Cuando no están... n algunos casos, las marcas de referencia no están presentes. Puede suceder, además de cuando se

montan ciertos kits de árboles de levas vigorosos y poleas o ruedas dentadas especiales (el compás es todavía nece­sario), que los constructores prevean que, para el correcto

posicionamiento de ciertos componentes, se tengan que utilizar las cotas adecuadas, que ellos mismos establecen con utensilios especiales. Hacer las marcas de referencia no resulta generalmente difícil, pero es necesario tener las pautas... Otras veces se utilizan señas de referencia que no son fáciles de identificar como tales. Por ejemplo, mientras muchos fabricantes estampan en pequeño las siglas TOP

(o en algunos casos Oben o Alto) en los segmentos,

MARCAS DE PINTURA

LA EXTREMIDAD CON LAS ESPIRAS MÁs COMPRIMIDAS SE APOYA EN LA CULATA

otros optan por orientarse simplemente gracias a la letra presente en una de las dos superficies de contacto con las cavidades. Ciertas juntas no se pueden montar si no es en una determinada dirección, debido a una leve asimetría (por ejemplo, en la dis­posición del orificio de un par de tornillos). En otros casos, la cosa es todavía menos evidente y es necesario asegurarse de que copie cuidadosamente toda la super­ficie y todos los márgenes de los huecos y de las diferentes canalizaciones de aceite yagua. En cuanto a los muelles de las válvulas, muy a menudo tienen una dirección de monta­je, que no viene indicada, ya que todo buen mecá­nico debería saber identi­ficarla inmediatamente: la parte con las espiras más comprimidas (son muelles

con una separación variable) debe estar apoyada en la culata.

ORIFICIO PARA PONER APUNTO LOS ÁRBOLES DE LEVAS

Andar sobre se uro n general, en lo que respecta a los pistones, se hacen marcas de referencia en los huecos

que se corresponden con los asientos de las válvulas; las del lado de la admisión son más

grandes y están orientadas al lado opuesto de las de escape. Facilísimo, pero ¿sí la cabeza es plana y los rebajes de las válvulas no están? Se podria pensar que, en tal caso, el pistón no tienen dirección de montaje, pero casi nunca es así: en efecto, hay un sen­

tido obligatorio. El hecho es que en muchos pistones los agujeros para el bulón están des­

alineados (en otras palabras, su eje geométrico no está situado sobre el plano medio del pistón). Normalmente, los fabricantes estampan sobre la cabeza de estos componentes las marcas de referencia adecuadas. A menudo se trata de una pequeña flecha o de un triángulo, que tiene que apuntar en una dirección determinada (por ejemplo, hacia el lado de la distribución o hacia el lado del escape). Otras veces puede ser una pequeña inscripción "IN", que tiene que ser

colocada hacia el lado de la admisión.

ESTA FLECHA ESTÁ ORIENTADA HACIA EL LADO DE ESCAPE

Casos es eciales Aveces, también los componentes más insospecha­

dos tienen una dirección de montaje. Por ejemplo, los rotores de la bomba de aceite tienen que volverse a montar en la misma dirección en la que estaban antes del desmontaje. Para evitar las posibles confusiones, los mismos fabricantes acostumbran a señalizarlo. Muy evidente es el sentido de montaje de los retenes: la parte abierta del cuerpo anular, donde se encuentra el muelle, tiene que estar orientada hacia el interior. es decir, hacia el fluido del cual se quiere evitar la fuga. Menos obvio es el sentido en el que tienen que colocar­se los anillos Seeger en la instalación de sus ranuras. Estos anillos tienen, en general, un margen ligeramente redondeado y el otro esquinado. Este último tiene que ser colocado en la dirección opuesta a aquella de la cual puede llegar un empuje axial. Típico es el caso de los anillos que vinculan los engranajes a sus árboles. Todavía menos evidente puede ser la dirección de montaje de ciertos cojinetes. Los radiales en general pueden montarse indiferentemente en ambos sentidos, pero en ciertos casos puede ser a contacto oblicuo (axiales) o con fuerte relleno, con un hueco para la intro­ducción de la esfera entre los anillos, y en tal caso es absolutamente vital colo­carlos de manera correcta, disponiéndolos en el sentido justo.

AGUJERO PARA EL ACerrE>,

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22

Donde salta la chis a... .. ambién la posición de la bujía tiene una notable importancia, especialmente para los motores de

dos válvulas, en los cuales, en general, no es posible colocarla centralmente. Es mejor que esté más cerca de la válvula de admisión que de la zona más caliente de la cámara, donde es más fácil que se produzca la detona­ción. Si hubiera bastante espacio, podría suponer una ventaja contar con dos bujías por cilindro. Esta solución permite reducir el adelantamiento del encendido y bajar la temperatura de componentes críticos, como la cabeza del pistón y la válvula de escape. Y, por lo tanto, al menos teóricamente, debería permitir una relación de compresión un poco más elevada.

En los motores de cuatro válvulas, la bujía está en la posición ideal, que es precisamente en el centro. Si se montan dos bujías en los extremos opuestos de la cámara (en otra posición es prácticamente imposible), el recorrido de las dos chispas es prácticamente análogo al de la única chispa que parte de la bujía colocada cen­tralmente. Por lo tanto, no parece que sea posible ganar

Por lo tanto, ¿qué ha ue hacer?

