORES DIESEL

Pin ^ ?n Fnnranes de’ s incron izac ión : 1 éngrarie-del c igüeñal, 2 engrane dei árbol de levas, 3 engrane in termedio (loco)'. 4 enqrane de mando de bomba de inyecc ión, 5 engrane de mando de bomba del ace.ite 6 engrane in termedio , A marcas para s incron izac ión de válvulas, B marcas para s incron izac ión de la bomba

. de inyecc ión ' .

de levas. T am bién debe estar s incronizado con el cigüeñal para inyectar el com bustible en el cilindro correcto en el m om ento preciso. .

El engrane intermedio tam bién se utiliza para impulsar un engrane de m and o de la tom a de fuerza, la cual se puede em plear p a ra im pulsar algún equipo auxiliar, tal com o una bo m ba hidiáulica.

Debajo del engrane del cigüeñal hay o tro engrane intermedio, qüe sirve p a ra im pulsar la bom ba del aceite lubricante que se encuentra en la parte inferior del bloque de cilindros.

Banda dentada de sincronizaciónEn el m o to r pequeño para autom óvil ilustrado en la figura 5.26 se utiliza una banda (correa) dentada para im pulsar el árbol de levas. L a b anda dentada es flexible, acopla con los dientes dé los engranes y transm ite la impulsión desde el cigüeñal hasta eí á rbol de levas que está m on tado en la culata. La b and a dentada también impulsa el engrane de m ando de la bom ba de inyección.

D ebido a que este m o to r es del tipo de árbol de levas en la culata, se necesitarán un tren con m uchos engranes o una cadena de sincronización muy larga para conectar el cigüeñal y el árbol de levas con engranes. Lá banda dentada es un mecanismo más sencillo, silencioso y no necesita lubricación. Hay dos poleas intermedias (locas) que giran contra la parte posterior de la banda y la orientan para que

pase a lrededor de las poleas y haya más dientes de la banda y de ios engranes en contacto. Las poleas tam bién evitan el bailoteo de la banda. La polea más pequeña es ajustable para m antener la tensión de la banda.

Árbol de levas en la culata En la figura 5 .2 1 se ilustra la instalación del árbol de levas en la culata de 1 m o to r Volkswagen, la cuales un corte seccional de la culata de aluminio. El árbol de levas está so po rtado en cojinetes en la parte superior de la culata , con lo cual las levas actúan d irectam ente con tra impulsores del tipo de cubo instalados en el extremo de las válvulas y resortes.

En la parte superior del impulsor se utiliza un espaciador o suplem ento (laina) grueso, reemplazable y disponible en diversos espesores para poder a justar la holgura de válvulas; ésta se mide entre la parte superior del espaciador y la base de la leva.

La culata de cilindros tiene también cám aras de turbulencia colocadas en su parte inferior, que se fijan en la culata con un balín antirrotación. T am bién hay agujeros roscados para los inyectores y las bujías incandescentes.

Cadena de sincronización (tiempo)En algunos m otores se utiliza una cadena en lugar de engranes de sincronización. En los motores de árbol de levas en la culata, la cadena larga permite


F ig . 5 . 2 1 ' Corte secc iona l de la culata-de VW: 1 árbol de levas, 2 impu lsor, 3 monta je del'inyector,' 4 . agu je ro para-bujía incandescente, 5 balín . an tir ro tac ión , 6 inserto de cámara de

' tu rbu lenc ia , 7 o r if ic io de. combustión , 8 sello, - 9 espac iado r reemplazable ' ' .Volksw agen

im pulsar el engrane del árbol de levas en la parte superio r de la culata. En las figuras 5.25 y 7.13 se pueden ver dos ejemplos. En la figura 5.25 se ilustra un m o to r p a ra autom óvil con árbol de levas'en la culata, im pulsado p o r una cadena de rodillos de doble eslabón. En la figura 7.13 se muestra un m otor g rande p a ra cam ión en el cual se emplea una cadena con eslabones triples p a ra im pulsar el árbol de levas y los ejes (flechas) auxiliares, aunque se emplean engranes entre el engrane de mando, del árbol de levas y el árbol en sí. Se incluye un mecanismo descom presor del m o to r para facilitar girar a mano el cigüeñal para los ajustes'.

Se utiliza una polea tensofa m ontada en un eje excéntrico p a ra a jus ta r la tensión de la cadena de sincronización. •

Sincronización de válvulasEn la figura 5.22 se ilustra un d iagram a de sincronización (tiempo) de las válvulas d ibu jado para las cua tro carreras. Se m uestra el ciclo com pleto del funcionam iento’ de las válvulas de escape y a d m isión en un cilindro de un m o to r de cuatro tiempos d u ran te dos revoluciones del cigüeñal. En el m o to r básico de cua tro tiempos que se describió, se supuso que las válvulas abrían en el PMS y cerraban en el PMI p a ra perm itir la en trada de aire y la salida de gases del cilindro. Sin embargo, en el funcionamiento real del m otor, las válvulas están dispuestas para ab r ir antes y cerrar después que en el m otor utilizado para la descripción.

Para leer el d iagram a de sincronización de válvulas, se empieza con la carrera de adm isión y se continúa con el ciclo normal: admisión, com presión, potencia y escape. Las carreras se han dibujado p o r separado con líneas gruesas y delgadas para facilidad de identificación.

Un m étodo fácil p a ra d ibujar un d iagram a de sincronización de válvulas es hacerlo en forma de espiral a p a r t i r de la carrera de adm isión de modo que las dos espirales continuas se puedan 'd isponer de m odo que representen las cuatro carreras, o sea el ciclo com pleto , del m otor. Los g rados del cigüeñal a los cuales abren y cierran las válvulas se m arcan después en la espiral. Para com pletar el dia-

0o gram a, com o el que se ilustra en la figura 5.23, se trazan líneas gruesas y delgadas o se emplean colo-

' res para indicar las carreras particulares.Se observará que la válvula de admisión abre

antes del PMS y que la válvula de escape abre antes i n ’ " ' del ¡PíVí'í, Esto se denom ina adelanto . Tam bién se

puede.ver qüe la válvula de admisión cierra después del PM I y la válvula de escape cierra después del

/ESES. Esto se llama- retardo. Además, la válvula de • admisión y la de escape están abiertas unos cuantos grados cerca del;PM S en la carrera de-escape, lo cual se denom ina traslape- de válvulas. Sin em bargo,.se debe tener en- cuenta- que aunque am bas válvulas están-abiertas, no tienen una gran apertura. L a válvula de escape casi ha cerrado y la de adm isión apenas empieza a abrir, lo cual se debe al diseño de las levas com o se mencionó. O tro aspecto que s.e debe recordar es que la carrera del pistón e s »

PMSadmisión

(a)

(b)Fig. 5 .22 Diagrama de s incron izac ión de válvulas

d ibu jado com o cuatro carreras separadas: a) adm is ión, b) compres ión, c) potencia, d) escape

*

inyeccióni n y e c c i ó n

potencia

compresiónpotencia

admisión

compresión

aire de barrido

Fig. 5.24 D iagrama de s incron izac ión de válvulas en motores de dos tiempos. 1 com ienzo de la inyecc ión ; 2 final de la inyecc ión , 3 válvula de

. escape empieza a abrir, 4 lumbrera de adm is ión va abriendo, 5 lumbrera de admisión va cerrando, 6 válvula de escape cerrada

Fig. 5.23 D iagrama de-s incron izac ión de válvulas: I.O. válvula de.adm is ión abre,-I.C. válvula de adm is ión cierra, E.O. válvula de escape abre E.C. válvula-de esóape cierra

PMS °°


a) k)5 25 M o to r Mercedes de c inco c ilind ros para automóviles. Se pueden aprec ia r las piezas in ternas principales.

a) El co rte long itud ina l muestra: el árboLde levas en la cu la ta impulsada po r una cadena de dobles eslabones desde el c igüeñal, cam isas de c i l in d ro tipo seco, p istones con fa lda recortada y tres anillos de pistón- un inserto de h ie rro fund ido en el p istón para el an illo superio r de compres ión , una bomba de vacío montada en la parte delantera de la tapa de engranes, la cual se acciona con un rod illo al que mueve una leva especial en el frente del á rbo l de levas. ...................................b) El corte secciona l muestra: el árbol de levas en sección, el im pu lsor de valvula y to rn il lo de ajuste en la parte superio r del.vástago de válvula, la cámara de precombustión , la camara de precombusuon inyector y bujía incandescentes a to rn illados en la cu la ta, cam isas de agua en la cu la ta y b loque de> ci ¡^ d ro s , a corona ahuecada del pistón que forma parte de la camara de combustión , la bomba del aceite en la parte in fe r io r del b loque, impulsada por un eje vertica l y engranes desde la 'm PUiSi.ó n 1de.acc®sori° smLh ° I " ba de inyecc ión está montada en el lado izqu ierdo del m oto r (lado derecho) en la ilus trac ión y también se impulsa con la im pu ls ión de accesorios. Mercedes

CULATA (CABEZA) DE CILINDROS Y VÁLVULAS 49pequeña en relación con los grados de ro tación del cigüeñal hacia PMS y PM I, por lo que hay muy poco m ovim ien to del pistón d u ran te los 33° de traslape de válvulas i lustrado en el d iagrama.

En el d iagram a de sincronización que se ilustra, la válvula de escape empieza a abrir a 47° antes del PMI en la carrera de potencia y perm anece abierta hasta 21° después del PMS en la carrera de ad m isión. Este tiempo adicional en que está abierta la válvula de escape, da más tiem po para que salgan los gases de escape del cilindro. C u an d o el pistón llega a 47° antes del PM I en la carrera de potencia, la presión de com bustión se ha reducido en form a considerable. Al d a r este tiempo adicional p a ra la salida de los gases de escape del cilindro, se pierde muy poca potencia.

En fo rm a similar, al dejar la válvula de adm isión ab ierta d u ran te 40° después del PMI se da tiempo adicional p a ra la en trada de aire al cilindro.. La entrega de cantidades adecuadas de aire a los cilindros del m o to r es un aspecto crítico en su funcionam iento .

La sincronización de las válvulas se debe a la configuración de los lóbulos de las- levas y á la relación en tre ios engranes o Catarina y la cadena en . el á rbol -de levas y e.n. el cigüeñal. 'Al cam biar la relación entre los engranen o Catarina, im pulsoras e im pulsadas se modifica la .sincronización de-apertu ra y cierre de válvulas. Por ejemplo-, si se desacoplase el engrane del á rbo l de levas, se adelan tara un diente y se volviera a acoplar, las válvulas abrir ían y cerrarían antes en el ciclo. Supóngase que esto p ro du jera un avance de 15° en ¡a acción de las válvulas. Entonces, la válvula de escape abriría a 62° antes de PMI en la carrera de potencia y cerraría a 6 o después del PMS en la carrera de escape (en el ejemplo que se ilustra en la figura 5.23). T am bién se avanzaría la acción de las válvulas de admisión. Este avance en la acción de las válvulas reduciría mucho' el rendim iento del m otor. Para evitar ese problem a, los engranes están m arcados para alinearlos en la fo rm a correcta al instalarlos (véase Fig. 5.19).'

Para hacer una com probac ión ráp ida de la sincronización de válvulas, se le d an unos “ toqueci- tos” al m o to r de a rran q u e para que el pistón No. 1 (o cualquier o tro , p a ra el caso) quede en el PMS en la carrera de escap e . Las válvulas de adm isión y de escape deben estar ju s to en el p un to en que empiezan a abrir o cerrar, respectivamente. Con esto se com prueba el traslape de válvulas ya descrito. En el d iagram a, las válvulas de adm isión y escape tienen un traslape de 33°.

'N . del T: C u a n d o un d ien te de los e n g ra n e s o de la cadena de s incron izac ión q u e d a fue ra de s in c ron izac ió n , se dice q u e el m o t o r está “ fue ra de t i e m p o ” lo q u e a d e m á s de u n a g ra n p é rd id a de potencia y m al fu nc io nam ien to , pu ede o ca s io n a r serios daños .

Sincronización en motores de dos tiemposEn la figura 5.24 se m uestra un d iagram a de sincronización para un m otor de dos tiempos. El d iagrama representa 360° de rotación del cigüeñal durarue los cuales ha ocurrido el ciclo completo de dos tiempos. Al seguir el d iagram a desde cerca de su parte superior en el p un to 1 y con tinuándolo en el sentido de las manecillas del reloj, sa verá que ocurre lo siguiente:

1. La inyección empieza a 17° antes del PMS.2. Cesa la inyección, pero con tinúa la inyección

d u ran te un periodo corto , du ran te el cual el cigüeñal ha girado a lrededor de 13°. L a carrera de potencia empieza en el PMS pero ya se ha inyectado e inflam ado el combustible. La com bustión con tinúa más allá del.PMS hasta que.se ha quem ado todo el combustible.

3. La válvula de escape empieza a abrir a alreded o r de 95° y permite que los gases de escape empiecen a sálir del cilindro. Recuérdese que el á rbol de levas acciona la válvula y ésta se abre . en form a gradual y no bruscam ente a toda su apertura .

4. Em piezan a quedar descubiertas las lumbreras de adm isión en la pared del cilindro. Es una superficie muy grande de lumbreras que queda descubierta con rapidez -cuando el pistón se mueve hacia abajo. El aire de barr ido penetra al cilindro y expulsa del m ismo a los gases de es-

■ cape.5. Las lumbreras de adm isión quedan cerradas

p o r el movim iento ascendente del pistón, lo cual ocurre a los 230°.

6 . La válvula de escape, que había em pezado a cerrar, queda cerrada del todo. El pistón se mueve hacia arr iba para com prim ir la carga de aire exterior en el cilindro y el ciclo vuelve a em pezar en el pun to 1 .

La inform ación de funcionam iento del m o to r de dos tiempos que se puede ob tener con el d iagrama es: en 1 - 2 la inyección no es instantánea sino que requiere un corto tiempo. Esto produce una presión bastante constan te en el cilindro mientras se p ro d u cen la inyección y la com bustión del combustible. Esto sucede en los m otores de dos y de cuatro tiempos y es u n a característica que produce la p o tencia en los Diesel. 2-3 carrera de potencia. 3-4 se descargan los gases de escape p o r su propia presión cuando abre la válvula de escape. 4-5 se adm ite el aire de barr ido al cilindro para expulsar los gases de escape y llenarlo con una nueva carga de aire. 5-6 es un periodo muy corto duran te el cual está cerrando la válvula de escape; en realidad, apenas está abierta, pero ello no asegura que se hayan expulsado todos los gases de escape del cilindro. 6 - 1 carrera de com presión con la válvula de escape y las lumbrera? de adm isión cerradas.

50 »

' ± MECÁNICA PARA MOTORES DIESEL

Preguntas para repaso1. M e n c i ó n e n s e las p a r t e s del m e c a n i s m o d e vá l

vulas.2. ¿Qué es u n a leva y cóm o funciona?3. ¿Por qué es tan im portan te la holgura en las

puntas de los vástagos de válvulas?4. ¿Por qué'se utilizan los sellos en los vástagos de

válvulas?5. ¿Qué significa ro tación de válvulas?6. M e n c i ó n e n s e las d iv e r sa s d i s p o s ic io n e s d e las

vá lvu la s en la c u la t a d e c i l ind ros .7. ¿Qué es u n a cruceta o puente de válvulas?8 . ¿Cuál es la finalidad de los engranes de sincro

nización (tiempo)?

9. ¿Por qué se utilizan engranes intermedios (locos)?

10. ¿Qué sistema se puede utilizar en lugar de los engranes de sincronización?

I ¡ . ¿C óm o se relaciona esto con el P M S y el PMI?.12. ¿Por qué la válvula de admisión abre antes del

PMS y cierra después del PMI?13. ¿Qué es traslape de válvulas?14. Descríbanse las acciones que ocurren en un

m o to r de dos tiem pos duran te una revolución del cigüeñal.

15. ¿Por qué son im portantes las anchuras de los asientos de válvulas?

16. ¿Cóm o se disipa el calor de las válvulas?

F ig . 5.26 M otor Diesel para Volkswagen Golf, de cua tro tiempos, de 1.5 litros de c ilindrada, re lación de compresión de 23.5:1 y ve locidad máxima gobernada de 5000 rpm. La culata tiene cámaras de combustión del tipo de tu rbu lencia . Los inyectores y las bujías incandescentes se a to rn illan en la culata.

El m oto r tiene árbo l de levas en la culata, impulsado desde el cigüeñal con engranes conectados por una banda dentada, que también impulsa la bomba de inyecc ión. Un contrae je impulsado por una polea que apoya con tra la parte trasera de la correa se emplea para im pu lsa r la bomba del aceite que está en la parte in fe rio r del b loque. Una polea tensora, que también apoya contra la parte trasera de la banda dentada la mantiene tensa. La vuelta de la banda a lrededor de la polea provee un agarre muy amplio a lrededor de los engranes del c igüeñal, á rbo l de levas y bomba de inyección.

Las válvulas se accionan con impulsores (levantadores) del tipo de cubo con insertos reemplazables para el ajuste de la ho lgura de válvulas. Se utiliza bomba de inyecc ión del t ipo de d is tr ibu idor.

La caja del f i l t ro de aire es parte in tegra l del mú ltip le de adm is ión y se utiliza un elemento filtrante r e c t a n g u l a r . V o l k s w a g e n

filtro de aire

banda para la bomba del agua y el alternador

tubos a los inyectores

%

bomba de inyección

filtro de aceite

banda dentada

cable (chicote) del acelerador

Senecio a la culata (cabeza) de cilindros y válvulas ■:jgj ;

Culata (cabeza) de cilindrosPara tener funcionam iento satisfactorio de la culata de cilindros y piezas correlativas, deben existir las siguientes condiciones:

1. La c,ulata debe estar firmemente atornillada en el b loque cié’cilindros.

- 2. La j u n t a - d e la culata debe p ro d u c ir u n se l la -- .miento eficaz entre la parte inferior (cara) de la

cu la ta y la superficie su per io r del bloque; hay que m an tener la presión d en tro de los cilindros d u ran te las carreras de com presión y potencia y el líquido enfr iador debe quedar contenido en las camisas y conductos para agua.

' .3. Las caras de las válvulas y sus asientos en la cu la ta deben estar en buenas condiciones para que form en un sello hermético a los gases cuan-

. do las válvulas están cerradas.4. Las válvulas se deben m over con libertad en sus

guías, pero sin holgura excesiva.5. H ay que hacer los ajustes correctos de la hol

gura de válvulas, es decir, debe existir una pequeña holgura entre la punta de cada vástago y su balancín, para que las válvulas cierren por com pleto en todas las condiciones.

6 . Las superficies de las cám aras de com bustión deben es tar libres de depósitos excesivos de carbón.

7. Los múltiples de admisión y de escape deben estar bien ap re tados y herméticos con tra la culata.

D uran te el funcionam iento del m o to r se acu m u lan los depósitos de carbón en form a gradual en la superficie de las cám aras de com bustión , las cabezas de los pistones y las válvulas. En las válvulas se pueden fo rm ar depósitos de carbón b lando que harán que se peguen. El efecto de sellamiento en tre las válvulas y sus asientos se va am ino rando en forma gradual cuando las caras y los asientos de las válvulas se gastan y se pican.

En circunstancias norm ales, las culatas se desm ontan después de q u e 'e l vehículo ha recorrido m uchos miles de kilómetros o tiene muchas horas de funcionam iento y y a .s e -nota una pérdida de potencia. Puede ser p a ra una reconstrucción de cula ta , -c u a n d o só lo se reacondicionan la culata y piezas correlativas o bien, com o parte de la reconstrucción o reác.óndicionamiento general de tocias las piezas del m otor.

Aparte de la pérdida gradual de potencia, pueden surgir o íros problem as que requieren desm ontar la culata de cilindros. Incluyen alguna válvula q u em ad a , ju n ta de la cu la ta con fugas o “ reventa d a " , válvula o válvulas pegajosas ó resorte de válvula roto. C u an d o se sospecha que hay una válvula quem ada o ju n ta de la culata dañada , se debe

. hacer la p rueba de la presión de compresión en todos los cilindros antes de desm ontar, l 'o d o s los cilindros deben tener, más o menos, la misma presión de compresión. La presión baja en uno o más cilindros indica que hay a lgún problem a en ese cilindro. • .

C uando se necesite t r a b a ja re n la culata de cilindros o válvulas, hay que desm ontar la del bloque. Luego, se sacan las válvulas, se limpian todas las piezas y se elimina el carbón. Se rectifican (refren- tan) las válvulas y se esmerilan los asientos para tener asentam iento correcto de las válvulas. Tam - bien hay que inspeccionar todas las demás piezas antes de volver a arm ar.

En los siguientes párrafos se mencionan aspectos generales relacionados con el servicio a la culata de cilindros. Los procedim ientos detallados quedan fuera del alcance de este libro y habrá q u e consultar el m anual de taller del fabricante del motor.

Desmontaje de la culata de cilindrosAntes de desm ontar la culata de cilindros, hay que vaciar el líquido enfr iador del rad iador y del blo-


que de cilindros; en otra forma, se escapará el líquido que hay en la cu la ta y penetrará a los cilindros. En el tan que inferior del rad iador y en uno o más de los lugares más bajos de las camisas de agua en el b loque hay grifos y tapones cóncavos, como se ilustra en la figura 6.1. Si se utilizan enfriador de aceite o interenfriadores tam bién hay que vaciai ti líquido.

Fig. 6.1 Tapones para vaciar el rad iador y el b loque en un m oto r pequeño . .

En la cu la ta suelen estar instaladas o tras piezas, qué tam bién se deben desm ontar primero. Pueden ser los. tubos para los inyectores, tubos de respira- . ción y o tras piezas que están, sujetas al m o to r o d en tro del com partim ien to del m otor, pero que no son. parte de- ía culata. Hay que desm ontar esas piezas a fin de tener acceso á la culata.

Los tubos de los inyectores se deben aflojar en am bos extrem os y desm ontarlos para que no se deformen. Luego, se pueden sacar los inyectores de la culata. (En algunos motores hay que quitar prim ero la tapa de balancines para sacar los inyectores).. Según sea el t ipo del inyector puede estar sujeto en la culata por medio de una brida y tornillos o bien, pueden estar sujetos con una grapa. Si no es- fácil sacar el inyector con la m ano, se puede utilizar

• una palanca , con m ucho cuidado, p a ia sacarlo, tam bién hay una herram ienta especial para sacarlos en algunos m otores. H a y otros inyectores que estánroscados en la culata.

U na vez que se ha vaciado el líquido enfriador del rad iad o r y el bloque, ya se pueden desm ontar la

' m anguera superior del rad iador y, quizá, la caja del te rm osta to en el frente de la culata.^

Se sacan los tornillos de sujeción para desm ontar los múltiples de admisión y de escape. C uando se utiliza tu rbocargador , hay que desconectar s u s ' conexiones con el múltiple de adm isión y de-escape para poder desm ontarlo . C uando -se desm ontan los múltiples o el tu rbocargador hay que tapar todas las aberturas en el m o to r p a ra impedir la en trada decuerpos extraños.

Con lo anterior, ya está accesible la tapa debalancines en la parte superior de la culata. Se sacan los tornillos que la sujetan a la culata y se tendrá acceso a los balancines e inyectores.

El mecanismo de balancines está sujeto mediante sus soportes y con tornillos y tuercas en la culata. H ay que aflojarlos en fo rm a gradual para evitar la deform ación del eje de balancines o, en otros casos, hay que aflojar los tornillos de ajuste de los balancines. Esto se requiere po rqu e algunas válvulas estarán abiertas y la fuerza de sus resortes aplicará una carga dispareja en el eje de balancines.

Ya están accesibles los tornillos de sujeción de la culata y se pueden sacar. Por lo general, se recomienda aflojar los tornillos en fo rm a gradual, en espiral, em pezando p o r un extremo de la cabeza y hacia el centro. Los fabricantes especifican el orden para aflojar y la torsión a que se deben ap re ta r los tornillos de sujeción al instalarlos. P ara sacarlos, hay que hacerlo en el orden opuesto al de instalación.

Una vez quitados todos los tornillos, se saca la culata en línea recta y se coloca en el banco paralimpiarla y desarmarla.

Lás culatas pequeñas se pueden desm ontar con la mano;, en los motores grandes se requiere algún dispositivo p a ra levantarlas. Se puede conectar una eslinga en cada extremo de la culata (hay algunas que incluyen agujeros para colocar los ganchos) y se levanta con una garrucha o grúa.

Si la-enlata no se separa del bíoque con iacili- . dad,. se le pueden da r unos golpecitos. en los lados con un martillo de p lom o o de plástico. N o hay que hacer pa lanca entre la culata y el bloque con n inguna herram ienta p a ra separarla, porque se pueden producir melladuras o rebabas en las superficies,

- que perm itirán fugas p o r la ju n ta . .

inspección de la culata de cilindrosC uando se desm onta la culata del m otor, primero hay que hacer una inspección ocular. Se deben exam inar la jun ta y la superficie de la culata y la superficie del bloque para ver si hay señales de un posible problem a. Los daños en la ju n ta o los depósitos de carbón en la ju n ta o en las superficies pueden significar fugas de gases de. un cilindro; las marcas alred e d o r de los co n d u c to s p a ra agua seña la rán que hubo u n a fuga de líquido enfriador. U na observación cuidadosa puede ayudar en el diagnóstico e incluso en la prevención de problemas.

Después de la inspección preliminar, se sacan las válvulas y se limpia la culata. H ay que eliminar todo el ca rbón de las cám aras de com bustión y orificios de válvulas y eliminar todos los restos délaju n ta de la culata.

Se debe exam inar si la culata tiene grietas y deformación. Se debe inspeccionar si la superficie p lana o cara de la culata tiene asperezas o rebabas. P ara de term inar si hay deformación o com badura de la culata, se coloca una regla cíe acero larga con tra la cara y se mide entre la regla y la cara con calib rador de hojas. En la figura 6.2 se ilustran los lugares p a ra esta com probación. Los ejemplos de especificaciones de tolerancias son: 0.25 m m de com-

SERVICIO A LA CULATA (CABEZA DE CILINDROS) Y VÁLVULAS 53

1 2

Fig.,.6.2 Comprobación de la planicidad de la culata de cilindros. Se coloca una regla de acero en las seis posiciones ilustradas.

badura máxima en toda la longitud de la cabeza o de0.10 mm cada 150 mm; combadura máxima transversal de 0.10 mm.

La superficie de la culata se puede rectificar para corregir la deformación; se recomienda no rebajar más de 0.50 mm. Cuando se rectifica la superficie, hay que prestar atención especial a los asientos de válvulas. A l remover el metal'de la superficie, las válvulas sobresaldrán más de lo especificado en la ' cara de la culata. Hay muy poca holgura entre las cabezas de las válvulas y-la cabeza del pistón en muchos motores Diesel, por lo cual la prominencia de las válvulas desde la superficie de la culata es importante y se debe comprobar para evitar daños.

Limpieza de! carbón de ia culataSe utiliza una rasqueta para eliminar ios depósitos gruesos de carbón. Los residuos de la junta adheridas en las superficies se eliminan con una rasqueta plana y roma. Se pueden utilizar cepillos de alambre pequeños impulsados por un taladro eléctrico para eliminar el carbón y pulir la cara de la culata y.los orificios para las válvulas. En la figura 6.3 se ilustran diversas formas de cepillos de alambres para eliminar el carbón. Algunos son adecuados para superficies planas; otros, para superficies curvas' y rincones. Los tres cepillos más delgados (escobillones) se utilizan para limpiar las guías de válvula. Después de utilizar las-rasquetas y cepillos, hay que soplar todas las aberturas y superficies de la culata con aire comprimido.

instalación de la culataLimpie las superficies para juntas en la cabeza y el bloque e inspeccione si tiene asperezas. Elimine todos los puntos ásperos o rebabas con una lima

Fig.

musa. Instale junta nueva; sólo se le debe aplicar sellador si lo especifica el fabricante. Si el bloque no tiene espigas de guía, utilice dos espigas de guía roscadas en dos agujeros para tornillos a fin de alinear la junta.

Compruebe que todos los agujeros para los tornillos estén limpios; si no lo están los tornillos toparán contra los cuerpos extraños y la culata noque- dará bien apretada.

Utilice una llave de torsión (par) para apretar las tuercas o tornillos. Hay que apretarlos en el orden correcto y a la torsión especificada; en otra forma, pueden ocurrir deformación de la culata o el bloque, fugas por la junta o rotura de los tornillos. Consulte el manual de taller del motor para determinar el orden y la torsión para apretar los tornillos. En la figura 6.4 se ilustra un orden típico. Cada tornillo o tuerca se debe apretar en varios pasos; es decir, hay que apretarlos varios veces en el orden completo, un poco cada vez. Cuando se llega a la' torsión correcta, hay que poner en marcha el motor hasta que se caliente a la temperatura normal y volver a comprobar la torsión.

Al instalar los múltiples, hay que apretar los .tornillos en su orden y en forma gradual, a la torsión

. -correcta. Esto es más importante en las culatas .grandes. Los,tornillos se deben apretar del centro a

. las orillas. . : •

Reemplazo de .válvulas .En la figura 6.5 se ilustra un tipo .de compresor de resortes que se emplea para'comprimirlos y poder quitar los seguros del retén. Quite los seguros del vástago y saque la válvula y el resorte de la culata. Las válvulas se deben colocar en un.estante o mantenerlas eri el mismo sitio en que estaban en la

*culata; esto permite volver a instalarlas en su lugar original. Al desarmar cualquier pieza de un motor se acostumbra inspeccionar las piezas que han trabajado entre sí para volver a instalarlas en su sitio original. Esas piezas se habrán gastado un poco una contra la otra para tener una superficie de trabajo. Si se intercambian, se repitirá el proceso y ocurrirá desgaste excesivo de ellas.

■i Se debe prestar atención a ios resortes. En algunos motores se emplean dos resortes: uno interno y uno externo. Los resortes no siempre tienen un paso uniforme en las espirales y éstas, a veces, están más

6.3 Diversas formas de cepillos de alambre para eleminar el carbón de las culatas, orificios para válvulas y guias de válvulas

d e s v ia c ió n de ca ra de vá lvu la

án g u lo

espesor.

Fig. 6.6 Puntos de inspección en una válvula

Hay que inspeccionar si el vástago está dobladoy si la punta tiene ranuras o escoriaciones.También hay que -comprobar la -holgura-del vástago en laguía de válvula. ■'

'También se deben inspeccionar otras piezas-co^rrelativas, como resortes, retenes y seguros de resortes de válvula y manguitos para ver si tienen defectos.

Prueba de resortes de válvulas (Fig. 6.7)Hay que probar la compresión (carga) y escuadramiento denlos resortes de válvulas.-Se utilizan probadores especiales que miden la fuerza requerida para comprimir el resorte a lalonguitud especificada.

Para comprobar el escuadramiento, coloque ei resorte sobre una superficie plana contra una escuadra universal (Fig. 6 .8) Hay que girar con lentitud el resorte para ver si la espiral superior se separa de la


de s g a s te de la p u n ta

e x a m in a r si el vás tago está d o b la d o

d iá m e tro

Fig. 6.4 Orden para apretar los tornillos de la culata de cilindros

Fiq 6 5 Empleo del compresor de resortes de válvulas enla culata de cilindros

cerradas en un extremo que en el otro, a fin de tener u n a ‘c o m p r e s i ó n 'variable y evitar los rebotes de las válvulas. E l rebote también se disminuye con el empleo de dos resortes, interno y externo, que tienen'las espirales en sentidos opuestos.

El lado con espirales cerradas del resorte se suele colocar contra la culata. En algunos motores, este extremo ciel resorte está pintado para íuen- tificación y para instalarlo en la posición correcta.

Inspección de las válvulasEn la figura 6.6 se muestran los puntos que se deben inspeccionar en las válvulas ^ H ^ u e in s f i6,CC»onar si la cara de la válvula tiene desgaste,. picad uias, ranuras y marcas de quemadura para determinar si se puede seguir utilizando. Los defectos pequeños, como las picaduras y las ranuras se pueden eliminar por rectificación; pero, las válvulas que están muy quemadas, torcidas o agrietadas se deben desechar.

Se debe comprobar el margen o espesor del borde.... — \ n I /I a I

de la válvula como se ilustra; un margen muy .del- de v.|vu|as

gado ocasionará sobrecalentamiento y quemaduras. F.fl. 6.7 PrueDa


Fig. 6.8 Comprobación de escuadramiento de los resortes

cara de la escuadra mas de 2 mm. invierta el resorte y vuelva a comprobar el escuadramiento. Si el resorte está-descuadrado más de 2 mm o si no tiene'.la carga correcta a la longitud especificada, se debe desechar..* « # , *

Los resortes débiles no permiten que la- válvula cierre con 'suficiente rapidez'y permiten fugas cíe gases que ocasionaran temperaturas excesivas en las cabezas de las válvulas. Además, el seguidor no seguirá a la leva, lo cual causará desgaste excesivo de ambos. '

Los resortes muy fuertes harán que la válvula choque contra el asiento y que produzca ruido. También ocasionan desgaste de las levas e impulsores por la carga excesiva.

Los resortes descuadrados producen un empuje lateral en el vástago de válvula, lo cual produce desgaste, excesivo de los vástagos y guías y funcionamiento ruidoso.

;Serv ic io a Ja s guías, de válvulas_Como comprobación del desgaste aproximado, las guías se pueden probar con una válvula nueva. El vástago de la válvula debe tener ajuste deslizable libre en la guía, sin juego excesivo. La holgura entre el vástago y la guía es de alrededor de 0.1 mm. Las válvulas de escape suelen tener una holgura un poco mayor que las de admisión.

Para medir el desgaste de la guía, se mantiene la válvula un poco separada de su asiento con un espaciador cilindrico.' Se monta un micrómetro de carátula con el botón contra la cabeza de la válvula (Fig. 6.9). Después se mueve la válvula hacia un lado y otro de la guía para medir la holgura con el micrómetro de carátula.

Un método alterno es montar el micrómetro de carátula en la parte superior de la carátula con el botón contra el vástago de la válvula, el botón debe

Fig. 6.9 Un método para utilizar un micrómetro de carátula e'n la comprobación de desgaste de guías de válvulas

tocar con el vástago una pequeña distancia encima de la guía de la Válvula. Con la válvula apoyada con suavidad en su asiento, se puede mover el vástago de un.lado a otro-para observar la lectura en el micró- metro. " . :

Hn los'dos' métodos descritos, el micrómetro.de carátula indica el desgaste pero no mide la holgura, con exactitud.

Las guías de válvulas sufren desgaste excéntrico y también abocardamiento (éste es ei desgaste en el extremo de un agujero y produce abocinamiento). Para localizar estos tipos de desgaste, se utiliza un micrómetro para agujeros.pequeños (Fig. 6.10)

Reemplazo de gusas de váivuSasLas guías de válvulas se expulsan de la culata con un extractor o con una prensa. Esto se hace, de preferencia, en el lado de la guía en que está el resorte, ya que el extremo que penetra en el orificio de la

c a l ib ra d o r

Fig. 8.10 Se utiliza un calibrador para agujerospara medir el tamaño de la guía, que luego se mide con un micrómetro

he rram ien ta

válvula


válvula puede estar quebradizo por el calor. En esos extremos también se forma carbón y es más difícil expulsar la guía desde esa posición.

Las guías nuevas deben tener un ajuste de interferencia de 0.1 mm en la culata. Se debe utilizar un punzón o botador escalonado. Las guías se deben instalar con un instalador o con una prensa en la culata (Fig. 6.11) de modo que sobresalgan de la culata la misma distancia que las guías originales. Al instalar guías nuevas, se puede instalar una a la altura correcta en cada extremo de la culata; después, se utiliza una regla de acero colocada entre las dos para que sirva como calibrador de la altura de las otras guías.

Después de instalar, hay que escariar (rimar) ligeramente las guías a fin de tener la holgura correcta para el vástago de válvula.

En la figura 6 .12 se ilustra un extractor e instalador para las guías en la culata que se puede utilizar en vez del botador o la prensa.

Guías in tegra les para válvulasEn algunos motores, las guías de válvula son integrales de fundición en la culata, en vez de ser separadas. Este tipo de guía no se puede reemplazar, pero se puede escariar (rimar) a un tamaño más-grande para instalar válvulas con vástago de sobremedida para -restaurar la holgura entre el vástago y la guía. Un método alterno para la reparación es rectificar la guía, instalar un manguito (camisa) de pared delgada y escariar el manguito al tamaño del diámetro estándar de los vástagos.

En algunos motores diesel hay guías integrales; la mayor parte tienen guías reemplazables. .

Biselado de extrem o de las gulas Como medio para controlar la cantidad de aceite que pasará a lo largo de la guía, se puede biselar (achaflanar) el extremo superior de la guía con una herramienta cortadora especial. Esto elimina la superficie plana en el extremo de la guía, en donde se podría acumular el aceite; el bisel (chaflán) separa el aceite del vástago y, también actúa como rascador o desviador de aceite. Este método, a veces, se utiliza en la fábrica. También se puede aplicar durante el reacondicionamiento de la culata.

b lo q u e de c i l in d ro s

gu ía de vá lvu la

Fig. 6.12 Extracción de una guía de.válvula con un extractor especial-: 1 tornillo, 2 tuerca,3 espaciador, 4 cabeza del tornillo, 5 cojinete

También se le llama ajuste de punterías o de luz de las válvulas. En todos los .casos, sin que importe la denominación es el ajuste de la holgura entre la punta del-vástago y su balancín,' La holgura.de válvula se ilustra en la figura 6.13.,Se.debe mantener un pequeño espacio libre para permitir la dilatación del vástago y otras piezas del mecanismo de válvulas. Sin ese espacio u holgura, la Válvula no cerraría por completo contra su asiento.

E l procedimiento'para comprobación y ajuste de la hogura de válvulas es diferente en distintas marcas y modelos de motores; se debe consultar el manual de taller del fabricante. La comprobación y ajuste de la holgura de válvulas suele ser parte del mantenimiento y se requiere cuando se ha alterado el mecanismo de balancines. En casi todos los motores se utilizan un tornillo y contratuerca de ajuste en el extremo del balancín que acopla con la varilla de empuje.

Para comprobar la holgura, se introduce un calibrador de hojas del espesor necesario entre la punta del vástago de válvula y el extremo del balancín. Si la holgura está correcta, el calibrador de hojas se moverá con un ligero rozamiento pero no

Fig. 6.11 Expulsión e instalación de guías de válvulasIsuzu Fig. 6.13 Holgura de válvula P e r k in s


quedará oprimido, al moverlo entre la punta del vástago y el balancín con la válvula cerrada por completo.

Para ajustar la holgura, se afloja la contratuerca y se gira el tornillo de ajuste hasta tener la holgura correcta y se aprieta la contratuerca. La válvula debe estar cerrada por completo para este ajuste.

Cuando se ha movido algún componente del mecanismo de balancines, por ejemplo, cuando se desmonta y reinstala la culata, se alterará la holgura de válvulas y al hacer girar el motor, la cabeza del pistón puede chocar contra la cabeza de una válvula y dañarse. Si es necesario hacer girar el motor, deberá hacerse lentamente para evitar la posibilidad de dañar una válvula.

Lo anterior se aplica en particular cuando un pistón está en la carrera de. escape. En el PM S hay muy poco espacio libre entre la cabeza del pistón y las válvulas parcialmente abiertas, por lo cual una válvula que no cierra por completo, debido .a un ajuste deficiente, penetraría más en el cilindro y podría chocar contra la cabeza del pistón y dañarla cuando éste se mueve hacia el PMS.

Al instalar el mecanismo de balancines, en la culata, es preferible tener holgura adecuada para las válvulas que arriesgarse a que se dañe una válvu- ■ ¡a o'un pistón. Para ello, se aflojan todos ios tornillos de ajuste antes de hacer girar el cigüeñal-y de hacer los ajustes preliminares-.

Muchos fabricantes especifican que'la holgura de válvulas se debe hacer con el motor caliente; otros, especifican ajuste con- motor frío. Cuando hay que ajustar en caliente, entonces después de efectuar una comprobación o ajuste preliminar de la holgura (que se .hacen coi) el motor frío) se pone en marcha.el motor hasta que se caliente a su temperatura de funcionamiento. Luego, se para el motor y se comprueba-y ajusta la holgura de válvulas.

AjusteLa holgura de válvulas se comprueba y ajusta con las válvulas en su posición cerradas por completo. Ll ajuste se hace con un calibrador de hojas como se describió. Para comprobar la holgura, se utilizan dos grupos de hojas de calibrador uno de “ pasa” y otro de “ no pasa” . Por ejemplo, si la holgura especificada es de 0.30 mm, entonces un calibrador de0.25 mm pasará por la holgura, pero uno de 0.35 mm no pasará.

Hay que hacer girar el cigüeñal para que la válvula que se comprueba esté cerrada por completo, con eí seguidor en el talón de la leva. Para ello, se hace girar el cigüeñal hasta que el pistón de ese cilindro esté en PM S en la carrera de compresión.

Un orden de ajuste para un motor de seis cilindros es hacer girar el cigüeñal hasta que el pistón No. 6 esté en el PM S en la carrera de escape y ajustar las válvulas del cilindro No. 1, el cual estará en PM S en la carrera de compresión. Después, con el pis

tón No. 5 en PM S en la carrera de escape, se ajustan las válvulas del cilindro No. 2 y así sucesivamente para los otros cilindros.

El orden de ajuste que sigue el orden de encendido del motor y requiere mínima rotación del cigiie-

ñ a l e s : - A r h U r J A M l - í

en PMS, carrera de escape ajustar válvu las de

pistón No. -6 cilindro No. 1 —pistón No. 2 _ cilindro No. 5 —pistón No. 4_¿. cilindro No. 3pistón No. 1 — cilindro No. 6—pistón No. 5 '.,. cilindro No. 2pistón No. 3. - cilindro No. 4 —

Para hacer el ajusté, que es similar, en los motores de cuatro cilindros se hace girar el cigüeñal hasta que el pistón No. 4 está en el PM S en la carrera de escape y se ajustan las válvulas del cilindro No. 1. Ll

o r < l c n c s ; - ^

en PMS, carrera de escape a justa r válvulas tía

pistón No. 4 7' cilindro No. 1 -.pistón No. 2 <■'- cilindro No. 3pistón No. 1 ' -cilindro No. 4pistón- No. .3 - - .cilindro No. 2

. Para determinar el PMS.en la carrera de escape, se observa la acción de las válvulas cuando se hace ■girar el cigüeñal. 12n el PM S, las válvulas de admisión y escape están en Ja posición de traslape: la de admisión apenas esta abriendo y la de escape apenas está cerrando. Si se hace girar el cigüeñal una pequeña distancia en su sentido de rotación o en sentido opuesto, se verá que las válvulas apenas abren y cierran. Para comprobar si las válvulas están abiertas o cerradas, se menean las varillas de empuje. Si tienen un poco de juego, la válvula está cerrada; si no lo tiene (está bajo carga), la válvula está abierta. En un motor de seis cilindros cuando el pistón No. 6 está en el PM S en la carrera de escape, el pistón No. 1 está en el PM S en ¡a carrera de compresión, debido al diseño del motor y la configuración del cigüeñal. Esto por supuesto, se aplica también en forma similar a los otros cilindros del motor. Cuando un pistón está en PM S de la carrera de escape, otro pistón estará en PM S de su carrera de compresión.^

Hay otros métodos para localizar el PM S de un pistón, pero el antes descrito es conveniente para el ajuste de válvulas en los motores en línea.Nota: El ajúste de holgura de válvulas en los motores Diesel se hace con el motor parado. Aunque en los motores de gasolina se comprueba y ajusta la holgura de válvulas con el motor en marcha mínima (raientí) no se suele hacer así en ¡os Diesel. En ciertas circunstancias, al introducir el calibrador de hojas entre el balancín y el vástago de la válvula, la cabeza de la válvula puede chocar contra el pistón.


Salvo que el fabricante permita la comprobación de la holgura de válvulas con ei motor en marcha, todas las comprobaciones y ajustes se deben hacer con el motor parado.Motores del t ipo en VEn los motores en V, igual que en los en línea, se pueden ajustar las válvulas a partir del pistón No. 1 en PM S. En esta posición o cerca de ella, ambas v á l v u l a s de cilindro No. 1 estarán cerradas. Después de ajustar el cilindro No. 1 se gira el cigüeñal para poner el pistón del siguiente cilindro en el PMS,

«*ajustar las válvulas y seguir con el resto de los cilindros. Si para ei orden de ajuste se sigue el orden de encendido, el ajuste de válvulas se puede hacer con mínima rotación del cigüeñal.

Para establecer el PM S se gira el cigüeñal con lentitud y se observa el movimiento de las válvulas en el cilindro en que se van a ajustar. Cuando se cierra la válvula de admisión, indica el comienzo de la-carrera de compresión'. Con alrededor de media vuelta más del cigüeñal subirá el pistón en el cilindro hasta el PM S y ambas válvulas estarán cerradas por completo. Como comprobación de que las vál-

. vulas están cerradas, las varillas de empuje deberán* • estar libres y se podrán.girar con los dedos.Motores con á rbo l d e levas en la culataEn los motores con árbol de levas en' la culata se pueden utilizar balancines (impulsores) con tornillos de ajuste similares a los descritos o puede tener levantadores montados directamente encima de las válvulas. E i ajuste puede ser con suplementos o espaciadores o con tornillos de ajuste.

En la figura 5.21 se ilustra la disposición del árbol de levas y válvulas en la culata de un motor pequeño para automóvil. Para comprobar la holgura de válvulas se introduce un calibrador de hojas entre la leva y la parte superior del ievantadór.

En la figura 6.14 se ilustra un sistema de ajuste con tornillo que se emplea en algunos motores Caterpillar. Se trata de un balancín del tipo de palanca que gira en el eje 4) de pivoteo en un extremo y oprime dos vastagos de válvula con el otro. E l extremo del balancín está bifurcado para que pueda tocar las puntas de dos vastagos a! mismo tiempo. Un rodillo 5) en el centro del balancín rueda contra el lóbulo 1) de la leva. La rotación de la leva acciona el balancín y a través de él, dos válvulas en forma simultánea.

El ajuste de la holgura de válvulas se tececonel tornillo 3) que tiene un seguro o cierre bajo carga de resorte. Esto facilita el ajuste. No se necesita el calibrador de hojas; se aprieta el tornilo de ajuste para eliminar toda la holgura y luego se afloja el número de vueltas especificado.

Ajuste de crucetas de válvulasCuando se utilizan crucetas para accionar dos válvulas con un solo balancín, hay que ajustar la hol-

Fig, 8.14 Ajuste de holgura del balancín (impulsor) y de las válvulas en un motor con árbol de levas en la culata: 1 árbol de levas, 2 balancín 3 tornillo de ajuste, 4 eje de pivoteo, 5 rodillo

. 6 resorte de válvula, 7 válvula C a terp illa r• * • • 9 .

gura tanto, de la cruceta como la de las válvulas. La cruceta, tiene un tornillo de ajuste en uno de sus brazos (Fig. 6.15). Este ajuste se utiliza para que la cruceta asiente con uniformidad contra las puntas de ambos váslagos de válvula cuando está centrada en su guía.

• Ai.apretar el tornillo de ajuste se eleva ese lado de la cruceta; al aflojarlo, se bajará ese lado de la cruceta. El ajuste incorrecto en cualquier sentido hará que la cruceta se incline y se trabe en su guía.-El ajuste eStá correcto cuando ía cruceta hace contacto con los vástagos de ambas válvulas y, a la vez, está bien centrada en su guía-para que funcione con libertad.

E l procedimiento para el ajuste de las crucetas de válvulas varía según el tipo de motor. En algunos

Fig. 6.15 Cruceta o puente de válvulas: 1 superficie de contacto del balancín, 2 y 3 vástagos de válvulas, 4 tornillos de ajuste, 5 guia de la cruceta, 6 holgura entre la cruceta y los retenes C u m m in s


casos, se ajustan ai mismo tiempo que la holgura de válvulas; pero, en otros casos, sólo ha)' que ajustarlas después de un reacondicionamiento cuando se instala la culata o si hay desgaste notorio.P roced im ien to generalCuando se ajusta la cruceta al mismo tiempo que la holgura de las válvulas, el procedimiento general es el siguiente.

Se afloja el tornillo de ajuste una vuelta y se oprime la cruceta en la parte superior contra ambas válvulas, como se ilustra en la figura 6.16 a). Después, se aprieta el tornillo de ajuste hasta que toca la punta del vástago de la válvula; luego, se lo gira entre 20 y 30° adicionales para centrar la cruceta en su guía y compensar la holgura en las roscas. Después se aprieta la contratuerca y se comprueba el libre movimiento de la cruceta. La holgura de válvulas se ajusta en la forma usual con el tornillo de ajuste en el extremo del balancín y la única diferencia es que, con cruceta. La holgura se comprueba entre el extremo del balancín y la parte superior de la cruceta, en vez de hacerlo entre el balancín y'la punta del vastago de válvula (Fig. 6.16 b) )Proced im ien to a lterno

# “ rf « * • 4 •

Hay-un procedimiento un poco distinto en;el cual se aflojan por completo el tornillo de ajuste del bálan- cín y el de ajuste de la cruceta. Luego, se comprueba

si la cruceta se mueve con suavidad. Primero se ajusta la holgura entre el balancín y la parte superior de la cruceta con un calibrador de hojas; se aprieta el tornillo de ajuste en la cruceta hasta que el calibrador de hojas quede oprimido entre la cruceta y el balancín; después, se afloja el tornillo hasta obtener la holgura especificada medida con el calibrador de hojas.

En este procedimiento, primero se ajusta la holgura de válvulas y, luego, la cruceta para centrarla en su guía.

Ajuste en motores Detro it Diesel Es una variante del procedimiento general descrito, se requiere desmontar la cruceta de válvulas de su guía y sujetarla en un tornillo de banco mientras se afloja o se aprieta la contratuerca del tornillo de ajuste.

Durante el ajuste se afloja la contratuerca en el tornillo de banco y se vuelve a colocar la cruceta en

♦

sil guía. Hay que oprimir con firmeza la parte supe: rior central de la cruceta para contenerla en línea recta en la guía. Se aprieta el tornillo de ajuste hasta que apenas toque la punta del vástago de válvula; se lo gira entre un octavo y un cuarto de vuelta adicional .y se aprieta la contratuerca con los. dedos.

Sé saca la cruceta de la guía y se sujeta en un tornillo, de banco para apretar la contratuercas

Fig. 6.16 a) Ajuste de !a cruceta de válvulas. O) Ajuste de la holgura de válvulas C u m m in s


la torsión especificada. Cuando se aíloja o se apílela la contratuerca con la cruceta desmontada del motor, se impiden posibles daños a la cruceta o lasválvulas.Se coloca la crucera en su lugar y se coloca un calibrador de hojas de 0.30 mm debajo de cada extremo de la cruceta. Al oprimir en el centro de la cruceta, ambos calibradores de hojas quedarán apretados, si el ajuste está correcto. Si uno de los calibradores está flojo, esto indica que la cruceta se traba en su guía y hay que repetir todo el ajuste, tiste ajuste sólo se puede efectuar con el balancín desmontado de la cruceta.

Servicio a los balancinesLos balancines están montados en un solo eje o, en algunos casos, en dos ejes separados. E l eje a su vez, se monta en la culata con sus soportes. E l eje y los balancines se-suelen desmontar de la culata como conjunto; luego, se sacan los balancines del eje. ..

I lay que.observar con cuidado la posición de los balancines, pues los de admisión .y de escape son diferentes. También hay que observar la posición de los resortes y arandelas (rondanas) espaciadoras. En las figuras 6.17 y 5.3 se ilustra un conjuntotípico. . .

.Una vez desmontados, los balancines se-debe inspeccionar si tienen desgaste o daños. En los balancines que tienen buje (casquillo) se puede reemplazar si está gastado. En algunos balancines, si el extremo de contacto con la válvula está gastadó, se puede rectificar en la máquina rectificadora de válvulas. Los balancines demasiado gastados se deben desechar.

En la figura 6.20 se ilustra el aditamiento para- rectificación de balancines en la máquina rectiíica-

Fig. 6,17 Componentes de los balancines: 1 balancín de escape, 2 soporte del eje, 3 balancín de admisión, 4 resorte, 5 eje Isuzu

dora de válvulas, con un balancín montado en el brazo del aditamento.

Cabeza-de trabajoLa válvula se sujeta en ella por medio de un mandril. La punta del vástago se coloca en un tope cónico para centrarla; el mandril sujeta el vástago cerca de la cabeza. En la figura 6.19 se ilustra la cabeza de trabajo. Al montar la válvula en la cabeza de trabajo hay que sujetarla con firmeza para mantener la punta del vástago centrada en el tope cónico, pues cualesquiera errores en este caso producirán

Máquina rectificadora de válvulasLa máquina rectificadora de válvulas se conoce también como refrentadora de válvulas. Es una máquina indispensable para el servicio a las válvulas. Las rectificadoras producen caras de válvulas con acabado fino, al ángulo correcto y concéntricas con el vástago.

Es importante saber manejar la máquina para lograr un buen trabajo-y en los párrafos siguientes se*describen la construcción y el funcionamiento de un tipo de rectificadora (Fig. 6.18).

Fig. 8.18 Máquina rectificadora de válvulas R epco

Rueda rectificadoraEstá montada en un husillo al cual impulsa un motor eléctrico. Gira a alta velocidad, por lo cual debe estar bien equilibrada (balanceada) para evitar la vibración, que dejaría marcas de traqueo en la cara de la válvula. La cara de la rueda debe estar plana y lisa. Si es necesario, se monta la rectificadora de ruedas, que incluye una punta con un diamante industria! pequeño, en la cabeza de trabajo y se mueve a través de la cara de. la rueda, con un corte ligero, hasta eliminar las irregularidades. La cara de la rueda mostrará el acabado que se le aplica. Un corte ligero producirá un acabado fino requerido en la rueda; un corte grueso abrirá el grano y dejará un acabado áspero. Además, el acabado final de' la cara de la válvula será el resultado de la rectificación de la rueda. La rueda áspera producirá esmerilado áspero en la cara de la válvula.


una válvula con la cabeza descentrada respecto al vástago.

La cabeza de trabajo se puede girar en su base a fin de presentar la cara de la válvula contra la cara de la rueda al ángulo correcto para el juego de válvulas que se rectifica. Una escala graduada permite colocar la cabeza de trabajo con precisión.

ControlesHay dos controles de accionamiento manual: un volante en el lado derecho que acciona un sinfín de alimentación para mover la rueda abrasiva hacia o en alejamiento de la válvula: una palanca manual en el lado izquierdo para mover la cabeza de trabajo a la derecha o a la izquierda. A l girar el volante para acercar la rueda abrasiva a la válvula v la palanca para.mover la válvula a través de la cara de la rueda, se puede lograr la rectificación deseada al ángulo correcto. Cuando funciona la máquina, la válvula gira con lentitud contra la cara de la rueda abrasiva, que gira a alta velocidad. En algunos modelos, el volante y sinfín están dispuestos para mover la cabeza'de trabajo hacia atrás y al frente en relación con la rueda abrasiva; en otros modelos, el sinfín mueve la rueda abrasiva en relación con la válvula-,

■Suministro de líquido de corle y enfriadorUna bomba centrífuga pequeña suministra el líquir do. de corte y enfriador desde un tanque en la base dé la máquina. E l líquido se dirige contra la cara déla rueda en el punto de contacto con la válvula. El líquido mantiene fría la válvula y ayuda.a tener un acabado más fino. El flujo de líquido se puede controlar o cortar por completo si se desea.Rectificadora de balancinesSe instala una rueda abrasiva de copa en el husillo en el lado opuesto a la rueda rectificadora de válvu-

Fifl. 6. 19 Instalación de ia válvula en la cabeza de trabajo de la rectificadora. Se emplea un mandril para sujetar la válvula R e p c o

las. Se puede utilizar para diversos aditamentos, tales como un rectificador del extremo de los balancines si está gastado (Fig. 6.20). Se ilustra un balancín montado entre dos conos centradores para esta operación. Se ajusta el aditamento de modo que al mover la palanca, el balancín se mueve en un arco para el esmerilado correcto de su extremo. Esto a veces, se llama rectificación en curva de los balancines, porque se los rectifica con precisión a la curvatura correcta en el extremo que hace contacto con la punta del vástago de válvula.

Fig. 6.20 Aditamento para esmerilar balancines Repco

Rectificadora de puntas de vástagos (Fig. 6.21)Este aditamento se monta también en lacontrapuiW la de la cabeza de trabajo. • Incluye un montante para un micrómetro de carátula para poder medir la cantidad de metal que se quita. La válvula se sujeta en su soporte en V y el montante para micró- melro se utiliza para ajustar la punta del vástago contra la rueda cóncava; se mueve la válvula'hacia el frente y atrás a través del borde de la rueda para quitar la cantidad necesaria de material.

Los extremos de los seguidores o levantadores de válvulas también se pueden rectificar para dejarlos planos con este aditamento, en forma similar a la de la punta del vástago de válvula. En muchos motores modernos se emplean levantadores que tienen una ligera curvatura en la cara de contacto con la leva y se necesita equipo especial para reproducir esa curvatura. Hay aditamentos para algunas rectificadoras de válvulas que permiten efectuar ese trabajo. En los talleres especializados en reconstrucción de motores se utiliza una máquina especial para rectificar los levantadores, similar a la rectificadora de válvulas, pero con una cabeza de trabajo diferente.

Cepillos de alambreEn algunas rectificadoras de válvulas se instala una rueda de cepillo de alambre de acero (Fig. 6.22) como aditamento, o bien, se puede colocar en una esmeriladora de banco. La rueda-cepillo se utiliza

62 MECANICA k m RA MOTORES DIESEL

Fig. 6.21 Esmerilado de la punta del vástago con un aditamento de la máquina rectificadora de

- • válvula Repco

para limpiar el carbón ele la cabeza y el vástago de la válvula, que ya deben estar limpios antes de montarlas en la. cabeza de trabajo. Los depósitos de carbón en eí vástago harán que la válvula se mueva excéntrica en-la máquina y se tenga rectificación incorrecta. El carbón o e! aceite en la cabeza taparán la rueda abrasiva y ésta no podrá cortar.

Reacondiclonamiento de una válvula en ¡a máquina

1. Ll vástago de la válvula debe estar libre de carbón; la cabeza de trabajo se debe ajustar al ángulo correcto para la válvula (30 o 45°). Si hay que rectificar con diamante la rueda abrasiva, se ajusta primero la cabeza de trabajo a 90° en la escala graduada y se monta la rectificadora de diamante; se hace una pasada ligera a través de la cara de la rueda para eliminar las irregularidades.

2. Se monta la válvula en la cabeza de trabajo y se aprieta el manguito estriado para que el man-

Fig. 6.22 Limpieza de la válvula con el cepillo circular de alambre Repco

dril sujete el vástago con firmeza. Hay que oprimir la válvula con fuerza dentro de lacabeza de trabajo para centrar la punta del vástago en el tope cónico. Si es necesario, se puede ajustar el tope hacia dentro o fuera de acuerdo con la longitud del vástago.

3. Se pone en marcha la rectificadora y, con la palanca manual, se mueve la cabeza de la válvula a través de la rueda para que quede alineada con la cara de la rueda.

4. Se gira el volante hasta que la cabeza de la válvula apenas toque la cara de la rueda abrasiva. Hay que mover la válvula hacia un lado y otro a través de la cara de la rueda y ajustar el avance para tener contacto ligero de la válvula con la rueda.

5. Si la válvula parece girar descentrada o desviada, lo cual se nota porque la marca de esmerilado no está en toda la circunferencia de la cara de la válvula, pare la máquina; afloje el mandril

. y gire la válvula media vuelta: Apriete el mandril, ponga en marcha la máquina y haga otro

. corte ligero.Si ya mejoró la marca de esmerilado, indica

.que la válvula estaba-mal sujeta en el mandril y se produjo ei descentramiento.. ' .

Si la-marca de esmerilado sigue en el mismo •’ - lugar, entonces el error está en la-válvula. Con

tinúe la rectificación hasta que se pueda determinar si se limpiará la cara de la válvula o hay que desecharla.

6 . Hay que remover sólo el metal preciso para producir una cara lisa y concéntrica.-Si el borde o margen de la válvula queda demasiado delgado con la rectificación hay que reemplazarla; una válvula con un margen muy delgado se sobrecalentará y quemará.

•7. Se quita la válvula de la cabeza de trabajo y se sujeta en el sujetador en V del aditamento para esmerilar las puntas de vástagos (Fig. 6.21). Se avanza el vástago hacia la rueda de copa con el sinfín de avance moleteado y sólo se quita el material preciso para eliminar las cavidades y picaduras en la punta del vástago.

Reacondicionamiento de asientos de válvulasLos asientos de válvulas gastados o quemados se pueden reacondicionar con un cortador de asientos o con una piedra abrasiva, que están disponibles en 30 o 45°. Las piedras se montan en una guía (piloto) que las mantiene concéntricas con la guía de válvula. Los cortadores, que son de mano, cortan el asiento concéntrico y al ángulo correcto (Fig. 6.23). Los cortadores no suelen ser muy adecuados para reacondicionar insertos o asientos de acero endurecido, que por lo general, se rectifican con piedras. En general, el reacondicionamiento de los asientos con


Fig. 6.23 Reacondicionamiento de un asiento de válvula con un cortador

piedras abrasivas da mejores resultados y el trabajo •.es más rápido porque las piedras cortan con más velocidad, pues son movidas con un taladro eléctrico, mientras que casi todos los cortadores de asientos son de mano. . . • _ .

' ♦ * Equipo para rectificar asientos de. válvulasPara hacer un buen-trabajo de rectificación de los asientos de válvulas hay que conocer los componentes del equipo.

Piedras para asientos de válvulasSon piedras abrasivas pequeñas, de diversos diámetros, disponibles con ángulos de 30°, de 45° o con ambos lados planos. Las piedras planas se pueden cortar al ángulo deseado. También hay piedras especiales para asientos de válvulas endurecidos.

Soporte para p iedras (Fig. 6.24)Tiene un extremo roscado para montar las piedras. E l cuerpo del soporte tiene un embrague y para ajustarlo se aprieta el manguito moleteado en la parte superior. E l embrague, impulsa al soporte y por diseño tiene cierto deslizamiento (patinaje). E l deslizamiento produce traqueteo de la piedra contra ei asiento y produce un corte rápido. Es necesario que traquetee la piedra para tener un corte correcto. E l embrague se ajusta para operaciones de desbaste o acabado del asiento.

Im pu ls ión e léctr icaAlgunos modelos tienen su propia impulsión con motor; en otros, se conecta un taladro pequeño, de mano. E l taladro debe trabajar a unas 2000 rpm para tener un corte eficaz. Se coloca uñ acoplamiento de bolas en el mandril del taladro, que ajusta en un asiento en la parte superior del soporte para hacerlo girar en su piloto.

Guías (p ilo tos)Se pueden utilizar dos tipos de guías (pilotos) con la rectificadora de asientos: pilotos de expansión que se mantienen fijos en la. guía de la válvula y pilotos macizos (de una pieza) que giran dentro de la guía de válvula. Se colocan en la guía de la válvula para sostener el soporte mientras gira a fin de mantener la piedra concéntrica con el asiento y la guía de válvula.

E l piloto de expansión (Fig. 6.25) se coloca en la guía de la válvula y se fija para que ei soporte pueda girar en torno a él. Para fijar el piloto, se atornilla dentro de la guía para expandir el manguito en la parte inferior del piloto; este manguito de expansión centra el piloto en un extremo de la guía y una par:e cónica del piloto sirve para centrarlo, en el otro extremo de la guía. Es de máxima importancia que las guías estén limpias y no tengan desgaste excesivo; además, el piloto se debe colocar en la forma correcta, con la parte cónica en contacto con el extremo de la guía de válvula. Cualquier error u holgura hará que el asiento quede excéntrico con la guía con los consiguientes'problemas de fugas, etc.

E l piloto macizó se coloca en el soporte para las piedras y.se. sujeta con un tornillo prisionero para fijarlo en el soporte y que gire dentro de la guía de válvula. Este tipo de piloto ahorra tiempo en Ja rectificación, porque nó se necesita tiempo adicional para ajustar y sacar los pilotos de expansión. Una vez que se ajusta el piloto en el soporte de las piedras, se puede pasar de una guía a otra sin sacarlo del soporte. Cuando las guías de válvulas se han rectificado para instalar válvulas con vástagos de sobremedida, también se utilizan pilotos en sobremedida.

Fíg. 6.24 Rectificación de un asiento de válvula: 1 mandril del taladro, 2 bola de impulsión instalada en el taladro, 3 casquillo moleteado para ajustar el embrague, 4 soporte, 5 piedra


Fig. 6.25 Piloto de expansión instalado en la guía de la válvula junto con la piedra rectificadora de asientos '

Rectif icadora de d iamanteSe utiliza esta rectificadora para rectificar las piedras al ángulo requerido. E l soporte con las piedras, gira en el piloto con el taladro de mano. Un diamante pequeño montado en el extremo de un soporte roscado acopla con un brazo, el cual permite mover el diamante a través de la piedra con el ángulo correcto. íil brazo se ajusta con una escala graduada para moverlo a través de la piedra al ángulo requerido para la piedra. Para rectificar una piedra, se efectúa lo siguiente:

1. Ajústese el brazo al ángulo correcto con la placa graduada.

2. Atorníllese la piedra que se va a rectificar en el soporte y colóquelo en el piloto.

3. Muévase’el brazo y ajústese el sujetador del diamante hasta que éste apenas toque la piedra.

4. Hágase girar el soporte con el taladro eléctrico y muévase el brazo para que el diamante pase con suavidad contra la piedra para desbastarla al ángulo deseado.

5. Hay que desbastar la piedra con suavidad; un corte fuerte hará que se desprenda el diamante de su sujetador. Cuando la superficie desbastada está lisa, ya se puede utilizar la piedra.

Rectificación de asientos de válvulas1. Limpíense completamente las guías y asientos

de válvulas. Eso es esencial para el centramicnto correcto del piloto, a fin de que el asiento quede concéntrico con la guía.

2 . Introdúzcase el piloto de expansión en la guía y compruébese su colocación correcta. (Si se utiliza piloto macizo, se instala en el soporte de la piedra).

3. Selecciónese la piedra del diámetro y ángulo requeridos e instálese en el soporte.

4. Pónganse el soporte y Ja piedra en la rectificadora de diamante y desbaste la piedra.

5. Instálese el soporte en el piloto, hágase girar con el taladio eléctrico aplicando una ligera presión y rectifiqúese el asiento de la válvula. 01 embrague del soporte se puede ajustar para que pro-- duzca traqueteo, lo cual ayuda a esmerilar. -

6 . Si la primera rectificación ligera sólo aparece en un lado del asiento, hay que girar el piloto de expansión media vuelta en la guía de válvula y hacer otra pasada ligera. Si las marcas de esmerilado no están en el mismo lugar en el asiento, es probable que ei piloto esté doblado y hay que examinarlo. Se debe tener máximo cuidado al

. .. rectificar los asientos para tener la seguridad deque los asientos permanecen concéntricos con las guías. • .

Asentamiento de válvulasUna vez que las válvulas y los asientos están rectificados, hay que asentar las válvulas contra sus asientos, como sigue:

1. Apliqúese una pequeña cantidad de pasta abrasiva ( “ pomada de esmeril” ) fina con uniformidad en la cara de la válvula, pero sin que llegue hasta el vástago.

2. Coloqúese la válvula en su guía y por medio del asentador o ‘'molinillo” que tiene una ventosa en la punta, gírese la válvula en su asiento unos cuantos grados de cada vez, con una ligera presión (Fig. 6.26).

3. Hay que levantar la válvula con el asentador con frecuencia y girarla a otro lugar en su asiento y continuar el asentamiento. No hay que darle revoluciones completas a la válvula, porque se formarán anillos en la cara de la válvula.

4. Asiéntese la válvula en esta forma hasta que se obtenga una marca continua, pero estrecha, del abrasivo en el asiento y en la cara.

5. Límpiense con todo cuidado los residuos de la pasta abrasiva en el asiento y la válvula. Si se utiliza pasta mezclada con agua se necesita un trapo húmedo para quitarla.

Rectificación combinada de válvulas y asientosLa rectificación combinada de asientos y válvulas es un método muy interesante, en el cual primero se rectifican las válvulas en la rectificadora y se hace el desbastado de los asientos con una piedra. Des-

SERVICIO A LA CU LATA (CABEZA DE CILINDROS) Y VÁLVULAS 65

Fig. 6.26 Asentamiento manual de la válvula en el asientoL eyland

✓

pués, se desbasta la piedra con la rueda abrasiva de la rectificadora como si fuera un válvula. Esto asegura que la piedra para el asiento de válvulas está cortada para dar acabado fino con el ángulo exacto de las válvulas; ahora se rectifican los asientos con esta piedra. Quedarán muy lisos y la válvula producirá. un selíamiento absoluto y np hay que asentarla, a maño contra el asiento. .

El'procedimiento para la rectificación combinada de válvulas y asientos es:

1. Rectifiqúese o desbaste la piedra con diamante.

Ajústese el ángulo de la rectificadora y córlese

la piedra al ángulo correcto.

2. Instálese el piloto en el soporte. Selecciónese el piloto del diámetro de la guia de válvula y fíjese en el soporte con el tornillo prisionero.

3. Ajústese el soporte para desbastar; para esta operación, hay que apretar el casquillo moleteado para ajustar el embrague. En asientos blandos, el casquillo se pone en un punto intermedio; para asientos duros se aprieta por completo.

4. Desbástense los asientos por orden. Utilícese un taladro eléctrico que funcione entre 2000 y 3000 rpm. E l asiento de la válvula debe estar limpio y libre de aceite; apliqúese una presión firme. La piedra debe tener un traqueteo audible contra el asiento; si no, apriétese más el casquillo moleteado. Sin embargo, la vibración excesiva en los asientos blandos producirá un acabado áspero o puede ranurar y, en casos extremos, romper la piedra.

5. Desbaste la piedra con la rueda abrasiva (Fig. 6.27). Córtese el líquido de corte y enfriador de la rectificadora de válvulas y hágase girar la piedra unos segundos para secarla. Móntense el soporte, piedra y piloto en la cabeza de trabajo de la rectificadora; rectifiqúese la piedra con la rueda, con un avance ligero, como si fuera una

Fig. 6.27 Rectificación de la piedra para asientos en la rectificadora de válvulas, al ángulo exacto d é las válvulas \ ‘ Repco

••

válvula. Esto producirá un acabado muy fino en.la piedra, al grado que puede reflejar la luz..

6 . llágase el acabado de los asientos. Esto se hace en la misma forma que para desbastar, pero se afloja el casquillo moleteado para reducir la vibración o traqueteo y. producir un acabado* * »fino.

7. Compruébese él contacto entre la válvula'y .el asiento. Apliqúese Azul de Prusia a la válvula y' compruébese que toda la cara haga contacto con el asiento. Con las válvulas y .asientos recti-

' Picados en esta forma, no hay que asentar las válvulas a mano.

8. Angóstense los asientos si es necesario. Si hay■ que angostar o estrechar la parte superior después de-, rectificar, se puede hacer con una piedra de menor ángulo.o bien, al'cortar ese ángulo en el otro lado de la piedra. E l ángulo suele ser de 20°.

9. Hay que ahondar la garganta del asiento si.es necesario. U tilícese un escariador (rima) de 70° para cortar la garganta del asiento. También se puede utilizar una piedra.

Insertos (engastes) para asientos ele válvulasEn los motores grandes se instalan insertos (engastes) o sea asientos postizos para las válvulas; en otros motores, los asientos están maquinados directamente en la culata. Si han ocurrido daños o desgaste o si se ha rectificado en exceso un asiento con lo cual quedó muy profundo o muy grande, se puede instalar un inserto para restaurar el tamaño estándar del asiento. Cuando los insertos se instalan en la fábrica, se pueden sacar los que están gastados o dañados e instalar otros nuevos. S,i el motor no tiene insertos, se puede cortar un rebajo en el orificio de la válvula para poder instalar los insertos.

66MECÁNICA PARA MOTORES DIESEL

Extracción de los insertosPara sacar ei inserto viejo, se utiliza una cortadoia de insertos, con cuidado de remover metal sólo del inserto y no de la culata. Después de sacar el inserto, hay que eliminar todas las rebabas y virutas delcorte y limpiar el rebajo.

Otro método es aplicar un cordón con soldadurade arco alrededor del interior del inserto comose ilustra en la figura 6.28. Esto hace que el inserto secontraiga cuando se enfríe y quede flojo en el rebajoen la culata. Cuando el inserto ya está frío se hacepalanca con dos destornilladores o palancas en ladosopuestos para extraerlo.

Flq. S.3G Dimensiones del inserto de asiento de válvula y - P eerkins

perficie de la culata; si- lo hace, se debe maquinarel metal sobrante. ' -

Ya se pueden esmerilar o cortar los ángulos de asentamiento de válvulas en el inserto como se describió antes.

Depresión (profundidad) y prominencia de . •válvulas'En la figura 6.31 se ilustra un ejemplo de Jos ángulos a los cuales se debe rectificar el inserto. E l asiento se corta a un ángulo de 45° y se forma un ángulo más plano, de 33°. El- ángulo plano o abocinado sirve para rectificar el inserto en A para que el asiento quede más profundo en el insert o. Esto hace que las válvulas queden a más profundidad en la culata de acuerdo con las especificaciones para el motor. Las especificaciones püeden requerir que la válvula tenga profundidad o depresión, es decir que está debajo de la superficie de la culata o que tenga prominencia o sea que sobresalga una pequeña distancia en la culata, como se ilustra en la figura 6.32. Debido a la pequeña holgura ente la cabeza del pistón y la culata en casi todos los motores Diesel, a menudo las válvulas se instalan con cierta profundidad. Sin embargo, las especificaciones pueden señalar la profundidad mínima o la prominencia máxima permisibles.

*

Fig. 6.31 Ejemplo de ángulos de asientos de válvulas Anqulo rea! del asiento 45°, ángulo menor 33

P e r k in s

6 28 E x t r a c c ió n de un inserto de asiento de valvulacon un cordón de soldadura de arco: 1 cordon desoldadura, 2 inserto.

Insta lación de insertosEl rebaje para inserto en la culata debe estar limpio y líbre de rebabas del corte. Él inserto tiene ajuste de interferencia en.la culata y se instala con una prensa en forma similar a la ilustrada en la íigura 6.29. El inserto debe colocarse en seco y hay que empujarlo hasta que asiente en el fondo del rebajo. En la tigura 6,30 se ilustra un inserto en su lugar en el orificio de válvula y se indican las dimensiones que se deben verificar para determinar que sea el tamaño conecto. Se verá que el borde mlenor-del ínseito está maquinado con un pequeño radio.. El inserto se debe instalar con un radio contra el fondo del rebajo, pues en otra forma no asentará correctamente. La parte superior del inserto no debe sobresalir de la su-

rad io

pu n zó n o b o ta d o r

g u ía de vá lvu la

6.29 Instalación de un inserto de asiento de válvula

reba jo

p i lo to in s e r to


Fig. 6.32 Posición de la válvula en relación con la superficie de la culata: a) prominencia, b) profundidad Isuzu

Para comprobar la profundidad o la prominencia, se utiliza un micrómetro de carátula montado en una base apoyada en la superficie de la culata. Se pone el micrómetro en cero en la superficie de la- culata y se mueve'a través de la cabeza de la válvula para medir su altura. La diferencia en las lecturas será la cantidad de profundidad o prominencia. Si- excede de las especificaciones, habrá que esmerilar el asiento para que la válvula quede más profunda en el inserto.

En algunos motores se especifica ía distancia que debe sobresalir el vástago de válvula en la parte superior de la culata; después, se utiliza para determinar la posición de la válvula en la culata. Las especificaciones pueden darse como una dimensión máxima desde la culata hasta la punta del vástago de válvula o desde la culata hasta la parte inferior de la cazuela del resorte (Fig. 6.33).

Una dimensión mayor que la especificada indica que la válvula está muy profunda en la culata. Para corregirlo, dentro de los límites especificados por el fabricante, se reemplaza la válvula o se colocan arandelas espadadoras (aumentos) debajo dél asiento inferior del resorte. Si con este método no se

logra la prominencia especificada de la válvula y si los insertos de asiento no corrigen el problema, habrá que reemplazar la culata.

Equipo para instalar insertos de asientosE l objetivo de,esta operación, para instalar insertos en la culata de cilindros son, primero cortar un rebajo en el orificio de válvula que esté plano y concéntrico con la guía de válvula; segundo, instalar un inserto de asiento de válvula que quede firmemente sujeto en su lugar y haga que el asiento quede otra vez a la medida estándar. Hay que colocar ei equipo con precisión y seguir las instrucciones del fabricante para obtener una trabajo de precisión. Cuando el rebajo está cortado en la forma correcta, su diámetro será un poco menor que el del inserto que se va a instalar y con ello se tendrá el ajuste de interferencia correcto con la culata, que es alrededor de 0.15 a 0.25 mm.

Hay dos tipos de máquinas para instalar insertos: con motor o de accionamiento manual. Ambos

-efectúan la misma operación pero tienen diferentes tipos de cortador. E l tipo con motor se utiliza en los talleres especializados en reconstrucción de motores, en donde el volumen de trabajo requiere equipo con motor. En la figura 6.34 se ilustra una máquina con motor eléctrico. Las máquinas de accionamiento manual se utilizan más .en talleres de servicio; es'

. satisfactoria.como la de motor, pero por ser manual se requiere un poco más de tiempo para cortar el rebajo. En la máquina manual se utilizan cortado-

. res dentados (o rimas); en la máquina con motor se emplean cuchillas de dos hojas de carburo de tungsteno.

instalación de un inserto de asientoHay que limpiar la culata de cilindros y sujetarla en un dispositivo especial o en el banco.con un tornillo

Fig. 6.33 Prominencia del vástago de válvula. Se mide desde el asiento del resorte de válvula hasta la punta del vástago Mazda

Fig. 6.34 Corte de un rebajo en la culata de cilindros con una máquina instaladora de insertos, para instaiar un inserto Repc o


grande, para que quede bien soportada con la superficie en posición horizontal. Las guías de válvula deben estar limpias; si están muy gastadas, hay que reemplazarlas. E l procedimiento es el siguiente:

Selección de l insertoEl inserto se selecciona de acuerdo con el material y tamaño del orificio de válvula. Hay dos tipos de materiales: hierro fundido y aleación fundida; el tipo seleccionado dependerá del tipo y aplicación del motor. Los insertos de hierro fundido se utilizan en los motores para trabajo ligero, que podrían ser para automóviles o vehículos ligeros. Los insertos de aleación que se utilizan en los asientos de las válvulas de escape son para vehículos de trabajo pesado, tractores y motores estacionarios. En condiciones de trabajo pesado, se instalan insertos de aleación en los asientos de válvulas de admisión y de escape.

