Stop & Start y engrase del motor

Las marcas de automóviles y las empresas de I + D + i están desarrollando tecnologías para mejorar la seguridad en todas sus facetas como lo más importante, y a continuación reducir la contaminación y el consumo de los automóviles.

Una solución que está actualmente implantada en casi todos los coches nuevos es el sistema que para el motor en las detenciones temporales durante la marcha, y lo arranca de nuevo al iniciar el movimiento, automáticamente sin intervención del conductor, es el stop & start. En ocasiones se identifica este sistema invirtiendo el orden de las palabras, start y stop, pero por su funcionamiento para que entre en acción el conductor ha de haber puesto en marcha el motor del automóvil.

El stop & start tiene condicionantes para que intervenga; mantener la batería cargada y evitar fatigas adicionales a los componentes mecánicos afectados. Pero hay un detalle que se va a exponer en este artículo, ¿cuántos kilómetros dura el motor de un automóvil?, respetando sus mantenimientos en periodos y calidad de los materiales y utilizándolo de forma correcta en los arranques en frío y otros aspectos que influyen.

Si se valora que con 250.000 o 300.000 km es suficiente, en caso de surgir alguna avería con este kilometraje se puede considerar normal y cualquier sistema que se añada al automóvil y mantenga esta duración se puede aceptar. Otra cosa es deducir que sin ese sistema se podría haber llegado al menos a 400.000 km.

¿El stop & start puede afectar a la duración del motor?, vamos a verlo, sobre la premisa de que con el motor parado no hay consumo ni contaminación, que es el objetivo buscado en el diseño.

Elementos afectados por el stop & start

Motor de arranque; se refuerzan sus componentes mecánicos y eléctricos para asumir bastantes más actuaciones que sin este sistema.

Alternador; tantos arranques del motor descargan la batería, por lo que el alternador ha de ser capaz de recargarla incluso en cortos recorridos con el motor en marcha, ha de ser potente y soportar elevadas temperaturas y severas condiciones de trabajo. Se añade que con el sistema de alternador inteligente, con el que se suele contar habitualmente, este no carga en aceleraciones, lo hace en retenciones para reducir el consumo del motor, una razón más para que cuando el alternador carga a la batería lo haga con muy alta intensidad aprovechando al máximo el tiempo.

La batería ha de disponer de carga para frecuentes arranques del motor, por lo que ha de asumir rápidas descargas y cargas con valores elevados de intensidad. Una batería normal no soportaría estos esfuerzos, por lo que se utilizan las baterías AGM (Absortion Glass Material) o de tecnología similar.

Otro aspecto afectado es la lubricación del motor, y más concretamente los casquillos de biela y de bancada. Un hábito de los conductores que cuidan la mecánica de su automóvil es esperar unos segundos antes de iniciar la marcha tras arrancar en frío y conducir suave durante la fase de calentamiento, que es cuando más se desgasta el motor. Con el stop & start es frecuente que tras empezar a circular con el motor frío se pare al llegar a la primera detención, aunque sea cerca y la temperatura baja. En motores con turbocompresor es importante no parar el motor tras aparcar, esperar al menos 30 segundos y más si el recorrido ha sido a elevada velocidad o con temperaturas ambientales elevadas. Es frecuente que con stop & start se pare el motor al llegar a un peaje tras un largo recorrido, por ejemplo. Estos comportamientos originan frecuentemente preguntas en los cursos, y es en gran parte la razón de este artículo.

Circuito de lubricación del motor

Antes de explicar la relación del stop & start con el engrase del motor vamos a hacer un rápido resumen de la lubricación. El aceite está en el cárter A y es succionado B por la bomba de aceite C (movida por el motor) aumentando su presión (se apaga el testigo del cuadro), a continuación llega el aceite al filtro D (se limpia) y sigue hasta la rampa principal del circuito de engrase E, desde esta se distribuye a cada uno de los apoyos del cigüeñal en el bloque F, y desde estos apoyos por canales internos en el cigüeñal llega el aceite a los puntos de engrase de los apoyos de las bielas G. El apoyo del extremo derecho del cigüeñal en la imagen envía el aceite a la parte alta del motor para lubricar la distribución y no se ha representado.

Lubricación de los apoyos del cigüeñal en el bloque (bancada)

El aceite llega a los apoyos de bancada del cigüeñal en el bloque, 5 en este motor de 4 cilindros en línea, desde la rampa principal del circuito de engrase. El aceite pasa por unos taladros a los casquillos sobre cuya superficie interior fricciona cada apoyo del cigüeñal en una lámina de aceite a presión, tras hacer su función cae el aceite de nuevo al cárter siendo sustituido por más aceite a presión.

Con el motor parado la característica untuosidad del aceite mantiene impregnada la superficie de fricción de los casquillos, pero sin suficiente función lubricante de protección hasta que arranca el motor y se restablece la presión de aceite.