Para poder aumentar la relación de compresión (y la potencia) sin que

se produzca la detonación y utilizando el mismo carburante, hay que reducir la exi­gencia octánica por parte del motor. Los puntos sobre los cuales hay que intervenir son más de uno. Para empezar, la cámara de combustión tiene que estar liberada de todo aquello que empeore la forma, tal vez teniendo en cuenta también la cabeza de los pistones. Es importante intervenir en el squish, disminuyendo la altura de las zonas que lo generan, pero sin pasar por debajo de un determinado valor mínimo de seguridad (del orden de 1,2 mm, para la mayoría de los motores de automóvil). Como hemos visto, es posible intervenir sobre la extensión y la disposi­ción de las áreas de squish. En cuanto a la alimentación, se imponen mezclas ricas (con una relación aire-gasolina del orden de 12,5-13:1, generalmente). La fase de encendido se revisa para optimizarla para fines prestacionales. Si fuese posible, especialmente si el diámetro es conside­rable, la adopción del doble encendido puede ser muy ventajosa en los motores de dos válvulas.

La im ortancia de las ·untas Las juntas son de un solo uso. Son excepciones sólo las

de la tapa de la culata (con frecuencia) y, en algunos casos, ciertos O-ringo Para los motores elaborados no hay excepciones. Todas tienen que ser sustituidas, incluidos los O-ring más ínocentes y aparentemente más íntegros,

así como todas las arandelas de cobre, aluminio O

fibra (o sea, que se tiene que asegurar el hermetismo ante cualquier líqui­

do). En ciertos casos, los preparadores

eliminan las juntas, sustituyéndolas por una capa de compuesto de aceite. Todo va bien si el compuesto es realmente del tipo adecuado y si las superficies están en condiciones perfectas, es decir, si son absolutamente lisas y sin defectos e irregularidades, aunque sean mínimos. Pero no todas las juntas se pueden eliminar.

La junta de culata es la más importante de todo el motor y, por lo tanto, tiene que ser sustituida cada vez que se desmonta la culata. No puede ser suprimida, por ejemplo, la junta que con su espesor regula un juego axial. A esto hay que prestar mucha atención sobre todo cuando se tiene que hacer con la caja de cambios.

LA JUNTA DE LA aJLATA TIENE UN SENTIDO DE MONTAJE

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Estar en nlovimiento Apenas ha terminado el

montaje (cosa que, muy a menudo, por motivos no del todo claros, ocurre después de las dos de la noche), el primer impulso es el de poner en mar­cha el motor. Cabe decir que si la preparación es importante, también al montaje del árbol de levas hay que prestarle la atención necesaria. Es fun­damental que el motor no gire al ralentí. Hay que ponerlo en marcha y enseguida mantener­lo a un cierto régimen, situado, generalmente, entre las 2.000 y las 2.500 rpm, durante algu­nos minutos. Varios fabrican­tes de árboles de levas espe­ciales describen con detalle el proceso a seguir, después del montaje de sus produc­tos. Por ejemplo, una notable empresa del sector, para sus árboles de levas de carrera prescribe que hay que hacer girar el motor durante 15-30 minutos, manteniéndolo a un régimen comprendido entre las 2.500 y las 3.000 rpm, de forma inmediata tras arrancar­lo por primera vez.

El motivo es que al ralentí, a parte del hecho de que el aceite circula poco y a una presión bastante baja, las levas empiezan a trabajar en condiciones no muy favora­bles. La fuerza de los muelles, de hecho, es máxima cuando éstos están más comprimidos, es decir, cuando la címa del excéntrico (la nariz) contacta con el taqué (o el balancín). Pero si el motor gira a un cier­to régimen, la situación mejo­ra, ya que el muelle está en realidad también trabajando contra la inercia del tándem válvula-taqué, ralentizándolo después de que éste ha sido disparado contra la máxima apertura de la primera parte del flanco de la leva. Esto hace que la presión de contacto, en la zona de la nariz, disminuya al crecer el régimen.

Tornillos maléficos

os de biela tienen que sustituirse siempre cuando se vuelve a montar un motor moderno de altas presta­

ciones, independientemente de si es elaborado u original. Pero no son los únicos que son de un solo uso. Todos

los de apriete angular se cambian. Se trata de los de la culata, pero

LOS TORNILLOS DE SON SIEMPRE CRíTICOS,1,

I 1

EN LOS MOTORES DE 1 ALTAS PRESTACIONES

30

ESTOS DOS TORNILLOS NO SE PUEDEN CONRJNDIR

a menudo también de aquellos que fijan los sombreretes de bancada. En los motores elaborados, estos últimos se sustituyen en cada caso, junto a los del volante motor. Antes de proceder a la instalación, hay que controlar escrupulosamente las recomendaciones del fabricante: ¿es necesario lubricar la rosca y tal vez también debajo

de la cabeza? Y, en caso afirmativo, ¿se tiene que utilizar aceite del motor u otro? En general,

los tornillos del volante se desmontan en seco. Los tornillos del colector de escape acostumbran a ser de un tipo especial y

no se confunden con otros: para evitar el riesgo de engranaje, su rosca pue­

de ser untada con pasta de cobre, específica para las altas tempe­raturas. Por último, ciertos torni­llos se agujerean axialmente, ya que en su interior tiene que pasar aceite. Hay que prestar atención a

este punto y no modificar nunca las dimensiones de su agujero.

uitarlolAhora Aveces el bulón, también si es de tipo

flotante, se resiste a salir del pis­tón con buenas formas. En teoría, en la

mayor parte de los casos se tendría que poder poner y quitar con \a mano (pero, puesto vertical­mente y lubricado, no tendría

que caerse bajo la acción de su peso mismo). Si esto no sucede así, no utilices un martillo. Lo primero que hay

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1,

que hacer es asegurase de que no sean las rebabas metálicas que se corresponden con los márgenes de los huecos para los anillos elásticos de retención, y, por lo tan­to, utilizar unas herramientas adecuadas, específicamente estudiadas para este tipo de utilización. En venta hay de diferentes tipos. Los más comunes prevén una plan­cha circular metálica, con un agujero en el centro, que abraza el pistón, y que lleva un largo tornillo de extracción. Con los pisto­nes que están dotados de una falda en H, en general, es mejor utilizar una herramien­ta constituida por un tubo de un espesor adecuado, una placa terminada en rosca y un tornillo largo. Después de introducir éste último a través del bulón, se le atornilla una tuerca con arandela. En este punto, basta girar el tornillo hacia atrás para obtener la extracción del bulÓn. El tubo se coloca en p.1 Axtp.rior elel alojamiento del lado opuesto a la tuerca (que, obviamente, no tiene que tener un diámetro superior al del bulón).