El tamaño de los insertos se encuentra en los catálogos de su fabricante o en las especificaciones del fabricante del- motor. Se incluyen tres dimensiones: diámetro exterior, diámetro interior y profundidad o altura (Fig. 6.30), que se indican en esas publicaciones.

Sí no se cuenta con información del tamaño recomendado y si no se han instalado todavía insertos, el tamaño se puede calcular como sigue: -

1. Calcúlese el diámetro exterior; para ello, se su- suman 2- m.m al tamaño de la cabeza de la válvula.

2. Para calcular el diámetro interior se mide el diámetro del orificio a la profundidad a la cual se instalará el inserto que se pretende emplear.

3. La profundidad mínima debe ser de 4 mm. Consúltense las publicaciones de los fabricantes para seleccionar el inserto más profundo o alto que se pueda instalar.

Insta lación de l insertoA. continuación se describe el procedimiento para instalar un inserto.

1. Límpiense la cabeza y el bloque y, si es necesario, reemplácense las guías de válvulas.

2. Selecciónense el inserto y la cuchilla del tamaño correcto en las publicaciones de los fabricantes.

3. Selecciónese el piloto correcto para la guía de válvula.

4. Móntese la cuchilla en el husillo y móntese la máquina en la culata, con el husillo guiado con el piloto en la guía de válvula (Fig. 6.34).

5. Ajuste la altura de instalación de la máquina hasta que el husillo gire con libertad. Esto asegura la alineación correcta con la guía.

6 . Ajústese la profundidad de corte según el tamaño del inserto, para que la cuchilla no avance más allá de la profundidad del inserto. Se requiere exactitud al preparar la máquina, pues es muy difícil intentar un segundo corte.

7. íníciese el corte. Cuando el rebajo tenga la profundidad deseada, desmóntese la máquina de la culata.

8 . Compruébese el tamaño del rebajo y compárese con el del inserto. Una especificación genera!, salvo indicación en contrario del fabricante del motor, es un ajuste de-interferencia de 0.12 mm mínimo.

9. Sóplense todas las virutas del rebajo con aire comprimido. Límpiense el rebajo y el inserto- con un disolvente volátil y déjense secar;

10. Instálese el inserto con 3111 instalador o una prensa en la culata, o en el bloque. E l inserto tiene un bisel (chaflán) pequeño; esa parte es la que primero se coloca ya que un borde agudo en el inserto cortaría los lados del rebajo y ocasionaría la pérdida del ajuste de interferencia.

Para instalar el inserto se utiliza un punzón o botador y hay que darle el número mínimo posible de golpes secos con un martillo pesado. No se utiliza lubricación.

11. La operación íinal es cortar y acabar el asiento de la válvula al ángulo correcto, como en la rectificación normal.

Si se utilizan insertos de aleación, pueden tener bisel en los bordes superior einferior. E l bisel superior se utiliza para'recalcarlo. 'E l nretál de la culata se 11 roIetea” o se recalca para 'sujetar el inserto con firmeza. En la figura 6 .35'aparece una vista seccional de este tipo de inserto. Este método para fijar el inserto, es sólo para motores grandes de trabajo extra pesado. • •

Fig. S.35 Corte seccional de la culata e inserto quemuestra el método para fijarlo por recalcado o “roleteado” Repco

Localización de grietas en la culataLas grietas que se producen en las culatas de cilindros y otras piezas no siempre son notorias y es dilícil determinar, con la sola inspección, si se puede seguir utilizando una pieza( Esto se aplica a las culatas de cilindros en las cuales pueden ocurrir grietas dentro o alrededor de las cámaras de combustión, en particular en la z.ona del orificio de válvula. Muchas veces las grietas sólo se pueden

SERVICIO A LA CULATA (CABEZA DE CILINDROS) Y VÁLVULAS §Q

localizar con dos métodos especiales, que se emplean en talleres: el método de tinte penetrante y el método de partículas magnéticas.

Método de tinte penetranteEl método de tinte penetrante es adecuado para la mayor parte de los materiales, incluso metales no ferrosos y materiales no metálicos. Para utilizarlo, primero se limpa la zona sospechosa de la pieza con un disolvente especial para eliminar la mugre y el aceite o grasa; con esto se limpia esa zona y las grietas que pudiera haber. Después, se aplica por aspersión un tinte penetrante rojo en la superficie para que penetre en todas las grietas. Una vez que ha secado el tinte y que ha penetrado, se limpia el sobrante y se aplica un revelador en la zona. Se podrán observar cualesquiera grietas como líneas rojas delgadas, cómo se ilustra en la figura 6.36.

Detección magnéticaEl método de detección magnética de grietas sólo se puede emplear con los metales ferrosos, pero no con aluminio o bronce. Con este método, la pieza- en que se buscan las grietas se magnetiza y sé esparcen partículas, de hierro (“ marmaja” ) o un líquido que contenga esas partículas en la superficie.que se- va a verificar. L a pieza se puede magnetizar con un electroimán o con imanes permanentes.potentes.

En la figura 6.37 se ilustra un detector magnético que usa imanes permanentes. Se colocan dos imanes muy potentes, uno como polo sur y otro como polo norte en cada extremo de la pieza, en este caso una culata de cilindros. Con esto se produce un campo magnético que atraviesa la pieza, jeon lo. cual si existen grietas, se formará un polo magnético norte y uno sur en cada lado de la grieta. Las partículas de hierro aplicadas en la superficie serán atraídas hacia estos polos para formar una línea que sigue el contorno de la grieta y la hace visible. Se pueden utilizar líquidos de diferentes

colores, llamados tinte magnético o tinte fluorescente para ayudar en la detección.

Cuando ha concluido la prueba, se utilizan placas desmagnetizadoras que se pasan sobre la pieza para desmagnetizarla.

Fig. 6.37 Detección magnética de grietas. Se utilizanimanes permanentes para magnetizar la culata de cilindros R epc o

Reparaciones de culatas agrietadasLas culatas de cilindros y otras piezas de fundi

ción, que estén agrietadas se pueden reparar con soldadura eléctrica o de arco o con un sistema de espárragos (birlos) o cuñas interconectados. La soldadura requiere precaícntár la culata durante largo tiempo para evitar la-deformación. Después de esta reparación hay que rectificar las superficies de la culata. En algunos casos, se pueden emplear varillas de soldadura para baja temperatura (eutécticas) sin necesidad de precalentar la culata.

Un método para reparación sin emplear calor, consiste en taladrar, machuelar y colocar una serie de tapones a lo largo de la grieta. Los tapones son. cónicos y se instalan muy cercanos entresí. Cuando se atornilla a fondo el tapón cónico en la .culata, empuja al metal circundante hacia fuera o lo pone en compresión. Esta es la condición opuesta a la que ocasionó las grietas, pues éstas se producen por la tensión en el metal originada por la contracción.

gneta.

Fig. 6.36 Detección de grietas con tinte penetrante. Se esta aplicando el revelador y ha aparecido Sa grieta en el lado derecho de la culata.

El orden para esta reparación es el siguiente:1. Se taladra y machuela un agujero en el comienzo

de la grieta para instalar un tapón.2. Se aprieta el tapón cónico en el agujero machue-

lado y se hacen ranuras de corte con un cincel justo encima de la superficie. Después, al apretarlo más se acaba de romper.

3. Se instalan los tapones en toda la longitud de la grieta, se esmerilan y se recalcan con un pequeño

martillo neumático para que toda la zona quede en compresión.

4. Se limpia toda la zona con ruedas abrasivas para dejar una superficie lisa.

También se pueden instalar tiras dentadas de cierre como parte de la reparación. Se colocan en una ranura o en una serie de agujeros interconectados a través de la grieta para cerrarla, mientras se instalan los tapones cónicos a lo largo de la grieta.


Preguntas ¡mm repaso1. Descríbanse algunos aspectos que.se deben tener

en cuenta al desmontar una culata de cilindros.2. Menciónese los puntos que se deben buscar

durante la-inspección de una culata de cilindros./3. ¿Por qué se utiliza una llave de torsión para

apretar los tornillos de la culata de cilindros? S' 4: Descríbase el orden que sé debe utilizar para alio- ■' . j a r o apretar una culata-de cilindros. '5.. Tí numérense los puntos que se deben* inspeccio

nar en una válvula después de haberla sacado de la culata.

6 . ¿Por qué se utilizan dos resortes en una válvula?7. ¿Cómo se‘puede comprobar el desgaste de las

guías de válvulas?8 . ¿Qué tipo de herramientase utiliza para extraer

e instalar las guías de válvulas?9 . ¿Qué se hace para que una válvula quede cerrada

por éompleto antes de comprobar la holgura en la punta del vástago?

10. ¿Qué son las crucetas o puentes de válvulas?

11. ¿Por qué tienen ajuste las crucetas de válvulas?12. .Descríbase un procedimiento general para ajus

tar las válvulas que tienen cruceta.13. ¿Cuál es la función de una máquina rectifica

dora o refrentadora de válvulas?14. Descríbase como se reacondiciona una válvula

en la máquina.15. ¿Cómo se reácondicionan los asientos de vál- •

- vulas?16. ¿Cuándo hay que hacer el asentamiento manual

de las válvulas?17. Descríbase como se extrae e instala un inserto

de asiento .de válvula. t .18. ¿Cómo se puede comprobar la profundidad (de

presión) y la prominencia de una válvula?19. ¿Qué efecto produciría el esmerilado excesivo

de un asiento .de válvula?20. ¿Cómo se pueden detectar las grietas en una cu

lata de cilindros?

«


Fia. 8.38 Motor Cummins de 6 cilindros: características internas. Se ilustran los componentes internos del motor, que funciona con ei ciclo de cuatro tiempos y tiene inyección directa. Su cilindrada es de 14 litros (855 pulgadas cúbicas) y cuenla con sistema de combustible Cummins PT. ;

El motor tiene árbol de levas de gran diámetro, impulsado por engranes desde el frente del cigüeñal y el árbol tiene tres levas por cada cilindro: dos para las válvulas y una para ei inyector PT montado en la culata.

Se emplean dos válvulas de admisión y dos de escape en cada cilindro. Cada par de válvulas se acciona con un balancín por medio de una cruceta que abarca dos válvulas. En este motor se emplean tres culatasde cilindros, una para cada dos cilindros.

Se utilizan camisas tipo húmedo. Se ilustra que la camisa del cilindro No. 1 esta desmontada para que se vea ei cilindro en sí. Se aprecia también el rebajo para la ceja de la camisa en la p.arte superior del bloque y también la parte inferior del bloque contra la cual sellan los anillos selladore's y los sellos anulares (Anillos■•O” o ''ligas” ).

Las bielas tienen la parte superior u ojo cónica a fin de tener mayor superficie de apoyo en la parte interior del buje (casquillo) para el pasador (perno) de pistón. Los pistones tienen cuatro anillos, todos encima del pasador. En la ranura para el anillo superior de compresión en el pistón se emplea un inserto para el anillo. La cámara de combustión está formada en la corona del pistón, la cual también tiene rebajos para dejar holgurapara las cabezas de las válvulas.

Otros componentes que se pueden ver son el turbocargador en el lado derecho del motor y el amortiguador de vibración montado en la parte delantera del cigüeñal. La bomba del aceite^del tipo de engranes, se impulsa por engranes desde el árbol de levas. En la parte inferior de cada cilindro hay tubos o toberas para enfriamiento por chorro de aceite de los pistones. C u m m in s

Bloque de cilindrosi

li! bloque de cilindros es la parte más grande del motor. También es el componente básico en donde se ensamblan o montan otras piezas para formar el motor completo. En casi todos los motores auto-' motrices el bloque incluye la caja del cigüeñal con los apoyos superiores del cigüeñal en cierto número de cojinetes; algunos ‘motores Diesel,-tales como, los motores marinos grandes, se construyen con el bloque de cilindros separado de una parte inferior llamada caja del cigüeñal..

El bloque de cilindros (Fig. 7.1), que incluye Ios- apoyos superiores para el cigüeñal, sueleser de una pieza, de fundición de hierro gris o de hierro en aleación con otros metales, como el níquel o el cromo. Se utiliza hierro fundido porque se puede colar en moldes de. arena configurados para formar Ja compleja forma, interna y externa .del bloque. El espacio para las camisas de agua que rodea a los cilindros se forma también en un núcleo del molde de arena con esa configuración, de modo que durante el proceso de colada quede ese espacio abierto. Después de la fundición se extrae la arena del molde por los agujeros que hay en el bloque para esa finalidad y después se Jes ponen tapones especiales llamados tapones de expansión. Con esto se tiene el espacio para las camisas de agua.

En el proceso de construcción del motor en la fábrica, la pieza fundida en bruto se somete a una' serie de operaciones de maquinado: se mandrilan ios cilindros, se maquinan ciertas superficies para dejarlas planas y lisas,- se taladran agujeros y se machuelan antes de que quede terminado el bloque en el cual se montarán las otras piezas del motor.

Los cilindros de muchos motores están cortados, o mandrilados integralmente en el hierro fundido del bloque; en otros motores se utilizan camisas de cilindros que se fabrican por separado y se instalan en el bloque. Casi todos ios motores Diesel tienen camisas de cilindros.

El hierro fundido es adecuado para la pared de ios cilindros pues es resistente al desgaste y al calor.

En algunos motores, la pared de los cilindros tiene un baño de cromo, que es un metal muy duro, para reducir el desgaste.de la pared y aumentar la dura-

. ción del motor. 'E l hierro fundido también es adecuado para la

parte inferior del bloque, pues se logra .una falda muy rígida que no se flexiona con la carga. La parte inferior del bloque incluye almas de fundición para

: - darle'ríiás rigidez, y para soportar los cojinetes.y el . cigüeñal debajo de ios cilindros.

E l árbol de levas suele estar montado en'el bloque y está soportado por cojinetes del tipo de manguito que se instalan a presión en agujeros' maquinados en las almas del bloque. En algunos- motores pequeños, el árbol de levas se mueve contra la superficie de hierro fundido, ya que no se emplean-cojinetes.

En la parte delantera del bloque hay superficies maquinadas para montar la tapa de engranes de sincronización; en la parte trasera hay otra superfi-

. cié maquinada en donde se monta la cubierta del volante o la impulsión de accesorios o placa adaptadora. Se han provisto otras superficies de montaje para los accesorios externos como la bomba de combustible, bomba del agua y filtros.

E l bloque, además de los apoyos para el cigüeñal y las cavidades para el árbol de levas, incluye aberturas para los seguidores de levas, soporte para la bomba del aceite; además, hay pasajes o conductos para aceite y cavidades para el líquido enfriador. En los motores de dos tiempos también hay conductos como parte del sistema de admisión de aire.

Características de diseño del bloqueEn la figura 7.2 se ilustra un bloque de cilindros típico. Se han desmontado muchas de las piezas del bloque pero todavía se pueden apreciar los siguien-

E_OQU£ DE CILINDROS 73

Fig. 7.1 Bloque de cilindros de un motor de cuatro cilindros: 1 camisa de cilindro, 2 rebajo, 3 bloque, 4 ¡apones de expansión, 5 cara de montaje, 6 pasador tubular, 7 cojinete principal trasero, 8 tornillü de tapa de cojinete, 9 cojinete central con caras de empuje, 10 cojinete principal delantero, 11 cavidad para cojinete principal, 12 cavidad para el árbol de levas Mazda

tes aspectos: a) es un bloque de seis cilindros con camisas reemplazables; b) el bloque es para un motor en línea, no en V; c) el motor se instala con los cilindros verticales (en algunos tipos.de autobuses, la instalación es horizontal); d) es un motor enfriado por líquido; c) la falda o parte inferior del bloque se extiende más allá de la lyiea de centro del cigüeñal a fin de dar la rigidez necesaria en motores grandes.

En la ilustración se muestran también piezas del bloque y componentes que se han desmontado.

Bloque tipo en VEn la figura 7.3 se ilustra un bloque de cilindros del tipo en V junto con algunas de las piezas que se instalan en el mismo. Es un bloque de cilindros con dos bancos, cada uno con cuatro cilindros y colocados en ángulo de 90°. Las diversas piezas, que se localizan en la ilustración con los mismos números, son:

i. Tapa del mando de levas. Se encuentra entre los dos bancos de cilindros para cubrir la cámara

74 M EC Á N IC A PARA M O T O R ES D IE S E Lr J- 'M

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Fig. 7.2 Bloque de cilindros de un motor de seis'cilindros: 1 junta de la culata de cilindros, 2 . camisas, 3 tornillo, 4 varilla de empuje, 5 seguidor de levas o levantador, 6 bloque, 7 . sello trasero de aceite del cigüeñal, 8 falda del bloque, 9 cara de montaje del filtro de aceite,

■ 10 tapa de cojinete principal delantero, 11 cojinete principal delantero, 12 cojinete delantero del árbol de levas, 13 cara de montaje para la bomba del agua, 14'impulsión para la bomba de inyección ^

Fig. 7.3 Bloque de cilindros de tipo en V: 1 tapadel mando de levas, 2 cubierta del volante, 3 sellos, 4 camisa de cilindro, 5 depósito de aceite, 6 parte profunda del depósito de aceite

Ford

BLOQUE DE CILINDROS 75

en donde van colocados los seguidores de levas o levantadores de válvulas y la parte inferior de las varillas de empuje.

2. La cubierta del volante, que suele ser de hierro fundido, se atornilla en la parte trasera del motor.

3. La cubierta o retén del sello trasero de aceite. En ella se coloca el sello trasero de aceite que impide el escape de aceite por la parte trasera de! cigüeñal.

4. Camisa de cilindros. Se emplean camisas en todos los cilindros de este motor. Se ilustra una camisa desmontada.

5. Depósito de aceite (cárter). Se hace con hierro fundido o aluminio de aleación y se atornilla en la parte más baja del bloque.

6. La parte profunda o pozo del depósito se monta en la parte delantera del mismo y tiene una tapa inferior.

Además de los componentes antes citados, se . utiliza cierto número de juntas y sellos. Se instalan entre las piezas para retener el aceite e impedir el paso de cuerpos-extraños, polvo y agua. Las juntas de la culata, de-las cuales se ilustra una, forma-un sello hermético a los gases y el agua entre las culatas y el bloque de cilindros. ' " _

• *

' « •Bloque de cilindros separableAlgunos motores se construyen con bloque de cilindros que se puede separar de la caja del cigüeñal o cuerpo del. motor. En la figura 7.4 se ilustra el bloque de cilindros, y en la figura 7.5 se ilustra la caja del cigüeñal para ese tipo de motor. Este tipo de construcción no es común en motores automotrices,. pero sí se emplea en motores Diesel grandes, como ios marinos o estacionarios.

Con este tipo de construcción, el bloque de cilindros se funde y maquina por separado de la caja del cigüeñal. Esto permite utilizar materiales diferentes en cada uno. En el motor ilustrado, el

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F lg« 7A Bloque de cilindros que se puede separar de la caja del cigüeñal Gard n er

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Fig. /.5.Caja del cigüeñal con el bloque de cilindros ■ . desmontado, vista desde la parte posterior

.Ga r d n e r*

-.bloque de cilindros-sé funde en una sola pieza para los seis cilindros; la caja del cigüeñal está hecha con aluminio; éste es mucho más ligero que el hierro fundido y reduce la masa total del motor,, lo.cual aumenta su relación potencia: peso.• Cuando se monta el bloque de cilindros en la

caja deí cigüeñal, las partes inferiores de los cilindros pasan por los agujeros en la parte superior de la caja. E l bloque tiene una brida alrededor de su borde inferior para atornillarlo en la parte superior de la- caja del cigüeñal. La culata., o culatas en algunos casos, se atornillan en la parte superior del bloque.

Cilindros enfriados por aireLos cilindros de los motores enfriados por aire suelen ser independientes entre sí y se atornillan en una caja de cigüeñal común. Cada cilindro se hace por separado, con aletas para enfriamiento fundidas alrededor del exterior del cilindro Las aletas, con frecuencia, son maquinadas. Sería imposible construir un motor enfriado por aire del tipo de “ monoblock” porque las aletas deben abarcar toda la circunferencia del cilindro para tener un enfriamiento adecuado. La construcción con cilindros separados permite lograrlo. En la figura 15.26 se ilustra la construcción de un motor enfriado por aire.

Los motores enfriados por aire están equipados con un soplador y ductos para dirigir el aire alrededor de los cilindros y sobre las aletas. E l calor se transfiere de las áletas al aire para reducir la temperatura de los cilindros y de la culata.

74 MECANICA PARA MOTORES DIESEL

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oque de cilindros de un motor de seis 'cilindros: 1 junta de la culata de cilindros, 2 . camisas, 3 tornillo, 4 varilla de empuje, 5

. seguidor de levas o levantador, 6 bloque, 7 . seílo trasero de aceite del cigüeñal, 8 falda del bloque, 9 cara de montaje del filtro de aceite,

■ 10 tapa de cojinete principal delantero, 11 cojinete principal delantero, 12 cojinete delantero del árbol de levas, 13 cara de montaje para la bomba del agua, 14'impulsión para la bomba de inyección Per k in s

Fig. 7.3 Bloque de cilindros de tipo en V: 1 tapadel mando de levas, 2 cubierta del volante, 3 sellos, 4 camisa de cilindro, 5 depósito de aceite, 6 parte profunda del depósito de aceite

Ford


en donde van colocados los seguidores de levaso levantadores de válvulas y la parte inferior de las varillas de empuje.

2. La cubierta del volante, que suele ser de hierro fundido, se atornilla en la parte trasera del motor.

3. La cubierta o retén del sello trasero de aceite. En ella se coloca el sello trasero de aceite que impide el escape de aceite por la parte trasera del cigüeñal.

4. Camisa de cilindros. Se emplean camisas en todos los cilindros de este motor. Se ilustra una camisa desmontada.

5. Depósito de aceite (cárter). Se hace con hierro fundido o aluminio de aleación y se atornilla en la parte más baja del bloque.

6 . La parte profunda o pozo del depósito se monta en la parte delantera del mismo y tiene una tapa inferior.

Además de los componentes antes citados, se . utiliza cierto número de juntas y sellos. Se instalan entre las piezas para retener el aceite e impedir el paso de cuerpos extraños, polvo y agua. Las juntas de la culata, de-las cuales.se ilustra una, forma-un sello hermético a los gases y el agua entre las culatas y el bloque de cilindros. ;

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Bloque de cilindros separable Algunos motores se construyen con bloque de cilindros que se puede separar de la caja del cigüeñal o cuerpo del. motor. En la figura 7.4 se ilustra el bloque de cilindros y en la figura 7.5 se ilustra la caja del cigüeñal para ese tipo de motor. Este tipo de construcción no es común en motores automotrices,. pero sí se emplea en motores Diesel grandes, como ios marinos o estacionarios.

Con este tipo de construcción, el bloque de cilindros se funde y máquina por separado de la caja del cigüeñal. Esto permite utilizar materiales diferentes en cada uno. En el motor ilustrado, el

Oíi) CB

Fíg. 7.4 Bloque de cilindros que se puede separar de la caja de! cigüeña! Gardner

o

Fig. 7.5 .Caja del cigüeñal con e\ bloque de ci ndros desmontado, vista desde la parte posterior

. , . . . G a r d n e r* * *

■.bloque de cilindros,se funde en una sola pieza para los seis cilindros; la caja del cigüeñal está hecha con aluminio; éste es mucho más ligero que el hierro fundido y reduce la masa total de! motor,, lo. cual aumenta su relación potencia: peso.- Cuando se monta el bloque de cilindros en la

caja deí cigüeñal, las partes inferiores dé los cilindros pasan por los agujeros en la parte superior de la caja. E l bloque tiene una brida alrededor de su borde inferior para atornillarlo en la parte superior de la- caja del cigüeñal. La culata., o culatas en algunos casos, se atornillan en la parte superior del bloque.

Los cilindros de los motores enfriados por aire suelen ser independientes entre sí y se atornillan en una caja de cigüeñal común. Cada cilindro se hace por separado, con aletas para enfriamiento fundidas alrededor del exterior dei cilindro Las aletas, con frecuencia, son maquinadas. Sería imposible construir un motor enfriado por aire del tipo de “ monoblock” porque las aletas deben abarcar toda la circunferencia del cilindro para tener un enfriamiento adecuado. La construcción con cilindros separados permite lograrlo. En la figura 15.26 se ilustra la construcción de un motor enfriado por aire.

Los motores enfriados por aire están equipados con un soplador y ductos para dirigir el aire alrededor de los cilindros y sobre las aletas. E l calor se transfiere de las aletas al aire para reducir la temperatura de los cilindros y de la culata.


Camisas de cilindrosLas camisas de cilindros se fabrican por separado del bloque y se instalan durante el ensamblaje del motor.

La fabricación de camisas fundidas por separado permite el empleo de un hierro de grado diferente al del resto del bloque. E l hierro para la camisa puede ser resistente al desgaste, mientras que el utilizado en el bloque puede ser de un grado que se pueda fundir con más facilidad para la compleja configuración requerida en el bloque. Se puede tener un control más uniforme de la fabricación de las camisas cuando no son parte de una pieza grande de fundición.

Se utilizan'tres tipos de camisas en los bloques de cilindros, llamadas camisas secas, camisas secas con ceja y camisas húmedas.

Camisas secas 'La camisa seca es la que no lleva agua por su exterior, sino que .se instala a presión, por lo general con un ajuste de interferencia de Ó. 1 mm en el bloque. Lá superficie externa de la camisa está paralela y en contacto con el barreno en.hierro fundido .del bloque eil toda su longitud. Su espesor sueleser de alrededor de 2 mm y se instala a presión en el bloque con la parle superior de la. camisa al ras con la superficie superior del bloque, con lo cual después de maquinar la superficie, apenas se puede distinguir la camisa. . -

Este tipo de camisa se instala a veces en motores nuevos pero también se emplea para reacondido- nar cilindros de motores que no tienen camisas de fábrica (encamisarlos) cuando los cilindros están tan gastados o dañados que no se pueden maquinar sin quitar demasiado metal. Esos cilindros se maquinan a un diámetro de acuerdo con el diámetro exterior de la camisa, se ínstala la camisa a presión y, después, se maquina y se da el acabado adecuado para poder instalar pistones de medida estándar (Fig. 7.6).

Fig. 7.6 Cuando el motor no tiene camisas instaladas de fábrica, se puede "encamisar” para reparar cilindros dañados o gastados

El ajuste de una camisa seca es importante y los fabricantes del motor o de las camisas especificarán el ajuste de interferencia requerido. La eficiencia con la cual se transfiera el calor de una camisa al bloque de cilindros y al líquido enfriador depende del ajuste de la camisa.

Una camisa instalada muy floja no hará buen contacto con el bloque y se establecerá una barrera térmica que mantendrá el calor dentro de la camisa y producirá un aumento de temperatura, que a su vez puede ocasionar rayaduras de la pared del cilindro, pistones y anillos.

Si se ajusta una camisa demasiado apretada también habrá problemas porque se comprimirá el material de la camisa. Esta compresión hará que la camisa se contraiga y se pierda ei ajuste de interferencia, con lo cual quedará un hueco entre la superficie externa de la camisa y el bloque. Este hueco se •llenará con carbón y otros cuerpos extraños y se formará una barrera térmica. E l resultado también serán rayaduras y escoriaciones.

Én algunos casos, las camisas secas se pueden reacondicionar con rectificación sobre medida y la instalación de pistones y anillos sobre medida; pero, por lo general, se extraen de los cilindros y se instalan camisas nuevas. ■ ' . .

• » '

Camisas secas con ceja "-Están construidas de modo que se puedan sacar del bloque e instalar, si es necesario, camisas nuevas durante la reparación del motor.

Estas camisas son similares a ía camisa seca sencilla, excepto que tienen una ceja en la parte superior que ajusta'en un rebajo en la parte superior del bloque. Se reduce el ajuste de interferencia entre la camisa- y.su cilindro, con lo cual la camisa se puede extraer si está gastada e instalar una nueva, sin necesidad de ninguna operación de maquinado. La camisa nueva se instala a presión con la ceja dentro del rebajo en la parte superior del bloque. Cuando la camisa queda bien asentada en su lugar, su parte superior tendrá una ligera prominencia, con lo cual la culata de cilindros impedirá que se mueva la camisa cuando se arme el motor. L l barreno en el bloque debe ser redondo y libre de deformación, pues la exactitud de la camisa depende en gran parte del contacto de su superficie externa con la cavidad para el cilindro en el bloque.

Camisas húmedasLa camisa húmeda es aquella en la cual su superficie externa forma parte de las camisas de agua que rodean los cilindros. Se les da ese nombre porque el líquido enfriador moja la superficie externa de la camisa. Esto elimina el problema de transferencia de calor (que se mencionó con relación a las camisas secas) pero es necesario un sello en la parte superior • de la camisa para evitar que penetre el líquido enfriador en el cilindro y también otro sello en la


Colocación de las camisasEn Ja figura 7.8 se ilustra la colocación de cuatro tipos diferentes de camisas en el bloque de cilindros. En la figura 7.8#) se muestra una camisa seca, en contacto de metal con metal a toda su longitud. La camisa queda instalada al ras con la cara del bloque en la parte superior y al ras o con una pequeña prominencia en la parte inferior. Por lo general, se requiere un examen detenido para distinguir entre la camisa seca y el metal del bloque que la rodea.

En la figura 7.8b) se muestra una camisa seca con ceja. También tiene contacto total con el bloque de cilindros.

En la figura 7.8c) se muestra una camisa húmeda. También tiene ceja para colocaría en forma correcta en el bloque. Tiene contacto directo con el líquido enfriador en casi toda.su longitud. La junta de la culata en la parte superior y los sellos de Neoprene en Ja parte inferior impiden el escape de líquido enfriador entre la camisa y el bloque. '

En la figura l.Sd) se muestra.una camisa seca para un motor de dos tiempos, la cual tiene cierto , número de lumbreras de admisión de aire en su circunferencia en la parte central. La camisa hace

• contacto directo con el bloque. Este tipo de'camisa '... suele ser más.largo que los otros y sobresale un poco

parte inferior de-la camisa para'que el líquido enfria- más en la parte inferior del'bloque., dor no llegue al-depósito de aceite. En la Figura 7.7 . - • •se ilustra un motor con camisas húmedas. El bloque no tiene cilindros de longitud total, sino que se emplea un agujero de montaje en el que se instala lacamisa.- - ¿loque

E l espesor de pared de las camisas húmedas es mucho mayor que el de las camisas secas y ese espesor adicional se necesita porque la camisa húmeda no tiene apoyo en el bloque de cilindros en toda su longitud. Por tanto, se requiere una camisa húmeda de pared gruesa para que mantenga su configuración y no se deforme.

La parte superior de la camisa tiene una ceja que ajusta en un rebajo o avellanado en la parte superior del bloque. La camisa sobresale un poco en el bloque, de modo que la culata sujeta con firmeza la junta de culata contra la camisa para formar un sello. En algunos motores se utiliza un anillo sellador de cobre debajo de la ceja y, según sea el tipo de junta, también encima de la ceja. Se pueden utilizar suplementos (lainas) debajo de la ceja pa.ra calzar la camisa de modo que tenga la prominencia correcta sobre la superficie del bloque.

E l extremo inferior de la camisa lleva uno o dos anillos selladores de Neoprene que impiden el escape de líquido enfriador hacia el depósito de aceite.

Es fácil reacondicionar los motores con camisas húmedas; pues no hay dificultades para extraer e instalar las camisas. Los fabricantes surten juegosapareados de camisa y pistones nuevos, del tamaño Colocación de las camisas en el bloque es

r - * i i i cilindros: a) camisa seca, b) camisa seca corcorrecto para instalarlos en el motor y no se reqme- ceja> c) camisa húmedai ¿y) camisa para mc:orre ningún acabado adicional después de instalar. de dos tiempos

i-._

a) b)

c) d)

Fig. 7.7 Bloque de cilindros con camisas húmedas.Las camisas se han desmontado y se ilustra una en el lado izquierdo


Prominencia de ia camisaLas camisas húmedas y las camisas secas con ceja tienen una prominencia especificada en la paite superior del bloque; la prominencia varía según el motor pero es alrededor de 0.1 a 0.2 mm. Aunque es una distancia muy pequeña, es suficiente para asegurar que la junta de la culata selle contra la camisa Y, a la vez, mantiene la camisa con firmeza en el bloque. En algunas camisas, la parte superior de la ceja no es plana, sino que está maquinada para formar uno o dos rebordes alrededor de la arista de la ceja. Esto permite que la junta se adapte a la forma de la parte superior de la ceja y se produce un mejor sellado que si estuviera colocada contra una superficie lisa.

Precauciones al hacer girar el motor 'Se debe tener en cuenta, en particular con las camisas húmedas, que no hay nada que las sujete una vez que.se desmonta la culata; las camisas se podrían mover al hacer girar el motor. Si ocurre así, se desplazarán los sellos- y aunque las camisas vuelvan a su posición original, es muy probable que ocurran fugas por-los sellos. Por esta razón, las camisas se

' deben sujetar en su lugar'con placas o grapas de sujeción atornilladas en el.bloque, mientras está desmontada la culata.

Sellamiento de las camisas' En la figura 7.9' se ilustra el método de sellamiento

para las camisas húmedas. En los insertos aparecen \ detalles de-la forma de la camisa en diversos lugares. -

Fig. 7.9 Posición de los sellos en la camisa de cilindroC u m m i n s

Se puede ver que la ceja superior tiene un reborde sellador en donde hace contacto con la junta de la culata. Este reborde, junto con la prominencia de las camisas encima del bloque produce sellamiento en la parte superior de ellas. Una sección pequeña de la ceja tiene su diámetro exterior agrandado para poderlo instalar a presión en el rebajo en el bloque.

La cara inferior de la ceja está destinada a asentar en forma plana contra el fondo del rebajo o para tener una ligera inclinación hacia arriba. En la juntura entre la ceja y la brida hay una ranura y también un filete o radio pequeño. Estos relevadores de esfuerzos pueden ocasionar grietas entre la ceja y la camisa en sí.

En el extremo inferior de la camisa hay anillos selladores instalados en ranuras. En la camisa ilustrada se emplean tres anillos selladores. E l inferior es un sello anular (Anillo “ O” o “ liga” ) de caucho (hule) de siliconas para resistir el contacto con el aceite caliente en ei depósito. E l sello intermedio también es anular, de Buna o Neoprene, que tiene menor resistencia al aceite pero muy alta resistencia al agua, al anticongelante, a los productos que'se agregan al agua y a otras sustancias químicas. E l sello superior se llama de sección rectangular, es ancho, de Neoprene de alta resistencia a la abrasión . y no lo alteran los productos químicos del. líquido - enfriador. Este sello sirve para proteger a los sellos -

' anulares contra daños por los productos abrasivos en el líquido enfriador.'

Los métodos correctos para la instalación son muy importantes pues los daños a los sellos no sóio

Fig. 7.10 Prominencia de la ceja de una camisa decilindros seca. A prominencia de la camisa en la parte superior del bloque, B profundidad de la ceja debajo de la superficie del bloque

P e r k in s


permitirán filtraciones, sino también deformación de la camisa. No hay que estirar en exceso ni cortar los sellos porque se dañan. Hay que lubricar ligeramente los sellos con aceite delgado para m otor antes de la instalación y tener cuidado de que los sellos anulares (Anillos “ O ” ) no se rueden fuera de su lugar al instalar la camisa en el bloque.

Camisas secas con cejaE l único sellamiento que suele ser necesario en las camisas secas con ceja es en la culata de cilindros. Por lo general se logra con la prominencia de la camisa y la junta de la culata, como se ilustra en la figura 7 .10, en la cual se señalan dos dimensiones: la prominencia de la camisa sobre la cara del bloque y la profundidad de la ceja debajo de la superficie. Las dimensiones se encuentran en el manual de taller de! motor. Las correcciones se pueden hacer con suplementos (lainas) colocados debajo de la ceja.

En la figura 7.11 se ilustra una instalación un tanto diferente. En este diseño, se utiliza un inserto entre la ceja de la camisa y el rebajo en el bloque. Se pueden colocar suplementos en el inserto para lograr la posición correcta de la camisa en el bloque. Está camisa no tiene prominencia, sino que está colocada-ligeramente debajo de la Superficie del bloque. Se utiliza una junta anular, del tipo de com--

Preguntas para repaso•

1. ¿Por qué sé utiliza el hierro fundido para los ' bloques de cilindros?

• 2. Con ayuda de una de las ilustraciones, menciónense las diversas partes del bloque de cilindros.

3. Menciónense las diversas piezas ensambladas e instaladas en el bloque de cilindros. ,

4. ¿Qué es un bloque de cilindros separable?5. ¿Qué diferencias hay entre los cilindros de un

motor enfriado por aire y los de uno enfriado' por líquido?

6 . ¿Qué son las camisas de cilindro?7. Menciónense las diferencias entre los tipos de

camisas de cilindro.

Fig. 7.11 Sistema de sellamiento en la parte superior de una camisa de cilindros del tipo seco

presión, en" el espacio entre la parte superior de la camisa y la parte inferior de la culata.de cilindros.

8. ¿Cuál es la diferencia entre un bloque de cilindros con camisas húmedas y-uno con pamisas secas?

9. ¿Por qué se deben tomar precauciones al hacer girar el motor con la culata de cilindros desmontada? v' a

10. ¿Qué significa prominencia de la camisa?11. Menciónense los tipos de anillos selladores ins

talados en las camisas de cilindros tipo húmedo.12. Descríbase.ei sistema de sellamiento para las

camisas secas con ceja. '


Fiq 7 12 Corte longitudinal de motor Mercedes V-8 para camión, con inyección directa y cilindrada de 12.76 litros. ' f i árbol de levas está montado en el bloque entre los dos bancos de cilindros y se impulsa con los

e n g r a n e s de sincronización montados en el extremo trasero (lado del volante) del motor. Los engranes también impulsan el eje de impulsión de auxiliares en la parte superior del motor que, a su vez, impulsa la

^ f u t í z a una culata individual en cada cilindro. Cada culata incluye los balancines y dos válvulas. Los asientos de válvulas tienen insertos. Los pistones tienen tres anillos, todos encima del perno de pistón. La cámara de combustión está formada en la corona del pistón.

La bomba del aceite está en la. parte trasera del motor y la impulsa un engrane acoplado co rle del ciciüeñal FI tubo de succión de aceite se extiende hacia el frente hasta la parte mas profunda de depósito Un ventilador “Thermatic” montado en el frente del cigüeñal funciona dentro de una tolva. El alternador y la bomba del agua se impulsan con una banda trapezoidal m e r c e d e s


Fig. 7.13 Motor Diesel Gardner. Es un motor relativamente grande de 6 cilindros en linea y que funciona a velocidad algo más baja que muchos motores automotrices. El bloque de cilindros de hierro fundido de una pieza se puede, separar de la caja del cigüeñal.; ésta es de aluminio para reducir el peso. Los cilindros tienen camisas del tipo seco. Se utilizan dos culatas, una para cada tres cilindros. •

Este motor es de inyección directa con cámaras de combustión hemisféricas formadas en la corona de los pistones. Los pistones son muy largos y tienen una gran superficie de apoyo contra la pared del cilindro. Tienen tres anillos, todos encima del perno de pistón. Los pernos de 'pistón son del tipo flotante, con caras de contacto de aluminio en. ambos extremos. . ‘

La impulsión del árbol de levas y para auxiliares es desde el cigüeñal con una cadena de rodillos de triple eslabón. Se utiliza una Catarina tensora que acciona contra la parte trasera de la cadena. Un mecanismo descompresor facilita girar el cigüeñal a'mano durante los ajustes al motor.

El cigüeñal tiene muñones huecos y, además de los cojinetes principales normales, está soportado en la parte delantera por un cojinete de rodillos. Las. cavidades para los cojinetes principales se sujetan con los tornillos verticales de sujeción del bloque y también con tornillos transversales de precarga que pasan de lado a lado de la caja del cigüeñal.El fabricante del motor hace el árbol de levas para la bomba de inyección y también el gobernador y se utilizan bombas de inyección CAV individuales; éstas tienen palancas manuales para cebado y pruebas.

El ventilador y el compresor de aire se impulsan con bandas trapezoidales múltiples; la bomba del agua se impulsa con engranes fíARnNFR

Servicio al bloque de cilindrosi

La mayor parte del servicio que requiere el bloque de cilindros es por desgaste o daños de los cilindroso de los cojinetes del cigüeñal. Por lo general, el servicio al bloque-de cilindros como consecuencia del. desgaste sólo se necesita después de muchos cientos de horas.de operación, o de miles de'kiló- metros recorridos-por el vehículo. Sin embargo, si el motor hasufrido daños o desgaste prematuro-por

- * » * 1un accidente ó condiciones anormales de operación, se necesitarán las reparaciones mucho tiempo antes.

Ciertas operaciones de servicio se pueden efectuar en ei bloque y sus piezas correlativas con el motor instalado en el vehículo u otra unidad. En casi todos los casos; es posible reemplazar las camisas de cilindros, pistones y bielas sin desmontar el motor de la unidad. Para trabajos mayores que ' requieren trabajar en el bloque de cilindros, sedes- monta el motor y se efectúa el trabajo en un. ca bailete para reparación de motores.

Una vez que se ha desarmado el motor pararepararlo, se realizan las siguientes operaciones de servicio en el bloque.

*

Limpieza del bloqueH1 bloque de cilindros se debe limpiar c inspecciona!. La limpieza se puede hacer con vapor, corí chorro de agua a alta presión o en un baño limpiador. También se puede utilizar un disolvente apli- * cado con una brocha y luego una manguera para agua. Hay que lavar'el interior y el exterior del bloque a fin de eliminar toda la mugre, grasa y aceite, depósitos de carbón y cieno (lodo).'"

Hay .que raspar los restos de juntas viejas en las superficies maquinadas y eliminar las incrustaciones y depósitos de las camisas de agua.

Hay que sacar los tapones que cierran los conducios para aceite a fin de poder “ sopletearlos” con aire comprimido, i ambién se pueden pasar varillas

de! diámetro adecuado a lo largo de los conductos .. para aceite si hay que limpiar los depósitos que no

salieron con el aire comprimido. Es indispensable prestar atención a los conductos para aceite en especial después de una falla de cojinetes. Los conductos- obstruidos .permitirán un desgaste rápido y fallas prematuras de los cojinetes.

• r •

InspecciónDespués de limpiar el bloque hay que inspeccionar si tiene grietas, en especial en las paredes de los cilindros, camisas de agua y almas (apoyos) para los cojinetes principales. -Hay grietas diminutas que no se aprecian a simple vista pero se pueden localizarcon alguno de los métodos para detección (capítulo 6).

. Siempre hay que inspeccionar si las superficies maquinadas tienen rebabas, melladuras y raspaduras. Los daños menores se pueden eliminar con una- lima musa. Para comprobar si el bloque está torcido, se coloca una regla de acero larga contra las superfi- - cíes para juntas. E l método es el mismo que para comprobar la planicidad de la culata de cilindros, como se describe en el capítulo 6 .

Roscas y tapones de expansiónLos agujeros roscados en el bloque se deben.sopletear con aire comprimido. Si las roscas de los agujeros no están en buenas condiciones, utilícese un machuelo de la medida correcta para limpiar las roscas; luego, hay que sopletear los agujeros. Lasi oseas sucias o maltratadas darán lecturas falsas detorsión que impedirán apretar correctamente los tornillos al armar.

Las roscas dañadas o gastadas en el bloque o en la culata se pueden reparar con insertos Heli-Coil.¡ aia esta reparación, se taladran las roscas gasta- • das, se machucla el agujero con el machuelo especial Heli-Coil y se instala el inserto para restaurar el tamaño original de la rosca del agujero (Fig. 8.1).

: ERViCiO AL BLOQUE DE CILINDROS 83

e s te t o r n i l l o e s tá n d a r

para el in s e r to

Fig. 8.1 Instalación de insertos Heli-Coil

en

M i t s u b i s h i

Si hay que reemplazar un. tapón de expansióndel bloque (si hay fugas de líquido enfriador por el :apón), se taladra en el centro con una broca pequeña y se expulsa con un punzón o una barra pequeña. Para instalar el nuevo tapón, se limpia toda la herrumbre de la cavidad, se cubren la base y los lados del rebajo con un compuesto sellador y se coloca el tapón nuevo en el rebajo con el lado cóncavo (curvo) hacia fuera. Para sentar bien el tapón, se le dan unos golpecitos en el centro. Después se empuja contra el tapón con.un punzón o botador plano de la medida adecuada para asentarlo a fondo. Con esto, se aplana y se expande el tapón y queda hermético en el rebajo.

Los tapones cóncavos se reemplazan en forma similar a los de expansión.-Un método alterno para sacarlos es taladrar en el centro del tapón y sacarlo con un martillo deslizable. Si primero se le dan tinos golpecitos hacia dentro ai tapón, se aflojará y será más fácil sacarlo.

Muchas de las acciones que ocurren dentro de los cilindros contribuyen a su desgaste. E l movimiento de los pistones y anillos, las presiones y tcmperatu-

. ras de combustión, la acción de lavado del combustible en la pared y los efectos corrosivos de los ácidos, ocasionan desgaste de la pared de los cilindros.

Sin embargo, el desgaste no es uniforme. Al principio de la carrera de potencia, cuando las presiones son máximas, se empuja con más fuerza a los anillos de compresión contra la pared del cilindro. Además, al mismo tiempo, las temperaturas son muy elevadas y por ello la película de aceite es menos eficaz para proteger la pared del cilindro. Por supuesto, el máximo desgaste pcurrirá en la parte superior del cilindro. Cuando el pistón se mueve hacia abajo en la carrera de potencia, se reducen la presión y temperatura de combustión, con lo cual hay menos desgaste. Por ello, el cilindro se desgasta en forma irregular.

E l cilindro suele también desgastarse en forma oval, y ello se debe al empuje lateral del pistón cuando baja en el cilindro en la carrera de potencia. E l empuje lateral se debe al ángulo de la biela fuera de la vertical.

Un motor en buenas condiciones \ con buen r ,. mantenimiento tendrá un mínimo desgaste de cíün- / > dros, pero en la vida del motor ocurre un dejaste

gradual y los anillos tienen más dificultades pjra retener las presiones de combustión y controlar el paso de aceite. E l equipo de inyección de comban- ble se puede desajustar; no habrá atomización completa del combustible al inyectarlo y las gotitas de combustible sin vaporizar lavan el aceite de la pared

. del cilindro. En esta forma habrá un desgaste del motor, que puede ser más rápido si no se realiza el mantenimiento correcto.

En la figura 8.2 se ilustra el desgaste del cilindro de un motor. E l desgaste produce conicidad y su punto máximo ocurre justo debajo de la parte superior del cilindro. La mayor parte del desgaste del cilindro aparece en la parte en la cual se mueven los anillos de pistón. E l desgaste se extiende desde el límite superior del movimiento de los anillos en la parte superior del cilindro hasta la parte inferior de ese movimiento hacia la parte inferior del cilindro, pero el resto del cilindro casi no tiene desgaste. El pistón se mueve casi hasta la parte superior del cilindro y queda un escalón o reborde en el punto más alto al que llegan los anillos, que no.se desgasta y-se conoce comó escalón o reborde producido por los anillos. • ; . ' ' - . -

La parte inferior de la falda del.pistón se mueve más abajo en el cilindro que los anillos dél pistón; esto tiene poco efecto en lo que toca al desgaste. El extremo inferior del cilindro está mucho más. frío y mejor lubricad-o que el extremo superior, por lo cual la zona de contacto de los anillos en la parte inferior del cilindro tiene poco desgaste relativo. Con referencia de nuevo a la figura 8.2 (en'la cual seilustran en forma exagerada las condiciones en el

e s c a ló n (sin desgas te )

d e s g a s t e -------m á x im o

cav idad

B

p u n to m ás b a jo de r e c o r r id o de

a n i l lo sc i l i n d r o sin

~ desqas te

A

F ig , 8 .2 Desgaste de cilindros ilustrado en forma exagerada: A diámetro del cilindro rectificado B diámetro exterior de la camisa

84V E C - V C - F - - - ’

cilindro), el desgaste se señala con el escalón en la parte superior y la parte inferior del cilindro sin desgaste. Si los cilindros están formados en el bloque, hay que maquinar el cilindro para aumentarle su diámetro hasta la dimensión A y , luego, instalar pistones y anillos sobre medida. Si el cilindro tiene camisa instalada de lábrica, se saca la camisa gastada (diámetro B ) y se instala una nueva para volver el cilindro a su diámetro estándai.

Com probación de pared de cilindros1 os cilindros, por el desgaste, están cónicos y ovalados. Hay ciertos límites de desgaste de los cilindros antes de que se necesite reacondicionarlos. Los anillos de pistón retendrán la compresión y controlarán el aceite en cilindros que tienen cierto grado de ovalación o conicidad, pero cuando el desgaste se vuelve excesivo, entonces ocurrirán pérdidas de compresión, alto consumo de aceite, mal funcionamiento y muchos depósitos de carbón. Entonces habrá que.reacondicionar los cilindros.

Para comprobar los cilindros se limpia la pared con trapos y se examina con cuidado para ver si tiene escoriaciones y desgaste visible. Las escoriaciones son ranuras o raspaduras ocasionadas por

' cuerpos extraños, por un pistón dañado o-por falta de .lubricación en la pared-de los cilindros, E l des-

:.gaste disparejo se puede ver como.puntos oscuros; despulidos en la pared del cilindro.

Medición de los cilindros •Se deben medir la conicidad y la ovalación de los cilindros. Para ello, se emplea u n micrómetro de - interiores o un calibrador telescopiabíe y un micro- metro de exteriores o un micrómetro de carátula especial, que se utiliza como se ilustra en la figura 8.3. Hay que moverlo-hacia arriba y abajo en el

’ cilindro y girarlo a diversas posiciones para detectar las irregularidades, que se notarán por el movimiento de la aguja.

En la figura 8.4 se ilustra el método para comprobar el desgaste de los cilindros. Se deben tomar las mediciones en A-A y también en B-B, en las partes superior e inferior del cilindro. Estas niedi- ciones permitirán determinar el desgaste del cilin-- dro, como sigue:

Ovalación = diferencia entre A-A y B-BConicidad = diferencia entre A-A medida en la

parte superior del cilindro y A-A medida en la parte inferior del cilindro.

La ovalación se comprueba en A-A porque es la dimensión a través de los lados de empuje en el cilindro, que tendrá mayor desgaste que B-B.

Se debe reacondicionar cualquier cilindro en el cual, al medir el desgaste, se encuentre que la ovalación o la conicidad son mayores de 0.03 a 0.04 mm por cada 10 mm de diámetro del cilindro.

Fig. 8.3 Empleo de un micrómetro ae ca rs tj 3 :3cilindros para detectar vanac ores €' e : -

* *

l ínea de . c e n t r o dei

m o to r A

f

Fig. 8.4 Mediciones del diámetro det cilindro: A-A medición en ángulos rectos con la linea Ge centro del motor, B-B medición paralela cor a línea de centro del motor

Sertlcío a los*cilindrost

Según sean el tipo de construcción dél motor y la cantidad de desgaste, se requieren diferentes operaciones para reacondicionar los cilindros. Estas incluyen pulimento con piedras, maquinado con maquina especial para camisas o reemplazo de camisas- E l pulimento con piedras se efectúa para dar el acabado correcto de superficie en la pared. E l maquinado se efectúa en bloques con cilindros integrales y, a veces, en camisas del tipo seco. Las camisas secas con ceja y las camisas húmedas se pueden pulir con piedras para restaurarles el acabado de la superficie; si están muy gastadas, se deben reemplazar.

SERVICIO AL BLOQUE DE CILINDROS

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Fig. 8.5 Desmontaje de una camisa de cilindro con un extractor especial

Desmontaje de camisas de cilindrosCuando se han instalado camisas secas del tipo no reemplazable en el cilindro y hay que sacarlas, primero se. agranda la camisa con la máquina cortadora de camisas. Si la barra de corte se coloca un poco más cercana en un lado del cilindro, se puede ajustar para que corte un lado de la camisa lo suficiente para eliminar el ajuste de interferencia entre la camisa y el cilindro, para poder sácarla con facilidad.

■ L,as camisas secas con ceja del tipo reemplazable y las camisas húmedas se pueden desmontar e instalar con un extractor e instalador de camisas (Fig. 8.5)! Es más fácil sacar las camisas húmedas que las secas y muchas veces se pueden sacar sin el extractor.

Instalación'de las camisas de cilindrosComo se mencionó, se utilizan tres tipos de camisas de cilindros: camisas secas, camisas secas con ceja y camisas húmedas. Cada una se instala en el motor con un método diferente. La instalación correcta es importante, pues de otro modo se deformarán los cilindros. Esto ocasionara menor holgura para el pistón que producirá rayaduras del pistón y la pared de la camisa. No se debe esperar que los anillos de pistón puedan “ seguir” un cilindro torcido, pollo cual los anillos no podrán controlar los escapes de compresión (,blow-by) ni el consumo de aceite.

A continuación se describen los aspectos que se deben cumplir al instalar las camisas.

Camisas secas para reparaciónLas camisas secas para reparación, si están bien instaladas, restaurarán un cilindro gastado. Para evitar la deformación y obtener un buen ajuste, hay que aplicar los siguientes procedimientos:

1. Maquínese el cilindro para obtener un ajuste de interferencia de 0.08 a 0.10 mm.

2. Mídase la longitud del barreno de cilindro del bloque v córtese la camisa de modo que sea alrededor de 3 mm más larga que esa dimensión.

3. Póngase la camisa en hiel-: contraiga a fin de facilitar la :a . . x c ¡ tese a presión. Luego, rebájese : _ "St sag de la camisa al ras con la superfk.. ? : ri bloque.

4. Maquínese la camisa de 0.05 a 0.08 m r — e x» que su diámetro final y púlase con pie¿r¿ _ tamaño requerido. Límpiese la camisa con do cuidado con aceite S A E 10 para motor y c; - trapos limpios.

Camisas secas con cejaDado que las camisas secas con ceja para repuesto ya tienen la ceja para sujetarlas, no tienen un ajuste tan apretado como las camisas secas para reparación. Algunas de las reglas generales son:

1. Límpiese toda la herrumbre y el carbón del cilindro en sí y examínese si tiene deformación. Hay que medir el cilindro en varios puntos. Si está deformado o.gastado se debe maquinare

■ instalar camisas con diámetro exterior de so- bremedidá: Límpiese el rebajo o avellanado y ■compruébense su escuadramiento y tamaño.

2. Lávese el exterior de la camisa con un disolvente para eliminar toda la mugre y el revestimien- to. protector; . •

• -'3. Instálese la camisa en el cilindro. Si tiene ajuste " •' ' correcto, debe ser posible empujarla con la pal

ma de la mano las dos terceras partes de la distancia.

•4. Instálese a presión el resto de la camisa en el cilindro y mídase'la distancia desde la parte superior de la ceja hasta la parte superior del bloque. Esta prominencia es una dimensión crítica' y se especifica en los manuales de taller de los fabricantes de motores. Si no se tiene disponible el manual, una buena norma es que la ceja tenga una prominencia, es decir, que sobresalga entre 0.02 a 0.12 mm en el bloque.

5. Compárese la prominencia de las camisas adyacentes. La diferencia no debe ser mayor de 5.02 mm; de lo contrario, la junta no podrá sellar en forma correcta en ambos cilindros. El resultado serán fugas de líquido enfriador, gases de combustión y aceite.

Camisas húmedasDado que las camisas húmedas están en contacto con el líquido enfriador, el ajuste de la ceja en el rebajo y el ajuste entre los anillos selladores y el bloque, son críticos.

1. Límpiense toda la herrumbre e incrustaciones en el rebajo y en la zona para los anillos selladores. Lávense la ceja de la camisa y las ranuras para anillos selladores con un disolvente limpio. Examínese la zona en donde quedarán los anillos selladores en la cavidad de la camisa del bloque de.cilindros.


2. Antes de instalar los anillos selladores pruébese el ajuste de la camisa en el cilindro; debe quedar libre y sin trabarse. En este momento se debe comprobar la prominencia; se utilizan giapas o abrazaderas para mantener asentada la camisa. Hay que cumplir con las especificaciones de prominencia del fabricante.

3. Saqúese la camisa del cilindro e instálense los anillos selladores, cuidando que no queden torcidos. Lubríquense los anillos con aceite para motor o con grasa.

4. Una vez asentada la camisa en el bloque, hay que asentarla contra el rebajo. Si no se tiene un instalador de camisas, se puede colocar un trozo de madera sobre la camisa y darle unos golpecitos con un martillo para asentarla.

5. Hágase pasar el pistón (sin anillos) a toda la • longitud de la camisa para determinar si hay deformación. Si la falda del pistón no tiene la misma holgura y no se desliza con libertad a . toda la longitud de la camisa es probable que se . hayan torcido los anillos selladores al instalarla: habrá que volver a colocarlos en su lugar o . reemplazarlos. •

. • ' / . ¿ • * - * Comprobación de la prominencia de 5a camisaUn método para comprobar la prominencia es mediante la medición del rebajo y de la ceja de. la' - camisa. La profundidad del rebajo o avellanado en el bloque se comprueba con un micrómetro de carátula. Se hacen las mediciones en el borde interno'del .. rebajo en cuatro lugares equidistantes; estas lecturas no deben variar más de 0.05 mm. E l fondo del - rebajo debe estar plano, sin inclinación hacia el centro del cilindro; en otra forma, hay que maquinar para tener una buena cara de asentamiento'. •

E l espesor de lá ceja de la camisa se puede medir con un micrómetro y se resta a esa medición la profundidad del rebajo medida como se mencionó antes. La diferencia será la prominencia de la camisa. Si es menor a la especificada para ese motor, se- pueden instalar suplementos (lainas) debajo de la- ceja antes de instalarla en el cilindro, con lo cual se elevará la camisa hasta tener la prominencia correcta.

Comprobac ión con m ic róm etro de carátulaUn método más preciso para comprobar la prominencia de las camisas instaladas es con un micrómetro de carátula. Se requieren grapas para sujetar con firmeza la camisa en el bloque para obtener mediciones exactas. En la ligura 8.6 se ilustra un ejemplo.

E l motor que se ilustra tiene una placa superior que se coloca sobre la parte superior del bloque y debe estar apretada con firmeza contra el bloque.Se utilizan tornillos con arandelas (rondanas) para proteger la superficie de la placa y se deben apretar con uniformidad a la torsión especificada.

Fig. 8.6 Verificación de prominencia de ia camisa con un micrómetro de carátula: 1 micrómetro de carátula, 2 barra transversal, 3 placa superior,4 placa adaptadora dentro del cilindro,5bloque calibrado

Para sujetar la camisa en su lugar, se utiliza una placa adaptadora 4) del extractor de camisas y una barra transversal 2) del extractor se emplea como herramienta de sujeción. Se ajusta la placa adaptadora en la camisa y se atornilla la barra transversal en la parte superior del bloque, como se ilustra. Los tornillos que sujetan la placa transversal se deben .apretar, con. uniformidad; la distancia entre la parte .inferior de la barra transversal y la superficie del bloque debe ser igual en ambos, lados; dé lo contra- : rio, se deformará la camisa dentro del cilindro.

Luego, se toman lecturas en cuatro puntos eqüi- • distantes alrededor de la parte superior de la camisa; la prominencia debe ser.ía especificada y las lecturas no deben variar más-de, por ejemplo, 0.05 mm. Si hay variación excesiva en las lecturas entre un lugar y otro, es posible girar la camisa en el cilindro para que quede dentro de las especificaciones, o cambiarla a otro cilindro.

Cuando la prominencia de la camisa es la correcta, se pueden hacer marcas temporales en ella, en la placa superior o en el bloque, de modo de poder instalar después la camisa en su lugar correcto. Esta descripción se aplica a camisas nuevas, en cuyo caso habrá que instalar la camisa en el cilindro sin los sellos con el fin de comprobar la prominencia.

•

C om probac ión con regla de acero Se pueden utilizar una regla de acero y calibradores de hojas para comprobar la prominencia. Se coloca la regla, de acero a través de dos o más camisas y se ponen los calibradores de hojas entre la parte inferior de la regla y la parte superior del bloque para determinar la medida de la prominencia.

Acabado de la pared de cilindrosDurante la fabricación del motor o el reacondicionamiento de los cilindros se pule con piedras la pared del cilindro para lograr el acabado deseado

SERVICIO AL BLOQUE DE CILINDROS 87

en la superficie. La superficie de la pared de los cilindros consiste en una serie de rayaduras muy delgadas producidas por las partículas abrasivas de .as piedras de la pulidora. La finalidad es proveer una superficie que retenga una película de aceite. Si '.a superficie estuviera absolutamente lisa, no se retendría el aceite en la pared de los cilindros, habría desgaste excesivo y sería difícil controlar el aceite con los anillos de pistón.

Se considera que la superficie ideal es una serie de “ mesetas” o superficies planas pequeñas entre las ranuras que quedan después de pulir con piedras. Este acabado con mesetas produce una superficie plana para el pistón y los anillos, con ranuras para retención del.aceite entre ellas. Un cilindro sin plataformas tendría una serie de diminutos picos y valles. Aunque los valles retendrían el aceite, los picos agudos se tendrían que desgastar antes de poder lograr una superficie de trabajo satisfactoria.

. Esto ocasionaría desgaste innecesario de la pared y de los anillos y.requeriría un largo periodo de. asentamiento. Además, hasta que los anillos del pistón no se hayan asentado .contra la pared, no habría buen control del aceite, y llegarían cantidades excesivas a las cámaras de combustión.

* ; > .

i • ir

Cuándo se deben pulir ios cilindros gastados •* .

Cuando se van a instalar anillos nuevos en; un motor, por lo general se considera que no siempre es necesario pulir para eliminar el “ brillo de espejo” o “ glaceado” normal. Nó se mejorará la superficie con el pulimento, ya que este brillo de espejo es uná superficie adecuada para los anillos de repuesto. Sin embargo, se necesita el pulimento en las siguientes condiciones:

1. deformación del cilindro2. cilindro ondulado3. cilindro rayado4. cilindro escoriado5. cilindros con brillo de espejo muy duro

Cil indro deform adoPuede ser a causa de una distribución dispareja del líquido enfriador alrededor del cilindro o por apretar en el orden o a la torsión incorrectos los tornillos de la culata. La deformación del cilindro se puede identificar, a veces, por una decoloración notoria de la pared, aunque no siempre ocurre así.

9

OndulaciónSon una serie de rayas paralelas que abarcan toda la circunferencia interna. La ondulación puede estar en cualquier parte del cilindro, pero casi siempre en las partes altas del recorrido de los anillos de pistón. La ondulación es muy difícil de medir pero se puede ver con facilidad y se puede sentir al pasar un dedo con suavidad a todo lo largo del cilindro.

RayadurasSe notan en zonas pequeñas de la pared de! cilindro que tienen decoloración y zonas diminuí,:-realzadas en las cuales se han soldado en frío partículas de los anillos contra la pared del cilindro. Las rayada- ras pueden ser el resultado de puntos calientes en ¡as camisas de agua de los cilindros, ocasionados por depósitos de lodo o calcáreos en ellas, que permiten que en zonas pequeñas de la pared haya altas temperaturas; esas temperaturas desintegran la película de aceite y permiten el contacto de metal con metal entre los anillos y la pared del cilindro.

EscoriacionesPueden ser un grado avanzado de rayaduras en que las partículas de los anillos hayan raspado la pared del cilindró. Los anillos rotos, partículas abrasivas, etc., también pueden escoriar el cilindro. Si las escoriaciones no- son muy profundas, se pueden eliminar con el pulimento con piedras.

Bril lo de espejo m u y duroEn algunos motores se pueden encontrar cilindros que tienen un brillo de espejo muy duro. En ellos se- utilizan cilindros ó camisas endurecidas en los cua- • les, con el tiempo, se produce un brillo dé espejo muy duro'y hay que “ matarlo” con piedras para : que puedan asentar los anillos. Algunos fabricantes de motores pueden recomendar el pulimento con piedras, pero no es una regla general. '

. Pulidoras'con piedras/para cilindrosHay dos tipos de pulidoras de cilindros. Uno tiene cuatro piedras abrasivas de. montaje rígido en un soporte. E l otro es flexible y llamado pulidora de cepillo debido a su configuración, con muchas piedras abrasivas pequeñas, que forman un tipo de cepillo. Las piedras se hacen con óxido de aluminio o con carburo de silicio, que son abrasivos muy duros. Cualquier residuo de abrasivo que quede en el motor producirá falla prematura de los anillos, cojinetes, etc. Todas las superficies descubiertas del motor, tales como el cigüeñal y conductos para aceite se deben taponar con trapos limpios empapados con aceite para recoger el polvo y las partículas de abrasivo.

No se debe intentar corregir la ovalación o conicidad excesivas con la pulidora de piedras, pues la única corrección es cambiar la camisa o maquinar los cilindros. La pared de los cilindros se debe pulir con movimientos verticales correctos de las piedras para producir el acabado cuadriculado o “ atarazado” (Fig. 8.7). Si no se aplica suficiente movimiento •vertical a las piedras en relación al movimiento de rotación, el ángulo de la cuadrícula estará muy plano, lo cual entorpecerá el asentamiento correcto de los anillos.


Fig. 8.7 Acabado cuadriculado producido en lasparedes d e los c i l i n d ro s p o r el p u l im e n to con p iedras B edford

Pulidora ríg idaEsta pulidora tiene cuatro piedras montadas en un soporte individual y se pueden expandir al girar una tuerca moleteada en la parte superior de la pulidora. Las piedras se hacen con abrasivo de óxido de

•aluminio o carburo de tungsteno y están disponi- . bles en. .varios grados:-primero se utiliza el grado •más - grueso-, seguido, por piedras más,finas para el acabado. Se coloca la pulidora en el cilindro y se expanden las piedras contra la pared'(Fig. 8 .8 ). La • impulsión para las pulidoras portátiles es cosí un taladro eléctrico de mano, que hace girar la pulidora mientras el operario la mueve, hacia arriba y abajo en el cilindro para producir el acabado cuadriculado. . . .

Para probar el ajuste de la pulidora antes de ponerla en marcha, se la coloca en el cilindro, se expanden las piedras hasta que hagan contacto con una parte sin desgaste en la pared y se mueve o cabecea la pulidora hacia los lados dentro del cilindro. Esto indicará si hay o no contacto de todas las piedras con la pared. Luego ya se pueden accionar con el taladro de mano.

Si se nota cabeceo hay que sacar la pulidora y eliminar con suavidad los puntos altos de la piedra con una lima vieja o una piedra de desecho. Como opción, se pueden colocar suplementos entre la piedra más baja y su soporte. Coloqúese de nuevo la pulidora en el cilindro y vuélvase a probar si hay cabeceo; las cuatro piedras deben tocar la pared. Cuando ya no se note el cabeceo, se puede empezar a pulir. No hay que hacer más de una o dos pasadas y, luego, hay que cambiar ¡a pulidora al siguiente cilindro para volver a probar el cabeceo. No se debe intentar el pulimento de acabado de un cilindro hasta que se haya eliminado él cabeceo con pruebas de la pulidora en cilindros consecutivos; en otra forma, habrá un acabado deficiente, rayaduras y probable atascamiento de la pulidora.

Ya se puede efectuar el pulimento y el acabado deseado y la- cuadrícula de la pared del cilindro deben ser los que se indican en el diagrama (F ig :'8 .7).

Fig. 8.8 Pul idora co n p iedras c o lo c a d a en un c i l in d ro

Pulidora del t ipo de cep il lo . '■Esta .pulidora consta de un eje central con una cabeza de cepillo cilindrica. Se laminan abrasivos en los extremos de centenares de filamentos de Nylon para formar la cabeza del cepillo. Estas pulidoras se fabrican en muchos tamaños y con diferentes abrasivos. Cada tamaño de pulidora es adecuado para cilindros de determinado tamaño.

La pulidora es de construcción y empleo sencillo y no requiere ajuste. La pulidora se centra por sí sola por acción centrífuga y se alinea por sí sola en el cilindro. Se impulsa con un taladro eléctrico y se la mueve hacia arriba y abajo dentro del cilindro para producir al acabado cuadriculado. Debido a su construcción flexible sigue el contorno del cilindro y produce un acabado de superficie con mesetas.

Limpieza de diindros después de puürCuando se pulen las paredes de los cilindros, hay que limpiarlos minuciosamente antes de volver a armar.

Si no se hace una limpieza cuidadosa quedará una cantidad considerable de abrasivo en el motor que impedirá el asentamientq correcto de los anillos, además de que habrá control deficiente del aceite y escapes de compresión. La presencia de los abrasivos ocasionará un rápido desgaste de los anillos, la pared de cilindros y las superficies para los cojinetes.

Un aceite delgado para motor es más eficaz que la gasolina o el petróleo diáfano (Kerosene) para


F¡g- 8.9 Barra rectificadora portátil montada en la parte superior del bloque de cilindros: 1 rueda con diamante para afilar las cuchillas, 2 ajustador para las uñas, 3 husillo, 4 manivela para subir y bajar el husillo, 5 tope ajustable de recorrido del husillo, 6 eje de impulsión desde el motor 7 sujetador en el bloque

--piar los cilindros después de pulirlos. Los cilindros se deben frotar con trapos limpios empapados ; n aceite y después con trapos blancos limpios. Se necesitarán varias aplicaciones y hay que repetirlas ~£5ta que el trapo blanco salga completamente limpio al frotar las paredes de los cilindros.

Soporte de Sas camisas durante eS pulimentoLas camisas que se desmonten del motor se deben ?: portar en forma adecuada mientras se efectúa el pulimento. No se deben sujetar de modo que se deformen. Hay que soportarlas por la ceja en un iispositivo, en forma similar a como se sujetan :uando se instalan en el bloque de cilindros. Cualquier presión aplicada al exterior de la camisa durante el pulimento la puede deformar y hacer que se remueva una cantidad excesiva de metal de la pared en ese lugar.

Maquinado de cilindrosEl reacondicionamiento de cilindros que están corlados directamente en el bloque se lleva á cabo por maquinado. Con esto se restaura la forma original del cilindro, pero queda a una medida mayor-(sobre medida). Después, se pulen con piedras para dar

el acabado de superficie y la holgura requeridos para los pistones. En los cilindros en sobre medida se instalan pistones de sobre medida.

En los talleres especializados en reconstrucción de motores se utilizan máquinas mandriladóras grandes, en las cuales se soporta el bloque en la mesa de la máquina; la barra mandriladora se monta encima del bloque para trabajar con más rapidez. Cuando hay pequeño volumen de trabajo se utiliza una barra mandriladora portátil (Fig. 8.9). Ésta se monta en la parte superior del bloque y se prepara en una forma muy distinta. Se describirá éste tipo de barra mandriladora o cortadora, pues es la que más emplean los técnicos en los talleres generales. Es esencial entender el funcionamiento y las operaciones si se van a mandar los bloques a maquinar a otros talleres. Si el técnico no va a efectuar el trabajo debesaber lo qué se va a hacer en el motor.

/

Barra mandriladoraLa barra . mandriladora es una máquina que lleva herramienta de corte montada en una barra giratoria. Guarido la herramienta se ajusta con precisión, rectifica sel cilindro a la sobremedida deseada. La ba.se de Éa máquina se fija en la superficie superior del bloquease ajusta la herramienta de corte (cuchi-,

• lias) al tamaño correcto y se pone en marcha el motor eléctrico para hacer girar las cuchillas, que bajan en el cilindro y van efectuando el corte. La máquina mandriladora puede tener un control para que se detenga en forma automática cuando las cuchillas llegan a la parte inferior del cilindro. También incluye una rueda de diamante para a filó las cuchillas y un micrómetro especial para el ajust las cuchillas.

E l bloque que se va a rectificar debe estar limpio. La superficie del bloque debe estar plana, pues en ella se monta la barra mandriladora y cualesquiera irregularidades alterarán la exactitud del montaje. Los cilindros maquinados deben quedar concéntricos con el diámetro original y perpendiculares con la línea de centro del cigüeñal (Fig. 8.10);

Fig. 8.10 Los cilindros deben estar verticales yp e rp e n d ic u la re s c o n la línea de c e n t ro del c ig ü e ñ a l R epco


para ello, se requiere un ajuste preciso de la mandriladora. Para maquinar bloques de cilindros en V, hay que montarlos en un aditamento para que la superficie del bloque quede en posición horizontal a fin de poder montar la rectificadora en ella.

Preparación de la rectif icadoraA continuación se describen algunos aspectos relacionados con la preparación de la barra rectificadora, que permitirán apreciar las operaciones que se efectúan y la necesidad de ajustes precisos. Comprobar ¡os diámetros de los cilindros Se miden todos los diámetros y se selecciona el más grande como base para la sobremedida a que se maquinará para limpiar todos los cilindros. Puede ser un cilindro que tenga rayaduras o daños y es el primero que se maquina. Después se maquinan los demás a esa sobremedida.Sobremedida de los cilindros Los cilindros se maquinan a un tamaño definido, por ejemplo, 76.5 mm para un cilindro de 76 mm más 0.'5 mm de holgura; La holgura especificada por el fabricante para el tipo de pistón se emplea como base a fin de que el operario de la barra mandriladora pueda lograr un acabado preciso de los cilindros.Mediciones exactas Se utiliza un micrómetro de interiores para medir el diámetro de los cilindros'y

’ se emplea un micrómetro de exteriores para medir . el diámetro de los pistones. E l micrómetro de exteriores se puede ajustar al tamaño exacto con las ' dimensiones a que se ajuste la barra mandriladora. Después, se puede verificar elmicrómetro de inte--

■ riores contra el de exteriores. Si hay dudas acerca-de la exactitud se debe transferir la medición ai micrómetro de exteriores.Centramiento de la barra ..La barra mandriladora se centra con precisión en cada cilindro que se va a maquinar por medio de dedos o uñas de expansión, que se expanden con la rotación de la perilla moleteada que está cerca de la parte superior del husillo.

Se hace bajar el husillo con las cuchillas dentro del cilindro, hasta la parte inferior, en donde su tamaño es más cercano a! origina!. Se expanden las uñas contra la pared del cilindro y al mismo tiempo se mueve ligeramente la barra para que tome una posición determinada por las uñas.

Después, se aprieta la barra contra las abrazaderas o sujetadores que la retienen en el bloque, se sueltan las uñas y se hace subir el husillo con la manivela hasta que salga del cilindro, a fin de poder introducir el soporte de las cuchillas.Ajuste de las cuchillas (Fig. 8.11). Se coloca la cuchilla o herramienta de corte en un soporte plano de acero que, a su vez, se instala en una ranura de montaje en el extremo del husillo de la baira. El micrómetro que se compra como parte de la rectificadora tiene un soporte para las cuchillas y su soporte para verificar el ajuste. E l micrómetro suele

Fig. 8.11 Portacuchilla y buril montados en elmicrómetro especial para fines de ajuste

R e p c o

•ser para lectura directa del diámetro del cilindro y eltamaño de su escala es el doble que la de un micrómetro estándar. Esto sirve para compensar la cantidad de metal removida de cada lado de la pared delcilindro con la'cuchilla.' '• . . ..

Se ilustra el portacuchillas colocado en el so- ' porte del micrómetro. Se gradúa el micrómetro ai tamaño requerido y se pone el tornillo de tope del portacuchillas contra el husillo del micrómetro co-.

' rno se muestra.. El tornillo .de tope determina la posición del portacuchillas en la barra mandriladora; cualquier movimiento de esie tornillo altera la profundidad del-corte.-Ajilado de las cuchillas Las cuchillas tienen insertos de carburo de tungsteno y se deben afilar con cuida-

. do para producir un buen acabado.En la parte superior del eje del motor está mon

tado un disco de hierro impregnado con polvo de diamante. Se coloca el soporte de las cuchillas en un dispositivo especia! para afilar, que se monta en un husillo (Fig. 8 .12). Esto permite hacer oscilar las cuchillas sobre la superficie del disco a cualquiera de tres ángulos, para afilar la cuchilla al ángulo correcto.

Montaje de las cuchillas Las cuchillas se montan en un soporte que se instala en el extremo del husillo de la barra mandriladora y se sujeta con un mecanismo bajo carga de resorte.

Rectificación de! cilindroEn la figura 8.13 se ilustra el extremo de la barra mandriladora dentro de un cilindro. La parte inferior de la barra con las cuchillas 4) gira para maquinar el cilindro; pero el resto de la barra está estacionario y sólo se emplea para mantener centradas las cuchillas en el cilindro.


Fig. 8.12.Se sujetan las cuchillas en un dispositivoespecial para afilar y se afilan contra el disco de hierro impregnado con polvo de. diamante

R e p c o

Fig- 8 .13 Las uñas soportan el extremo del husillo dentro del cilindro: 1, 2, 3 uñas, 4 portacuchillas, 5 husillo R e p c o

Cuando se pone en marcha la máquina se lleva el extremo de la barra hasta la parte superior del cilindro y se acopla el sinfín de avance. Luego ¡a barra baja en forma automática en ei cilindrc a la vez que gira el extremo en que están las cuchillas. Se expanden las cuatro uñas 3) contra la pared del cilindro y sirven como guías para mantener centrada la barra. Las posiciones de las uñas 1) y 2) muestran la forma en que las uñas penetran y bajan en el cilindro conforme avanza el maquinado. No se ajustan contra la pared hasta que han penetrado por completo en el cilindro.

Se ajusta la máquina de modo que se detenga en forma automática cuando las cuchillas rebasen la parte inferior del cilindro. Después del córte final hay que medir con exactitud el diámetro del cilindro antes de aflojar las abrazaderas de la barra y pasaría a otro cilindro.

Por lo general se maquinan cilindros alterna-, dos, a fin.de que se disipe el calor generado en un cilindro antes de maquinar el cilindro contiguo.

Problemas en los cilindrosAlgunos de los problemas que se pueden encontrar en los cilindros y en;.las camisas de cilindros se enumeran a continuación-y se ilustran en la figura 8.14. ' - - - ’ - ;Las escoriaciones ligeras se aprecian como cierto número de raspaduras o rayones finos en una zona de la pared del cilindro. Las pueden ocasionar cuerpos extraños dentro del cilindro, como el polvo que pueda llegar junto con el aire si el limpiador de aire tiene filtraciones o está sucio o por filtraciones.en el . sistema de admisión de aire. La falta de lubricación puede ocasionar la pegadura parcial del pistón y producir escoriaciones de la pared del cilindro.-Las escoriaciones profundas suelen ser una raspadura o ranura profunda o quizá cierto número de ellas en la pared de! cilindro. La causa podría ser un seguro del pasador (perno) de pistón que está suelto o roto que puede ocasionar rayaduras en el pistón o dejar que el perno se mueva contra la pared del cilindro y la raye.

