MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA EN AUTOMOCIÓN (PARTE XV)

Hola a todos

En el anterior artículo empezamos con el tema de la lubricación de los motores, pero sólo vimos que eran los aceites lubricantes y que tipos había, además de aprender a identificarlos.
Bien, hoy vamos a entrar en materia de lubricación comenzando por explicar las generalidades del sistema de lubricación de los motores de combustión interna. Como dije antes, y repito ahora, los motores necesitan de la lubricación para evitar desgastes prematuros o gripado de piezas en contacto entre si, debido al rozamiento y las temperaturas de trabajo.

Para comenzar veremos unos esquemas:

Este es un esquema de un sistema de lubricación genérico, podríamos decir. En el observamos un depósito inferior donde está contenido el aceite, llamado cárter (aunque en la imagen no lo especifica). La conducción principal de aceite, que envía el mismo a todas las partes que estén en movimiento y puedan sufrir desgaste por rozamiento y calentamiento excesivo, como son los cojinetes de bancada y cojinetes de biela; aunque estos últimos se lubrican gracias al baño de aceite al que son sometidos, pero las válvulas y los pistones son lubricados gracias al aceite a presión que envía la bomba de aceite. Estudiemos ahora los diferentes sistemas de lubricación existentes:

• Lubricación por barboteo o salpicadura: En este sistema se dispone de una bomba de aceite que extrae el mismo del cárter y lo envía a unas bandejas o pocillos que recogen el aceite. Se mantiene siempre un determinado nivel y unas cuchillas colocadas en cada codo del cigüeñal se encargan de pulverizarlo, de manera que se forma una nube de aceite pulverizado que mantiene engrasados los elementos. Este sistema se usaba en motores antigüos con árbol de levas en el bloque motor, pero cayó en deshuso con los motores más modernos ya que es muy ineficaz:

• Lubricación de sistema mixto: Sigue utilizando el barboteo pero la bomba de aceite envía lubricante a presión a las bancadas del cigüeñal, no dependiendo éstas de la salpicadura para lubricarse.
• Lubricación a presión: Aquí el aceite llega impulsado por la bomba a todos los elementos, a través de unos conductos al efecto. El pie de la biela se engrasa de nuevo por barboteo, ya que el aceite a presión que llega al cigüeñal, y parte del baño de aceite saltan hacía arriba, lubricando el pie de biela.

Llegados a este punto hacemos un inciso y explicamos como se lubrican las paredes del pistón gracias a los segmentos del pistón, y como se lubrican los cojinetes de unión de la biela con el cigüeñal, zonas muy suceptibles de sufrir daños por mal engrase. Un ejemplo gráfico servirá para comprender mejor de lo que hablo:

Bien este es el conjunto pistón-biela, esquematizado. Como se observa, el pistón contiene tres anillos (normalmente son 3, pero los hay con 2 y hasta con 4, depende del uso). El pistón a su vez está hueco por dentro, y tiene practicado un orificio a lo largo del diamétro del mismo, llamado bulón. A su vez, este bulón tiene el mismo diámetro que un orificio practicado en el pie de la biela, que se hace coincidir y se une al pistón mediante un pasador llamado pin del pistón y un seguro del pin hace que no se salga. La biela a su vez esta formada por el brazo de la biela y la cabeza de la biela,que la conforman la tapa de la biela, y los cojinetes metálicos de casquetes semiesféricos, que están en contaco con el cigüeñal. Primero vamos con el pistón y su lubricación, ya que la correcta lubricación del mismo permitirá al motor llegar a su rendimiento óptimo, con un menor consumo de combustible. Además el motor verá prolongada su vida útil.

Una fotografía que aclarará bastante el concepto del conjunto pistón-biela. La conexión se realiza a través del anteriormente citado bulón. El pistón, por lo general se fabricaba en acero forjado (alta resistencia al desgaste y a la tracción) pero el aluminio es un material más ligero, y aleado con magnesio se consigue la resistencia, dureza y aguante térmico suficientes.
 

Aquí observamos los 3 segmentos, su colocación y su denominación (aunque pone que es para motor Diésel, no difiere de un motor de gasolina u Otto). El segmento de fuego se llama así debido a que es el que está situado más alto y evita que los gases de combustión pasen por las paredes del cilindro hacia abajo, pudiendo contaminar el aceite de lubricación. El segmento de compresión está encargado de mantener libre el engrase de los gases de escape que el segmento de fuego haya dejado escapar (es imposible la estanqueidad total, porque hay que dejar cierta holgura). El segmento de engrase es el encargado, propiamente dicho, de engrasar las paredes del cilindro, exactamente de rascar en las paredes para que se distribuya uniformemente la capa de aceite necesaria para que el pistón resbale por dentro del cilindro, ya que como dije anteriormente el aceite llega normalmente por barboteo a esa zona.

Aqui la situación de los segmentos, y la forma de cada uno. Normalmente estos segmentos se fabrican en acero fundido con chapa de cromo como recubrimiento en la cara que roza con el cilindro. Este cromo al ser más blando que las paredes del cilindro no raya el mismo, a no ser que una lubricación deficiente unida al sobrecalentamiento del motor provoquen este efecto. Vemos también la colocación de cada segmento, señalando que las puntas de cada segmento tienen una holgura, y que esas holguras se colocaran de tal forma que no coincidan en el plano vertical del pistón con las de otro segmento, para asegurar mayor estanqueidad. La cara superior de cada segmento viene marcada de fabrica, para mayor facilidad de colocación.