1

VARIANDO LA TENSiÓN DE ESTA CADENA CAMBIA EL POSICIONAMIENTO ANGULAR DE UN ÁRBOl DE LEVAS

Pa s motores modernos, por una parte, tienen ás prestaciones y, por otra, siempre son más

a orrativos en consumo. Fundamentalmente, 'A

EL epende de los coches a los que estén desti­ro adoso A menudo, el desarrollo de los sistemas

""': - - directa para los motores a gasolina ha estado ncipalmente por la exigencia de contener los

_- _ . Ningún detalle pasa desapercibido ante los esde los componentes más sencillos, de los

. :.=. ¡an optimizado la forma y las dimensiones para =:)8$0 en movimiento y contener las fricciones, a ":E tes, a los cuales se han añadido aditivos para

-~ ~"ar el deslizamiento y que actualmente están disponibles con índices de viscosidad elevadí­

simas. Se utilizan comúnmente multigrados con gradación SAE inferior a 10 en frío y

valores que alcanzan los 40 en caliente. Todo esto ha llevado a una dismi­nución de las mermas mecánicaS. ya ,que los

fijos por una película de aceite, encuentran una menor resistencia en su movimiento. Desde el punto de vista energético, también es importante alcanzar rápidamente la temperatura de régimen, y que los órganos y los dispo­sitivos accesorios absorban una menor potencia. Por esto, los retenes han sido objeto de una importante evolución en el transcurso de los años y actualmente oponen una resistencia al movimiento todavía más baja que la que oponían en el pasado (y, por lo tanto, determinan menores mermas mecánicas). De gran relevancia han sido también los progresos obtenidos en el campo de los segmentos de los pistones, que ahora, manteniendo la misma funciona­lidad, duración y eficiencia, registran menores problemas por rozamientos de los que se causaban hace pocos años. y se han desarrollado también las bombas de aceite de caudal variable en función de las exigencias efectivas del motor (todavía poco utilizadas a causa del coste), que con­tribuyen preoisamente a la reducción de los consumos.

Han gozado de una especial atenciól1 los componentes de la distribución, a los cuales destinamos estas pági­nas. para cuya realización hemos utilizado una serie de es léndidal3 Imágenes QOrtésmentept.Iestas a dtsposición

r-: a la vanguardia

La idea no es nueva

TAQUÉ HIORÁUUCOPROYEaO

DE1l911!

Los taqués hidráulicos están entre nosotros desde hace varias décadas.

Los primeros fueron utilizados en los inicios de los años 30 en Estados Uni­dos, en los vehículos Pierce-Arrow y en los autocarros producidos por General Motors. Pero habían sido ideados algún tiempo antes. Se cree que fue el gran técnico francés Amédée Bollee, quien en 1911 obtuvo una patente relativa a uno de ellos, que estaba dotado de un "rodi­llo" de contacto con la leva, destinado a los motores de válvulas laterales. Pero la propuesta no tenía un sentido práctico en Europa. Para que nosotros también pudiéramos ver los taqués hidráulicos

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ha sído necesario esperar algún tiempo, después de que, en los años cincuenta, ya la utilízaban en casi todos los motores automovilísticos americanos. En efecto, en el Viejo Continente los principales constructores han empezado a interesar­se por estos dispositivos después de que casi todos se pasaran a la distribución con uno o dos árboles de levas en culata, es decir, aproximadamente a mediados de los años setenta.

El principio de funcionamiento de los taqués hidráulicos es muy simple. Se basa en el hecho de que los líquidos no se pueden comprimir (al menos con la presión utilizada en nuestro sector). Por consiguiente, sólo es neceasario incorporar en el taqué un dispositivo telescópico (cilindro y pistón), capaz de expandirse (y, por lo tanto, de retomar la holgura), rellenándose de aceite a pre­sión cuando la válvula del motor esta cerrada, y de bloquearse como si se tratara de un sólido, cuando la vál­vula se abre por la acción de la leva (una válvula unidireccional impide, de hecho, la salida del líquido de la cámara de alta presión).

PATENTE DE BOLLE€. CON ACEITE INCORPORADO EN EL TAQUÉ

Controles

PASTILLA CALIBRADA ARRIBA

PASTILlA CALIBRADA BAJO EL TAQUÉ

FONDO CON EL ESPESOR CAUBRADO

os sistemas adoptados actualmente para esta­

blecer cuál es el juego que tiene que tener la válvula en los motores con distribu­ción a uno o dos árboles de levas en cabeza y con taqués son tres. El pri­mero prevé la utilización de una pastilla de regla­je calibrada de grandes dimensiones, colocada

encima de cada taqué. Si la holgura existente entre el

círculo de base de la leva y la pastilla es excesiva, basta con eliminar esta última e instalar otra con un espesor mayor (para obtener el juego previs­to). Al contrario, si la holgura es demasiado pequeña, la pastilla se sustituye por otra con un espesor menor. La operación (y aquí está el punto fuerte de este sis­tema de reglaje) puede realizarse sin tocar el árbol de levas, simple­mente utilizando una pinza y un pequeño destorn illador. El segundo sistema pre­

