Desgastes del motor

El funcionamiento del motor térmico provoca fricciones entre sus diferentes componentes, que se tratan de reducir con la intermediación de una película de aceite, pero el desgaste con los kilómetros llegará.

En este artículo se explican los desgastes de los componentes del motor relacionados con la generación del par motor, que son estos; cilindros, pistones, segmentos, válvulas y cigüeñal. También se comentan los desgastes de los sistemas de arrastre de los árboles de levas desde el cigüeñal, cadena o correa de distribución.

Los desgastes del motor se van produciendo progresivamente por el paso de los kilómetros, y afectan de forma más o menos uniforme a los componentes implicados, si el mantenimiento es correcto, y la conducción hasta alcanzar la temperatura óptima no es exigente.

En este artículo se expone el desgaste natural del motor, sin que se produzcan incidentes que los provoquen. Al final se incluyen enlaces a otros artículos del blog relacionados para complementar la información que pueda resultar de interés.

Desgastes del motor

Esta introducción presenta los desgastes del motor que se ven después con detalle.

    • Este motor en funcionamiento tiene cuatro cilindros en línea y distribución OHC, a continuación se para.
    • Imagen de los desgastes de cilindros, segmentos y pistones.
    • Imagen de desgastes de válvulas; en guías y asientos.
    • Imagen de los desgastes en el cigüeñal; apoyos de las bielas y apoyos del cigüeñal en el bloque, apoyos de bancada.
    • Medición de la compresión de los cilindros; determina la estanqueidad entre los segmentos/pistones/cilindros y las válvulas con sus asientos. Se hace en los acoplamientos de las bujías (gasolina) o inyectores (diésel). Se acciona el motor de arranque, midiendo en cada cilindro el valor máximo de presión que se alcanza, y se compara con los datos del fabricante en valor y diferencia entre los cilindros. Ha de estar en el margen de presiones preconizadas y no haber más diferencias entre los cilindros que las autorizadas. Si la presión es inferior a la preconizada indica que en ese cilindro no es hermética la cámara de combustión.

 

    • Desgastes en cilindros, segmentos y pistones; provoca consumo de aceite y pérdida de compresión.
    • Desgastes en guías de válvulas; consumo de aceite.
    • Desgastes en asientos de válvulas; pérdida de compresión.
    • Desgastes en los apoyos de bancada en el bloque del cigüeñal; menos presión de aceite.
    • Desgastes en los acoplamientos de las bielas en el cigüeñal, codos; menos presión de aceite y riesgo de fundido de biela.

La eficacia de la lubricación es determinante para la duración del motor, periodos de sustitución, calidad del lubricante y utilización con el motor en fase de calentamiento. Más adelante se resume el sistema de lubricación como información previa a los desgastes que más afecta.

Desgastes de los cilindros

Hay dos formas genéricas de diseñar el acoplamiento de los cilindros en el bloque, se van a ver dos formas que en realidad son tres.

    • Se ve un cilindro en perspectiva y en planta, con forma circular.
    • Con el uso los desgastes provocan que aumente el diámetro del cilindro de forma desigual, llegando a ovalizarse en las zonas laterales donde apoya con más fuerza el pistón, lo que hacer perder estanqueidad con los segmentos y pistón.
    • Se representa un bloque motor de cuatro cilindros en línea con camisas húmedas o móviles, son desmontables del bloque.
      • Al irse desgastando las camisas aumenta el diámetro interno y se ovalizan.
      • Reparación con camisas húmedas móviles; sustituirlas por otras nuevas, y también los pistones y segmentos para el nuevo diámetro, el conjunto es el equipo motor. Se denominan camisas húmedas al estar en contacto con el líquido de refrigeración del motor.
    • Seguidamente aparece otro bloque motor con cuatro cilindros en línea con los cilindros integrados en el bloque, pueden formar parte de este o ser desmontables con calor para dilatar el bloque.
      • Se van ovalizando los cilindros y aumentando de diámetro interno con el uso.
      • Reparación con cilindros en el bloque.
        • Rectificar a la sobremedida autorizada; el tratamiento de dureza del cilindro tiene un determinado espesor, si el desgaste no lo ha superado se puede rectificar para recuperar la forma cilíndrica.
        • Si el desgaste es superior al espesor del tratamiento de dureza.
          • Sustituir las camisas si son extraíbles del bloque motor.
          • Si no son desmontables cambiar el bloque motor.

 

Para prolongar la vida útil del motor se hacen tratamientos especiales de dureza en la superficie de fricción de los cilindros con determinado espesor, si se supera en la reparación se producirán desgastes muy rápidos.

Los bloques con camisas húmedas permiten recuperar el motor como si fuese nuevo, complementando la reparación con la verificación de las válvulas y estado del cigüeñal. Al ser más económica la fabricación de los motores con camisas integradas en el automóvil es la tendencia más utilizada.

Desgastes de los segmentos y pistones

El desgaste de los cilindros o camisas se produce a la vez que el de los segmentos.

