Junta de culata y sobrecalentamiento del motor

Actualmente, bueno hace ya años, la refrigeración de los motores de automóvil se hace mediante un líquido específico con aditivos para evitar la formación de lodos, residuos químicos, y otras protecciones, entre estas el anticongelante si se va a circular por zonas con temperaturas bajo cero.

Anteriormente se utilizó también la refrigeración por aire, con este sistema no es posible regular con tanta precisión la temperatura del motor. En ambos casos, por líquido o aire, el aceite hace también funciones de refrigeración pues llega a zonas donde no lo hace el líquido ni el aire.

Con refrigeración por aire se incluye un radiador de aceite para potenciar su función refrigerante, con refrigeración por líquido se utiliza el radiador de aceite en motores de altas prestaciones o utilización severa.

Al llevar actualmente el automóvil refrigeración por líquido, es la que se va a representar para las explicaciones de este artículo.

Circuito de refrigeración por líquido

El motor de la imagen tiene cuatro cilindros en línea y se representan los componentes del sistema de refrigeración por líquido.

    • Las tres partes principales del motor son; el bloque, por encima la culata y por debajo el cárter. Hay dos juntas de estanqueidad entre el cárter y el bloque y entre este y la culata.
    • Cámara de refrigeración; rodea los cilindros en el bloque y las zonas de la culata próximas a las cámaras de combustión. Por su interior pasa el líquido de refrigeración enfriado en el radiador, toma el calor del motor y retorna al radiador para enfriarse de nuevo.
    • Termostato; es un “grifo” en el circuito de refrigeración, situado a la salida de la culata hacia el radiador, está cerrado con el motor frío, y se abre al llegar el motor a su temperatura óptima de funcionamiento para reducir el tiempo de calentamiento del motor.
    • Manguitos; son tubos flexibles de goma que unen los elementos de refrigeración.
    • Radiador de refrigeración; recibe el líquido caliente del motor, que se enfría por el paso del aire y vuelve al motor de nuevo a menor temperatura.
    • Vaso de expansión y válvulas de presión; el líquido de refrigeración aumenta de volumen al calentarse y se almacena en el vaso de expansión subiendo de nivel. Cuando la presión es elevada una válvula abre para mantener un valor máximo de protección. Al parar el motor y enfriarse el volumen disminuye y abre otra válvula para que entre aire y mantener la presión.
    • Electroventilador; si se circula lento o está parado el coche con el motor en marcha, actúa el electroventilador para aportar caudal de aire al radiador para que enfríe el líquido.
    • Bomba de agua; es accionada por el motor desde la correa exterior de accesorios o la de distribución. Su función es aumentar el caudal de circulación de líquido de refrigeración al subir de RPM el motor. Lo más habitual es que sea mecánica, pero puede ser accionada por un motor eléctrico sin ser arrastrada por el motor del coche.
    • Sensor de temperatura; se coloca en la zona más caliente del motor y tiene una o dos funciones. Encender el testigo de sobrecalentamiento en el cuadro en caso de que se supere la temperatura de seguridad y, si el coche dispone de indicador de temperatura informar de su valor.

Partes del motor relacionadas con la refrigeración

Se ven dos imágenes del mismo motor, a la izquierda desmontado y a la derecha montado.

    • Culata con los tornillos de apriete sobre el bloque motor. Es hueca por su interior para dar paso a los conductos de admisión, escape y cámara de paso del líquido de refrigeración.
    • Junta de culata; es de material térmicamente fusible para quemarse si hay sobrecalentamiento, y su función es mantener estanqueidad entre culata y bloque.
    • Bloque motor; en este caso de cuatro cilindros en línea. Se aprecia alrededor de los cilindros la cámara de refrigeración.
    • También se representan el cigüeñal y cárter de aceite, que no están directamente relacionados con el sistema de refrigeración por líquido.