vé que la pastilla calibrada, de pequeñas dimensiones (y, por lo tanto, ligera), se colo­que debajo del taqué, es decir, entre él y la extremidad del pie de la válvula. En este caso, para efectuar la regulación, es

decir, para sustituir la pasti­lla, es necesario quitar el taqué de su alojamiento, lo que, a su vez, requiere sacar el árbol de levas. Esto hace que la opera­ción no sea ni simple ni rápida. En compensa­ción, este sistema de reglaje es más ade­cuado para motores

más veloces, ya que permite tener menos

masa móvil. El tercer sistema no prevé

pastilla, dado que es el fondo del taqué el que tiene el espe­sor calibrado. La regulación, por lo tanto, se efectúa susti­tuyendo el taqué.

Muchos sistemas os dispositivos y los métodos estudiados para obte­ner la variación de fase son numerosos. El más sim­

ple (y difundido) prevé un cambio del posicionamiento angular del árbol de levas respecto a la rueda y a la

polea dentada. En este caso, lo que suce­de es exactamente lo mismo que

cuando, en fase de monta­je, se gira el árbol

de levas,

haciendo variar en un cierto ángulo la posición, mientras que está tensa la correa dentada (o la cadena), y se vuelve a poner en la polea después de haber saltado un diente. Es algo que se hace a menudo, cuando se intenta obtener el correcto diagrama de distribución, durante el montaje. Sólo que aquí se produce de forma automática y durante el funcionamiento del motor. El siste­ma más utilizado prevé un tucho hidráulico con ranura helicoidal que une la rueda dentada al árbol de levas; la variación se obtiene haciéndo­lo mover axialmente. Algunos de estos dispositi­vos tienen sólo dos posiciones de trabajo ("todo atrás" o "todo adelante"), mientras que otros prevén la posibilidad de un desplazamiento del tucho hjdráulico muy gradual, y, por lo tanto, de una variación progresiva de la fase. Muy fre­cuentemente estos dispositivos se montan sólo sobre el árboles de levas de admisión. Gracias a éstos se modifican el avance y el retraso, pero no cambJa la duración de la fase. En otras pala­

detenmnadadisminución del avance de un igual

Entre los variadores con sólo dos posibilidades, en cuanto a fases

disponibles, aquí están aquellos con doble leva. En este caso, un excén­trico es más vigoroso que el otro y se mueve sobre un balancín (o sobre un taqué) que sólo a un determinado régimen se sincroniza con el otro, y por eso puede acceder la válvula. Sistemas de este género permiten también, si así se desea, cambiar la pauta del movimiento (y, por 10 tanto, la alzada) de la válvula. Las posibilidades son sólo dos: solución tranquila para los bajos regímenes y solución vigorosa para los altos, sin pasos progresivos,

Algunos variadores permiten cambiar la duración de la fase, y en ciertos casos incluso la alzada de la válvula, de manera gradual. En general, son estructuras más complejas y, por lo tan­to, también más caras. Entre estos, vale la pena recordar uno, inte­resantísimo, ideado hace una veintena ALZADA de años, y utiliza­ VARIABLE do durante mucho tiempo tanto por Fiat como por Ferra­ri. Preveía la utilización de árboles de levas, que podían colocarse axialmente, con excéntricos tridimensionales (es decir, troncocónicos) que actúan sobre taqués dotados de un balancín basculante. El sistema era genial, pero mecánicamente complicado, ya que preveía trabajos duros y tenía un umbral de tolerancia muy reducido, y finalmente dejó de ser utilizado. Podría no ser una mala idea volverlo a tomar en consideración. Ya es bastante utilizado en producciones de serie, y con óptimos resultados, el Valvetronic de BMW, que prevé un complejo sistema de dos balancines a rodillo para cada válvula que pueden variar también la alzada de esta última. Recientemente, Yamaha ha obtenido la patente relativa a un sistema de este mismo género.

a elevai::lísima-tel1'lp.erah.¡ra ,(los valores máximos.pu~den superar los 2.400°c:). El 'ca.lo~ absorbido. tiene que ser convenientemente ashnilado para evitar que la tempera- I

tura del pistón pueda resultar demasiado alta. La cárga térmica a la que están expuestos los pistones aumenta

, 'COA el crecimiento dela'presión media efectiva, laque sig­nifica exigencias monstruosas en los motores fuertemente sobrealimentados. _EI.c.uadro se.completa si se pien~aqu,e,'?rllln motor que funciona a'8,000 rpm el pistón completa 266 carreras por

'segundo. Los motores deFór.mula 1 pueden girar acerca de ,19.000rpm, régimen alcual'cada pistón se 'para e invierte el sentido de su movimiento 633 veces por segundo...

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DISTRIBUCiÓN DE LA TEMPERATURA EN DOS PISTONES CON DIFERENTE FORMA DE CABEZA

REVESTIMIENTO SOBRE LA FALDA

LOS PISTONES para motores de gasolina a inyección directa constituyen en un cierto \fl"'l sentido una categoría aparte, caracterizada por una forma de la cabeza muy particular.

I pistón es un elemento expuesto a fuertes e.Xigencias, tanto de naturaleza mecánica como térmica. fiene que

soportar la presión del gas, que durante la combustj~n lie­ga, con gran rapidez, a valores del orden de 80 bar en los motores de gasolina atmosféricos y alcanza cerca de 160 bar en los turbodiésel. Esto significa que la cabeza de un pistón con un diámetro de 80 mm en un motor moderno de ciclo atto no sobrealimentado recibe y transmite al bulón una fuerza que supera los 40.000 newton, es decir, icuatro toneladas! Y también las fuerzas de inercia que ,actúan sobre el pistón durante el funcionamiento del motor a altos regímenes hacen que se alcancen valores elevádfsimos...