(i/ U,i •('"I ¡ fli'i! í Y 'J11. í m

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{a) e s c o r ia c io n e s f ige ras

b) e s c o r ia c io n e s p ro fu n d a s

c) ce ja d a ñ a d a

ri' ••• K / . .

id ) c o r ro s ió n (e) e ro s ió n y p ica d u ra s

f) gr ie tas .o daños

Fig. 8.14 Problemas con ¡as camisas de cilindros: a), b) y c) son cortes de ¡as camisas; d) e) y f) son vistas externas


La ceja dañada en una camisa puede ser por prominencia incorrecta de la camisa o por un rebajo deficiente o sucio en la parte superior del bloque decilindros.La corrosión en el exterior de las camisas húmedas puede ser porque el líquido enfriador no contenga las sustancias especificadas. Se debe utilizar siempre agua potable con los productos anticorrosivos o el anticongelante especificado por el fabricante.

La erosión y las picaduras en el exterior de una camisa húmeda, se pueden producir por aereacion, o sea cuando el líquido enfriador contiene aire. Las grietas y daños serios en una camisa pueden ser por desalineación y mal ajuste de una camisa con ceja o por daños ocasionados por la falla de otraspiezas.

F1B. 8.15 Corto secciona, de un f f f ! í £ c ¡ S '

9 0 * $ # í f f & l polea del

* ace,,e del MPA Ntubular y filtro de aceite

Preguntas pars repñ&o1. Menciónense las diversas verificaciones que se

pueden hacer en un bloque de cilindros.2. ¿Cómo se pueden reparar los agujeros roscados

dañados?3. ¿Cómo se pueden reemplazar los tapones de ex

pansión?4. ¿Qué factores contribuyen al desgaste de los

cilindros? ■5 . Menciónese el desgaste que ocurre en las di

versas, partes de un cilindró. •

6 . ¿Qué significa escalón o reborde?7. ¿Cómo se mide si hay desgaste en los cilindros.8 . ¿Qué significan ovalación y conicidad?9. ¿Cuándo se instalan camisas secas en un motor?

10. Menciónense algunos de los factóres que se deben tener en cuenta.al instalar camisas secas.

11. ¿Cómo se puede verificar la prominencia de las camisas?

12. ¿Qué significa pulimento con piedras de los• cilindros?.


13. ¿Qué tipo de acabado de superficie se requiere en una pared de cilindro?

14. ¿Cuándo se deberían pulir con piedras los cilindros?

15. ¿Qué significan rayaduras y escoriaciones?16. Descríbase cómo se debe utilizar una pulidora

con piedras en un cilindro.17. ¿Qué significa mandrilado de los cilindros?18. ¿Qué son los pistones de sobremedida?

19. ¿En qué tipos de cilindros se debe efectuar el mandrilado?

20. ¿Por qué se necesitan mediciones exactas al efectuar trabajos tales como el mandrilado

21. Enumérense algunos de los problemas ene se pueden encontrar en las camisas de cilindros.

22. Descríbase con brevedad la causa del problema en cada camisa ilustrada en la figura 8.14.

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Cigüeña!» cojinetes y balanceo ,

• El cigüeñal está soportado en cojinetes en la parte inferior del bloque. E l depósito de aceite (cárter) se

•atornilla en la parte inferior del bloque. En algunos „motores grandes, ei depósito puede ser de hierro colado o de. aluminio y puede ser separable del

’ ’ bloque, en cuyo caso se le llama caja del cigüeñal. >•‘ El cigüeñales forjado en -una sola pieza de acero ■

’ de'aleación con tratamiento térmico y tiene, consi- ; derable resistencia mecánica.. E l cigüeñal debe sei fuerte para soportar el empuje de los. pistones du- / rante la carrera de potencia sin que se deforme. Además, debe estar cuidadosamente balanceado ■ (equilibrado) para eliminar vibraciones anormales '■

• producidas por los muñones (codos) descentrados.'En la figura 9.1 se ilustra un cigüeñal para mo- ‘

tor de cuatro cilindros y se mencionan sus partes. E l < cigüeñal tiene cuatro muñones o codos. Cada muñón, llamado a veces codo o muñequilla, consta del codo en sí y de un alma o contrapeso y del muñón en sí. E l cigüeñal tiene muñones principales y de biela.

El cigüeñal que se ilustra es de tres muñones principales que sirven para montarlo en los apoyos en el bloque con tres cojinetes principales.

El cigüeñal más común para un motor de cuatro cilindros tiene cinco cojinetes principales, con un muñón principal entre cada muñón de biela. Con

esto se tiene mucho mejor apoyo para el cigüeñal y se reduce mucho su deformación con cargas pesadas. Un cigüeñal para motor de seis cilindros tiene

ysiete. cojinetes principales; en un motor V-8 , en el que, el cigüeñal es más corto, se suelen emplear cincocojinetes, principales. . . . . _ •

En la figura 9,2 se ilustra el cigüeñal y sus piezas correlativas para un motor.de cuatro cilindios. í a-

■ ra otros cigüeñales se puede consultar la ilustración de algunos dé los motores; por ejemplo, en la figura 7.12 se ilustra un motor en V.

MuñonesLos muñones del cigüeñal están pulimentados para tener una- superficie adecuada de trabajo para los metales de los cojinetes. Las superficies de los muñones están endurecidas; las de los cojinetes son blandas. Una superficie dura y una blanda trabajan bien entre sí con lubricación adecuada.

La superficie efectiva de un cojinete va de acuerdo con su longitud y diámetro. Por tanto, para un cigüeñal corto y rígido de un motor en V,los muñones pueden ser de mayor diámetro pero más cortos que en un motor en línea de tamaño similar.

c o n d u c to s pa ra ace i te

ladod e la n te ro

m u ñ ó n 'p r in c ip a l m u ñ ó n

de bie la

f i le te de m u ñ ó n de

a lm a del m u ñ ó n

c a c h e te • del m u ñ ó n

d e s v ia d o r de ace i te

la d o del vo lan te

Fig. 9.1 Cigüeñal para motor de cuatro cilindros con tres cojinetes principales; se mencionan las partes principales

Fig. 9.2

Fig. 9.3 Traslapo de muñones de cigüeñal: 1 muñón de biela, 2 muñón principal, 3 alma

Fig. 9.4 Se forma un radio o filete entre los muñones y el alma R e p c o

CIGÜEÑAL, COJINETES Y BALANCEO

Cigüeñal para un motor de cuatro cilindros y piezas correlativas: 1-3 anillos de pistón, 4 pistón, 5 perno de pistón, 6 arillo seguro, 7 buje, 8 cojinete, 9 biela, 10 volante, 11 retén, 12 cojinete de guía (piloto),13 tornillo de polea, 14 polea del cigüeñal, 15 desviador (arrojador) de aceite-, 16 arandela ondulada,17 engrane de fricción, 18 engrane del cigüeñal, 19 cigüeñal, 20 cojinete y arillo de empuje, 21 cojinete principal, 22 tapa de cojinete principal, 23 sello trasero de aceite, 24 junta, 25 retén

M a z d a

@6 MECÁNICA PARA MOTORES DIESEL

Traslapo de muñonesPara producir un cigüeñal rígido que resista las torceduras y la flexión bajo carga y que tenga una superficie adecuada de cojinetes o apoyo, se requieren muñones de diámetro grande y almas gruesas. Estos dos requisitos se han combinado para producir lo que se conoce como traslapo de muñones (Fig. 9.3). Se verá que el diámetro del muñón de biela se traslapa con el diámetro del muñón principal. E l espesor del alma se puede reducir, para disminuir la longitud del cigüeñal y hacerlo más rígido. Compárese el cigüeñal de la figura 9.3 con el de la figura 9.4 que no tiene traslapo de muñones.

Filetes del cigüeñalSe provee un radio o filete entre el muñón y el alma como lo indican las flechas en la figura 9.4. Este filete es muy importante porque produce un cambio gradual en el espesor de la sección. Durante el reacondicionamiento de motores, cuando se rectifica el cigüeñal, el operador.de la rectificadora debe tener cuidado de cerciorarse de que no se reduzcan los filetes, porque se debilitará'mucho el cigüeñal.

Un cigüeñal sin filete o con filete muy pequeño en ése lugar sufrirá u'n aumento en los esfuerzos; es decir, esa superficie transversal particular soporta-, rá una carga mucho mayor que la superficie •transversal contigua. La provisión deí filete evita que los esfuerzos sean mayores en ese sitio particular y refuerza el cigüeñal. Un cigüeñal mal rectificado se puede romper;

Contrapesos.El cigüeñal tiene masas para equilibrio o balanceo, mejor conocidas como contrapesos. Se ilustran en

la figura 9.5 en que se muestra un cigüeñal de cuatro muñones principales en el cual se han alargado las almas para formar los contrapesos. Los contrapesos de un cigüeñal para V -8 (Fig. 9.18) son más grandes y un poco más complejos que para un motor de cuatro cilindros; básicamente, los contrapesos están dispuestos para que sean iguales y opuestos a la masa del muñón de biela.

Se necesita el balanceo (equilibrio) de las piezas que giran porque la fuerza centrífuga actúa hacia fuera desde el centro de rotación y su efecto, en el cigüeñal, podría ser aumentar las fuerzas que actúan contra las partes del mismo, imponiendo mayores cargas en los cojinetes y produciendo vibraciones.

Aparte de la fuerza centrífuga, el cigüeñal también está sometido a fuerzas de torcedura y flexión y a fuerzas debidas a la inercia. {Nota: La vibración y balanceo del motor se comentan con más amplitud hacia el final de este capítulo, bajo el.subtítulo “ Vibración y balanceo del motor” .)

Amortiguador de vibraciones 'En el frente del cigüeñal se instala un amortiguador de vibraciones (llamado a veces balanceador armónico) para reducir iás. vibraciones torsionales del • *■ * cigüeñal. Se debe tener en cuenta que/aunque el cigüeñal, en apariencia, es una pieza rígida, está sometido a pequeñas torsiones debidas a las cargas que se le aplican y que estas cargas pueden producir vibraciones en el motor.

En la figura 9.6 aparece un corte seccional de un amortiguador de vibraciones. Consta de dos partes principales: un cubo o masa que se monta en el frente del cigüeñal y iin volante o anillo de inercia

Fig. 9.5 Cigüeñal con las almas extendidas para formar los contrapesos. Este cigüeñal tiene cinco muñones principales.

CIGÜEÑAL, COJINETES Y BALANCEO * 97

5

Fig. 9,6 Sección de un amortiguador de vibración y polea montados én el frente del c igüeñaM volante, -2 inserto de caucho. 3 cubo, 4 cigüeñal, 5 polea

C a t e r p il l a r

• 0 * * pequeño, sujeto a la masa con un inserto de caucho

. vulcanizado o con bujes de caucho. La p'oiea para el alternador, el ventilador y la bomba-del agua también pueden ser parte dé la masa del amortiguador. Este tipo de amortiguador se denominaamortigua-

i

4

Fig. 9.7 Cortes seccionales de amortiguadores devibración: a) amortiguador con inserto de caucho; 1 masa, 2 inserto de caucho, 3 anillo ' de inercia o volante, b) amortiguadorcon líquido de siliconas (viscoso): 4 masa, 5 cubierta externa,6 guía, 7 peso flotante o anillo de inercia

C u m m i n s

dor de caucho, para distinguirlo del amortiguador con líquido de siliconas. Este tiene un volante oculto que funciona dentro de un líquido de siliconas. Ambos tipos funcionan de modo similar para am. >r- tiguar las vibraciones torsionales.

En la figura 9.7 se compara la construcción c_ los dos tipos de amortiguadores. En a) se puede ve: el inserto de caucho (hule) moldeado entre el cubo \ el volante o anillo de inercia. Esto permite un movimiento limitado del volante en relación con el cubo.

En b) el volante o contrapeso flotante del amortiguador con líquido de siliconas se muestra saliendo desde una sección del amortiguador. E l contrapeso es un anillo encajonado en el amortiguador. El pequeño espacio entre el contrapeso y la cavidad interna se llena con líquido de siliconas. No hay conexión entre el contrapeso y el amortiguador en sí y el contrapeso se mueve sobre una película de líquido de siliconas.

Acción.de! amortiguadorCuando aumenta o disminuye la velocidad del cigüeñal, el volante o anillo de inercia del amortiguador amortigua las vibraciones del cigüeñal, como

.sigue: -. ‘ .Cuando-hay un aumentó brusco en la velocidad

‘ del cigüeñal, la inercia del volante del amortiguador• hace que-se retarde, con lo que se produce, una

fuerza que se opone a la que causa la vibración. Cuando se reduce la velocidad del cigüeñal ocurre el efecto opuesto; la inercia del volante del amortiguador hace que siga un movimiento oponiéndose a la acción del cigüeñal. Por tanto, cuando el cigüeñal llega á ciertas velocidades críticas, a las cuales las vibraciones serían excesivas. Estas-son amortiguadas por la acción del amortiguador. •Nota: La inercia es la tendencia de-un cuerpo a resistir los cambios de movimiento. Por ejemplo, un volante cuando está en rotación la continúa aunque se suprima la fuerza de rotación, no se detiene en forma súbita. Además,.si el volante está estacionario o parado y se le aplica una fuerza que ocasione rotación, ésta no empieza de inmediato sino qué la- velocidad aumenta en forma gradual. Casi se podría decir que la inercia es “ pereza” .

Todos los objetos tienen una frecuencia natural a la cual vibrarán. Cuando el cigüeñal éstáen rotación y la frecuencia de las vibraciones torsionales se vuelve igual a la frecuencia natural de vibración, se combina el efecto de estas dos vibraciones y es indispensable el amortiguador.

Metales (Inserios) de cojinetes ’ deí motorLos metales (insertos) de cojinetes se instalan en diversos lugares en el motor en donde hay movimiento relativo entre las piezas. Los metales en forma de camisa o manguito que se instalan alrede

\98V


ranurad is t r ib u id o ra

L inea d iv is o r ia e s p e s o r tota l de paredbisel

(ch a f lá n )

Fig: 9.8 Metal de cojinete y sus partes

dor de un muñón de un cigüeñal o de un árbol, se llaman también metales de manguito o lisos. Los metales de los cojinetes principales y de biela son del tipo dividido y se les llama también insertos o engastes. En los cojinetes principales, o sea los apoyos'principales dei cigüeñal, la-mitad superior del metal se instala en la cavidad maquinada en el bloque; el me-tal inferior se sujeta con una tapa

. atornillada. En las bielas, el metal superior de cojinete se ínstala en la cavidad de la biela y el metal •inferior, en la tapa de biela. * ••• • ■

; En lá figura 9.8 se ilustra- un .metal de cojinete típico para un motor y se señalan sus partes. En muchos motores, los metales no tienen las ranuras' distribuidoras de aceite que se ilustran. La ranura anular se utiliza para conducir el aceite en torno al muñón; el metal también puede ser liso, sin ninguna ranura. '

•

Cada metal de cojinete-típico consta de un respaldo o tapa- de acero en el cual se aplican varias capas de material antifricción, que es blando. Por tanto, si hay desgaste, lo sufren los metales en vez de una pieza más costosa en el motor. Por ello, se pueden reemplazar los metales cuando han llegado al límite de desgaste.

Lubricación de los cojinetesLa fricción de fluido hace que los muñones en rotación conduzcan el aceite alrededor de los metales de cojinete y la carga contra el muñón se soporta con capas de aceite. Por supuesto, el diámetro del muñón es menor que el de las dos mitades del metal (Fig. 9.9), para que haya holgura entre ambos; el aceite lubricante circula por esa holgura. El sistema de lubricación envía aceite en forma constante al metal; penetra por el agujero para aceite y el muñón • en rotación lo lleva a todas las partes del metal. El aceite llega hasta los bordes externos del metal en donde se lo expulsa y regresa al depósito. Ese aceite expulsado lubrica otras partes del motor, como son las paredes de cilindros, pistones y anillos de pistón.

Cuando él aceite se mueve sobre las caras de los metales, no sólo los lubrica sino que ayuda a enfriarlos. El aceite está más o menos frío cuando sale

aceite

Fig. 9.9 Holgura para aceite entre el cojinete'y el cigüeñal

del depósito y arrastra el calor en su paso a lo largo de los metales. Luego, este calor llega al depósito de aceite y se disipa en el aire que pasa alrededor del depósito. Los motores grandes suelen tener un enfriador (radiador) de aceite en el sistema de lubricación para disipar el calor del aceite.

Ll aceite también “ lava” y limpia los cojinetes; arrastra las partículás de polvo y mugre y el aceite en circulación las lleva hasta el depósito. A llí caenal fondo d.cl depósito o quedan retenidas en el colador o en el filtro de aceite.

Holgura en los cojinetes -Cuanto mayor sea la hogura o espacio para aceite, éste pasará con mayor rapidez por los cojinetes. Esa ■ holgura varía según el motor, pero la típica es de 0.04 mm. Conforme aumenta la holgura, por des- - gaste de los metales, aumenta la cantidad de aceite que pasa-y se expulsa en el cojinete. Con una holgura de 0.08 mm (apenas el doble de la original), la cantidad de aceite expulsado aumenta hasta en cinco veces más que la original. Una holgura de 0.16 mm - permitirá que pase 25 veces más aceite por el cojinete.

Por ello, conforme se desgastan los metales de cojinete, se lanza cada vez más aceite contra las paredes de los cilindros. Los anillos de pistón no pueden controlar este exceso de aceite y una parte llega hasta las cámaras de combustión en donde se quema y íorma carbón. Las acumulaciones de car--- bón en las cámaras de combustión reducen la potencia y pueden ocasionar problemas en el motor.

Las holguras excesivas para aceite en los cojinetes, también pueden ocasionar la falla de los metales por agotamiento del aceite. La bomba del aceite sólo puede descargar cierta cantidad. Si las holguras para aceite son excesivas, la mayor parte del aceite pasará al siguiente cojinete y no habrá suficiente aceite para los cojinetes más distantes y es probable que se dañen por falta de aceite. Un motor con holguras excesivas suele tener baja presión de aceite, pues la bomba del aceite no puede producir la presión normal por krexcesiva holgura y la expu sión de aceite desde los metales de cojinete.

CIGÜEÑAL, COJINETES Y BALANCEO 99

Si la holgura para aceite es insuficiente, habrá contacto de metal con metal entre el metal del cojinete y el muñón del cigüeñal y ocurrirán desgastes muy rápido y falla prematura.

Tipos de metales de cojineteEn los motores muy antiguos se utilizan cojinetes del tipo fundido o colado. Para hacerlos, se instalaba una matriz o molde en la cavidad y en la tapa de la biela y se vaciaba metal antifricción fundido en ellos. Después, el cojinete se raspaba y alisaba hasta lograr la holgura final deseada.

En los motores modernos,.se utilizan metales de cojinete del tipo de inserción precisa. Los metales se fabrican con tal precisión que se pueden instalar sin tener que modificarlos o ajustarlos. En muchos motores, se pueden reemplazar los metales de cojinetes principales sin desmontar el cigüeñal.

En ocasiones, se utilizan metales semiacabados para el reacondicionamiento del motor; en la-figura 9.10 se ilustra un metal de este tipo. Estos metales tienen una pequeña cantidad adicional de metal ant'ifricción que se debe eliminar cuando se van a instalar los metales para lograr ei ajuste final. Para reemplazar este tipo de metales, hay que desmontar el Cigüeñal. Después de instalar los metales, hay cjue maquinarlos al tamaño con tina bárra rectificadora especial. Además, hay que maquinar o rectificarlas- caras del cojinete de .'empuje para tener el juego longitudinal correcto del cigüeñal. Esta operación se conoce como rectificación en línea o rectificación para alineación y se rectifican todos los metales de cojinete en una sola línea.

Requisitos para ios metales de cojirsetsAdemás de soportar las cargas, los metales de cojinete deben efectuar otras funciones que se describen a continuación.

-e s p a ld o de a ce ro o b ro n c e

Fig. 9.10 Cojinete de empuje de cigüeñal dei tiposemiacabado. Hay que maquinar el cojinete a su tamaño en los tres lugares indicados: 1 cara de empuje, 2 superficie de apoyo, 3 altura.

Capacidad de soporte de carga E l metal debe ser del tamaño y materia! adecuados para soportar las cargas que se les aplican y se construyen de acuerdo con ellas.Resistencia a la fa tig a Cuando se somete a un í pieza de metala esfuerzos repetidos al grado de qi:: se flexione o se doble, tiende a endurecerse y a fin de cuentas se rompe. Estose llama fa lla por fa tiga . Una demostración de la falla por fatiga es cuando se dobla repetidamente un tramo de alambre o de lamina metálica. Los metales de cojinetes están so metidos a cargas variables y sufren esfuerzos repetidos. E l material debe soportar estas cargas variables sin fallar por fatiga.Capacidad para incrustación. Esto significa la capacidad de un metal de cojinete para permitir que se enclaven o incrusten cuerpos extraños en él. Las partículas de polvo o mugre entran al motor a pesar de los filtros de aire y de aceite. Algunas de ellas llegan hasta la superficie de los metales y el aceite no las puede arrastrar.

Para proteger los metales de cojinete, se permite que esas partículas se incrusten o enclaven en el material antifricción. Si los metales fueran muy duros y no ló' permitieran, las partículas se queda-

, rían- en la superficie, en donde rasparían el muñón del cigüeñal y socavarían el metal; Esto a su vez ocasionaría sobrecalentamiento y falla rápida del metal. Por ello, los metales de cojinete deben ser lo bastante blandos para tener capacidad para incrustación.Conformabilidad. Está relacionada con la capacidad para incrustación. Es la capacidad dpi material del metal de cojinete para adaptarse o.,“ conformar- se” a las variaciones en la alineación y en la forma

. de los muñones del cigüeñal. Por ejemplo, supóngase que un muñón tiene una ligera conicidad. El metal que está debajo’de la parte de mayor diámetro soportará cargas más pesadas. Si el material tiene alta conformabilidad, fluirá ligeramente en alejamiento desde las zonas con carga mas pesada hasta las de carga más ligera. Esto redistribuye el material de modo que todo el metal reciba una carga más uniforme. Cuando se incrustan partículas extrañas en el metal ocurre una acción similar. Cuando se Incrustan, desplazan el material y producen puntos altos locales (Fig. 9.1,1). Sin embargo, con alta conformabilidad, el material fluye en alejamiento de los puntos altos. Esto tiende a evitar cargas pesadas que podrían ocasionar falla de metal.

Resistencia a la corrosión Los materiales de los metales de cojinete deben ser resistentes a la corrosión, porque algunos subproductos de la combustión pueden formar sustancias corrosivas.

Rapidez del desgaste E l material del meta! de cojinete debe ser lo suficientemente duro y tenaz para que no se desgaste con rapidez. Al mismo tiempo,


Fig. 9.11 Efecto de una partícula metálica incrustada en el metal del cojinete

debe ser lo bastante blando para tener buena capacidad para incrustación y conformabilidad.

Materiales para metales de cojineteEl respaldo del metal del cojinete suele ser de acero. El material de revestimiento es una combinación de varios metales mezclados o en aleación que dan la combinación deseada de características. Se puede emplear cobre, plomo, estaño, aluminio, antimonio, cadmio v plata y hay.muchas posibles combinaciones. E l diseñador selecciona la combinación más adecuada para el tipo de motor:

Los metales de'.cojinete antiguos se hacían con- una aleación de plomo y estaño, llamada babbitt o metal blanco. Los motores modernos usan cojinetes con alta capacidad de carga y. resistencia a la fatiga, por lo cual se han creado otras aleaciones: Las de plomo-bronce y. las de cobre-plomo tienen resistencia mucho mayor, pero tiende a producir desgaste de los muñones y además su conformabilidad y capacidadpara inscrustación son deficientes. Dependen de úna copiosa cantidad de aceite para arrastrar las partículas extrañas que puedan llegar al cojinete. Se encontró que al revestir estas aleaciones muy duras con una capa muy delgada de metal blanco se reduce ei desgaste y mejoran la conformabilidad y capacidad para incrustación. A partir de éstos se crearon los cojinetes con revestimiento que consisten en un respaldo o tapa de acero delgada y flexible, con una capa de 0.5 mm de cobre-plomo o aleación similar y un revestimiento de 0.02 mm de una aleación hecha con algunos de los siguientes metales: indio, plomo, estaño, cobre o antimonio. En algunos metales de cojinete también se emplea el aluminio.

Cargas en los metales de cojineteLos metales de cojinete se pueden construir para soportar cargas radiales, cargas de empuje o una combinación de cargas radiales y de empuje. Estos tres tipos de cargas se ilustran en la figura 9.12

Los metales de cojinetes principales y de biela de ' un cigüeñal son cojinetes lisos o sencillos destinados a recibir cargas radiales, que son las principales

c)

Fig. 9.12 Tipos de cargas aplicadas por el cigüeñal contra el cojinete:a) carga radial, (R), b) carga de . empuje ,(T),.c) radial- y empuje combinadas.

que se aplican al cigüeñal y cojinetes. Sin embargo, en el cigüeñal hay cierto empuje longitudinal y uno de- los cojinetcs.se debe, fabricar para recibir este

; .tipo de carga. - . ’ • ' • -.E l metal de cojinete'que se ilustra en la figura

9.10 es para muñón principal y recibe cargas radiales y de empuje. E l metal dél cojinete tiene cejas en cada extremo para recibir el empuje en cualquier- sentido. E l cigüeñal tiene caras de empuje correlativas en cada lado del. muñón en que se instala este cojinete.

En muchos motores se utilizan arillos o placas redondas de empuje separados, como el que se ilustra en la figura 9.2. Estos-.arillos se instalan en ranuras en cada lado del cojinete y se fijan en el apoyo o alma del bloque mediante lengüetas de guía.

E l cigüeñal recibe ciertos empujes longitudinales debido al funcionamiento del motor, la acción de los engranes de sincronización y otras acciones que tienden a mover el cigüeñal hacia el frente o hacia atrás. E l funcionamiento del embrague en algunos vehículos también puede aplicar carga de empuje.

Vibración y balanceo del motorHay tres causas principales de vibración en un motor. Los fabricantes las tienen en cuenta en su diseño e incluyen dispositivos de balanceo o equilibrio para reducirlas. Esas causas, son:

1. Vibración debida al desequilibrio (desbalanceo) de las partes rotatorias. La fuerza centrífuga actúa en todas las piezas cuando están en rotación y hay que balancearlas; esas piezas son el cigüeñal, el volante y el embrague.

re s p a ld o de i c o j in e te

pa r t ícu lam e tá l ica

h o lg u ra para

c ig ü e ñ a l

b a b i t i

el b a b b i t t es tá d e s p la z a d o p o r la pa r t ícu la y se ha e leva do a l re d e d o r de el la , lo cual reduce m u c h o o a n u la la h o lg u ra p a ra a ce i te en ese lugar .

C I G Ü E Ñ A L , C O J I N E T E S Y B A L A N C E O 101

2. Vibración debida a los impulsos de potencia de los pistones que hacen girar el cigüeñal; éste no gira a velocidad constante sino que está sujeto a los impulsos de potencia. Estos pueden ocasionar una vibración de tipo rotatorio que se conoce como vibración torsional.

3. Vibración debida a la inercia de las piezas de movimiento alternativo (reciprocante). Los pistones, en particular, producen una fuerza de inercia en las partes superior e inferior de su carrera, pues tratan de continuar su metimiento. Esto ocasiona una vibración vertical del cigüeñal y el motor.

Equilibrio (balanceo) de íss piezas rotatoriasCualquier pieza, tal como el cigüeñal, cuando está en rotación produce una fuerza centrífuga. Cuando gira a alta velocidad, el efecto de la fuerza centrífuga se vuelve más notorio y es importante equilibrarla (balancearla). Un árbol o eje recto paralelo o un volante también están sujetos a esta fuerza, pero no - hay efecto apreciable, porque estas piezas suelen estar balanceadas. Incluso así, los fabricantes comprueban y corrigen el balanceo de piezas rotatorias corno el volante y el embrague.

Se deben tener en cuenta los siguientes, factores • en relación con la fuerza centrífuga:

1. La fuerza centrífuga se debe a la rotación y. . tiene arrastre hacia fuera desde el centro del cuerpo en rotación. La fuerza centrífuga aumenta de acuerdo con la velocidad de rotación.

2. Se puede Considerar que la fuerza centrífuga en - una pieza rotatoria se compone de cierto número de fuerzas menores,, cada una de las cuales actúa en una zona pequeña de la pieza.

3. Guando la pieza está desbalanceada, estas fuerzas centrífugas pequeñas actúan de modo que se combinan para formar una fuerza mayor y entonces su efecto se vuelve notorio. Cuando la

pieza está balanceada, estas fuerzas pequeñas actúan de modo que se cancelan entre s: ; nc hay efecto notorio.

4. Cuanto más lejos esté una zona de un cuerpo desde su centro de rotación, mayor será el efec: de la fuerza centrífuga.En la figura 9.13 se muestra un disco que repre

senta un volante o una sección de una flecha. Ahora se necesita tener en cuenta los efectos antes mencionados de la fuerza centrífuga en relación con la rotación del disco.

En la figura 9.13a) el disco ilustrado es de configuración uniforme y la fuerza centrífuga actúa por igual en todas sus partes. P.or tanto, cuando gira el disco, la fuerza centrífuga no tendrá efecto notorio, pues todas las fuerzas que actúan sobre el disco están balanceadas. . -

En la figura 9.13/;) se ha agregado una masa al disco. La fuerza centrífuga se vuelve más apreciable, porque se ha creado una condición de desbalanceo. Cuando gira el disco, la fuerza centrífuga actuará hacia fuera desde 1a- masa. Este es el efecto que produce un muñón de biela en el cigüeñal.'.

En la figura 9.13c) se ha provisto una masa para balanceo. Esta masa es igual a la del muñón de biela pero está en el lado opuesto del disco; Ahora .se balancean las fuerzas resultantes'de la fuerza centrífuga. Este es el-efecto que se obtiene al incluir una masa de equilibrio’o balanceo (o contrapeso): en el cigüeña!.

Se puede ver que cuando el cigüeñal gira sobre sus cojinetes principales, la fuerza centrífuga actuará contra él, para producir una fuerza que es más efectiva en sus muñones. Esto, por tanto, establecerá una fuerza contra los cojinetes principales que ejercerá tracción hacia fuera en dirección al muñón cuando gira el cigüeñal. Este efecto se transmitirá al motor y aumentará con la velocidad, por lo cual ía fuerza arrastrará el motor y seguirá la acción del muñón de biela. Esto ocasiona vibración del motor.

-

Fig. 9.13 Fuerza centrífuga sobre el cigüeñal; a) no hay efecto de la fuerza centrífuga porque las fuerzas estánbalanceadas, b) la masa en el muñón de biela produce fuerza centrifuga, c) masa opuesta agregada para obtener balanceo.

1 0 2 M E C Á N I C A P A R A M O T O R E S D I E S E L

Para contrarrestar estos efectos, se balancea ei cigüeñal en la fábrica con la colocación de una masa de balanceo a 180° del muñón de biela. Esta masa crea una fuerza igual y opuesta a la producida por el muñón de biela, por lo cual las dos fuerzas se equilibran entre sí y se elimina la vibración.

En la figura 9.5 se ilustran las masas de equilibrio (contrapesos) para el cigüeñal de un motor de cuatro cilindros. Las almas del cigüeñal se han extendido más allá de los muñones principales para formar los contrapesos. Se ve que los muñones de biela en este cigüeñal son huecos; esto reduce su masa y los efectos de la fuerza centrífuga. Los muñones de biela huecos como éstos no reducen en forma apreciable la resistencia del cigüeñal; en realidad, masa por masa, un muñón hueco tendría mayor resistencia que uno macizo (Fig. 7.13).

Un cigüeñal para cuatro cilindros que funcionea baja velocidad requiere muy poco balanceo;el muñón de biela No. I se balanceó con el número 2, elnúmero 3 con el número 4. En ún cigüeñal que giraa alta velocidad, se requiere balanceo por separadode cada muñón de biela para contener las t uerzas enesa parte del cigüeñal y, por ello, en ocásiones, se •utilizan contrapesos separados en cada muñón de'biela- Además del balanceo de los.muñones de bie- • • • * . * rfla, los fabricantes también tienen en cuenta-la parte de la biela (alrededor de dos terceras-partes de su masa) que gira junto con el muñón y también inclu- ' yen esa masa en el contrapeso. El diseño de los motores modernos les permite alcanzar altas velocidades sin que se dañen por la vibración.

Balanceo para impulsos de potencia .La potencia de los cilindros del motor no se obtiene de manera uniforme. Cuando se traslapan los impulsos de potencia (en motores de seis y de ocho cilindros), hay ocasiones en que se entrega más potencia que en otras. Esto hace que el cigüeñal aumente y luego reduzca su velocidad. Sin embargo, el volante contrarresta esta tendencia, pues su inercia hace que el cigüeñal siga girando a velocidad constante. Por ello, el volante absorbe energía cuando el cigüeñal trata de aumentar su velocidad y la libera cuando el cigüeñal trata de reducir su velocidad.

En la figura 2.12 se ilustra el efecto de las carreras de potencia y cómo se traslapan en los motores de seis y de ocho cilindros. Hacia el final de la carrera se entrega menos potencia por lo que ésta se entrega como un impulso en vez de ser una carrera prolongada de potencia. Estos impulsos pueden ocasionar la vibración torsional del cigüeñal, es decir, el cigüeñal vibra en un sentido y otro cuando gira, porque cada impulso de potencia hace que se acelere un poco y, luego, desacelere ligeramente cuando ha cesado el impulso. Esto hace que el cigüeñal se “ enrrolle” y se “ desenrrolle” y produzca vibraciones. Estas vibraciones se amortiguan con el

amortiguador de vibración instalado en el frente del cigüeñal, cuya acción ya se describió.

Baianceo de piezas reciprocantesEl pistón y sus piezas correlativas son de movimiento reciprocante o alternativo, es decir se mueven hacia un lado y otro en línea recta y esto produce fuerzas que ocasionan vibraciones en el motor en sentido ascendente y descendente.

Considérese el movimiento del pistón durante una revolución del cigüeñal. A partir del PMS en donde el pistón está detenido un instante, la velocidad del mismo aumenta durante unos 90° de la rotación del cigüeñal y luego la velocidad decrece hasta que llega al PM I. Ahí ocurre otra detención momentánea antes de que invierta su movimiento y retorne a la parte superior del cilindro. Por tanto, en las partes superior e inferior del cilindro, en donde ocurre una inversión completa del movimiento, el pistón se debe detener un instante antes de que esa inversión pueda ocurrir.

Sin embargo, en las partes superior e inferior del cilindro, el pistón, debido a su inercia, trata de continuar su movimiento en vez de detenerse e invertir su sentido. Por tanto, cada vez que el. pistón llega a PMS o a PMI, se produce una' fuerza de inercia .'que causará una vibración en el motor. Este efecto aumenta con la velocidad del motor.

Las partes reciprocantes del motor son el pistón, los anillos y el perno de pistón, así como una parte de la biela que se puede considerar que sigue la acción del pistón en vez de la del cigüeñal. Esta parte de la biela equivale a alrededor de una tercera parte- de la masa de ella.

Todos los pistones y sus piezas correlativas en un motor de cilindros múltiples deben tenerla misma masa para que estén equilibrados o balanceados. No és difícil imaginarse las fuertes vibraciones que se producirían en un motor que tuviera, por ejemplo, un pistón de mayor masa que otro, pues este pistón produciría una fuerza de inercia mucho mayor.

Baianceo de un motorEs interesante considerar algunas de las características requeridas para balancear un motor de un cilindro. Como sólo hay un pistón, por supuesto, el contrapeso se colocará directamente opuesto al muñón de biela.

La figura 9.14 a) es un diagrama sencillo de un motor pequeño de un solo cilindro, con el muñón de biela acoplado con el volante. El volante controlará una gran cantidad de desbalanceo, pero se utiliza la masa de equilibrio (contrapeso) para balancear la masa del muñón de biela.

Cuando el motor está' funcionando, la fuerza centrifuga del contrapeso actuará hacia fuera en todo momento. Entonces, cuando el pistón llega a la parte superior de su carrera, la fuerza centrífuga

C I G Ü E Ñ A L , C O J I N E T E S Y B A L A N C E O 103

a) b)Fig. 9.14 La fuerza centrífuga de la masa de balanceo

(contrapeso) y la fuerza de inercia del pistón se igualan: a) en PMS, b) en PMI

del contrapeso actuará en sentido opuesto a la fuerza de inercia del pistón. Cuando el pistón llega al PM I, el volante habrá girado, con lo cual la fuerza centrífuga actuará de nuevo en sentido opuesto a la fuerza de inercia, como se ilustra en la figura 9.14 b).

Cuando el pistón se mueve hacia abajo en e.l cilindro, no hay fuerza de inercia apreciable, pero todavía está presenté la fuerza centrífuga que actúa en sentido lateral como se ilustra (Fig. 9.15). Esta fuerza, ahora, es indeseable y crea una condición de .desbalanceo. Entonces parecería que si todas las partes reciprocantes del motor de un cilindro se-' fueran á balancear por completo con Un contrape- • so, entonces las partes rotatorias quedarían desbalanceadas. Por ello, los fabricantes diseñan los contrapesos para un término medio. Por supuesto, un pistón con masa pequeña reduciría mucho la fuerza de inercia. Si el motor es de dos tiempos, las presiones de compresión ayudan a reducir las fuerzas de inercia. •

FCFig. 9.15 La fuerza centrífuga índeseada actúa en sentido

horizontal en la carrera ascendente y en la descendente. No hay fuerzas de inercia en el pistón en las posiciones ilustradas

M otores de c ilin d ro s m últip lesEn algunos motores de cilindros múltiples se emplea la fuerza de inercia de un pistón para balancear la de otro. En un motor de cuatro cilindros en línea, la fuerza de inercia del pistón No. I se balancearía con la del pistón No. 2 y la del No. 3 con la del No. 4.

Los cilindros horizontales opuestos se balancean entre sí. En la figura 9.16 a) se ilustra un motor con cilindros horizontales opuestos; en la figura 9.16 b) se ilustra un motor de dos cilindros en línea. Los cilindros opuestos producen fuerzas de inercia opuestas; en los cilindros en línea se produce una

a)

♦F

FtAvi/

b)

Fig. 9.16 Fuerzas ce inercia producidas en motores con cilindros gemelos. F representa las fuerzas de inercia: a) motor.horizontal opuesto, b) motor en línea.

acción oscilatoria. Cuando gira el cigüeñal, este motor tendrá tendencia a oscilar en torno a su punto medio. '• . En la figura 9.17 se ilustran dos cilindros de un motor en V a 90°. E l contrapeso común está opuesto, al muñón de biela común, con lo cual la fuerza centrífuga siempre actuar-á en el sentido requerido para oponerse a la fuerza de inercia y ocurre-en ambos pistones. La fuerza centrífuga indeseada en sentido horizontal en el motor de un cilindro (Fig. 9.15) se aprovecha con ventaja en un.motor en'V.

Ejes de balanceoEn algunos motores se utilizan ejes de equilibrio (balanceo). Son ejes que tienen masas de balanceo, colocados en el bloque paralelos al cigüeñal e impulsados por los engranes de sincronización. La finalidad de estos ejes es reducir las vibraciones verticales del motor porque producen sus propias fuerzas de inercia que se oponen a las fuerzas de inercia de los pistones y piezas correlativas. El eje se diseña de modo que se produzca una fuerza que contrarreste las fuerzas de inercia en PMS y en PMI. Los ejes de balanceo se impulsan al doble de la velocidad del cigüeñal para aumentar su efecto.

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Fig. 9.17 Dos cilindros de un motor V-8. Se muestra la fuerza de inercia en un pistón, balanceada por la fuerza centrífuga del contrapeso del cigüeñal


Preguntas para repaso1. Menciónense las diversas partes de un cigüeñal.2. ¿Qué significa un cigüeñal con siete cojinetes?3. ¿Cuántos cojinetes principales es probable que

tenga un motor V-8?4. ¿Por qué se utiliza un cojinete de empuje en uno

de los cojinetes principales?5. ¿Qué es el traslapo de los muñones de biela?6. ¿Por qué se utilizan los contrapesos?7. ¿Por qué se emplea un amortiguador de vibración?8. Compárense los dos tipos de amortiguadores

de vibración utilizados en los motores Diesel9. ¿Qué significa inercia?

ilO. ¿Qué es la fuerza centrífuga?11. ¿Por qué sedebe dejar holgura en los metales de

cojinete?

12. ¿Cuál es el posible efecto de la holgura excesiva en los cojinetes?

13. Descríbanse los diversos requisitos de los cojinetes del cigüeñal.

14. Expliqúense los diversos tipos de cargas a que pueden estar sometidos los cojinetes.

15. ¿Cuáles son algunos de los factores que podrían producir vibraciones en un motor?

16. ¿Cómo producen los impulsos de potencia las vibraciones en el motor'5

17. ¿Qué son los ejes de balanceo?18. Selecciónense las ilustraciones de dos motores

diferentes y compárense sus cigüeñales. ■

Fig. 9.18 Motor Mercedes para camión. Se ilustra la disposición interna de un motor en V. Los detalles que se pueden apreciar son: bielas con tapa de cojinete descentrada y caras divisorias ranuradas. el cigüeñal con^ contrapesos atornillados, los pistones con tres anillos; el superior de compresión es del !;po de cuña que se coloca en un inserto; las camisas de cilindros húmedas, el mecanismo de válvulas. :a ubicación del inyector en la culata de cilindros.

En el exterior, se pueden ver la bomba de inyección y los tubos para los inyectores: además el motor de arranque en el lado derecho del motor (izquierdo en la ilustración) y el enfriador ce aceite eni el lado izquierdo Mercei

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Servicio a! cigüeñaly cojinetes

v.»Los muñones del cigüeñal tienen superficies endurecidas mientras que los metales de los cojinetes tienen superficies de un material mucho más blando. Las.dos superficies están diseñadas para trabajar juntas á fin de producir fricción y desgáste míni-, mos cuando tienen lubricación adecuada. El desgaste que ocurre es principalmente en la superficie dei cojinete, que. está diseñada para ese fin. Los cojinetes (metales) se pueden reemplazar cuando sea necesario, lo cual es mucho más fácil y menos costoso que reacondicionar o reemplazar el cigüeñal que. tiene muñones gastados.

Sin embargo, los muñones del cigüeñal se pueden gastar, en particular por los cuerpos extraños e impurezas en el aceite. El desgaste o los daños podrían ser por mantenimiento deficiente o por condiciones anormales de funcionamiento del motor y las superficies de los muñones se pondrían ásperas y se escoriarían. Como resultado del funcionamiento normal durante largo tiempo, los muñones sufren conicidad y también ovalación. Durante el reacondicionamiento dei motor hay que inspeccionar el cigüeñal y medir los muñones.

inspección deí cigüeña!Hay que hacer una inspección visual y ver si el cigüeñal tiene desgaste o daños antes de medir el desgaste en los muñones. Hay que inspeccionar si los muñones tienen escoriación o señales de decoloración por sobrecalentamiento. Hay que examinar las superficies en que actúan los sellos de aceite para determinar que estén en buenas condiciones, sin desgaste ni ranuras.

Se debe comprobar si el cigüeñal tiene grietas, por medio de un detector magnético de grietas. En la figura 10.1 se ilustran las partes del cigüeñal en donde empezaría una falla por fatiga y que se nota por grietas diminutas. Es más probable que ocurran

Fig. 10.1 Grietas por falla por fatiga en un muñón de cigüeñal-

las grietas en la intersección del muñón y el alma en la zona de los filetes y al rededor de los agu jeros para aceite. Por esta razón se hacen los filetes en los extremos de los muñones y los agujeros para aceite tienen sus bordes redondeados.

Aunque una rotura del cigüeña! es poco común, se debe efectuar una inspección y verificación completas del cigüeñal durante el reacondicionamiento del motor.

Medición de ios muñonesHay que medir con precisión los muñones con un mi- crómetro de exteriores para determinar si hay ovalación y conicidad (Fig. 10.2). Para medir si hay conicidad, las lecturas se deben hacer en cada extremo del muñón. La conicidad permisible varía un poco según la marca de motor, pero la especificación promedio es alrededor de 0.04 mm para los muñones de biela y de 0.05 para los muñones principales. Las lecturas para la ovalación (excentricidad i

10 6

Fig. 10.2 Medición de muñones del cigüeñal; A contra B = conicidad vertical; C contra D = conicidad horizontal; A contra C = ovalación; B contra D = ovalación

se deben tomar alrededor del diámetro del muñón en diversos lugares como se ilustra en la figura. La ovalación permisible promedio es de 0.08 mm para los muñones de.biela y de 0.10 mm para los muñones principales.

El desgastc-en los muñones de biela suele ser mayor que en .los principales. La carga en los muñones y cojinetes principales es casi constante, pero las cargas en los muñones y cojinetes de biela no lo son y son mayores cerca de las posiciones de los pistones en el PMS y en el. PM I. -

Reacondidonamiento de los muñones ,- •

Si' los muñones tienen ovalación o conicidad que excedan de los límites especificados o si están ásperos,' rayados, picados o con otros daños, se deben rectificar a bajo medida (menor medida) para instalar cojinetes de bajo medida. Están disponibles en bajo medidas de'0.05 mm, 0.25 mm, 0.50 mm y 0,75 mm, pero varían según la marca del motor.

Rectificación del cigüeñalSe utiliza una rectificadora especial para los muñones del cigüeñal. En la figura 10.3 se ilustra un cigüeñal montado en una rectificadora, mientras se rectifica el cojinete principal central. La rectificadora tiene mandriles ajustables para soportar cada extremo del cigüeñal y permitir ubicarlo con precisión para rectificar los muñones de biela. Hay que

hacer girar el muñón de biela contra la rueda abrasiva durante la rectificación. Los mandriles o mordazas que soportan el cigüeñal permiten colocarlo de modo que el muñón de biela gire sobre su propio eje, mientras el resto del cigüeñal está desplazado del centro.

La rueda abrasiva se debe rectificar con precisión, pero deja una “ pelusa” muy fina en las superficies rectificadas. Para eliminarla, se efectúa un pulimento final para producir una superficie con un buen acabado.

Limpieza dei cigüeñasDespués de rectificar o siempre que se desmonte el cigüeñal del motor, hay que limpiarlo minuciosamente con un disolvente, en particular los agujeros y conductos para aceite. Recuérdese que cualquier residuo de abrasivo en un conducto para aceite podría llegar hasta las superficies de apoyo y cojinetes y ocasionar falla prematura de los cojinetes. Inmediatamente después de limpiar, hay qué aplicar aceite en todas las superficies para cojinete a fin de impedir la.herrumbre.

• • »

Restauración de! cigüeñal'Los muñones que están dañados o escoriados hasta el grado de necesitar rectificación excesiva, se pueden restaurar mediante la reconstrucción.o enmeta- lado del muñón con soldadura. Hay una máquina especial, en la'cual se puede montar y hacer girar el cigüeñal durante la aplicación de soldadura. Se utiliza un proceso especial de soldadura en el cual la pieza que se va a soldar y el alambre están cubiertos por gas inerte; el alambre tiene avance automático

' desde un rollo en la parte trasera de la máquina. La cabeza para soldadura está dispuesta en un mecanismo móvil para que pueda viajar a lo largo dei muñón. Con ello, durante el trabajó, el cigüeñal gira mientras la cabeza para soldadura se mueve a lo largo del muñón y deposita la soldadura en forma de un cordón continuo a lo largo del muñón mientras se hace girar el cigüeñal, como se ilustra en la figura 10.4.

M E C Á N I C A P A R A M O T O R E S D I E S E L

Fig. 10.3 Máquina rectificadora de cigüeñales

S E R V I C I O A L C I G Ü E Ñ A L Y C O J I N E T E S 10 7

Fig. 10.4 Restauración del cigüeñal

Después de haber aplicado suficiente metal de soldadura en el muñón para restaurarlo, se rectifica a la medida estándar.

Una técnica que se utiliza para restaurar muñones dañados y otras superficies se conoce como cromado duro. Es un proceso'de'recubrimiento electrolítico con el cual se electrodeposita una capa de cromo en el muñón para restaurarle su tamaño original. Se reviste el muñón a una sobremed.ida 'y luego se rectifica a la medida estándar.

Este proceso se puede utilizaren piezas nuevas o gastadas. La capa de cromo depositada se puede controlar con precisión y su espesor puede ser.de apenas 0.02 mm. Una capa de este espesor es una excelente superficie de trabajo para un cojinete y se' emplea en muchas aplicaciones además de los cigüeñales.

Servicio a los cojinetes del cigüeñalLos motores Diesel tienen metales de cojinete de inserción precisa, acabados con gran exactitud en la fábrica, y no requieren ningún ajuste para instalarlos en el motor. Cuando los metales de cojinete están gastados, los cojinetes de repuesto, bien instalados, restaurarán la holgura en los cojinetes. Por supuesto, esto es' sólo cuando los muñones del cigüeñal están en buenas condiciones y dentro de especificaciones.

Comprobación de holgura de cojinetesEl ajuste de los cojinetes del cigüeñal se puede comprobar en tres formas: con Plastigagé, con laminillas o con un calibrador telescopiable y micróme- tro. El espesor del metal de cojinete se puede determinar con un micrómetro y un tramo de barra redonda (Fig. 10.5).

Fig. 10.5 Empleo de un micrómetro y una barra pulida para medir el espesor de un metal de cojinete

Empleo del PlastigagéEl Plastigagé es un material plástico que viene en tiras y que se aplana cuando se le aplica presión. Se coloca una tira en la tapa del cojinete, se instala la tapa y se aprietan las tuercas a ¡a torsión especificada. Se quita la tapa y se mide la anchura de ia tira aplanada. Si el Plastigagé sólo se ha aplanado iige- ramente,.es'que las holguras-son grandes. Si se ha aplanado én forma considerable,, las-holguras son. pequeñas. La holgura real se mide-con una escala especial incluida en el sobre del Plastigagé (Fig.IQ-6).

La escala impresa en el sobre tiene bandas de diferentes anchuras marcadas con Una serie de holguras para cojinetes, por ejemplo, 0.02 mm, 0.03 mm, etc. Se coloca la escala contra el Plastigagé aplanado para comprobar su anchura, como se ilustra, y determinar la holgura en el cojinete.

Hay que limpiar todo el aceite de las tapas y muñones, antes de colocar el Plastigagé. Nunca se debe hacer girar el cigüeñal mientras está colocado el Plastigagé y las tuercas de biela están apretadas.

a) b)

Fig. 10.6 Medición de holgura de cojinetes conPlastigagé: a) Plastigagé colocado antes de apretar la tapa, b) medición del aplanamiento (holgura para cojinete) con la escala del sobre

metal de cojinete de biela

micrómetrobarra

escala én el sobre

Plastigagé

108 M E C Á N I C A P A R A M O T O R E S D I E S E L

Esto lo aplanaría demasiado y se alterarían las mediciones de holgura.

Comprobación d e h o lg u ra de cojinetes principalesAunque se utilizan procedimientos similares en los cojinetes principales y de biela, hay factores exclusivos para los principales, los cuales se pueden comprobar como sigue:

Con PiastigageLimpíese todo el aceite del muñón y de los metales de cojinete. Coloqúese una lira de Plastigagé en el centro y a lo ancho de la tapa; instálese y apriétese la tapa. Después, quítese la tapa y mídase la can tidad que se ha aplanado el Plastigagé. Nunca se debe hacer girar el cigüeñal mientras está colocado el Plastigagé.

El cigüeñal debe estar soportado de modo que su masa no -lo haga que se ladee y se tenga una medición incorrecta.-Una forma de hacerlo es colo- -car un gato pequeño debajo del cigüeñal de modo que apoye contra el alma contigua el cojinete que se va a comprobar. Otro método es colocar laminillas (lainas) en las.tapas de dos-cojinetes principales contiguos y apretar los tornillos de 'las tapas. Con. :esto se eleva y se soporta el cigüeñal. Esto'no esnecesario si el motor esta, desmontado del vehículo y en posición invertida.

Con laminillas (lainas).Quítese la tapa.del cojinete y coloqúese un tramo de laminilla (laina) del tamaño y espesor correctos en

. la tapa del cojinete (Fig. 10.7). Apliqúese una capa delgada de aceite a la laminilla. Instálese la tapa y apriétense los tornillos en forma gradual, a la torsión especificada. Obsérvese si'el cigüeñal se mueve con facilidad.

Nunca se debe hacer girar el cigüeñal porque se dañarán los metales de cojinete. En vez de ello, determínese si se puede mover unos 25 mm hacia el frente y atrás.

Si el cigüeñal está trabado o tiene un rozamiento notorio, la holgura en los cojinetes es menor al espesor de las laminillas. Si está libre, se debe poner un espesor adicional de laminilla encima de la ya colocada y volver a comprobar la facilidad de movimiento del cigüeñal. La holgura, por lo generad- debe ser de alrededor de 0.05 mm; consúltense las especificaciones exactas en el manual de taller del fabricante.

Se debe tener cuidado si se utiliza este método para comprobar la holgura en los cojinetes. Las laminillas son mucho más duras que el metal del cojinete y si están apretadas en exceso entre el metal de cojinete y el muñón, se dañará el metal.

Con micrómetroPara medir los muñones y.cojinetes principales hay que desmontar el cigüeña! del motor "y volver a instalar los metales de cojinete.

Se emplea un micrómetro de exteriores para medir el diámetro de los muñones y'se utiliza un micrómetro para interiores (o un calibrador telés- .copiable y un micrómetro de exteriores) para medir el diámetro del cojinete principal. Para hacer esta •medición, el cojinete y la tapa deben estar instalados y los tornillos de la tapa apretados a la torsión especificada para obtener mediciones exactas.

El diámetro del muñón del cigüeñal y el del cojinete se pueden comparar al determinar la diferencia, o sea la holgura en el cojinete,'A la vez que se mide el diámetro del muñón, también se puede comprobar si* hay ovalación.y conicidad.

La lectura del micrómetro de interiores se debe transferir al de exteriores para medirla, como se ilustra en la figura 10.8 a fin de tener exactitud al determinar la holgura en los cojinetes.

Comprobación de holgura de cojinetes de bielaLos métodos para comprobar la holgura en los cojinetes de biela son similares a los de los cojinetes principales, pero hay ciertos aspectos particulares.

Con PlastigagéHay que limpiar el aceite de la tapa y muñón del cojinete antes de colocar el Plastigagé; gírese el

Fig. 10.7 Comprobación de holgura de cojineteprincipal con calibrador de hojas: 1 calibrador de hojas, 2 tapa de cojinete

Fig. 10.8 Método para transferir las lecturas del micrómetro o calibrador de interiores al micrómetro de exteriores

S E R V I C I O A L C I G Ü E Ñ A L Y C O J I N E T E S 10 9

cigüeñal de modo que el muñón de biela quede unos 30° antes de PMI. Se coloca el Plastigagé en la tapa del cojinete, se instala y se aprietan las tuercas a especificación. Nunca se debe mover el cigüeñal cuando la tapa está apretada porque se aplanaría más el Plastigagé y se tendría una medición incorrecta de la holgura.

Quítese la tapa y mídase la anchura del Plastiga- ge aplanado con la escala del sobre para determinar la holgura.

Con laminillas (lainas)Lubríquese una tira de laminilla (laina) y coloqúese transversal en el centro de la tapa de cojinete; instálese la tapa y apriétense ligeramente las tuercas. Determínese la facilidad del movimiento lateral de la biela en el muñón. Si se mueve con facilidad, apriétense un poco más las tuercas y repítase la comprobación. Repítase hasta que las tuercas estén apretadas a la torsión especificada o hasta que la biela quede muy apretada en el muñón. Si se aprieta la biela,-la holgura es menor que el espesor de la laminilla. Si la biela no se aprieta entonces la holgura es mayor que el espesor de la laminilla. En este último caso, coloqúese una tira adicional de laminilla encima déla ya colocada,y repítase la c.omproba.- ción. Si la biela.todavía no-queda apretada, pónganse laminillas adicionales hasta que se determine la holgura real én el cojinete.

Con micrómetroMídase el diámetro del muñón dé biela con. un micrómetro. Mídase el diámetro de la cavidad para el cojinete con un calibrador telescopiable y micró- metró o con un micrómetro.de interiores y compárense las dos medidas para determinar la diferencia o sea la holgura en el cojinete. Al mismo tiempo, se puede comprobar si el muñón tiene ovalación o conicidad.

instalación de nuevos metales de cojineteSi los metales de cojinetes principales o de biela están dañados o gastados al grado de que las holguras son excesivas, se deben instalar nuevos metales. También se requieren si se han rectificado los muñones a una bajo medida; en este caso, se necesitan metales de bajo medida. Además, se acostumbra reemplazar los metales de cojinete cuando se desarma un motor, sin que importe que los metales viejos parezcan estar en buenas condiciones.

Cuando se van a instalar metales de cojinete nuevo, las manos, el banco de trabajo, las herramientas y todas las piezas del motor deben estar limpios. Los metales nuevos se deben dejar en su empaque hasta el momento de instalarlos; hay que manejarlos con cuidado y limpiarlos con un trapo limpio justo antes de instalarlos. Las cavidades en que se van a instalar ios metales deben estar limpias y hay que aceitar los metales.

Los metales de cojinete tienen lengüetas de cierre que acoplan en muescas en Lt iúi. e! cigüeñal del bloque, ténganse en c.:.t.::-. - ; ~.r.- tarios que aparecen más adelante respr : - L . - r-- tura y la compresión o “ aplastamien: ... . :e- tales. La holgura en los cojinetes se puede, - . - después de la instalación.

No trate de limar la tapa del cojinete para c gir la holgura excesiva. Esto anula la relación : r _. - nal entre la tapa y la biela o entre la tapa y el alma apoyo en el bloque y se producirán cavidades ovaladas que ocasionarán falla prematura de cojinetes.

Abertura de cojinetesLos metales de cojinete se suelen fabricar con una abertura en sus extremos, es decir el diámetro del metal es un-poco mayor que el diámetro de la cavidad en que se instalará (Fig. 10.9). Cuando se instala el metal en la tapa o en la biela, entrará á. presión a su lugar y se mantendrá en su asiento durante las operaciones posteriores para armar.

CompresiónPara que el metal de cojinete quede sujeto con Firmeza en la cavidad cuando se instala la tapa, tienen compresión'(apfetamiénto o aplastamiento), (Fig. 10.9). Esta compresión denota la distancia.que sobresale el bardé del metal encima de la línea divisoria en la cavidad o‘en la tapa para cojinete. Esta altura adicional.se debe “ comprimir” al instalar la tapa;-no daña el metal de cojinete si es la distancia correcta pero obliga a los metales a asentar contra la cavidad y la tapa con firmeza y sin juego.Noía: No se limen ios bordes de los metales de cojinete para tratar de quitarles la compresión. Los metales de cojinete recomendados por el fabricante del motor tendrán la compresión correcta. No hay que alterar, en forma alguna, los metales de inserción precisa para tratar de “ ajustarlos” .

instalación de metales de cojinete de bielaSe deben seguir los procedimientos antes descritos para instalar metales de cojinete nuevos. Los metales de las bielas se pueden, reemplazar con el cigüeñal, pistones y bielas instalados aunque, por lo

la altura adicional do la mitad dei metal produce la compresión al instalar

diámetro de ('/cavidad en biela

o tapa

abertura de cojinetetapa de cojinete o cavidad en ei bloque o en la biela

a)

Fig, 10.8 a) Abertura de cojinete, h) Compresión de: metal


nu mero del cilindro

sssss»

Fig. 10.11 Alineación de cavidades para cojinetes principales en el bloque: 1 línea real de centro, 2 línea de centro de cavidades desalineadas Repc o

Fig. 10.10 Números de identificación en la biela y en la' tapa

general, se han desmontado los pistones y bielas por alguna otra razón.

Las bielas y las tapas están numerados para indicar el cilindro al cual corresponden. Hay que armar la biela y la tapa con los números en el mismo lado (Fig. 10.10). Los tornillos o tuercas de la tapa se deben apretar a la torsión especificada. Cuando se emplean cuatro tornillos, hay que apretarlos “ en cruz” , en dos o más pasos.- En el primero, más o ' menos, a la mitad de la torsión especificada'y en el

. segundo'a la torsión total especificada.

Cavidad en ¡a.biela ' _ -La cavidad en la biela debe estar redonda y sin ovalación pues ésta ocurriría si la biela está dañada. El método para la comprobación se describe en “ Bielas” , en el capítulo 12 y se ilustra en ía figura 12.6 .

. Reemplazo cié metales de cojinetes principalesAunque por lo general el motor está desarmado cuando se reemplazan los metales de cojinetes principales, también se pueden reemplazar en algunos motores con el cigüeñal instalado, siempre y cuando los muñones principales no estén gastados ni escoriados.

Flay que aflojar una o dos vueltas los tornillos de todas las tapas de cojinetes principales, para tener espacio entre el muñón y la cavidad o bancada en que está el metal superior de cojinete.

Empiécese por un extremo del cigüeñal y quítese la tapa del cojinete principal. Para sacar el metal superior se lo puede empujar alrededor del cigüeñal con una pieza metálica delgada. Hay que empujar el metal por el lado opuesto a la lengüeta de guía. Luego, se instala la tapa para soportar el cigüeñal antes de pasar al siguiente cojinete.

Para instalar el metal superior nuevo, hay que cubrirlo con aceite para motor. Cerciórese de que la cavidad o asiento para el metal en el bloque esté limpia y deslícese el metal a su lugar. Compruébese que la lengüeta del metal asienta en la muesca o ranura en el bloque. Póngase la mitad inferior del

metal de cojinete en la tapa. Instálese la tapa y apriétense los tornillos o tuercas a la torsión especificada. Mientras se aprieta, dénse unos golpecitos en la tapa con un martillo de latón para ayudar a alinear los metales.

Cuando se reemplazan los metales de cojinete en esa forma, hay que trabajar con absoluta limpieza. Desafortunadamente, no-se puede ver cómo quedó colocado el meta! en la cavidad después de instalarlo; por ello, se debe tener mucho cuidado al armar. El método preferido para reemplazar los metales de cojinetes principales es con el motor desarmado y el cigüeñal desmontado.

' * . •

Alineación de cojinetes y cavidadesDespués de muchos miles de kilómetros de funck> namiento del motor, puede ocurrir'1.a combadura de todo el bloque. Esto ocasiona'desalineación de las cavidades para cojinetes (Fig. 10.11). Durante el reacondicionamiento del motor, se puede comprobar y si hay desalineación, se pueden instalar metales de cojinete semiacabados y maquinarlos en línea. El maquinado o mandrilado en línea consiste en montar una barra mandriladora que tiene cortadores o buriles, en el bloque, para maquinar en línea todos los cojinetes.

Para comprobar la redondez de las cavidades para cojinetes del cigüeñal, hay que desmontar el cigüeñal y los cojinetes, limpiar las qavidades, colocar las tapas en su lugar y apretar sus tornillos o tuercas a la torsión especificada. Se puede utilizar un micrómetro para determinar si hay ovalación (Fig. 10.12). Si las cavidades están ovaladas, hay

Fig. 10.12 Medición de la cavidad para cc;ineteprincipal con micrómetro de interiores R epc o

S E R V I C I O A L C I G Ü E Ñ A L Y C O J I N E T E S 111

que maquinar el bloque y las tapas con una máquina especial.

Instalación del cigüeñalPara instalar el cigüeñal, hay que invertir el bloque en el caballete de reparación o en el banco de trabajo. Se instalan y lubrican las mitades superiores de los metales de cojinete en sus cavidades en las almas o apoyos. Luego, se baja el cigüeñal con todo cuidado de modo que los muñones apoyen en los metales de cojinete. Ahora, se instalan las arandelas de empuje en sus ranuras en las almas del bloque de cilindros.

Se instalan las mitades inferiores de los metales en las tapas y se lubrican. Después, se instala cada tapa en su lugar especifico en cada muñón.

Instalación de tapas de cojinetesLas tapas de cojinetes principales tienen un número de identificación y no se pueden intercambiar; hay que instalarlas en su lugar original. Las tapas se alinean en su lugar por medio de espigas o con escalones maquinados en los apoyos en el bloque en donde ajusta la tapa con exactitud. Esto asegura que la. tapa está en su sitio correcto para mantener concéntrica la cavidad.

- Hay que apretar lós tornillos de las tapas a la torsión especificada. EJ orden normal para apretar suele ser a partir del cojinete principal central y luego, en forma alternada, hacia los extremos, como se ilustra en la figura 10.13. Conforme se aprieta . hay que hacer girar el cigüeñal para comprobar que no se traba'. Unos golpecitos contra los lados de la tapa con un martillo blando ayudarán a alinear las tapas.

* Comprobación de juego longitudinal del cigüeñalEl juego longitudinal del cigüeñal puede ser excesivo si se han gastado las caras o las arandelas de empuje en los cojinetes principales. La holgura máxima entre el cojinete o arandela de empuje y las caras de empuje del cigüeñal debe ser de 0.40 mm máximo. Se puede comprobar en dos formas: con calibrador de hojas o con micrómetro de carátula.

En la figura 10.14 se ilustra el método con calibrador de hojas. Se utiliza una palanca para empujar el cigüeñal lo más posible hacia un extremo;

- 10.13 Orden para apretar tornillos de tapas decojinetes principales Isuzu

Fig. 10.14 Comprobación de juego longitud - a delcigüeñal con calibrador de hojas: 1 paianca,

. 2-cairbrador de hojas, ' • » * * • • •

• * •

luego se mide la holgura éntre el cigüeñal.y los cojinetes de empuje con el'calibrador de hojas. En el motor de la figura 10.14, el cojinete de empuje es el principal trasero; en. otros motores el cojinete de empuje es el central o el delantero.

l?ara emplear el micrómetro de carátula, se monta en el bloque con el botón contra la cara del volante o la brida para el.volante. Se empuja el cigüeñal con una palanca hacia la parte trasera y se pone el micrómetro en cero. Después, se empuja el cigüeñal hacia el frente y la lectura del micrómetro es la del juego longitudinal.

Sellos de aceite del cigüeñalLa eficacia de los sellos de aceite en cada extremo del cigüeñal depende no sólo de las condiciones de los propios sellos, sino también de la superficie en que trabaja el sello. En algunos motores, se utiliza un manguito (camisa) reemplazable en la parte trasera del cigüeñal; si está gastada se desmonta y se instala una nueva para restaurar las condiciones de esa parte del cigüeñal.

En muchos motores se utilizan sellos de! tipo de pestaña o “ labio” (Fig. 10.15) en los extremos delantero y trasero del cigüeñal, pero a veces se utilizan sellos del tipo de mecha (Fig. 10.16) en el cojinete principal trasero. Cuando se reemplazan los metales de cojinete o si hay fugas excesivas por el cojinete principal trasero, hay que reemplazar el sello de aceite.

Para instalar un sello nuevo, éste y sus superficies de sellamiento deben estar bien lubricados.

11 2 M E C Á N I C A P A R A M O T O R E S D I E S E L

Fig. 10.15 Sello trasero de aceite de! cigüeñal en el retén. En el inserto se muestra cómo se puede cambiar de lugar el sello en el retén cuando se desgasta l-a superficie del cigüeñal

P e r k in s

Fig. 10.16 Instalación del sello de aceite del cojinete principal trasero en el bloque con una herramienta especial

F o ro

Esto ayudará a evitar daños al sello durante la instalación y también que funcione en seco y se dañe al poner en marcha el motor. La instalación de los sellos del tipo de pestaña se facilita con un instalador especial que es un manguito cónico que permite que el sello se expanda al deslizado a su lugar en el manguito y en el cigüeñal.

El procedimiento para reemplazo varía según el tipo de motor. En algunos motores que tienen sellos de aceite del tipo dividido, hay que desmontar' el cigüeñal y utilizar un instalador o compresor especial para sellos para colocar el sello nuevo en el bloque. Después, se recortan las puntas del sello al ras con el bloque como se ilustra en la figura 30.16. Para cambiar la mitad del sello en la tapa, se quita ésta, se cambia el sello y se lo recorta al ras. En otros motores, por ejemplo en los que tienen sellos del tipo de pestaña, no hay que desmontar el cigüeñal; se desmonta el volante para tener acceso al retén del sello. Con esto, se pueden sacar los tornillos del retén para reemplazar el sello. .

Prueba de fugas de aceite por los cojinetesLas holguras en los .cojinetes, principales y de biela se pueden determinar con un probador de fugas de aceite por los cojinetes, que se puede emplear para- determinar posibles fallas en los cojinetes o en el sistema de lubricación, del motor; instalado en.

•

el vehículo, pero con el depósito de aceite desmontado, o también se puede emplear para probar los cojinetes y cebar y cargar el sistema de lubricación del motor después de armarlo.'

El probador consiste en un tanque que contiene aceite a presión, que se conecta con una manguera, en la galería principal de aceite del motor. La presión en el tanque, que es de unos 170 kPa se produce con aire comprimido, de modo que el aceite salga del tanque y pase por la manguera a lá galería y a los diversos conductos para lubricación en el motor.

Si los cojinetes están gastados, tendrán fugas considerables de aceite; además, aumentan el consumo de aceite porque lo dejanvpasar en mayor cantidad. Un cojinete normal tendrá fugas a razón de 20 a 150 gotas de aceite por minutó,; si son más, el cojinete está gastado. Si salen menos de 2.0 gotas por minuto, es que la holgura en el cojinete es muypequeña o el conducto para aceite está obstruido.•í ata - v-Nota: Cuando los agujeros de los conductos para aceite en el cigüeñal y en los metales de cojinete quedan alineados, se expulsará una considerable cantidad de aceite por ese cojinete, lo cual puede parecer desgaste excesivo. En tal caso, hay que girar el cigüeñal para desalinear los agujeros para aceite.

Análisis de faüas de cojinetes

Falla del metal por falta de aceite (Fig. 10.17)Cuando no llega suficiente aceiie a un cojinete, ocurre contacto de metal con metal. El cojinete se

S E R V I C I O A L C I G Ü E Ñ A L Y C O J I N E T E S 113

sobrecalienta y el revestimiento se funde o es arrastrado del metal de cojinete. Se forman soldaduras entre el muñón y el metal del cojinete. Hay incluso la posibilidad de que se rompa una biela y*atraviese la pared del bloque.

El agotamiento de aceite para un cojinete puede ser por conductos obstruidos, bomba o regulador de presión de aceite deficientes o falta de aceite en el depósito. Además, si otros cojinetes tienen una holgura excesiva, pueden dejar pasar todo el aceite de la bomba y en algunos habrá escasez o agotamiento y se producirá la falla.

anlifricción arrastrada

Fig. 10.17 Falla del metal por falta de aceite Ford

Falla por fatiga del cojinete (Fig, 10.18) 'La aplicación repetida de cargas en un cojinete; a la ' •

. larga, ocasionará Talla por fatiga del metal, que ■' empieza a agrietarse y a producir escamas. Se forman cráteres o cavidades en el metal. Conforme se pierde más y más metal, el resto está más esforzado y se fatiga más pronto. A final de cuentas, ocurre la falla total.del metal de cojinete. - ■ '

Hay. ciertas condiciones que.ocasionarán este tipo de falla. Por ejemplo, si un muñón está ovalado por desgaste, el metal de cojinete estará sobrefor- zado en cada revolución del cigüeñal. Además, sise hace trabajar el motor a su máxima torsión (par) con todo el acelerador metido en condiciones de ' carga pesada (o sea lo que se le llama “ forzar” el motor), entonces la mitad superior del cojinete de biela sufrirá la fatiga. El funcionamiento a alta velocidad ocasionará la falla por fatiga de la mitad inferior del cojinete.

cráteres o cavidades

Metal del cojinete raspado por cueroos extraños en el aceitefF ig. 10.15jLa propiedad de facilidad de incrusíacrir. : ere vamiento protege al metal de cojinete porque permite que se incrusten partículas, que noarra_-:rir el metal ni rasparán el muñón del cigüeñal. Er. ligura 9.I I se ilustra, en forma exagerada, lo q jt ocurre cuando se incrusta una partícula. Se empuja al metal hacia arriba alrededor de la partícula y se reduce el espacio para aceite en esa zona. Por lo general, el motor puede Huir hacia lucra lo suficiente para restaurar la holgura para aceite. Sin embargo, si las partículas de mugre son muy grandes, no se incrustarán por completo y las arrastrará el muñón en rotación y se raspará el metal del cojinete. Además, si el aceite está muy sucio, habrá exceso de partículas en el metal. En cualquier caso, la falla del cojinete ocurrirá muy pronto.

rayones mugre incrustadaen el metal

Fig. 10.19 Mugre incrustada en el metal • Ford

Falla del cojinete por montaje en el radio (Fig. 10.20) ■ .Si el radio o filete entre el muñón y el alma del cigüeñal es muy grande, el borde del cojinete se montará en ese radio o filete. Esto hace que el cojinete se apriete, y resulte un asentamiento muy pobre, fatiga rápida y falla prematura. Este problema surge más fácilmente cuando se ha rectificado el cigüeñal y no se tomó cuidado en dejar el radio adecuado.

J

montaje en el radio raspaduras

Fig. 10.18 Falla del metal por fatiga F o r dFig. 10.20 Falla del co jine te por m ontaje en el radio o

filete ford


Falla del cojinete debida a muñón cónico (Fig. 10.21)Si el muñón está cónico, un lado del metal de cojinete soportará casi toda la carga; ese lado se sobrecalentará y se desprenderá el metal antifricción. No hay que confundir este tipo de falla con la que produciría una biela doblada. Si el muñón está cónico, ambas mitades del metal fallarán en el mismo lado. Si la biela está doblada, la falla será en lados opuestos.

baño antifricción arrastrado totalmente

Fig. 10.21 Falla dei metal por muñón cónico Ford

Esto se puede deber a las condiciones particulares de funcionamiento, tales como sobrevelocidad del motor. También lo puede ocasionar la rectificación incorrecta, con curvaturas muy agudas (radios muy pequeños) en los filetes de los muñones o por algún factor mecánico relacionado con el cigüeñal.

Los factores mecánicos relacionados con la rotura del cigüeñal son: amortiguador de vibración dañado o que no funciona y permite que se produzcan vibraciones torsionáles excesivas en el cigüeñal; instalación incorrecta de tapas de cojinete principal que dejan el cigüeñal sin soportar y dejan que se flexione con los impulsos de potencia; desalineación de las cavidades para cojinetes principales que permite dobladura del cigüeñal; desalineación entre el volante, la cubierta del volante o la transmisión acoplada al volante. En la mayor parte de los casos, la razón de la rotura es la flexión o dobladura. El cigüeñal está proyectado para soportar las cargas torsionáles y los cojinetes soportan la mayor parte de las cargas que ocasionan flexión. Si llega a ocurrir la rotura del cigüeñal se debe sospechar que fue por causas mecánicas que produjeron vibración o flexión excesivas del cigüeñal.

Falla del cojinete por mal asentamiento ■ en la cavidad (Fig. 10.22)

%

El asentamiento deficiente del metal del cojinete en la cavidad, producirá puntos altos en donde las holguras para aceite serán muy pequeñas. Las partículas de mugre entre el metal y la cavidad no'sólo reducen la holgura para aceite, sino que también forman un espacio de aire que impide el enfriamiento adecuado del metal. Esto producirá falla prematura de los cojinetes.

secciones brillantes .

Fig. 10.22 Respaldo de acero del cojinete que muestra el efecto de asentamiento deficiente en la cavidad Ford

Rotura del cigüeña!Los daños en el cigüeñal suelen ocurrir sólo en los muñones, pero a veces ocurre la rotura del cigüeñal.

.Alineación cié! volante y cubierta de! volante .•La alineación de la cubierta del volante y.la desviación del volante se pueden comprobar con un micrómetro de carátula (Fig. 10.23). Para comprobar la cubierta del volante .«), se monta el micrómetro en el volante con el botón contra la cara de la cubierta. Para determinar la desalineación de la cara se hace girar, el volante con lentitud y se'toman lecturas en cuatro lugares:' en la parte superior, en la inferior y en cada lado.

La desviación o excentricidad de la cubierta se puede comprobar en forma similar, pero con el botón del micrómetro contra el interior de la brida de la cubierta. Al hacer girar el volante se podrán leer las variaciones en el micrómetro. Hay que tener en cuenta la holgura para cojinetes en las posiciones superior e inferior.

La desviación del volante se puede comprobar con el micrómetro de carátula montado como se ilustra en la figura 10.23/?). Se deben tomar cuatro lecturas, a 90° una de la otra. Para comprobar diferentes partes del volante, se puede colocar el botón del micrómetro contra la cara del volante o dentro de la cavidad para el cojinete de guía (piloto) en el centro del volante.

En cualquier caso, mientras se toman las lecturas, hay que mantener el cigüeñal empujado con firmeza en un sentido contra sus cojinetes de empuje; en otra forma, se tendrán lecturas falsas.

SERV IC IO AL C IGÜEÑAL Y C O JIN ETESi

115

b)

Fig. 10.23 Comprobación de desviación del volante y de la cubierta del volante con micrómetro de carátula: •a) comprobación de la cubierta, b) comprobación de la cara del volante Ca t er p illa r

Preguntas para repaso1. ¿Qué partes del cigüeñal se deben inspeccionar

para ver-si hay'desgaste o daños?.2: Si se .llegan a producir grietas en-'el cigüeñal

¿dónde estarían? •3. ¿Cómo se deben medir los muñones dél cigüe

ñal? •4. ¿Que tipo de desgaste ocurre en los muñones

del cigüeñal?5.. ¿Cómo se puede comprobar la holgura en los

cojinetes?6. Expliqúese cómo se utiliza el Plastigagé7. ¿Qué son la compresión y el diámetro libre de

los metales de cojinete?8. ¿Por qué están numeradas las bielas y sus tapas?9. Descríbase como se pueden reemplazar los co

jinetes principales.

10. ¿Qué precauciones se deben tomar al instalar las tapas de cojinetes?

11. ¿Qué tipo de sello se suele utilizar en cada extremo del cigüeñal?

12. ¿Cuál es la finalidad de la prueba de fugas de aceite?

13. Enumérense las diversas causas de una falla de metales de cojinetes. .

14. ¿Cuáles son algunas de las posibles causas de la rotura del cigüeñal?