Fases de sobrecalentamiento del motor si no se para

    • 1. Motor a temperatura normal; la refrigeración funciona correctamente y el indicador de temperatura está en la posición normal con el motor caliente, y testigo de sobrecalentamiento apagado..
    • 2. Fuga por un manguito y subida de temperatura; se aprecia que hay fuga de líquido de refrigeración por el manguito que va de la culata a la parte alta del radiador. El indicador de temperatura llega a la zona roja y poco después se enciende el testigo de sobrecalentamiento. Si se para en este momento, en el motor no hay más incidentes a reparar que la fuga del manguito.
    • 3. Al seguir el motor en marcha se funde la junta de culata; si a pesar de la iluminación del testigo de sobrecalentamiento se sigue circulando con el motor en marcha, sube más la temperatura y se quema la junta de culata. Al no hacer su función de estanqueidad, hay comunicación entre las cámaras de combustión, pasos de aceite, líquido de refrigeración y exterior, el motor presenta síntomas de fallo, tirones,… Si se para ahora el motor, a la reparación de la fuga por el manguito se añade la sustitución de la junta de culata, subiendo el coste de la intervención.
    • 4. Sigue el motor en marcha y se deforma la culata; si aún con los claros fallos del motor por la junta de culata quemada, se continua circulando sube más la temperatura, lo que provoca dilataciones diferentes en la culata y el bloque, haciendo que la culata se deforme desde los puntos de asentamiento de los tornillos en el bloque. Los fallos de motor se hacen más evidentes llegando a pararse si se producen en los cuatro cilindros. En esta situación, además de reparar el manguito se ha de cambiar la culata lo que implica un coste bastante más alto.

De junta de culata en buen estado a fundida

Si el motor se calienta en exceso se enciende el testigo de sobrecalentamiento, y si se dispone de indicador de temperatura ya entra en la zona roja. Si se para el motor no se producen daños adicionales, en caso de seguir en marcha se funde progresivamente la junta de culata, en las imágenes se comparan dos situaciones, funcionamiento normal y sobrecalentamiento continuando la marcha sin parar el motor.

    • En la imagen superior se ve un motor en perfecto estado y en detalle su junta de culata; en la junta hay huecos para la comunicación de los cilindros con la cámara de combustión en la culata, cuatro en este motor. La junta tiene también taladros para el tránsito entre culata y bloque del aceite de lubricación y del líquido de refrigeración, además de los taladros para el paso de los tornillos de acoplamiento de la culata al bloque.
    • En la imagen inferior está la junta de culata fundida o quemada, se representa en el motor y en el detalle ampliado; en el cilindro 1 la junta de culata está fundida entre un paso de líquido de refrigeración, el exterior y la cámara de combustión, lo que potencia la fuga de líquido y fallos en este cilindro. Las cámaras de combustión de los cilindros 1 y 2 están comunicadas, alterando los ciclos de funcionamiento de ambos cilindros, además de lo anterior en el 1. Entre los cilindros 2 y 3 están comunicados los conductos de lubricación y refrigeración por un lado, mezclándose estos fluidos, por el otro lado en el cilindro 3 se comunica la cámara de combustión con el circuito de refrigeración, lo que hace aumentar la presión en este y que pase líquido al cilindro. En el cilindro 4 hay pérdida desde la cámara de combustión al exterior.

En esta situación los fallos del motor son evidentes. Antes de llegar a este deterioro se funde alguna parte de la junta de culata con síntomas de fallo menos intensos pero claramente detectables, parar el motor evita más daños.

Culata deformada

Tras fundirse la junta de culata, si se continua la marcha la dilatación diferente de culata y bloque provoca deformaciones de la culata.

    • En la imagen superior izquierda se ve un motor en perfecto estado, y en la derecha está la junta de culata fundida y esta deformada.
    • Se ve en la imagen inferior ampliada la culata deformada, resaltando en color naranja la cámara de refrigeración en su interior. La culata está acoplada al bloque por los tornillos, al alcanzar tan elevadas temperaturas se dilata de forma diferente al bloque lo que hace que se deforme, generando total falta de estanqueidad lo que provoca la parada del motor.

Con tan altas temperaturas en el motor, además de la deformación de la culata se puede producir exceso de dilatación en los pistones, que llegarían a agarrotarse en los cilindros.