La cabeza está en contacto directamente con los gases

Condiciones difíci'les

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oor ::de eel

Muchos pistones modernos están dotados de revestimientos de mayor espesor (incluso de 15 micras), aplicados por inmersión, mediante spray o utilizando procedimientos serigráficos, constituidos por un estrato de resina en el cual se incorporan partículas de grafito o, más frecuentemente, de bisulfuro de molibdeno, dos óptimos lubricantes sólidos. Además de asegurar una buena protec­ción para disminuir los riesgos de engranaje, pue­den determinar una mejor fluidez y resultar ven­tajosos a la hora de reducir la rumorosidad.

MARCAS EN RELIEVE SOBRE PAREDES LATERALES

PISTÓN FUNDIDO

Moldes os pistones de casi todos los moto­

res automovilísticos de serie están realiza­dos mediante fusión en molde. La aleación de aluminio está fundida por gravedad en moldes metálicos. El procedi­miento, que, en general -en !o que respecta a la producción en grandes series-, está ampliamen­te automatizado, es sim­ple, económico y per­mite obtener excelentes resultados. Todos los parámetros

tienen que estar debida­mente controlados: tem­peratura de fusión, velo­cidad de enfriamiento y composición de la alea­ción. Por no hablar de la forma del molde, de la disposición de las rami­ficaciones y de los cana­les de alimentación, etc.

48

Gracias a refinados pro­gramas por ordenador, actualmente es posible simular todo el proce­so, desde el colado del metal líquido hasta la solidificación, visuali­zando !a distribución de la temperatura, la posi­ción y el movimiento del baricentro térmico, así como eventuales zonas en las que existe el ries­go de formación de cavi­dades que queden más retiradas. Son muy importantes

la forma y la disposicíón de los separadores, que, en este caso, siendo la estructura abierta, son generalmente metálicos. Muchas veces son en cinco partes, que pue­den ser fácilmente des­plazadas y eliminadas después de la solidifica­ción de la pieza.

Colada por ravedad

1-2-3-4-5= separadores metálicos extraíbles después de la solidificación

LOS PISTONES se funden en moldes metálicos en los cuales el metal líquido se funde por gravedad, en un proceso automatizado. Estos diseños muestran claramente cómo están dispuestos los separadores (cinco, en este caso), necesarios para obtener la cavidad interna.

El ciclo de elaboración os pistones sin tratar se someten a una serie de procesos, al término de los cuales se obtienen las piezas finales. La

secuencia prevé, en general, un torneado para pulir la cabeza y la falda, seguido de una primera elaboración de los agujeros para el bulón. Después se tornean los aros, se realizan las ranu­ras para los segmentos y se trabaja con precisión la falda. En algunos casos, en esta fase se trabaja también la cabeza (pero, a menudo, en lo que respecta a los pistones para motores de gasolina de prestaciones medias, se obtiene directamente de la fusión). Le siguen los acabados de los agujeros para el bulón, la realización de las ranuras para los anillos de retención y los acabados de la falda. Sobre los pistones se aplican entonces los revestimientos superficiales galvánicos o a base de resina, y el lubricante sólido. El proceso productivo concluye con los con­troles y con la selección o clasificación. Se miden los pistones y se subdividen en varias clases en función de las dimensiones. También se mira el peso y se procede a la división de todas las piezas producidas en varias clases.

Gran evolución El diseño de los pistones, en particular si están desti­

nados a motores de gasolina de altas prestaciones, ha sufrido una fuerte evolución en los últimos tiempos. con la progresiva reducción de la superficie de la fal­da, ahora a menudo reducida a dos simples bases de apoyo. También aquéllos destinados a motores más tranquilos han visto cómo se aligeraba el exterior de los alojamientos para el bulÓn. La relación entre altura y diámetro ha sufrido una fortísima reducción. Hasta hace no muchos años, era a menudo superior a uno y sólo en algún raro caso bajaba de fas 0,85. Actualmente, en los pistones para los coches de serie de elevadas presta­ciones es, en general, de 0,6-0,7; en los destinados a la Fórmula 1, se acerca a 0,3!

En lo que respecta a la forma de la cabeza, hace tiem­po que se ha optado por motores con un ángulo entre las válvulas decididamente reducido. Esto permite fre­cuentemente adoptar cabezas casi totalmente planas, ya veces muy ligeramente cóncavas. No obstante, en los pistones destinados a motores con una relación de compresión muy elevada y/o con árboles de levas bastante cruzados, la cabeza a menudo presenta una parte central realzada y en algún caso las cavidades que se corresponden con las válvulas están notable­mente acentuadas.

lOS PISTONES son producidos por compañías altamente especiali­zadas en el sector específico, en posesión de tecnologia avanzada.

Producto de especialistas El proyecto de los pistones es efectuado por compañías

altamente especializadas en este sector específico, que poseen un excepcional know-how, cuentan con técni­cos preparadísimos, y ponen a punto programas de cálcu­lo y de diseño por ordenador muy precisos. Y es gracias a los grandes progresos llevados a cabo en este sector que hoyes posible utilizar pistones con una falda reducida a la minima expresión (con la ventaja de la ligereza y de la reducción del desgaste), que se comportan mejor y duran más que otros más altos y pesados producidos hace sólo unos 25 años. Si bien es cierto que la utilización de una for­ma más ventajosa de la falda es el factor de mayor impor­tancia, también es cierto que no hay detalle al que no se le preste atención en ei proyecto de un pistón moderno. Por poner un ejemplo, en referencia a los pistones destinados a los motores de altísimas prestaciones, en los alojamientos a menudo no se realizan los agujeritos para la circulación del aceite destinado a lubricar el bulón, sino que se sustitu­yen por ranuras practicadas en la zona menos presionada del agujero por el que pasa el bulón. Para reducir el pico de presión en función de sus márgenes, los agujeros en cuestión tienen una forma ligeramente acampanada.