    • El pistón con segmentos se desplaza en el interior del cilindro.
    • Se representa ahora en vista frontal.
    • Los desgastes del cilindro aumentan el diámetro y toman forma ovalada, se complementa con el de los segmentos que van reduciendo su diámetro externo.
    • Se producen mermas de estanqueidad entre segmentos y cilindro, perdiendo compresión hacia el cárter y subiendo aceite a la cámara de combustión.
    • Reparación.
      • Segmentos de más diámetro, a medida de la rectificación de los cilindros, o de las camisas nuevas si son húmedas.
      • Puede ser necesario cambiar los pistones a la sobremedida correspondiente.
      • Los pistones no suelen presentar desgastes de importancia.

 

Como se anticipó el desgaste de cilindros y segmentos se va produciendo de forma simultánea, por lo que la reparación implica a estos elementos relacionados.

Si el desgaste de los cilindros integrados en el bloque no es excesivo, una reparación menos costosa puede ser rectificar lo menos que sea posible para recuperar la forma circular, y sustituir los segmentos por los de sobremedida correspondiente, manteniendo los pistones.

En ocasiones no se rectifican los cilindros y se sustituyen solamente los segmentos por otros de sobremedida, pero la recuperación de la estanqueidad no es completa y la duración es menor.

Desgastes de las válvulas

El desgaste de las válvulas afecta en realidad a otros elementos más que a ellas mismas, son los retenes, guías y asientos.

    • Este motor de cuatro cilindros en línea tiene una válvula de admisión y otra de escape en cada cilindro.
    • Se ve en detalle una válvula en movimiento, abriendo y cerrando.
    • En la parte superior está el retén de aceite para limitar el que puede pasar al interior de la guía, que está a continuación. La cola de la válvula se desplaza dentro de la guía.
    • La parte inferior de la válvula, cabeza, cierra sobre el asiento de válvula integrado en la culata, manteniendo la estanqueidad entre los colectores y cámara de combustión cuando está cerrada la válvula.
    • Con el uso el desgaste de los retenes pierde capacidad de controlar el paso de aceite a las guías, y estás aumentan de diámetro interno. El resultado es que por la holgura de las guías de las válvulas de admisión pase demasiado aceite a la cámara de combustión.
    • El desgate de los asientos, y cabeza de las válvulas, hace que se pierda estanqueidad entre la cámara de combustión y los colectores.
    • Reparación de los retenes y guías de válvulas; sustituir los retenes de las guías, también las guías si presentan demasiado desgaste, exceso de holgura con la cola de las válvulas.
    • Reparación de los asientos de válvulas; esmerilar para tratar de recuperar la estanqueidad del cierre, si no se logra será necesario sustituir las válvulas e incluso los asientos.

 

Al abrir y cerrar, las válvulas se diseñan para que los muelles de cierre induzcan un efecto de giro que fricciona la cabeza de las válvulas sobre los asientos, es para mantener las superficies de contacto limpias y estancas prolongando su duración.

Lubricación del cigüeñal

Antes de entrar en detalle de los desgastes del cigüeñal un breve resumen del circuito de engrase del motor.

    • Motor con cuatro cilindros en línea.
    • Se integra el cigüeñal en el bloque.
    • Sobre el que asienta en los apoyos de bancada, cinco en este motor.
    • Entre los apoyos de bancada y el cigüeñal están los casquillos que apoyan sobre este mediante una película de aceite a presión.
    • Se ve a continuación el circuito de engrase que aporta aceite a presión a cada uno de los apoyos de bancada del cigüeñal en el bloque. Se representa la bomba de aceite que succiona aceite del cárter, lo envía a presión al filtro de aceite para que se limpie y sigue hacia el circuito de engrase.
    • Se identifican elementos; bloque motor, cigüeñal, apoyos de bancada, casquillos y circuito de engrase.
    • Detalle del cigüeñal; desde los apoyos de bancada hay unos conductos internos que dirigen el aceite a presión a los acoplamientos de las bielas, y desde uno de los apoyos de bancada de los extremos, el derecho en este motor, hay un conducto que lleva el aceite para lubricar la culata y distribución.
    • Se ve otro motor con el cigüeñal, en el que se acoplan en los codos las bielas, en cuya parte inferior están los apoyos que asientan el cigüeñal a través de los casquillos de biela que friccionan sobre una película de aceite a presión sobre el codo (apoyo) del cigüeñal, el aceite llega desde un apoyo de bancada por dentro del cigüeñal.
    • Detalle de apoyo de bancada; eje del cigüeñal y sobre este asientan los casquillos por el intermedio de una capa de aceite a presión, los apoyos de bancada mantienen sujetos los casquillos.
      • El aceite a presión llega a cada apoyo de bancada lubricando el rozamiento casquillos – cigüeñal.
      • El aceite desde cada apoyo de bancada continua por el interior del cigüeñal hacia un codo o apoyo de biela.
    • Detalle de un apoyo de biela; eje del cigüeñal, y sobre este a través de una capa de aceite a presión los casquillos de biela, que están sujetos por el apoyo de biela y que por la parte superior llega hasta el pistón.
      • La presión de aceite llega a cada codo o apoyo de biela de un apoyo de bancada próximo por el interior del cigüeñal.
    • El aceite en los apoyos de bancada y de biela lubrica la fricción entre los respectivos casquillos y el cigüeñal, cayendo después al cárter donde se enfría hasta que es succionado de nuevo por la bomba de aceite.