15. Expliqúese cómo se comprueba la desviación del volante.

. 16. ¿Cómo se haría una comprobación de la cubierta del volante?

17. ¿Cómo se puede comprobar el juego longitudi-' nal del volante?

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M Bielas, pistones y anillos

La biela,-sus metales de cojinete, el pistón y los anillos de pistón son un conjunto que permite transmitir la fuerza de la combustión al cigüeñal para hacerlo girar. El pistón y los anillos sellan dentro del cilindro y el pistón recibe los impulsos de potencia de la. combustión. El pistón trabaja dentro del cilindro .con un movimiento vertical (reciprocante). La biela conecta el pistón con-el cigüeñal y-junto con el.cigüeñal cambia el movimiento'reciprocante del pistón en movimiento rotatorio del cigüeñal.

En la figura 11.1 se ilustran el conjunto de pistón y biela y sus componentes.

•Bielas- ; 'Para mantener buen balanceo del motor, se utilizan juegos completos de bielas en cada motor. Todas las bielas en un motor deben tener la misma masa; de lo contrario ocurrirá una vibración notoria. En la fábrica, se aparean ias bielas y las tapas y suelen tener marcas de identificación para no mezclarlas cuando se desarme el motor. Nunca hay que poner la biela de un cilindro en otro porque habrá mal ajuste de los metales de cojinete y falla prematura.

Las bielas están sometidas a esfuerzos muy grandes, de estiramiento, compresión y dobladura. Son de acero forjado de una pieza, de sección en H, porque con ello se tiene la resistencia física para soportar esos esfuerzos y, al mismo tiempo, no se aumenta su masa.

La parte de la biela que se conecta en el cigüeñal se llama parte inferior o pie; la parte en que se instala el perno de pistón se llama parte superior u ojo de la biela. En la parte inferior hay una cavidad para el metal de cojinete y tiene una tapa sujeta con tornillos y tuercas. Esto permite desmontar la tapa para instalar la biela en el cigüeñal.

El ojo o parte superior de la biela tiene un buje (casquillo) de soporte del pasador que sujeta el

Fig. 11.1 Conjunto de pistón y biela: 1 a~ :s ce pistón, 2 cámara de combustión, 3 pisto r. - rasador de pistón, 5 arillos seguros, 5 c_ e z z ra el pasador de pistón, 7 biela. £ te— o. 9 metal de cojinete, 10 tuerca Per k in s

B I E L A S , P I S T O N E S Y A M I L L O S 11 7

Fig. 1L2 Vista parcial.del bloque y de una biela con cara divisoria ranurada. La flecha indica la boquilla para enfriamiento de pistón P erkins

pistón'conTa biela. El pasador dé pistón, a su vez, se' sujeta en el pistón con un arillo' -seguro en cada extremo. Los pasadores de pistón en casi todos los motores Diesel son del tipo flotante, es decir, que están libres para moverse-tanto en el buje del ojo de la biela y en las protuberancias (mamelones) del pistón. .

La cara divisoria entre la biela y la tapa puede ser plana, escalonada o ranurada. Si esa cara está escalonada o ranurada (Fig. 11.2) hrtapa se instala con más precisión en la biela. Esto mantiene la re- '.ación correcta de la biela y la tapa, con 10 cual la cavidad para los metales de cojinete permanece concéntrica. Cuando la cara divisoria es lisa o plana, los tornillos' de la tapa entran ajustados en los barrenos para colocar la t^pa en la posición correcta en la biela.-

En algunos casos, la línea divisoria puede estar descentrada o sea en ángulo con la línea de centro de la biela (Fig. 11.3). Esto reduce gran parte del esfuerzo sobre los tornillos de la tapa, esfuerzo .ocasionado por la fuerza de inercia del pistón en la parte superior de su carrera de escape. Esto también permite sacar la tapa y el resto de la biela por la parfe superior de los cilindros cuando se desarma el motor.

Fuerzas en las bseiasv

La biela y las piezas correlativas están sometidas a diversas fuerzas, que son, principalmente, el resultado áe la presión de la combustión y la inercia del pistón.~Las diversas piezas del motor se construyen para soportar-esas fuerzas. Aunque el técnico mecá-

Fig. 11.3 Pistón con cámara de combustión profunda y conducto para enfriamiento con aceite en la cabeza del pistón. La biela tiene contrapesos .en la parte superior y en la tapa. La tapa

; \ está descentrada y.la línea divisoria estáranurada • M.A.N

nico no puede modificar el diseño, el conocimiento' de algunas de las fuerzas y cargas que soportan estas piezas ayudará a identificar las fallas y a diagnosticar los problemas.

La carga más grande sobre la biela y sus cojinetes ocurre cuando el pistón está en la carrera de potencia, que es en sentido descendente, y la carga se aplicará en la mitad inferior del buje del ojo y en la mitad superior del metal de cojinete de la parte inferior. Durante las carreras de compresión y escape se aplicarán cargas muchos menores pero er. e mismo sentido. Durante la carrera de admisión en los motores de aspiración natural, se invertirá el sentido de las cargas y la mitad superior del buje del ojo y la parte baja del metal del cojinete en la tapa recibirán esa carga. —

También hay cargas de inercia, que ocurren en. PMS y en PM I cuando el pistón invierte el sentido de su carrera. La inercia del pistón tiende a hacer que se siga moviendo en el sentido original e impone carga en la biela y sus cojinetes. Esto ocurre en todas las carreras, pero las máximas cargas de inercia se producen en la parte superior de la carrera de escape, porque la presión de los gases de escape, que se opone a la inercia del pistón, es insignificante.

En la figura 11.4/se muestran los efectos de la inercia del pistón al final de la carrera de escape. E. pistón se mueve hacia arriba y se aproxima al PMS, La velocidad del pistón 110 es'constante en toda su carrera; ya está perdiendo velocidad, pero cuandc

118<>* . a\S

rotación

Fio 114 Efectos de la inercia en el pistón al final de la carrera de escape: 1 inercia dél pistón,2 carqa'en la parte superior del buje del oio de biela, 3 biela en tensión, 4 tornillos

• en tensión, 5 carga en el metal superior del cojinete de biéla, 6 carga en la mitad superior del cojinete principal

llega al PMS se debe detener e invertir su sentido de movimiento. La inercia haría que continuara el movimiento ascendente, pero eso no puede ocurrir porque lo impide la biela. Esto aplica cargas en diversas partes del,pistón y de la biela, que tienen el efecto de estirar la biela y aplicar cargas en determinados lugares del buje del ojo, los cojinetes de la ,parte inferior, los tornillos de la tapa y el cojinete principal, como se ilustra en el diagrama.

La fuerza de inercia está en relación directa al cuadrado de la velocidad, por lo cual cualquier aumento de ésta redundará en los efectos de la inercia. Un exceso de velocidad del motor (por encima de la recomendada) aumentará mucho la carga sobre los cojinetes y otras piezas, tales como los tornillos de biela, y ocasionará desgaste o fallas prematuros.'~ La biela de la figura 11.1 es típica de la construcción fuerte que se emplea en los motores Diesel. Tiene la parte inferior más grande y de sección gruesa. El buje del ojo de biela es más ancho en la parte inferior que en la superior a fin de tener más superficie para el perno (pasador) de pistón en donde más se necesita.

Fuerzas en motores de dos tiemposLa biela y cojinetes ce :os motores de dos tiempos están sometidos a fuerzas más o menos similares a

& las que hay en uno de cuatro tiempos, excepto que, debido al ciclo de dos tiempos, casi todas las cargas ocurren en sentido descendente. En el ciclo de dos tiempos hay empuje descendente contra la cabeza del pistón durante la carrera ascendente y la descendente. En el PMS no hay fuerza de inercia debido a la presión de compresión y combustión en el cilindro encima del pistón. En el PMI hay alguna fuerza de inercia, pero igual que en el motor de cuatro tiempos, se contrarresta por el movimiento del cigüeñal.

Debido a que todas las fuerzas son descendentes, la parte Inferior del ojo del buje de biela es la que recibe la carga. Esto se ha tenido en cuenta en'el diseño de las bielas en algunos motores de dos tiempos y están construidas para soportar máximos empujes descendentes pero muy pocas fuerzas as-

' candentes en la parte superior. Una de estas bielas • se ilustra-en la figura 11.17 y se emplea con unpistón de .cruceta. El p a s a d o r de pistón está atornillado en la biela y se emplea un cojinete de zapato

' colocado entre el pistón y la. superíicie superior del •pasador del. pistón",-para soportar toda lá carga descendente. Él pistón de cruceta se estudia en la

• parte final de este capítulo.

PistonesEn la figura 11.5 se ilustra un pistón básico semisec- cionado y se señalan sus partes. Hay muchas va- riantes de forma, masa, número de anillos, colocación de los anillos y provisión para la expansión térmica.

Un p is tón debe c u m p l i r con una am pl ia serie derequisitos. Debe ajustar con exactitud en el cilindro y, al mismo tiempo, se debe mover hacia arriba y abajo en el mismo sin fricción o desgaste anormales; debe tener suficiente resistencia para soportar las fuerzas de la combustión pero también una masa lo más pequeña que se pueda a fin de que la


ranuras para anillos cabeza

protuberancia para el pasador

cojinete para el pasador

Fig. 11.5 Pistón básico en sec: > sus partes

B I E L A S , P I S T O N E S Y A N I L L O S 119

fuerza de inercia sea reducida. Además, debe soportar altas temperaturas y disipar el calor; debe aceptar las fuerzas que le transmite la biela y los empujes laterales contra la pared del cilindro.

Los pistones se hacen con aleación a base de aluminio y pequeñas cantidades de otros materiales, que son los que aumentan la resistencia física, elevan el punto de fusión y reducen la expansión. El aluminio es un material blando de baja resistencia y elevado coeficiente de expansión. Aunque tiene la ventaja de una densidad menor que la de muchos otros metales, hay que alearlo con otros materiales a fin de lograr las propiedades deseadas en los pistones.

El coeficiente de expansión del aluminio y sus aleaciones es mayor que el del hierro fundido de los cilindros. Los pistones están sometidos a temperaturas muy altas, por lo cual se deben tomar disposiciones especiales para mantener la holgura del pistón a las.temperaturas de funcionamiento; en otra forma, ocurrirían problemas de pegadura.

Holgura para los pistonesLa holgura entre los pistones y la pared de los cilindros, suele-ser entre 0.03 mm y 0.05 mm. Un: exceso de holgura .permitirá que el pistón se'incline . (“ cabecee” ) en el cilindro al aplicarle cargas variables, lo cual ocasionará un ruido excesivo y peculiar. Además, en esas condiciones, habrá dificultades para que los anillos sellen contra la pared del cilin-

■ dro. Podrían ocurrir consumo excesivo de aceite y . escapes de gases de combustión por los pistones y anillones, llamados escapes de compresión (“blowby” ).

Por otra parte, si la holgura para el pistón es muy pequeña, la expansión con el aumento de tem-

. peratura podría ocasionar pegadura del pistón. En

. cualquier caso, la-holgura incorrecta, sea muy grande o muy pequeña, ocasionará falla del motor.

Temperaturas de los pistonesEn la figura l L6 se muestran las temperaturas típicas en un pistón. Se verá que hay una diferencia de 130°C en la temperatura entre la cabeza y la falda

Fig. 11.6 Temperaturas típicas de funcionamiento en diversas partes del pistón

del pistón. El calor ocasiona expansión que. per supuesto, es máxima en la cabeza del p:s:cr.. Pe: ello se rebaja más la cabeza del pistón, cu; tro puede ser hasta 0.75 mm menor que e! falda.

Control de tbmperatura en los pistones Hay diversos métodos que se pueden utilizar par. controlar la temperatura de los pistones y sirven para limitar la expansión del pis’tón y mantener la holgura correcta entre éste y la pared del cilindro. Casi siempre, los pistones están esmerilados en forma de leva u ovalados con mínima holgura en las caras de empuje, como se describe más adelante. Se emplean también otros métodos para tener lá seguridad de que las caras de empuje sigan teniendo holgura cuando el pistón está caliente.

Los pistones que incluyen alguna forma de control de temperatura que evita los cambios indeseables en sus dimensiones se llaman pistones compensados. Un método que se emplea en los pistones de aluminio es fundir como parte del pistón anillos o tirantes especiales de; acero aleado que tienen un coeficiente de expansión muy bajo en relación con la temperatura. Como el acero aleado no se expan1

' de o .dilata .tanto cómo el aluminio, los anillos o tirantes restringen: la expansión del pistón.

• Otro método es manténerel calor alejado lo más posible de la.parte inferior del pistón. Los diámetros en la parte superior del pistón tienen más holgura que la falda. La parte superior del pistón está expuesta ál calor de la combustión y tendrá mucho más expansión que la falda. La holgura adicional en el diámetro superior permitirá la expansión sin que se dañen el pistón o la pared del cilindro. La cabeza del pistón es muy gruesa, con lo cual, además de darle resistencia, se provee una gran masa de metal para absorber el calor y reducir la temperatura.

Las faldas de algunos pistones son cónicas. Esto permite variar la holgura a fin de que ésta sea mayor en las partes más calientes del pistón.

A veces se utilizan ranuras maquinadas o insertos anulares de acero aleado en la banda superior del pistón, encima del anillo superior, para controlar la trayectoria del paso de calor. Esto actúa cfomo represa para el calor manteniéndolo alejado del anillo superior de pistón. El calor.se transfiere a lo largo del pistón por conducción y el aluminio esv buen conductor del calor. Algo del calor se transfiere desde el pistón a través de los anillos hacia la pared del cilindro, pero hay una transferencia general de calor desde la parte superior hacia la inferior del pistón.

Enfriamiento con aceiteEl aceite lubricante produce cierto enfriamiento de los pistones. El aceite que hay en la pared del cilindro y el aceite salpicado hacia la parte inferic r pistón sirve como enfriador. Absorbe algo de cal :


12 0

" » ■ 1 1 - 7 t een zonas de posibles rayaduras REfCO

liv.V'.-v

frío caliente

mientras está en contacto con el pistón-y lo disipa nnndo regresa al depósito de aceite.

Fn algunos casos, se emplean tubos o boquillas naralanzar chorros deaceite hacia los pistones - instahdos'en el bloque para enfriarlos: Son peque- . r v 1 an un c h o r r o de aceite, para enfriamientoHacia arnbu contra la parte ■ inferior mtetna del' ■ pistón-Ti chorro debe quedar apuntado dé modo L e choque-contra la parte interior de la corona del pis tón . Véase “ E n f r ia m ie n to de p is tones con a c a te” en la p á g i n a '120.

Esmerilado en forma de ievaPara evitar que desaparezca la holgura entre el pistón y la pared del cilindro se puede rebajar a go de metal en la zona de las protuberancias (mamelones nara el pasador, a fin de tener más holgura inicial(Fig 11 7). E s t a holgura adicional solo se provee ena zona de la protuberancia y no en las caías de empuje, con lo cual el pistón está ligeramente ovalado Por ejemplo, un pistón puede tener una holgura en el cilindro de 0.04 mm en las caras de empu- fe v de 0 25 mm en las caras de las protuberancias. ■ J > Estos pistones se llaman esmerilados de leva porque se hacen con una máquina que tiene una leva nara acercar v alejar el pistón de la rueda abrasiva conforme gira el pistón. Cuando este tipo de pistón se calienta, adopta una forma más redonda y aumenta su superficie de contacto con la pared del cilindro(Fig. 1L8).

*

Acabado de los pistonesLos pistones tienen un acabado esmerilado que puede e r so o de “ aspereza controlada” . En este caso, Í ; erin las marcas de esmerilado que ayudan a la

retT fs ü p e r fS 'd ¿ l pistón también puede estar anodizada- es un proceso electroquímico que produce una superficie ligeramente porosa que retiene

11-8 ia ■ superficie de contacto

mejor el aceite que una superficie tersa. Ta™b,en “ aplica un baño de estaño en algunos pistones. La capa muy delgada de estaño en la superficie del pistón ayuda a evitar las rayaduras durante el íuncioriamiento inicial.

Empujes en eí pistónEl pistón no apoya con uniformidad contra la pared del cilindro dumnte..el funcionamiento, sinc; que. está sometido a un empuje haca los lados dei mo tor, pero no se transmite ningún empuje hacia frente o la parte trasera del motor.

El empuje lateral ocurre .durante U *■ potencia y, en menor grado, durante ■de compresión y en un. cada una de ellas. Por ello se .dice que el pistón tienecaras de empuje y también se dicemavores Y -menores; pero, como el lado de empujmayor e/el motor es el más .mportante, se deno-mina simplemente lado de empuje # •

El empuje lateral lo produce la angu.laudad de -la biela (Fig. I L9). Se puede ver en la ilustración que la presión de combustión y la reacción_ de biela se combinan'para producir el empuje lateral.

lado-derecho del vehículopresiones

de combustión

Fig 11-9 Lado de empuje de! pisto- . sto desde e l^ frente del motor

R epc o

B I E L A S , P I S T O N E S Y A N I L L O S 1 21

Fig. 11.10 Pistón de un motor pequeño con inyecciónind irecta Mazda

La presión de combustión produce fuerza descendente y la reacción de la biela (ocasionada por la resistencia del cigüeñal a la rotación) empuja hacia arriba con cierto ángulo. Él resultado de estas dos fuerzas es el empuje lateral que se ilustra. Se verá que es hacia el lado izquierdo del motor mirándolo de frente. Es importante saber cuál es el lado de empuje, porque en muchos motores los pistones se deben instalar en una posición determinada. •

• Los pistones que se deben instalar en una posición determinada se identifican con una marca eñ la cabeza que indica el frente ¿el pistón, para evitar la instalación incorrecta.

Formas'de ios pistonesAdemás del esmerilado de leva y la falda cónica, que ya se describieron, lospistones tienen una gran variedad de formas y muchas de ellas son exclusivas de los motores Diesel. Las cámaras de combustión ya se describieron en el capítulo 4, en el cual se mencionó que en los motores de inyección directa la culata de cilindros tiene superficie casi plana y la mayor parte de la cámara de combustión está formada .§n la cabeza del pistón, la cual está ahuecada o tiene una cavidad como se ilustra en la figura l L l l

Los motores con inyección indirecta suelen tener pistones con la cabeza más plana, a veces con pequeños rebajos como el pistón de la figura 11.10, que sirven para dejar espacio para las válvulas o ayudar a la turbulencia del aire durante la compresión.

Un pistón puede tener falda entera, es decir que llega mucho más abajo de las aberturas para el pasador de pistón (Fig. 11.1). El pistón es cilindrico sin zonas rebajadas y a veces se llaman pistones tipo tronco. Los pistones, también, pueden tener la faida recortada en pda lado debajo de la protuberancia para el pasador. Esto reduce la masa del pistón y deja espacio para los contrapesos del cigüeñal. La reducción de la longitud de la falda, como se ilustra en la figura 11.11, no influye en el funcionamiento, porque la falda es de longitud total en las caras de empuje. Los pistones que tienen la mayor parte de

Fig. 11.11 Pistón de falda recortada tipo zapata conrebajos alrededor de la protuberancia para el pasador de pistón. La ranura para el anillo superior está biselada M.A.N.

la falda recortada y rebajos alrededor del pasador,* • • se llaman también, a veces, pistones tipo zapata y suelen ser sólo para motores de gasolina, aunque en algunos motores Diesel de alta velocidad también se emplean pistones similares.

El pistón de la figura 11.12 se utiliza en un motor Diesel grande que funciona-a baja-velocidad. Es un pistón muy largo con uña gran superficie de empuje contra la pared del cilindro. La Taida está recortacia en tas partes delantera y trasera y hay un rebajo en la zona para el pasador.

ríos

\> ' A ntí'fúí c,

11.12 Conjunto de pistón y biela. El pasaoc' - i pistón tiene caras de empuje. La biei?. : -e' = cuatro tornillos Ga - z l -


Ranuras para anillosLos pistones se hacen con ranuras para recibir los anillos (segmentos) que deben sellar entre el pistón y la pared del cilindro. El número de anillos varía según el tipo de motor. Algunos pistones tienen tres o cuatro ranuras para anillos; otros, tienen cinco y a veces seis. Cuando se utilizan más de tres anillos, los otros se instalan por lo general en ranuras debajo del pasador, cerca de la parte inferior de la falda.

En algunos casos, la ranura para el anillo superior, que está en la parte más caliente del pistón, tiene un inserto, como se ilustra.en la figura 11.13, que puede ser de hierro fundido o de una aleación especial. Tiene dos funciones: actúa como represa para alejar el calor del anillo y constituye una ranura reforzada, más fuerte que las ranuras cortadas directamente en el aluminio del pistón.

La.aleación de aluminio para los pistones tiene un punto de fusión bajo, y por ello la cabeza del pistón se puede ablandar con las altas temperaturas en la cámara de'combustión. En estas condiciones, el desgaste en la ranura superior y el anillo podría llegar al grado de que se pierda la capacidad de sellamientp del anillo. También podría ocurrir un problema distinto: las fuerzas de'la combustión que

actúan contra ... pared superior del pistón pueden hacer que se con:raiga aplaste la parte superior de la ranura contra el anille y éste quedaría pegado en la ranura y no funcionarla. El inserto ayuda a evitarlo.

Perno (pasador) de pistónEl pasador sujeta el pistón en el ojo de la biela. El pistón tiene protuberancias (mamelones) para el pasador y hay un buje en el ojo de la biela para el pasador. Se utilizan diferentes métodos para retener el pasador en distintos tipos de motores. El pasador se puede fijar con tornillos en la parte superior de la biela, puede estar atornillado en la biela o puede ser de ajuste a presión en el ojo de la biela; puede tener caras de empuje o se puede sujetar en el pistón con arillos seguros y éste sistema es común a casi todos los motores Diesel automotrices.

El pasador de pistón de la figura 11.1 está sujeto con arillos seguros y se puede mover tanto en el ojo de la biela como en las protuberancias del pistón. Se denomina pasador flotante porque no está sujeto ni en el pistón ni en la biela, pero se puede mover o “ flotar” hasta dónde lo permiten.los arilíos-seguros. En el ojo de la biela se utiliza un buje, pero no en el’pistón. La aleación de aluminio-de! pistón es un apoyo adecuado para el pasador. ' • .

El pistón de la figura 1.1.12 tiene pasador flotan- - te, Cada extremo del pasador tiene una cara de empuje de aluminio más blando que hace contacto con la pared del cilindro cuándo el pasador flota en las protuberancias del pistón y la biela. Las.caras deempuje son suficientemente blandas para poder frotar contra la.pared de hierro fundido, lubricada, del cilindro sin .ocasionar desgaste o daños.

Lubricación ú f pistones, y cilindrosLa lubricación de los pasadores-de pistón puede ser por salpicado o rocío de aceite lubricante; pero muchas bielas tienen un conducto para aceite, perforado a toda su longitud. El aceite del metal superior del cojinete pasa por la perforación hasta el pasador (Fig. 11.13).

En algunos motores, las bielas tienen un pequeño agujero taladrado en un lado de la parte inferior, que sirve para salpicar con aceite a presión y lubricar la pared del cilindro y el pasador de pistón.

Fig. 11 ,13 Pistón y bieia con las siguientescaracterísticas: cámara de combustión descentrada, inserto en la ranura para el anillo superior, anillos cromados, anillo superior en forma de cuña, segundo anillo con escalón interno, anillo de aceite conformabie con expansor en espiral, biela con perforación para lubricación Biofono

Enfriamiento de los pistones con aceiteEn algunos motores se utiliza una boquilla pequeña para enfriar la cabeza y lubricar el pasador de! pistón. La boquilla es un tubo pequeño montado en el bloque debajo de cada cilindro; está apuntado hacia arriba para enviar un chorro de aceite con precisión a la parte inferior de la cabeza de! pistón. El aceite de la boquilla choca contra la parte inferior de la cabeza del pistón, absorbe el calor y vuelve a caer al depósito. A! mismo tiempo, se


Fig. 11.14 Pistón y boquilla para enfriamiento. El chorro de aceite se dirige a un agujero en el pistón, como se ilustra M.A.N.

lubrican el pasador de pistón y la pared de cilindro. En la figura 13.2 se ilustra la boquilla o tubo para aceite.'. Como se dijo, la boquilla para aceite se debe apuntar con precisión hacia la parte inferior de la cabeza del pistón. Ai desarmar y armar el motor, hay que tener cuidado 'de no dañar las boquillas ni de modificar su sentido. .

En la figura 11.14 se ilustran un pistón y la boquilla para aceite. En este motor, la cabeza del pistón tiene un anillo por el cual circula el aceite para enfriamiento. El chorro de aceite se dirige

hacia un agujero vertical en el pistón, ei e lo l!e\ a hasta una zona anular en la cabeza. El aceite e - f: lubrica y luego retorna al depósito.

En la figura 11.15 se ¡lustra un corte de . r: : - de cruceta, en el que el aceite para enfriar...;:., envía a presión por el conducto taladrado er. biela y por un tubo en el pasador de pistón :: . una cavidad grande debajo de la corona. El acere absorbe el calor del pistón, lo que produce una temperatura más baja y uniforme en el pistón.

Pistón de crucetaEste pistón está hecho en dos partes, lo que permite dividir las dos funciones principales del pistón de modo que cada parte del mismo ejerza una de ellas. Las funciones son:1. soportar el empuje descendente durante ia ca

rrera de potencia;2: soportar los empujes laterales como consecuen

cia de la angularidad de la biela.■ -El sistema de'cruceta se ha utilizado en máqui

nas de vapor y en algunos motores Diesel grandes de baja velocidad. El pisfón'.está conectado a una cruceta deslizable mediante una bieleta, y lá cruceta: a su vez, está conectada por la biela al cigüeñal. C on esta disposición, el pistón, recibe la fuerza de ia .carrera de potencia;pero la cruceta elimina todos' los empujes laterales, corno se indica en el diagram i de la figura 11.16. En el pistón.de cruceta se utiliza

F

1 ¿t*

a

.15 Corte de un pistón de cruceta en que se muestran la perforación en la biela y la cavidad para enfriamiento en la corona del pistón: 1 CQrona, 2 cavidad, 3 pasador de pistón, 4 falda, 5 perforación para aceite

D e t r o it D ie s e l

Fig. 11.16 Diagrama de la disposición del pistón y la cruceta que muestra las fuerzas: F fuerza. R reacción de la guía de la cruceta

Fig. 11.17 Partes de un pistón con cruceta: 1 corona,2 falda, 3 cojinete d e ‘zapata,-4 pasador de pistón, 5 tornillos, 6 silleta, 7 biela

D et r o it D ie s e l

este principio, pero se combinan las acciones del pislón y la cruceta en un solo componente. La corona del pistón recibe el empuje descendente y la falda'recibe el emp.uje lateral.

En la figura 11.17 se ilustran los componentes de un pistón de cruceta y la biela. La biela 7) tiene una silleta 6) en su extremo superior para recibir el pasador 4) de pistón. Para sujetar el pasador en la biela se emplean dos tornillos 5) que acoplan en una tuerca especial insertada en el pasador. Para armar el pistón, el cojinete. 3) de zapata ajusta en una ranura en la parte inferior de la corona del pistón, encima de los agujeros para el pasador y la corona del pistón 1) se instala en la falda 2). Se sujetan entre si con el pasador introducido en los agujeros para el mismo en la parte inferior de la corona y en la falda. Un anillo sellador instalado en una ranura en la corona sella entre ésta y la parte superior de la falda. Mediante discos de retención en cada extremo del pasador se conserva el aceite dentro del pistón.

En la figura 11.18 se ilustran las piezas del pistón parcialmente armadas y se aprecia la relación entre las piezas del pistón y la biela.

En el funcionamiento, las fuerzas de la combustión se aplican en forma directa al pasador de pistón a través del cojinete de zapata, de gran tamaño, y se transmiten por la biela hasta el cigüeñal. Los empujes laterales los recibe la falda del pistón. Dado que la corona es una pieza separada, no recibe cargas laterales ni se mueve de lado a lado en el cilindro. Además, como la falda también está separada, le afecta poco el calor de la corona de! pistón.

Protuberancia descentrada para el pistón*

Algunos pistones se hacen con protuberancias descentradas para el pasador, es decir, separadas una

Anillos de pistónLos anillos de pistón, llamados a veces segmentos de émbolo, sellan entre el pistón y la pared del cilindro en todas las condiciones de funcionamiento del motor. Deben sellar e impedir las pérdidas de compresión durante la carrera de compresión, lo mismo que la fuga de los gases de escape del cilindro durante la carrera de potencia. Este . ceben hacer aunque tengan rozamiento contra la pared del cilindro a altas velocidades y temperaturas.

Si ios anillos no sellan en fur~a :: rrecta, podrían ocurrir escapes de cor.'.pr-.s.; r. que afectarían

Fig. 11.18 Pistón con cruceta armado parcialmente ■D et r o it D ie s e l

pequeña distancia de la línea de centro del pistón hacia el lado de empuje mayor. Este descentramién- to es del orden de l .50 mm, tiene el efecto de distribuir con más uniformidad las fuerzas que actúan en el pistón, con lo cual éste se inclina menos durante la carrera de potencia y se reduce su tendencia al golpeteo o “ cabeceo” .

Por supuesto, los pistones con protuberancia descentrada se deben instalar en forma correcta en relación con el lado de empuje del motor. Si se instalan en posición inversa, se inclinarían y “ cabe- cerían” más.



Fig. 1.1.19 a) Anillo de compresión, b) anillo de control de aceite

el -funcionamiento del motor. -Además, los gases que .escapan por,los'anillos hacia él depósito de aceite ocasionan escapes de compresión que, además de reducir la potencia, pueden ocasionar daños al pistón y los'anillos.

Tipos de anillos de pistónHay dos tipos generales de anillos de pistón: de compresión y de control de aceite. Los anillos de compresión sellan el aire durante la compresión y también las presiones de la combustión. Los anillos de control de aceite rascan el exceso de aceite de la pared del cilindro y lo hacen volver a! depósito. En la figura I L 19 se ilustran anillos de compresión y de control de aceite típicos. Estos anillos tienen una abertura o “ luz” para poder expandirlos y deslizarlos sobre la cabeza del pistón a sus respectivas ranuras. Los anillos para motores automotrices tienen puntas a tope (lisas), pero en algunos motores pueden ser en ángulo o traslapadas.

Cuando los anillos están fuera del motor tienen un diámetro algo mayor que después de instalados, pues se comprimen de modo que las puntas queden casi cerradas. Al comprimir los anillos se les da una carga inicial para que opriman en forman hermética contra la pared del cilindro.

Anillos de compresiónLos anillos de compresión se hacen con aleaciones con hierro fundido. Además de otros requisitos, deben conservar su flexibilidad y su presión contra la pared del cilindro sin que los alteren la presión y

la temperatura.- Las aleaciones de hierro fundido cumplen con estos requisitos.

Los anillos de compresión tienen diversas formas; algunas de las cuales se ilustran en la figura

. 11.20. Además, los anillos de sección de cuña suelen ser para la ranura superior en algunos pistones; a veces, se les llama también anillos de “ dovela" (Fig.11.13). . _ -

En muchos motores los anillos superior y segundo de compresión son del tipo con-rebajo y rasca-

Fig. 11.20 Corte seccional de diversos anillos ce compresión


b)

Fig. 11,21 Acción de los anillos torsionáles: a) carrera de admisión, b) carrera de potencia

dor. En la figura l i .2la ) se ilustra la acción de estos anillos durante la carrera de admisión. Las fuerzas internas que.se producen al cortar una esquina de los anillos hacen que se tuerzan ligeramente. Por ello, cuando'se mueven hacia abajo en la carrera de admisión, rascan el aceite que hubiera podido dejar el .anillo de control de aceite en ia pared del cilindro. Luego, eri las carreras--de escape* y compresión, cuando los anillos se mueven hacia arriba, se deslizan sobre !a película de aceite -en la pared. Esto significa que hay menos tendencia a arrastrar aceite a la cámara de combustión y el desgaste es mínimo.

En la carrera de potencia, la presión de combus- tión empuja hacia abajo y contra la parte posterior de los-anillos. Esto vence su tensión interna, hace que se “ destuerzan” y que tengan contacto completo de cara con la pared del cilindro para un sella- miénto eficaz (Fig. 1J.2Ib))'. -

Este tipo de anillo con rebajo se conoce también como de acción torsionai debido a su acción de

torcedura. El efecto de la presión de compresión que empuja al anillo para que tenga contacto completo de cara con la pared del cilindro se ilustra en la figura 11.22.

Anillos de control de aceiteLos anillos de control de aceite tienen la función de impedir que llegue una cantidad excesiva de aceite a la cámara de combustión. Como se mencionó, el aceite arrojado desde los cojinetes lubrica la pared del cilindro, pistón y anillos. Algunas bielas tienen un agujero.de salpicado de aceite que lo lanza hacia la pared del cilindro cada vez que coincide con el agujero para aceite en el muñón de biela.

Casi siempre se lanza más aceite del que se necesita contra la pared del cilindro; luego, hay que rascar la mayor parte y devolverlo al depósito. Sin embargo, este aceite tiene las funciones de arrastrar las partículas de carbón y polvo y las impurezas. Estas partículas después se retienen en el colador o en el filtro de aceite. Además, el aceite sirve para enlriar. El aceite que hay en los anillos proporciona un sello entre éstos y la pared del cilindro. Por ello, el aceite, cuando circula, lubrica y también, limpia, enfría y sella. .

En ia figura 11.23 se ilustra un juego.de tres anillos de pistón. Los dos superiores son de córhr. presión y el inferior es de control de aceite. Los anillos de compresión tienen cara lisa, pero.el de aceite tiene.ranuras y canales. El aceite rascado en la pared del cilindro pasa por las ranuras del anillo y, luego, por los agujeros en el fondo de la ranura para este anillo en el pistón, para regresar después al depósito. El anillo que se ilustra es de hierro fundido de una pieza y su propia tensión lo mantiene expandido .contra la pared del cilindro.- El anillo de aceite de la figura 11.24 es similar al descrito, excepto que es de sección más delgada y

presión del gas

Fig. 11.22 La presión del gas empuja a! anillo contra la pared del cilindro R ep c o

Fig. 11.23 Juego de tres anillos de c • m: ‘ sr~. :.o de compresión, 2 anillo de : :>rr: -= - \ 3 anillo de aceite


Fig. 11.24 Anillo de control de aceile con expansor

lleva un expansor de acero en la parte posterior. El expansor es una lira de acero ondulada o corrugada que produce carga elástica contra la parte posterior del anillo, con lo cual el anillo es más flexible y se mantiene expandido contra la pared del cilindro. En el pistón de ia figura 13.13 se utiliza anillo de aceite del tipo conformable con expansor en espiral.

Revestimientos para anillos de pistónSe utilizan diversos revestimientos en los anillos de pistón para facilitar el asentamiento y disminuir el desgaste. Cuando ios anillos y la pared deí cilindro están nuevos, tienen pequeñas irregularidades y no ajustan en forma absoluta; después de cierto tiern-' po, se desgastan estas .irregularidades}; se tiene mejor ajúste- A menudo se utilizan.sustancias blandas como fosfato, grafito y óxido de hierro, que se-gastan con rapidez, para- revestir la cara de los ani-

• líos y ayudar al proceso de asentamiento. Estos, revestimientos tienen buenas propiedades de absorción de. aceite y lo absorben en cierta cantidad, con lo que se mejora la lubricación de los anillos. Estos revestimientos ayudan a impedir las rayaduras por jos anillos, qué ocurren por el contacto de metal con . metal, altas temperaturas en un lugar y la soldadura entre pequeñas zonas del metal del anillo y de. ¡a pared del cilindró. Las soldaduras se rompen con el movimiento de los anillos, pero quedan las rayaduras y pequeños rebajos. Los revestimientos ayudan a impedir las rayaduras, pues no puede haber soldadura si no hay contacto de metal con metal.

Aunque la mayor parte de los revestimientos para anillos, como se mencionó, son blandos, se utiliza mucho un revestimiento de gran dureza, que es el cromo. Se podría pensar que los anillos con cara cromada producirían desgaste rápido de la pared del cilindro, pero las pruebas han demostrado que estos anillos reducen el desgaste, i a cara del anillo es muy lisa y tiene un mínimo de puntos altos que pudieran ocasionar desgaste y éste es mínimo en la pared del cilindro. Además, como el cromo no se suelda con el hierro fundido, no es fácil que se produzcan soldadura y rayaduras.

El molibdeno también se utiliza como revestimiento en la cara de los anillos de compresión. No es tan duro como el cromo, pero tiene resistencia a las rayaduras y a! desgaste corrosivo. Tiene propiedades de asentamiento rápido y resiste el desgaste

abrasivo mucho mejor que e! h erro - v r, pero no tan bien como el cromo.

La selección del tipo de anillos de r. n nc . .i a cargo del técnico mecánico, quien - ’ . comprar el juego de anillos para instalar - er. ’ terminado motor, pues el fabricante ya . .. i todas las investigaciones y pruebas para . . - anillos más adecuados para el motor que se .. reacondicionar.

Aniíios segmentadosEstos anillos, como su nombre lo indica, constan de segmentos o piezas separadas. Tienen dos segmentos o rieles hechos de hierro fundido o acero, con un espaciador o expansor ondulado o corrugado entre ellos que sirve para mantener separados los rieles y’ además, aplica presión para mantenerlos contra ia pared del cilindro.

Debido a su construcción por segmentos, este tipo de anillo puede seguir los contornos de la pared del cilindro con facilidad. Cada riel se mueve independiente dei otro, con lo cual siempre se mantiene' en contacto con la pared del cilindro. Estos anillos son de construcción muy abierta y no restringen el flüjo del aceile, por lo cual el aceite rascado en. la pared del cilindro puede pasar con-facilidadpor el anillo.y los agujeros en.el pistón hasta'el depósito. Por tanto, dado el buen contacto con la pared del cilindro-y el libre movimiento del aceite a través del anillo segmentado, se tiene un buen control del aceite.

Anillos-para repuestoDespués de-que el motor ha trabajado durante im tiempo considerable, se.gastan los anillos y.la pared de los cilindros (entre otras partes). El desgasee en los cilindros produce ovalación y'conicidad.. listo, significa que Jos anillos son cada vez menos eficaces para controlar el aceite y retener la compresión.

b)

d)Fig. 11.25 Juego de an illos de pistón


Después, llega el momento en que el motor pierde potencia y quema tanto aceite que se necesita repararlo.

Cuando se desarma el motor, hay que medir los cilindros para determinar si hay que reacondicionarlos o reemplazar las camisas o, si con anillos nuevos se tendrá una reparación satisfactoria.

Se debe utilizar un juego de anillos para repuesto del mismo tipo que los originales o bien anillos para cilindros gastados (en sobre medida). En la figura 11.25 se ilustran los anillos. El anillo superior de compresión a) tiene cara cromada para ayudar al asentamiento: el segundo anillo de compresión b) tiene cara cromada para ayudar al asentamiento o de molibdeno para retener el aceite. El anillo c) de control de aceite es del tipo de hierro fundido de canal v ranura y, a veces, tiene expansor. El anillo inferior d) tiene dos segmentos un segmento externo de hierro fundido y un expansor de acero. El ¿xpan- sor se instala en una ranura en la parte posterior del anillo. Las bandas están cromadas en las superficies de desgaste. .

La combinación de anillo y expansor ofrece alta flexibilidad y elevada tensión. En un cilindro ovalado o cónico, el anillo se debe expandir y contraer, es

1. Menciónense las partes del conjunto de biela y pistón.

2. ¿Qué es la cara divisoria de la biela?3. Descríbanse las fuerzas que actúan en las diver

sas partes de la biela durante a) la carrera de potencia, ó) durante la carrera de escape de un motor de cuatro tiempos.

4. ¿Qué es la inercia? ¿Cuál es su efecto en el pistón y la biela?

5. ¿Cómo difieren las fuerzas en un motor de cuatro tiempos y en uno de dos tiempos7

6. Menciónense las partes de un pistón.7. ¿Por qué se deja holgura para el pistón?8. ¿Qué es la cara de empuje de un pistón?9. ¿Cómo ayuda el aceite lubricante en el enfria

miento de los pistones?10. ¿Qué significa esmerilado de leva?

decir, cambiar de forma, cuando se mueve hacia arriba y abajo. La combinación de anillo y expansor se puede conformar mejor en la forma cambiante del cilindro, en el cual se mueve hacia arriba y abajo.

Efecto de Sa velocidad sobre e! control del aceiteCuando aumenta la velocidad del motor, los anillos de control de aceite tienen más dificultad para con- ' trolarlo e impedir el paso de una cantidad excesiva. Hay varias razones para ello. El motor y el aceite están más calientes; el aceite caliente se adelgaza y puede pasar con más facilidad por los anillos. A alta velocidad se bombea más aceite y se lanza mayor cantidad contra la pared de los cilindros, con lo cual hace que los anillos de control de aceite trabajen más en menos tiempo. Por ello, a alta velocidad pasa más aceite por ios anillos y se quema en la cámara de combustión, lo cual aumenta mucho el - consumo de aceite. Un motor puede consumir dos o tres- veces más aceite a alta velocidad que a baja velocidad. Esto, en parte, se debe a que ios anillos pierden eficacia para el control, del aceite a altas velocidades. :

11. Descríbanse las diversas configuraciones de los pistones y por qué se utilizan.

12. ¿Cómo se retienen los pasadores de pistón en los pistones?

13. ¿Cómo se lubrican los pistones?14. ¿Qué es un pistón de cruceta?15. ¿Qué ventajas se logran con un pistón de cruce

ta?16. Descríbase la finalidad de: a) anillos de com

presión, b) anillos de control de aceite.17. ¿Por qué tienen revestimiento algunos anillos

de pistón?18. Expliqúese cómo ayuda ia presión de combus

tión en el sellamiento con algunos tipos de anillos.

19. ¿Qué efecto tiene la alta velocidad en el control de aceite?

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Servicio a pistones y bielas

• ; ..

Para tener funcionamiento satisfactorio dei motor ios componentes' del conjunto de biela y pistón deben estar en buenas condiciones: ei pistón debe tener la holgura correcta en el cilindro, el cual también debe estar en buenas condiciones; la-holgura en el perno no debe ser-excesiva porque se producirá ruido. Los anillos no deben tener desgaste excesivo y deben'tener tensión para mantenerlos contra la pared del cilindro.-La biela debe tener su alineación correcta, los cojinetes no deben estar dañados ni con desgaste excesivo porque se alteraría su holgura en el muñón del cigüeñal y éste no debe estar escoriado o gastado.

Biela ‘AlineaciónLa biela debe estar alineada, es decir, la línea de centro del agujero para el perno en la parte superior y la línea de centro de la cavidad para cojinete en 1a parte inferior deben estar paralelas. Cualquier torcedura o dobladura producirá desalineación de la biela; a su vez, producirá empujes laterales en el pistón y cargas disparejas en los metales de cojinetes y, por tanto, se debe corregir.

La figura 12.1 es una vista exagerada que muestra el efecto de una biela desalineada. Las cargas intensas en los puntos A y B en el metal de cojinete lo harán fallar en esos puntos. Los puntos de presión intensa C y I) en el pistón producirán desgaste pronunciado y posible escoriación dei pistón y la pared del cilindro. Una inspección básica es para buscar desgaste disparejo o puntos brillantes en los pistones, que indican desalineación. Si la hay, hay que comprobar si la biela está desalineada, para enderezarla o reemplazarla. En la figura 12.2 se muestran otras verificaciones que se pueden efectuar.

Fig. 12.1 Zonas de presión elevada creadas por una biela doblada; la dobladura está exagerada.Las zonas de presión elevada (A, B, C y D) se desgastarán con rapidez y ocurrirá falla prematura

Alineadora de bielasEs un aparato que consta de una placa frontal vertical con un mandril que se extiende en sentido horizontal desde ella, La parte inferior de la biela >■: monta en el mandril de modo que el pistón puede descansar contra la cara frontal para comprobar .


Fig. 12.3 a) Comprobación de biela dobladabj Comprobación de biela torcida. Las espigas deben tocar la placa frontal como lo indican las flechas

contacto con la placa frontal,, .salvo que la biela esté torcida. Si una sola-espiga hace contacto con lá placa, la biela está torcida y el sentido de la torcedura se. verá de inmediato(Fig. 12.3 b)).

También se debe comprobar si las bielas están desviadas (Fig. 12.4). Una biela puede parecer que está alineada, cuando en realidad está desviad a o fuera de la vertical.. Algunas bielas se fabrican desviadas o descentradas, pero en este caso la desviación es .sólo en la forma de la parte inferior o-de la parte superior y la desviación es evidente al exami-

¡:nea de centro de biela desviada \

Fig. 12.4 Una biela desviada ernr.-.. ¿ - -e la biela. contra la protuberancia ca'= e : ? ' : en

el pistón. Esto empujara ai z s-*- lapared del cilindro R ep c o

Fig. 12.2 Comprobaciones para determinar si se puede- seguir utilizando una biela: 1 cavidad para el buje-,' 2 longitud, 3 daños, 4 diámetros de la cavidad,

5 conicidad, 6 diámetro de los tornillos C ummins

alineación. La biela y el pistón se pueden comprobar, junios; además, la biela se puede comprobar por separado con un bloque en V; la V está configurada para ajusfar sobre ef perno del pistón y tiene espigas'pequeñas que hacen contacto con la placa frontal.

Comprobación de alineación de. la- bseiaInstálese el perno de pistón en la biela, móntese ésta en el mandril de la aiineadora y coloqúese la parte en V sobre el pasador de pistón. Deslícese la biela a lo largo del mandril hasta que las espigas del bloque V apenas toquen la superficie de la placa frontal. Con la biela bien escuadrada en el mandril, las espigas deben tocar la placa frontal con uniformidad (Fig. 12.3). Si ambas espigas no tocan ia placa, es que la biela está desalineada. Primero hay que comprobar la dobladura y después la torcedura de la biela.

El bloque en V se puede montar en dos posiciones diferentes en el pasador de pistón: con las espigas verticales o con las espigas horizontales hacia la placa frontal.

1. Con las espigas verticales, se comprueba la dobladura de la biela, porque ambas espigas verticales estarán en contacto con la placa frontal si la biela está recta (Fig. 12.3&)).

2. Con las espigas horizontales, se comprueba ia torcedura de la biela, pues ambas deben hacer

S E R V I C I O A P I S T O N E S Y B I E L A S 131

nar la biela. Una biela mal enderezada puede llegar a tener desviación.

Para comprobar si hay desviación, se monta la biela en el mandril, con la parte superior contra la placa frontal. Después hay que comprobar la posición de la parte inferior en el mandril; algunas alineadoras tienen un tope ajustable para esa finalidad. Inviértase la biela y compruébese que la parte inferior sigue en la misma posición, con el lado opuesto de la parte superior contra la placa frontal. Cuando se comprueba una biela desviada y no se conoce la cantidad de desviación, se pueden comparar todas las bielas de ese motor.

Comprobación de! conjunto de biela y pistónSe arman la biela y el pistón,.pero sin instalar los anillos. Se monta la biela en el mandril igual que antes. No se utiliza el bloque V porque ahora se comprueba ia alineación de la falda del pistón directamente-contra la placa frontal como sigue:í. Con el pistón mantenido en posición vertical, la

falda debe alinear'con la placa frontal. Cualquier torcedura se notará porque, la falda del pistón-no hará contacto con la placa frontal enloda su longitud (Fig. 12.54)), Inviértase el conjunto, vuélvase a comprobar y á comparar cón

. el primer lado-: Algunos pistones pueden tener falda cónica, por lo que es esencial comparar ambos lados.

2. Para comprobar-si hay torcedura, coloqúese el pistón alineado con-la placa frontal igual que antes; luego, hágase oscilar el pistón en el eje del perno de pistón. La falda debe tocar la placa .frontal en todas.las posiciones al mover el pistón dé lado a lado (Fig. 12.5 b)). Cualquier torcedura se apreciará porque la falda del pistón

v *

se inclinará en' alejamiento de la placa frontal. Inviértase el pistón y repítase la comprobación.

Enderezado de bielasLas bielas desalineadas se pueden enderezar en un aparato especial. Hay un enderezado! de bielas, pero también se pueden utilizar una prensa de banco o barras para doblar. Hay que doblar la biela un poco más allá del punto en que está recta y doblarla en sentido inverso para lograr ia alineación correcta. Esto elimina el esfuerzo producido por la dobladura y es menos posible que la biela “ regrese” a su posición anterior. La dobladura de las bielas puede ser permanente; por ello, las bielas muy desalineadas se deben reemplazar.

Comprobación del barreno para cojinetesA fin de que la cavidad en el extremo inferior de la biela pueda cumplir su función de soportar los metales de cojinete, debe estar redonda y tener el diámetro correcto para los metales de cojinete. Los metales de inserción precisa son flexibles y se adap-

Fig, 12.-3 Comprobación de alineación de ia biela con el pistón instalado: a) comprobación de biela doblada, b) comprobación de biela torcida.El pistón debe tocar la placa frontal en toda la longitud de ¡a falda R epco

tan a la forma dé la cavidad en que se instalan. Por ello, en la fábrica las cavidades para cojinete en la biela se acaban con tolerancias muy precisas para que soporten en forma correcta los metales de cojinete.

Con un largo tiempo de trabajo, es posible que se altere ligeramente la forma de la cavidad y que esté un poco ovalada en vez de redonda. Si se instalan metales nuevos en una cavidad incorrecta, se adaptarán a la forma de la cavidad y no tendrán toda su superficie apoyada contra el muñón del cigüeñal. Es necesario comprobar la cavidad inferior de la biela durante ei reacondicionamiento del motor; si está incorrecta, hay que rcacondicionar o reemplazar la biela.


Fig. 12.6 Medición de la cavidad para cojinete en la biela: a} diámetro de la cavidad, b) ovalación

R ep c o

La ovalación y eí tamaño de la cavidad para cojinetes se debe comprobar como se ilustra en la figura 12.6. Se debe hacer sin instalar los metales y con los tornillos de la tapa apretados a la torsión', especificada. La medición se debe' hacer con un ' micrómetro de' interiores o con un calibrador telescopiable y un micrómetro de exteriores. Para determinar si hay ovalación, que debe ser menor de 0.02 ' mm, se mide en varios lugares como se ilustra. El diámetro de la cavidad se mide en las partes superior e inferior porque serán la dimensión más grande si hay alguna inexactitud.

La cavidad, además de estar redonda y. ser de la medida correcta, debe tener superficie lisa y, por lo. ■ general, se puede pulir con piedras.

Para reacondicionar la cavidad para cojinete, primero se rebaja metal de las caras correlativas para dejar la cavidad a una ligera bajomedida y, después, se pule con piedras a la medida estándar.

Instalación de metales de cojineteEn el capítulo 10 se describieron la abertura en sus extremos y la compresión de los metales de cojinete. La abertura en los extremos, en ambas mitades del metal, permite instalarlos a presión en la biela y la tapa, a fin de que permanezcan en su lugar al instalar la biela en el cigüeñal.

La compresión crea una presión radial cuando se aprieta la tapa de la biela como se ilustra en 1a. figura 12.7. Esto sujeta con firmeza los metales de cojinete en la cavidad y asegura que el respaldo del metal hará pleno contacto con la cavidad de la biela. La cantidad de compresión debe ser la correcta, pues si es mayor o menor, habrá problemas con los cojinetes.

Si la compresión es insuficiente, el metal se moverá dentro de la cavidad y ocurrirá desgaste en el respaldo del metal y en la cavidad. Si ia compresión es excesiva, se deformará el metal al apretar la tapa, lo cual no sólo dañará los metales de cojinete al instalar la biela sino también puede perjudicar la lubricación. Esto ocurre porque la sección del metal de cojinete con poca o ninguna holgura tiene una acción de arrastre que se lleva el aceite del muñón del cigüeñal.

Comprobación de la compresiónUn método para comprobar en lós talleres la compresión de ios metales- en bielas con cara divisoria plana, es instalar los metales en la biela yen la tapa, instalar la tapa y apretar los tornillos a la torsión especificada. Luego, se afloja un tornillo, de modo que la fuerza producida por el cojinete-comprimido produzca una ligera separación entre las caras de la biela y la tapa. Después, se comprueba la.abertura entre esas caras con un calibrador de .hojas y debe ser de alrededor de 0.1 mm a 0:15 mm. Se puede aplicar Azul de Prusia en el respaldo del metal de cojinete para comprobar el ajuste en la cavidad y debe hacer contacto en más de 80% de la superficie.

altura de compresión

Fíg. 12,7 Compresión de los metales de cojinete R epc o


Medición de los pistonesEl diámetro exterior de los pistones se puede medir con un micrómetro de exteriores y compararla con el diámetro del cilindro, medido con micrómetro de interiores.

En la figura 12.8 se ilustra la medición de un pistón a través de sus caras de empuje, a 90° de los agujeros para el perno con un micrómetro de exteriores. Hay varios lugares en un pistón en donde se puede medir con micrómetro y obtener diferentes lecturas, pero la dimensión máxima es a través de las caras de empuje, por lo general cerca de la parte superior de la falda. Esta dimensión es el tamaño del pistón y se necesita para determinar la holgura del pistón en el cilindro.

Hay muchos tipos diferentes de pistones. A lgunos tienen falda paralela, otros falda cónica y algunos son esmerilados de leva, lo cual los hace ligeramente ovalados. En los manuales de taller aparecen las especificaciones y la descripción de las características de los pistones, que incluyen la forma de medir el tamaño.

En la figura 12.9 se ilustran las diversas posiciones én que se puede medir un pistón..Y son: AA, bandas;. BB ; parte superior de la falda, lados de empuje; CC, parte inferior dé la falda, Jados de empuje; DD, parte'superior de la falda cerca de los agujeros para el perno. La conicidad y el esmerilado de leva se pueden determinar a partir de esas medidas como sigue y se dan algunas especificaciones típicas:. A A: bandas del pistón = 0.5 mm menos que' '• ' BB

CC menos BB: conicidadde la falda =0 a 0.04' mm.

BB menos. DD: esmerilado de leva = 0.2 mm. a 0.4 mm.

Fig. 12.9 Partes.del- pistón en donde se pueden hacer 'as mediciones

Fig. 12.8 Medición de! pistón a través de las caras de empuje en la falda

Servicio a Sos pistones

Cuando se instalan camisas-nuevas en-un inotor, también hay que instalar pistones nuevos, que ya vienen acabados al tamaño y listos para instalarlos.

Cuando se van a utilizar otra vez los pistones, hay qu.e limpiarlos y examinarlos para determinar si están en buenas condiciones. Hay que limpiar el carbón de la cabeza y limpiar las ranuras para anillos a fin de que éstos tengan el ajuste correcto. El carbón se puede acumularen la ranura detrás del anillo y, si no se elimina impedirá que el anillo nuevo asiente a fondo en la ranura.

Hay que inspeccionar si el pistón tiene deficiencias como rayaduras o escoriaciones y señales de grietas o daños (hacia el final de este capítulo se comentan los problemas en “ Análisis de problemas con pistones y anillos” ).

El pistón debe ser de la medida correcta para el cilindro en que se instala; por ello hay que medir el pistón y el diámetro del cilindro y determinar la holgura entre ambos. Como opción, el ajuste del pistón en el cilindro se determina con calibradores de hojas. Un pistón con muy poca holgura, que se expande a la temperatura de funcionamiento - dañará y, también dañará la pared del cilindro e:: que se instala. Un pistón con demasiada hoiguri “ cabeceará” y puede sufrir daños si el ge!pe::: - muy pronunciado.


Fig. 12.10 Báscula de resorte'enganchada en la laminilla para medir el ajuste del pistón en el cilindro

*

Comprobación de! pistón en el cilindroEl ajuste real del pistón en el cilindro se puede com- ' probar con calibrador de hojas y el procedimiento típico es-el siguiente. Se coloca el pistón “ decabeza” en el cilindro y se ponen' las hojas 'de calibrador, con una película de aceite , a 90° de los. agujeros para el perno. Con ello, se mide el ajuste en el punto de máximo diámetro del pistón. Las hojas del'calibrador deben quedar a todp lo largo del pistón y pueden ser de diversos espesores para medir la holgura. •

Hay un método más exacto en el cual se emplea una báscula de resorte (báscula dmamométrica). Se mide la fuerza requerida para hacer salir las laminillas colocadas entre, el pistón y el cilindro (Fig. 12.10). Por ejemplo, en un motor, se podrá sacar una tira de laminilla de 12 mm de anchura, 200 mm de longitud y de 0.04 mm de espesor con una tracción entre 20 y 40 ncwtons. Si las laminillas salen con demasiada facilidad, el pistón está flojo; si es difícil sacarlas el pistón está muy apretado.

Ajuste de anillos de pistónLos anillos de pistón se surten por juegos completos para cada tipo de motor. Los anillos son para un diámetro particular y no hay que limarles las puntas para ajustarlos en cilindros más pequeños, pues esos anillos se pondrán ovalados una vez que se instala el pistón. Si se ha rectificado el cilindro, se requieren anillos de sobremedida; si no, se deben utilizar anillos en medida estándar, sin que importe el desgaste que pueda haber ocurrido en la parte superior del cilindro.

Los anillos se deben probar en el cilindro y en el pistón en que se van a instalar.

.Fig. 12.11 Comprobación de abertura entre puntas de anillos < V

Prueba de ios anillos en el cilindroPara comprobar el tamaño correcto de los anillos ■ nuevos, hay que colocarlos en el cilindro. Se coloca un anillo en el cilindro y se empuja con la cabeza de un p i s t ó n- d e m o d o • q u e, q u c d e bien q n c u á d raed o en el cilindro; luego,se mídela abertura entre puntas-con - un calibrador de hojas (Fig.- 12.11). La abertura entre puntas ó “ luz” debe ser de 0.04 a 0.06 mrn por cada 10 mm de diámetro del cilindro, medido en la parte del cilindo que no tenga desgaste.

Si el cilindro está cónico por el desgaste, el diámetro en la parte inferior del recorrido de-los anillos será menor que el diámetro en la parte superior. En este tipo de .cilindro', hay que probar el anillo en el límite inferior del recorrido de los anillos. Si se ajusta en la parte superior del cilindro, la abertura entre puntas no será suficiente cuando el anillo se mueve hasta su límite inferior de recorrido. Esto significará que las puntas quedarán pegadas una contra otra y que se romperá el anillo o se rayará la pared del cilindro. En los cilindros cónicos, se debe medir la abertura entre puntas con el anillo en el punto de mínimo diámetro o en el límite inferior del recorrido de los anillos

Prueba de los anillos en fas ranuras del pistónSe introduce la cara dei anillo en la ranura en el pistón como se ilustra en la figura 12.12 y se “ rueda” ei anillo en toda la ranura para comprobar que queda libre en toda la circunferencia del pistón. Si el anillo queda apretado en cualquier lugar, hay que limpiar la ranura y volver a probar el anillo.

En este momento hay que comprobar la profundidad de la ranura. Para ello, se coloca una regla (escala) contra las bandas del pistón, se sujeta eí anillo en el fondo de la ranura > -e mide la distancia entre la regía y el anillo; det: J- ü.03 mm por


Fig. 12.12 Comprobación del ajuste dei. anillo en la ranura

cada 10 mm de diámetro del cilindro, más 0.2 mm para los anillos de compresión y más 0.3 mrn-para ¡os anillos de control de aceite. May que seguir con todo cuidado las instrucciones del fabricante de los anillos.

Una vez instalado el anillo en la ranura, se debe comprobar la-holgura lateral.con un calibrador de hojas (Fig. 12.13). La holgura lateral, promedio, especificada para los motores Diesel.es de 0.05 a 0.1 mrn. - -

En la figura 12.14 se ilustra el método para comprobar la holgura-de un anillo de! tipo de cuña o “ dovela” en su ranura. Se utiliza una regla de acero para colocar el anillo en la ranura y sujetarlo y la holgura lateral se mide con un calibrador de hojas.

Instalación de los anillos en el pistón •Los anillos se instalan en el pistón con un expansor de anillos, qué los expande uniformemente a fin de que puedan pasar sobre la cabeza- del pistón hasta sus ranuras. Los rieles de acero y separadores de los

ranura M it su b ish

Fig. 12.13 Comprobación de holgura lateral de anillos con calibrador de hojas

Fig. 12.15 Un tipo de expansor de anillos de pistón

' anillos del tipo segmentado se instalan sin el compresor; sólo se “ enrollan” cuidadosamente en su lugar. Este método, a veces, se utiliza para instalar anillos de hierro colado, pero se debe tener cuidado de no deformarlos al instalarlos. El método preferido es emplear un expansor de anillos (Fig. 12.15).

Algunos tipos de anillos; de cara cónica, biselados (achaflanados) o con rebajo se .deben instalar con el lado correcto del anillo hacia la parte superior (suele estar marcada) como se ilustra en la figura 12.16. Si no se hace así, se invertirá la acción del anillo y uno del tipo rascador, por ejemplo, arrastraría el aceite hacia la parte superior del cilindro y ocasionaría alto consumo de aceite y otros problema s re 1 a t i v o s.

Cuando los anillos están instalados en sus ranuras, las aberturas entre puntas deben quedar al lado opuesto a las caras de empuje y también desalineadas entre un lado y otro del pistón; no deben quedar alineadas (Fig. 12.17)

Instalación -del pistón en el cilindroUna vez armados el pistón, anillos y biela. -> necesario comprimir los anillos con un compren r i-.

M E C Á N I C A P A R A M O T O R E S D IE S E L

13 6

Fig. 12.16 Instalación de los anillos en el pistón

an illo superio r expansor de

an illo de aceite

segundo

frente

a n illo superio r

segundo an illo

aceite

a n illo de aceite

c. 19 17 posición de ios anillos en el pistón. En este F.g. 12. ,7 Porción ^ y g| d se .

en la culata

anillos para que el pistón pueda penetrar en el

Ulirpara ello se utiliza un compresor de anillos (Fig.p 18) El compresor envuelve los anillos y los com-prim eíntroTe sus ranura, para poder empujar e.

H c o m p r e s o r bien apretado y hay que intioducir

S B f e s s s s a íK WS f e w s s s w s s w *

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Fio. 12.18 instalación dei pistón en el cilindro con un compresor de anillos

de aue el metal superior de cojinete no se dañe ni se salga de su lugar. Con.la biela asentada contra e! muñón, se instala la tapa y se aprietan los tornillos ala torsión correcta. , ■• Todas las bielas y sus.tapas tienen grabado elnúmero del cilindro para identificación y, también, para instalarlas en forma correcta, con esos números hacia el lado especificado del motor. Algunos pistones también tienen- marcado el numero del cilindro y. en algunos, está marcado el frente para asegurar su instalación correcta. E l piston-de la

■ figura 12 9 tiene la cámara de combustión descent r a d a en la cabeza y está m a ^in d ica r el frente del pistón.

Análisis de problemas con pistones, anillos y cilindrosLos problemas con los pistones, anillos de pistón y sus cilindros se notarán porque producen raido en el motor o quizá, se pueden observar las deficiencias cuando se desarma el motor. Cuando se observa una deficiencia o un daño, no es suficiente reemplazar la pieza relativa. Hay que localizar y corregir la causa del daño para que no se repita. Con respecto a los pistones, hay que tener en cuenta las condiciones de trabajo del vehículo, la lubricación, el enfriamiento la temperatura, la alineación de las bielas y otras posibles causas y no sólo la pieza que tienedaños visibles. .

1 os siguientes daños en los pistones puedenocurrir además del desgaste normal. Se describencomo daños separados, pero se debe tener en cuentaque tienen una estrecha relación.

Rayadoras (Fig. 12.13)Cuando dos superficies tienen rozamiento entre sí y se deja que aumente la temperatura hasta que se llegue al punto de fusión, se soldarán entre sí partículas del material. Esto ocasiona la transferencia de partículas de una superficie a otra, con lo cual se produce un depósito o saliente pequeño en una y una cavidad pequeña en la otra. Por dio, e l calentamiento local entre las dos superficies es e l que oca-


siona las rayaduras y esto significa que se deben investigar las posibles causas del exceso de calor. Aunque el daño empieza como se menciona, se puede extender y se agrava con las superficies ásperas hasta que se daña una parte del pistón como se ilustra. Es posible que los anillos y alguna parte del cilindro también estén rayados.

Las causas probables que se deben investigar son depósitos en las camisas de agua que producen puntos calientes en las paredes del cilindro que las deforman; el pistón para ver si estaba apretado o tiene irregularidad en el tamaño y el sistema de lubricación para determinar si la presión y el tipo de aceite son correctos. Además, la instalación y holgura correctas de los cojinetes de biela y deficiencias en el motor que ocasionen sobrecalentamiento.

En el diagnóstico se debe tomar en consideración si el problema es general en el motor o en un solo cilindro y también, si sólo ocurre en el pistón, anillos o cilindros, aunque uno también influye en los otros. • •

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Fig. 12.13-Rayadura de una superficie de un pistón

Escoriaciones {Fig. 12.20)Pueden ser un grado avanzado de rayadura. Aparte del sobrecalentamiento original que produjo las rayaduras, si el motor sigue trabajando con superficies rayadas, producirá un exceso de calor, con lo cual aumentan las rayaduras y se escoria una superficie grande en el pistón y en el cilindro.

Las escoriaciones profundas en el cilindro pueden ser por algún desperfecto mecánico, como anillos o arillos, seguros rotos o perno de pistón flojo. Este daño suele ocurrir en un solo cilindro y la razón de las escoriaciones saltará a la vista. Sin embargo, la causa de la falla quizá no esté muy clara y requiera una investigación más detenida.

Las rayaduras de los cilindros también pueden ser el resultado de la entrada de polvo al motor porque el sistema de admisión está deficiente o le falte mantenimiento. El polvo y las partículas abrasivas producirán desgaste abrasivo de los vástagos y guías de las válvulas así como de los pistones, anillos y cilindros. Las escoriaciones, en este caso, no serán profundas, sino más bien una superficie mate de marcas delgadas de escoriación que abarca todas las superficies.

Pegadura (Fig, 12.21)En este caso, toda la superficie del pistón estará

marcada. A primera vista, parece ser que hubo falta de lubricación correcta, en particular si el problema es en todos los cilindros. Si este diagnóstico está correcto, los cojinetes y muñones también estarán dañados y el aceite del motor estará contaminado.

También se deben considerar otros factores que pueden ocasionar la desintegración de la película de aceite entre el pistón y la pared del cilindro, tales cómo problemas en el sistema de enfriamiento o escapes de compresión debidos a anillos pegados. Nota: Las rayaduras, escoriaciones y pegaduras son condiciones que tienen estrecha relación entre sí. En algunos casos, .pueden ser tres etapas de daños por la misma causa inicial.

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Fig. 12.21 Pistón pegado

Escapes de compresión (Fig, 12.22)Si los anillos de pistón no sellan en forma correcta, debido a problemas en ellos o en la pared del cilindro, ocurrirán los escapes de compresión. Los gases

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Fig. 12.22 Daños en las bandas del pistón por c í de compresión

Fig. 12.20 Escoriación del pistón y anillos por cuerpos abrasivos en el motor

138M E C Á N I C A P A R A M O T O R E S D I E S E L

calientes que se escapan a lo largo del pistón aumentan la temperatura del pistón, anillos y pared del cilindro. Se pierde la tensión de los anillos por el sobrecalentamiento y aumenta el problema de los escapes de compresión. En los casos senos, puede ocurrir la destrucción de las bandas del pistón y de los anillos como se ilustra.

Corrosión de los pistones (Fig. 12.23}Los escapes de compresión también pueden ocasionar la contaminación del aceite lubricante y sus aditivos perderán su eficacia. Puede ocurrir corrosión de las piezas, como se muestra en el pistón ilustrado.

La corrosión también puede ocurrir por el escape de líquido enfriador hacia las cámaras de combustión y que se pase más allá de los anillos. Esto ocasionará corrosión severa del pistón y desgaste o rayaduras excesivas por la lubricación deficiente de la pared dei cilindro. Los escapes de líquido enfriador hacia el depósito de aceite lo contaminarán y formarán, “ lodos” .

Daños en la protuberancia para perno de pistón (Fig. 12.24)Los arillos seguro deben estar bien ajustados en sus ranuras y hay que reemplazarlos cuando se desarme el motor. Cualquiera que sea el método para fijar el perno en el pistón o en la biela, el perno se debe instalar y sujetar con cuidado, a fin de que no se mueva hacia un lado y otro durante el funcionamiento.

La desalineación de la biela puede producir empujes laterales en el perno de pistón que, a su vez, se aplican a los arillos seguro del perno. Cualquier juego del arillo seguro en su ranura permitirá que se transmita un choque al pistón y, éste, en un momento dado sufrirá serios daños. También puede ocurrir que se rompa un arillo seguro, que haya partículas que escorien el pistón, anillos trabados, etc., que producirán la condición ilustrada.

Fig. 12.23 Corrosión del pistón '

!

Fig. 12.24 Daños en el pistón por arillos .seguro flojos y rotos

Preguntas para repaso1. ¿Qué significa alineación de la biela?2. ¿Cómo se puede comprobar la alineación?3. ¿Qué otros factores se deben comprobar en una

biela?4. ¿Cómo se puede comprobar la cavidad para el

cojinete en la biela?5. Descríbase un método para determinar si un

metal de cojinete tiene compresión.6. ¿Cómo se puede comprobar si un metal de co

jinete asienta en forma correcta en la cavidad en lab la?

7. ¿Dónde se suelen hacer las mediciones en un pistón para determinar su tamaño?

8. Menciónense las diversas partes del pistón en donde se pueden hacer las mediciones y la información que dan las mismas.

9. ¿Cómo se puede probar un pistón en su cilindro?10. ¿Cuál es el posible efecto de un pistón con hol

gura insuficiente en el cilindro?

11. ¿Cómo se puede probar un anillo de pistón en su ranura? ¿Habría diferencia si fuera anillo del tipo de cuña?

12. ¿Cómo se instalan los anillos en un pistón?13. Descríbase el método para instalar un pistón en

su cilindro.14. ¿Por qué hay muchos pistones marcados para

indicar “ Frente” ?15. ¿Cuál es el posible efecto de un sistema de admi

sión de aire deficiente en los pistones y cilindros?

16. ¿Cuáles son las posibles causas de escoriaciones de los pistones?

17. ¿Qué significa escapes de compresión?18. ¿Qué significan rayaduras, escoriaciones y pe

gadura?

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Para desarmar y armar e! motor

®@fíÍÍ!Í:5Í!Ífe ;■ i* ,'.s.... i---::fui»!** 8

Los pasos que se podrían aplicar durante el reacon- dicionamíénto o reparación del motor podrían ser:

J. Diagnosticar o determinarla razón para efectuar el trabajo.

. 2. Desarmar ..de acuerdo con. .un procedimiento■ lógico. - \ .

. 3. .Inspeccionar si hay desgaste y determinar las piezas aprovechables.

4. Reparar, reacondicionar o reemplazar las piezas necesarias.

5. Armar y ajustar.6.. Efectuar las comprobaciones necesarias.

Estos pasos se aplican para reparaciones parcia-• ¡es o para el reacondicionamiento o reconstrucción. Una reparación sería sólo en una parte del motor. En el reacondicionamiento de la culata (cabeza), sólo se trabaja en 1a culata y piezas correlativas, mientras que para el reacondicionamiento o reconstrucción del motor, la secuencia para diagnosticar, desarmar, etc., se aplicaría en todo el conjunto del motor, incluso sus accesorios.

Los procedimientos varían según la marca del motor y hay que consultar los manuales de taller del fabricante para mayor información. Sin embargo, hay muchos métodos comunes para reacondicionamiento de motones que se describirán más adelante. Muchos de ello;, ya se han mencionado en capítulos anteriores y se deben consultar. En el índice se pueden localizar los diversos conceptos.

Tipos de trabajo en el motorAlgunos de los tipos de trabajo de mantenimiento, reparación o reacondicionamiento que se efectúan en los motores son los siguientes.

Mantenimiento 'Es un programa sistemático de lubricación, comprobaciones y ajustes que se efectúan a los intervalos-recomendados por el fabricante. El mantenimiento (conservación) prolonga la duración-del

’ motor y lé conserva su rendimiento: Se suele recomendar el trabajo de mantenimiento, a intervalos de 5000, 10 000, 20 0000 y 40 000 kilómetros.

ReparacionesPueden ser mayores o menores y necesarias por problemas tales como fugas de líquido enfriador, de aceite, de combustible, pérdida de potencia, sobrecalentamiento o ruidos en el motor.

Reacondicionamiento de culatas (cabezas)incluye desmontar la culata de cilindros para trabajar en las válvulas, asientos y piezas correlativas. Puede ser parte de un programa de mantenimiento extendido o hacerse necesario por pérdida de potencia, quemadura de válvulas, escapes por la junta de la culata o guías y sellos de válvulas gastados.

Reparación por fugasLas reparaciones que incluyen desmontar el depósito de aceite (cárter) son fugas de aceite por la junta del depósito o por los sellos delantero o trasero de aceite del cigüeñal. Otros problemas más serios podrían ser golpeteo de cojinetes, pérdida de presión de aceite o ruidos en el motor.

Reacondicionamiento parcialPodría ser necesario como resultado de un largo tiempo de operación, pérdida de potencia, consumo excesivo de aceite o ruidos en el motor. En estos casos, un reacondicionamiento o “ ajuste” parcial puede ser satisfactorio. Podría incluir reacondicio


namiento de culatas y reemplazo de camisas de cilindro, pistones y cojinetes de biela. ,j 5V, .

Reacondicionamiento general El reacondicionamiento general o reconstrucción, por lo común, se necesita después de un largo tiempo de funcionamiento, cuando se nota desgaste del motor por una o más de las siguientes condiciones: pérdida de potencia, ruidos en el motor, consumo excesivo de aceite lubricante, consumo excesivo de combustible o humo en el escape. También se debe efectuar el reacondicionamiento para corregir daños en los cilindros, cigüeñal y cojinetes ocasionados por falta de lubricación o porque el motor haya trabajado en condiciones anormales.

Para efectuar el reacondicionamiento general, primero hay que desmontar el motor de la unidad y desarmarlo del todo con un procedimiento específico. Luego se inspeccionan todas las piezas para determinar sus condiciones y si hay que ajustarlas, repararlas o reemplazarlas. Después se arma el motor y su rendimiento debe ser igual que el de un motor nuevo.

Durante el. reacondicionamiento del motor se deben incluir los accesorios como la bomba de combustible, compresor de'aire y bomba de vacío:

Comprobaciones antes de desarmarAntes de-efectuar cualquier tipo de reparación se debe determinar lo que se va a hacer y por qué es necesario. El diagnóstico y pruebas precisos, antes de empezar el trabajo determinarán lo que se necesita desarmar. Aunque los componentes internos no se pueden inspeccionar sin antes desmontar otras piezas, el tiempo dedicado al diagnóstico del problema puede evitar un trabajo innecesario.

Cualesquiera registros del motor pueden ser útiles. Pueden ser el historial de mantenimiento, consumo de aceite, rendimiento y, quizá, el tipo de trabajo en que se emplea el motor. El kilometraje recorrido por el vehículo o las horas de operación del motor son una guía del tipo y cantidad de desgaste que se encontrará en las diversas piezas de! motor.

Lavar el exteriorAntes de empezar a desarmar, hay que lavar el exterior del motor para eliminar la mugre y grasa que podrían penetrar durante el desarmado. Antes de lavar, hay que examinar si hay señales de fugas de aceite y de líquido enfriador. Después de lavar puede ser necesario continuar el examen para focalizar el origen de las fugas, que será más fácil si el motor está limpio.

Alto consumo o fugas de aceite lubricantes' • Cuando fse.wi\iestiga una qyej#-de consumo excesivo

de aceite lubricante no se debe suporter automáticamente que el problema está en los anillos de pistón y que éste hace llegar el aceite a la cámara de combustión. Aunque podría ser la causa, las fugas también aumentan mucho el consumo de aceite. Además, el aceite puede pasar por las guías de válvula si éstas o los sellos están gastados.

Hay que examinar en busca de posibles fugas’ por la tapa de balancines, depósito, filtro y bomba del aceite, enfriador (radiador) de aceite, tapa de engranes de sincronización y cubierta del volante. Cuando se buscan las fugas, el motor debe estar en marcha a su temperatura normal de funcionamiento.

El humo excesivo en el escape puede producirse porque se está quemando aceite; también podría ocurrir por exceso de combustible o combustible sin quemar debido a deficiencias en el sistema de combustible. Por lo general, el exceso de combustible.produce humo negro; el aceite produce un humo

, gris o azuloso. .

• Desmontaje del motor. Hay una serie de componentes externos que se dé-, ben desmontar antes de poder separar el motor de sus.-soportes y sacarlo de la unidad en que está instalado.

Los componentes y accesorios del motor que quizá se tengan que desmontar son: tubos y mangueras para combustible, mangueras para líquido enfriador, radiador, controles del motor, filtro(“ pu- rificador” ) de aire, soportes y conexiones para el

' escape, conexiones eléctricas y otros varios. La cantidad de componentes que se necesite desmontar del motor o sacar del compartimiento del motor depende del tipo de unidad en que esté instalado. Si hay suficiente espacio-alrededor del motor, éste y sus componentes externos se pueden sacar como conjunto. Si el espacio es limitado, hay que desmontar ciertos componentes antes de sacar el motor.

En todos los tubos, mangueras y conductos se deben poner tapones o cubrir con cinta adhesiva para evitar la entrada de cuerpos extraños. En algunos casos se requieren precauciones especiales cuando el vehículo tiene aire acondicionado. Hay procedimientos específicos para descargar el gas refrigerante, que se debe hacer con lentitud y en un lugar muy bien ventilado. El refrigerante no debe tocar las manos ni ninguna parte del cuerpo.

Según si es necesario desmontar el motor y la transmisión o sí ésta se va a quedaren su lugar, hay que separar el motor en la cubierta del volante, la transmisión o el eje propulsor; para ello se sacan los tornillos que sujetan el componente al motor.

Hay que aflojar los tornillos o tuercas que sujetan los soportes del motor a éste y al bastidor secundario y sacarlos como último paso. Los motores

P A R A D E S A R M A R Y A R M A R E L M O T O R 141

13.2 Un tipo de soporte trasero del m otor B ed fo r d

Fig. 13.1 Cojines de caucho en el soporte entre ¡a parte delantera del motor y un travesano B ed f o r d

instalados en vehículos para trabajo en carretera tienen soportes con cojinetes de caucho que aíslan el ruido y vibraciones del motor, con respecto a la carrocería. En otras unidades, como los tractores y vehículos pesados, se pueden utilizar soportes macizos o de una pieza. Hay que soportar el motor con un gato o una eslinga para quitar el peso de los soportes antes de sacar los tornillos de montaje*

Soportes de! motor -En la figura 13.1 se ilustra un ejemplo de ios soportes delanteros y en la figura 13.2 de los soportes traseros de un motor para camión. La parte delantera del motor está sostenida por dos soportes que constan de aisladores de caucho vulcanizados'en bridas de acero; se atornillan en una ménsula en la tapa de engranes de sincronización y en él travesaño delantero del bastidor.