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1965 1970 1979

ESQUEMA DE LA EVOLUCiÓN de la forma y de la altura de los pistones, en relación con el diámetro, en las últimas décadas. Los cambios han permitido reducir el peso, con el mismo diámetro del cilindro, ydisminuir la superficie de contacto con el cilindro (y, por lo tanto, se Iímitan los problemas por fricción).

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Movimiento al El pistón se mueve en el interior del cilindro, dejando un

espacio entre ellos de unas centésimas de milímetro (en los motores modernos de coche y de moto). El pistón se mueve en un sentido, partiendo de uno de los dos puntos muertos, y acelera progresivamente; después de alcanzar la velocidad máxima, se ralentiza hasta llegar al otro punto muerto. donde se detiene momentáneamente para volver enseguida en sentido opuesto. Como durante la rotación del cigüeñal la biela se inclina (de un lado durante una carrera del pistón y del otro durante la carrera siguiente), el movimiento en cuestión es, en efecto, la suma de dos com­ponentes: una principal (proyección del centro del casquillo

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de biela sobre el prolongamiento del eje del cilindro) y la otra, añad¡da, debida al hecho de que la biela se inclina. La consecuencia es que, partiendo del PMS (punto muerto superior), el pistón completa la primera mitad de la carrera en un tiempo menor con respecto a la segunda y alcanza la velocidad máxima antes de que el cigüeñal haya completa­do una rotación de 90° desde el mismo PMS. Obviamente, sucede lo contrario cuando el pistón parte desde el otro punto muerto (PMI). La máxima aceleración positiva se obtiene en el PMS y está sensiblemente influenciada por la relación entre la longitud de la biela y la carrera (con la cual está relacionada la inclinación que la biela misma asume).

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Eliminar el calor Q'

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La cabeza del pistón está directamente en de contacto con el gas a elevada temperatura aí'

durante las fases de explosión y de escape, por ee \0 que tiene que estar capacitado para aguantar c{;

convenientemente el calor absorbido, evitando (p así que la aleación de aluminio alcance tempe­ ne raturas demasiado elevadas. Además de esto, ah las propiedades mecánicas de los materiales pe empeoran notablemente, lo que, obviamente, ne puede tener consecuencias perjudiciales, y los be segmentos podrían "pegarse" a las ranuras a de causa de la degradación térmica del aceite. La se mayor parte del calor absorbido por el pistón ac se digiere, en general, gracias a los segmentos, CL

que lo transmiten a la camisa del cilindro. Una aL

s a a 1 PARA LA PROYECCiÓN de los pistones y la puesta a punto de la

cuota inferior es cedida a la camisa desde la falda (la diferencia de temperatura entre las dos paredes metáli­cas es, en este caso, muy reducida, y la capa de aceite, más espesa, determina una notable resistencia al paso del calor) y una parte todavía menor es llevada desde el aire (o mejor, desde la mezcla aire-aceite) que está en contacto con la parte interna del pistón. Como es obvio, con el aumento de las prestaciones, se obtienen PME (presiones medias efectivas) más elevadas y/o regíme­nes de rotación más altos, y con la disminución de la altura de los segmentos, la situación se modifica y para poder enfriar los pistones de manera satisfactoria, es necesario recurrir a los chorros de aceite, emitidos por boquillas apropiadas y dirigidos contra la parte inferior de la cabeza. En ciertos casos (motores fuertemente sobrealimentados), esto no es suficiente y es necesario adoptar pistones con canalizaciones anulares en las cuales circula el aceite, lo que también comporta un forma definitiva se recurre siempre al ordenador. aumento del peso de dichos componentes.

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LOS PISTONES DESTINADOS alos diésel tienen siempre una mayor altura, en relación con el diá­metro, en compara­ción con los pistones para los motores de gasolina. Amenudo están dotados de una inserción de fundi­ción (incorporada en el acto de la fusión) en la cual se aloja la ranura para el primer segmento.

LA CABEZA de los pistones para Jos motores de gaso­lina a inyección directa tiene una forma particular, Que contribuye aimpartir al aire la correcta verticidad.

REVESTIMIENTO ABASE DEDesarrollos

LUBRICANTE SOUDOrecientes

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En el campo de los motores de ciclo atto para uso automovilístico están imponiéndose recientemente

de manera creciente los de inyección directa. Para ellos, los fabricantes de pistones han desarrollado nuevos productos, caracterizados por una forma de la cabeza absolutamente particular. En los motores en cuestión, de hecho, la turbulencia del aire y la forma de la cáma­ra, determinada también desde la superficie superior del pistón, tienen una importancia enorme. Otra ten­dencia, siempre en este sector, apunta al retorno más

acentuado de los motores de gasolina sobrealimentados (que después de un cierto boom en los años ochenta, cuando corrían la Fórmula 1 turbo, vieron disminuir su popularidad enormemente). Hoy se producen excelentes coches con turbocompresor, con compresor volumétri­co, y también con doble sobrealimentación. Para ellos se han realizado pistones específicos, a menudo dotados de una cabeza cóncava (la relación de compresión en muchos casos es notablemente menor, en relación con los atmosféricos).