 

Se aprecia que el aceite llega antes a los apoyos de bancada que a los de las bielas. Por esta razón si la presión de aceite es insuficiente se desgastan antes los casquillos de biela.

Si el desgaste es muy rápido se llegan a fundir los casquillos de biela dejando exceso de holgura con los apoyos de las bielas, se conoce este incidente como biela fundida.

Desgastes del cigüeñal

Tras el repaso del circuito de engrase relacionado con el cigüeñal se explican los desgastes de este.

    • Detalle de un apoyo de cigüeñal en bloque (bancada) o biela (codo).
    • Eje del cigüeñal con la llegada de aceite a presión y una capa en su superficie.
    • Sobre esta capa de aceite asientan los casquillos sujetos por los apoyos, de bancada o biela.
    • Al funcionar el motor los casquillos, como elementos fusibles, se desgastan aumentando su diámetro de forma más o menos irregular. Esta mayor holgura implica pérdida de presión de aceite, la que llega a los apoyos de biela es aún menor.
    • Reparación de los desgastes.
      • Sustituir los casquillos desgastados por otros nuevos. Se comprueba el desgaste del cigüeñal por si se han de poner casquillos sobremedida.
      • Si está el cigüeñal rayado se puede rectificar a un diámetro menor, si no se supera el espesor del tratamiento de dureza, poniendo casquillos a la sobremedida
      • Si no es posible rectificar el cigüeñal se ha de poner nuevo.
      • En caso de que estén dañados los apoyos de bancada o de las bielas, se ha de sustituir respectivamente el cigüeñal y las bielas.

 

Rectificar los diferentes elementos del motor ajustando con precisión las dimensiones de los componentes implicados que se han de sustituir, ha sido un trabajo habitual hace ya años, requiere de especialistas que no abundan actualmente. La tendencia es sustituir los elementos dañados reduciendo el tiempo de la reparación.

Comentarios sobre desgastes de distribución

La distribución del motor no se relaciona directamente con los elementos internos de desgaste que se han explicado, pero también tiene degastes.

    • Se ven dos motores de frente, el de la izquierda acciona los árboles de levas mediante cadena lubricada con aceite del motor, y el de la derecha lo hace por correa dentada que trabaja en seco.
    • Cadena de distribución.
      • No tiene mantenimiento preconizado generalmente.
      • Al reparar el motor se comprueba el estado de sus componentes, sustituyendo los que sea necesario.
        • Piñones del cigüeñal y árboles de levas.
        • Tensor hidráulico (por presión de aceite).
        • Patín guía en aceite.

 

    • Correa de distribución.
      • Tiene mantenimiento periódico.
      • Conjunto o “kit” de distribución por correa.
        • Tensor mecánico en seco.
        • Rodamiento guía en seco.
        • ¿Bomba de agua?; si es accionada por la correa de distribución es aconsejable cambiarla, pues de no hacerlo no aguantará la duración de la correa nueva, y la mano de obra es elevada.

No se ha contemplado la distribución por cascada de piñones al no utilizarse prácticamente en la actualidad en el automóvil, su duración es incluso superior a la cadena, al reparar el motor se comprueba el estado de los piñones.

Enlaces a artículos de interés en el blog

En la sección “Tecnologías limpias”

    • “Motor de bajo rozamiento” (1.04.2015)

En la sección “Evolución de órganos y elementos”

    • “Evolución de la distribución del motor” (5.06.2013)
    • “Lubricación por cárter seco” (12.06.2013)
    • “Rodaje del motor” (9.10.2013)
    • “Características del motor” (13.05.2015)

En la sección “Actualidad”

    • “Arranque en frío y calentamiento del motor” (3.02.2014)
    • “Mantenimiento de la correa de distribución” (23.07.2014)
    • “Consumo de aceite del motor” (3.09.2014)
    • “El aceite del motor” (4.09.2014)
    • “Refrigeración por aire del motor” (4.11.2015)
    • “Segmento artificial de aceite” (27.05.2016)
    • “Radiador de aceite del motor” (11.01.2017)
    • “Stop & start y engrase del motor” (31.05.2017)
    • “Lubricación y refrigeración de pistones” (11.10.2017)

En la sección “Curso de tecnología del automóvil”

    • “1.9,1. Lubricación” (7.01.2015)

Otros enlaces

https://www.facebook.com/notes/ingenier%C3%ADa-automotriz-colombia/que-da%C3%B1os-son-comunes-en-un-motor/905675846164950/

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