Los soportes traseros son del tipo de (columpio) grillete. En la figura 13.2 se ilustra un travesaño

trasero del cual está suspendida ... . V( .lante mediante los soportes del :r E Ico íl- ¡o se monta en una percha colocuca . ¿ ^j-ai iz l travesaño y en una oreja en la cub¡,-:\. ve . * : En la parte inferior de la figura aparee: _ - . n.= soporte del motor. Tanto la percha con: L < j tienen agujeros para recibir los aisladores - . _ - cno (hule), que son un buje (casquillo) de con un manguito interno de acero. Se utiliza varilla de reacción torsional, ajustabíe, entre el :r_- vesaño y la cubierta del volante, que estabiliza e! motor porque contrarresta la tendencia a que se tuerza en sus soportes.

Desmontaje del motorEl motor Diesel se monta en distintos lugares, según el tipo de unidad o vehículo. En los automóviles están en el frente del vehículo. En los camiones ligeros y en ios medianos y pesados con cabina convencional también están montados debajo del cofre .(capot) en el frente del vehículo. En las camionetas de caja cerrada (furgonetas o “ vans” ) y camiones de control delantero o de cabina de inclinación, el motor está debajo del piso de la cabina. L os autobuses tienen el motor en la parte delantera o' trasera bajo, el piso, según sea su .construcción. Ei método de acceso al compartimiento del motor determinará el procedimiento para desmontarlo.

Camiones de cabina convencionalEn la figura 13.3 se .ilustra el desmontaje del motor en un camión de cabina convencional. Se coloca

14 2 M E C Á N I C A P A R A M O T O R E S D Í E S E L

Fig. 13.3 Desmontaje del motor en un vehículo con cabina convencional ¡SU2U

una eslinga en los tornillos de ojo'(careamos) para levantar ei motor .y se conecta con una garrucha o una grúa de piso. En este ejemplo, se han desmontado el capoty el radiador para poder mover el motor y la transmisión hacia el frente. La eslinga tiene una pierna más larga que la otra de poder levantar el frente del motor, a fin de que libre el resto de la carrocería.. Se levanta el motor y al mismo tiempo se lo mueve hacia el frente, lo cual requiere el empleo de una grúa móvil o de piso. Si se utiliza una garrucha fija; habría que mover el vehículo hacia atrás

mientras se levanta el motor para tener el mismo efecto.. ‘

Para un motor de automóvil se utilizaría un procedimiento similar, excepto que no siempre se desmontari el motor y la transmisión.

Camiones de control delantero o cabina inclinableEn la figura 13.4 se ilustra ei desmontaje del motor de un camión de control delantero. En este caso, el camión tiene cabina.inclinable, que facilita el acce-

Fig. 13.4 Desmontaje del m o to r de un vehículo con cabina de inc linación SJZU

P A R A D E S A R M A R Y A R M A R E L M O T O R143

Fig. 13.5 Desmontaje del motor en la parte posterior de un autobús Isuzu

so al motor. La eslinga también tiene una pierna más larga para inclinar el motor y que libre la carrocería. Después de levantar el motor lo sufi-

. cíente, se lo gira 90° y se saca por.un lado del vehículo. Se ha desmontado el ventilador antes de

"sacar el motor porque se pueden dañar el ventilador o la carrocería.- Además, hay que desconectar la transmisión del motor para reducirla longitud total' y facilitar el alzado. El procedimiento.puede variar según el tipo de -carrocería del-yehículo y del tipo de

. travesaño trasero pará el motor.- - * '

Camionetas ligeras (furgonetas.o “vans”)Suelen ser de control delantero con el motor a una pequeña distancia bajo el piso y con una tapa o paneles para tener acceso al motor desde arriba. El motor y, casi siempre, la transmisión, se sacan por

- debajo del vehículo. - '

Autobuses• En los autobuses el motor puede'estar instalado debajo del piso, en las partes delantera o trasera y en algunos casos en la parte central y casi siempre en un compartimiento en la parte posterior. Para tener acceso al compartimiento se quitan tapas en el piso o paneles embisagrados en las partes delantera o trasera. En la figura 13.5 se ilustra el desmontaje de un motor colocado en la parte posterior. En este ejemplo se han desmontado el parachoques (defensa) y el travesaño trasero para el motor. El motor y la transmisión se bajan a una carretilla para poder retirarlos. Se puede levantar por medio de gatos o con un pedestal especial con gatos o caballetes (escaletas). Si el compartimiento del motor lo permite,se puede utilizar una grúa de piso con brazo largo y una eslinga corta.

TractoresEn muchos tractores, el motor, la transmisión y el mando final forman la estructura principal. El radiador, suspensión delantera, dirección, etc., están montados en largueros sujetos al motor y la transmisión. Con este sistema hay que dividir el tractor

en dos partes para desmontar el motor. Se separa el motor en ia cubierta del volante o en la .transmisión

A ^ y en la suspensión, etc., en el frente. Por lo general, hay suficiente espacio para colocar una eslinga y sacar el motor.

Hay muchos otros vehículos similares a'tractores que tienen el motor, transmisión y mando final integrados en una unidad compacta, que forma la base de. la estructura.

Para levantar ei motor ’ : ■ .Para levantar los motores grandes se utilizan eslingas de cable de acero o cadenas. Se emplea un anillo de acero para unir fas piernas de la eslinga en la parte superior a fin de poder engancharía en una garrucha o grúa. En los extremos de la eslinga se emplean ganchos o grilletes para poder sujetarla a los tornillos de ojo del motor.

Para máxima resistencia, cada pierna de 1a eslinga no debe formar un ángulo mayor de 60° desde la vertical en el punto en que.se engancha en ia grúa, como sé ilustra en la figura 13.6. En estas condiciones, la eslinga puede soportar la carga máxima.

Si las piernas son muy cortas hay que separarlas, pero esto aumentará ía tensión en las piernas y se reducirá la capacidad de carga de la eslinga. Por ejemplo, si se aumenta el ángulo a 75°, se duplicará la tensión en las piernas. Otra ventaja de las eslingas largas es que el centro de gravedad se mantiene bajo y el motor estará más estable al levantarlo.

La eslinga debe estar en buenas condiciones y sujeta con firmeza para protección de las personas y del motor. Se prefiere utilizar un expansor entre las piernas de la eslinga.

instalación del motorEl procedimiento para instalar el motor en la unidad es a la inversa de como se desmontó. Se levanta el motor con cuidado, se baja a su lugar y se lo centra en los soportes. Con el motor en su lugar, se aprietan Jos tornillos de los soportes. Si se utiliza


Fig. 13.6 Eslingas para motor: a) los ángulos no deben ser mayores de 609 desde la vertical; b) expansor para mantener verticales los cables

varilla de reacción torsional, se aprietan ¡as tuercas con los dedos y, luego, se aprietan a la misma torsión para comprimir los cojinetes de caucho.

Los componentes externos se instalan a la inversa de como se desmontaron. May que empezar a colocar los tornillos, tuercas y conexiones roscadas bien escuadradas. Hay que seguir el orden para apretar la cubierta del volante, los múltiples y otras conexiones con bridas; todos los tornillos se deben apretar a ¡a torsión especificada.

Para desarmar el motorPara desarmar ei motor, se requiere un procedimiento sistemático. Primero para desmontar los componentes externos y, luego, los internos. La persona que va a desarmar debe conocer la construcción del motor y lo que se llama “ buenos métodos” o “ buena práctica” en relación con los motores. Son imprescindibles las herramientas adecuadas y

el manual de taller del fabricante es casi indispensable para consulta.

A continuación se mencionan algunos de los aspectos que constituyen los buenos métodos. Vale la pena tenerlos en cuenta, porque son lo que distingue a un buen técnico mecánico. No es una lista completa de lo que se debe hacer sino conceptos generales que requieren un método lógico para desarmar un motor y, para el caso, para cualquier trabajo mecánico.

ObservaciónObsérvese con cuidado la posición de los accesorios del motor. Si van a surgir dudas al armar, hay que marcar con cuidado el componente y su punto de montaje en el motor para volver a instalarlo en la forma correcta.

Marcas de desgaste o testigo Hay que buscar las marcas de desgaste, que se producen entre las piezas o como impresiones en las juntas o sellos. Son útiles indicadores de la forma en que se ha instalado una pieza en relación con otra.

Examen visualHay que examinar las piezas conforme se desarma. .Examínense las superficies de montaje, bridas, etc. La observación cuidadosa no sólo sirve para identificar la. pieza y su colocación, sino también sus características de construcción, desgaste o daños.

IdentificaciónHay que crearse la costumbre de identificar o marcar las características de. las piezas o componentes al desmontar o desarmar: Esto sirve como conocimiento adicional o para reforzar lo que ya se sabe. Hay que fijarse en las características de. diseño y cosntracción de los componentes: por qué están diseñados así, funciones que desempeñan, ajustes necesarios y precauciones especiales que se deben tomar.

ProcedimientoEl procedimiento para desarmar y volver a armar es sistemático y no sólo se trata de quitar piezas. Para desarmarse requieren observación, identificación y un orden lógico.

Almacenamiento de piezasCuando sea necesario, hay que poner etiquetas o marcar las piezas y guardarlas en charolas. Los tornillos, tuercas y conexiones pequeñas correlativos se ponen juntas pero en recipientes separados. Con esto, quedan separados, se tiene la seguridad de instalarlos en su lugar original y se ahorra tiempo al armar.

También se debe tener en cuenta lo siguiente:l. Llay que poner tapones o cinta adhesiva en los

extremos de los tubos y en todos ios agujeros.

P A R A D E S A R M A R Y A R M A R E L M O T O R 145

2. Vuélvanse a colocar las tuercas con unas cuantas vueltas en sus tornillos o vuélvanse a poner los tornillos en sus agujeros después de desarmar un componente.

3. Marqúense las conexiones y bridas, si es necesario, para identificarlas.

4. 'I engase cuidado con los tornillos y tuercas en los múltiples y bridas de escape. Pueden estar pegados y se necesitará un líquido aflojador (aflojatodo) para poder sacarlos.

5.. Aflójense los tornillos y tuercas en el orden especificado en componentes tales como culatas de cilindros, múltiples, cubierta del volante, etc.

6. Manténganse limpias las piezas internas; téngase cuidado de que no entre mugre al motor.

7. Límpiense con cuidado las superf:j;c> c rrc tivas para eliminar los residuos examínese si tienen daños.

8. No se aplique fuerza innecesaria. En _> piezas se requieren extractores para sacar.¿ . _-:- otras, hay que dar unos golpecitos con un .--.artillo de cara blanda, siempre con cuidado c. : dañarlas.

Desmontaje de piezas externasEn la íigura 13.7 se ilustra ei lado derecho de un motor Diesel de seis cilindros y los componentes externos; en la figura 13.8 se muestra el lado izquierdo de! mismo motor. Se verá que hay muchos componentes instalados en el lado derecho del motor, pero hay menos en el lado izquierdo. Hay que

413.7 Vista del lado derecho de un motor. Los números indican ei orden para desmontar las piezas 1

. d®po5lfo \ bomb? de dirección hidráulica, 3 filtro de aire, 4 manguera de admisión de aire,rptor1no’ 7 tub ° Para inyector, 8 tubos de suministro y retorno de combustible, 9 filtro

w , °u ub? de,sde el compresor de aire, 11 tubo de líquido enfriador al compresor, 12 tubo d®|ce la bomba de inyección, 13 tubo de aceite hasta la bomba de inyección, 14 bomba de

17 ia« ? rí riaí or de ace!ís ' 16 tubo del enfriador de aceite a la galería principal para aceite,nitro de aceite, 18 tubo de aceite al compresor, 19 compresor de aire. 20 tapa de admisión de aire Isuzu

1 4 6 M E C Á N I C A P A R A M Ó T O R E S D I E S E L

. 13.8 Vista del lado izquierdo de un motor. Los números indican el orden para desmontar las piezas: 1 tubo de aire al cilindro del freno en el escape, 2 tapa de balancines, 3 cilindro de aire para el freno en e¡ escape, 4 múltiple de escape, 5 varillaje dei freno en el escape, 6 tubo para líquido enfriador, 7 respiradero del motor 8 banda del ventilador, 9 alternador, 10 soporte para el fiitro de aceite de flujo parcial, 1 l tapa de la cámara de seguidores de leva (levantadores), 12 motor de arranque, 13 tubo para aceite a ¡a culata de

•, • < I o U /L L'cilindros.

estudiar estas figuras para reconocer los componentes. En un motor, la identificación de los componentes puede ser antes de desarmar el motor, especialmente si el técnico mecánico no lo conoce bien.

Algunos de los componentes en el lado derecho del motor (Fig. I3.7), del frente hacia atrás son: el ventilador y sus correas (bandas), bomba y depósito de la dirección hidráulica, compresor de aire, filtro de aceite, filtro de combustible, bomba de inyección de combustible, filtro de aire y diversos tubos y mangueras para aceite y combustible.

En el lado izquierdo del motor (Fig. 13.8) los componentes principales son motor de arranque (marcha), alternador, múltiple de escape, tubos para líquido enfriador, respiradero de la caja de cigüeñal.

Una vez identificados los componentes, se debe estudiar el orden en que se van a desmontar. A continuación aparece el orden sugerido para este motor. Aunque no es el único orden, se tiene en cuenta el hecho de que en algunos casos, es más fácil desmontar unas piezas que otras y, también, hay que desmontar algún componente para tener acceso a otros. Se describe el orden para cada lado del motor y, en la práctica, se pueden combinar si se encuentra que es más conveniente.

Si se consultan las ilustraciones y se estudia el orden descrito, se conocerán mejor las piezas externas del motor.

Con referencia primero al lado derecho del motor (Fig. 13.7) el orden sugerido para desmontar los componentes externos es el siguiente (los núme-

P A R A D E S A R M A R Y A R M A R E L M O T O R 14 7

ros de los párrafos corresponden a los números dereferencia en la ilustración):

1. Ventilador. Para quitar las bandas, hay que liberar el tensor de ajuste del alternador.

2. Bomba y depósito de aceite de la dirección hidráulica.

3. Filtro de aire. En este caso, se encuentra en la parte superior del motor; en otros motores puede estar en un sitio diferente.

4. Manguera de admisión de aire. Se encuentra entre la salida del filtro de aire y el múltiple de admisión.

5. Soporte del cuerpo del filtro de aire.6. Tubo de retorno de inyectores. Se encuentra en

los inyectores para el retorno de exceso de combustible al tanque.

7. Tubos para inyectores. Conectan la bomba de inyección y los inyectores. Hay que tener cuidado al aflojar las conexiones.-

8. Línea de combustible. Para el suministro de combustible desde el tanque al filtro.

9. Filtro de combustible. Primero, hay que desmontar la línea que conecta el filtro con la bomba de combustible. .

10. Tubo para aire. Montado én la parte superior del comprcs.or para conducir el aire.comprimido a los tanques de aire. ' • ' ' .

11. Tubo para líquido enfriador. Se encuentra en-■ tre el motor y el compresor; para enfriamiento

del compresor. ■12. Tubo de retorno o drenaje de aceite. Se encuen-

tra entre la bomba de'inyección y el depósito de aceite, para el retorno de aceite ai depósito.

13. Tubo para aceite. Ló conduce desde el sistema de lubricación hasta la bomba de inyección para proporcionar lubricación forzada.

14. Bomba de inyección. Se desmonta como conjunto con el mecanismo de avance automático. Antes de desmontarla, hay que localizar las marcas de sincronización, porque se necesitarán al instalar la bomba. La bomba está sujeta con tornillos en un soporte montado en el motor. La brida de! eje propulsor también está sujeta con tornillos en el mecanismo de avance. Es muy importante poner tapones o cinta adhesiva en todas las aberturas de la bomba para evitar la entrada de cuerpos extraños.

15. Tubo para aceite. Conecta la salida del filtro con el enfriador de aceite.

16. Tubo para aceite. Conduce el aceite desde el enfriador hasta la galería principal para aceite en el motor.

17. Filtro de aceité y tubo de entrada.18. Conexión del tubo para aceite en la caja del

cigüeñal.19. Compresor de aire.20. Tapa de admisión. Montada en el lado del blo

que de cilindros.

Es más fácil determinar el orden para ¿e-arrr.ar en el lado izquierdo del motor (Fig. 13.S) pe rqué r.iy pocas obstrucciones y los componente; desmontar independientes uno del otro. Er. figura los pasos para desmontar están indica;: isa; . al 13.

Instalación de piezas externasEl orden para instalar los componentes externos d¿. motor suele ser a la inversa de como se desmongaron. Sin embargo, se debe prestar especial atención a los siguientes factores.Tubos para combustible Deben ajustar bien escuadrados y no hay que hacerlos entrar por la fuerza. Las conexiones se debe:; apretar en forma correcta y hay que colocar las grapas de sujeción.Tubos para aceite Se deben apretar en la forma correcta y sujetarlos en su lugar.Juntas y sellos Se deben reemplazara! armar, para evitar fugas. Hay que lubricar '.os sellos y ejes.Sincronización (tiempo) de ¡a bomba de inyección Hay que sincronizar (ponera tiemp. ... b mba con el motor. Hay que guiarse por las marca; ; ajusiar la sincronización.Bandas del ventilador Se deben ajustar a la lensi 5n especificada,, para evitar el patinamiento en las releas del ventilador,-la bomba del agua-o el alternador. . • .Tornillos y tuercas Todos los tornillos y tuercas se deben apretar en la forma correcta y, en su caso, a la torsión especificada.Limpieza Hay que trabajar siempre con absoluta limpiéza y aplicar los otros métodos recomendados.

Para desarmar el motorSiempre que se desarma un motor ó un componente, aunque se vayan a desechar las piezas, hay que acostumbrarse a buscar la causa del daño o el desgaste. Todas las piezas de un motor sufren cierto grado de desgaste o degradación, que dependen directamente de lo que ocurra durante la vida útil del motor. El sobrecalentamiento, las sobrecargas, la mugre, el descuido, el abuso dejan señales que se deben utilizar para determinar por qué ocurrieron la falla o la condición y para evaluar el tipo de reparación que se necesita.

A continuación se describen algunas de las verificaciones a efectuar y precauciones que se deben tomar.

En la figura 13.9 se ilustra un motor con los componentes principales desmontados. Se verá que se han desmontado las siguientes partes: la cu!. :a de la parte superior del bloque; el mecanismo á. válvulas de la culata; la bomba del agua en el i re: : de la culata. Además, la polea y el amortiguada r .. vibración en el frente del cigüeñal, la tapa de ía c - de engranes de sincronización, el depósiio de ace::e


Fig. 13.S Componentes de un motor, desarmados. Los números indican el orden para desmontar las piezas: 1 tubo de retorno de combustible, 2 mecanismo de balancines, 3 cruceta de válvulas, 4 varilla de empuje,5 inyector, 6 culata de cilindros, 7 junta de culata, 8 bomba del agua, 9 polea del cigüeñal, 10 tapa de engranes de sincronización, 11 volante, 12 depósito de aceite, 13 enfriador de aceite Isuzu

P A R A D E S A R M A R Y A R M A R E L M O T O R14 9

de la parte inferior del bloque y el volante en la parte trasera del cigüeñal.

En la figura 13.9 los números indican el orden para desmontar estas piezas. Aunque hay métodos alternos, en los siguientes párrafos se seguirá ese orden y se incluirán en el texto los números de referencia de las piezas relativas. También se incluye cierta información general de las piezas. Esto se aplica a casi todos los motores y no sólo al que se ilustra.Aceite y líquido enfriador Si el motor todavía está instalado en el vehículo, el primer paso es vaciar (drenar) el líquido enfriador del radiador, el enfriado! de aceite y el bloque de cilindros. Hay que observar si está limpio o si tiene señales de herrum- bie o contiene Cualquier cantidad de aceite del motor.

El aceite que ha salido.del depósito se debe examinar para ver si tiene impurezas, tales como pai tículas metálicas o carbón y si se ha formado lodo por contaminación por el líquido enfriador. '

. En el fondo del depósito puede haber .lodo y depósi- • tos que señalarán las condiciones generales del m.o-

. tor. 1 ambicn hay que examinar el filtro de aceite; si■ contiene impurezas hay que tratar de determinarla . razón.f ja p a de balancines ■' .Hay una-tapa atornillada encada culata dé cilindros; Hay 'que desmontarlaspara tener acceso al mecanismo de válvulas y-balan-' cines. - ' ■Tubo de retorno de inyectores l) Se utilizan dos tubos, uno en cada culata de cilindros. Los extremos de los tubos éstánconectados en la parte superior de los inyectores y sirven para retornar al tanque la pequeña cantidad de combustible en exceso en los inyectores.Balancines y eje de balancines 2) Los soportes para

. los balancines y para su eje están atornillados en ia parte superior dé la culata. Debido a que algunas válvulas estarán abiertas y sus resortes empujarán contra los balancines, hay que aflojarlos tornillos en forma gradual. En los ejes largos hay que aflojar los tornillos de ajuste de balancines para eliminar Ja carga de Jos resortes; esto evitará que se deforme el eje.

Se deben examinar ios extremos de los balancines que actúan sobre la cruceta de válvulas en el motor ilustrado o en la punta del vástago de válvula en muchos otros motores, para ver si tienen desgaste.Cruceta (puente) de válvulas 3) El motor ilustrado tiene cuatro válvulas por cilindro y se utiliza la cruceta de modo de accionar dos válvulas con un solo balancín. Se iJustran dos crucetas y cuatro conjuntos de válvula y resorte; son para un cilindro y en este momento sólo se pueden desmontar las crucetas. Una vez desmontados el eje y los balancines, se pueden sacar las crucetas de sus guías.Varillas de empuje 4) Se instalan en agujeros en la culata de cilindros y apoyan en los seguidores o

levantadores y se pueden sacar sin desarmar tras piezas. Hay que examinar si están recta; . ----- desgaste en cada extremo. Para ello, se'coió'^'L varilla a través de una esquina de una r._._ Je superficie plana o una hoja de vidrio piar. . ; . . puntas salientes y se ia hace rodar con lentitud - r mide con un calibrador de hojas entre ia variüa vidrio.Inyectores 5) Los inyectores se desatornillan de la culata para sacarlos. Se puede utilizar uria herramienta para hacer palanca con todo cuidado contra los inyectores y la culata a fin de sacarlos. La limpieza y pruebas de los inyectores se describen en el capítulo 20.Culata de cilindros 6) La culata se monta en el bloque de cilindros con tornillos; hay que aflojarlos en el orden inverso al especificado para apretarlos, como se ilustra en la figura 13.10. Como regla general para aflojar, hay que hácerlo en una espiral que empieza por un extremo, se va hacia el extremoopuesto y .se avanza en forma progresiva hacia el centro.

Una vez desmontada la culata, examínense todas las superficies para ver si hay señales de combadura. Si. las superficies de la culata y del bloque están planas, el contorno de la junta estará, bien marcado en las superficies metálicas - Por el contrario, si hay señales de carbón en la junta en lás inmediaciones de las cámaras de combustión o huellas de herrumbre o corrosión desde las aberturas hasta la camisa de agua, significa que ha -habido combadura o pérdida de planicidad ya sea en la superficie de la culata o Ja del bioque o que hay algún problema con la prominencia o con.los sellos . de las camisas.

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Fig. 13.10 a) Orden para aflojar los tornillos de la culata de cilindros; b) orden para apretar Isuzu


Búsquese si hay agujeros para tornillos que estén alargados, rebabas o daños en la superficie de la culata y del bloque, que puedan ocasionar las irregularidades. Si la culata está combada, hay que buscar la razón.

Junta de la culata de cilindros 7) Una vez desmontada la culata, se puede examinar la junta como se explica antes.Bomba del agua 8) Desmóntese la. bomba de la parte delantera de la culata. Examínese la zona de sello para ver si hay señales de fugas; hágase girar la polea con la mano para sentir si hay aspereza en los cojinetes.Polea del cigüeñal 9) La polea está instalada en el frente del cigüeñal y, por lo general, se fija con una cuña (chaveta). Para su fijación, generalmente tiene una tuerca o tornillo centrales; algunos motores tienen un ajuste de interferencia en el cigüeñal para fijar la polea; en tal caso, se necesitará un extractor para sacarla.Tapa de engranes de sincronización 10) Está sujeta con tornillos a la caja de engranes. Se sacan los tornillos y se quita- la iapa para tener.acceso a los. engranes'. En este momento, , los engranes no'se habrán movido y se pueden localizar las marcas de sincronización (tiempo). • / ;Volante 11) Si no se desmontó el embrague, hay que hacerlo para tener acceso a los tornillos del volante, qué está sujeto a una brida en la parte trasera del cigüeñal con seis, ocho o más tornillos. Suele tener dos,o más espigas de guía. Puede ser necesario darle unos golpecitos al volante para aflojarlo de la brida. Hay que-examinar la cara del volante contra la cual trabaja el disco de! embrague para ver si tiene escoriaciones y desgaste; también hay que revisar si lá rueda de cremallera tiene dientes dañados o gastados y determinar si hay que reemplazarla.Depósito de aceite (cárter) 12) Sáquense los tornillos y quítese el depósito (cárter) de la parte inferior del bloque. Obsérvese si alguno de los tornillos está flojo, pues puede, haber sido la causa de una fuga. Examínese si el interior del depósito tiene sedimentos o lodo y si el exterior está dañado.Enfriador de aceite 13) El enfriador de aceite está montado en un lado del bloque de cilindros de modo que el líquido enfriador en las camisas de agua pueda circular por su núcleo; para desmontarlo se sacan los tornillos. Hay que examinar si el núcleo tiene corrosión o posibles fugas. Téngase en cuenta que si el enfriador está dañado puede ser causa de fugas de aceite hacia el sistema de enfriamiento.

Una vez desmontados los componentes citados, se puede seguir desarmando el bloque de cilindros y sus componentes.

Para desarmar el bloque de cilindrosLas partes del bloque de cilindros se ilustran en la figura 13.11 y los números de referencia señalan el orden para desarmar. El bloque se ilustra invertido, es decir, con la parte inferior hacia arriba. En el inserto se ilustran un cilindro y el pistón y biela.

Antes de empezar a desarmar, hay que verificar las condiciones de los cilindros. Pásese un dedo • para determinar la cantidad de desgaste en la parte superior de la carrera de pistones. Examínese si hay condiciones visibles que podrían haber producido daños. Los cilindros se pueden medir con exactitud después de haber sacado los .piston.es o bien se puede medir en este momento el desgaste con un micrómetro, si se desea.

Si se van a utilizar otra vez los pistones, hay que cortar el escalón o borde de desgaste en la parte superior de los cilindros antes de sacar aquéllos, pues de lo contrario sé dañarán las bandas aíempu-

. jarlos hacia afuera. Para esto,'se utiliza una herramienta cortadora de bordes, cuidando de no remover demasiado metal y de no cortai: en la parte en que se mueven los anillos. Después hay que limpiar concuidado las virutas o rebabas del.corte.• . El orden para desarmar el bloque es.el siguiente

. (Fig: 13.11). .Bomba del aceite 1) La bomba del aceite está sujeta con tornillos en la parte inferior del bloque; su engrane de impulsión se acopla al tren de engranes de sincronización. Los tubos de admisión y descarga están conectados en la bomba.Pistón y biela 2) Este conjunto se saca por la parte superior del cilindro. Flay que examinar si las bielas tienen número o marcas; si no las tienen hay que marcarlas para mantener juntas la biela y la tapa e instalar en su lugar original al armar, con las marcas hacia el lado especificado del motor. Los números deben mirar en un sentido determinado, por ejemplo hacia el lado del árbol de levas o hacia el lado opuesto. Afloje y quite los seguros en los tornillos de biela y quítense los tornillos y las tapas. Si las tapas están muy apretadas, hay. que darles unos golpecitos con un martillo de cara blanda para poder quitarlas.

Examínese si los pistones tienen marcas que señalen cuál es su frente. Sáquense los pistones y las bielas del bloque; por lo general se sacan sin dificultad por la parte superior de los cilindros.

Pistones y anillos Examínense los pistones y anillos inmediatamente después de sacarlos del bloque. Primero véase si hay anillos dañados o rotos y si hay holgura lateral excesiva en la ranura para el anillo superior; luego, examínese si el patrón de desgaste en la falda indica desalineación u holgura excesiva (Fig. 13.12).

PARA DESARM AR Y ARMAR EL MOTOR 151

Fig. 13.11 Componentes del bloque de cilindros. Los números indican el orden para desmontar: 1 bomba y tubos para aceite, 2 pistón y biela, 3 cubierta del .volante; 4 retén de sello de aceite, 5 anillo de desgaste,6 cigüeñal, 7 engrane intermedio (locó), 8 árbol de levas, 9 caja de engranes de sincronización. 10 seguidores de levas (levantadores), 11 cojinete trasero del árbol de levas, 12 boquillas para aceite Isuzu

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r . .... J l l ...

a ) b)Fig. 13.12 Patrón de desgaste en la falda del pistón

a) desalineación, h) alineación correcta

Los pistones se deben instalar en su biela correspondiente y colocar en e! bloque en la misma posición original. En la figura 13.13 se ilustran las marcas que van en la cabeza del pistón e indican su frente. Si el pistón no tiene esas marcas, se pueden utilizar la forma de la cámara de combustión y los rebajos para las válvulas en la cabeza del pistón, para determinar cuál es el frente.Cubierta del volante 3) Hay que sacar el volante para tener acceso a las tornillos de la cubierta y así desmontarla de su lugar.Sello trasero de aceite del cigüeñal 4) El sello de aceite del tipo de pestaña se instala en un retén en el

extremo del cigüeñal. El retén está sujeto con tornillos a la parte trasera del bloque.Anillo de desgaste 5) Se utiliza un anillo o manguito (camisa) de desgaste en el extremo del cigüeñal. La pestaña del sello hace contacto con el anillo, no con el cigüeñal. Por tanto, el desgaste que ocurra será entre el sello y el anillo y éstos se pueden reemplazar cuando sea necesario. El anillo de desgaste tiene ajuste de interferencia en el cigüeñal. Se puede sacar con un extractor cuando esté gastado para reemplazarlo.

bn los motores que tienen sello del tipo de pestaña en contacto directo con el cigüeñal, se utiliza otro sistema para compensar el desgaste. Al instalar el sello nuevo, se coloca a más profundidad (2 a 3 mm) en el retén, de modo que la pestaña del sello haga contacto con otra parte del cigüeñal que no esté gastada.Cigüeñal 6) Antes de quitar las tapas de los cojinetes principales, se recomienda verificar lo siguiente a fin de determinar si se requiere alguna corrección adicional antes de armar: el juego longitudinal dei cigüeñal con micrómetro de carátula (0.3 mm):

152 MECÁNICA PARA MOTORES D IESEL

Fig. 13.13 ,'.‘.arcas en las cabezas de los pistones para indicar el frente

e! juego entre dientes de los engranes de sincronización con un micrómetro de carátula colocado contra un diente de engrane (0.2 mm); además, ei juego frontal del engrane loco en el tren de engranes dé sincronización (0.2 mm). Se hace notar que las especificaciones que se han dado son ejemplos solamente; se deben conseguir las del motor específico que se está trabajando.

También hay que examinar las marcas de sincronización en algunos dientes .de los engranes de sincronización (Fig. 13.14). Hay que girar el cigüe- - ñal par.a alinearlas márcas. Es una buena costumbre localizar las marcas y comprobar la alineación al desarmar, para evitar dudas a la hora de armar.

Las tapas de los cojinetes principales, se deben aflojar por orden, empezando en los extremos y hacia el centro, como se ilustra en la figura 13.15, o sea en el orden inverso que al armar. Antes de quitar la tapa, hay que determinar si tienen marcas de identificación; si no ías’tienen, hay que marcar- • las. Las tapas suelen estar numeradas en el mismo orden que los muñones y se deben volver a instalar en su posición original al armar.

Después de sacar el cigüeñal del bloque, hay que instalar las tapas provisionalmente en su lugar.

b)

Fig. 13.15 Tornillos de tapas de cojinetes principales: a) orden para atiojar, b) orden para apretar

Isuzu

Engrane intermedio 7) Está montado en una protuberancia y se sujeta con una brida de empuje-y untornillo central.

/Arbol de levas 8) ■ Está retenido en ei bloque por su cojinete delantero, que también es el cojinete de empuje; es del tipo de manguito con. una brida externa que se atornilla en la parte delantera del bloque. En la figura 13.16 se. ilustra la posición del cojinete y el engrane en el árbol y la comprobación del jucgo longitudinal deTárbol con calibrador de hojas.. ‘ ■

Los dos tornillos de sujeción de la brida del cojinete al bloque se alcanzan a través de dos agujeros en el engrane. Se sacan ios tornillos para extraer el cojuñto completo del engrane, el cojinete delantero y el árbol por el frente del motor. Los otros cojinetes del árbol de levas quedan en sus cavidades en el bloque.Caja de engranes de sincronización 9) Para desmontar la caja, se sacan los tornillos que la sujetan en el frente del bloque.Seguidores de levas 10) Los seguidores de levas o levantadores de válvulas se sacan de sus cavidades en el bloque.Cojinetes del árbol de levas 11) Ya se pueden sacar los cojinetes del árbol de levas de sus cavidades en el

13.14 Alineación de las marcas en los engranes de sincronización: X, marcas en el engrane del cigüeñal y el engrane intermedio; Y, marcas en el engrane intermedio y el del árbol de levas; Z, marcas en el engrane intermedio y el de impulsión de la bomba de inyección

Isuzu13.16 Comprobación de juego longitudinal del

árbol de levas " Isuzu

PARA D ESARM AR Y ARMAR EL MOTOR 153

bloque. En este motor particular, los cojinetes están sujetos con un tornillo prisionero, que tiene una punta de guía que penetra en un agujero en el cojinete. El tornillo para el cojinete No. 7 se puede ver en la sección cortada en la parte trasera del bloque. Estos tornillos se instalan desde el exterior del bloque y hay que quitarlos para poder sacar los cojinetes. Se utilizan tomillos de diferentes tamaños; algunos sirven para retener tubos para aceite además de los cojinetes.

En otros motores, los cojinetes del árbol de levas se instalan a presión en sus cavidades en el bloque y se desmontan e instalan con una herramienta especial.Boquillas para aceite 12) Las boquillas o tubos para enfriamiento y lubricación de los pistones están atornilladas en el bloque. Envían el aceite hacia la cabeza en el interior del pistón y deben estar bien apuntadas. Hay que tener cuidado de no doblarlas y de que, al instalarlas, dirijan el chorro de aceite en el sentido correcto.

Preparación para aunar '"Las reparaciones, y piezas.nuevas requeridas se determinarán-con las observaciones al desarmar y con las verificaciones y mediciones adicionales que se practican después de desmontar los componentes.

Los servicios requeridos para diversos componentes se describen en otros capítulos (por ejemplo, ja culata de cilindros y válvulas se incluyen en el capítulo 6).y hay qüe consultarlos para tener información adicional..En los siguientes párrafos se mencionan el servicio y preparación necesarios antes y durante el armado del motor.

El orden para armar el motor es a la inversa de como se desarmó, y hay detalles que requieren atención particular. La limpieza es el más importante, pues cualesquiera partículas de polvo o abrasivo que queden después de pulir los cilindros o rectificar las válvulas acelerarán el desgaste del motor. Todas las piezas movibles se deben cubrir con aceite aS instalarlas para evitar la corrosión y tener lubricación inicial.

Las junta., y sellos nuevos se deben instalar con cuidado para no dañarlos. Los tornillos y tuercas se deben apretar a !a torsión especificada por el fabricante.

Los métodos para reparación y reacondiciona- mieñto de las piezas del motor aparecen en detalle en otros capítulos.

CilindrosMay que medir si los cilindros tienen ovalación o conicidad con un calibrador para interiores y examinar las condiciones de la pared de los cilindros. Ya se habrá determinado si hay que rectificarlos, pulirlos con piedras o reemplazar las camisas. La rectificación o el reemplazo de camisas se describen

Fig. 13.17 Comprobación de la prominencia de las camisas tipo seco con una regla de acero y calibrador de hojas

isuzu

en el capítulo 8. Se requiere la instalación cuidadosa de las camisas para tener la seguridad de que los sellos están en su lugar y de que la camisa tiene la prominencia correcta encima del bloque de cilindros (Fig. 13.1-7).

Juntas y sellosSiempje.se. deben utilizar juntas y sellos nuevos al armar. Se. suelen comprar como juego (repuesto) completo que incluye todas las juntas, sellos, sellos anulares (Anillos “ O” ) y arandelas. Por lo general, no se aplica compuesto sellador en las juntas, salvo en los lugares especificados. Algunas juntas se instalan en seco, pero por lo general se les aplica una película deaceite o grasa, que ayuda con el sellamiento inicial y para que la junta se quede adherida en la superficie de la pieza. Se debe aplicar aceite a todos los sellos de aceite en las superficies de contacto, y en cualesquiera rebajos,, para que no trabajen en seco y se dañen en el funcionamiento inicial.

En la figura 13.18 se ilustran las diversas juntas y sellos de varios tipos que se utilizan en un motor. Suelen ser parte de un juego para repuesto y se emplean al armar el motor.

Árbol de levas y cojinetesSe verifican las condiciones de los seguidores, levas, cojinetes y engrane del árbol de levas. Se mide el juego longitudinal del árbol de levas como se ilustra en la figura 13.16 Se instalan nuevos cojinetes del árbol de levas, se colocan los seguidores en sus cavidades y se instala el árbol.

Cigüeñal y cojinetesLas cavidades para cojinetes deben estar absolutamente limpias antes de instalar los metales, los cuales deben tener suficiente abertura del diámetro para ajustar con firmeza en su lugar al instalarlos. También deben sobresalir ligeramente en la cavidad, lo cual significa que tendrán la compresión correcta (véase el capítulo 10 para la instalación de metales de cojinetes).

regla de acero z ' °~

ca brador de hojas

154 MECÁNICA PARA M OTORES D IESEL

Fig. 13.18 Juntas y sellos para el motor: 1 tubo de salida de agua, 2 cubierta del termostato, 3 bombadel agua, 4 bomba del agua a bloque, 5 derivación del líquido enfriador, 6 tapa de engranes de sincronización, 7 sello de aceite del cigüeñal, 8 admisión de aire, 9 sellos anulares para impulsión del iacómetro, 10 caja de engranes a bloque, 11 múltiple de escape, 12 compresor de aire, 13 sello anular de válvula de desahogo, 14 arandela selladora del tapón del depósito de aceite, 15 depósito de aceite, 16 seUo de tapa de cojinete, 17 retén y sello del cigüeñal, 18 tapa de admisión, 19 culata de cilindros, 20 soporte de tobera, 21 tapa de balancines, 22 sellos de vástagos de válvulas, 23 enfriador de aceite Isuzu

Las arandelas o discos de empuje deben estar bien instaladas en sus ranuras en la tapa y en la cavidad para el cojinete en el bloque. Si tienen ranuras para aceite, deben mirar hacia las caras de empuje del cigüeñal.

Las tapas de cojinetes se deben instalar en su lugar original; los números y marcas de identificación en cada cojinete y tapa son para su colocación correcta. Los tornillos de las tapas se deben apretar en orden, empezando en el cojinete central y, luego, en forma alternada hacia cada extremo (Fig. 13.15). Hay que aceitar las roscas de todos los tornillos.

Para acabar de apretar los tornillos se utiliza una llave de torsión. Se deben dar unos golpecitos en cada lado de la tapa de cojinete principal y de la tapa de cojinete de biela, con un martillo blando, para ayudar a alinear la tapa (Fig. 13.19).

Cuando se instale el cigüeñal, hay que volver a comprobar el juego longitudinal, que se midió antes de desmontarlo.

El sello de aceite en el cojinete principal trasero es difícil de alcanzar con el mo:or armado; por ello hay que tener mucho cuidacc al instalarlo para evitar futuras fugas.

PARA DESARM AR Y ARMAR EL MOTOR 155segundo anillo

a) b)

Fig. 13.19 a) Metales de cojinete alineados correctamente, b) metales de cojinete mal alineados Repco

La tapa del cojinete principal trasero puede ser en forma de puente que se instala en el bloque como se ilustra en la figura 13.20. Los sellos en los lados de la tapa se deben instalar con cuidado.

Pistones y bielasSe instala el pistón en la biela y se instalan los anillos en el pistón y, luego, se instalan el pistón y la biela como conjunto en su cilindro.

Muchos tipos" de pistones tienen marcas para indicar el Frente (Fig. 13.13). Hay que instalarlos en esa posición; si' no tienen marcas, hay que colocadlos en la misma posición original.

Las bielas se deben instalar en la posición original que tenían en el motor, es decir con los números de identificación hacia un lado específico del motor, como se observó al desmontarlas. Por ello, hay que instalar el pistón y la biela en su posición correcta, para que miren en el sentido especificado cuando queden instalados en el motor.

Instalación de los pistonesLos anillos de pistón deben tener las aberturas entre puntas desalineadas o espaciadas, según lo especifique el fabricante de los anillos o del motor. Se acostumbra que las aberturas estén al lado opuesto al lado de empuje del motor. El espaciamiento de

13.20 Instalación de la tapa del cojinete principal trasero. La flecha indica los sellos laterales de la tapa Isuzu

Fig. 13.21 Posicion de las aberturas entre puntas de los anillos en un pistón Isuzu

las aberturas de los anillos en el pistón se ilustra en la Figura 13.21.

Apliqúese una generosa cantidad de aceite en los anillos y en la pared del cilindro para facilitar la instalación con un compresor de anillos, que permitirá la entrada de los anillos en el cilindro v servirá como lubricación inicial al arrancar el motor.

. Cuando los pistones estén dentro del cilindro; hay que tirar (jalar) de la biela para asentarla en el muñón del cigüeñal e instalar la tapa.

Sistema de lubricación :Hay que desarmar la .bomba deiaceite y examinar'si- tiene desgaste. Desármese luego la válvula de desahogo (alivio) de presión, que puede estar en la bomba o en el bloque, para limpiarla; compruébese que funcione con libertad. El cedazo de succión de la. bomba debe estar en buenas condiciones; limpíense con todo cuidado el lodo y depósitos de carbón. Reemplácese el filtro externo de aceite.

Realícese una prueba de fugas por los cojinetes para comprobar la instalación correcta de los cojinetes y los tubos y conexiones para aceite; además, esa prueba sirve para lavar y cebar ei sistema de lubricación. Consúltese el capítulo 10.

Engranes de sincronización (tiempo)Las marcas de sincronización en los engranes deben estar alineadas para tener sincronización correcta de las válvulas (Fig. 13.14). Cuando estén alineadas y los engranes instalados, se instalan la tapa de engranes y el amortiguador de vibración en ei cigüeñal. El amortiguador debe estar en buenas condiciones para evitar las vibraciones del motor.

Depósito de aceite y tapa de balancinesHay que limpiar el lodo o sedimentos del depósito de aceite, tapa lateral, tapa de balancines y tubos de respiración; de otra forma se contaminará el aceite.

La instalación correcta de las juntas y sellos asegurará que no ocurrirán fugas. Siempre que sea posible, y para todos los tornillos especificados, se debe utilizar una llave de torsión para apretar!, ' con uniformidad, para no “ trasroscados” ni romperlos.


a) b)

Fig. 1-3.22 Volante y cremallera: a) sección del volante y la cremallera, !a fiecha indica el bisel;- b) sección del volante B e d f o r d

Volante del motorEl engrane de la cremallera para arranque se instala por encogimiento sobre el aro del volante. Sidos dientes están muy gastados y dañados,' hay que cortar la cremallera vieja e instalar una nueva. Se debe calentar hasta, que se expanda lo suficiente para colocarla en el aro del volante, o sea a unos 3()0°C, hasta obtener un coior azul oscuro. Se puede utilizar con cuidado un soplete oxiacetilénico y pasar la llama con cuidado sin dejar de moverla en toda la circunferencia para, que se expanda con uniformidad con el calor. Como opción, para calentar -la cremallera, se coloca sobre una pieza de acero que esté caliente.

La cremallera se debe instalar en la posición correcta. Los dientes tienen conicidad en el lado donde acopla el piñón del impulsor del motor de arranque y un bisel (chaflán) en el lado de la cremallera que queda hacia el reborde en el volante (Fig. 13.22).

La cubierta del volante se instala antes que el volante. Se monta el volante en la brida del cigüeñal y se aprietan los tornillos con la mano, con uniformidad y en orden (Fig. 13.23). Después se aprietan a la torsión especificada.

Culata de cilindrosSe utilizan espigas de guía en las partes delantera y trasera de la culata, en dos barrenos rimados, para asegurar la alineación correcta de la junta al instalar la culata. Todos los tornillos de la culata se deben apretar con una llave de torsión; hay que apretarlos en forma gradual y uniforme, desde el centro hacia las orillas, en el orden especificado. Esto es de suma importancia, pues el exceso o falta de torsión puede

Fig. 13.23 Orden para apretar los tornillos del volanteIsuzu

ocasionar rotura de tornillos, daños en las roscas, y torcimiento de la culata y de la camisa de cilindros. Hay que volver a apretar los tornillos cuando se haya puesto en marcha el motor y esté a su temperatura normal de funcionamiento.

Mecanismo de balancinesInstálense las varillas de empuje y coloqúese el mecanismo de balancines en la parte superior de la culata. Los tornillos de ajuste deben estar flojos, para eliminar la carga de los resortes de válvula contra los balancines al instalar el mecanismo y también evitar

.posibles daños;á la-cabeza de la válvula por los pistones si se hace girar el cigüeñal,

El ajuste inicial de la holgura de válvulas se hace con el motor frío y el pistón del cilindro relativo en PMS. Después, se comprueba el ajuste con el motor a su temperatura normal de funcionamiento.

MúltiplesLos'múltiples de admisión y de escape se deben instalar con todo cuidado para evitar fugas. ílay que apretar todos los tornillos con uniformidad a la torsión especificada.

Inyectores y bomba de inyecciónHay que darles el servicio necesario antes de instalarlos. La bomba de inyección se debe sincronizar con el motor. Esto, quizá, no requiera más que observar las marcas de sincronización que se determinaron al desarmar. La sincronización de la bomba de inyección se describe en el capítulo 23.

Equipo auxiliarSe debe dar el servicio necesario al motor de arranque, alternador, compresor de aire y bomba de vacío o cualquier otro equipo auxiliar, como parte del reacondicionamiento del motor.

Sistema de enfriamientoEl servicio al sistema de enfriamiento también es parte del reacondicionamiento del motor. Al armar, hay que examinar el termostato, las camisas de agua, las mangueras y tubos para el líquido enfriador, el enfriador de aceite, el radiador y se debe llenar el sistema con la mezcla recomendada de agua y anticorrosivo o anticongelante.

PARA D ESARM AR Y ARMAR EL MOTOR

Preguntas para repaso157

1. ¿Qué significa mantenimiento?2. ¿Cuál es la diferencia entre mantenimiento y

reparaciones?3. ¿Cuándo es posible que se necesite un reacondi

cionamiento general?4. ¿Cuáles son algunas causas del alto consumo

de aceite?5. Descríbanse los métodos para desmontar el

motor en diferentes tipos de vehículos.6. ¿Qué factores de seguridad se deben tener en

cuenta al levantar motores?7. Menciónense algunos de los buenos métodos ai

desarmar un motor.8. ¿Qué precauciones se deben .tomar para guar

dar las piezas hasta el momento de volver a. armarlo?

9. Menciónense los diversos componentes exter- . nos que habría necesidad de desmontar antes de empezar a desarmar el motor. .

10. ¿Qué ocurriría si no se vacía (drena) el líquido, enfriador antes de empezar a desarmar el mo- •tor? . .

11. ¿Dónde suelen estar los lugares para vaciar el - líquido enfriador? •

12. Descríbase el orden para a) aflojar.) - apretír los tornillos de la culata de cilindro^.

13. ¿Por qué hay que trabajar en ese or L-:14. ¿Qué tipo de inspección visual se debe e:ec:_

en la culata de cilindros?15. ¿Qué tipo de inspección se debe efectuaren . ~

pistones y las bielas después de sacarlos del bloque?

16. ¿Cuál es la finalidad del anillo de desgaste en la parte trasera del cigüeñal?

17. ¿Qué orden se sigue, normalmente, para aflojar los tornillos de las tapas de cojinetes principales?

18. ¿Cómo se. pueden verificar las marcas en los engranes de sincronización?

19. Enumérense algunas precauciones generales que se deben observar al armar el motor.

20. Menciónese la ubicación de las diversas juntas . y sellos en un motor.

21.' ¿Cómo se colocan las aberturas entre puntas de los ánilJos antes de instalar el pistón en su cilindro? ' .

.22. ¿Cómo se instala el anillo de cremallera en el volante?.. ' <■ -

Sistema de lubricación

Las diversas partes del motor se lubrican con aceite a presión que envía la bomba.. El aceite llega a esás partes mediante tubos, conductos, agujeros y ranuras que, junto con la bomba, filtros y válvulas para efaceite, forman el sistema de-lubricación.

Las partes principales del motor, como los cojinetes-del cigüeñal, tienen lubricación positiva y re-', ciben directamente el aceite a presión;-también se dice que tienen lubricación a presión. Otras piezas se lubrican por salpicado; en éste caso, se lanza el • aceite en forma de chorro mediante un barreno, una boquilla o tubo. Los engranes de sincronización de muchos motores se lubrican en esta forma.

Algunas partes del motor no necesitan lubricación a presión,-sino que la reciben con el aceite que retorna desde otras piezas al depósito o .dependen del' aceite nebulizado que hay en la parte inferior del bloque y en el depósito cuando funciona el motor. El aceite expulsado desde otras piezas, por ejemplo los cojinetes de biela, producen un salpicado o neblina de aceite en toda la parte inferior del bloque.

Funciones del sistema de lubricación

. JLEl aceite lubricante que circula por el motor desempeña cierto número de funciones, que son:

1. lubricar ¡as piezas movibles para reducir el desgaste.

2. lubricar las piezas movibles para lograr que las pérdidas de potencia por fricción sean mínimas;

3. actuar como enfriador para disipar el calor de las piezas del motor,

4. absorber los choques entre los cojinetes y otras piezas, con lo cual se disminuye el ruido y se aumenta la duración del motor;

5. formar un buen sello entre los anillos de pistón y la pared de los cilindros,

6. actuar como agente limpiador.

Reducir eí desgaste y pérdida de potencia.El tipo de fricción que Ocurre en el motor suele ser fricción fluida, es decir, fricción entre capas cónti- guas.de aceite en movimiento. Si el sistema de.lubri- cación no funciona correctamente no se enviará suficiente aceite a las piezas móviles y habrá fricción-, que ocasionaría considerables pérdidas de potencia; si continúa el funcionamiento en esas condiciones ocurrirán serios dafíos.en el motor. Los metales de cojinete se desgastarían con rapidez y el calor resultante de la fricción ocasionaría fallas de cojinetes, con lo cual se dañarían las bielas y otras piezas. La lubricación insuficiente de la pared .de los cilindros ocasionaría desgaste rápido y escoriaciones de la pared, anillos y pistones. Si el sistema de lubricación funciona en forma correcta, enviará suficiente, aceite en todas las piezas para que sólo haya fricción fluida.

Translación del calorEl aceite del motor circula con rapidez en todo el sistema de lubricación. Todas las piezas movibles reciben aceite, que además de lubricar absorbe el calor de las piezas del motor y lo lleva hasta el depósito. L1 metal del depósito, a su vez, absorbe el calor del aceite y lo transfiere al aire circundante. Por tanto, el aceite actúa también como agente enfriador.

Cuando se utiliza enfriador de aceite hay un enfriamiento adiciona). El calor transferido al aceite se comunica, a su vez, al sistema de enfriamiento de! motor.

»

Absorción de choquesCuando se produce la combustión, la presión dentro del cilindro tiene un aumento súbito y muy grande. Esto hace que el pistón empuje contra el buje del pasador de pistón, la biela y los metales de cojinete de biela. EntreSp-s cojinetes y los muñones siempre hay cierta holgura que está llena con aceite.

S ISTEM A DE LUBR ICAC IÓN 15S

Cuando la carga aumenta en forma súbita, las capas de aceite entre los cojinetes y los muñones deben actuar como “ cojín” que resiste la penetración o el desplazamiento y debe seguir habiendo una película de aceite entre las superficies metálicas contiguas. Con la absorción y amortiguación del efecto de las cargas súbitas, el aceite hace que el motor funcione más silencioso y que se reduzca el desgaste de las piezas.

Formación de un seíioLos anillos de pistón deben formar un sello hermético a los gases contra la pared del cilindro; el aceite que llega a la pared ayuda a los anillos de pistones a lograrlo. La película de aceite en la pared del cilindro compensa las irregularidades microscópicas entre los anillos y la pared, porque sella o llena cualesquiera huecos por donde puedan escapar los gases. La película de aceite también lubrica los anillos, con lo cual se mueven con facilidad en sus ranuras y contra la pared del cilindro.

Acción como agente limpiadorCuando el aceite circuía por el motor arrastra la mugre, partículas de carbón y otros cuerpos extrae- ños., los lleva hasta el depósito y las partículas grandes caen al fondo del mismo. Muchas de las partículas muy pequeñas quedan retenidas en el filtro del aceite.-

Sistema de lubricaciónLa figura 14.1 es un diagrama de un sistema de lubricación y se muestra la circulación de aceite en las diversas partes del sistema. Los componentes principales del motor aparecen én el diagrama en la misma posición relativa que tienen en el motor. De arriba hacia abajo en el diagrama son: eje de balancines, árbol de levas, cigüeñal, los conductos en el bloque de cilindros, la galería principal para aceite y la galería para las boquillas de enfriamiento de los pistones; las piezas montadas en diversos lugares del motor (bomba del aceite, enfriador, filtro, etc.) y el depósito. La bomba toma el aceite del depósito, lo hace circular por los diversos componentes ilustrados y regresa al depósito.

Circulación del aceiteCon referencia de nuevo a la figura, el aceite circula desde el depósito y por las diversas partes del sistema, como sigue:Bomba del aceite La bomba del aceite, por lo general, se impulsa desde los engranes de sincronización. Succiona el aceite mediante un tubo de succión que tiene el extremo sumergido en el aceite de! depósito. En el extremo del tubo de succión está montado un cedazo de tela metálica para proteger la bomba contra la entrada de cuerpos extraños. El aceite sale de la bomba, pasa por la válvula de descarga y el enfriador de aceite.

Válvula de descarga E 1 ace i te, no rm al:.:.:'.e. ; - a a por la válvula de descarga sin hacerla : r:pero si la presión en el sistema se vuelve d. alta, esta válvula se abre para devol. er d . depósito y reducir la presión. Con ello, la ala descarga actúa como válvula de seguridad :i enfriador de aceite y el resto del sistema.Enfriador de aceite Transfiere el calor de! ace:te .. líquido enfriador del motor. Luego, el aceite enf: - de sale del enfriador a la válvula de desahogo (a.;- vioj \ a! resto del sistema.Válvula dt desahogo La válvula de desahogo de presión, llamada también de alivio, regula la presión en el sistema. Conforme aumenta la velocidad del motor, aumenta también el caudal de la bomba y circula más aceite en el sistema y aumenta la presión en éste. Una vez que se llega a la presión especificada, se abre la válvula de desahogo para drenar la presión sobrante. aeelte ^obrantede la

■ válvula regresa al depósito o ear:er. : mo lo indica la línea discontinua.'El aceite que pasa por la válvula de desahogo llega hasta el ñl:r ce aceite.Filtro de aceite Se ilustra un fikro de flujo ríe:' \ lo cual significa que se filtra todo ei acei;e .:ei rr. . /: e incluye también una derivación. En cas< de que se Obstruya el filtro, se abre la válvula de der:\a::

• (“ bypass” ) para que el aceite pase al otro la.. - del filtro y llegue al motor. Sin la derivación, ei fíi’r obstruido restringiría el paso de aceite, ocasiona ‘¡a escasez de aceite y ocurrirían daños en el moto:'.

El aceite que sale del filtro se envía por un conducto en el bloque'hasta, la galería principal para aceite, desde dónde se distribuye a muchas piezas del motor. Antes de que el aceite llegue a la galería principal, se envía'a la galería para boquillas de enfriamiento de pistones y al turbücargador.Galería de aceite, para enfriamiento de pistones . En los motores en que se emplea enfriamiento con aceite para los pistones, el aceite que sale de la válvula de desahogo se envía a esta galería, que está en la parte inferior del bloque. Las boquillas o tubos instalados en la galería rocían aceite hacia arriba hasta el interior de la cabeza del pistón, para disipar el calor del mismo. A la vez, se lubrica el perno del pistón.

La válvula de desahogo (alivio) de presión es de dos etapas que demoran el suministro de aceite a la galería para enfriamiento de pistones hasta que circula libremente hacia las otras partes del motor.Turbocargador El aceite enviado al turbocargador lubrica y enfría los cojinetes y retorna al depósito.Galería principal para aceite Esta galería es un conducto que se extiende a toda la longitud del bloque. Hay cierto número de conductos y perforaciones para suministrar aceite a otras partes en el sistema de lubricación, incluso al cigüeñal.Cigüeñal Cada uno de los siete cojinetes principales del cigüeña! ilustrado, reciben aceite de la galería


i

galería para boquillas de enfriamiento de pistones

impulsión de auxiliares

engranesintermedios

Galería principal de aceite

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Fig. 14.1 Diagrama del flujo de aceite en el sistema de lubricación P f r k in s

derivaciónCKftrxa ITO»

enfriador

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depósito de aceite (cárter)

S ISTEM A DE LUBR ICACIÓN 161

principal de aceite por un conducto taladrado en el soporte (bancada) para cojinetes en el bloque. Las perforaciones o conductos en el cigüeñal, entre los muñones principales y de biela, suministran aceite a estos últimos. Se puede ver que esto se aplica a todos los cojinetes principales, excepto el central (Cojinete No. 4).Arbol de levas L,os cojinetes del árbol de levas reciben el aceite, por medio de perforaciones en los apoyos en el bloque, desde los cojinetes principales1, 3, 5 y 7.Eje de balancines El cojinete No. 2 del árbol de levas envía un suministro controlado de aceite al eje de balancines. Este eje hueco lubrica los bujes de los balancines mediante una serie de barrenos; un barreno pequeño para descarga en cada balancín deja escapar el aceite para lubricar las válvulas y resortes.Engranes de sincronización El aceite para lubricar los engranes de sincronización e intermedios llega por el frente de la galería principal para aceite. Los cubos de los engranes intermedios reciben lubricación a presión; los otros engranes se lubrican con una boquilla que rocía aceite directamente en sus dientes.. •. •Impulsión de auxiliares La impulsión de auxiliares recibe el aceite mediante, perforaciones, desde la galería-principal de aceite.Otras partes. Para lubricar las varillas' de empuje, seguidores de levas y partes asociadas, se usa el aceite que regresa de los balancines.Filtro de aceite en derivación El sistema de lubricación puede incluir también un filtro en derivación o de flujo parcial además del filtro de flujo pleno. El filtro en derivación recibe el aceite sobrante de la válvula de desahogo o un suministro restringido. desde la galería principal. El aceite-filtrado retorna al depósito.Instrumentos e indicadores Se utiliza un indicador o manómetro que señala la presión del aceite en elsistema; en algunos casos, se emplea una luz de alarma que se enciende cuando la presión está baja. También se pueden utilizar luces de alarma si hay restricción al flujo en los filtros.Bomba de barrido En algunos tipos de equipo para movimiento de tierras se utiliza una bomba adicional, llamada de barrido. Esta bomba transfiere el aceite desde la parte de menos fondo del depósito, hasta el pozo del depósito en donde se encuentra el tubo de succión de la bomba normal para aceite. Esto permite operar el equipo en ángulos que, de otra forma, ocasionarían que no hubiera aceite en la succión de la bomba normal y habría pérdida de presión en el sistema.

Flujo de aceite en un sistemaEn la figura 14.2. se ilustra el flujo de aceite en un sistema; es similar al ya descrito, pero aquí aparecen delineados los componentes. El motor tiene

turbocargador y enfriador de aceite. Ei a;e::e t'.ave desde el depósito 1), a través de la bomba 2 . el enfriador 4) y el filtro 6), según se indica . - Lechas. El enfriador y el filtro tienen válvula- ar - rivación.

La galería 7) principal de aceite surr .-. ra aceite a presión al motor y sus accesorios. Med._-. . conductos taladrados desde la galería se envía a:r:- te a los cojinetes del cigüeñal y del árbol de levas 9 V a los engranes de sincronización. Las boquillas 8) para enfriamiento de pistones, cerca de los cojinetes principales, envían aceite para enfriar y lubricar los pistones, pasadores de pistón, anillos de pistón y pared de los cilindros.

Se envía aceite al eje 10) de balancines, hueco, mediante conductos en el bloque y la culata de cilindros, para lubricar los balancines y vástagos de válvulas. El aceite sobrante que escurre lubrica las varillas de empuje, seguidores \ á: bol de levas antes de retornar al depósito.

Los tubos para el turbocargador 13'; y otros componentes externos del motor, lie- an ei aceite desde la galería principal para lubricarlos

Función ele las válvulas de derivación -En algunos sistemas de lubricación, el aceite >e

■deriva del; enfriador y del filtró .cuando sepóne. en marcha ei motor y hasta que alcanza cierta temperatura. Esto permite lubricación inmediata de los componentes, ya que el aceite frío, de alta viscocidad, 'tendría flujo restringido en el enfriador y el filtro. Esta disposición se ilustra en los diagramas de la figura 14.3.

Con motor calientePara el funcionamiento normal con motor caliente, la bomba 7) succiona el aceite del depósito 6) con el tubo de succión 9). La bomba envía el aceite caliente del depósito por el enfriador 10) y el filtro 4) deaceite y hacia la galería principal 1). El aceite se envía al turbocargador por ei conducto 2) y retorna al depósito por el conducto 3); no.se ilustran el turbocargador ni las conexiones con los conductos para aceite. Con esta disposición se obtienen enfriamiento y filtrado del aceite con flujo pleno. La válvula 8) de derivación del enfriador y la válvula 5) de derivación del filtro de aceite están cerradas por sus resortes.

Con motor fríoDurante el arranque y mientras calienta el motor, la diferencia en presión en cada lado de las válvulas de derivación vence la carga del resorte y hace que se abran. La bomba envía el aceite por la válvula 8) de derivación del enfriador y la válvula 5) de derivación del filtro hasta la galería principal 1) y el turbocargador 2) a fin de tener aceite de inmediato en donde se necesita.

162 MECANICA PARA M OTORES D IESEL

Fig. 14.2 Sistema de lubricación: 1 depósito, 2 bomba del aceite, 3 válvula de derivación del enfriador, 4 enfriador de aceite, 5 válvula de derivación del filtro de aceite, 6 filtro de aceite, 7 galería para aceite, 8 boquillas para enfriamiento de pistones, 9 cojinete del árbol de levas, 10 eje de balancines, 11 suministro de aceite a componentes externos, 12 conexión para presión, 13 turbocargador C a t e r p il l a r

Cuando el aceite está caliente, disminuye la diferencia en presión a través de las válvulas de derivación, que se cierran para permitir el flujo normal de aceite por el enfriador y el filtro.

Las válvulas de derivación se abrirán si hay una restricción en el enfriador o en el filtro, a fin de que no se disminuya la lubricación del motor.

Sistema de flujo y enfriamiento por demandaEn los motores Cummins se utiliza un sistema de lubricación llamado “ Sistema de lubricación con flu jo y enfriamiento por demanda” (DEC por sus

siglas en inglés). Este sistema es diferente al de flujo pleno, porque regula el flujo y enfriamiento del aceite “ por demanda” en vez de que trabaje en forma continua a toda su capacidad. Con ello, el sistema de lubricación consume menos potencia del motor. Las características diferentes entre el flujo por demanda y el flujo pleno son:

1. la presión en la galería principal es más baja,2. se reduce el flujo máximo de aceite desde la

bomba,3. se controla la cantidad de aceite que pasa por el

enfriador.

S ISTEM A DE LUBR ICAC IÓN 163

a) b)Fig. 14.3 Flujo del aceite en el enfriador y el filtro: a) con el motor caliente y b) con el motor frío: 1 galería

para aceite, 2 aceite al turbocargador, 3 aceite desde el turbocargador, 4 filtro de aceite. 5 válvula de derivación del filtro, 6 depósito de aceite, 7 bomba del aceite, 8 válvula de. derivación del enfriador,9 entrada de aceite, 10 enfriador de aceite- C a t e r p il l a r -

La .figura 14.4 es un diagrama del sistema de lubricación DFC. El motor se muestra en el centro del diagrama, con la bomba 2) del aceite a la derecha y el enfriador 1.0) y filtro I3).á la izquierda, El . sistema funciona como sigue:

La bomba 2) del tipo de engranes toma el aceite del depósito y lo envía a presión al enfriador 10) de aceite.

El aceite que se envía al enfriador 10 pasa por una válvula 9) de derivación antes de entrar ni enfriador; esta Válvula tiene control por temperatura. Cuando el aceite está frío, el aceite tiene dos tra\• •’ - * • * toría-s de flujo:'una es por el. enfriador y, luego, al

. ’ filtro; la segunda lo deriva deí enfriador y va dire . :’ al filtro. Sólo se enfría- alrededor de la mitad, del aceite antes de que llegue al filtro.y penetre al motor.

• 11 flujo secundario por el enfriador

motor caliente14.4 Sistema de lubricación con flujo y enfriamiento por demanda: 1 entrada a la bomba, 2 bomba del aceite,

3 válvula limitadora de alta presión, 4 válvula reguladora de presión en la galería principal, 5 retorno al depósito, 6 orificio, 7 manguera de señal de galería principal, 8 descarga de la bomba, 9 válvula de derivación,10 enfriador de aceite, 11 conducto al filtro de aceite, 12 válvula de derivación del filtro, 13 filtro de aceite, 14 flujo de aceite del filtro al motor

164 MECÁNICA PARA M OTORES D IESEL

Cuando el aceite está caliente, la válvula 9) de derivación le corta el paso directo al filtro y todo el aceite circula por el enfriador. La válvula de derivación es sensible a la temperatura; a menos de 110°C está abierta para derivar algo de aceite directamente al filtro; pero a una temperatura más alta se cierra de modo que todo el aceite pase por el enfriador antes de entrar al filtro.

La bomba de! aceite incluye una válvula 3) limitadora de alta presión y una válvula 4) reguladora de presión. S; la presión en el sistema excede de la máxima especificada, se abrirá la válvula 3) ¡imitadora de alta presión para retornar el exceso de aceite al depósito.

La válvula 4) reguladora de presión la regula a alrededor de 280 kPa. Una manguerá 7) de señal que sale de la galería principal en e! bloque detecta la presión del aceite en ese lugar. La manguera de •señal transfiere aceite a presión a la parte superior de la válvula reguladora 4) en donde se “ balancea” por la carga del resorte en la parte inferior de la válvula. L1 exceso de aceite se devuelve al depósito.

El principio del flujo por demanda ahorra potencia del motor porque hay menos restricción a! flu jo de aceite en el sistema cuando éste se deriva del enf riador y también porque se reduce la fricción defluido con el. aceité a temperaturas más altas cuá.n- do el motor funciona en frío y con cargas ligeras.

•También sesahorra potencia del motor’porque’ la bomba trabaja a.menor presión y con flujo reducido.

Componentes del sistema de lubricaciónBombas de aceiteSe utilizan dos tipos cié bombas en el sistema de lubricación del motor: bomba de engranes y bomba de rotor. Se impulsan desde el tren de engranes de sincronización, desde los engranes de impulsión de auxiliares y, en algunos casos, por medio de engranes desde el árbol de levas.Bomba de engranesEsta bomba tiene un cuerpo en donde se alojan dos engranes endentados. Uno es el engrane de mando (impulsor) y el otro es el engrane mandado (impulsado). El aceite penetra a la bomba por el tubo de succión; no pasa entre los dientes sino que se lo conduce alrededor del exterior de los engranes, entre los dientes y el cuerpo de la bomba.

En la figura 14.5 se ilustran los componentes de una bomba de engranes y la bomba particular que se muestra recibe impulsión desde e! árbol de levas mediante un eje de mando vertical.

En la figura 14.6 se ilustra una bomba impulsada desde el tren de engranes de sincronización. Se utiliza un engrane intermedio para impulsar, desde el cigüeñal, un engrane en el eje de la bomba.

Fig. 14,5 Piezas de una bomba del tipo de engranes:1 eje de mando, 2 cuerpo de la bomba,3 engrane conducido, 4 eje, 5 engrane conductor, 6 tapa, 7 cedazo Leyland

Bomba de rotor ■La característica de esta bomba es que tiene un rotor interno con lóbulos externos que actúan en un rotor externo con lóbulos internos. El rotor externo tiene cuerpo cilindrico por fuera y se instala en el cuerpo de la bomba, para que gire. En la figura 14.7 se ilustra la disposición de los rotores. El rotor interno está montado en un eje y tiene impulsión desde el motor. Esto a su vez impulsa al rotor externo que gira dentro del cuerpo. El rotor externo tiene un lóbulo más que el interno para tener espacio entre los lóbulos. El aceite atrapado entre los lóbulos de los rotores se mueve desde la entrada hasta la salida de la bomba y descarga en el sistema de lubricación.

En la figura 14.8 se ilustra una bomba del tipo rotor, en corte, para mostrar las piezas internas. La bomba recibe la impulsión desde el engrane 4) del cigüeñal mediante un engrane intermedio 3) que acopla con el engrane 5) de la bomba en el eje del rotor interno. En el cuerpo de la bomba está instalada una válvula de desahogo de presión accionada por resorte.

S IST EM A DE LUBR ICACIÓN 165

Fig. 14.6

Válvula de desahogo (alivio).La bomba del aceite suministra mucho más aceite del necesario para mantener la presión requerida en el sistema de lubricación. Cuando aumenta la velocidad del motor., la bomba gira a más revoluciones y envía más aceite al sistema; en.realidad, mucho más del .necesario. . • • .

Se utiliza una válvula de desahogo; llamada.también reguladora de presión, instalada-.erija bombao en la galería de aceite, para impedir un.aumento excesivo de presión en ei sistema. Consta de.una bola o de un embolo, bajo carga de resorte para cerrar un orificio. Cuando la presión delaceite llega a un valor determinado por la carga del resorte, se obliga a la bola (o al émbolo) a moverse y abrir el orificio. Esto permite que el exceso de aceite, que no se necesita para mantener la presión en el sistema, retorne al depósito. Por tanto, la bomba suministra suficiente aceite al sistema para mantener la presión requerida y el exceso de aceite retorna al depósito.

Se debe tener en cuenta que la presión aumenta en el sistema porque la bomba mantiene un suministro de aceite y también por las restricciones presentadas en las pequeñas holguras para cojinetes, etc. Entonces, cuando hay cojinetes muy gastados y con holguras grandes, una válvula abierta permanentemente, o una falla similar, la presión en el

3

sistema de lubricación estará baja. En cualquiera de estos casos, la bomba descargará su.capacidad máxima pero no puede suministrar suficiente aceite para aumentar la presión.

e>

Funcionamiento de la válvulaLa válvula de desahogo de la figura i4. consta -i: un émbolo bajo carga de resorte que se mué’ - er una cavidad en el cuerpo de la bomba. Cierra ur conducto entre Jos lados de entrada y descarga de-u: bomba y se mantiene'én su lugar- por la carga de resorte. El aceite a presión de la bomba actúa contra el extremo del émbolo y la carga de resorte, h decir, la carga de resorte trata de mantener al émbolo de modo que cierre el conducto y ¡a presión del aceite trata de moverlo para abrir el-conducto.

Durante el funcionamiento, cuando la presión en el lado de salida de la bomba llega a un valor que se determina por la carga del resorte, el émbolo se moverá en su cavidad para abrir en forma parcial

Fig. 14.7 Rotores de una bomba de aceite: 1 cuerpo de ¡a bomba, 2 rotor externo, 3 rotor interno, 4 marcas

M azda

Fig, 14.8 Bomba de aceite tipo de rotor: 1 entrada.2 válvula de desahogo, 3 engrane intermedio,4 engrane de! cigüeñal, 5 engrane de mando.6 rotores, 7 salida Becforc

2

Piezas de una bomba de aceite impulsada por engranes: 1 engrane intermed o. 2 cuerpo para engrane intermedio, 3 engrane de mando, 4 engranes de la bomba, 5 tapa Isuzu


un orificio que abre el conducto y permite que el exceso de aceite retorne al lado de entrada de la bomba. El émbolo permanecerá en equilibrio entre la presión del aceite y el resorte y abrirá o descubrirá el orificio al grado necesario para el retorno del exceso de aceite y para mantener una presión constante en el sistema.Servicio a la bomba del aceiteLa eficiencia de la bomba del aceite depende de la condición de sus piezas de la holgura entre las partes rotatorias \ el cue: p . En la bomba del tipo de rotor se desmonta !a tapa del cuerpo para tener acceso a los rotores \ efectuar las siguientes comprobaciones.

Examínese si los rotores tienen escoriaciones o desgaste. Utilícese un calibrador de hojas para determinar la holgura entre los lóbulos de los rotores y entre el'rotor externo y el cuerpo. Por ejemplo, la especificación en un tipo de bomba es de 0.3 mm máximo en cada uno de esos lugares.

Para .comprobar el juego longitudinal de los rotores, se coloca una regla de acero a través de la cara del cuerpo de la bomba. Mídase la holgura entre el extremo de los rotores y la regla con calibrador de hojas (máximo 0.15 mm). La planicidad.de la lapa sé. comprueba en forma similar .y la variación •no debe ser mayor de 0.15 mm; si lo es, hay que maquinar la tapa. '

Si la holgura entre los rotores es excesiva, ocu- ' rrirán caídas de presión entre los lados de alta y de baja presión de la bomba y será necesario reemplazar las piezas internas o toda la bomba.

Filtros de aceiteEn los motores Diesel se utilizan uno o más filtros de aceite. Por ejemplo, en un motor puede haber un filtro de ílujo pleno y uno de derivación; en otros, puede haber dos o más filtros de' flujo pleno conectados en serie. '

Durante el funcionamiento del motor se mezclan con el aceite partículas de carbón, polvo y metal. Los filtros mantienen limpio el aceite porque retienen las impurezas que podrían pasar por los conductos para aceite hasta las superficies de apoyo y dañar los cojinetes, muñones y otras superficies.Filtros en derivación (Fig. 14.9)Sólo filtran una parte del aceite que envía la bomba hacia los conductos en el motor. Se instala a rosca un tubo para aceite en la gaiería, el que deja pasar una cantidad reducida de aceite al filtro y de retorno al depósito. Este aceite no se envía a los conductos para aceite, sino que se deriva del motor y, ya limpio, vuelve al depósito para volver a entrar a la bomba. En esta forma, siempre se filtra una parte del aceite, aunque no vaya en camino a las piezas del motor.

Conforme se acumulan impurezas en el filtro, pierde su eficiencia y hay que limpiarlo o reemplazar el elemento.

Filtros de flujo pleno (Fig. 14.10)Todo el aceite que sale de la bomba pasa por el filtro en camino a los cojinetes y otras piezas del motor; por tanto, la lubricación es con aceite filtrado, siempre y cuando los filtros estén en buenas condiciones. El filtro tiene una válvula cíe desahogo, de modo que, si se obstruye el filtro, se abrirá y continuará el suministro de aceite al sistema. Los filtros de ílujo pleno funcionan con una presión más alta que los; de derivación. Por ello, durante el servicio hay que reemplazar-los sellosy apretar el tornillo de la tapa o la caja cíel filtró a la torsión especificada, para que no. ocurran fugas.- -

Servicio a los filtros de aceiteAlgunos filtros tienen elemento reemplazable; la tapa del filtro se quita para alcanzar el elemento.

En la figura 14.11 se ilustra este tipo de filtro. Para darle servicio, se saca y desecha el elemento, se limpian la tapa y la'caja y se instala el nuevo ele-, mentó. Hay que colocar un sello nuevo entre la tapa y la caja y el tornillo de la tapa se debe apretar a la torsión especificada. Se pone en marcha el motor y se examina si hay fugas por el filtro.

Los filtros del tipo ciesechable son un recipiente metálico para alojar el elemento (Fig. 14.12). Se les llama desechables porque se desecha todo el filtro y se instala uno nuevo. En la figura 14.13 se ilustra la

Fig. 14.10 Principio del filtro de aceite de flujo pleno. Se muestra también la válvula reguladora de presión

cojinetes

válvula reguladora de presión

Fig. 14.9 Principio del filtro en derivación. Se muestra también la válvula reguladora de presión

bomba

válvula de desahogo

cojinetes

válvula reguladorai de presión

bomba


1

Fig. 14.11 Filtro de aceite con elemento reemplazable:1 válvula de derivación, 2 caja del fiítro, 3 sello, 4 elemento, 5 tápa del filtro, 6 tornillo central

Bedford

herramienta para desmontar el filtro. Tiene una banda qué se ajusta alrededor del' recipiente y'se aprieta al moverla y permite desenroscar el filtro de su lugar de montaje.

Los filtros de aceite se deben reemplazar a los intervalos especificados. Para reemplazar este, tipo de filtro, precédase como sigue:

1. Limpíese la superficie de montaje del filtro.2. Llénese el filtro Con aceite nuevo.

Fig. 14.12 Filtro de aceite desechable Perkins

Fig. 14.13 Herramienta para desmontar el filtro desecra; --R e p c c

3. Cúbrase el sello de caucho con aceite.4. Enrosqúese el filtro en su lugar hasta que el

sello haga contacto con la superficie de montaje.5. Apriétese entre media y tres cuartos adicionales

de vuelta.6. Póngase en marcha el motor y examínese si hay

' fugas.