PISTONES CON TRES ALWAMIENTOS. SIN· PAREDES LATERALES

Para la utilización en motores muy briosos se han estu­diado, ya hace algún tiempo, los pistones "omega", de

una altura reducidísima, con alojamientos internos y con paredes de conexión con las bases de apoyo fuertemente onduladas (y, por lo tanto, elásticas). Lo ha propuesto el ingeniero Panzeri, un técnico notable del sector. A Honda se le deben los pistones 6VaJes, en contacto con el cigüe­ñal por dos bielas. Fueron desarrollados para sortear el reglamento que imponía un máximo de cuatro cilindros para motores de motocicleta en el Gran Premio de 500. La firma japonesa realizó un ocho cilindros y, por lo tanto, conectó de dos en dos los adyacentes. El resultado fue un motor con pistones ovales con ocho válvulas por cilindro. Volkswagen realizó, en los años 80, un motor experímental con cilindros ovales, con una biela por cada pistón. A la excepcional creatividad del técnico Ivano Nicchio se debe el pistón con tres alojamientos para el bulón, con una biela dotada de un pie desdoblado. $e trata de una propuesta peculiar, nacida de la pura pasión y sin ninguna pretensión de utilización práctica, que, de todos modos, resulta inte­resante, por lo que no podíamos dejar de hacer referencia a ella en nuestras páginas.

PISTÓN ARTICULADO PARA MOTORES DIÉSEL VaLVa

EN lOS ÚLTIMOS AÑOS, los fabrican­tes han estudiado varias soluciones para reducir el peso de los pistones y los problemas mecánicos debidos a la fricción entre la falda y la camisa del cilindro. Hace una quincena de años se propusieron (y utilizaron) estos pistones en X.

os motores de ciclo Otto funcionan transformando el calor generado en la combustión de la mezcla aire-carburante en energía mecánica. Desafortu­nadamente, sólo una parte de la energía puesta a disposición por la combustión puede ser utilizada

de este modo, es decir, puede ser "colectada" por el pistón. Una cuota mayor acaba inevitablemente desperdiciada, en parte entregada al sistema de refrigeración (que a su vez la cede al aire ambiente) y en parte emitida junto a los gases de combustión (que cuando abandonan el motor tienen todavía mucha energía). La eficiencia del motor como transformador de energía viene indicada por su rendimiento térmico, que

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está directamente ligado con el consumo específico. Este último dice cuánto carburante se utiliza, en una hora de funcionamiento, para producir un caballo (o un ki!owatt). Antes de adentrarnos más en el argumento, es oportuno hacer algunas advertencias simples de física básica. El calor es una forma de energía; algunos lo definen como energía "en tránsito", es decir, que se transmite sólo cuando existe una diferencia de temperatura entre dos cuerpos o entre las partes de un mismo cuerpo. La cantidad de energía térmica transmitida en la unidad de tiempo constituye el flujo térmico, que tiene obviamente las dimensiones de una potencia y que se mide, por lo tanto, en watt (recordando que 1W=1J/s). La

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carga térmica de un órgano o una de sus partes no es otra cosa que el flujo de calor por unidad de superficie. En cierto sentido, la temperatura está determinada por la calidad de la energía térmica en juego (asi como el calor lo está por la cantidad); en otras palabras, indica el "nivel" al cual el calor está disponible. El flujo térmico (movimiento de energía) está determinado por una diferencia de temperatura, así como el flujo de un líquido (movimiento de materia) está determinado por una diferencia de presión.

Una estructura y, por lo tanto, cualquier elemento mecáni­co, generalmente tiene que alcanzar un cierto nivel térmico (constituido por la media de las temperaturas en varios pun­

tos) y una carga térmica. Los materiales que la constituyen están caracterizados por un cierto poder de "absorción" del calor y por una determinada capacidad de transmitirlo, es decir, por un calor específico y una conductividad térmica. Recibe el nombre de difusión térmica la relación entre la cantidad de calor transmitida por conducción y la "absor­bida" por unidad de volumen; en otras palabras, se trata de la relación entre la conductividad y la capacidad térmica volumínica (producto del calor específico por la densidad del material). Al crecer la dffusión, la propagación de) calor resul­ta más veloz. Y, al contrario, cuando disminuye, aumenta la cantidad de calor que asociada a los materiales.

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Paredes e intercambio térmico a superficie expuesta al fluido refrigerante, en los motores enfriados por aire, en un cilindro con aletas

es unas 15-20 veces superior a la que el mismo cilindro tendría si no contara con estas aletas, El número y la extensión de estas últimas es muy importante, como es obvio, pero también su forma y su disposición se tienen

que tener en consideración. En las culatas de los motores a dos tiempos, por ejemplo, son más razonables unas aletas "en abanico" que situadas de forma paralela. El intercambio térmico está vinculado, además de a la superficie en contacto con el fluido y a la velocidad de este último (es decir, en nuestro caso, a la cantidad de aire que está en contacto con la superficie metálica en la unidad de tiempo), a la diferencía de temperatura entre el metal y el mismo fluido. En una aleta, la temperatura es

más elevada en la raíz y disminuye a medida que se aleja de ella. Desgraciadamente, varía el "vigor"

del intercambio térmico y entra en juego la denominada "eficiencia" de la aleta, rela­

cionada con su forma y sus dimensiones. En fase de proyecto se tiene que con­

tar con esto, como es obvio, pero se tiene que tener también en cuenta la facilidad de realización, es decir, las exigencías de fundición.