Lubricación de los apoyos de biela en el cigüeñal

Desde los apoyos de bancada, el aceite circula por el interior del cigüeñal al apoyo de biela próximo C ⇒ B, (B1, B2, B3 y B4), pasa por un taladro llegando a los casquillos de biela donde gira el cigüeñal, generando una lámina de presión de aceite que reduce la fricción del apoyo de la biela. Tras hacer su función el aceite cae al cárter siendo sustituido por más aceite a presión.

Con el motor parado pasa como en los casquillos del cigüeñal, la untuosidad del aceite mantiene húmedas las superficies de fricción de los casquillos de biela pero sin suficiente protección hasta que con el motor en marcha se regenera la presión de aceite.

Casquillos de bancada y biela con el motor parado

Esta imagen resume lo explicado en las dos anteriores; los casquillos de bancada reciben aceite a presión desde el circuito de engrase, el aceite lubrica la fricción con el cigüeñal y sigue hasta el casquillo de biela correspondiente por el interior del cigüeñal, lubricando el apoyo de la biela. El aceite rezuma por los casquillos cayendo al cárter y es sustituido por el que llega a presión desde el circuito de engrase.

El sistema de pare y arranque automático actúa así; el “stop” para el motor dejando de haber presión de aceite, cuando se va a iniciar la marcha (pisar el embrague con caja manual o acelerar con automática) el “start” lo arranca… al acelerar se genera par motor por el empuje sobre los pistones de las explosiones o combustiones…¿hay suficiente presión de aceite en los primeros instantes al iniciar el motor el giro?…de no ser así se irían acumulando desgastes adicionales en los casquillos, los de biela antes al estar más lejos.

Casquillos de biela y bancada con cámaras de aceite

En las imágenes 7a se ve en perspectiva y de frente un casquillo de cigüeñal o biela rezumando aceite hacia el cárter. Con el motor parado no hay presión, al arrancar y acelerar a la vez, hay unos instantes en que la presión de aceite puede ser insuficiente con riesgos de desgastes prematuros en los casquillos.

Una forma de reducir este desgaste es diseñar casquillos rugosos con micro cámaras en su interior, como se ve en la imagen 7b con las cámaras vacías. Al arrancar el motor por primera vez con estos casquillos se van llenando las micro cámaras de aceite, imagen 7c, cuando están llenas, imágenes 7d y 7e, aportan más aceite durante los instantes de inicio de la marcha protegiendo mejor la fricción hasta que llega la presión de aceite a su valor normal.

Una opción más de protección, complementaria a la que se ha comentado con stop & start, es que el motor de arranque mueva el motor del automóvil, pero no se aporte combustible (inyección electrónica) hasta que haya presión de aceite. Los automóviles híbridos suelen funcionar así. Con bomba de aceite eléctrica se puede mantener la presión con el motor parado, o generarla ante de su puesta en marcha.

Enlaces relacionados en el blog

Sección “Tecnologías limpias”

  • “Stop & start” (2.05.2013)..

Sección “Nuevas tecnologías”

  • “Alternador inteligente” (7.11.2012).

Sección “Evolución de órganos y elementos”

  • “Rodaje del motor” (9.10.2013).

Sección “Actualidad”

  • “Arranque en frío y calentamiento del motor” (3.02.2014)
  • “Uso del automóvil con turbocompresor” (24.02.2014)

 

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3 comentarios

  1. Tengo un volkswagen golf 1.5 TSI EVO de 150 cv, la potencia la dá entre 5000-6000 rpm., mientras que el par motor máximo de 250 nm lo dá entre 1500-3500 rpm.
    Quisiera saber cuál sería el rango útil en cuestión y a que revoluciones cambiar de marcha.

    Saludos, y gracias.

    • Depende de lo que esperes, bajo consumo, buen rendimiento o prestaciones. Te comento estas tres formas de conducir.
      – Menos consumo; cambia al llegar al entorno de 2.000 RPM sin superarlas. Acelera progresivamente. Si el motor en llano cae de 1300 RPM reduce de marcha antes de acelerar. Es una forma de conducir adecuada para ciudad.
      – Mejor rendimiento; cambia de forma que la marcha siguiente entre en el entorno medio del par máximo, entre 1.500/2.000 RPM, así tendrá buena respuesta al acelerar. Consume más que en el estilo anterior, pero se dispone de buena respuesta al acelerador, por eso ofrece equilibrio entre consumo y prestaciones, rendimiento.
      – Máximas prestaciones; se sube el motor a las RPM de potencia máxima, no dejando que caiga de las del par máximo, en este caso de 3.000 más o menos. Cuanto más se mantenga el motor alto de RPM más prestaciones. Esta forma de conducir suele ser momentánea o para recorridos determinados. Evidentemente el consumo se dispara.

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