Enfriador de aceiteEn la figura 14.14 se'ilustra el enfriador de aceite montado en Un motor. En algunos motores, el enfriador se monta en un lado del bloque, tiene e! elemento o núcleo dentro de las camisas de auua \ es parte del sistema de enfriamiento.En otros m: torcM. como el-que se ilustra, el enfriador es un c mf - . nenie separado.. . • .• El enfriador ilustrado se sujeta con tornilK - e ¿

una superficie maquinada en un lado-del bloque: esa superficie se utiliza para la caja del filtro de aceite en motores que no tienen enfriador; cuand lo tienen, hay una superficie para.montaje del filtro en el cuerpo del enfriador. Hay perforaciones en el bloque, el cuerpo del enfriador y la caja del filtro, que permiten -que el aceite enviado por la bomba

3

Fig. 14.14 Enfriador de aceite montado en el m o:c '1 enfriador de aceite, 2 depósito de a c e jr 3 tubos para líquido enfriador - í n- ■


pase por el enfriador, por el filtro y, luego, por la galería principal de aceite en el bloque.

Los tubos y mangueras que conectan el enfriador con el sistema de enfriamiento del motor se instalan en el frente del enfriador (Fig. 14.14). El líquido enfriador entra al enfriador, pasa por ios tubos del mismo y retorna al sistema de enfriamiento después de absorber el calor del aceite.

En la fisura 14.15 se ilustra un enfriador de aceite en sección parcial; es del tipo de tubos y aletas. El aceite rodea los tubos y aletas; el líquido enfriador está confinado en los extremos y en el interior de los tubos del enfriador. Una válvula de derivación está instalada en la parte superior de la caja del enfriador:

vFig. 14.15 Enfriador de aceite. 1 tapa de extremo, 2 tubos

para líquido enfriador, 3 aletas, 4 tapa de extremo, 5 y 6 conexiones para mangueras de líquido enfriador, 7 válvulas de desahogo

Perkins

Boquillas para enfriamiento de pistonesEn la parte inferior del bloque de cilindros está instalada una boquilla para enfriamiento de cada pistón y se ilustra una en la figura 14.16. El tornillo hueco tipo banjo se instala en un barreno taladrado en el bloque en la galería de aceite para boquilla de enfriamiento. El tornillo sujeta el cuerpo de la boquilla en el bloque y tiene perforaciones para el paso del aceite que viene de la galería.

El tubo o boquilla está apuntado de modo que ei aceite lubricante que ya pasó por el enfriador se rocíe contra la parte inferior de la cabeza del pistón, en donde absorbe el calor de la zona de combustión antes de volver ai depósito. Este tipo de enfria-

o

.Fig. 14.16 Boquilla para enfriamiento de pistones• . ' • Perkins»• .

miento es aplicable en particular-a los motores con inyección directa, que tienen el espacio para combustión en la cabeza del pistón. En la figura 11.2 se ilustra otro tipo, de boquilla para enfriamiento de pistones. . ■

Lubricación de'¡os cojinetes del • motorLa finalidad más importante del lubricante es convertir la fricción seca en fricción fluida. La fricción seca ocurre entre superficies limpias sin lubricante. La fricción fluida ocurre debido a la fricción interna del lubricante.

El término fricción límite significa una situación entre la fricción seca y la fluida en donde las superficies casi no tienen protección y sólo tienen una película grasienta; por tanto, las superficies están en contacto, no separadas por una capa de aceite. La fricción límite es importante para entender la lubricación de un eje y un cojinete.

Si se considera un eje, por ejemplo un cigüeñal, que está estacionario en su cojinete, entonces cualquier lubricante que hubiera estado en el cojinete cuando se detuvo el eje será expulsado por la carga del eje. Esto ocurre en particular si el eje permanece inmóvil durante un tiempo un poco largo. Cuando el eje empieza a girar, se requerirán, quizá, varias revoluciones antes de que el lubricante haya circulado por completo alrededor de: cojinete y de que el eje esté flotando en el aceite. Durante este tiempo, hay fricción seca y en los límites y es cuando ocurre

S ISTEM A DE LUBR ICACIÓN 169

el máximo desgaste de los cojinetes. Los aditivos químicos en el aceite pueden ayudar a proteger contra los efectos de la fricción límite.

El término lubricación límite o marginal se puede utilizar respecto a la pequeñísima cantidad de lubricante (una película de aceite), entre el eje y los cojinetes en estas condiciones. Todas las piezas del motor reciben sólo lubricación marginal al ponerlo en marcha; en este periodo crítico es cuando ocurre la mayor parte del desgaste del motor.

Principio de la cuña de aceite (lubricación hidrodinámica)El aceite a presión enviado por una bomba hasta un cojinete no ocasiona, como se creería a primera vista, que el eje se separe de los cojinetes y que flote en el aceite. La rotación del eje es lo que lo ocasiona, pues recibe capas del aceite entregado al cojinete y lo hace girar consigo. Estas capas de aceite quedan acuñadas entre el eje y el cojinete, por lo cual el eje, por sí mismo, se levanta o ilota en el aceite. Por tanto, la rotación del eje es la que hace que ocurra la dotación a fin de evitar el contacto de metal con metal y no se debe a que el aceite que viene de la- bomba esté a presión. Esto se conoce como lubricación hidrodinámica. Se observará en los diagramas . de lubricación de los motores que el conducto para aceite a los cojinetes principales del cigüeñal suele estar en la parte superior y, por tanto no trata de' empujar el. eje hacia arriba en el cojinete.

Cojinete, eje y cuña de aceiteEn la figura 14.7 se ilustra el orden, desde o) hasta d), de la acción del eje cuando ha empezado a girar en el cojinete.y producido una cuña de aceite. Figura 14.17 a). E l eje está detenido y en X se indica la zona donde sólo una película.de aceite cubre el eje y el cojinete. Esta es la condición en la cual existe lubricación marginal.Figura 14.1,7 b). Cuando el eje empieza a girar, rueda ligeramente para hacer contacto con el cojinete en Y; todavía no hay más que lubricación marginal. Cuando el eje gira en esta posición, produce presión por su propia rotación. En la parte superior hay una capa gruesa de aceite y poco oninguno en la parte inferior. Por tanto, el eje actúa como si fuera una bomba de aceite y obliga a que aumente la presión en Y y a que se produzca baja presión en el lado opuesto. Esto empuja al eje hacia el centro del cojinete.Figura 14.17 c) La velocidad del eje ha aumentado, ha rodado hacia las capas de aceite y las ha arrastrado y tiene que moverse a la derecha, con lo cual el eje está ahora rodeado por aceite.Figura 14.17 d) El eje gira en forma satisfactoria y ilota en el aceite. La presión debida a la rotación es máxima en Z y mantiene al eje separado del cojinete.

La holgura entre el eje y el cojinete en realidad es muy pequeña y se ha exagerado en la ilustración

Fig. 14.17 Principio de ia lubricación de un eje y cojinete.E: eje g:ra hacia la izquierda

para mostrar con más claridad las acciones del eje y del cojinete.

Ventilación dei motorEl bloque de cilindros y el depó'-iio de aceite deben “ respirar” , es decir, descargar cualquier presión alta que se produzca y también aliviar cualquier baja .presión que ocurra dentro del bloque y el depósito de aceite. Para este fin se utiliza el sistema de ventilación del motor y también para eliminar los vapores que se forman, a fin de qué no produzcan efectos dañinos. ’ -

Durante el funcionamiento del motor aumenta la temperatura en el depósito de aceite y también la presión. Se escapa una pequeña cantidad de gases de'combustión por los pistones y aumenta asimismo la presión en el “ cárter” . La humedad que se condensa en las superficies del motor y el depósito cuando el motor se para y se enfría, se vaporiza a la temperatura de funcionamiento. Dadas las condicio-- nes existentes en el depósito de aceite se producen ácidos corrosivos; cuando hay humedad o agua presentes, se forman lodos en el aceite.

La forma más sencilla de ventilación del motor es mediante un tubo en la parte inferior del mismo, que descarga a la atmósfera. Sin embargo, es un simple respiradero que, aunque deja escapar los gases, permite la entrada de polvo y humedad.

Sistema de ventilación positivaExisten sistemas para la ventilación positiva, en la parte inferior del bloque y en el depósito de aceite de los gases, que son nocivos para el comportamiento del motor y la atmósfera. Los gases vuelven a las cámaras de combustión en donde cualquier combustión que contengan se quema antes de descargarlo en los gases del escape.

En la figura 14.18 se ilustra un sistema de ventilación positiva del motor. Hay un tubo que conecta la tapa de balancines con el múltiple de admisión. Debido a que la presión en el múltiple es más baja que en el interior de la tapa de balancines y del depósito de aceite, el aire, junto con los vapores del


Fig. 14.18 Disposición básica de un sistema de ventilación cerrado Ford

salida aesde tapa de

balancines

entrada desde el filtro de al

anillosuperior de compresión .

Fig. 14.19 Válvula de ventilación del motor. 1 conexión para manguera al múltiple de admisión,2 diafragma, 3 filtro, 4 conexión al motor

M A N .

baja presión constante en el depósito de aceite y la parte inferior del motor y se produce un flujo de aire y vapores desde, ellos hasta el múltiple de admisión' siempre que el motor, está en marcha.

El cuerpo de la válvula incluye un material filtrante que actúa-como, separador del aceite que el aire y los vapores haya arrastrado.

RespiraderosEn el bloque o en la tapa de balancines de algunos motores- se instalan respiraderos que incluyen un filtro pequeño. Se describen en el capítulo 17.

depósito, pasara desde la tapa de balancines hasta el múltiple de admisión. A fin de tener un ílujo positivo de los gases, también hay un tuvo que va desde el filtro de aire hasta el motor, para enviar aire limpio hacia su parte inferior. En la ilustración se muestra en el sentido del ílujo de aire.

En :a figura 14.19 se ilustra un sistema un poco diferente, con una válvula de ventilación conectada entre la parte inferior del bloque y el múltiple de admisión. La manguera conectada entre esas dos piezas crea un vacío (baja presión) dentro del depósito, que se controla con la válvula de ventilación, la cual consiste en un diafragma, la válvula y un resorte alojados en el cuerpo de la válvula. El conducto a través de la válvula se abre y se cierra por el movimiento de la válvula en relación con su asiento.

La válvula está sujeta al diafragma, el cual está “ balanceado” entre la fuerza del resorte y la baja presión en el depósito de aceite. Cualquier variación en esa baja presión hace que el diafragma mueva la válvula hacia la posición de apertura o de cierre a la distancia necesaria para restablecer la baja presión en el depósito. Por tanto, se mantiene una

Preguntas de repaso1. Enumérense las diversas funciones que efectúa

el aceite lubricante del motor.2. ¿Qué piezas se podrían dañar si el sistema de

lubricación no envía suficiente aceite?3. ¿Cómo se disipa el calor de aceite lubricante?4. Sígase el flujo de aceite en el diagrama del

sistema de lubricación y descríbase la forma en que cada parte del motor recibe su suministro de aceite.

5. ¿Cuál es la finalidad de la válvula de desahogo de presión?

6. ¿Cuál sería el posible efecto si la válvula de desahogo: a) se trabará abierta, b) se trabará cerrada.

7. Menciónese la diferencia entre los filtros de aceite de flujo pleno y de derivación.

8. ¿Por qué se utilizan las boquillas para enfriamiento de pistones?


1 2 3 4 5

18 17 . 1 6 . 15 lujo de líquido enfriador ^

ílujo de aceite lubricante -*■

Fig. 14.20 Corte de un motor Cummins en línea. Se señalan las piezas relacionadas con los sistemas de enfriamiento y lubricación: 1 termostato, 2 compresor de aire, 3 tubo transversal para aire de admisión,4 balancines, 5 varilla (tubos) de empuje, 6 postenfriador, 7 inyector, 8 pistón, 9 biela, 10seguidoresde levas,11 sello de aceite del cigüeñal, 12 conducto principal para aceite, 13 cigüeñal, 14 depósito de aceite,15 tubo de suministro de aceite, 16 bomba de aceite, 17 aceite a la impulsión de accesorios,18 amortiguador de vibración, 19 aceite del enfriador, 20 aceite al enfriador, 21 bomba del agua,22 polea intermedia (loca)

C u m m in s

9. ¿Qué es un sistema de lubricación de flujo por demanda?

10. ¿Cómo funciona el enfriador de aceite?11. Expliqúese cómo funciona una bomba de aceite

del tipo de engranes.12. Descríbase el flujo de aceite en otro, tipo de

bomba del aceite, y compárese con el de la bomba de engranes.

13. ¿Qué tipo de inspección se debe efectuar cuando se desarma la boma del aceite?

14. Descríbase el método para el servicio a un filtro de aceite con elemento reemplazable.

15. ¿Por qué a un tipo de filtro de aceite se le llama desechable?

16. Expliqúese cómo se instala un filtro desechable.17. ¿Qué es fricción?18. ¿Qué significa lubricación límite?19. Descríbase la acción de un eje en rotación en u:

cojinete que recibe aceite lubricante a presión.20. ¿Qué es la ventilación del motor?

Sistemas de enfriamiento

La finalidad del sistema de enfriamiento es man- lener él motor a su temperatura de-funcionamiento más eficiente a todas las velocidades y en todas las condiciones. Durante la combustión, las temperaturas son altas y se genera una-gran cantidad de calor. Como se ilustra-en la figura 15.1, alrededor cjel 25%..del .calor se utiliza par.a efectuar trabajo útil, 31% se disipa con los gases de escape y 33% sé absorbe en .él sistema de enfriamiento. 01 resto del calor se utiliza para vencer la fricción del motor. Esos porcentajes son sólo aproximados y pueden variar en tipos particulares de motores, pero muestran la necesidad de un eficiente sistema de enfriamiento. También permiten apreciar el trabajo que debe ejecutar e! sistema de enfriamiento, cuando se tiene en cuenta que alrededor de una tercera parte de la energía térmica del combustible que entra al motor, sale por el sistema de enfriamiento.

pérdida en sistema de enfriamiento

33%

otras pérdidas térmicas

pérdida en el escape

31%

pérdida por fricción 10%

potencia útil 25%

Fig. 15.1 Porcentajes aproximados de pérdidas de calor en un motor Ford

Parte del calor de las cámaras de combustión lo absorben las paredes de los cilindros, culatas de cilindros y pistones; éstos a su vez deben ser enfriados por algún medio a fin de que las temperaturas no se vuelvan excesivas. La. temperatura en la pared de los cilindros no debe subir, por arriba de 30()°C. Las temperaturas más altas hacen que'se desintegre la película de aceite y pierdasus propiedades lubricantes; sin embargo, es deseable que el motor funcione a una temperatura lo más cercana, hasta donde sea posible, a los límites impuestos por las propiedades del aceite. Si se disipa, demasiado calor a través de las paredes y de la culata de los cilindros, se reduciría la eficiencia térmica del motor.

Dado que el motor es muy poco eficiente cuando está frío, el sistema de enfriamiento incluye componentes que evitan el enfriamiento normal durante el periodo de calentamiento. Fistos componentes permiten que las piezas del motor alcáncen con rapidez su temperatura de funcionamiento y reducen el ineficiente periodo de funcionamiento en frío. Por tanto, el sistema de enfriamiento hace bajar la temperatura con rapidez cuando el motor está caliente y sólo permite enfriamiento lento o no lo permite durante el periodo de calentamiento y cuando el motor está frío.

Se utilizan dos tipos generales de sistemas de enfriamiento: por aire y por líquido. En casi todos los motores automotrices se emplea enfriamiento por líquido, aunque los motores de avión, de moti- cicleta, de cortadoras de césped y los estacionarios pequeños se enfrían con aire.

CalOf-Debido a que el calor es muy importante para el funcionamiento dei motor, es esencial conocer sus efectos. El calor es una forma de energía; cuando el combustible se quema en la cámara de combustión el calor desprendido hace funcionar el motor. Por

S IST EM A S DE ENFRIAM IENTO 173

esta razón, a los motores de combustión internase les llama a veces motores térmicos.

El calor y la temperatura no son lo mismo. Se puede considerar que el calor corresponde a cierta cantidad de energía térmica, mientras que la temperatura es el grado en el que un cuerpo está caliente o frío. Se suele decir que algo está caliente cuando se encuentra más arriba de la temperatura atmosférica normal y frío cuando está por debajo de esa temperatura.

Considérense dos piezas de acero, una grande y una pequeña, ambas a la misma temperatura. La pieza grande contendrá más calor que la pequeña. Sin embargo, una de ellas está igual de caliente que la otra, es decir, ambas están a la misma temperatura.

Efectos del calorCuando se aplica o extrae el calor de una sustancia se puede alterar en las siguientes formas:Cambio de temperatura El calor aplicado a una sustancia ocasiona un aumento en la temperatura;' el calor extraído o removido ocasiona un descenso en la temperatura.Cambio de color La aplicación de calor a los metales ocasiona un cambio en el color; por ejemplo, cuando se calienta-el acero, la superficie brillante tendrá un cambio gradual en el color. Según sea la- temperatura, se verá una gran variedad de colores.' Son los llamados colores de temple.Cambio de estado El calor puede hacer que una sustancia cambie su estado, es .decir, que cambie dé sólido a líquido o de líquido a gas, tal como el hielo que se convierte en agua y el agua en vapor. El hielo cambia del estado sólido al líquido y luego al gaseoso o vapor debido a la aplicación de calor.Cambio de volumen (expansión y contracción) La adición de calor a una sustancia hace que las moléculas que la componen se separen y que aumente su volumen. Esto se conoce como expansión o dilatación. La remoción del calor (enfriamiento) hace que las moléculas se reúnan y se reduzca su volumen. Esto se conoce como contracción. Todas las sustancias se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. La expansión de un gas, cuando se calienta, puede ser muy grande y llenar cualquier espacio disponible para aumentar el volumen. Los líquidos y sólidos se expanden en menor grado, porque sus moléculas están más o menos fijas y no tienen tanta libertad para moverse como las de un gas.

Comportamiento del aguaLos distintos líquidos se expanden con diferentes coeficientes, pero el agua tiene un comportamiento anormal, pues se contrae cuando se enfría hasta llegar a 4°C y desde ahí hasta que se congela a 0°C se expandirá. Con enfriamiento adicional por abajo

de 0°C, el hielo se contraerá t. v. ; . . >v¿_ normal.

Esta información es importante para !c»s.i e■c*-l los que trabajan en climas muy frí, > ( .- Jo tn p la temperatura, el agua del sistema de . fmmiri empezará a congelarse y, por tanto, a e \p _ - :5rs. y como resultado ejercerá una fuerza trer/.t m . puede reventar el radiador y agrietar las can: -. agua. Por esta razón, se utilizan mezclas de anticongelante en el sistema de enfriamiento c-_ vehículos que trabajan en climas fríos. Los antn r- gelantes son líquidos con punto de congelación más bajo que el del agua y no se congelarán en ei sistema de enfriamiento.

En los climas cálidos y cuando se sobrecalienta él motor, el agua en el sistema de enfriamiento se expandirá y el exceso sale del sistema por el tubo de derrame que se encuentra en el tanque superior del' radiador.

Termómetro (Fig. 15.2)Es un instrumento que se utiliza para medir la temperatura y consiste en un tubo de vidrio con un bulbo lleno con mercurio, q.ue se expande al aplicarle calor. El mercurio sube por un conducto muy pequeño en el tubo de vidrio. Una escaia en el lub: está graduada en.grados de temperatura. Ha\ .' s puntos fijos en la escala: el punto alto es el de ebullición y el punto bajo el de congelación del agua, aunque hay termómetros graduados para medir temperaturas más altas o más bajas. El agua " hierve a l()0°C y se. congela a 0 °C

10090

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Fig. 15.2 Termómetro de mercurio con esc?, a - - ¿ _ - El agua hierve a 100°C y se conge = ¿ -

174 MECÁNICA PARA MU l u n t o u ic o l .l.

Transferencia del calorEl calor se puede transferir de un lugar a otro. Siempre se moverá desde un objeto o sustancia calientes hacia otros que estén más fríos, aunque el proceso es lento. Si se coloca un extremo de una barra metálica en una llama, se conducirá el calor a lo largo de ella hasta que. si no se pierde calor, toda la barra llegará a la misma temperatura. Este es un ejemplo’de la transferencia de calor por el método de conducción. Ei calor se puede transferir en tres formas distintas: conducción, convección y radiación.

ConducciónEn ei ejemplo en que se conduce el calor a lo largo d.- i a barra metálica, es transferencia de calor porIccinducción. En un motor, el calor se conduce desde ¡as cámaras de combustión y a través de las piezas metálicas hasta el sistema de enfriamiento.

En un motor enfriado por aire, el calor se conduce a las aletas de enfriamiento de los cilindros y se disipa en el aire circundante. Los metales son buenos conductores, mientras que el amianto (asbesto), madera, papel y la mayor parte de los materiales no metálicos son malos conductores del calor.y se pueden clasificar como aisladores del, calor.

ConvecciónEs el método de'transferencia de calor por el movimiento de las moléculas de una sustancia y ocurre con los gases y líquidos, pero no con los sólidos. Cuarido se calienta un iíquido o un gas dentro de un recipiente, se expande y su densidad se reduce. Esto hace que las partículas calientes sean menos densas que las circundantes y que se eleven a la superficie, a la vez que las partículas más'frías’y densas caen ai fondo del recipiente. Este proceso continúa mientras se aplique calor y establece corrientes de convección en el líquido o gas. Este principio se ilustra en la figura 15.3. .. •

En muchos-motores antiguos se utilizaban exclusivamente corrientes de convección para circular el agua por las camisas de agua y el radiador. Ahora se emplea una bomba de agua para aumentar el

colorante

trayectoria de circulación

AFig. 15.3 El calor aplicado en un borde de un recipiente

produce corrientes de convección en el agua. Un punto de colorante en el recipiente transparente permite ver el efecto con facilidad

caudal y darle circulación positiva al líquido enfriador.

RadiaciónEn este método de transferencia, el calor se transfiere a través del espacio. El calor del Sol se recibe en esa forma, mediante radiación en forma similar a la luz. La energía se transforma en calor cuando los rayos chocan con un cuerpo que está frío, con lo cual se aumenta la temperatura del cuerpo receptor. Los materiales de colores oscuros irradian mejor el calor que los de color claro; por esta razón, las aletas de enfriamiento en los cilindros y en los radiadores suelen estar pintadas en negro mate, para irradiar el calor con más efectividad al aire circundante. Las sustancias oscurastambiénabsor- ben mejor el calor.

Transferencia de calor en el sistema de enfriamientoEn la figura 15.4 se muestran las partes básicas de un sistema de enfriamiento y se ilustran con mayor detalle en la figura. 15.5. El calor se origina en las cámaras de combustión y se transfiere por conducción a través de la pared dé los cilindros y la culata de cilindros hasta las camisas de agua, en donde se transfiere al líquido enfriador. Este líquido caliente se bombea'en forma continua desde el motor hasta el radiado-r;-auri.que pueden-haber ciertas corrientes de convección en las camisas de agua.

El calor del líquido enfriador que llega al radiador se transfiere a las aletas del mismo por conducción y se disipa en el aire que pasa a través del núcleo (panal)-del radiador.

El calor también irradia desde el exterior del motor y .los tanques del radiador al aire que pasa por el compartimiento del motor y a las partes contiguas del motor y la carrocería.

Fig. 15.4 Parte básica de un sistema de enfriamiento Foro


Cuando el líquido enfriador llega al tanque inferior del radiador se le ha extraído suficiente calor para dejarlo á.uña temperatura.convenientecuando vuelva a entrar al motor. Luego puede continuar su acción de eliminación del calor que, de otro modo, se volvería excesivo y destruiría las piezas del motor.

*■

Motor enfriado por líquidoEn la figura 15.5 se ilustra la ubicación de las diversas partes del sistema de enfriamiento de un motor en V, que incluye un enfriador de aceite.

La bomba 5) del agua en la parte delantera del motor se impulsa con la banda (correa) del ventilador. La bomba succiona el líquido del tanque inferior y entra en ella por el tubo 4) de entrada. Luego, se bombea el líquido por el enfriador 7) de aceite, en donde el calor del aceite lubricante se transmite al líquido enfriador; luego, al banco izquierdo de cilindros y, directamente desde la bomba hasta el banco derecho de cilindros. Como la disposición del sistema es la misma para ambos bancos de cilindros, con la adición del enfriador de aceite en el banco izquierdo, sólo se describirá el flujo del líquido enfriador en el banco izquierdo. Sin embargo, también se aplica para el banco derecho.

Dentro del motor, el líquido enfriador circula alrededor de los cilindros 8) y sube a la culata 9) de

cilindros. El líquido pasa por la culata alrededor de las válvulas y conductos de escape antes de llegar al'frente de-la culata.

En el frente de la culata, el termostato 10) controla la dirección de flujo del líquido enfriador. Cuando la temperatura de funcionamiento es menor que la normal, se envía al líquido por el conducto de derivación 11) hasta el lado de entrada de la b&mba del agua para que recircule en todo el motor.

Cuando el líquido enfriador llega a la temperatura de funcionamiento, se abre el termostato. En-7 t

tonces, la mayor parte del líquido pasa por la manguera 16) hasta el tanque superior del radiador, en donde se enfría. El resto continúa circulando por el conducto 11) de derivación hasta la bomba del agua. La cantidad de líquido que fluye en cada dirección se controla con el termostato.

El líquido enfriador que va por la derivación, además de desviarse del radiador durante el periodo de calentamiento del motor, también impide la cavitación (burbujas de aire) en el líquido en el lado de entrada a la bomba de agua. La derivación permanece abierta correl motor a temperatura nornral y suministra líquido a la bomba. Esto reduce Is posibilidad de que ocurra una presión muy baja en el lado de entrada de la bomba y produzca ca\ ción. El conducto de derivación también nene función cuando se llena el sistema de enfriamien::

Fig. 15.5 Diagrama del sistema de enfriamiento: 1 radiador, 2 tapón'de vaciar-, 3 ventilador, 4 tubo de entrada. 5 c'd e l agua,'6 drenaje del enfriador dé aceiten-enfriador de aceite, 8 circulación p.or pancada izquierda de rr cíe -

9 circulación en culata .izquiérda, 10 termostato lado izquiérdó,'1 i derivación, 12 circulación en la cü ;s:¿ derecha, 13 circulación en bancada derecha dei bloque, 14 termostatolado derecho., 15 manguera supe: : del radiador lado derecho,'16 manguera superior del radiador lado izquierdo M i’t s u e


asiento

válvula

manguito

mariposa

a)

b)

asiento

c)Fig.’ 1-5.6 Termostatos para el s is tem are enfriamiento, del motor:-a) tipo de fuelle, £>) tipo dé'manguito, c)’.tipo de

. mariposa . ’ . *’ •"

el líquido puede pasar del bloque a la culata de .cilindros sin pasar por la bomba del agua.

El líquido enfriador es una mezcla de agua con aditivos químicos para' reducir la-corrosión. En vehículos que trabajan en lugares muy fríos se agrega anticongelante al agua durante el invierno.

En las siguientes secciones, se'describen con ma- vor detalle las partes del sistema de enfriamiento por líquido.

TermostatoEl termostato está instalado en la conexión o codo de salida de agua en el frente de la culata de cilindros. Su finalidad es cerrar la salida hacía el tanque superior dei radiador cuando el motor está frío, para que el líquido no pase por el radiador. Esto permite que el motor alcance su temperatura normal de funcionamiento con mayor rapidez.

El termostato consta de un elemento detector o sensor y una válvula. El elemento sensor es una cápsula hermética que contiene un material que es un tipo de parafma y que se expande con el calor. Un pistón pequeño en la cápsula está conectado con la válvula. Cuando aumenta la temperatura del líquido y se calienta el sensor, la parafma se expande y mueve en forma gradual el pistón que abre la válvula. Esto permite que el líquido circule por la válvula y llegue al radiador.

Hay dos tipos básicos de termostatos que para identificación se pueden denominar como de tipo de manpos'á y de tipo en derivación. Son de muchos

.diseños diferentes y se ilustran tres de ellos en la- figura 15.6. El tipo de fucile contiene un líquido que se vaporiza cuando está caliente y hace que se ex- . panda el fuelle y se abra la válvula. Los tipos de manguito y mariposa funcionan con la expansión de la parafina.Los termostatos del tipo de placa de cierre tienen una. válvula del tipo de placa que se abre a una temperatura determinada para permitir que el líquido enfriador pase al radiador. La circulación del líquido continúa en la derivación con un caudal constante, porque no lo altera la acción del termostato. La regulación de la temperatura del motor se logra con el control de flujo del líquido por el radiador.Los termostatos de derivación tienen una válvula del tipo de manguito (camisa) y en algunos casos, una doble válvula que además de abrirse para dejar pasar el líquido al radiador, al mismo tiempo cierra el conducto de derivación. La regulación de la temperatura del motor se logra con el control del ílujo de líquido por el radiador y por la derivación.

En la figura 15.7 se ilustra el funcionamiento de un termostato de derivación con válvula de manguito, en las posiciones de motor frío y caliente. En el diagrama se muestran los tres conductos para líquido enfriador en la cubierta del termostato: A) conducto en la culata de cilindros en el cual se coloca el elemento o sensor del termostato, B) conducto al radiador y C) conducto de derivación para retorno a la entrada a la bomba del agua.


sello

salida al radiador

entrada

Fig. 15.7 Funcionamiento del termostato para derivación con válvula del tipo de m a -c j i í c a motor frío,b) motor caliente Cummins

Con el motor frío, el manguito del termostato descansa en su.asiento, con lo cual cierra eí conducto B) al radiador. El líquido circula por el interior del manguito hasta el conducto C) de derivación. Un sello alrededor del exterior del manguito impide los escapes entre los conductos B) y C).

En la posición con motor caliente; el material de expansión térmica en el sensor o elemento se expande para separar al manguito de su asiento y permitir el paso del líquido por el conducto B) hasta el radiador. Al mismo tiempo, el manguito cierra el conducto C) de derivación. .

En un punto entre la temperatura de apertura inicial y .la dé .apertura' total del termostato, por ejemplo, en 80°C y 85°C, la válvula del mismo permitirá circular el líquido por el radiador y por la derivación para tener un control más eficaz de la temperatura del motor.

Termostatos doblesEn algunos motores grandes se utilizan dos termostatos. En los motores en V se utiliza un termostato en cada banco de cilindros. En los motores en línea se pueden utilizar termostatos dobles (Fig. 15.8). Esto permite tener conductos más grandes para un mayor flujo de líquido enfriador. Estos termostatos también son del tipo de derivación; cuando se abre la válvula para salida, se cierra la válvula para derivación.

El bloque y la culata de cilindros tienen camisas de agua, que son un conduct o que rodea los cilindros y dentro de la culata (cabeza) para conducir el líquido enfriador. Las camisas de agua son parte integral de fundición en el bloque y la culata. Debido a que los asientos y guías de válvulas necesitan enfriamiento, la culata incluye camisas de agua que dejan llegar el líquido a esas zonas. El tamaño de los conductos y

Fig, 15,8 Termostatos dobles en una cubierta Bedford

la posición de los desviadores dirigen el flujo del líquido.

La bomba de agua suele ser del tipo con impulsor y se monta en el frente del bloque de cilindros, entre éste y el radiador. La bomba (Fig. 15.9) consta de una cubierta, con aberturas para entrada y salida del líquido y un impulsor. Cuando gira el impulsor, el agua que hay entre las aspas es lanzada hacia fuera por la fuerza centrífuga y tiene que pasar por la salida de la bomba hacia el bloque de cilindros La entrada a la bomba está conectada por una manguera con el tanque inferior del radiador; la bomba succiona el iíquido para reemplazar al qu-, descarga por la salida.


(panal) del radiador. En algunos motores se utiliza una (tolva) bóveda de ventilador para mejorar su eficacia. La tolva aumenta la eficiencia porque todo el aire que succiona el ventilador pasará a través del núcleo del radiador.

Ventilador de! tipo de empujeCasi todos los ventiladores succionan el aire desde el frente del radiador y se aprovecha el avance del vehículo para ayudar en el Ilujo de aire. Sin embargo, cuando el motor está instalado en un equipo que se mueve a muy baja velocidad y que funciona en condiciones en las que existe la posibilidad de succionar polvo y otros cuerpos extraños hacia el núcleo del radiador, se utiliza un ventilador del tipo de empuje o inverso, que empuja el aire desde la parte trasera hacia el frente del radiador, con lo cual es

4 menos probable que el núcleo se obstruya o se dañe.

b)

Fig. 15.9 Bomba del agua: a) sección de la bomba,b) vista delantera de la bomba: 1 polea,2 cubierta, 3 impulsor, 4 sello, 5 holgura,6 desviador, 7 cojinetes, 8 eje, 9 salida,10 conexión para derivación, 11 entrada del líquido enfriador Perkins

Correa (banda) del ventiladorLa correa (banda) del ventilador es del tipo en V (trapezoidal). La fricción entre los lados de la correa y los.lados de las ranuras de la polea, hacen que se transmita la potencia por medio de la-correa.de una polea a la otra. La correa en V tiene una superficie grande de- contacto y. puede transmitir una

• potencia considerabie;-la acción de acuñaníiento de la correa en las ranuras.de la polea ayuda a evitar el deslizamiento, (patinaje) dé la correa. En los motores pequeños se utiliza una sola correa; en los grandes, dos o tres.

Impulsor de velocidad variable para el ventiladorEn algunos motores se utiliza un impulsor de velocidad variable para ei ventilador que consume menos potencia a alta velocidad del motor y también cuando se requiere menos enfriamiento. El impulsor de velocidad variable (Fig. 15.10) tiene un pequeño acoplamiento fluido lleno con un aceite especial de siliconas. Cuando se requiere máximo

Ei eje de! impulsor está montado en uno o más cojinetes \ se emplea un sello para impedir Jas fugas de líquido alrededor del cojinete. La bomba se impulsa con una banda desde la polea en la parte delantera dei cigüeñal. En algunos motores grandes se utiliza una bomba de agua impulsada por engranes.

Ventiladorr

En los motores pequeños el ventilador suele estar montado en el eje de la bomba del agua y se impulsa con la misma banda que mueve la bomba y el alternador. En los motores grandes, el ventilador está montado en un cubo separado.

La finalidad del ventilador es producir una fuerte succión y corriente de aire a través del núcleo

pistón de control

ventilador K

impulsor del ventilador

Fig. 15.10 Conjunto de impulsor dei ventilador. Elimpulsor tiene un pequeño copie fluido que varia la velocidad de acuerdo con los requerimientos de funcionamiento del motor

Ford


enfriamiento del motor, por ejemplo con alta temperatura y alta velocidad, se inyecta más aceite al acoplamiento Huido y éste transmite más potencia a través del copie, con lo cual aumenta la velocidad del ventilador. Cuando se requiere menos enfriamiento, como en tiempo frío o durante el funcionamiento a velocidades medianas, se extrae aceite del acoplamiento fluido, con lo cual éste transmite menos potencia y se reduce la velocidad del ventilador.

La cantidad de aceite dentro del acoplamiento fluido y, por tanto, la velocidad del ventilador, se controlan con una tira bimetálica que está sujeta en sus dos extremos con grapas en la cara del impulsor del ventilador. Esta tira es sensible a la temperatura del aire en el compartimiento del motor. Cuando aumenta la temperatura, la tira se comba hacia fuera y esto permite que un pistón de control ubicado en el centro del impulsor se mueva hacia fuera. Este movimiento del pistón hace que penetre más aceite al acoplamiento Huido ’y que aumente la velocidad, del ventilador para tener mayor enfriamiento. Cuando se reduce la temperatura, la tira bimetálica se endereza y mueve al pistón de control hacia dentro, con lo cual el aceite sale del acoplamiento fluido y se reduce la velocidad del ventilador.

a) b)

Fig. 15.11 Dos í ip js construcción-de núcleos deradiador Bedford

Ventilador Thermátic •.Los ventiladores Thermátic de velocidad .variable para motores grandes tienen un embrague de discos múltiples en el impulsor, que se acopla normalmente por presión del resorte para que el ventilador gire junto con la polea. Cuando no se requiere enfriamiento, se utiliza aire comprimido para desacoplar el embrague, con lo cual gira la polea pero no el ventilador.

El control del embrague es con una válvula térmica de control, que tiene el sensor en la salida de líquido enfriador para detectar la temperatura del mismo. El sensor hace funcionar una válvula para aire que deja entrar aire comprimido para desacoplar el embrague de discos múltiples cuando no se necesita enfriamiento.

RadiadorEl radiador es un intercambiador de calor que permite transferir el calor del líquido enfriador del motor al aire, más frío, que pasa a través del mismo. Consta de un tanque superior y uno inferior, con el núcleo (panal) entre ellos. El núcleo tiene dos secciones separadas: el líquido pasa por una y el aire por la otra. En la figura I5.11 se ilustran dos construcciones diferentes de núcleos de radiador. En el tipo de tubos y aletas centrales, a), se empican tubos verticales para el líquido con aletas en forma de tiras sujetas en cada lado de los tubos. En la construcción de aletas y tubos, /;), se empican aletas horizontales. Esta construcción se puede ver con mayor detalle en la figura 15.12; este tipo de núcleo

tiene mayor superficie de aletas y, por tanto, más capacidad de enfriamiento.

El líquido enfriador pasa de la parte superior a la inferior del radiador. El aire pasa del frente hacia la parte posterior del radiador en casi todas las instalaciones y absorbe el calor en las aletas; éstas, a su vez, absorben el calor del líquido que baja por los tubos. En esta forma, se reduce la temperatura del líquido enfriador.

Tapón de presión para e¡ radiadorA fin de mejorar la eficiencia del enfriamiento y evitar las pérdidas por evaporación y derrames, se utiliza un tapón de presión en el radiador de muchos vehículos (Fig. 15.13). A nivel del mar y presión atmosférica, el agua hierve a 100°C. A mayores altitudes, en que la presión atmosférica es menor, el agua hervirá a temperaturas más bajas.

Con presiones altas, se aumenta la temperatura de ebullición del agua. Porcada 10kPaadicionales.

Fig. 15.12 Construcción del radiador con núcleo de tubos


válvula de alivio de presión

válvula de alivio de vacio

tubo de derrama

Fig. 15.13 Corte seccional de un tapón de presión para radiador Mitsubishi

el punto de ebullición aumenta alrededor de 2°C (Fig. 15.14). El empleo del tapón de presión en el radiador aumenta la presión dentro del sistema de enfriamiento, con lo cual el.líquido circula a temperaturas más altas sin que haya ebullición. III líquido pasa del motor al radiador a una temperatura más alta; la diferencia en temperatura entre el líquido que hay dentro del radiador y el aire que lo circunda es más .grande, con lo cual mejora la transferencia del calor.; •• " ' • - ' • •

Funcionamiento del tapón ■El tapón de presión se coloca'en el tubo o cuello llenador del radiador y produce un sello hermético alrededor de los bordes. El tapón tiene dos válvulas, una-de presión y una de vacío.

La válvula de presión consiste en una válvula mantenida contra un' asiento mediante un resorte calibrado. El resorte mantiene cerrada la válvula para que se produzca presión en el sistema de enfriamiento. Si la presión aumenta a más de la especificada para el sistema, la válvula de presión se levanta de su asiento y descarga el exceso de presión.

Hay tapones de presión que pueden producir hasta 100 kPa en el sistema, con lo que el punto de ebullición del agua sube a más de 125°C.

La válvula de vacío está destinada a impedir la formación de un vacío dentro del sistema de enfria

miento cuando se para el motor y empieza a enfriarse. Si se forma un vacío, la presión atmosférica en el exterior hace que se abra la válvula de vacío y que entre aire al radiador. Sin la válvula de vacío, la presión dentro del radiador podría reducirse al grado de que la presión atmosférica ocasionaría la contracción o aplastamiento de las mangueras y, probablemente, del radiador.

Los tapones de presión tienen diversas capacidades de presión como se señala a continuación. AI nivel del mar, en donde el agua hierve a 100°C, el punto de ebullición en el radiador se eleva como sigue:

Capacidad de presión del tapón (kPa)

30•507090

Punto de ebullición aproximado (° C)

108112116120

Sistemas de enfriamiento selladosLos sistemas de enfriamiento sellados no tienen respiración o descarga directas a la atmósfera, sino que tienen un depósito para líquido conectado en el sistema. En la figura 15.15 se ilustra el sistema en un

el agua hierve a

100°C 112°C

presiónsin presión de 50 kPa

Fíg. 15.14 El agua en un recipiente abierto hierve a100°C (a nivel del mar). Cuando se pone en un recipiente a una presión de 50 kPa, el punto de ebullición se eleva a 112°C Repco

b)Fig. 15.15 Depósito para líquido enfriador a) depósito

en una posición cercana al radiador, b) depósito M a z d a


motor pequeño, con el depósito conectado con el respiradero en el tanque superior del radiador. El depósito suele ser de plástico transparente para poder ver el nivel del líquido; además tiene marcas para indicar nivel alto y bajo.

Cuando funciona el motor, el líquido se calienta y se expande y una parte fluye desde el radiador hacia el depósito, en donde aumenta el nivel. Cuando se para el motor, se reduce la temperatura del líquido enfriador y éste retorna desde el depósitohasta el radiador. Con este método, el sistema de enfriamiento se mantiene lleno en todo momento. No hay que quitar el tapón del radiador para comprobar el nivel del líquido; sólo hay que observar el nivel dentro del depósito.-

Los sistemas sellados no sólo mantienen el sistema lleno con líquido en todo momento para tener enfriamiento más eficiente, sino que también impiden la entrada de aire al sistema y ayudan a reducir los efectos deja oxidación y la corrosión.

Sistema ele enfriamiento con tanque auxiliarÉn la figura 15.16 se ilustra un sistema de enfriamiento de un motor instalado en un vehículo pesado y se mencionan las diversas partes. Además del radiador, ventilador y bomba del agua que trabajan, en la forma normal, el sistema tiene un tanque, auxiliar 9) y .tubos que lo-‘conectan con diversas partes del sistema. Con-esto, no sólo se tiene más

Fig. 15.16 Sistema de enfriamiento con tanque auxiliar:I bomba dei agua, 2 tapón de vaciar, 3 tapón de una pieza, 4 tubo de respiración del radiador, 5 cubierta del termostato, 6 tubo de respiración del motor, 7 derivación, 8 tapón de presión, 9 tanque auxiliar, 10 derrame,I I tubo para-llenado, 12 enfriador de aceite

C ummins

cantidad de líquido enfriador sino lamb../ -na el aire del sistema y también se e\:tan-:--u líquido por derrame del radiador.

Cuando el motor está en marcha, la h_ I agua hace circular el líquido desde el tanque inlr- rior del radiador a lo largo del bloque y la cinat.i l : cilindros hasta ei tanque superior del radiador. C .... - quier aire atrapado en el líquido descargara tubo 4) de respiración del radiador hacia el tanc. e auxiliar 9). Un tubo 6) de respiración del motor desde la cubierta 5) del termostato sirve para la respiración en ese lugar, pues conduce algo de líquido enfriador con el aire que contenga hasta el tanque auxiliar.

A través del tubo 11) se suministra líquido desde el fondo del tanque auxiliar hasta la entrada de la bomba de agua para compensar el volumen de aire expulsado del sistema por ¡ > tubos de respiración. Con esto, se mantiene el sistema lleno con líquido.

Ll radiador tiene un tapón 13)de una pieza, fijo, que-ño se suele quitar. El líquid-. necesario para aumentar el nivel del sistema se agrega en ei tanque auxiliar; éste tiene tapón 8) de presión > . ndu :- to 10) para derrame.

Radiador con tanque auxiliar-La. función del-tanque auxiliar se puede incluir en un tanque superior más grande en el radiador, que además de contener más liquidó, tiene un espacio en la parle superior del tanque en donde.se descarga el aire, como se ilustra en la figura 15.17: El tubo ~ i

1

Fig. 15.17 Radiador con tanque auxiliar: 1 bomba delagua, 2 tapón de vaciar, 3 tubo de re s p ira c ' ' del núcleo,-4 extensión y respiradero del llenador, 5 tapón de presión, 6 derrame.7 tubo de respiración del motor, 8 cubier:s ce termostato, 9 derivación, 10 tubo para e -ad;

Cuwu vs


de respiración del motor está conectado en el tanque superior dei radiador más arriba del nivel del líquido a fin de que descargue en el espacio de aire; el tubo 10) de llenado está conectado en el tanque en un lugar debajo del nivel de líquido, para enviar el líquido necesario, libre de aire, al lado de entrada de la bomba del agua.

Áereación y desaereaciónLa aereación o arrastre de aire, designa las burbujas de aire mezcladas con el líquido enfriador en el sistema. La desaereación es la separación del aire y el líquid-. en ei sistema. Los tubos de respiración del sistema ur.:e> descrito, ayudan en la desaereación, a la vez que otros componentes como las placas des- \ ¡adoras (rompeolas) en el tanque superior del radiador, el tamaño del tanque o el empleo de un tanque auxiliar reducen las posibilidades de aereación.

La aereación puede ser a causa de bajo nivel de líquido enfriador, por d efecto de una elevada turbulencia en un tanque superior sin rompeolas o por aire atrapado en el sistema durante el llenado inicial, por ejemplo, en el calefactor para la cabina.

Iníercambladores de calor* • • • • •

En .algunas instalaciones de. motores, por ejemplo los marinos, sé utilizá un intercambiador de calor en lugar de radiador. El intercambiador tiene una serie de tubos por los cuales se bombea el agua de mar o agua “ cruda” según el caso. El líquido enfriador del motor disipa su calor en el agua “ cruda” que está más fría.

En la figura 15.18 se ilustra este tipo de sistema de enfriamiento. Se utiliza una bomba separada, llamada bomba para agua “ cruda” que la toma en el exterior del casco de la embarcación mediante el tubo 1) de entrada. Se utilizan coladores (pichan- chas) para impedir la entrada de sólidos. El agua cruda se circula por los tubos del intercambiador de calor 3) y se descarga por el tubo 2) de salida.

El líquido enfriador circula por el motor en la forma normal y se enfría cuando pasa alrededor de Jos tubos en el intercambiador de calor. El empleo del intercambiador de calor permite emplear agua de mar, que es muy corrosiva para el enfriamiento, sin que haga contacto con el interior del sistema de enfriamiento del motor.

Los intercambiadores de calor se emplean también en algunas aplicaciones industriales y se circula en ellos agua del servicio municipal o de otra fuente.

El intercambiador de calor se puede proteger contra la acción electrolítica con un electrodo de zinc instalado en el lado para agua “ cruda” del sistema; es un electrodo llamado de sacrificio cuyo tamaño se reduce en forma gradual por la acción electroquímica. Esta acción puede ocurrir en otras partes metálicas del intercambiador de calor, pero conforme se carcome el. zinc, esas partes quedan protegidas. . .

Enfriamiento en la quiSfaEn la figura 15.19 se ilustra un sistema de enfriamiento en la quilla. En este caso, el intercambiador consta de cierto número de tubos de cobre montados en el exterior del casco de la. embarcación, paralelos con la quilla.

El líquido enfriador del-motor se hace circular por.los tubos de enfriamiento en la quilla y el calordel líquido se transfiere al agua en que están sumergidos los tubos.

íí,

En la figura .15.20 se ilustra una ’oomba'para agua “ cruda” . Tiene impulsor de caucho (hule) sintético que gira en un cuerpo de bomba o carcaza. Se lubrica cón el agua que bombea; por tanto, nunca debe funcionar en seco. Si es necesario, se puede cebar la bomba antes de poner en marcha el motor.

F«g. 15.18 ¡ntercambiador de calor: 1 entrada de agua “ cruda” , 2 salida de agua “ cruda” , 3 ¡ntercambiador de calor Cummins

Fig. 15.19 Enfriamiento en la quilla: 1 tubos en la quilla, 2 tubo de agua al motor, 3 enfriador de aceite,4 tanque distribuidor, 5 tubo de agua del motor C u m m i n s


dor, se mueve alrededor de las - dei r.:__Con esto se extrae el calor del aire \ ■. ere. . temperatura. En la figura 27.21 se ilüsira con poslenfriador.

Líquido enfriadorEl líquido enfriador es la solución que circuí las camisas de agua del motor. Consiste en mezcla de agua con aditivos químicos especíale.' para proteger el sistema de enfriamiento y el mou :. El líquido enfriador tiene una función muy importante \ aebe cumplir con los siguientes requisitos:

1. Producir transferencia adecuada del calor.2. Evitar la corrosión.3. Evitar la formación de incrustaciones, herrum

bre y depósitos.4. Ser compatible con sellos \ mangueras.5. Proteger contra la c. . . . . . en climas muy

fríos. .Aunque el agua simple per;r::e a; Transferencia

del calor, se necesita agregar in:::r:d :e> ae corrosión para evitar la corrosión \ la jn de incrustaciones en el sistema de e n : e r . . >. Par^ climas muy fríos, también se emplean an:._ nielantes para impedir'que sé congele el agua.

Inhibidores de corrosiónLos.inhibidores de corrosión (anticorrosivos) son compuestos solubles.en agua que protegen las superficies metálicas del sistema de enfriamiento contra un ataque corrosivo. Los productos inhibidores, disponibles en el comercio, que son una combinación de productos químicos, protegen contra la corrosión, controlan el pH y suavizan el agua.

Los inhibidores de corrosión más comunes son cromatos, boratos, nitratos y aceite soluble. La mayoría de los inhibidores utilizan cromatos; en. otros se usan compuestos diferentes. El aceite soluble se utiliza sin mezclar, aunque ha sido sustituido por inhibidores más eficaces y ya no se recomienda para los motores Diesel.

Los inhibidores de corrosión a base de cromato no son compatibles con el anticongelante a base de etilenglicol y no se deben mezclar. Los inhibidores de otros tipos sí son compatibles y se pueden emplear juntos para proteger contra la corrosión y la congelación.

Fig. 15.21 Componentes de! postenfriador: 1 salida de líquido enfriador, 2 tapa, 3 junta, 4 sello anular, 5 núcleo, 6 cubierta, 7 entrada de líquido enfriador Cummins

Soluciones anticongelantesSe necesitan soluciones anticongelantes para que el agua no se congele a temperaturas menores de 0 C. Si se congela el agua simple en el motor, la fuerza de expansión, con frecuencia, puede agrietar el bloque de cilindros y el radiador. El anticongelante mezclado con el agua impide la congelación. Un bue: anticongelante se debe mezclar con facilidad c n e: agua, evitar la congelación de la mezcla a la temperatura más baja que se espere, y debe circular ;

Fig. 15.20 Bomba para agua “ cruda"; se ilustra elimpulsor en su cuerpo Cummins

La rotación del impulsor en su cuerpo o carcaza succiona el agua en la entrada de la bomba y la lleva entre las aspas del impulsor y la carcaza de la bomba y la descarga en la salida. Un excéntrico instalado en la. cubierta hace que las aspas se flexionen como se ilustra, lo cual ayuda a desplazar ei agua cuando'llega a- la.salida de la cubierta.

Postenfriador * . - .En muchos -motores turbocargados se utiliza un postenfriador o interenfriador, como se describe en el capituló 18. Los componentes del postenfriador se ilustran én la figura 15.21. Constan de una cubierta en la cual hay un núcleo (panal) por el cual se circula el liquido enfriador. El aire de admisión del turbocargador que se hace pasar por el postenfria-


libertad. No debe producir corrosión en el sistema de enfriamiento ni perder sus propiedades después de un largo tiempo de uso.

Los anticongelantes más comunes son el alcohol (o a base de alcohol) y el etilenglicol. Los materiales con base de alcohol se usan sólo provisionalmente porque se evaporan a temperaturas inferiores al punto de ebullición del agua y desaparecen en forma gradual. Se requieren adiciones periódicas pan-, mantener una solución anticongelante con la concentración adecuada.

El anticongelante a base de etilenglicol es del tipo permanente, porque no se evapora al punto deebullición de] agua.

E. anticongelante se mezcla con agua en diver- nr oorciones de acuerdo con las temperaturas

eneradas. Cuanto más baja sea la temperatura or es la proporción de anticongelante en la

mezcla para evitar su congelación. -

Filtros y acondicionadores de aguaEn algunos sistemas de enfriamiento' se utiliza un filtro y acondicionador de agua, que se monta en ei motor como se ilustra en la figura 15.22. El filtro está conectado por mangueras con el sistema de enfriamiento y el líquido enfriador pasa por el filtro. El filtro produce acción filtrante continua, para eliminar impurezas, partículas de herrumbre y'otros cuerpos extraños en el sistema. Para mantener la concentración, de inhibidor de corrosión en el sistema de enfriamiento, libera los compuestos que controlan el grado de acidez (pH) del líquido, además

Fig. 15.22 Filtro y acondicionador de agua instalado en el motor Cummins

de que sirve para la adición de inhibidores de corrosión y para suavizar el agua, con lo cual se reduce la formación de incrustaciones.

El tamaño del filtro y acondicionador de agua va de acuerdo con la capacidad del sistema de enfriamiento. Hay que hacer análisis periódicos déla concentración del inhibidor para asegurarse que se está suministrando la cantidad correcta. Los filtros se deben reemplazar a los intervalos recomendados. El filtro que se ilustra es del tipo de rosca e incluye, además del elemento filtrante, compuestos químicos para mantener la concentración de inhibidor en el sistema.

Cuando se vacía (drena) el sistema de enfriamiento y se-cambia el líquido, hay que agregar la cantidad recomendada de inhibidor de corrosión al agua y reemplazar el filtro.

indicadores de temperaturaPara informar al conductor de la temperatura del líquido en el sistema de enfriamiento, se utiliza un indicador de temperatura. Un aumento anormal en la temperatura es señal de condiciones anormales en el motor. El indicador avisa al conductor para que detenga el motor antes de que ocurran daños •serios. , • •' .• . . . . .

El indicador'puede ser un instrumento que señala la temperatura del líquido en grados, una luz de alarma o -ambos. En algunos motores estacionarios, se emplea un paro de seguridad por alta temperatura. Es sensible a la temperatura del líquido y efectúa el paro automático del-motor si la temperatura es excesiva..

Calefactor para la cabinaMuchos vehículos están equipados con un calefactor por agua caliente para la cabina. Él calefactor se podría considerar como un radiador secundario que transfiere el calor del sistema de enfriamiento al aire en el compartimiento para pasajeros o la cabina en vez de disiparlo en el aire que pasa por ei radiador principal. El líquido enfriador caliente del motor se circula por el núcleo del calefactor y un motor eléctrico pequeño impulsa un soplador que hace pasar el aire a través del núcleo del radiador, en donde el aire absorbe el calor.

Motores enfriados por aireLos motores enfriados por aire están equipados con aletas metálicas en el exterior de los cilindros y la culata para irradiar el calor del motor al aire circundante. Los cilindros suelen estar separados entre sí para permitir la libre circulación del aire alrededor de ellos. Se utiliza un ventilador para producir un flujo forzado y duelos para llevar el aire a los cilindros; éstos se encuentran rodeados por (tolvas) bóvedas metálicas para dirigir el aire a través de las aletas en los cilindros y culatas.


Fig. 15.24 Corte de un motor Deutz V-8 enfriado por aire: 1 múltiple de admisión de aire, 2 tapa de balancines, 3 inyector, 4 varilla de empuje, 5 seguidor de levas, 6 bomba de inyección, 7 árbol de levas, 8 ventilador con control hidráulico, 9 enfriador de aceite, 10 tubo para llenado de aceite, 11 filtro de aceite,12 amortiguador de vibración, 13 bomba del aceite, 14 bomba de transferencia (sólo para "cárter" tipo seco), 15 cigüeñal, 16 depósito de aceite, 17 tapa de cojinete principal, 18 biela, 19 boquilla para enfriamiento de pistones, 20 falda del bloque, 21 tornillo antifatiga para culata de cilindros, 22 cilindro. 23 pistón, 24 culata de cilindros, 25 múltiple de escape

aire entre las aletas en los cilindros > ia> r_ sdisipar el calor.

En la figura 15.24 se ilustra un mot r V-i. en u i corte que permite ver las piezas interna id ~ot ir. El ventilador está montado en el frente de. m : t i un lugar en el cual envía ei aire a lo large de ... V entre los dos bancos de cilindros. Unas tolva? lámina en la parte superior del motor rodean . > cilindros y retienen el aire de modo que sólo puc - . escapar rodeando los cilindros en cada lado dd motor. Con ello, el aire frío que pasa sobre las aletas en los cilindros y culatas arrastra el calor y enfría el motor.

El motor que se ilustra tiene ventilador con control hidráulico, que permite controlar el volumen de aire del ventilador con la variación de la velocidad y, esto, a su - .. . c mtrola la temperatura del motor. En la figura 15.15 >e ilustran el ventilador y sus controles. Ei \ emllaa r impulsa con un eje por medio de un acopíame::: hidráulico, con control termostático para ...r !a :: cidad del ventilador. Durante el funcionan:::::: . el aceite del sistema de lubricación se conduce por e • ub: 5 por el termostato 3) y,, luego, por ei :ab 4 par aceite de control para enviar aceite a! acoplamien:: hidráulico. 6). E l aceité también pasa por un

Fig. 15.23 Motor básico enfriado por aire: 1 aletas en el cilindro y culata, 2 enfriador de aceite,3 ventilador, 4 bandas V Deutz

En la figura 15.23 se ilustra el sistema de enfriamiento en un motor de dos cilindros. El ventilador en la parte delantera del motor se impulsa con dos bandas en V para producir flujo axial de aire; éste entra por el frente del ventilador y sus aspas en rotación lo envían hacia el motor. Hay tolvas y placas desviadoras dispuestas dé modo de dirigir el


Fig. 15.25 Método para controlar el volumen de aire en un motor enfriado por aire: 1 tubo para aire al termostato de gases de escape, 2 múltiple dé escape, 3 termostato del escape, 4 tubo para aceite al acoplamiento hidráulico, 5 tubo de aceite desde el sistema-de lubricación, 6 acoplamiento hidráulico, 7 retorno de aceite al depósito, 8 filtro centrífugo, 9 ventilador, 10 impulsión del ventilador, 11 ajuste D e u t z

centrifugo 8) y retorna aí depósito (cárter) por el tubo. 7) de retorno de aceite:

El acoplamiento hidráulico consta de un elemento impulsor conectado con el eje de impulsión del ventilador y un elemento impulsado conectado • con el ventilador. Ambos elementos tienen aspas y están dentro-de una cubierta llena con aceite. El ■ termostato controla el paso de aceite al acoplamiento hidráulico y, por tanto, la velocidad del ventilador. El termostato es sensible a la'.temperatura del aire

por medio del tubo 1) para aire y también a la de.los gases del escape.

En el. cubo del ventilador se incluye, un filtro centrífugo 8) para el aceite. La alta velocidad de rotación del ventilador se emplea para filtrar el aceite del motor. Lá fuerza centrífuga lanza las partículas de sólidos en el aceite contra el interior de la taza del filtro y se eliminan del aceite antes de que retorne al depósito. • ■

Pregun1. ; Cuál es la finalidad del sistema de enfriamiento?L'2. ¿Cuáles son los dos tipos generales de sistemas

de enfriamiento?3. Expliqúese la diferencia entre calor y tempera

tura.4. ¿Cuáles son los efectos del calor?5. ¿Cómo se comporta el agua cuando se enfría?6. Menciónense las tres formas en que se puede

transferir el calor.7. Preséntese un ejemplo de cada método de trans

ferencia de calor en el motor.8. ¿Qué es el líquido enfriador?9. ;Cuál es la finalidad del termostato?O

10. ¿Qué son las camisas de agua?11. Descríbase el Ilujo del agua en el sistema de

enfriamiento.12. Expliqúese cómo funciona el tapón de presión

para el radiador cuando a) el motor llega a una temperatura excesiva y b) cuando se enfría el motor.

13. ¿Cuál es la finalidad de un sistema de enfriamiento sellado?

14. ¿Por qué se utiliza un tanque auxiliar?15. Expliqúese lo que significa aereación.16. ¿Qué es un intercambiador de calor? Dense

ejemplos de dónde se utilizan.17. ¿Qué función debe efectuar el líquido enfriador?18. ¿Por qué se utiliza el anticongelante?19. ¿Cuál es el tipo más común de anticongelante?20. ¿Por qué se utilizan los inhibidores de corrosión.21. Expliqúense las razones para utilizar un filtro y

acondicionador de agua en un motor.22. Descríbase cómo funciona el sistema de enfria

miento por aire de un motor.

S IST EM A S DE ENFRIAMIENTO

HWm?

Fig. 15.28 Motor Caterpillar marino. Se ilustra una versión con turbocargador del motor Diesel 3208. Tienecomponentes adicionales para enfriamiento, que incluyen un enfriador para la transmisión marina y enfriamiento por agua para el turbocargador. El enfriamiento por agua para el turbocargador protege a los componentes circundantes contra el calor concentrado.

El motor es del tipo V-8, con los bancos de cilindros a 90° entre sí. Los cilindros están maquinados directamente en el bloque de cilindros que es de hierro de aleación al níquel-cromo. El bloque de cilindros es del tipo de falda profunda, que se extiende 100 mm por debajo del centro del cigüeñal para dar más rigidez. Las tapas de los cojinetes principales son más o menos en forma de V y sus tornillos están a 30 de la vertical; esto da un efecto de tirantes transversales para darle estabilidad.

Los múltiples de admisión y las guías de válvulas están fundidos íntegramente en la culata de cilindros de hierro fundido de aleación. Las válvulas funcionan con un árbol de levas montado en el centro que acciona seguidores del tipo de rodillo.

Se utilizan pistones cortos con dos anillos. El anillo de compresión es del tipo torsional y el de aceite tiene expansor de resorte. La cámara de combustión está descentrada en la corona del pistón y se dice que su forma es cardioide.

Este motor tiene sistema de combustible con dosificación (medición) por manguito, con la bomba de inyección colocada en la V entre los bancos de cilindros. Los inyectores del tipo de lápiz atraviesan las culatas de cilindros.

El aceite para el sistema de lubricación se suministra con una bomba de rotor de seis lóbulos impulsada por engranes desde el cigüeñal. Un enfriador de aceite del tipo de placas está montado en a parte inferior de la falda del bloque en el lado izquierdo del motor (lado derecho en la ilustración . La válvula de ventilación del motor está en la parte superior del mismo en la tapa derecha de balancines

C a T£3F;__a p

;

Servicio ai sistema de enfriamiento

—

Comprobaciones .del sistema de enfriarilientoCon el tiempo, se pueden acumular herrumbre e incrustaciones en las camisas de agua del motor y en el radiador, que restringen la circulación del.líquido enfriador y. el-motor se sobrecalienta. Además, las mangueras y conexiones entre él radiador y el motor sé degradan-y pueden permitir fugas o restringir él paso del líquido. Si el termostato está pegado, o deformado, no cerrará ni abrirá en la forma corree-' ta, lo cual reducirá la eficiencia del sistema de en-' friamiento. Se puede hacer una serie de comprobaciones del sistema de enfriamiento y sus componentes para determinar sus condiciones.

Precaución.- Hay que tener mucho cuidado al quitar el tapón del radiador cuando el motor está caliente. No se debe quitar salvo que el motor esté frío v no haya oresión en el sistema. Si hay que quitar el tapón hágalo así: envuelva un trapo grueso en el tapón y gírelo con lentitud hasta el primer tope cara que escape la presión por el tubo de derrame. Cuando esté seguro de que ha escapado toda la presión, oprima el tapón con el trapo y acabe de quitarlo. Si no se sigue este procedimiento, puede sufrir senas lesiones por el escape del líquido enfriador o dei vapor, en las manos o en la cara.Comprobación de herrumbre e incrustaciones en el sistemaEl aspecto dei líquido enfriador puede dar una indicación de si hay acumulación de herrumbre e incrustaciones en el sistema de enfriamiento. Si el líquido tiene color de herrumbre o ha cambiado de color, se debe reemplazar. Hay que lavar el sistema de enfriamiento a la inversa (“ sopletearlo” ) y agregar inhibidor de corrosión.Comprobación del radiadorHay que comprobar si el núcleo y tanques del radiador tienen daños o fugas así como corrosión que podría señalar fugas pequeñas. Hay que comprobar

si las aletas están obstruidas o dañadas. Las aletas dobladas, el polvo y los insectos que se acumulan en .el núcleo demoran el paso del aire y reducen el enfriamiento. Para limpiar el núcleo; se puede soplar con aire comprimido desde la parte trasera hacia el frente. ‘ -

Las restricciones internas en-el núcleo reducen el flujo de líquido enfriád-or. Los tubos se-pued'cn limpiar con limpiadores químicos especiales para ello y también por lavado a la inversa.

Examen de mangueras y sus conexiones1:1 aspecto de fas mangueras y sus conexiones, por lo general, indicará sus condiciones. Si una-manguera está blanda y se contrae con facilidad al oprimirla, se debe reemplazar.

Comprobación dé la bomba del aguaLas deficiencias más probables son las fugas y el ruido. Las fugas son más notorias en frío y la primera señal de dificultades puede ser la pérdida de líquido enfriador después de que el vehículo ha estado parado toda la noche. El ruido puede ser en el cojinete y es una especie de zumbido, o en el sello, en donde será en un tono agudo.

Prueba de presión del sistemaSe puede utilizar un probador de presión (Fig. 16.1) para probar si el sistema tiene fugas externas o internas, como sigue.

Llénese el radiador, instálese el probador de presión y apliqúese al sistema una presión ligeramente mayor que la normal de funcionamiento. Si la presión se mantiene constante, no hay fugas en el sistema. Si cae la presión, hay que hacer comprobaciones adicionales.

Examínese si hay fugas externas en las conexiones de manguera, tapones de expansión, bomba del agua y radiador. Si no hay fugas externas evidentes, examínese si la junta de la culata de cilindros o los

SERV IC IO AL S ISTEM A DE ENFRIAMIENTO 189

■ buje de caucho

b)

Fig. 16.1 a) Prueba de presión del sistema deenfriamiento, b) Prueba del tapón del radiador

R e p c o

sellos de las camisas están deficientes. Un problema más serio podrían ser el bloque o la culata de cilindros agrietados.

Se'debe examinar el aceite para determinar que no contiene líquido enfriador. Póngase en marcha el motor hasta que llegue a su temperatura normal de funcionamiento. Acelérese a fondo varias veces y examínese si hay una descarga anormal de agua por el tubo de salida del escape, que podría señalar un problema.

Prueba de presión del tapón del radiadorSe utiliza el mismo probador de presión en el tapón del radiador, como se muestra en la parte inferior de la ilustración. Si el tapón no sostiene la presión especificada, se debe reemplazar.

Comprobación de la (banda) correa del ventiladorLa tensión de la banda se debe comprobar como sigue. La banda se debe examinar cada pocos miles de kilómetros para comprobar que esté en buenas condiciones. Una banda gastada, deshilacliada o que tiene separación entre las capas, se debe reemplazar. Una banda deficiente o floja no sólo permitirá sobrecalentamiento del motor, sino también

Fig. 16.2 Ajuste básico de la banda de! ve- ' a c c r 1, 2 montajes del alternador, 3 tensor

'de ajuste. La banda debe tener una flexión mínima de 10 mm en el punto X’

que el acumulador esté bajo de carga, porque no puede impulsar el alternador a velocidad suficiente para mantener cargada la batería.'

Cuando se utilizan bandas múltiples y una o más están deficientes, hay que cambiarlas todas por juegos. No se deben utilizar bandas nuevas y viejas en el mismo componente. Las bandas múltiples para repuesto deben ser todas del mismo fabricante (de la misma marca).

Ajuste de la banda del ventiladorLa (banda) correa del ventilador debe estar ajustada a la tensión correcta. Si está muy apretada, aplica una carga excesiva en los cojinetes de la bomba del agua y del alternador. Si está muy floja, ocurrirá deslizamiento (patinaje) que alterará el funcionamiento del alternador y el ventilador. En la figura 16.2 se ilustra el ajuste básico.

Se debe utilizar un calibrador de tensión especial para ajustar Ja tensión de la banda (Fig. 16.3). Cuando se coloca el calibrador contra la banda, se puede leer la tensión directamente en la escala del calibrador.

En algunos motores grandes, el ventilador está montado en su propio cubo (Fig. 16.4). En este caso, el soporte o tensor del ventilador es movible para ajustar la tensión de la bandas. En algunos casos, se utiliza una polea tensora para las bandas.

Comprobación del termostatoPara observar la acción del termostato, se coloca en un recipiente con agua y se le aplica calor. Se debe

190 MECANICA PARA MOTORES D iESEL

Fig. 18.3 Calibrador de tensión de (bandas) correas• Repco

suspender un termómetro en el agua para determinar la temperatura a la cual empieza a abrir el termostato y la temperatura de apertura total. El termostato y el termómetro no se deben colocar en el fondo del recipiente; se deben suspender, con un alambre o colocarlos en una tela metálica un poco encima del fondo (Fig. ló.5). Los termostatos están calibrados para funcionar a diversas temperaturas; la de la apertura inicial y la de apertura total suelen estar grabadas en la brida. Si el termostato no

Fig. 1S.5 Prueba del termostato M a z d a

funciona de acuerdo con las especificaciones, se debe reemplazar.

Limpieza deí sistema de enfriamientoLa limpieza periódica del sistema de enfriamientoevitará la acumulación de herrúmbre e-incrustado- • * fnes que podrían obstruir el núcleo del radiador y los- conductos para el líquido enfriador. Se utilizan inhibidores de corrosión; el sistema-se limpia con productos químicos especiales, de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

El sistema de enfriamiento también se puede limpiar mediante el lavado a la inversa (sopletea- do). Se utiliza una pistola lavadora, con dos mangueras para hacer circular agua mediante ráfagas de aire comprimido. Con esto, se aflojan y eliminan la

1110« L

6

Fig. 16.4 Componentes del cubo de ventilador con cojinetes de rodillos cónicos: 1 eje y soporte ajustable, 2 sello de aceite, 3 cojinetes, 4 pista de cojinete, 5 cubo, 6 tapón, 7 espaciador, 8 arillos seguro, 9 tuerca,10 retén del sello anular, 11 sello anular, 12 espaciador

Cummins

SERV iC IO AL S ISTEM A DE ENFRIAM IENTO 191

pistola lavadora

herrumbre y las incrustaciones que no se pueden eliminar con el flujo normal del líquido enfriador en ■ el sistema. Se acostumbra lavar el radiador y las ■camisas de agua del motor por separado.

En la figura. 16:6 se ilustrad lavado ala inversa . del radiaoor. Se conecta una-manguera adicional en . el tanque inferior del radiador para utilizar la pisto- .' la lavadora. Además se conecta una manguera auxi-’ liar en el tanque superior del radiador para la descarga del agua que sale del radiador hacia una coladera. El lavado en sentido inverso al ílujo del líquido enfriador desaloja muchas partículas que no se eliminan con el flujo normal del líquido. Esto . se aplica en especial a las partículas de herrumbre o incrustaciones que se han alojado.en la entrada a los conductos para agua en la parte superior del núcleo del radiador. El lavado a la inversa desalojará esas . partículas; el lavado en sentido normal sólo las haría entrar más en el núcleo.

En la figura 16.7 se ilustra el lavado a la inversa de las camisas de agua del motor. La pistola lavadora se conecta en la cubierta del termostato en la

manguerapara agua pistola lavadora

Fig. 16.7 Lavado a la inversa de las camisas de agua

parte superior de la culata, para que el agua pase por las camisas de agua en sentido ir.ver- - sa.~a del motor por la conexión de entrada a ... : ~.?a -ei agua.

El procedimiento para lavar es llenar ti ___ -dor o las camisas de agua con agua y cuanc. circulando, aplicar el aire a presión por ráfagas! para que el agua circule con más fuerza. Es:; >e repite hasta que salga agua limpia del radiador <: motor.

Para limpiar el exterior del radiador se sopla con aire comprimido a través del núcleo desde la parte trasera hacia el frente para desalojar el polvo, insectos y otras obstrucciones, que estén en las aletas y puedan impedir el paso normal del aire.

Fugas por el radiadorLas fugas por el radiador son fáciles de ver, porque se formarán marcas de óxido en ?! exterior del núcleo debajo de los puntos de fuga. Una forma precisa para localizar las fugas e> desmontar el ■ radiador, ponerle tapones en las c. nexi.. r.es supe-

- rior e inferior y sumergirlo en agua. Se aplica aire a una presión de unos 70 kPa. Si el núcleo tiene :agas. aparecerán burbujas en él tanque de agua.

Reacondicionamiento _de Sa bomba del. aguaHay dos tipos de cojinetes para la bomba del agua:' eje con cojinetes de bolas (baleros) integrales y el eje con pistas desmontables para las bolas del cojinete (Fig. 16.8). El eje y el cojinete integrales se suelen utilizar en las bombas-para motores pequeños que generalmente tienen montado el ventilador en el extremo de ellas, conio se ilustra en la figura 16.9. Las bombas para motores grandes tienen pistas para cojinete separadas (Fig. 16.8).

. c z z z dFig. 18.8 Ejes y cojinetes de bombas dei agua: a; e.e y

cojinete interales, b) eje y cojinetes separadosR e ?c c


Fig. 15.3 . ¿:a seccional de la bomba del agua para un motor pequeño: A holgura en la parte cetantera del impulsor, B holgura en la parte trasera del impulsor, 1 tornillo de guía del cojinete, 2 impulsor, 3 tapa, 4 sello, 5 desviador (arrojador), 6 agujero de drenaje,7 cuerpo de la bomba, 8 eje y cojinete,9 cubo

Los detalles del procedimiento para reacondicio-• namiento varían según la marca de la bomba; hay que consultar el procedimiento en el manual de taller del fabricante. Sin embargo,’ todos ló.s procedimientos tienen algo en común y'quizá-lo-más importante es ¿1. cuidado con.los cojinetes. Para' instalar, o expulsar los cojinetes de la cubierta, hay • que aplicar ia fuerza de la prensa contra la pista externa y no contra el eje; por ningún motivo se debe aplicar la fuerza en la pista interna, de manera que la fuerza se transmita a través de las balas. Por la misma razón, si se va a instalar o sacar el eje del cubo del ventilador o del impulsor, la fuerza se debe aplicar contra e! eje y no contra la pista externa.

Si no sé tiene cuidado al extraer los cojinetes, se puede dañar uno que esté bueno y habrá que reemplazarlo. Con la instalación incorrecta también se pueden dañar el cojinete o el sello y habrá que repetir el trabajo. Si se observan estos aspectos, se logrará una reparación satisfactoria.

Las herramientas típicas que se utilizan son un soporte para el cuerpo de la bomba en la prensa, así como extractores e instaladores del diámetro correcto para aplicar presión al cojinete y al eje. La forma y tamaño de las herramientas varían para las diferentes bombas.

En la figura 16.10 se ilustra un ejemplo, con la instalación a presión del impulsor de una bomba pequeña en el eje. Se utiliza una herramienta ernpu- jadora contra el impulsor y el eje está soportado en una placa de base. Con este sistema no se aplica fuerza en los cojinetes y no se empuja el impulsor con demasiada fuerza contra la cubierta. Hay que dejar una holgura entre el impulsor y la cubierta (Fig. 16.9) que se puede comprobar con un calibrador de hojas. En algunos casos, también se especifica la holgura en la parte posterior del impulsor.

Fig. 18.10 Instalación con prensa del impulsor en el eje de la bomba

En algunos casos se puede disponer de extractores especiales del tipo de tornillo para la bomba de agua, en vez de herramientas para prensa. Cuando se utiliza la prensa (Fig. 16.10), se usan piezas de acero macizo o tubulares de diversos diámetros para desarmar y armar la mayor parte de los tipos de bombas. • -Nota: Cuando se utilice la prensa:

1. apliqúese la fuerza en el lugar especificado,2. compruébese que las piezas queden bien escua

dradas,3. apliqúese la fuerza de la prensa con cuidado.

Si se siguen estas recomendaciones se obtendrán buenos resultados; si no se aplican o no se trabaja con cuidado, pueden ocurrir roturas y daños a las piezas o una reparación inadecuada.

Sistema de enfriamiento— diagnóstico de dificultadesEl sobrecalentamiento o el calentamiento lento del motor son las dos dificultades más comunes con el sistema de enfriamiento.

Las pérdidas de líquido enfriador y la acumulación de herrumbre e incrustaciones son las causas principales del sobrecalentamiento. Las pérdidas de líquido pueden ser por fugas externas en el radiador, la bomba del agua, conexiones de mangueras y tapones de expansión en el bloque. También pueden ser por fugas internas debidas a una junta de la culata que esté deficiente, culata o superficie del

Problem as en el sistema de enfriam iento

El m otor se sobrecalienta

SERV IC IO AL S ISTEM A DE ENFRIAM IENTO 193

Líquido enfriador insuficiente Aletas de radiador. Banda de! ventilador, floja Termostato no

enfriamiento, no funcionaobstruidos

El m otor no alcanza sü tem peratura norm al de funcionam iento

Termostato pegado abierto Unidad emisora de o de tipo incorrecto • • temperatura, deficiente

Indicador de temperatura, deficiente

Pérd ida.de liquido enfriador

rFugas por el radiador .Tapón del' radiador

deficiente o de-tipo’ incorrecto

1

Conexiones de mangueras flojas o dañadas

Fugas por junta de culata de cilindros

Fugas por .Ja bomba del agua

Fugas por tapones de expansión del bloque

Fig. 16.11 Diagnóstico de problemas en el sistema de enfriamiento

Sellos de camisas, deficientes

Tornillos de culata, Caras de culata mal apretados o bloque, combadas

bloque combadas o torcidas o sellos deficientes. El aceite en el radiador puede ser señal de fugas internas en el bloque o en el enfriador de aceite. Las gotitas de agua en la varilla de nivel (bayoneta) para el aceite o el aspecto lechoso del aceite también son señales de fugas internas.

La herrumbre y las incrustaciones que se forman en los conductos en el motor pueden ser arrastrados por el líquido en circulación hasta el radiador, en donde obstruirán los conductos y producirán sobrecalentamiento. La herrumbre se puede detectar en el aspecto físico del líquido enfriador; si parece estar oxidado o lodoso es que hay herrumbre.

El termostato deficiente, que se pega abierto, producirá calentamiento inicial lento del motor. El que se pega cerrado producirá sobrecalentamiento.

Otras causas de sobrecalentamiento pueden estar en el sistema de combustible. Cualquier pérdida de potencia del motor ocasionada por componentes ajenos al sistema de enfriamiento puede producir sobrecalentamiento. No se deben pasar por alto estas posibles causas.

En la figura 16.11 se presenta una guía para el diagnóstico de problemas en el sistema de enfriamiento.


Preguntas para repaso1. Descríbanse algunas de las comprobaciones vi

suales que se pueden hacer en el sistema de enfriamiento.

2. Expliqúese como se puede efectuar una prueba de presión del sis:ema de enfriamiento.

3. ¿Cómo se puede probar un tapón de presión?4. Cuando se utilizan bandas V múltiples, ¿poi

qué se deben cambiar todas al mismo tiempo?5. ¿Cómo se puede comprobar la tensión correcta

de la banda del ventilador u otras bandas?6. ¿Qué significa lavado a la inversa del sistema de

enfriamiento?