ALETAS EN ABANICO

CANAUZACIONES DE AIRE ENTRE LAS DOS VÁLVULAS

ZONA DE ALETAS MENOS ESPESA QUE EN LA CULATA

SITUACIONES ESPECIALES

Como era lógico imaginar, los motores navales están sensiblemente aventajados en relación con Jos

demás, en lo que se refiere a la refrigeración. Su circuito de enfriamiento es de tipo "abierto" y así puede obtener directamente el agua del mar (o del lago), que se encuen­tra a una temperatura bastante baja, y beneficiarse de tal modo de un salto térmico muy considerable. En muchos casos, para evitar fenómenos de corrosión y formación

de incrustaciones en los huecos de la culata y de los cilin­dros, se recurre a un intercambiador de calor agua/agua para bajar la temperatura del líquido del circuito (cerrado) de refrigeración del motor. En los motores fueraborda el circuito está abierto por razones de simplicidad y de compactación; normalmente en su interior hay un "ánodo de sacrificio" que asegura una cierta protección frente a la corrosión. Los motores en cuestión tienen que someterse

Salto térmico Los intercambiadores de calor son simples dispositivos

por los que pasan tanto el fluido a enfriar, en el interior de tubos o canalizaciones adecuados, como el fluido refrigeran­te. Éste último puede ser aire o agua; en el segundo caso. el intercambiador es, en general, notablemente más compacto.

Si el agua proviene del circui­•, to de refrjgeracjón del motor,

el salto térmico (la diferencia de

tempera-

LOS MOraRES FUERABORDA RECOGEN-ÉL AGUA DE

REFRIGERACIÓN DEl: EXTERIOR

n- periódicamente a un profundo lavado del circuito con agua la dulce. Es interesante observar que la bomba del agua o) utilizada en los motores fueraborda no es centrífuga, sino la de un tipo específico, con álabes o paletas en elastóme­le ro, que no se ven muy afectados por pequeños cuerpos lo extraños eventualmente aspirados. la

tura entre los dos fluidos), con frecuencia no es particular­mente elevado. Mucho más alto resulta si, en cambio, el fluido que elimina el calor, atravesando el intercambiador, es el aire. Los fluidos que hay que enfriar son el agua, el aceite o el aire de alimentación. Cuando se trata de los dos primeros, el intercambiador es un radiador; en el tercer caso, es una estructura análoga, pero que se llama intercooler.

En los sistemas de refrigeración el agua circula bastante rápidamente; todo el líquido contenido en el sistema circula una decena de veces por minuto (y también algunas más) con los motores funcionado a regímenes normales. No obstante, la temperatura del líquido no cambia de una forma particularmen­te sensible ni en las canalizaciones que atraviesan el radiador

ni en las que atraviesan el motor (en ambos casos estamos por debajo de una decena de grados). Valores notablemente más altos se registran en el aceite, entre la entrada y la salida del radiador,

y mucho más elevados (¡incluso del orden de 150°CQ para el aire de alimentación, gracias a

la acción del intercooler. Nada más pasar por el radjador de refri­

geración del motor, el aire sufre un calentamiento

de unos 15-30°C.

Caliente es bello Después de arrancar en frío, el motor no funciona en las mejores condiciones:

el aceite es muy viscoso, circula con menor facilidad y se olvida en gran medida de la válvula "reguladora" (abierta en cuanto la presión se vuelve

demasiado alta, a causa de la elevada viscosidad del fluido). Además, el rendimiento térmico está lejos de ser el óptimo. porque las pare­

des de la cámara de combustión están frías y, por lo tanto, "absorben" una elevada cantidad de calor (el intercambiador

térmico está vinculado a la diferencia de temperatura entre el gas y la superficie metálica). También el rendimiento mecánico es malo, debido a la viscosidad de! aceite y al hecho de que algunos juegos no tienen todavía el valor óptimo (condiciones que están relacionadas con la temperatura de régimen). Es en

este punto evidente que obtener un rápido calentamiento del motor es totalmente ventajoso. Por esta razón, los motores modernos "con­

tienen" relativamente poca agua y los constructores recomiendan no estar parados después de arrancar en frío. sino oonerse en marcha tras

unos segundos solamente, obviamente sin pisar el acele­ t

rador más de la cuenta y mante­niendo el motor a bajo régimen,

durante los primeros minutos. De hecho. al mínimo, el carburante se quema poco, en la unidad de t.>

tiempo, y, por lo tanto, se gene- ~

ra una modesta cantidad de o 1­

calor; en marcha, en cambio, la o situación es diferente y el ~ calentamiento se produce l:l::

con una rapidez notable- ~ mente mayor. Esto es muy ~ importante también a la hora ~

de contener las emisiones de :EUJ

escape (muy elevadas en los ~ 0 TIEMPO TRANSCURRIDO ...... primeros momentos después DESDE El ENCENDIDO

de arrancar el motor en frío).

eración interna C iertos componentes de los motores no mezcla de una veintena de grados, con el etanol es de

pueden estar en contacto (ya menudo no BOoe y con el metanol añadido, del orden de 14Qoe! pueden ni acercarse) al fluido de refrigeración. Es el ejemplo de las chumaceras, en las cuales hay un abundante y continuo flujo de aceite para asegurar una adecuada eliminación del

calor. Una solución largamente utilizada en el campo aeronáutico en el pasado, y a la que han

recurrido también los actuales motores a dos tiempos de prestaciones muy elevadas, es la que prevé que el motor se alimente con una mezcla aire-carburante bastante rica. De tal modo, es posible disfrutar de sustracción del calor más vigorosa a parte del carbu­rante. cuando pasa del estado líquido al gaseoso. Esto determina, como es obvio, una eficaz refrigeración interna, que resulta todavía más vigorosa si se utiliza un carburante con un calor latente de mayor vaporización. Es por esta razón que, si seguida a la evaporación de la gasolina se obtiene una bajada de temperatura de la