Esta fotografía corresponde a los cojinetes de unión de la biela con el cigüeñal, exactamente la cabeza de la biela. Estos, tambien llamados medias lunas, son de un material más blando que el del cigüeñal, ya que así conseguimos dos efectos. El primero es que el material que se deforma y desgasta por el uso es el cojinete, que es mucho más barato que el cigüeñal. Y segundo que si la lubricación fuera defectuosa, el daño se lo llevaría el cojinete. Continuamos con los sistemas de lubricación restantes:

• Sistema de presión total: Es un perfeccionamiento del sistema anterior (de presión, por si el inciso ha hecho olvidar). En este sistema el aceite llega a presión a todos los puntos de rozamiento del motor, a través de unos orificios especiales a tal efecto.
• Sistema de cárter seco: Sucede que en competición y en aviación se averigüó que había fallas en la lubricación que no eran provocadas por un mal funcionamiento de los equipos de lubricación, ni por aceite erróneo o en mal estado. ¿Qué ocurría? Simplemente que apareció a escena la famosa fuerza de inercia, la cúal desplazaba el aceite del cárter hacía un lado u otro, provocando que en algunos momentos la bomba de aceite succionara en vacio. Esto hacía que la lubricación se interrumpiera durante unos instantes, pero muy imortantes y por lo tanto los motores desfayecieran prematuramente. Para evitar esto, se inventó este sistema de lubricación por cárter seco, que no es más que el resultado de utilizar un depósito de aceite independiente del motor y bombearlo a todos los órganos del motor, incluidos cigüeñal, bielas, cojinetes, etc...sin tener que utilizar el cárter como depósito. 

Este es el esquema general de un sistema de lubricación por cárter seco. Utilizado en muchas competiciones, incluida la Fórmula 1, permite muchas ventajas. La primera es que el aceite nunca pierde presión por culpa de la inercia en los giros bruscos y en frenadas y aceleraciones bruscas. La segunda es que el cárter puede ser más compacto, reduciendo peso del motor y utilizando el depósito de aceite como lastre, colocándolo donde más nos convenga. La tercera es que al compactar el motor, podemos colocarlo más abajo, rebajamos a su vez el centro de gravedad del vehículo. A su vez disponemos de un radiador de aceite, por lo que el mismo estará mejor refrigerado y cumplirá mejor su cometido cuando las exigencias sean máximas. Sin embargo este sistema es más costoso, y las averías pueden producir una falla grave en el motor antes que un sistema tradicional.

Otro esquema de sistema de cárter seco, en este vemos las flechitas que indican la dirección y sentido del flujo de aceite. Normalmente los vehículos que equipan este sistema en la calle son de altas prestaciones, aunque también se pueden colocar unas planchas de material metálico en el cárter, verticales al fondo del mismo. Colocadas estratégicamente impiden que el aceite baile libremente por el cárter y se mantenga, dentro de un límite razonable,la bomba de aceite siempre sumergida.
 

Y esta es una foto curiosa que queria comentar. Aquí observamos un bloque motor, en concreto las pared de un cilindro. Ese tubito que asoma es un tubo de presión de aceite, muy utilizado en motores de combustión Diésel de inyección directa. ¿Porqué necesitamos una refrigeración especial? Quizás estas dos fotos os lo aclaren:

Como podeis observar, estos pistones están huecos por dentro, como otros, pero esas hoquedades practicadas en su superficie de contacto con la cámara de combustión hacen que el pistón corra peligro de dilatarse excesivamente, es decir de sobrecalentarse debido al poco espesor de material existente. Para evitarlo se coloca ese tubito que pulveriza aceite a presión y lubrica contínuamente el pistón, haciendo que resbale mejor y enfriándolo para que no dilate en exceso.

Hasta aquí lo que ha dado de si este artículo sobre generalidades del sistema de lubricación. El próximo artículo será sobre particularidades de estos sistemas para cada tipo de motor, incluyendo el motor de 2 tiempos y su lubricación por mezcla.


A continuación, la bibliografía consultada:


- http://8000vueltas.com/2008/07/01/motores-v8-esto-es-la-guerra-parte-2-las-cifras
- http://www.aficionadosalamecanica.com/engrase-motor.htm
- http://www.forocoches.com/foro/showthread.php?t=499196
- http://www.almuro.net/sitios/Mecanica/engrase.asp?sw06=1
- http://www.aficionadosalamecanica.com/motor-elementos-moviles.htm
- http://daniel22diesel.blogspot.com.es/2012/03/pistones.html
- http://mecanicayautomocion.blogspot.com.es/2009/02/engrase-indice-introduccion-aceites.html
- http://www.electriauto.com/mecanica/sistema-de-lubricacion/componentes-del-sistema-de-lubricacion/
- http://www.lubricantes.elf.com/es/eself.nsf/VS_OPM/1E6AAD78944AE1A6C1256EE5004660B1?OpenDocument