7. ¿Cómo se lava el radiador a la inversa?8. Enumérense algunos de los factores que se de

ben tener en cuenta alreacondicionarlabomba del agua.

9. ¿Por qué es importante tener cuidado al utilizar una prensa para desarmar o armar una bomba del agua?

10. Enumérense algunos de los problemas que se podrían encontrar en el sistema de enfriamiento.

Fig. 16.12 Motor Detroit Diesel marino, V-8 con equipo marino, que incluye silenciadores del aire de admisión en la parte superior del motor; múltiples de escape enfriados por agua, un ¡ntercambiador de calor en el frente del motor, bomba para agua “cruda” debajo del intercambiador, tubos y mangueras para llevar el agua “cruda” a la bomba y desde el intercambiador de calor y transmisión marina

D e t r o i t D ie s e l

Sistemas de admisión de aire y escape

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Fig. 17.1 Sistemas de admisión de aire y escape en un motor en línea: 1 junta del múltiple de admisión, 2 múltiple de admisión, 3 junta del múltiple de escape, 4 múltiple de escape, 5 turbocargador, 6 anillos senadores del gas, 7 adaptador para el escape, 8 manguera, 9 tubo de entrada, 10 manguera, 11 ducto para aire, 12 protector contra calor isuzu

OI sistema de admisión tiene la función de suministrar grandes cantidades de aire limpio al motor. Los cilindros del motor se llenan por completo con aire durante la carrera de admisión y, por tanto, el

motor recibe grandes cantidades de . incluso a bajas velocidades. Las diversas partea ¿¿sisma deben ser dé tamaño suficiente para permitir el pL> o de aire sin.restricciones hasta el motor. .


Con el motor en marcha, los gases que salen por los orificios de escape en la culata, entran al múltiple de escape 4) y se mueven hacia arriba hasta el lado de la turbina del turbocargador 5) y bajan por el adaptador 7), el cual está conectado con el tubo de salida que descarga los gases de escape a la atmósfera.

El aire que viene del filtro de aire (que no se ilustra) penetra en el lado del compresor del turbocargador por el ducto 11) para aire. El compresor' envía el aire a presión por el tubo de admisión 9) hacia el múltiple de admisión 2) y por los orificios de admisión en la culata de cilindros.

Los anillos selladores 6) para gas y las juntas 3) del múltiple de escape impiden las fugas de gases. La junta 1) del múltiple de admisión y las conexiones 8) y 10) de las mangueras del ducto impiden las filtraciones de aire.

Sistemas para motores en ¥En la figura 17.2 se ilustra un sistema de admisión de aire y escape para un motor del tipo en V7. El

8

El sistema de admisión consiste en el filtro 0‘pu- rificador” ) de aire, ductos y el múltiple de admisión o de aire. En un motor de dos tiempos también incluye ei soplador. Los turbocargadores, cuando se utilizan, también son parte del .sistema de admisión y del sistema de escape.

El sistema de escape ce nduce los gases quemados del motor, pasan por un silenciador y se descargan a la atmósfera. C;:ando se utiliza turbocargador, los gases del escape pasan por él luego de salir del motor.

Sistemas para motores en línea-Er. la ricura 17.1 se ilustran los componentes del sistema de admisión de. aire y de escape para un motor en línea, equipado con turbocargador. El múltiple de escape tiene una brida que se atornilla en un lado de la culata de cilindros y el múltiple de admisión en el lado opuesto. El turbocargador sé monta directamente encima del múltiple de escape.

Fig. 17.2 Sistemas de admisión de aire y escape en un motor en V: 1 tubo de entrada de aire, 2 tapón, 3 conexión al filtro de aire, 4 conexión, 5 ventilación positiva del motor, 6 múltiples de admisión, 7 tapa de balancines, 8 múltiples de escape C a t e r p il l a r

S ISTEM A S DE ADMISIÓN DE A IRE Y ESC A PE 3

sistema de admisión está en la parte superior del motor. El tubo 1) de entrada de aire está colocado entre los dos bancos de cilindros; tiene una brida 3) de montaje en la cual se instala el filtro de aire. El tubo de entrada de aire lo lleva a ambas culatas de cilindros. En este motor particular, los múltiples 6) de admisión no son independientes, sino qué son parte de las culatas.

Los múltiples de escape 8) están montados en los lados de las culatas de cilindros. Los tubos de escape se conectan en las bridas que hay en el extremo de los múltiples. En algunos motores en V se utilizan dos sistemas de escape separados.

Se utiliza un sistema de ventilación positiva del cárter 5) instalado entre la tapa de balancines 7) y una conexión 4) en el tubo de entrada de aire.

barrido llena el cilindro y expulsa ¿i» pe del mismo por las válvulas de encape . ¿1 orificio de escape. Después, un múltiple de e>c¿rc normal lleva los gases al sistema de re descargarlos a la atmósfera.

En la figura 17.4 se ilustran las pieza- principales del soplador. Uno de los rotores se impulsa . _ r un eje desde los engranes auxiliares; el otro rotor ~e impulsa con engranes de conexión entre los rotor: -

Los rotores tienen tres lóbulos en espiral, que son huecos, para reducirles la masa. Ajustan con precisión en la cubierta y producen un ílujo continuo y uniforme de aire a los cilindros. La cámara que está debajo del flotador rodea los cilindros, y conduce el aire a presión del soplador a los cilindros, se llama caja de aire.

Soplador para motores de dos tiemposEn la figura 17.3 se ilustra la instalación del soplador en un motor de dos tiempos del tipo en V, En este sistema, el soplador que está montado más arriba de los cilindros en la V del motor, envía aire para barrido a los cilindros. El aire que viene del filtró entra.por la.parte superior del.sopládor, luego pasa'entre los lóbulos y la cubierta del soplador' hasta el lado de salida en la parte inferior del soplador. . •

■ En la ilustración, el pistón izquierdo está en la parte' inferior de su carrera y las.lumbreras para barrido en el cilindro están descubiertas. El aire de

soplador

válvulas de- / escape abiertas /

inyectorunitario

escapecarrera de potencia

Fig. 17.3 Flujo del aire desde el soplador a los cilindros en un motor de dos tiempos D e t r o i t D ie s e l

Filtros cié aireIncluso en buenas condiciones de operación, hay una gran cantidad de polvo y arenilla mezclados con el aire que se utilizará en el motor. En lugares muy polvosos y para trabajo fuera de carrerera, aumenta mucho la cantidad de polvo en el aire.

Hay que filtrar el aire antes de que entre al motor, pues el polvo actúa como abrasivo que producirá desgaste prematuro de los pistones, anillos y pared de los cilindros; también se dañarán las guías de válvulas. Cuando el motor trabaja en forma continua con aire sin filtrar, el polvo llegará hasta el aceite lubricante y producirá daños en los cojinetes y otras superficies lubricadas en el motor. .

• Los filtros de aire se instalan de modo que todo el aire se filtre antes de que entre al motor. Se utilizan diversos tipos de filtros de aire. Tienen un elemento para retener el polvo cuando el aire pasa á través de él; también sirven como silenciadores del ruido de admisión del aire.

Futro tipo baño de aceiteEn la figura 17.5 se ilustra un filtro de aire pequeño, del tipo de baño de aceite. El aire que entra al filtro pasa sobre la superficie y a través del aceite en donde se retienen las partículas de polvo. El paso del aire por el filtro está proyectado de modo que cambie su sentido en forma abrupta cuando llega al aceite en el depósito en el fondo del filtro. Las partículas de polvo grandes,.que son más densas que ei aire no pueden hacer ese cambio rápido en su movimiento, sino que continúan en línea recta hacía el baño de aceite. Las partículas quedan atrapadas en el aceite y caen al fondo del depósito.

El aire se filtra, además, con el elemento de filtro humedecido con aceite en donde se retienen las partículas más pequeñas. El elemento retiene también el aceite en la corriente de aire, con lo cual sólo pasa aire limpio del filtro al motor. El aceite reteni-


F!g. 17.4 Componentes principales del soplador para un motor de dos tiempos: 1 eje de impulsión, 2 tapa,3 engranes, 4 cojinetes, 5 placa de extremo, 6 cubierta, 7 rotores, 8 pleca de extremo

D e t r o i t D íe s e l

S ISTEM A S DE ADMISIÓN DE A IRE Y ESC A PE 5

entrada de aire

Fig. 17.5 Principios del filtro de aire de baño de aceiteR e p c o

do cae al fondo del depósito en donde se sedimenta el polvo.

En la figura 17.6 se muestra un corte de un filtro de aire de bañó de aceite. El aire penetra por una entrada lateral. Se lo envía hacia abajo a la superficie y a través del aceite antes de subir por el elemento hasta la parte superior del filtro y su salida y hacia el motor. Al- quitar la tuerca de mariposa en la tapa, se puede desarmar el filtro para sacar el elemento.

Filtro de aire con elemento seco (Fig. 17.7)Tiene.un elemento reemplazable hecho con un material poroso muy.fino, que no necesita estar humedecido con aceite para retener las partículas finas de polvo. El material del elemento es lo bastante fino para retener las impurezas del aire, pero tiene suficiente porosidad para dejar pasar el aire-limpio con muy poca.restricción. En algunos filtros de aire, el elemento se puede lavar y volver a usar. En otros, hay que reemplazar el elemento. En el filtro que se ilustra, el filtrado depende de- la eficiencia del elemento, que se obstruye en forma gradual con el polvo, que también se acumulará en el.cuerpo del filtro. Esto se debe al movimiento rotatorio del aire en el cuerpo del filtro, ocasionado por placas desviadoras en el cuerpo y, en algunos casos, por placasen el propio elemento.

Filtro de aire tipo seco con recipiente para polvo (Fig. 17.8)Se ilustra un filtro de aire desarmado y sus componentes. Es un filtro para trabajo pesado que tiene

Fig. 17.7 Filtro de ase seco de ciclón'-’ P e r k in

Fig. 17.6 Sección del filtro de aire en baño de aceite

P e r k in s

recipiente-para polvo y elemenk de filtro. Puede ser de montaje vertical u horizontal como ilustra:

En algunos filtros de este tip >e liza un elemento adicional, con lo cual son filiros de dosetapas. El elemento adicional, .llamado elemento para seguridad, se instala dentro del elemem rr r- cipal. El aire pasa primero por éste y, luego, po r el elemento de seguridad. Si se daña el elemento primario, el de seguridad protege el motor, también protege el motor porque impide la entrada de cuerdos extraños cuando se da servicio al motor con e elemento principal fuera del filtro de aire. El elemento de seguridad no se puede limpiar; sólo se reemplaza a intervalos periódicos.

En la figura 17.9 se ilustra el filtrado del aire. El aire entra por el lado superior derecho del cuerpo dei filtro. Las aspas prelimpiadoras en ángulo le dan movimiento de rotación al aire, con lo cual se expulsan por rotación-las partículas de polvo que bajan por la pared del filtro hasta el recipiente para polvo en su parte inferior.

El movimiento rotatorio del aire y su acción centrífuga para separar los contaminantes, hacen que este tipo de filtro se llamen de ciclón; también se da este nombre al filtro ilustrado en la figura 17.7.

Filtro de aire de dos etapasEl filtro de aire de dos etapas que se ilustra en la figura 17.10 es del tipo tubular y tiene una sección superior y una inferior. Su fabricante lo llama “ Duo- Dry” . En la sección superior hay un elemento tipo seco reemplazable y en la sección inferior están los tubos “ de ciclón” . En el extremo inferior del filtro se emplea un recipiente para polvo.

En la figura 17.11 se ilustra la configuración interna del filtro. El aire entra a la sección inferior del cuerpo del filtro y se envía hacia abajo por lo- tubos de ciclón, los cuales tienen aspas internas que hacen girar el aire en forma semejante a un ciclón. Con esto se lanzan las partículas de polvo hacia el exterior del tubo y caen al depósito de polvo. El aire


' •Fig. 17.8 Componentes del filtro de aire del tipo d e 'dc lón con recipiente para po lvo :'1 cuerpo

3 abrazadera", 4 elemento, 5 tuerca, 6 placa desviadora, 7 recipiente para polvo •de filtro, 2 sello,

. P e r k in s

Fig. 17.9 Acción de limpieza del aire en un filtro del tipo de ciclón C u m m in s 17.10 Filtro de aire “Duo-Dry" de dos etapas P e r k in s

S ISTEM AS DE ADMISIÓN DE AIRE Y ESCAPE 7

limpio en el centro del tubo cambia .i. >er.::d se mueve hacia arriba al interior del ele:v.en:: filtro; éste retiene el polvo que pueda cuecñr en el aire que pasa a través de él hacia la salici de! ;• luego al motor.

Se debe tener en cuenta que, en este case. e! n- terior del elemento del filtro es el lado “ sucio" . t exterior es el limpio, o sea lo opuesto o casi tod - los otros elementos, en los cuales el aire pasa ú¿. exterior al interior.

Válvula de descarga deS filtroEs una válvula de caucho moldeado que se utiliza con los filtros de aire tipo seco, llamada “ Vacua- tor” por su fabricante. Se puede instalaren el recipiente para polvo o en la parte más baja del cuerpo del filtro. En la figura 1 ~. 12 se puede ver la colocación de la válvula de descarea en el filtro de aire.

La válvula expulsa en forma continua el polvo y la humedad conforme se acumulan y. por ello, impide en forma automática cualquier acumulación de polvo en el filtro de aire. Las pestañas de la válvula, hecha de-caucho, están normalmente cerradas para impedir la entrada de polvo. Hay que mantener limpia da válvula e inspeccionarla con regularidad para comprobar que las pestañas se cierren pero no se queden'pegadas.

entrada

Fig. 17.11 Disposición interna de un filtro de aire con tubos de ciclón C u m m in s

i

Fig. 17.12 Filtro de aire montado a un lado del motor: 1 sombrero para lluvia, 2 filtro de aire, 3 válvula de descarga,4 codo, 5 ind icador de restricción, 6 ductos Bedford


Fig. 17.13 Ind icador de restricción: 1 la señal roja indica restricción en el filtro, 2 oprim ir el botón para restablecer Perkins

Locaiizaciórs del filtro de aireEn los vehículos pequeños, el filtro de aire se monta directamente en el motor, sobre o cerca del múltiple de admisión. En motores grandes, donde la caja del filtro es de gran.tamaño, pueden estar alejados del múltiple de admisión, con el cual se conectan mediante ductos o tubos, flexibles o rígidos. En las máquinas motrices, el filtro de aire suele estar montado detrás de la cabina del operador y el tubo de admisión llega hasta el techo de la cabina. El extremo del tubo de admisión tiene un protector o sombrero para impedir la entrada de agua.

En vehículos para trabajo en carretera, por ejemplo los autobuses, el filtro de aire está montado junto al motor (Fig. 17.12) y conectado al múltiple de admisión con un ducto. El filtro de aire que se ilustra tiene un sombrero contra la lluvia en el lado de admisión y una válvula de descarga en la base; También tiene un indicador de restricción instalado en el codo del ducto entre el filtro y el múltiple de admisión.

Indicador de restricciónEn la figura 17.13 se ilustra un.indicador de restricción, qué está instalado en el lado “ limpio” del filtro de aire o erí los ductos entre el filtró y el motor para indicar cuándo se necesita limpiar o reemplazar el elemento del filtro.

El indicador funciona cuando hay diferencia en presión entre el filtro de aire y el motor. Cualquier restricción al paso de aire por el filtro produce cierta cantidad de vacío en los ductos entre el filtro y el motor. Cuando se llega a un valor predeterminado, el vacío hará funcionar, el indicador y aparecerá una señal foja que se quedará fija, en posición visible, cuando se para el motor.

Cuando aparezca la señal roja, hay que sacar el elemento del filtro para limpiarlo o reemplazarlo; después, se oprime un botón de restablecimiento en el extremo del indicador para que desaparezca la señal roja.

Filtros primariosSe instalan antes del filtro principal de aire. Están destinados a retener las partículas sólidas que hay en el aire antes de que lleguen al elemento del filtro principal. Esto reduce la frecuencia del servicio al filtro principal.

La primera etapa del filtro de aire de dos etapas, ya descrito, es una de las formas de filtro primario. Otros filtros primarios se instalan en la toma de aire, separados del filtro principal. En un tipo se utiliza un recipiente transparente a fin de ver con facilidad la cantidad de polvo que se ha acumulado. En este filtro también se utilizan aspas para dar movimiento rotatorio al aire de admisión que lanza las partículas de polvo hacia el recipiente para polvo por acción centrífuga.

(a) (b)

Fig. 17.14 Respiraderos del motor: a) elemento demalla, b) e lemento seco de papel Cum m ins

Respiraderos del motorLos respiraderos del motor desempeñan dos funciones: descargan la presión, dentro del motor y el

SISTEM AS DE ADMISIÓN DE AIRE Y ESCAPE 9

depósito de aceite y sirven para filtrar el aire que entra al motor a fin de impedir la entrada de polvo. Algunos motores tienen un sistema de ventilación positiva en vez de respiraderos que descargan a la atmósfera. La ventilación del motor se describe en el capítulo 14.

Los respiraderos del motor, en realidad, son filtros de aire pequeños y funcionan de un modo similar. Se utilizan tres tipos de respiraderos: humedecidos con aceite que tienen un elemento de malla cubierto con aceite, como se ilustra en la figura 17.14¿/); respiraderos de baño de aceite, que tienen elemento de malla y baño de aceite y respiraderos tipo seco que tienen un elemento seco de papel (Fig. 17.14Z>)). Un tubo de respiración en el respiradero lleva los vapores de aceite fuera del motor.

ServicioLos respiraderos necesitan servicio periódico, similar al de los filtros de aire. Los elementos de malla• de los filtros humedecidos con aceite y de baño de aceite se lavan con Keroseno (petróleo diáfano), se' dejan secar y se les vuelve a poner aceite. Los elementos del tipo seco se reemplazan si están obstruidos o dañados.

j . ' ' * * *• • # » * ’ * Servicio a! filtro dé aireSe debe dar servicio al filtro de aire a los intervalos recomendados por el fabricante del motor. La frecuencia del servicio al filtro depende, en cierto grado, del tipo de filtro, pero en grado mucho más importante de las condiciones de operación del vehículo y el motor.

La finalidad del filtro de aire es suministrar grandes cantidades de aire limpio al motor. Si el elemento se obstruye con. polvo, se restringirá el paso de aire. Si está dañado, el aire que entre al motor llevará mucho polvo y se dañará el motor.

El método para dar servicio al filtro de aire y su elemento depende de su tipo, como se describe a continuación.

Filtro de aire de baño de aceiteSe desarma el filtro y se saca el elemento. Se vacía el aceite del cuerpo y se limpia con todo cuidado el polvo y lodo que haya en el fondo.

Para limpiar el elemento del filtro se sumerge en Keroseno y se agita para eliminar el aceite y el polvo. Se deja escurrir, se sopletea con aire comprimido a baja presión y se vuelve a aplicar aceite para motor al elemento. No se debe utilizar gasolina para lavar el elemento, pues es un combustible muy volátil y si llega a entrar al motor ocasionará serios daños.

Se llena el recipiente con aceite hasta la marca de nivel y se arma el filtro. No hay que exceder de esa marca, porque el motor puede absorberlo y ello producirá velocidades excesivas y sin control.

Filtro primarioLos filtros de baño de aceite para :r¿r ^ a c o pueden tener un filtro primario cen;: _ ) . _ del filtro principal. Hay que desm. : . fii - •primario para limpiarlo; luego, se le &p___¡t<. _ielemento si es de ese tipo. Hay que vaciar r. recipiente para*aceite y volver a llenarlo con . limpio, si el filtro es de ese tipo. Se debe tener cuidado especial para limpiar el polvo que piieoa estar adherido en la superficie interna de los ductos, pues puede ocasionar restricción al paso de aire.

Filtros pequeños tipo secoPara limpiar el elemento de los filtros de aire pequeños, tipo seco, se saca de la caja del filtro. Hay que examinar el elemento contra una luz fuerte para ver si tiene perforaciones; si se pueden ver cualesquiera agujeros, hay que reemplazar el elemento. Si el elemento está mojado con aceite, también se debe reemplazar. Este tipo de elemento no se debe lavar con ninguna solución limpiadora, p perderá su acción filtrante. Hay dos métodos para limpieza:

1. Dénsele unos golpecitos suaves \ cuidad s al elemento contra una superficie plana > limpia, para desalojar las partículas de poh .> r ae cc - tenga. Para ello, hay'que mantener pían : e! elemento, para que todo el b o T d e de sellarmer- to esté en contacto con la superficie plana. N • se golpee el elemento en ninguna parte del b. r- de o en forma tal en que sé pueda deformar \ dañar y no selle cuando está instalado.

2. El elemento se puede limpiar con aire comprimido a baja presión, cómo se ilustra e : la figura 17.15. Hay que tener cuidad de n perforare! material de-1 elemento con ei aire, por lo que la boquilla de "aire debe estar cuando menos a 100 mm del interior dei elemento. Se aplica el aire con todo cuidado desde el centro hacia fuera del elemento para desprender las partículas de polvo que puedan estar adheridas en la superficie externa del elemento.

Fig. 17.15 Limpieza de un elemento tipo seco con aire a baja presión M azda


Aunque el elemento se puede limpiar como se describió, los poros del material filtrante se obstruyen en forma gradual; por ello, los fabricantes especifican que el elemento se debe reemplazar después de un periodo específico, por ejemplo, 30 000 km de recorrido o con mayor frecuencia en lugares polvosos o si se sospecha que el elemento está dañado.

A l instalar el elemento en el cuerpo del filtro, asegúrese que ies >ell:¿ superior e inferior del elemento hacen ccntact? con el cuerpo y la tapa. Es impórtame un ¿ amiento correcto en estos lugares para imre - entrada de aire sin filtrar al motor. En : - v.r.'-s Je aire, las partes del cuerpo se alinean : : medio de una ranura y una lengüeta; si r. _ _e¿á" bien alineadas al armar, se puede defor-

:¿pa v permitir filtraciones de aire. No hay anreiar en exceso la tuerca de mariposa que

e:a ia tapa porque se producirían deformaciones.

Filtros de aire tipo seco para trabajo pesadoEn un filtro de aire para trabajo pesado, como el de la figura 17.8, se desmonta el recipiente para polvo, se saca el polvo y se limpia el.recipiente. Hay que desmontar el recipiente con frecuencia para impedir el exceso de polvo que podría obstruir el elemento del filtro.

Se saca el elemento.del cuerpo del filtro y se ■ limpia el interior del cuerpo con un trapo húmedo.

El elemento del filtro se puede limpiar como sigue:

1. Si el elemento sólo tiene polvo seco, se puede limpiar con un chorro de aire limpio a baja presión aplicado hacia arriba y abajo en los pliegues en el lado limpio del elemento. L a ' boquilla de aire se debe mantener, cuando menos, a 100 mm del elemento para no dañarlo. Los elementos grandes no se pueden ni deben golpear para quitarles el polvo porque se dañarán o deformarán.

2. Si el elemento está contaminado con aceite o con hollín y el fabricante lo permite se puede lavar con una solución de agua templada y detergente que no haga espuma.

Sumerja el elemento en la solución de agua detergente por unos 15 minutos y luego agítelo suavemente para sacar la mugre suelta. Enjuá- guese con agua limpia a baja presión por el lado limpio del elemento.

Ha; que dejar secar el elemento antes de instalarlo. Si hay que emplearlo en seguida de lavarlo, se puede secar con aire como se indica en el paso 1.

Para inspeccionar el elemento, se coloca una bombilla (foco) dentro del elemento. Si hay cualesquiera puntos delgados, agujeros o señales de daño se debe reemplazar. Hay que reemplazar el elemento después de lavarlo seis veces,o bien una vez al año.

rArmese el filtro y compruébese que no hay fil

tración en ninguna de las uniones. Hay que comprobar que todas las conexiones en el cuerpo del filtro y en el ducto estén limpias y no tengan filtraciones.

Mantenimiento del sistema de admisión de airePara tener la seguridad de que el motor recibe un suministro adecuado de aire limpio, además de darle servicio al filtro de aire también hay que inspeccionar el sistema de admisión a intervalos periódicos. Las inspecciones y pruebas del sistema son las siguientes.

Sombrero para lluviaEl sombrero para lluvia en el lado de entrada de aire al filtro debe estar limpio en el exterior y en el interior. La acumulación de polvo en el interior del sombrero restringirá el paso de aire; en el exterior puede penetrar al sistema.

Entrada de aireEl fabricante del equipo ó del filtro determina la posición de la entrada al mismo. Cuando’el motor trabaja en lugares muy polvosos, la entrada.de aire debe estar en donde pueda penetrar aire que esté libre de hollín del escape y del polvo levantado por el vehículo o equipo en donde esté instalado el motor.

Esto se'.debe tener presente si se van a efectuar modificaciones a’ jos sistemas de admisión o de escape. El hollín en el elemento del filtro indicará que hay un problema.

Filtro de aireEl filtro o filtros de aire, si se emplea más de uno, deben recibir servicio periódico. Hay que tener cuidado, al armar el filtro después del servicio, de que todas las juntas y sellos estén en su lugar correcto y que no haya filtraciones.

DuctosSe debe inspeccionar si los ductos, mangueras de caucho y conexiones del sistema tienen daños o degradación. Esto se aplica a todos los sistemas, pero en particular a aquéllos en los que el filtro de aire está montado lejos del motor y se emplean ductos largos.

Filtraciones de aireEl sistema debe estar libre de filtraciones de aire. Se debe prestar atención particular a las uniones y conexiones que puedan permitir la entrada de aire sin filtrar al lado para aire limpio en el sistema. Esta parte estará a una presión ligeramente inferior a la atmosférica y se succionará aire sin filtrar por una

SISTEMAS DE ADMISION DE AIRE Y ESCAPE 11

<1 I

Fig. 17.16 Conexiones para probar si hay fugas por el ■ filtro de aire en un motor turbocargado

C u m m in s

conexión íloja o por cualquier pequeña abertura que pueda haber.

Pruebs para filtraciones de aireSi se sospecha que está entrando al motor aire sin filtrar, se puede probar si se producen por el filtro y el ducto, con la aplicación de aire a baja presión y con agua jabonosa para localizar las filtraciones.

Para esta prueba, hay que.poner tapones en los extremos de entrada y salida de aire del sistema. Se pueden utilizar pedazos de caucho de una cámara vieja para neumático, bien sujetos en el extremo del ducto para que no haya filtraciones. El método y. tipo de tapones dependerá del filtro y del sistema en particular. En la figura 17.16 se ilustra un método para probar un filtro de aire.

Se utiliza una bomba de mano o una manguera de aire del taller a muy baja presión para aplicar aire en la válvula. La presión dentro del filtro y el ducto no debe exceder de 14 kPa.

Se aplica agua jabonosa con una : : . x todas las conexiones y uniones del - - . .. quier abertura que permitiría la entr.;.i_ r : detectará por las burbujas en la solí..: r. ;.t que produce el aire que escape. Cualesqm.n dones o fugas se deben corregir hasta que el _ quede hermético.

Múltiple de admisiónSe utiliza una junta entre la brida de montaje de! múltiple \ la culata de cilindros. La junta debe estar en buenas condiciones y los tornillos de sujeción apretados a la torsión correcta para impedir filtraciones de aire. El orden para apretar los tornillos es comenzar en el centro del múltiple y avanzar, en forma alternada, hacia los extremos.

Sistema de escapeLa función del sistema de escape _> conducir los gases quemados desde los orificios de e>cape en la culata de cilindros y descargarlos en la atmósíera lejosdel conductor y del motor. También tiene que disminuir el ruido de los gases de escape a un vaU r aceptable. '

Los sistemas de' escape se'diseñan para que los gases tengan libre circulación y la contrapresión sea mínima. - .

En la. figura 17.17.se ilustran los componentes de un sistema de escape, excepto el múltiple de escape. Los tres componentes son: 1) el tubo de escape que está conectado en el múltiple, el silenciador 3) y el tubo de salida o de cola 5). El silenciador está suspendido con las perchas 2) y 4) en el bastidor del vehículo. Un sistema de este tipo se podría utilizar en un vehículo comercial ligero o en un automóvil. Los gases de escape se descargan por la parte posterior o en un costado del vehículo.

En la figura 17.18 se ilustran los componentes de un sistema de escape en un camión, en el cual el tubo de salida 5) tiene una extensión vertical para que los gases descarguen encima de la cabina. Itíual

FJg. 17.17 Sistema de escape para un vehículo ligero: 1 tubo de escape, 2 percha del silenciador, 3 silenciador.4 percha, 5 tubo de salida Isuzu


Fig. 17.18 Sistema de escape para un vehículo pesado. Tiene urt-a extensión vertical del tubo de salida y un proyector; 1 tubo de escape,2 silenciador, 3 tubo, 4 tubo flexible, 5 tubo de salida, 6 protector

Isuzu

que en el sistema que se acaba de describir, el silenciador 2) y sus tubos están suspendidos con perchas. Se utilizan bujes de caucho entre la parte superior de la percha y el bastidor o el bastidor secundario como aisladores para evitar que las vibraciones del sistema se transmitan a otras partes del vehículo.

El tubo vertical de salida está sujeto con montantes y soportes en la parte posterior de la cabina. Esto permite movimiento entre el tubo y otras partes del sistema. Como esta parte del sistema está al descubierto, se utiliza un protector perforado, por lo general de acero inoxidable, para evitar el contacto accidental con el tubo de salida, que está muy caliente, por parte del conductor o de cualquier otra persona que se acerque al vehículo.

Se suele utilizar un sombrero para lluvia en la parte superior del tubo vertical de salida. El sombrero tiene bisagras y está contrabalanceado para que esté cerrada cuando se para el motor,'pero los gases del escape lo abren con facilidad al momento de poner en marcha el motor. El sombrero impide la entrada de lluvja y otros cuerpos extraños al tubo de salida cuando está parado el motor.

Silenciador (mofle)El silenciador consiste en'urt cuerpo redondo u ovalado que contiene'placas desviadoras y-tubos perforados. Los-gases del escape salen del motor en una serie de pulsaciones. La expansión del gas dentro del silenciador y el efecto de las placas desviadoras y tubos perforados sobre el gas, reduce el ruido de las pulsaciones-.

En la. figura 17.9 se ilustra un silenciador, del tipo utilizado en vehículos pequeños. Los vehículos pesados suelen tener un silenciador más largo con mayor superficie de expansión y menos placas y tubos. El silenciador ilustrado es del tipo de flujo inverso, en el cual los gases cambian de dirección dentro del silenciador. Hay otros silenciadores del tipo de flujo en línea recta de un extremo a otro.

Fig. 17.19 Flujo de gases en un silenciador de escape

SISTEM AS DE ADMISIÓN DE AIRE Y ESCAPE

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Fig. 17.20 Corte seccional de un motor Cummins turbocargado. Se pueden ver las piezas internas: 1turbocargador, 2 tubo transversal de admisión de aire, 3 balancín del inyector, 4 múltiple de aire (admisión), 5 respiradero del motor, 6 árbol de levas, 7 filtro de aceite, 8 boqilía para enfriamiento de pistones, 9 muñón de biela, 10 contrapeso del cigüeñal, 11 depósito de aceite, 12 bomba del aceite tipo de engranes, 13 bomba del agua, 14 enfriador de aceite del tipo de placas, 15 pistón, 16 camisa de cilindro, 17 camisa de agua en la culata de cilindros, 18 múltiple de escape, 19 retorno de aceite del turbocargador. C u m m in s


Preguntas para repaso1. Enumérense las partes del sistema de admisión

de aire.2. ¿Qué piezas adicionales >e utilizarían en un mo

tor equipado con turbocargador?3. ¿Qué función tiene el sc piador en el sistema de

admisión de aire de un motor de dos tiempos?4. ¿Por qué se utilizan los filtros de aire?5. ¿Cuáles son le ? p oslóles resultados de un filtro

de aire deficiente?6. Expli-.:- :- - o.'.o funciona un filtro de aire de

baño de aceite.• Q . . ; .¿n :íca filtro de aire tipo seco?

¡>. E\r.:qaese como funciona un filtro de aire del lip 3 de ciclón.

v. ;Q jé es la válvula de descarga del filtro? ¿Dónde se instala?

1 . ¿Qué significa filtro primario de aire? .

11. ¿Cómo funciona un indicador de restricción?12. Menciónense los diferentes tipos de respirade

ros del motor.13. Descríbase como se le da servicio a un filtro de

aire de baño de aceite.14. Expliqúese como se le da servicio a un filtro de

aire tipo seco.15. Enumérense las diversas partes del sistema de

admisión de aire y las inspecciones y comprobaciones que se pueden hacer en ellas.

16. ¿Cuáles son las diferencias entre el sistema de escape de los camiones y el de los automóviles?

17. ¿Cuál sería el efecto de que la salida del escape y la entrada al filtro de aire estuvieran muy próximas entre sí?

18. ¿Cuál es la finalidad del silenciador?

T urbocargadores

Los (urbocargadores o sobrealimentadore's se utilizan para obligar a'entrar a los cilindros del motor una masa de aire mayor de la que es posible con la sola presión atmosférica. Esa masa mayor de aire suministra más oxígeno para la combustión, lo cual permite quemar más combustible en la cámara de combustión, con lo que el motor produce más potencia. . - '

Los sopladores se utilizan para el suministro de aire para barrido en los motores Diesel de dos tiempos como ya se describió. E l aire para barrido está a una presión ligeramente más alta que la atmosférica y no tiene efecto de sobrealimentación porque no aumenta la presión dentro de los cilindros. Se suelen utilizar sopladores del tipo Rootes,-impulsados por el motor, similares al ilustrado en la figura 17.4 para suministrar un gran volumen de aire a-baja presión para barrido.

Los términos “ turbocargador” y “ soplador” se han utilizado para designar dos componentes distintos utilizados para fines diferentes; sin embargo, se utilizan a veces, indistintamente, en relación con la sobrealimentación.

En los motores Diesel se utiliza un sobrealimen- tador impulsado por los gases del escape, llamado turbocargador (turboalimentador) y se ilustra en la figura 18.1

Respiración def motorLos motores que no tienen turbocargador se llaman de aspiración natural. Es decir, aspiran el aire por la acción normal de bombeo de los pistones en los cilindros. Esta acción de los pistones reduce la presión dentro de los cilindros y el aire penetra en ellos debido a la presión atmosférica. Incluso en condiciones ideales, la presión del aire que entra a los cilindros no llega a ser la atmosférica y, en la práctica, es bastante menor.

E l turbocargador incrementa el flujo de aire a las cámaras de combustión y aumenta la presión

a más o menos el doble que la a'.mosférica. Esto puede aumentar la potencia y ia : . par) del motor entre 25 y 40% según sea el di^eñ; dei lurbo- cargador y del motor.

Turbocargador - ' . .Consiste en un compresor centrífugo montado en el mismo eje que una turbina impulsada por los gases del escápe. En esta forma, la energía de los gases deí escape que, en otra forma se desperdiciaría, se emplea para impulsar el compresor y aumentar la masa de la carga de aire para los cilindros. En la figura 18.2 se ilustra una instalación básica del turbocargador.

flujo de gases flujo de airede escape de entrada

Fig. 18.1 Turbocargador: 1 compresor, 2 entrada de aire,3 aire al motor, A turbina, 5 salida de gases,6 brida de montaje y entrada de gases del escape a la turbina Cummins


Fig. 18.2 Instalación del turbocargador: 1 múltiple deescape, 2 postenfriador, 3 pistón, 4 entrada de aire, 5 compresor, 6.turbina, 7 salida de.gases

C a t e r p il l a r

E l turbocargador tiene un rotor que se compone de un eje con una rueda de turbina en un extremo y una rueda de compresor o impulsor en el otro. El rotor está montado dentro de una cubierta para, formar la turbina impulsada por los gases-del escape en un extremo y el compresor en el-otro. Los ; . gases de escape enviados a la turbina hacen que. el rotor gire a altas velocidades y accione el compresor. El aire entra al compresor en el centro y se comprime cuando lo lanza hacia afuera la fuerza centrífuga debida a la alta velocidad de rotación de

la rueda del compresor. En esta forma, se hace entrar una mayor masa de aire en los cilindros.

Los turbocargadores, además de aprovechar la energía de los gases de escape, también, responde, en gran parte, a las demandas del motor. Si se inyecta más combustible en los cilindros, aumentará tanto la energía de los gases del escape como la velocidad del turbocargador. Esto aumentará la masa de la carga de aire para satisfacerlas necesidades del motor.

Componentes del turbocargadorEn la figura 18.3 se ilustran los principales componentes del turbocargador. Se muestra la turbina en el lado derecho y el compresor en el lado izquierdo. • E l rotor, en el centro, incluye la rueda de la turbina y la del compresor. E l rotor tiene una cámara central en la cual se circula el aceite del motor para lubricar y enfriar el eje y los cojinetes. La cubierta de la turbina tiene aspas que forman un anillo de toberas. Los gases de escape del motor circulan alrededor de la cubierta de la turbina y las aspas los envían hacia dentro, con Jo cual llegan a la turbina a alta velocidad. '

En la figura 18.4 aparece un corte seccional de • un turbocargador y. sus .componentes. E l núcleo central incluye los cojinetes y el eje en donde están montados la rueda de turbina 8) y la rueda del compresor 16). La cubierta 6) de la turbina está montada en el núcleo con una' abrazadera en V 5); la cubierta 1) del compresor está sujeta con tornillos en el núcleo. •

Fig. 18.3 Com ponentes del turbocargador: 1 tapa del com presor, 2 arillo seguro, 3 rotor, 4 co lador de aceite, 5 sello, 6 placa del compresor, 7 cubierta de la tu rb ina L u c a s C A V

TURBOCARGADORES 17

Fig. 18.4 Componentes cieí turbocargador;1 cubierta del compresor, 2 tornillo, 3 sello anular, 4 placa de empuje de cojinete, 5 abrazadera en V. 6 cubierta de la turbina, 7 anillo de pistón, 8 rueda de la turbina,9 cojinete, 10 arillo de empuje, 11 desviador de aceite, 12 cubierta del cojinete, 13 anillo de pistón, 14 manguito, 15 tuerca, 16 rueda del compresor, 17 inserto, 18 arilio de sujeción P e r k in s

E l cojinete 9) es de aleación de aluminio. Es del tipo semiflotante y tiene una pequeña holgura entre su parte interior y el eje y también entre su parte exterior y la cubierta. E l aceite lubricante del motor se envía al cojinete y al espacio anular entre las superficies del cojinete para lubricación y enfriamiento.

Se utilizan anillos de pistón 7), 13) para sellar en cada extremo del eje y un sello anular 3) entre el inserto 17) y la cubierta. El turbocargador se monta en el múltiple de escape con una base con brida que también es la entrada para los gases de escape.

Características de diseño de los turbocargadoresHay tres tipos de turbocargadores. Todos funcionan en forma similar, pero tienen distintos sistemas para dirigir el flujo de gases de escape del motor hasta la turbina. Los tres tipos son: de espiral, o de voluta, de anillo de toberas y de impulsos.

Turbocargador de espiral o de volutaTiene un solo conducto para llevar los gases del escape hasta la rueda de la turbina. La voluta es un pasaje en espiral en la cubierta de la turbina, que reduce su tamaño. E l cambio en tamaño se requiere para mantener la velocidad de los gases en toda la espiral o voluta. E l gas pasa en forma continua de la espiral a la rueda de la turbina por una abertura en torno al interior de la espiral. Los gases chocan contra la rueda de la turbina para hacerla girar y salen /ie ella por el tubo de escape.

La rueda del compresor está montada en un eje común con la rueda de la turbina. La rueda del compresor tiene aspas curvas que toman el aire y lo comprimen por la fuerza centrífuga. El aire sale de la punta de jas aspas del compresor a alta velocidad y baja presión. Luego pasa por la placa o difusor hacia la voluta en la cubierta del compresor. Esto


reduce la velocidad del aire y le aumenta la presión antes de enviarlo a las cámaras de combustión.

Turbocargador de anillo de tobera En este tipo se utilizan una espiral y un anillo de' tobera y, en otros, dos espirales \ anillos de tobera separados. La turbina de la figura 18.3 es de este tipo. Los gases deí múl::rle de escape entran a la voluta, pero en \ ez de ir directamente a la rueda de la turbina pasar, p r : r : por las aspas de los anillos de tobera, que d el gas hacia las aspas de la turbina a ai:a '• el >::dad y toman más energía de los gases del escape.

El : _ d ;• del compresor de estos turbocargadores iz ja l que en los del tipo de voluta.

~l ' j j c a rg a d o r de impulsosS u:d:za un múltiple de escape del tipo de impulsos uara aprovechar los impulsos que ocurren en los ga- >es del escape cuando salen de los cilindros. Con esto se emplean mejor los gases.del escape para aumentar la velocidad del turbocargador.

En la figura 18.5 se ilustra Un múltiple.del tipo de impulsos. Tiene conductos individuales para cada cilindro, y se juntan formando dos ramas del múltiple, que están conectadas.con una cubierta de turbina dividida. E l múltiple tiene sección transversal pequeña para aprovechar el efecto de los impulsos, que se disiparían en un múltiple de mayor tamaño. La configuración del múltiple está proyectada para permitir libre flujo de gases y utilizar los impulsos. Durante la aceleración, esto permite que la energía dé los gases del escape llegue con rapidez a la turbina y se mejoré la aceleración, del motor.

Para aprovechar mejor los impulsos de los gases de escape, se hace que cilindros alternados en el orden de encendido del motor descarguen en la misma rama del múltiple. Por ejemplo, un motor de seis cilindros con orden de encendido de 1-5-3-6-2-4 tiene los cilindros 1, 2 y 3 conectados con una rama y los cilindros 4, 5 y 6 conectados con la otra rama del múltiple. Esto produce mayor separación de los impulsos de escape y ocaciona cierto efecto de, barrido como resultado del paso de los gases de escape en el múltiple.

Turbocargador para motores de dos tiemposEn la figura 18.10 se ilustra un motor de dos tiempos, tipo en V con turbocargador. En este motor se utilizan tanto el turbocargador como el soplador. Los gases que salen de los cilindros pasan por los múltiples y tubos de escape hasta la turbina del turbocargador, que está montado sobre la cubierta del soplador.

La rueda descompresor del turbocargador comprime el aire de admisión y se envía al soplador en donde se mantiene su velocidad. El aire, luego, pasa por el postenfriador situado debajo del soplador, 'antes dé llegar a la caja de aire y a los cilindros.

El' motor impulsa al soplador, que/funciona del mismo modo que en los motores sin turbocargador.

Enfriamiento de Sa carga de aire

Cuando se comprime el aire en el turbocargador, aumenta su temperatura. El enfriamiento de la car-

Fig. 18.5 Múltiple de escape por impulsos y se muestra el paso de gases de escape al turbocargador C u m m in s

TURBOCARGADORES 19

Fig. 18.6 Diagrama de instalación de un intercambiador de calor aire-aire y del paso de aire de admisión

P erkins

ga de aire después de qué sale del turbocargador y antes de que.entre al motor, se hace con un sistema llamado postenfriador o interenfriador. Un intercambiador de calor, colocado entre el turbocargador y el múltiple de admisión, extrae el calor del aire y esto- aumenta su densidad. Con ello, llega una mayor masa de aire a las cámaras de combustión.

La densidad del aire varía según su temperatura. Cuando el aire se calienta, se expande y sevuelve menos denso; cuando se enfría, se contrae y se vuelve más denso. El postenfriador mantiene la carga de aire a una temperatura casi uniforme para tener mejor combustión.

En la figura 18.6 se ilustra el principio de funcionamiento de un intercambiador de calor aire-aire. Está montado en la corriente de aire de enfriamiento en el frente del radiador del sistema de enfriamiento del motor. E l aire del turbocargador pasa por el intercambiador de calor para reducirle la temperatura antes de que llegue al múltiple de admisión.

En la figura 18.7 se ilustra un postenfriador que es un intercambiador de calor de aire a líquido enfriador y forma parte del múltiple de admisión. E l postenfriador consta de una cubierta con un núcleo interno con cierto número de tubos por los cuales circula el líquido enfriador. E l aire que viene del turbocargador pasa por el postenfriador y se enfría al pasar sobre el núcleo tubular antes de entrar al motor.

Aunque la característica más importante del postenfriador es que extrae el calor del aire que sale del turbocargador, también le agrega calor para aumentar la temperatura de la carga, cuando el motor trabaja en lugares a temperaturas muy bajas. Por tanto, el postenfriador le da una temperatura

Fig. 18.7 Ilustración de turbocargador.y posterf- ?.c : 'y del paso de airedeadmisión: 1 turbocarcs:: \

. 2.válvula de escape, 3 ductos, 4 postenfriador.5 válvula de admisión, 6 cilindro C u m v ns

más estable a la carga de aire, aun en condiciones variables.

Turbocargador enfriado por líquidoEn la figura 18.8 se muestra una vista seccional de un turbocargador para motor marino enfriado por agua. La sección de la turbina tiene una camisa de agua formada en la cubierta para eliminar el exceso

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Fig. 18.8 Turbocargador enfriado por líquido para motor marino. Una camisa de agua rodea la cubierta de la turbina C a t e r p il l a r


de calor. En los motores automotrices, el ventilador y el movimiento del vehículo producen flujo de aire alrededor del motor para disipar el calor de los componentes, cosa que no ocurre con los motores marinos. El enfriamiento por líquid > de la sección de la turbina protege a los c mponentes contiguos contra el calor concentrado.

Ventajas del turbocargador

Mayor potenciaEl turbocarzic : aumenta la potencia del motor. Se puede : : : : incremento de alrededor de 40 a50 r - en relaci :n con un motor de aspiración natural dei mismo tipo. La potencia adicional se logra al hacer entrar una masa adicional de aire a presión a los cilindros para realizar la combustión del com- busiihle adicional. Se aumenta la relación peso- •joiencia con muy poco incremento en el peso y el tamaño del motor.

Menor consumo de combustibleEl turbocargador responde a cualquier cambio en la cantidad de combustible. Su velocidad aumenta cuando se incrementa la cantidad de combustible y se tiene unarelaciórt aire-combustible más exacta que produce mejor combustión y menor consumo.

Reducción dei humoDebido a que el turbocargador envía suficiente aire (y oxígeno) para la combustión completa del combustible,se reduce mucho el humo negro. Si no hay suficiente aire, el combustible no arderá.por completo y se'producirá humo negro.

Compensación de altitudLos turbocargadores.pueden compensar el cambio de altitud y mantienen una potencia casi constante del motor a grandes altitudes, en las cuales, como el aire es menos denso, hay menor resistencia al aire en la turbina, con lo cual puede girar con más libertad y hacer que el compresor gire con más velocidad. Este, por tanto, produce mayor presión. Entre más aire al compresor y se mantiene la relación aire-combustible.

Por comparación, los motores de aspiración natural resienten la menor densidad del aire a grandes altitudes; el aire no tiene suficiente oxígeno para quemar todo el combustible y se produce humo negro. Hay que despotenciar (reducir el combustible) en estos motores si trabajan constantemente a grandes altitudes.

Ruido de la combustiónE l turbocargador ayuda a reducir los ruidos de la combustión. E l ruido característico de los motores Diesel, que se suele llamar “ cascabeleo” , ocurre por el aumento en la presión en las cámaras de combustión. La carga más densa y la alta temperatura de

compresión en un motor turbocar gado producen mejor combustión y un aumento más paulatino en la presión de combustión para disminur el ruido.

Operación de un motor íurbocargadoCuando se pone en marcha en frío un motor con turbocargador, hay que dejarlo en marcha mínima (“ ralentí” ) más o menos un minuto para que el turbocargador reciba lubricación. Antes de parar el motor, hay que dejarlo en marcha mínima uno o ' dos minutos. Esto permite que el aceite lubricante •disipe el calor de los cojinetes del turbocargador y que éste funcione a baja velocidad cuando se para el motor y ya no hay lubricación. Si se hace el paro del motor cuando está a alta velocidad, el turbocargador continuará su rotación y no tendrá lubricación ni enfriamiento adecuados.

La velocidad del turbocargador no depende de la del motor. Cuando el motor funciona a alta velocidad con plena carga, la velocidad del turbocargador puede ser entre 80 000 y 90 000 rpm. En estas condiciones los cojinetes necesitan lubricación y enfriamiento adecuados.

Sen/ido al turbocargadorEl turbocargador en sí no requiere servicio rutinario, pero-sí debe recibir .aire limpio y tener lubricación adecuada en todo momento. Por ello, son esenciales las comprobaciones periódicas de los sistemas de admisión y de escape y de los tubos de aceite lubricante. Se deben tener en cuenta los siguientes factores:

Sistema de aireLas filtraciones pequeñas en el lado de aire limpio del sistema influirán en el funcionamiento dei motor y ocasionarán sobrecalentamiento del turbocargador. Se succionará polvo al sistema que se depositará en el rotor del turbocargador y otras partes del sistema, en menoscabo del funcionamiento del turbocargador y se restringirá el paso de aire en el sistema.

Sistema de escapeLas fugas en el sistema de escape reducirán la velocidad de la turbina y la potencia del motor.

Suministro de aceiteDebe ser adecuado para la lubricación y el enfriamiento a fin de evitar fallas de los cojinetes. La cubierta de un turbocargador nuevo o reacondicio- nado se debe llenar con aceite antes del arranque inicial, para tener lubricación adecuada de los cojinetes. Si se hace girar el cigüeñal con el motor de arranque con el tubo de retorno de aceite desconectado, se enviará aceite a la cubierta del turbocargador. Cuando la cubierta esté llena, empezará a salir aceite por el tubo de retorno.

TURBOCARGADORES 21

presión en el

escape

presión de entrada de aceite

presión de aire de entrada

presión- del múltiple de admisión

flujo ce ace te

múltip.les de escape

Fig. 18.9 Empleo de manómetros y vacuómetros en diversos lugares para comprobar los sistemas de admisiónyescape y la presión del aceite ’ l^c-s<CA •

Diagnóstico de fallasSi se sospecha mal funcionamiento del turbocargador, hayque comprobar toda la instalación antes de decidir que hay un problema en el compresor. Hay que comprobar las presiones en diversas partes de los sistemas de admisión y escape así como la presión y caudal del aceite. En la figura 18:9 se ilustran los lugares en que se efect úan las siguientes comprobaciones: • •

Vacío en la entrada de aire (manómetro i ) ■Se debe comprobar el vacío o bajá presión en el ducto en la entrada al compresor, queso medirá, con el manómetro (vacuómetro 1). Por ejemplo, el vacío no debe exceder de 300 mm de agua, o sea alrededor de -3 kPa.

E l vacío excesivo indicado por el vacuómetro puede ser por una restricción en el lado de entrada de aire al sistema o en el elemento del filtro, que reducirán el paso de aire al turbocargador.

Presión de entrada de aire (manómetro 2)Se comprueba la presión del aire entregado por el turbocargador en el múltiple de admisión, que debe ser la especificada para la carga y velocidad del motor.

La baja presión puede deberse a que el compresor esté sucio o por filtraciones en las juntas del múltiple de admisión. También puede ser por inyección deficiente, que reduce la potencia del motor.

La alta presión puede ser por la formación de carbón en la turbina, ocasionada por inyección deficiente. Esto podría restringir el paso de los gases por la turbina.

Restricción en el escape (vacuómetro 3}Cualquier restricción'a.los gases de escape quesaler. del turbocargador producirá contrapresión y reducirá la potencia del motor. Por ejemplo, si se utiliza un vacuómetro o un manómetro de agua cuya lectura sea mayor de 500 mm de agua (alrededor de 5 kPa) es que hay'restricción. Examínese si hay obstrucciones en el sistema de escape; si no se encuentra la causa .hay que desmontar el turbocargador para hacer pruebas adicionales. Las lecturas de columna de agua se basan en las obtenidas con un manómetro de agua, aunque también se puede emplear un vacuómetro con carátula. (Véase Manómetro de agua, más adelante).

Presión y caudal de aceite (manómetro 4)Un manómetro instalado en el tubo de entrada de aceite a presión al turbocargador señalará si la presión es suficiente. Un ejemplo, serían 100 kPa en marcha mínima y 200 kPa a la velocidad normal de operación. Es posible que la baja presión de aceite sea por un problema en el motor y no en el turbocargador; por ello, hay que examinar el sistema de lubricación.

El caudal o volumen de aceite se mide, desconectando y midiendo el caudal en el tubo de retorno. Por ejemplo, a 200 kPa el caudal debe ser de 2.25 litros por minuto a una temperatura de 80°C.

Manómetro de agua o de mercurioEste manómetro consiste en un tubo de vidrio en forma de U montado en una placa que tiene una escala en milímetros.


E l tubo en U, cuando está lleno parcialmente con agua o con mercurio, se utiliza para medir presión o vacío mediante la diferencia en altura entre las dos columnas de líquido. Es útil cuando se trata de valores pequeños.

E l manómetro se conecta por un extremo con una fuente de presión o de vacío y el otro extremo del tubo se deja abierto ia atmósfera. Al comprobar la presión, pe r ejemplo, con un manómetro de agua, el número de milímetros que sube el agua en una columna >e >::ma al número de milímetros que baja en la : :ra eclumna. El total representa la presión i r ^ ;:v.;mna, llamada también presión de man ¿meire de agua, en milímetros. E l manómetro de mercurio se utiliza en forma similar pero para

más altas. E l mercurio es mucho más denso j e ! agua y no sube a la misma altura que.ella en el tubo.

Para uso en los talleres, las lecturas del manómetro se pueden convertir a kiiopascales, en forma aproximada como sigue:

100 mm de agua - 1 kPa100 mm de mercurio = 14 kPa

Inspección del turbocargadorSi las comprobaciones anteriores indican que el turbocargador tiene alguna deficiencia, se puede demostrar, hacer una inspección en busca de desgaste o daños y determinar si se puede seguir utilizando. Con el turbocargador colocado en el banco en posición horizontal, se puede probar si el rotor gira con libertad. Si hay señales de trabazón o si el rotor tiene juego longitudinal excesivo, hay que seguir desarmando. El juego longitudinal se puede comprobar con un micrómetro de carátula colocado contra el extremo del eje.

En algunos casos, se puede limpiar el turbocargador sin desarmarlo. Según sea el tipo, se puede quitar la tapa del compresor para tener acceso al impulsor y las partes internas del compresor.

Las piezas se pueden lavar con un líquido limpiador que no sea cáustico. E l polvo se puede quitar con una brocha de cerdas o con una rasqueta de plástico. Hay que limpiar el polvo de todas las aspas del compresor; si no se limpian todas, se producirán desbalanceo y daños al turbocargador.

Lo anterior es un método general para probar el turbocargador. Hay que consultar el manual de

V

taller del fabricante para una marca o modelo particulares.

Instalación deí turbocargadorLa turbina puede fallar por instalación incorrecta del turbocargador en el motor, en el múltiple de admisión, así como de los ductos, mangueras y piezas correlativas. A continuación aparece una lista general de comprobación de la instalación y los factores que se deben vigilar.

La limpieza es de máxima importancia. El turbocargador se puede dañar por fragmentos de cuerpos extraños que pasan por el compresor y la turbina. A l armar el motor, se debe tener cuidado especial de que no penetren cuerpos extraños a los sistemas de admisión o de escape.

Lista de comprobación de instalación

1: Inspecciónese si el sistema de admisión.de aire está limpio o si tiene cuerpos extraños.

2. Inspecciónese si hay cuerpos extraños en el múltiple de-escape.'

3. Compruébese que el tubo de.retorno de aceite no está obstruido.

4. Inspecciónese si el tubo de suministro de aceite está limpio, tiene desperfectos o hay posibilidad -cic fugas bajo presión.

5. Inspecciónese la cara de montaje del turbocargador en el múltiple de escape. Limpíense todos los restos de juntas viejas.

6. Instálese junta nueva entre el turbocargador y el múltiple. Compruébese que la junta no sobresalga en la abertura en.el múltiple. De preferencia, el borde de' la junta debe estar unos 2 mm adentro del borde de la abertura.

7. Instálese el turbocargador y apriétense los tornillos de montaje a la torsión especificada.

8. Conéctese el tubo de suministro de aceite al turbocargador; déjese desconectado el tubo de retorno de aceite.

9. Conéctese los ductos de entrada y salida del compresor. Examínese si hay posibilidad de fugas por las uniones.

10. Hágase funcionar el motor de arranque hasta que salga un chorro continuo de aceite por el tubo de retorno, lo cual indicará que la cubierta del turbocargador está llena con aceite.

11. Conéctese el tubo de retorno de aceite.

Preguntas de repaso1. ¿Cuál es la finalidad del turbocargador en un

motor?2. Menciónense las tres partes más importantes de

un turbocargador.3. ¿Cómo se impulsa el turbocargador?

4. ¿Cuáles son los diferentes diseños básicos de los turbocargadores?

5. ¿Cuál es la ventaja de tener un sistema de escape por impulsos

6. ¿Qué es un postenfriador?

TURBOCARGADORES 23

7. Enumérense algunas ventajas del turbocargador. 18. Menciónense algunos aspectos relacionados con

el servicio al turbocargador. 19. ¿Por qué es tan importante el suministro de acei- 1

te para el turbocargador?

1 ¿Cómo se pueden localizar las ccf:c encías en los sistemas de admisión y de escape':

1. ¿Por qué es importante la limpieza2. Estudióse la lista de comprobación de ' cola

ción en el texto y expliqúese por que -r incluido cada concepto.

Fig. 18.10 Corte seccional de un motor Detroit Diesel serie V--92. Tiene el soplador instalado entre los bancos de cilindros y el turbocargador montado encima del soplador. Debajo del soplador se encuentra el postenfriador. Otras características que se pueden ver son el inyector unitario y su mecanismo de accionamiento en la culata derecha y una sección del tubo y la palanca de control de combustible en la culata izquierda. También se muestran una cruceta y balancín de válvulas.

Se utilizan dos árboles de levas, uno en cada banco de cilindros, montados en la partesuperiordel bloquee impulsados por los engranes de sincronización que están en el lado del volante del motor.

D e t r o it D iesel

v»

Sistemasde combustible Dü@s@;

En la figura 19.1 se ilustra un diagrama de un sistema básico de combustible para motores Diesel. Consta de los siguientes componentes:

1. Un tanque para el combustible Diesel.2. Una bomba elevadora o de suministro de com

bustible, para abastecer el sistema desde el tanque. •3. Filtros dé combustible, que'retienen partículas

diminutas en el-combustible.4. Bomba de inyección., que entrega una cantidad •

exacta de combustible a alta presión en cada inyector en el momento preciso.

tapón de.purga tapón llenador válvüla de retorno .

filtro de combustible

5. Inyectores, uno para cada cilindro, que atomizan combustible en las cámaras de combustión.

6. Mecanismo automático que permite controlar la cantidad de combustible entregado a los inyectores y de esta manera controlar el motor. El

• mecanismo, conectado, con el gobernador, no aparece én la ilustración.

7. Gobernador (regulador) para controlar la velocidad del motor de acuerdo.con las condiciones de carga.

8. Tubos de retorno para el exceso de combustible

bomba de inyección • inyector

tornillo de purga .

cebador manual

gobernadorcentrifugo

tubo de retorno

bomba de suministro

dispositivo automático para sincronización

combustible filtrado sin vapores ni burbujas de aire

retorno mzzzsszaCombustible «asiazzseassBxea

sin filtrar con vapores y

burbujas de aire tanque de combustible

Fig. 19.1 Diagrama del sistema de combustible B o sc h

SISTEMAS DE COM BUSTIBLE DIESEL 25

Fig. 19.2

desde la bomba de inyección y los inyectores al tanque y para ayudar a cebar y purgar el sistema.

Li sistema de inyección que se ilustra tiene bomba dé inyección con seis elementos de bombeo individuales y cada elemento envía combustible a un inyector. En los motores automotrices los elementos de bombeo están dentro de un solo cuerpo de bomba y en línea; por ello, se llama bomba de inyección en línea. En motores Diesel muy grandes, en especial en los marinos, se emplea una bomba separada para cada cilindro.

En la figura 19.2 se ilustra el mismo sistema de combustible pero con los componentes instalados en el motor. No se ilustran el tanque de combustible y los tubos que lo conectan con el motor.

En el sistema ilustrado, la bomba elevadora o de suministro, montada en un lado de la bomba de inyección, succiona el combustible del tanque y lo envía a través de los filtros a la bomba de inyección. La bomba de inyección dosifica (mide) el combustible y lo envía a alta presión a cada inyector en el momento preciso. Los tubos de retorno de inyectores devuelven el exceso de combustible al tanque y también sirven para mantener el sistema libre de aire.

La bomba de inyección se impulsa desde el motor y está sincronizada (puesta a tiempo) para entregar el combustible en cada inyector en el momento preciso. Algunas bombas de inyección tienen un

mecanismo de sincronización automática para ade- lantar ei tiempo de la inyección cuando aumenta la velocidad del motor.

Un gobernador (regulador) instalado en la parte- trasera de la bomba de inyección controla la velocidad del motor. Es necesario tener un gobernador en los motores Diesel para controlarla marcha mínima e impedir que alcance velocidades excesivamente altas.

Se utilizan muchos sistemas diferentes para combustible, pero en una forma u otra, todos tienen íos. componentes citados. Los componentes son de tipo diferente: por ejemplo, se puede utilizar una bomba del tipo de distribuidor en vez de una en línea. También se pueden combinar las funciones de dos componentes, por ejemplo la de bomba e inyector, en la que el bombeo y la inyección se efectúan en un inyector unitario. Cualquiera que sea su diseño, la función del sistema de combustible es rociar finamente con combustible limpio las cámaras de combustión con la cantidad correcta de combustible y con la atomización co necia en el momento preciso.

Tipos de sistemas de combustibleEn la figura 19.3 se ilustran los componentes de cuatro diferentes sistemas de combustible. En cada diagrama se muestran las partes básicas de cada sistema, con un inyector y un cilindro. Lascaracte-

inyector y cuerpo dispositivo de sincronización filtro de combust e

■ . - _• ..gobernador bomba de inyección ' bomba de suministro de combustible

MGíor con los componentes del'sistema de inyección' que incluye bomba de inyección en línea


a) bomba en linea b) bomba de distribuidor c) sistema PT

d) inyector unitario

Fig. 19.3 Disposiciones de los sistemas de combustible: 1- filtro o filtros, 2 bomba elevadora, 3 árbol de levas, 4 balancín, 5 inyector, 6 bomba de inyección en línea, 7 bomba de distribuidor,8 bomba de combustible PT. La linea continua señala el suministro de combustible; la línea discontinua el retorno al tanque

rísticas principales de estos sistemas son las siguientes.

Sistema con bomba en líneaComo se describió, en este sistema se emplea una bomba de unidades múltiples con un elemento de bombeo para cada inyector. El combustible a alta presión que viene de la bomba hace que la agu ja del inyector se levante de su asiento para inyectar el combustible en la cámara de combustión. En el diagrama (Fig. 19.3¿/)), la bomba elevadora 2) succiona el combustible del tanque y lo envía a través del filtro 1) hasta

la bomba de inyección 6). En el momento correcto, el elemento de bombeo envía combustible a alta presión al inyector-que lo atomiza en la cámara de combustión.en el cilindro del motor.

Sistema con bomba tipo distribuidor•Se ilustra en la figura Í9.3/;); es básicamente similar

' al de la bomba en línea, pero-se emplea bomba del tipo de distribuidor. Tiene un solo elemento de bombeo y un mecanismo para distribuir el combustible a alta presión a los inyectores; éstos, a su vez, atomizan el combustible en las cámaras de combustión. Un pequeño excedente de-combustible pasa por los inyectores y retorna ai tanque, igual que en el sistema en línea, los inyectores operan por el combustible a alta presión enviado desde la bomba de inyección.

Sistema PTEste sistema se emplea en los motores Cummins y las iniciales PT son la abreviatura de presión-tiempo. Se le ha dado ese nombre porque en este sistema la cantidad de combustible que se inyecta en las cámaras de combustión está en relación directa con la presión y con el periodo de tiempo durante el cual el combustible entra al inyector, como se describirá con más detalle en el capítulo 27.

Con referencia a la figura 19.3c) se verá que el árbol de levas acciona el inyector mediante una varilla de empuje y un balancín. Este sistema, a veces, se llama inyección mecánica para diferenciarlo de los sistemas con bomba de inyección en línea y de tipo distribuidor en los que sólo hay inyección a presión. En el sistema PT (que es también una forma de sistema con inyectores unitarios), se acciona un émbolo con un impulsor dentro del inyector para introducir el combustible en la cámara de'combustión. Según el diagrama, una


bomba de engranes que es parte de la bomba de combustible PT 8) succiona el combustible del tanque a través del filtro 1; después se entrega al inyector a una presión baja y se inyecta por acción mecánica en la cámara de combustión a una presión mucho más alta. El exceso de combustible en los inyectores retorna al tanque.

Sistema con inyectores unitariosEn este sistema, que se emplea en los motores Detroit Diesel se combinan las funciones del elemento de 1a bomba de inyección y del inyector dentro de éste. El inyector se acciona desde el árbol de levas por medio de una varilla de empuje y un balancín.

Con referencia a ía figura 19.3c/) la bomba elevadora 2) succiona el combustible del tanque. Pasa por el filtro primario, luego por la bomba, el filtro secundario y llega al inyector 5). En el momento preciso se acciona el inyector desde el árbol de levas para aumentar la presión del combustible y entregarlo en la cantidad correcta a las cámaras de combustión. En ese sistema, el combustible circula en forma continua por los conductos en la culata de cilindros, para llegar a los inyectores y retornar el excedente al tanque.

■ Componentes del sistema . de combustible

Ya se han mencionado diversos componentes de los sistemas de combustible y los más comunes se describirán en las siguientes secciones de este capítulo. Las bombas de inyección, los inyectores y los sistemas particulares y sus componentes se describen en capítulos posteriores.

■ ■ Tanque de combustibleEn la figura 19.4 se ilustra el tanque de combustible para un camión, que está sujeto a un larguero del

Fig. 19.4 Instalación del tanque de combustible: 1 tubo de suministro, 2 tubo de retorno, 3 unidad emisora de nivel, 4 cincho Ford

bastidor con soportes y tiene i n tur -oy otro de retorno de combustible.

En la mayor parte de los tanque> mru>: ?k se utiliza lámina de acero negra; en -los grandes son de aluminio, para reducir :>o. No se deben utilizar tanques de acero _a. .. para el combustible Diesel, pues se produce . reacción química con el zinc del galvanizado ;• forman polvo y escamas que obstruirán con rapidez los filtros y dañarán la bomba de inyección \ los inyectores.

Es recomendable llenar el tanque de combustible al final de la jornada de trabajo. Si el tanque está lleno, no habrá condensación en las superficies del tanque, que contaminará el combustible:

Bomba elevadora de combustibleSe la conoce como bomba elevadora, de alimentación, de suministro o de transferencia. Su función es transferir el combustible del.tanque a través de los filtros hasta la bomba de inyección. La bomba elevadora puede estar montada en e! bloque de cilindros y es accionada por una leva adicional en e! árbol de levas, o bien puede estar montada en h bomba de inyección y accionada por una leva dei árbol de levas de la bomba. Las bombas elevadoras tienen lina, palanca de accionamiento manual para cebar Ja bomba, lo cual permite expulsar el aire del sistema con el motor parado. Los cuatro tipos de bombas elevadoras son: diafragma, aspas, engranes y émbolo.

Bombas de diafragmaEstas bombas, que se montan en el bloque de cilindros, son similares a las de los motores de gasolina, excepto que tienen una palanca de cebado. Las bombas de diafragma montadas en el cuerpo de la bomba de inyección son algo más compactas pero funcionan en la misma forma. Puede tener o no un filtro integral con la bomba. En la figura 19.5 se muestra un esquema simplificado de la bomba. Consiste en un diafragma flexible 2) conectado con una varilla de tracción 3) que a su vez está sujeta a la palanca o balancín 5), La leva hace girar el balancín en torno a un pasador, el diafragma se flexiona hacia arriba y abajo, con lo cual cambia el volumen de la cámara encima del diafragma.

La bomba funciona como sigue: La presión atmosférica en el tanque actúa sobre la superficie del combustible. Cuando el diafragma se mueve hacia abajo por la acción de la leva y el balancín, se produce baja presión encima del diafragma y el combustible circula desde el tanque, por la válvula de entrada 1) hacia la cámara de la bomba. Cuando el d iafragma llega a la parte inferior de su carrera y el balancín se separa de la leva, el diafragma se mueve hacia arriba por 1a acción del resorte 8) que quedó comprimido durante la carrera descendente. Ahora se expulsa el combustible de la cámara de


resorte de retorno del diafragma,’ 9 resorte deretorno del balancín

bombeó por la válvula de salida y hacia el filtro de combustible. La válvula de entrada se cerrará por la presión del combustible, lo cual impide el retorno del combustible al tanque. La rotación de la leva hace entrar y salir el combustible de la bomba.

La presión de combustible qué puede producir la bomba se determina por la carga del resorte comprimido, que empuja el diafragma hacia arriba para bombear el combustible.

• En la figura 19.6 se muestra una vista seccional de una bomba completa. Consta de un cuerpo superior y uno inferior sujetos entre sí por tornillos. En la mitad superior de la bomba hay dos válvulas con jaula; la de entrada en el lado derecho y la de salida en el izquierdo. La bomba.tiene una tapa superior, en forma de bóveda. En la mitad inferior de la bomba se encuentran el diafragma, él varillaje de accionamiento y el resorte del diafragma. Se utiliza una palanca manual de cebado para cebar y purgar el sistema de combustible.

Durante el funcionamiento, el combustible entra por el orificio de entrada (que no se ilustra) y pasa por el espacio en la parte superior de la bomba encerrado por la tapa de bóveda. Se utilizan trampas para sedimentos y un filtro de malla en la parte superior de la bomba (aunque no en todas) para retener los cuerpos extraños en el combustible. El combustible baja después por la válvula de admisión hacia la cámara de la bomba y la acción del diafragma lo descarga por la válvula de salida.

La bomba elevadora tiene mayor capacidad de la necesaria en el sistema y produce presión en el mismo. En estas condiciones, la presión impide que el resorte del diafragma empuje a éste por completo hacia arriba, por lo cual el diafragma funciona cerca del extremo o final de su carrera. El conjunto está arreglado para que el diafragma no siga a la

Fig. 19.8 Corte de una bomba elevadora del tipo de• diafragma:- 1 cubierta, 2 válvula dé entrada, .

. 3 cuerpo superior, 4-diafragma,' 5 palanca manual de cebado, 6 resorte del'diafrágm'a,7 palanca del diafragma, 8 balaneín (sólo se ilustra üna parte), 9 resorte de retorno, 10 válvula de salida, 11 salida de combustible

Perkins

punta de 1a. palanca que la toca, por lo que la palanca puede seguir la leva sin mover el diafragma.

Bomba de aspasEsta bomba es rotatoria y suele ser parte de una bomba de inyección tipo distribuidor. El rotor, en el cual las aspas están colocadas en ranuras, está montado descentrado en el cuerpo de la bomba. Cuando gira la bomba, las aspas se mueven hacia dentro y afuera en sus ranuras y.pueden seguir la configuración del cilindro en que giran. Cuando giran las aspas, aumentan el tamaño de la cavidad cerca del orificio de entrada, lo cual ocasiona baja presión y succión del combustible a la bomba. La rotación adicional reduce el tamaño de la cavidad cerca del orificio de salida y se expulsa el combustible por ese orificio. En esta forma, las aspas mueven el combustible. En la figura 19.7 se ilustra una bomba de aspas.

Como se dijo, estas bombas suelen ser parte de la bomba de inyección tipo distribuidor y están dentro de la cubierta de ésta.

Bomba de engranesTambién es rotatoria y consta de dos engranes en una cubierta: de mando y uno impulsado. El combustible entra por el orificio de admisión y se mueve


Fig.

en la bomba en el espacio entre los dientes de. los engranes y el cuerpo de la bomba. En los motores Detroit Diesel se utiliza bomba elevadora o de transferencia del tipo de engranes; en los motores Cummins, la bomba de combustible PT tiene bomba de engranes integral.

Bomba de émboloEn algunos sistemas de combustible se utiliza una bomba de émbolo, que puede ser la bomba elevadora o bomba manual para cebar y purgar el sistema.

En la figura 19.8 se ilustra-una bomba de émbolo que incluye una bomba manual para cebado. La

cámara cebador manual de presión

levantador de rodillo

válvula de succión

entrada

salida

émbolo

resortedel émbolo cámara del resorte filtro primario

F!g. 19.S Bomba elevadora de! tipo de émbolo B o sc h

bomba elevadora está montada en un c; cubierta de la bomba de inyección \ ia acciona leva o un excéntrico en el árbol de le\ :.> ce r de inyección.

El cebador manual está en el lado de o:la bomba elevadora. Para accionarlo, se de~:orr. - ila el émbolo y se mueve hacia arriba y abaje cor. : mano.

Durante el funcionamiento, el excéntrico en e. árbol de levas de la bomba de inyección actúa contra un levantador de rodillo para mover el émbolo hacia un lado y otro en contra de la carga de su resorte. El combustible se succiona por la admisión en el lado derecho y se descarga por la salida en el lado izquierdo. La tra\ ectoria del combustible en la bomba se señala con ias flechas.

Filtros de combustibleDebido a las holguras tan pequeñas que ha\ en la bomba de inyección y en los inyectores, e! combustible para los motores Diesel debe estar iimpio. Se deben tomar precauciones para que e! c embustí V.e que se pone en el tanque esté libre de cuero : ? extr: - ños, incluso agua. El sistema de combustible tiene una serie de filtros que,- a veces, empiezan con una tela metálica e.n el llenador del tanque y; el últim . es otro filtro pequeño dé malla en el inyector. Le s filtros se deben considerar como una protección para los componentes para inyección de combustible y no sólo como un medio para eliminar los contaminantes en -el mismo.

FiltradoLa necesidad de utilizar filtros muy finos se apreciará al tener en cuenta las holguras entre las piezas- movibles del equipo para inyección de combustible.

c i t> í? <0^ ÍS A S

£ «T? . O

18.9 Tamaño de las partículas de polvocomparadas con un cabello humano: D diámetro de! cabello, partículas de poivo L grandes, M medianas y S pequeñas

19.7 Componentes de.una bomba del tipo de aspas: 1 rotor, 2 eje de impulsión, 3 aspa,4 válvula reguladora .

D ie s e l K iki

30 M ECÁNICA PARA MOTORES DIESEL

La holgura entre los barriles y émbolos de la bomba de inyección es entre 2 y 4 mieras; una miera es una milésima de milímetro (0.001 mm). En la figura 19.9 se muestra el tamaño de las partículas de polvo en relación con el diámetro de un cabello humano, lo que recalca la importancia de filtros muy finos en el sistema. Una partícula de tamaño mediano que se pueda ver flotando en el aire rene un diámetro de la décima parte del cabello.

La eficiencia del filtro va en relación con el tamaño de sus aberturas y con la cantidad de partículas que retiene. El tamaño de aberturas en el tamañe má\m:o de partículas que pueden pasar por ei .. ; las partículas de un tamaño mayorquedan retenidas. Los diferentes, materiales para filtre tienen distintas aberturas.

Además de retener las partículas sólidas, los nitros también impiden el paso de agua por el sistema. El agua no se puede desintegrar en partículas diminutas y por ello queda retenida en el filtro..

Tipos de filtrosLos filtros de combustible se pueden dividir en dos tipos generales: los que producen filtrado profundo y los que trabajan' por filtrado en los bordes. Para el filtrado profundo-sé utiliza algún tipo de elemento que permite la acumulación de partículas sin qué se obstruya el elemento. En los filtros .de bordes se' acumula una capa de partículas que puede restringir el paso del combustible por el filtro.

Las denominaciones anteriores se relacionan con el método de filtrado y los filtros de tipo profundo se denominan por el material que se emplea en el elemento.

Papel plegadoEl elemento hecho con un papel con tratamiento especial es muy eficaz y de una gran superficie. Puede retener partículas de un tamaño de unas 5 mieras. El elemento no se puede limpiar y se reemplaza a intervalos periódicos. El filtro de papel es, quizá, el más común y se ilustra en la figura 1-9.10.

Algodón y fieltroEstos materiales se utilizaban mucho, pero han sido sustituidos casi por completo por elementos de papel que son más eficientes. El filtro de tela retiene partículas de unas 25 mieras; el de fieltro, de alrededor de 17 mieras. Por lo general, estos elementos se pueden lavar.

Metal sinterizado

Son elementos porosos de aleaciones metálicas sin- terizadas, por ejemplo el bronce. Se sinteriza el metal en polvo para formar un material poroso que deja pasar el combustible pero retiene partículas de 10 a 20 mieras. Una variante de <?ste elemento es una malla metálica comprimida.

I— §

Fig. 19.10 Filtro de combustible: 1 caja, 2 elemento, 3 sello, 4 sello de la tapa, 5- tapa, 6 tuerca del filtro; 7 tapón de respiración, 8 conexión de retorno . Leyland

Filtros de bardeEstos'filtros tienen discos laminados de metal o compuestos. Los bordes de los discos, aunque tienen una ligera separación entre sí para dejar pasar el combustible, están lo bastante cercanos para actuar como filtro.

En algunos inyectores se utiliza un filtro de borde; es para alta presión y está montado dentro del inyector. Consta de una barra metálica pequeña que se instala en una cavidad en su caja; la barra tiene muy poca holgura en la cavidad. Los extremos de las barras son circulares y el resto es de sección cuadrada; ésta forma cuatro bordes en la barra que, debido a su ajuste muy preciso en la cavidad, forman un filtro de borde. El combustible que entra por el orificio del filtro tiene que circular a través del borde del filtro (entre el borde de la barra y su cavidad) antes de que pueda pasar al inyector.

Diseños de filtrosHay diversos diseños de filtros, para retener partículas de cuerpos extraños y pequeñas cantidades de agua. Los filtros instalados en el sistema antes de la bomba elevadora se llaman filtros primarios; los instalados después de la bomba se conocen como filtros secundarios o, a veces, principales y pueden ser filtros de succión y de presión. El sellado deficiente de los filtros en el lado de succión de la bomba elevadora permitirá la entrada de aire al sistema; el sellado deficiente en los filtros de presión permitirá fugas de combustible.

SISTEMAS DE COMBUSTIBLE DIESEL 31

En la figura 19.11 se ilustran los componentes de abastecimiento de combustible. Incluyen un filtro primario (sedimentador) para separar el agua y los sólidos del combustible, un cebador manual para purgar (expulsar) el aire del sistema después de darles servicio a los filtros, una bomba elevadora que funciona cuando el motor está en marcha para enviar, combustible.a la bomba de inyección. Además, hay un filtro secundario para el combustible antes de que llegue-a la bomba de inyección y una. bomba de inyección tipo distribuidor. La función de' los filtros es como sigue.