Planificación o rectificación de culata con distribución OHV y DOHC

La reparación de la culata deformada depende de diversos factores, se ha de recuperar la superficie plana para su perfecto acoplamiento con el bloque mediante la junta de culata. Esta operación es la planificación o rectificación de la culata, viable si no es demasiado pues aumenta la relación de compresión y podrían tocar las válvulas con los pistones. Se ha de tener en cuenta la posición del/los árbol/es de levas pues puede haber alteraciones, como se ve en estos dos motores.

    • Motor con distribución OHV, árbol de levas lateral y válvulas en cabeza o culata; al comparar el motor con la culata original, a la izquierda, con el de la derecha rectificada lo que ha reducido su altura H → h, se aprecia que no hay alteración en la distancia entre los piñones del cigüeñal y del árbol de levas D → D, por lo que no queda afectado el ajuste de distribución.
    • Motor con distribución DOHC, dos árboles de levas en cabeza o culata; en el motor de la izquierda la culata es la original, y en el de la derecha se ha rectificado reduciéndose su altura H → h, lo que implica que la distancia entre los piñones de los árboles de levas, que están en la culata, y el del cigüeñal disminuye D → d, alterándose la posición de los árboles de levas y por lo tanto el ajuste de la distribución. Se ha de consultar que opciones da el fabricante del motor para esta reparación. La solución más segura es sustituir la culata comprobando que no hay daños en el bloque motor.

Con refrigeración por aire y aceite los procesos por sobrecalentamiento son similares; al fundirse la junta de culata la comunicación es entre las cámaras de combustión, circuito de aceite y exterior, pues no hay líquido de refrigeración. Si se llega a deformar la culata se potencian los efectos anteriores como con refrigeración por líquido.

Enlaces a artículos del blog relacionados

En la sección “Tecnologías limpias”

    • “Motor de bajo rozamiento” (1.04.2015)

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    • “Consumo del motor térmico” (26.06.2013)
    • “Desgastes del motor” (15.11.2017)

En la sección “Historia del automóvil”

    • “Ford T” (16.10.2013)
    • “Saab 92/96” (23.04.2014)
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    • “Evolución de la distribución del motor” (5.06.2013)
    • “Rodaje del motor” (9.10.2013)

En esta sección de “Actualidad”

    • “Arranque en frío y calentamiento del motor” (3.02.2014)
    • “Cogeneración térmica” (25.02.2015)
    • “Refrigeración por aire del motor” (4.11.2015)
    • “Radiador de aceite del motor” (11.01.2017)
    • “Lubricación y refrigeración de los pistones” (11.10.2017)

 

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4 comentarios

  1. Jose Antonio Romero Sosa

    Avensis sol 2004/1800 en frio sube a 1800 varios min.despues de circular relenti baja a 600rpm oscilando a 1000 y temblea.
    sobre 90 K/h y 2800 se mantienen fijo aunque acelere ni se inmutan(cuerpo aceleracion,bujias bobina encendido 1,2 manguitos nuevos la casa no sabe lo que tiene y yo harto.

    • Un concesionario oficial Toyota no debe decir a un cliente que no encuentra la solución a un incidente. La cuestión es que puede ser por causas electrónicas o mecánicas; suciedad dentro de la admisión o en el interior de las cámaras de combustión, cierre no perfecto de las válvulas o falta de estanqueidad en algunos elementos relacionados, es decir hay que identificar si este comportamiento se debe a causas mecánicas o electrónicas. Esto un buen mecánico ya lo sabe y debe disponer de métodos medios para hacer un buen diagnóstico.

  2. Un artículo muy interesante y completo sobre la junta de culata y el sobrecalentamiento del motor. Gracias por compartirlo con nosotros.

  3. Al fin (probando piezas de otro avensis) alternador averiado se ha cambiado las oscilaciones se quitaron EL RESTO SIGUE IGUAL.Vamos ha ver en que termina esto estoy esperando unos dias a ver(dos concesionarios toyota).

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