SedimentadorEs un separador o filtro primario diseñado para eliminar el agua y las partículas de sólidos deí combustible. Su nombre proviene de su acción, que ocasiona que el agua y partículas de sólidos caigan en el fondo del vaso o cámara para sedimentos, el sedimento es materia que cae o se asienta en el fondo del líquido; en el'Sedimentador ocurre porque el agua y las partículas de sólidos son más pesadas que el combustible.

En la figura 19.12 se ilustra un corte seccional de un sedimentador. Consta de tres partes: la cabeza

cabeza del filtro

salida

vasotransparente

entrada

elementosedimentador

cámara para sedimentos

tapón de drenaje"Fig. 19.12 Filtro y sedimentador Lucas-CAV

•del filtro, el elemento de! sedimentador y una cámara o vaso transparente para sedimentos. Un tapón de drenaje en la parte inferior de! vaso se saca para, vaciar el agua y sedimentos acumulados. Las tres partes están unidas por medio de un :• miil central en la cabeza del filtro. Se utilizan a::ñ' > . res entre las tres partes;-que impiden ias fuga

El paso de combustible por el sedime: :..d r >e señala con las Hechas. El combustible ingresa ñor !a conexión' de entrada y pasa sobre y alrededor de la sección cónica del elemento que actúa como difusor para diseminar el combustible. Después, el combustible baja por la abertura estrecha entre el borde externo de la sección cónica y su caja hacia la

• cámara de sedimentación en donde fluye en sentido radial de retorno al centro del sedimentador y sale por la conexión correspondiente.

Durante el tiempo en que el combustible se mueve en sentido radial, el agua o cualesquiera partículas de sólidos (que son más pesadas que el combustible) se separan del combustible, y caen al fondo de la cámara de sedimentación. Los sedimentos y 'el agua se pueden vaciar por el tapón de drenaje o bien se puede sacar el tornillo central para desarmar el sedimentador y limpiarlo.Alarma de agua en el sedimentador Los sedimentadores pueden incluir un sistema que produce una alarma cuando el nivel del agua en el vaso se eleva al grado de que pueda dejar de funcionar. El vaso tiene una sonda para detectar el nivel del agua, cuando se necesita vaciar el sedimentador, la sonda produce una señal eléctrica que hace que se encienda una luz de alarma o suene un zumbador en el compartimiento para el conductor.

Además, algunos sedimentadores tienen un flotador y válvula en el vaso. El ílotadorsube conforme se acumula agua en el vaso hasta que la punta cónica en la parte superior de la válvula penetra en su asiento y corta el paso del combustible; a este sedimentador se le da el nombre de corte por agua. También puede incluir una alarma antes de que el agua llegua al nivel al cual se cortará el paso de combustible.

Filtro secundarioEí fabricante del filtro que se ilustra en la figura19.11 instalado entre la bomba elevadora y la bomba de inyección, lo llama “ aglomerador". Tiene elemento de papel y un vaso o cámara de sedimentos profundo para retener e! agua; este tipo de filtro se ilustra con mayor detT.'.e en ia figura 19.13. El flujo de combustible indicado por las flechas entra por la conexión de admisión y desciende a través del elemento y está diseñado para retener los sólidos y el agua. El elememo retiene los sólidos, pero las gotitas de agua que están obligadas a pasar por los poros de! elemento se aglomeran o coagulan, es decir. se combinan para formar gotas más grandes que se sedimentan en la cámara inferior. El combustible futrado, libre de agua, sube por eí tubo ceñirá I del elemento y sale porla conexión de salida.

Se verá que en este tipo de filtro no se utiliza un recipiente o vaso para cubrir el elemento; éste se sujeta con el tornillo central entre la cabeza en la parte superior y el fondo de la cámara de sedimentación. En otros tipos, comoel ilustrado en la figura19.10, se emplea un vaso que aloja al elemento.

Filtro primarlo . • ■ ■Se da-este nombre a los. filtros que están antes de la bomba elevadora de combustible. El sedimentador,

. ya descrito, es un filtro primario grande; en la bomba elevadora de la figura 19.2 se emplea filtro pri-

32

Hg. 19.13 Filtro aglomerador: 1 cabeza del filtro, 2elemento, 3 cámara para sedimentos, 4 tapón de drenaje Lucas-CAV


Fig.-19.14 El filtro primario consiste en un vaso devidrio para sedimentos y una malla filtrante

P e r k in s

mario. En la figura 19.14se ilustra otro tipo de filtro primario, que consta de un vaso peqüeño de vidrio, o de metal; para quitarlo se afloja la abrazadera y se' mueve .a un lado. La cabeza del filtro tiene un elemento de malla. •

• El filtró primario, además de filtrar el combustible antes de que entre a la bomba elevadora, auxilia al filtró secundario o principal porque retiene el agua y partículas grandes de sólidos que se podrían acumular en el filtro secundario. Es mucho más fácil retener el agua en el filtro primario en el lado de succión de la bomba elevadora, porque serán gotas grandes. Cualquier agua que pase porla bomba, elevadora formará-una emulsión con el combustible y será mucho más difícil separarla.

Filtros doblesEn ocasiones se utilizan dos o más filtros secundarios (principales). Se pueden instalar dos filtros en serie o en paralelo. Cuando están en serie, todo el combustible pasa primero por un filtro y luego por el otro. Cuando están en paralelo se divide el flujo de combustible y pasa la mitad por cada filtro. Este método es adecuado para motores grandes en los que fluye mucho combustible en el sistema.

En la figura 19.15 se ilustran dos filtros en serie; uno de ellos está desmontado para darle servicio. Con este sistema, el primer filtro puede ser del tipo aglomerador con vaso para sedimentos en la base para ayudar a eliminar el agua del combustible.

Agua en ei combustibleAunque haya cantidades diminutas de agua disueltas en el combustible, que producirán muy pocos perjuicios, las gotas de agua pueden ocasionar daños por corrosión, desgaste y picadura de las superficies muy pulimentadas.

SISTEMAS DE C O M BUSTIBLE DIESEL 33

• Fig. 19.15 Filtros dobles, con uno desmontado para darle servicio: 1 tornillo central de sujeción del filtro, 2 tapón para purga

P e r k in s

El agua puede entrar én forma.accidental al tanque del vehículo o se puede condensar en ese tanque o en el tanque grande para almacenamiento por precipitación debida a ios cambios de temperatura. Se ha calculado que en un tanque de almace- • namieñto de 5000 litros, sé pueden condensar en un año hasta 20 lit ros de agua provenientes de la humedad del aire. Normalmente, se saca esa .agua por los tapones de drenaje. May otras precauciones recomendadas para el manejo de combustible, tales como poner ios tambores en ángulo y sacar el combustible de la parte más alta del tambor. Los requisitos de instalación para tanques subterráneos y elevados incluyen algún sistema para extraer el agua y los sólidos que se puedan acumular en el fondo del tanque.

Servicio a los filtrosLos filtros pueden ser de! tipo desechable, y se cambian completos, o del tipo de elemento reemplazable.

El filtro desechable se desenrosca de su montaje y se desecha. Se limpia la superficie de montaje y se instalan junta y filtro nuevos. Después de instalarlo, hay que cebar y purgar el sistema, poner en marcha el motor y examinar si hay fugas.

El procedimiento para cambiar el elemento reemplazable es como sigue (Fig. 19.15):

1. Limpíese toda la mugre de la caja del filtro. Si tiene grifo de drenaje hay que vaciar el cuerpo.

2. Detenga o sostenga la base de: :L:rc r_r_ que no gire y sáquese el tornillo centra: I .

3. Quítense la base o el vaso del fíitr c. elemento.

4. Deséchese el elemento. Limpíense la base ; ¿I vaso con trapos y enjuáguense con con-.bu limpio.

5. Limpíese el interior de la cabeza del filtre, e ; r. un irapo que no deje pelusa o con una brocha combustible limpios. Hay que tener cuidado especia! con la ranura en que se aloja el anillo sellador.

6. Inspecciónense los anillos selladores y reemplácense si tienen daños o imperfecciones.

7. Instálese el elemento en la base o en el vaso, según eí tipo del filtro.

8. Instálense la base o el vaso en la cabeza del filtro; compruébese que ios anillos selladores están en su lugar correcto.

9. Apriétese el tornillo central a la torsión especificada; no hay que apretar en exceso porque ocurrirán daños. Se. suele especificar una torsión de 8 a 10 N - m, o sea apretado con firmeza con la mano.

10. Pingúese el sistema, póngase en marcha el mo- . tor y examínese si. hay. fugas por el filtro.

LimpiezaEs poco lo que se diga acerca de la importancia de la' limpieza en el sistema de inyección de combustible. El combustible que se recibe en los carros tanque (o que se compra en los puestos de combustible) suele estar limpio. Hay que. tener cuidado de que un manejo y almacenámiento deficientes no contaminen el combustible antes de que llegue al motor. La limpieza es necesaria con todos los combustibles líquidos pero es muy importante con el Diesel. La contaminación dañará los-componentes de inyección y se necesitarán costosas reparaciones. Sólo se deben utilizar trapos que no dejen pelusa para limpiar las piezas del sistema de combustible; nunca se debe emplear estopa.

Purga del sistema de combustibleEl sistema no funcionará correctamente si hay aire en alguna parte del mismo. Sólo se debe inyectar combustible en las cámaras de combustión, no una mezcla de aire y combustible. El aire entrará al sistema si hay alguna filtración o si se desmonta cualquier componente o se abre una conexión. Entrará aire, por ejemplo, cuando se reemplaza un filtro o elemento. El procedimiento para purgar el sistema es:

1. Aflójese el tapón de purga (sangrado) en la parte superior del filtro en el lado de presión de la bomba elevadora. Acciónese la palanca cebadora manual en dicha bomba hasta que el combustible salga por el tapón de purga libre de burbuja; apriétese el tapón de purga. (Si hay


Fig. 19.16 Bomba de inyección tipo distribuidor. Lasflechas señalan la válvula para purga de aire

un filtro entre-el tanque de combustible .y la bomba elevadora, se purgará al mismo tiempo.)

2. Aflójense el tapón o tapones para purga en la • bomba de inyección (Fig. 19.16). Acciónese la palanca cebadora manual hasta, que salga combustible sin burbujas; apriétese el tapón.

3. Póngase en marcha el motor;, si es necesario, púrguese cada tubo para inyector en orden (Fig. ' 19.17). Para ello, se afloja la tuerca de unión en el inyector lo suficiente para que escurra com-

' bustible por las roscas de la unión. Cuando salga combustible sin burbujas, apriétese la tuerca de unión. .' •Para purgar (expulsar) eí aire del sistema, se

afloja alguno de los tapones de respiración o una unión en los tubos para combustible. El aire atrapado en el sistema subirá al punto más alto. La purga se debe efectuar con la. palanca cebadora manual y comenzar en el punto más cercano a la bomba elevadora, por ejemplo, el filtro primario y, luego, se continúa con los inyectores. El aire que haya en los inyectores se inyectará en las cámaras de com-

Fíg. 18.17 Aflojar la tuerca de unión en el inyector para purgar el tubo del in y e c to r P e r k ín s

bustión o pasará por la válvula de aguja hacia los tubos de retorno en la parte superior de los inyectores.

En algunos sistemas con inyectores unitarios, el aire se expulsa en forma constante con un tubo de retorno desde los inyectores y no se necesita purga manual.

Dispositivos auxiliares para arranqueSe utilizan dispositivos auxiliares para arranque de los motores Diesel a bajas temperaturas. Algunos suministran un exceso de combustible para arranque; otros, proveen aire caliente para ayudar a la combustión. A continuación se presentan algunos ejemplos.

Dispositivo de exceso dé combustibleLas bombas de inyección en línea tienen un tope para máximo combustible que limita el movimiento de la varilla de control de combustible y, por tanto, la cantidad máxima de combustible que puede entregar la'bomba-.'.

Para el arranque del motor, se puede cancelar el tope de máximo combustiblepara suministrar exceso de combustible. Cuando funciona eí control de exceso de combustible durante el arranque, la vari- lía de control tiene más recorrido para enviar más combustible a los inyectores, y ayudar ai arranque del motor. Cuando el motor arranca, el dispositivo para exceso deja de funcionar.

“Therrrsostart”El dispositivo “ Thermostart” para arranque está roscado en el múltiple de admisión y quema combustible en el múltiple para suministrar aire caliente a los cilindros.

En ía figura 19.18 se ilustra la construcción dei Thermostart. Consta de un cuerpo de válvula central que suministra el combustible, rodeado por una bobina de calentamiento que tiene una prolongación para formar una bobina de ignición. Una válvula de aguja mantiene un balín de retención contra su asiento. Todas las piezas tienen un protector metálico.

Cuando se conecta el dispositivo, la bobina calienta el cuerpo de la válvula, que se expande para abrir la válvula de retención de balín. Esto permite la entrada de combustible vaporizado al múltiple cuando se hace funcionar el motor de arranque. La bobina de ignición inflama el combustible y calienta el aire de admisión.

Cuando se desconecta la bobina, eí paso del aire por el múltiple enfría el cuerpo de la válvula y ésta se cierra para cortar eí paso al combustible.


terminal

terminal bobina de

Fig. .19.18 Dispositivo “Thermostart” para arranque en ■ frío: a) unidad completa, £>) piezas internas •

.Lucas-CAV

Bujías incandescentesS.on calentadores eléctricos, pequeños, típO bujía roscados en las cámaras de combustión de inyección indirecta. Se ponen al rojo durante el arranque en frío y aumenta la temperatura del aire que se comprime en el cilindro. Esto ayuda a la combustión inicial del combustible atomizado en su cámara. En las figuras 4.6 y 4.8 se ilustran las bujías incandescentes en las cámaras de combustión,

DescompresorAlgunos motores tienen descompresores del tipo de palancas o de levas que mantienen parcialmente abiertas las válvulas de admisión o de escape. Eso reduce la presión de compresión y permite que el motor de arranque haga girar el cigüeñal con mayor facilidad. Antes de que “ encienda” el motor, se suelta la palanca del descompresor para que haya compresión completa en los cilindros. El empleo del descompresor facilita hacer girar el cigüeñal durante los ajustes.

Arranque y paro del motorSe utilizan diversos tipos de mecanismos de arranque en los motores Diesel. Pueden ser desde una manivela (“ eran” ) para motores pequeños hasta motores de arranque por aire comprimido en los muy grandes. En casi todos los motores Diesel tipo automotriz se utiliza motor de arranque (marcha) eléctrico. A continuación se describen los métodos generales para arranque y paro del motor.

Si se tiene motor de arranque eléctrico, se utiliza un interruptor de arranque. Se oprime y sostiene a

fondo el pedal del acelerador (o se pene !a r:— -- ca de control en la posición para a!t_i ■- r' se gira el interruptor de arranque a !a arranque (“ ST A R T ” ) para que funcione e! m :: - de arranque. Cuando el motor ya está en funciona con uniformidad, se suelta el peca. _ . reducir la velocidad. Si se tiene el pedal oprin:::: entrega la cantidad máxima de combustible y. en algunos casos, exceso de combustible a los inyect res.

Para efectuar el paro del motor, hay que cortar todo el combustible a los inyectores. Para ello, se suelta el pedal del acelerador y se tira (jala) del botón de paro, cuando se utiliza. Se gira el interruptor a la posición desconectada (“ O FF ” ) para apagar todos los instrumentos y accesorios. En muchos motores, se utiliza un solenoide en vez del botón de paro para cortar el combustible. El solenoide se controla con el interruptor de arranque y no se suele emplear botón de paro manual.

En los motores turbocargados no ha\ que acelerar y desacelerar con rapidez inmediatamente después del arranque. Se necesita un perioc: de calentamiento para que el motor.funcione con su a' y el turbocargador. reciba lubricación.

IVIotor con dispositivo - para arranque en-fríoPara árrancar el motor a temperaturas muy bajas, primero se gira el interruptor de calentamiento y arranqué (Fig. 19.19) a la posición “ H ” (Calor) durante unos 15 segundos. Puede haber una luz en el tablero de.instrumentos para avisar cuándo el aire está lo suficientemente caliente. Después, se gira el interruptor a la posición “ H S” (Calor y arranque) para accionar el arranque y poner en marcha el motor. Se mantiene el pedal del acelerador oprimido a fondo para tener máximo.combustible durante el arranque y después se suelta cuando arranca el motor. Después, se pone el interruptor en la posición “ R ” (Marcha normal).

1

Fig. 19.19 Interruptor tipo rotatorio para calentamiento y arranque Perkins

Para efectuar el paro del motor, se mueve el interruptor a la posición “ O” (Apagado), con esto funciona el solenoide de corte de combustible y se para el motor. Si se utiliza perilla de paro manual,

36

hay que accionarla.En la ilustración se muestra un solo interruptor

para calentamiento y arranque, aunque hay otros tipos y sistemas.

MECANICA PARA MOTORES DIESEL

Preguntas para repaso1. Enumérense los componentes básicos de un

sistema de combustible Diesel.2. ¿Cuál es la finalidad del tubo de retorno en este

sistema?3. ¿Qué es una bomba de inyección en línea?4. Menciónense tres tipos diferentes de sistemas

de combustible Diesel5. ¿Qué es un inyector unitario? -6. Expliqúese como funciona una bomba eleva-• dora del tipo de diafragma. , • • • •.

7. ¿Qué es una bomba de aspas? -8. ¿Para qué se utiliza la bomba con cebado ma

nual?9. ¿Por qué son tan importantes los filtros en el

sistema de combustible?10. Menciónense tres tipos de filtros de combusti

ble. ■11. ¿Cómo funciona un sedimentador?12. ¿Por qué se utilizaría un sistema de alarma de

agua en un filtro?

13. ¿Qué significa filtro secundario? ¿Y filtro primario?

14. Si hay un sello deficiente, uno de los filtros citados podría permitir fugas de combustible con el motor en marcha y el otro succionaría aire. ¿Qué filtro haría qué?

15. ¿Qué efecto tendría el agua en las piezas del sistema de combustible-

16. Descríbase cómo se le da servicio a un filtro decombustible. ' •

17. ¿Por qué hay que purgar el sistema de combustible? •

18. Descríbase la forma de purgar el sistema.19. ¿Por qué se utilizan dispositivos auxiliares para

arranque?20. ¿En qué parte del motor se encuentran esos

• dispositivos?


Fig. 19.20 Corte de ün motor Bedford de seis cilindros. Se muestra eí lado izquierdo en corte parcial. Se muestran los componentes del sistema de combustibfe que están, en el lado izquierdo y también las partes internas; Se utiliza una bomba de inyección de! tipo de distribuidor,' impulsada por un-eje auxiliar desde el cigüeñal de! compresor de aire. Los tubos de entrega de la bomba llevan el combustible hasta los inyectores, que están montados con brida en la culata de cilindros.

La bomba del aceite tipo rotor se encuentra en la parte delantera del depósito de aceite y se impulsa con un engrane intermedio entre el engrane de impulsión de la bomba y el engrane del cigüeñal

Bedford

Inyectores

Los inyectores se llaman también toberas en forma , genérica. En algunos casos, el cuerpo del inyector se llama-también portatobera, en donde va colocada la tobera o copa por lá cual se atomiza el combustible. Se utilizarán los términos portatobera y tobera.

Los inyectores funcionan-, ya sea con el combustible a presión -dentro de ellos, o por impulsión

mecánica desde el árbol de levas del motor. Este capítulo se relaciona principalmente con'los inyectores CAV y Bosch, que funcionan por presión. Los inyectores unitarios y los inyectores PT, que son de accionamiento mecánico se describen en capítulos separados más adelante. Los inyectores Caterpillar también se describen en otro capítulo.

Fig. 20.1 Conjunto de inyector: 1 tobera, 2 tuerca de tobera, 3 portatobera. 4 entrada de combustible, 5 tuerca superior

Construcción de los inyectoresEn la figura 20.1 se ilustra un inyector típico. Se monta en la culata (cabeza) de cilindros por medio de su brida, que se fija con dos tornillos o espárragos (birlos) en sus agujeros. Otros inyectores se instalan a rosca en la culata o se sujetan con una grapa.

El extremo inferior o tobera del inyector sobresale en la cámara de combustión y en el momento preciso inyecta combustible atomizado en ella. El inyector debe funcionar 150 veces por minuto en marcha, mínima o ralenti y hasta unas 1500 veces por minuto -a velocidad máxima.

En la ilustración se muestran las principales piezas externas del inyector, el cual consta de dos partes principales: la tobera 3) y el portatobera 3). La tobera está sujeta en el portatobera con una tuerca 2) larga para tobera. Cuando se instala el inyector en la culata, se coloca en la parte inferior de la tuerca de tobera una arandela (rondana) de cobre que sella contra la culata.

5 — El portatobera 3) se emplea para montar el inyector en la culata incluye el adaptador 4) de en- entrada de combustible en el cual s.e conecta el tubo que viene de la bomba. La tuerca superior 5) del portatobera cubre la tuerca de ajuste del resorte y también tiene un agujero roscado en su parte superior en el cual se conecta el tubo de retorno de combustible.

INYECTORES 39

Fig. 20.2 Piezas del inyector: 1 portatobera, 2 tobera,3 tuerca de tobera, 4 vástago, 5 resorte, 6 tuerca de ajuste del resorte, 7 tuerca de tapa, 8 entrada .de combustible, 9 conexión para retorno I - .

... ■ • Lugas-C A V

Funcionamiento dellnyeciorEn la figura 20.2 aparece una vista en corte del inyector y de sus piezas internas. Las piezas funcionales son la tobera 2) con su válvula de aguja en la parte inferior del inyector y el resorte 5) y su tuerca de ajuste,en la parte superior. La fuerza del resorte

Fig. 20.3 Componentes del inyector: 1 tuerca de tobera, 2 tobera, 3 portatobera, 4 vástago, 5 resorte,6 tuerca de ajuste del resorte, 7 tuerca de tapa, 8 conexión para retorno, 9 tornillo ensanchado, 10 adaptador de entrada Lucas CAV

se transfiere a la válvula de aguja con ana v^riüa pequeña llamada vástago 4). La presión a la caa! inyector empieza a atomizar se ajusta por rr.ed: ir la tuerca 6) de ajuste del resorte, la cual también sirve de asiento para el resorte (Fig. 20.3)

? La carga de combustible que viene de la b_ :r.ra de inyección penetra por la entrada 8) de combu>..- ble y baja por el conducto perforado en el portal - bera 1) y la tobera 2) hasta la galería. La punta de la válvula de aguja que asienta contra la parte inferior de la tobera, impide el paso por los orificios de la tobera. Cuando hay combustible a presión en los conductos y galería del inyector, se levanta la aguja de su asiento y se atomiza el combustible en la cámara de combustión.

Lina pequeña cantidad del combustible escapa hacia arriba a lo largo de la aguja, actúa como lubricante entre la aguja y la tobera y también lubrica las otras^piezas del inyector antes de salir por Ja conexión par t 1 tubo de retorno en la parte superior y retornar al tánque.

Acción de la agájaLa galería es una ranura anular pequeña en la tobera que sirve como depósito para el combustible antes de la inyección. Cuando la carga de combustible a alia presión que viene de la bomba llega a la galería, actúa contra los rebordes de la guía de la- válvula de aguja y produce fuerza ascendente contra el resorte. Cuando la presión dentro del inyector es suficientemente alta, vence la carga del resorte contra la aguja y ésta se levanta de su asiento y permite la atomización del combustible a alta pre-' sión que hay en la galería.

Cuando cesa la acción .de bombeo del émbolo respectivo en la bomba de inyección, se reduce la presión en el inyector y el resorte del inyector empuja a la válvula de aguja contra su asiento.

La rapidez con la cual ocurre la caída de presión en el inyector hace que la válvula de aguja tenga un cierre rápido. Con esto hay un corte de la inyección y se impide el escurrimiento. La acción de la válvula de entrega en la bomba en línea y la forma de los lóbulos de la leva en la bomba de distribuidor producen una caída brusca en la presión al final del periodo de inyección, lo cual ayuda a la válvula de aguja a cerrar con rapidez. El combustible se debe inyectar con una atomización muy fina. Cualquier combustible sin atomizar que escurra a la cámara de combustión no arderá en la forma correcta y producirá carbón y humo negro.

Piezas del inyectorEn la figura 20.3 aparece una vista desplegada de las piezas componentes del inyector.

Patrón de atomizaciónLa forma de la descarga en los orificios de la tobera del inyector se llama patrón de atomización. El


Fig. 20.4 Pairón de atomización de una tobera de cuatro orificios

diseño de la cámara de combustión determina el patrón de atomización requerido. En la figura 20.4 se muestra el patrón de atomización de.una tobera de cuatro orificios, en la cual se descarga el combusr tibie por cuatro orificios pequeños, del mismo tamaño, en la punta de la tobera.para producir cuatro atomizaciones de tamaño uniforme.

El patrón de atomización, de la tobera se deter-• mina por características como el numeró, tamaño, longitud y ángulo de los orificios y también por la presión del combustible dentro del inyector. Todos •estos factores influyen en la forma y longitud de la atomización.

Tobera de inyector .La función de la tobera es inyectar una carga de combustible en la cámara de combustión en. una forma en que pueda arder por completo. Para ello, hay diversos tipos de toberas, con variaciones en la longitud,'número de orificios y ángulo de atomización. El tipo de tobera que se utilice en un motor depende de los requisitos particulares de sus cámaras de combustión, fin la figura 20.5 se ilustran los principales tipos de toberas.

Toberas de un solo orif ic io Estas toberas, a), tienen un solo orificio taladrado en su extremo, cuyo diámetro puede ser de 0.2 mm o mayor. La tobera b) con punta cónica y un solo orificio tiene éste taladrado en ángulo de acuerdo con el motor en que se instalará.

Toberas de orif ic ios múltip lesEstas toberas c) tienen dos o más orificios taladrados en el extremo. El número, tamaño y posición de los orificios dependen de los requerimientos del motor.

Toberas de vástago largoEstas toberas, d) tienen un vástago largo que es unaprolongación de la-parte inferior de la tobera. Los

a) orificio sencillo b) extremo cónico, orificio sencillo

c} orificios múltiples

orificio sencillo

ángulo de orificios íi) vástago largo e) aguja

Fig. 20.5 Tipos de toberas de inyectores

f) demora

L ucas-CAV

orificios normales y el asiento de la válvula están en el extremo- del vástago largo, que permite que la parte de la tobera que tiene holguras muy precisas, entre la aguja y la tobera, quede separada de la cámara de combustión a fin de que puedan funcionar en una parte de la culata que está algo más fría.

Toberas de agujaEstas toberas é) tienen un orificio mucho más grande y la punta de la aguja está reducida para formar una especie de alfiler que sobresale en el orificio. Con la modificación de la forma y el tamaño de la aguja, se pueden tener inyectores con diversos patrones de atomización, que puede variar desde un cono hueco pequeño hasta un cono hueco con un ángulo de 60°. Las toberas de aguja se emplean en motores de inyección indirecta, es decir los que tienen cámaras de combustión tipo celda de aire, de turbulencia o de precombustión.

Toberas de demoraSon toberas f ) de aguja modificadas, en las que se ha cambiado la forma de la aguja para disminuir la

ángulo de orificios ángulo de orificios

INYECTORES 41

Fig. 2Q.6 Tobera Pintaux Lucas CAV

cantidad de inyección al principio de la entrega. Esto reduce la cantidad de combustible en la cámara cuando empieza la combustión y también reduce el “ cascabeleo” .

. Tobera PintauxEs una modificación (Fig. -20.6) de la tobera de aguja. Tiene un agujero auxiliar para atomización en la tobera, a fin de facilitar el arranque con el motor frío. A las. rpm de arranque del motor, la válvula de aguja no se levanta lo'suficiente para que el agujero para la aguja .descargue combustible,

. sino que el agujero auxiliar produce una atomización más- fina que se requiere para el arranque del motor en frío. A velocidades normales de funcionamiento, las presiones en el sistema de combustible son más altas y la válvula de aguja se eleva más para que se despeje su barreno, que descarga la mayor parte del combustible. '

Características de diseño de los inyectoresAunque todos los inyectores accionados por presión tienen los mismos principios de funcionamiento, hay muchas variaciones en ellos. Incluyen su longitud y diámetro y el método para sujetarlos en la culata de cilindros. Algunos son de montaje vertical y hay que desmontar la tapa de balancines para tener acceso a ellos. Hay otros, montados en ángulo y más cerca del costado de la culata que son más accesibles.

Inyectores del tipo de lápiz Es dr tipo largo y delgado, por comparación con la mayor parte de los otros inyectores. Recibe el nombre de inyector tipo lápiz porque tiene más o menos esa forma; su marca de fábrica es Roosa Master. Este inyector largo permite que sus piezas funcionales estén lejos del calor de la cámara de combustión.

En la figura 20.7 b) se ilustra un inyector tipo lápiz; su construcción y funcionamiento se describen en el capítulo 28, Sistema de Combustible Caterpillar.

Fig. 20.7 a) Inyector con tobera tipo cápsula..b) Inyector ‘ tipo lápiz Caterpillar

Inyectores tipo cápsulaLos inyectores tipo cápsula (Fig. 20.7 a)) se utilizan en algunos motores Caterpillar. La tobera tiene la forma de una cápsula que incluye el resorte .y la válvula. No se puede desarmar ni ajustar. En el capítulo 28 se describe con mayor detalle.

Inyectores unitariosEn ellos se combinan las funciones de bombeo e inyección. Consúltense los capítulos 27 y 29 en donde se describen los sistemas de combustible respectivos.

Variaciones en el diseñoHay muchas variaciones en el diseño de los inyectores y se ilustran tres de ellas en la figura 20.8. Son similares a los inyectores ya descritos, pero tienen sus propias características. También están disponibles en diferentes diámetros.

El inyector a) tiene la conexión para el tubo en la parte superior y una conexión de retorno en un lado. Tiene rosca para poder instalarlo en la culata. El ajuste de la presión es por medio de suplementos (lainas) colocados contra el extremo del resorte.

El inyector b) tiene una brida para sujetarlo con tornillos en la culata y tiene un filtro del tipo de


(a)

(c )

Fig. 20.8 Tres diferentes diseños de inyectores: a) inyector con montaje a rosca, b) inyector con montaje de brida,e) Inyector con montaje de grapa _ Bosch

borde en Ja conexión de entrada, que protege al inyector porque retiene partículas que se pudieran desprender del tubo del inyector durante el servicio o por la vibración.- La graduación de presión se ajusta con un tornillo prisionero contra la parte superior del resorte.

El inyector c) se sujeta en la culata con una grapa. Tiene la conexión de entrada en la parte superior y la de retorno en un lado. Igual que el inyector a) se ajusta con lainas y para desarmarlo, se saca la tuerca en su extremo inferior. El inyectorb) se desarma por ambos extremos.

Preguntas de repaso1. ¿Cuál es la función del inyector?2. Enumérense las partes principales de un inyector.3. ¿Cómo se sujetan los inyectores en la culata de

cilindros?4. Expliqúese cómo funciona un inyector accio

nado por presión5. ¿Por qué se utiliza un tubo de retorno instalado

en la parte superior del inyector?6. ¿Qué es el patrón de atomización?

7. ¿Por qué se utilizan diferentes patrones de atomización?

8. Menciónense los diversos tipos de toberas9. ¿Qué ocasiona que el inyector atomice el com

bustible en la cámara de combustión?10. ¿Cuál es el posible efecto de una válvula de aguja

con ajuste incorrecto en su asiento?11. Consúltense las ilustraciones de los motores en

los otros capítulos para verlos diferentes tipos de inyectores.

Servicio a los inyectores ■

Los inyectores deben trabajar en la forma correcta para lograr un buen funcionamiento del motor. La tobera tiene la función particular de inyectar el combustible finamente atomizado en la cámara de combustión. Los inyectores deficientes que no pue-

. den ejecutar esa función producirán fallos-, golpeteo, sobrecalentamiento, del .motor, pérdida de- potenciá, humo negro en el escape o.mayor consumo de combustible (estos síntomas son similares- a los que produce una bujía deficiente en un motor de gasolina).

Los inyectores se deben desmontar para limpiarlos y probarlos a los intervalos recomendados.

Localización de un Inyector deficientepara localizar un inyector deficiente, con.el motora- una velocidad mayor que la de ralentí, se aflojan los tubos de los inyectores por orden. Con esto sé corta el paso de combustible a ese inyector y, si éste está bueno, habrá una caída considerable en la velocidad del motor. La velocidad no variará si ese inyector está deficiente. Con este método se puede localizar el inyector deficiente.

Dado que se trata del mismo procedimiento que para purgar los tubos de los inyectores, el aire que haya en ellos se expulsará al momento de probar cada inyector (Fig. 19.17).

Desmonte]® de inyectoresEl tuvo del inyector se debe desconectar en el inyector y en la bomba para que quede suelto. Si se trata de desmontar un inyector con el tubo desconectado sólo en el extremo del inyector, se dañará o se doblará el tubo.

Una vez que se desconectan el tubo del inyector y el tubo de retorno en la parte superior, se desmonta el inyector, de acuerdo con el tipo de sujeción. Si es con brida, hay que sacar las tuercas o tornillos que la sujetan en la culata.

Si el inyector está sujeto en la culata con una grapa, se saca el tornillo de la grapa; si es del tipo roscado, hay que desenroscarlo.

En los inyectores sujetos en ia culata con brida o con grapa, puede ser necesario un extractor para liberar el inyector en su asiento en la culata. El extractor se .coloca debajo de la brida y tiene un tornillo de presión que se coloca en la parte superior-' del inyector para sacarlo del orificio.

El extractor también puede ser una palanca o barra, que suele tener una pata que ajusta entre el portatobera y la parte superior de ia culata. Se hace palanca con cuidado para sacar el inyector.

Prueba de inyectoresPara probar un inyector en el motor, hay que sacarlo de. la culata. Se conecta el inyector con su tubo pero .de modo que apunte al lado opuesto al motor, ■ Si los demás inyectores están instalados, hay que aflojar sus tuercas de unión para que no ocurra inyección en los cilindros y arranque el motor. Hay que poner el control de combustible en la posición de máximo combustible, como al arranque dei motor; en otra forma, la bomba no enviará combustible al inyector.

Se hace funcionar el arranque de modo que el inyector descargue en el aire, para poder observar el patrón de atomización, que debe ser uniforme v fina, sin humedad, “ rayas” , atomización lateral o escurrimiento (Figs. 21.7 y 21.8).

instalación de los inyectoresEn la figura 21.1 se ilustra la instalación de un inyector en la culata. El rebajo en la culata, las caras de la arandela selladora de cobre y la cara del extremo del inyector deben estar limpias para evitar escapes de combustión.

1. Compruébese que el inyector queda libre en el rebajo en la culata y en los espárragos (birlos)


Fig. 21.1 Instalación de un inyector con brida en la culata de cilindros Leyland

de sujeción. Instálese nueva arandela de cobre;2. Apriétense las tuercas en los espárragos con.

uniformidad para que la tobera no se incline y se trabe en el rebajo de la culata, pues se tendrá

Fig. 21.2 Para desarmar un inyector: a) aflojamiento de la tuerca de la tobera, b) desmontaje de la tobera, c) tobera desmontada del portatobera

LucasCAV

* sellado deficiente en la arandela de cobre. Apriétense las tuercas a la torsión especificada.

3. Instálense los tubos de los inyectores. Hay que examinar ambos extremos para comprobar que quedan escuadrados en las uniones. Hay que apretar a mano las tuercas de unión en cada extremo y, luego, apretarlas más con una llave, un poco cada vez, hasta que el tubo quede sujeto con firmeza en su lugar.

Ñola: Para evitar daños a los tubos, compruébese que los extremos quedan bien escuadrados; no hay que apretar en exceso las tuercas de unión.

Servicio a ios Inyectores •Se necesita equipo especial para probar los inyecto- • res, porque después de desarmarlos y volver a armarlos, hay que ajustarlos a las especificaciones. Para-ello, se utiliza el probador de inyectores. Si no . se tiene, se pueden instalar inyectores reconstruidos.' o enviar los inyectores a un taller especializado. Como un ejemplo, se describirán el desarmado.', limpieza, armado, pruebas y ajustes de un inyectoi típico (no de un inyector unitario).

Para desarmar eí inyectorSe coloca el inyector en un dispositivo especial, con. la brida bien asentada en las espigas. En la figura 21.2 se ilustra un inyector en el dispositivo para desarmar; en la figura 21.3 se ilustra el inyector desarmado. Para desarmar se empieza en la parte supe- - rior: se quita la tuerca de tapa 1) para tener acceso a la tuerca 2) de' ajuste del resorte que está roscada en el portatobera 3). Ahora se sacan el resorte 4) y su asiento y el vástago 5). del portatobera. Se saca la tuerca 8) de la tobera para sacar la tobera 6) y la válvula de aguja 7). Se limpian e inspeccionan las piezas antes de rearmar, probar y ajustar. La tobera y su aguja son piezas hermanadas de fábrica y no se deben mezclar con otras.

Limpieza de fa tobera y ia válvulaEl equipo para limpieza de toberas consta de un cepillo de alambre de latón para limpiar el carbón de la tobera y la válvula, rasquetas de latón para limpiar los conductos internos en la tobera y un sujetador para el alambre delgado de acero para limpiar los orificios de atomización en el extremo de la tobera. En la figura 21.4 se ilustra un tipo de equipo y en la figura 2.1.5 el método para utilizarlo.

Examínese si la tobera tiene carbón y compruébese si la válvula de aguja sale con facilidad de la tobera. Compruébese que la tobera no esté dañada ni decolorada por sobrecalentamiento; luego, efectúese lo siguiente (Fig. 21.5): \a) Con el cepillo de alambre de latón limpíese todo

el carbón del exterior de la tobera.

SERVICIO A LOS INYECTORES 45

Fig. 21.3 Componentes del inyector: 1 tuerca de tapa,2 tuerca-de ajuste, 3 portatobera, 4 resorte y asiento, 5 vástago, 6 tobera, 7 válvula de aguja,. 8 tuerca de tobera, 9 conexión de retorno,10 inyector armado Leyland

b) Limpíense los canales pequeños de alimentación en la tobera con un tramo de alambre o con una broca, que se debe girar en el orificio..

Fig. 21.4 Equipo para limpieza de toberas Leyland

Fig. 21.5 Limpieza.de la tobera y la aguja; a) punta de la tobera, b) conducto para combustible, c) galería,d) extremo del rebajo, e) asiento de la aguja, f) orific ios de atomización, g) aguja,/?) instalación de la tobera en el portatobera ' Lucas-CAV

c) Para limpiar la galería de combustible, introdúz- • case Ja rasqueta especial para la ranura hasta que su “ nariz” entre en la galería. Oprímase la rasqueta con fuerza contra la galería y llágasela girar para sacar el carbón.

tf) Limpíese el carbón del Jado de bóveda de la tobera con la rasqueta adecuada; también hágase presión y gírese la rasqueta contra los lados de la cavidad.

e) Limpíese el asiento de la aguja con la rasqueta de configuración especial en la misma forma. Esta rasqueta es cónica, como Ja válvula de aguja, pero tiene un lado plano para poder rascar.

f ) Límpiense los agujeros de atomización con el alambre delgado del tamaño correcto, sujeto en la herramienta. El alambre sóJo debe sobresalir alrededor de 2 mm del extremo de la herramienta para que no se doble ni se rompa en un orificio de la tobera. Hay que introducir el alambre en el orificio con un ligero empuje y rotación hasta que el orificio esté limpio y el alambre pueda penetrar con libertad.

48 MECÁNICA PARA’ MOTORES DIESEL

Fig. 21.6 Probador de inyectores: 1 recipiente y filtro para combustible, 2 válvula de retención, 3 tornillo

• de purga de aire, .4 boniba de inyección,. .5-palanca manual, 6 manómetro, 7 tubo,

■ '■. 8 tornillo de ajuste de presión de inyector, •9 contratuerca • ■'

■ LucasC A V

g) Limpíese el carbón de la punta de la válvula de aguja con el cepillo de alambre.Después de limpiar el carbón de la tobera, se

debe lavar con combustible Diesel u otro líquido, limpiador aprobado y, después, de preferencia, se debe lavar a la inversa para eliminar cualesquiera partículas que queden en las cavidades de la tobera. Para ello, se coloca ésta en un adaptador y se monta en el probador de inyectores (Fig. 21.6). Se acciona con rapidez varias veces la palanca del probador para hacer pasar combustible a presión por la tobera en sentido inverso al normal.

La válvula de aguja se instala en la tobera con ésta sumergida en un recipiente con combustible limpio. La válvula debe tener suficiente holgura en la cavidad para que caiga a su lugar al levantarla de su asiento, con la tobera en posición vertical.

Limpieza del portatoberaTodas las piezas se deben lavar con Kerosene o combustible limpios y examinar si tienen daños. Los conductos y rebajos deben estar limpios. Se debe tener cuidado con la cara de presión que debe alinear con la cara de presión en la tobera para formar una unión hermética.

Para armarSe hace a la inversa de como se desarmó y se debe tener especial cuidado con la limpieza. Se monta el

portatobera en el dispositivo (Fig. 21.2) y se instala la tobera y la aguja y se sujeta con la tuerca de la tobera, esto se hace antes de colocar el resorte y comprimirlo contra la aguja, pues en otra forma será difícil determinar si las caras de presión están bien alineadas, porque en algunos portatoberas se utilizan espigas de guía.

Una vez instalada la tobera, se arman vástago, resorte, asiento, tuerca de ajuste y tuerca de tapa en la parte superior del inyector. Sin embargo habrá que quitar la tuerca de tapa durante el ajuste.

Pruebas de los inyectoresEn la figura 21.6 se ilustra un probador de inyectores. Para las pruebas y ajustes, se conecta el inyector en el tubo del probador y se comprueba el patrón de atomización. El probador consiste en una bomba que se acciona con una palanca manual y un manómetro que se puede desconectar con un volante'y una válvula de retención. También tiene un depósito para combustible y.un filtro. En este probador se utilizan el combustible o un liquidó especial para pruebas.

Antes de hacer la pruebá, se cierra la válvula de retención para aislar y proteger el manómetro; después-se acciona la-palanca manual con rapidez- varias veces para.expulsar.el aire del sistema.Nota pura seguridad-. Hay qué apuntar la tobera lejos del operario cuando se acciona el probador; por ningún motivo el chorro de atomización debe llegar a las manos o el cuerpo, pues tiene gran fuerza de penetración y puede ocasionar lesiones serias.Se realizan las siguientes pruebas.

Graduación de la presiónSe quita la tuerca de tapa de-la parte superior del inyector y se gira la tuerca de ajuste del resorte para dar la presión especificada de apertura o disparo, por ejemplo, entre 160 y 170 atmósferas. Para ello se mueve la palanca del probador con lentitud hacia abajo y se observa el momento en que oscila la aguja del manómetro para indicar la apertura de la válvula de aguja.

Para ajustar la presión se aprieta la tuerca de ajuste del resorte para aumentarla o se afloja para disminuirla. Esto aumenta o reduce la fuerza del resorte que mantiene a la aguja contra su asiento.

Algunos inyectores tienen ajuste de presión con suplementos (lainas) en vez de la tuerca. Para graduar la presión, se modifica el espesor de los suplementos encima del resorte. Si se agregan suplementos se aumentan la fuerza del resorte y la graduación de la presión; si se quitan, se reduce la graduación de la presión del inyector.Caída de presiónSe aumenta la presión casi hasta la de inyección y se deja de accionar la palanca. Se observa el tiempo


Bueno Aceptable Malo

Fig. 21.7 Atomización cíe una tobera de un solo orificio, que indica atomización buena, aceptable y mala en los periodos: a) antes de que comience la inyección, b) durante Ia'inyección,

- c) después de que termine la inyección

requerido para que caiga la presión. Por ejemplo, una caída de i 50 a 100 atmósferas puede requerir 6

■segundos. Si la caída ocurre en menos tiempo, indica holgura excesiva entre la aguja y la tobera o una posible fuga entre la tobera y. el portatobera.

Hermetic idad del selloLa punta de la tobera debe permanecer casi seca -con una presión de unas 10 atmósferas; no existirá tendencia a la formación de una gota en la punta.

Patrón de atomizaciónCon la válvula de retención cerrada, se acciona con rapidez la palanca manual y se observa la atomización o pulverización. Se debe producir una atomización fina y uniforme. En 1a figura 21.7 se ilustran los patrones de atomización bueno, aceptable y malo en una tobera de un orificio.

Los diagramas del patrón de atomización de una tobera de cuatro orificios de la figura 21.8 señalan el modo en que una tobera en buenas condiciones produce un patrón uniforme. También se muestra la deformación debida a un orificio obstruido en forma total o parcial.

Lecturas del manómetroLas lecturas del manómetro se han expresado en atmósferas; una atmósfera es equivalente a la presión atmosférica al nivel del mar. También se puede

d)

Fig. 21.8 Diagramas del patrón de atomización de una tobera de cuatro orificios. Las flechas señalan la deformación: a) tobera buena, b) un orificio restringido, c) un orificio con restricción parcial produce deformación horizontal, d) deformación vertical C a t e r p il l a r

utilizar el término bar, que es también para medir presión atmosférica y tiene casi el mismo valor.

Cuando los manómetros están graduados en libras por pulgada cuadrada (psi); una atmósfera o un bar equivalente a unas 14.7 psi. En el sistema internacional (SI) equivale a 100 kPa.

48 MECANICA PARA MOTORES DIESEL

válvula de aguja

Fig. 21.9 Diferencia angular entre la aguja y el asiento en una tobera de orificios múltiples LucasCAV Fig. 21.10 Asentadores para válvula de aguja y asiento de

tobera LucasCAV

E l

Si las lecturas se van a expresar en atmósferas, éstas equivalen a unas 30 pulgadas o 750 mm de mercurio (Hg) • .

Pruebas de inyectores unitariosLos inyectores unitarios sé pueden limpiar casi en la misma forma que Ja descrita para los inyectores CAV y Bosh, pero se necesitan herramientas diferentes, como se describe en capítulos posteriores. Los métodos yaparatos para prueba son diferentes, pues en los inyectores unitarios hay que comprobar la función de bombeo (volumen) y Ia'cantidad y presión de inyección.

Reacondícionamiento de InyectoresLa agu ja y su asiento en la tobera son las dos piezas del inyector que s.ufren mayor desgaste durante el funcionamiento, pues se empuja la aguja en forma continua contra su asiento. Además, la aguja y la tobera están sometidas al calor de la cámara de combustión. Se desgastan y pican en forma gradual y pueden permitir fugas después de cierto tiempo de trabajo.

La tobera y su asiento en las toberas de orificios múltiples tienen diferentes ángulos (Fig. 21.9). Esto produce contacto lineal entre la aguja y su asiento. La zona de contacto entre las dos piezas aumenta en forma gradual con el desgaste y se pierde eí contacto lineal conforme se ensancha el asiento.

El reacondicionamiento de la tobera restaura los ángulos correctos en la punta de la aguja y en el asiento. Incluye asentar la aguja y el asiento con asentadores separados con los ángulos correctos. No hay que asentarlos al mismo tiempo, porque se

anularía el ajuste de interferencia y sólo se tendría un asiento más ancho.

Asentamiento de ia toberaLas herramientas asentadoras se ilustran en la figura21.10. El asentador para el asiento de la tobera es de acero con punta de hierro fundido..El asentador se monta en el collar de la máquina asentadora y se sostiene la tobera contra el asentador como se ilustra en la figura 21.11..

Durante el asentamiento, se aplica una pequeña cantidad de compuesto asentador.én la punta de la herramienta. Se mueve la boquilla con rapidez hacia el frente y atrás en el asentador, de modo que la punta de éste haga contacto con el asiento de la tobera, pero sólo unos cuantos segundos cada vez.

Se efectúan uno o dos asentamientos que duren unos 30 segundos cada uno; después, se limpia la

Fig. 21.11 Pulimento para restaurar el asiento en el extremo de la tobera LucasCAV


Fig. 21112 Rectificación dei asentador de asiento de tobera a su ángulo.correcto: 1 rueda abrasiva, 2 asentador de aguja, 3 bandas de impulsión de la rectificadora, 4 base del dispositivo al ángulo correcto

Lucas-CAV

tobera y se la favá a la inversa. Luego, se examina con el microscopio iluminador especial, de la marca “ N.Ozzle Scope” , que ilumina y amplifica la superficie del asiento. Si el acabado del asiento está correcto su superficie se verá limpia y continua.

Rectif icación del asentador de asientos Si el asentador de asientos de tobera está gastado, se puede rectificar en la máquina especial. En la figura21.12 se ilustra el asentador instalado en la máquina. Se sujeta con un dispositivo y se hace girar contra la rueda abrasiva. El ángulo del dispositivo se puede ajustar para rectificar al ángulo deseado.

Asentamiento de la agujaEl asentador de la aguja es de hierro fundido (Fig. 21.10). Hay asentadores de cobre para el acabado o para agujas en buenas condiciones. El ángulo del agujero cónico en el centro del asentador se puede rectificar por medio de una cuchilla especial.

Para asentar la aguja, se monta en el portabro- cas de un taladro de banco con el asentador en la placa de base del taladro (Fig. 21.13). Se aplica una pequeña cantidad de compuesto asentador en el extremo de la aguja. Se hace funcionare! taladro a unas 450 rpm y se mueve la aguja hacia arriba y abajo con rapidez de modo que haga contacto con el asentador unos 5 segundos cada vez. Se examina la aguja después de unos 30 segundos de asentar, luego de los cuales el extremo de la aguja debe estar libre de picaduras y desgaste.

Fig. 21.13 Asentamiento para restaurar el ánguloen el extremo de la aguja L u c a s C av

Asentamiento de tas toberas de agujaEstas toberas y sus agujas se asientan en la misma . forma que las toberas de orificios múltiples. Sin embargo, debido a su construcción, sólo se debe efectuar un asentamiento mínimo, porque puede, alterar la posición de la aguja y su alzadá en la tobera. ' '• ■

Caras de Sa toberaLas superficies planas de la tobera y el portatobera se pueden asentar a mano en una placa asentadora plana que tenga ranuras cruzadas delgadas para retener el compuesto asentador.

Se oprime con firmeza la superficie de la tobera o el portatobera contra la placa y se la mueve en forma de un “ 8” . Hay que asentar la.superficie antes de asentar el asiento de la tobera.

Aleada de ia agujaLa alzada de la aguja es importante porque se refleja en el funcionamiento del inyector. El asentamiento de la aguja y la tobera hará que la aguja quede a mayor profundidad y tenga más alzada.

La alzada de la aguja se puede comprobar con un micrómetro de carátula montado en un adaptador especial. Si es excesiva, se corrige con el asentamiento de las caras planas dé la tobera o el portatobera como se describió.

Limpieza y almacenamiento Después del asentamiento, hay que lavar todas las piezas con mucho cuidado y lavar la tobera a la inversa, para eliminar todos los residuos del compuesto asentador. Ya se puede armar para efectuar las pruebas y ajustes.


Tabla 21.1 Diagnóstico de dificultades zc- ios eyectores

D ificu ltad Causa probable Corrección

La válvula de aguja no zumba c j r a - \ s la inyección

/a .ula de aguja está muy apretada o nay fugas por el asiento de la válvula

Limpiar la tobera; si es necesario, reemplazar la tobera y la válvula

Presión de apertura (disparo ce la tobera, muy alta o muy ca.a

Tornillo de ajusteVálvula de aguja pegada o corroída Válvula de aguja pegada o sucia Orificios en la tobera, obstruidos

Ajustar a la presión especificada Reemplazar tobera y válvula Limpiar la tobera Limpiar la tobera

Presión en ¡a tobera muy baja Resorte de presión roto Reemplazar el resorte y ajustar la presión

Escumm enío en la tobera Fuga por la tobera por depósitos de carbón o válvula de aguja pegajosa.

Limpiar la tobera. Si persiste la deficiencia, reemplazar la tobera y la válvula

Atomización deformada Exceso de carbón en la punta de la válvula de aguja

Orificios de tobera parcialmente - obstruidos

Limpiar la tobera y la válvula

Limpia la tobera y la válvula

Caída excesiva de presión Válvula de aguja floja Cüerpos extraños entre las caras de la

tobera y el portatobera.Tuerca de tapa de tobera muy apretada

Reemplazar tobera y válvula

Limpiar tobera y portatobera Inspeccionar lascaras de uniómy

apretar la tuerca de tapa '

Decoloración dé la tobera Instalación, torsión de apriete o enfriamiento deficientes.

Reemplazar la tobera.y la válvula. Examinar el sistema de enfriamiento

Si se va a almacenar un inyector, hay que protegerlo en forma adecuada. Se deben poner los tapones especiales en todas las aberturas y todo el inyector se debe proteger contra el polvo y la humedad.

Diagnóstico de faifas de InyectoresEn la tabla 21.1 se presentan las fallas, causa probable y corrección de fallas de los inyectores.

Preguntas para repaso1. ¿Cómo se puede localizar un inyector deficiente

en el motor?2. Descríbase cómo se desmonta un inyector del

motor.3. ¿Qué precauciones se deben tomar con los tubos

al desmontar o instalar un inyector?4. ¿Qué equipo es necesario para el servicio a los

inyectores.5. Expliqúese cómo se puede limpiar un inyector.6. ¿Para qué se utiliza un probador de inyectores?7. Expliqúese cómo se puede ajustar la gradua

ción de presión de un inyector.

8. ¿Qué significan atmósfera y bar?9. ¿Cuál es la finalidad del reacondicionamiento

de las toberas?10. Expliqúese cómo se reacondiciona una válvula

de aguja.11. ¿Cómo se limpian los orificios en una tobera de

orificios múltiples?12. ¿Por qué se debe tener mucho cuidado de man

tener las manos y otras partes del cuerpo alejadas de la atomización del inyector?

Las bombas de inyección en línea tienen cierto número de elementos de bombeo montados en línea dentro del cuerpo de la bomba. Se utiliza un elemento de bombeo para cada cilindro del motor. A veces, a esta bomba se le llama de descarga. Kn un

Bombas de inyección en línea

motor de un solo cilindro, se utiliza un elemento de bombeo y no se llama bomba en línea (Fig. 22.11).

En la figura 22.1 se ilustra un ejemplo de una bomba en línea básica. Consta de cuatro elementos de bombeo, uno para cada cilindro, accionados por

Fig. 22.1 Bomba básica de inyección en línea: 1 barril, 2 émbolo, 3 levantador, 4 leva, 5 galería para combustible, 6 cámara para el émbolo, 7 orificio de entrada, 8 válvula de entrada, A acoplamiento de impulsión,B varilla de control


levas del árbol de levas de la bomba. La bomba envía el combustible a los inyectores con una serie de descargas; por ello a veces se le llama así. Con el motor en marcha, ia bomba funciona como sigue:

1. El árbol de levas 4) de la bomba está conectado a un eje que sale de los engranes de sincronización mediante un acoplamiento A) que permite sincronizar (poner a tiempo) la bomba con el motor. En un motor de cuatro tiempos, la bomba girará a la mitad de la velocidad del motor.

2. Cuando gira e árbol de levas, una de las levas 4) eleva el seguidor de leva 3) que, a su vez, eleva eí émbolo 2) en el barril 1) de la bomba.

3. El combustible enviado por ia bomba elevadora llega a la galería 5). El émbolo está en la parte inferior de su carrera- y ha dejado abierto el orificio 7) de entrada y el combustible de la galería entra a la cámara de bombeo 6) encima del émbolo.

4. La rotación del árbol de levas hace, subir el émbolo en su barril. Esto, primero, cierra el orificio de entrada en un lado del barril y luego envía el combustible por la válvula de entrega 8)-en la parte superior de la bomba hasta el inyector, que lo atomiza en la cámara de'com-

. bustión. ’ ' ■Según continúa-la rotación del árbofde levas, el émb.olo termina.'su carrera ascendente y luego- baja por la acción de su resorte que mantiene ai- seguidor de leva o levantador de rodillo contra la leva.Las piezas de la bomba descritas se relacionan con el cilindro No. 1. Los otros tres elementos funcionan de un modo similar y están “ {'aseados ” de modo que un elemento funcione cada 90° de rotación del árbol de levas en una bomba de cuatro elementos.

7. La cantidad de combustible que entrega la bomba se puede variar mediante la varilla de control B), la cual se puede mover hacia dentro y fuera para tal propósito. Con el control de la cantidad de combustible se regulan la velocidad y potencia del motor. Cuando la varilla está totalmente hacia dentro, se entrega máximo combustible para producir máxima potencia. Cuando se mueve la varilla del todo hacia fuera, se corta el combustible a los inyectores y se para el motor.

Acción de ia bomba e inyectoresSe ha mencionado que la bomba elevadora envía combustible a baja presión a la bomba de inyección y ésta, a su vez, entrega una pequeña cantidad de combustible a alta presión a cada inyector en el orden de encendido del motor, lo cual se realiza debido a que la rotación del árbol de levas de la bomba empuja al émbolo hacia arriba en su barril. Sin embargo, antes de describir con más detalle el funcionamiento de la bomba de inyección, se hará

un breve comentario de la acción del inyector con relación a la bomba.

El inyector se monta en la culata de cilindros y la punta de la tobera sobresale en la cámara de combustión. La tobera tiene uno o más orificios pequeños por los cuales pasa a presión la carga de combustible hacia la cámara de combustión. Esto ocurre cada vez que el émbolo de la bomba se mueve hacia arriba. El inyector tiene una válvula de aguja bajo carga de resorte, que es accionada por el combustible que viene del émbolo de la bomba. Cuando la presión dentro del inyector es suficientemente alta, la válvula recibe la presión y abre y se atomiza la carga de combustible por los orificios de la tobera.

Por tanto, cuando el émbolo de la bomba se mueve hacia arriba, ocasiona un aumento inicial en la presión en el tubo de combustible y en el inyector. Cuando se llega a la presión de inyección y se abre la válvula de aguja de! inyector, se atomiza la carga de combustible a alta presión por los orificios de- la tobera hacia la cámara de combustión.

Control dei combustible para e! motorLa velocidad y la potencia del motor se controlan sólo con la cantidad de combustible inyectado en la cámara de combustión! Por tanto, es necesario controlar-la-cantidad de combustible que entrega el émbolo de la bomba al inyector:

El émbolo tiene carrera de longitud constante, o sea que se mueve la misma distancia cada vez que lo. hace subir la leva. Además, siempre inicia su carrera en el mismo lugar, lo cual, también, se determina con la leva. Entonces, un elemento de bomba sin ningún control entregaría la misma cantidad de combustible con cada carrera del émbolo.

conducto de retorno

Fig. 22.2 Elemento, barril y émbolo de bombaLucas-CAV

BOM BAS DE INYECCION EN LINEA 53

Para controlar Ja cantidad de combustible entregada por la bomba, se giran los émbolos en sus barriles para modificar su carrera efectiva. En la figura 22.2 se ilustran un barril y su émbolo; éste tiene un ajuste muy preciso en el barril, con holguras de alrededor de 0.002 a 0.003 mm (2 a 3 mieras). Esto pone de relieve la necesidad de combustible limpio y de filtros adecuados. El combustible en el cual funcionan las piezas sirve para lubricarlas.

El barril se monta en el cuerpo de la bomba de modo que los dos orificios opuestos en la parte superior del barril reciban combustible desde un conducto o galería en la bomba. Uno de los orificios es el de entrada y el otro de retorno o derrama. El extremo-superior del émbolo tiene una ranura inclinada o hélice (la ranura de retorno, Fig. 22.2) conectada con la parte superior del émbolo por un orificio (orificio de retorno) o, en algunos casos, por una ranura. El extremo inferior del émbolo tiene una palanca para poder girarlo en su barril.

Se mencionó que el émbolo tiene carrera de longitud constante. El bombeo empieza siempre eri el mismo lugar en la carrera, que es aquél en e! cual el émbolo cierra el orificio de entrada. Estos dos factores nó se pueden variar, pero sí el lugar en que cesa la inyección, mediante la rotación del émbolo en su barril.' • - .. .

E l bombeo empieza cuando la parie superior del émbolo cubre los orificios de entrada y retorno y cesa cuando el borde superior de la ran ura o hélice de retorno descubre el orificio de retorno. Esto permite que el combustible á filia presión que está encima del émbolo baje por el orificio (o en'algunos casos por una ranura) en la hélice, salga por el orificio de retorno y vuelva a la galería de la bomba. Esto ocurre porque el combustible en la galería está a una presión-mucho más baja que el que está encima del émbolo.

Carrera efectiva de ia bombaEn la figura 22.3 se ilustra el émbolo de la bomba en diversas posiciones para entrega.

a) El émbolo está en la parte inferior de su carrera \ la palanca está en la posición para entrega cc máximo combustible; éste penetra por ambos orificios en el barril.

b) El émbolo ha subido ligeramente y su parte superior cierra ambos orificios en el barril. La inyección está a punto de comenzar. Conforme sigue subiendo el émbolo, aplica presión al combustible que hay encima de él para descargarlo por la válvula de entrega y el tubo hasta el inyector.

c) El émbolo está en la parte más alta de su carrera efectiva y ha concluido la inyección. El borde superior de la hélice acaba de descubrir el orificio de retorno para que el combustible que hay encima del émbolo retorne a la galería.

(!) El .émbolo ha girado hacia la derecha con respecto a su posición en a), b) y c)\ con ello se ha reducido la longitud de su carrera efectiva. Esto se debe a la forma de la hélice que ha descubierto el orificio de retorno más pronto que en la posición anterior, con lo que se reduce la cantidad de eomhustible enviada por el émbolo al inyector. La posición d) es más o menos para media carga.

e) La palanca .del émbolo ha girado todavía más a la derecha a la posición de marcha mínima (maí-

. cha en vacío o “ ra-lentí” ). Ahora el émbolo bom.- beará muy poco combustible porque la hélice descubrirá el orificio de retorno después de un movimiento muy corto del émbolo.

f) Para efectuar el paro del motor se corta el combustible para el inyector. Esto se logra al girar la

. palanca todavía'más hacia la derecha, a una posición en la cual la parte superior del émbolo cierra ambos orificios y la hélice descubre el orificio de retorno. Con esto todo el combustible retorna a la galería y, al no haber bombeo, no hay inyección.Se debe recordar que en todas las posiciones a),

hasta/) el émbolo se mueve a toda la longitud de su carrera y que la carrera efectiva es la que solamente se puede modificar al girar el émbolo en su barril

Fig. 22.3 Barril y émbolo de bomba. Se ilustra cómo se puede girar el émbolo para variar la longitud efectiva de la carrera desde máxima entrega de combustible a) pasando por b) y c) hasta llegar a corte de combustible f) Lucas-CAV


Fig. 22.4 Sección de la bomba de inyección. Se muestra la forma en que la varilla y la

• ' horquilla de control accionan la palanca de la horquilla para girar los émbolos de bombeo y contro lar la entrega de com bustible

Lucas-CAV

para cambiar la posición de la hélice en relación con el orificio de retorno."

Varilla de" con tro l •

La. varilla de control hace girar los émbolos para' variar la cantidad de combustible inyectado. Las horquillas de control, montadas en la varilla, acoplan con las palancas en el extremo inferior de los émbolos (Fig. 22.4). La varilla de control se puede deslizar dentro de la- cubierta de la bomba y al moverla a derecha o izquierda hará girar los émbolos para variar la cantidad de combustible para.los inyectores.

Cremallera de controlEn algunas bombas de inyección, una varilla de control dentada, llamada cremallera, acopla con un

sector de engrane en cada elemento de bombeo. El movimiento de la cremallera hace girar el émbolo en su barril para modificar la carrera efectiva de bombeo como se ilustra en la figura 22.5. Se muestra el émbolo en la posición de cero entrega (corte de combustible), entrega parcial y entrega máxima.

El sector o segmento de engrane no está montado en el émbolo sino sujeto por una abrazadera en un manguito que hace girar el sector cuando se mueve la cremallera. La rotación del manguito sé transfiere al émbolo por medio de ranuras en el manguito que coinciden con caras planas en el extremo inferior del émbolo. En la figura 22.6 se ilustra un elemento de bombeo de este tipo. El tornillo de la abrazadera del sector se puede aflojar para cambiar de lugar los sectores durante los ajustes de la. bomba. Los sectores se ajustan en sus manguitos de modo que cada elemento entregue la misma cantidad de combustible en cada carrera.

Válvula de entregaYa se describrió la válvula de entrega que está en la parte superior de la bomba encima del elemento de bombeo. El tubo para el inyector se conecta con éste en un extremo.y con la válvula de entrega en el otro.. El combustible que sale del elemento pasa por la válvula de entrega y el tubo hacia el.'inyector.

En la figura 22.7 se ilustra la válvula de entrega, que.está montada en una guía. Tiene una cara cónica que sella contra un asiento en la guía. La válvula también tiene una sección paralela que actúa como un pistón pequeño en lá cavidad en la guía. Antes de que el combustible pueda pasar por la válvula de entrega, hay que levantarla lo suficiente de su asiento para que el pistón salga de la cavidad en la guía. .La parte inferior ranurada de la válvula permanece en la guía para conservar su.posición.

Funciones de la válvula de entrega1. Actúa como válvula de retención (antirretor-

no) cuando el émbolo se mueve hacia abajo en

Fig. 22.5 Cremallera de contro l de la entrega de combustible: a) cero entrega, b) entrega parcial, c) entregamáxima Bosch

BOM BAS DE INYECCION EN LINEA 55

la carrera de admisión. El combustible que hay en el tubo y en el inyector no puede retornar al espacio para bombeo encima dei émbolo.

2. Retiene el combustible en el tubo y en el inyector a baja presión. Esto ayuda al aumento rápido de la presión en los mismos cuando el émbolo está en su carrera ascendente, con lo que se tiene mejor funcionamiento de inyección.

3. Produce una caída brusca en la presión del combustible en el inyector al final del periodo de inyección. Esta caída brusca hace que la válvula de aguja del inyector se cierre con rapidez y corte al instante el paso de combustible a la tobera, de manera que se corta la inyección sin que haya escurrimiento.

válvula

Fig. 22.7 Válvula de entrega Lucas-CAV

Caída de presiónLa presión del combustible cae al final de la-carrera efectiva del émbolo. Por tanto, la válvula de entre.-

.ga cierra con rapidez por la acción de su resorte y de la alta presión que todavía hay en el. inyector y en

. el tubo.- La acción de la válvula al cerrar hace que su pistón pequeño se mueva hacia abajo en su cavidad. Con ello aumenta el volumen en el tubo, en el inyector y en la válvula de entrega. El aumento en el volumen produce una caída correspondiente en la presión que hace que la válvula de aguja cierre con rapidez y corte por completo la atomización.

Sincronización (tiempo) de la inyección 'La mayor parte de las bombas de inyección tienen sincronización fija; la inyección comienza en el mismo momento sin que importe la velocidad del motor. Esta es una característica de los elementos de las bombas en línea, en las cuales la carrera de bombeo empieza en un punto constante y termina en otro variable del ciclo.

Cuando aumenta la velocidad del motor hay una demora en el encendido o inflamación. Se requiere más o menos el mismo tiempo para inyectar la carga y que se inflame en alta que en baja velocidad, pero a alta velocidad el cigüeñal girará a más revoluciones y eí pistón se moverá con mucha más rapidez en el cilindro. Por tanto, es deseable que la inyección comience antes (adelanto) a alta velocidad para contrarrestar el efecto de la demora.

En los motores de baja velocidad o en los que trabajan a velocidad casi constante, la inyección en un punto fijo es satisfactoria. Ei fabricante especifica una sincronización particular para el motor (cierto número de grados antes del PMS), adecuada para alta y baja velocidad, pero que quizá no sea óptima para ninguna de ellas. Esta sincronización (tiempo) es un término medio; si la inyección ocurre dema-

Fig. 22.6 Sección de una bomba de inyección con cremallera y sector de engráne .de control:1 retén de válvula de entrega, 2 resorte de válvula de entrega 3 válvula de entrega,4 barril, 5 galería de combustible, 6 cubierta' de la bomba, 7 sector de engrane, 8 émbolo,9 cremallera de control, 10 manguito de control, 11 resorte, 12 levantador,13 árbol de levas de la bomba D ieselK ik

reductor de volumen

resorte de

cara de la válvula

sección de pistón

ranura


1 ? 3 4 5 6

Fig. 22.8 Acoplamiento para avance automático: 1 cubo de impulsión, 2 correderas, 3 pasador, 4 contrapesos, 5 resorte,6 sello, 7 brida impulsada, 8 tapa' ' Lucas-CAV

siado pronto (adelanto) será difícil el arranque del motor y estará- ruidoso en. baja 'velocidad. Si la inyección ocurre demasiado tardé (retardada) a alta velocidad, no se logra un buen rendimiento del motor. .

Para lograr un mejor rendimiento, en los motores Diesel de mediana velocidad se requiere un avance de la sincronización (tiempo) de la inyección de unos 6o, mientras que en los motores pequeños de alta velocidad se pueden requerir 12° de avance,

lo cuahse puede lograr con.un mecanismo-para avance automático. .. . .

Acoplamiento para avance automáticoEn ¡as bombas de inyección en línea se puede instalar un acoplamiento para avance automático en el extremo delantero del árbol de'levas de la misma, en lugar del acoplamiento normal para impulsión. Además de.transmitir la impulsión a la bomba, sirve

Fig. 22.8 Mecanismo de avance centrífugo: a) parado, b) alta velocidad, 1 cubo de impulsión, 2 brida impulsada, 3 contrapesos, 4 resorte

LucasC av

para avanzar la inyección cuando aumenta su velocidad de rotación.

En su forma más sencilla, el acoplamiento para avance automático es un copie dividido, con sus partes delantera y trasera conectadas por un mecanismo de avance centrífugo. En éste hay contrapesos que se mueven hacia fuera por la fuerza centrífuga cuando se hace girar el acopiamiento y, con ello, hacen que la parte trasera del acoplamiento gire ligeramente en relación con la delantera, con lo cual se avanza la sincronización de la bomba de inyección.

En la figura 22.8 se ilustran los componentes de un acoplamiento para avance automático. De izquierda (frente) a derecha son: cubo 1) de. impulsión, contrapesos del avance centrífugo 4), brida impulsada 7) y tapa 8). Cuando está armado, las ranuras en ángulo de la cara delantera de los contrapesos se acoplan contra las correderas 2) que están sujetas en el cubo 1) de impulsión. La brida impulsada 7) acopla en rebajos'en la cara trasera de los contrapesos. Todos quedan alojados por la tapa 8) que sirve para mantener los componentes en su lugar entre el cubo de impulsión y la brida impulsa-: da. La impulsión del cubo a la brida se transmite

.con los contrapesos.En la figura 22.9 se ilustra el funcionamiento del

mecanismo de avance centrífugo. En a) el motor■ estaría parado o a baja velocidad y con los contrapesos 3) retenidos por sus resortes. En b) el motor funciona a-alta velocidad y la fuerza centrífuga ha

BOM BAS DE INYECCION EN LINEA

a) fa)

Fig. 22.11 Bomba de inyección: a) émbolo sencillo,b) émbolo doble Bosch

separado los contrapesos. El movimiento de las correderas en las ranuras en ángulo de los contrapesos ha hecho girar la brida 2) en relación con él cubol) y se tiene avance de la inyección.

La bomba de. inyección que se ilustra en la figura 23.13 tiene acoplamiento para avance automático.

Características de la bomba de inyección en líneaAunque todas estas bombas funcionan con los mismos principios, varían en la forma, el tamaño y el método de montaje en el motor.

Fig. 22.10 Bomba de inyección en línea para un motor de seis cilindros: 1 palanca de control conectada con el pedal del acelerador, 2 tope de marcha mínima, 3 gobernador, 4 tope de máxima velocidad, 5 bomba elevadora del tipo de émbolo, 6 acoplamiento para avance automático Bosch

58 M ECÁNICA PARA MOTORES D;ESE_

En la figura 22.10 se ilustra una bomba de inyección para un motor de seis cilindros. Se ha cortado una parte de la cubierta para mostrar la construcción interna y se pueden ver detalles del árbol de levas, seguidores de levas y elementos de bombeo. La bomba tiene palanca 1) de control mecánico (palanca del acelerador), bomba elevadora y acopiamiento 6) para avance automático. Está atornillada a soportes en el motor que van en los barrenos que hay en la parte inferior de la cubierta.

La bomba de inyección de la figura 23.8 es para un motor de cuatro cilindros y tiene acoplamiento para avance automático. Además, tiene bomba elevadora de diafragma montada en un lado de su cubierta.- La bomba de inyección tiene una brida delantera para montarla en- la parte trasera de la caja de engranes de sincronización.

Bombas de émbolo sencillo y dobleEn la figura 22.11a) se ilustra una bomba de un émbolo para un motor de un cilindro; en b) se

muestra una de doble émbolo para un motor de d cilindros. Se montan con brida, por lo gene i'.. directamente en el bloque y son accionadas per ur.¿ leva o excéntrico del árbol de levas del motor. .A contrario de las bombas en línea, las de émbr.j sencillo y doble no tienen árbol de levas; ei fabricante del motor y no el de la bomba incluye una Ir. _ para accionar la bomba.

En algunos motores de cilindros múltiples, er. especial en los muy grandes, se utiliza cierto número de bombas de un solo elemento, una para cad_ cilindro. En este caso, el fabricante del motor r: - vee una caja de levas con árbol de levas e impuis: ~ de su propio diseño e instala bombas de un - elemento suministradas por el fabricante de ésidí. Las varillas de control de la bomba se extienden .. ambos lados de los elementos y se pueden acoplar entre sí y conectarlas al gobernador con un conir común. Cada bomba de inyección se debe srncrc n - zar o ja sea r con las demás, para que la inyeccic ocurra al mismo número de grados antes del PMS.

Preguntas para repaso1. ¿Qué'es una bomba de inyección en línea?2. ¿Por qué se la llama a veces ‘“ de descarga” ?3. Enumérense las partes principales de una bom

ba en línea.4. Descríbase el funcionamiento de un émbolo en

su barril.5. Menciónense cuáles son los orificios en el barril..6. ¿Cómo se controla la cantidad de combustible

para los inyectores?7. ¿Qué significa la carrera efectiva de ia bomba?8. ¿Cuál es la finalidad de la hélice?9. Se utilizan dos sistemas diferentes para hacer

girar-los émbolos en los barriles. ¿Cuáles se n10. ¿Dónde está colocada la válvula de entreg_11. ¿Qué funciones desempeña la válvula de entrega12. ¿Por qué se utiliza un mecanismo de a1-. a::.:;

automático de la sincronización en algunos-:” toros?

13. Expliqúese brevemente cómo funciona un mecanismo dé avance automático.

14. Enumérense a) las piezas externas principaiesb) las piezas internas de la bomba de inyeccic r. de la figura 22.10

Servicio a las bombas de inyección en línea

1B|~ I I

á sitó

Desmontar y reemplazar las bombas de inyecciónLas bombas pueden estar montadas en un soporte sujeto al bloque de cilindros mediante tornillos en la base de la bomba. En otros casos, pueden tener una brida en la. parte delantera que se atornilla en una brida en la parte posterior de la caja de en-

■ granes de sincronización. Para desmontar la born- •ba,.se desconectan los varillajes de control, el tubo de combustible, todos los tubos de inyectores y el tubo de retorno (si hay) v se desatornilla del motor. Hay que tener cuidado de que no entre mugre a la bomba. Antes de desmontarla, hay que localizar las marcas de sincronización pues se necesitarán al instalar la bomba.

No se' debe tratar de reparar o desarmar una bomba de inyección si no se cuenta con todo el equipo especial, que no hay eri todos los talleres. Ésto no es trabajo normal de talleres no especializados.

Instalación y sincronización de.las bombas de inyecciónAntes de instalar ia bomba de inyección hay que preparar el motor para la sincronización correcta de inyección. Todos los motores tienen una marca de sincronización, que puede estar en el volante y se observa por un agujero o tapa de acceso, o puede estar en la polea del cigüeñal.

Hay que girar el cigüeñal para alinear la marca de sincronización, con el pistón No, 1 en la carrera de compresión. Este es el punto en que debe comenzar la inyección. Por ejemplo, en un determinado motor podría ser 20° antes del PMS.

También hay que preparar la bomba al montarla en el motor; hay que ajustarla a la posición en donde apenas empieza a enviar combustible ai inyector del cilindro No. 1. En muchas bombas, esta posición se localiza con una marca de sincroniza-

Fig. 23.1. La marca de sincronización en la brida deacoplamiento de la bomba y un puntero en la bomba permiten graduarla para el punto de inyección

L eyland

ción y una flecha y marcador o puntero en la bomba, como se ilustra en la figura 23.1.

Con el motor y la bomba en las posiciones correctas para la inyección, se monta ia bomba en el motor, se comprueba la posición de las marcas y se ajusta si es necesario. En la figura 23.2 se ilustra un acoplamiento ajustable. Ei cubo impulsor l) está conectado al eje auxiliar de impulsión que sale de los engranes de sincronización. La brida impulsada 2) se monta en el árbol de levas de la bomba de inyección. El cubo 3) se puede ajustar en relación con ei acompiamiento; para ello, se aflojan los tornillos de sujeción y se lo mueve en los agujeros ranura dos.

Antes de comprobar y ajustarla sincronización, hay que hacer girar el cigüeñal en su sentido de rotación normal. Con esto se eliminará cualquier

6 0

Fig. 23.2 Acoplamiento ajustable para bomba deinyección: 1 elemento impulsor, 2 elemento impulsado montado en la bomba, 3 impulsor

Bosch

juego muerto en el mecanismo entre el cigüeñal y la bomba de inyección.

Se describió antes el procedimiento general para sincronizar las bombas de inyección en línea, pero varía para los diferentes tipos de motores y de bombas. La sincronización en los motores Caterpillar, en inyectores unitarios y en las bombas de distribuidor se describe en capítulos separados, más adelante. ' .

Marcas 'de sincronizaciónHn casi todos los motores hay dos juegos diferentes de marcas para sincronización de la inyección:

í . Marcas de sincronización en el motor; en la polea del cigüeñal u otro componen rotatorio que indican cuándo debe comenzar la inyección, es decir, grados-antes del PMS.

2. Marcas de sincronización en la bomba; marcas en la bomba de inyección para indicar el momento preciso en que el elemento de bombeo empieza la entrega de combustible al inyector.

Cuando ambos grupos de marcas están alineados correctamente, la bomba empez

motores diesel

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