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C e n t r o E d u c a c i o n a l d e A l t a Te c n o l o g í a
Guía Ajuste de Motores Profesor: Héctor Pineda In f or mación e x t r aída d e l libr o : Ma n u a l d e Motor es A utomotrices Diseño : Lo r e na Sanhueza M. - ARIE
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oda la potencia del motor se desarr olla al quemar combustile en combinación de air e en la cámara de combustión. El calor de la b combustión hace que el gas quemado aumente su presión. La fuerza de esta presión se convier te en trabajo útil a través del pistón, la biela y el cigüeñal. El pistón forma un fondo mov ible a la cámara de combustión. Está unido a la biela con un pasador de pistón o pasador de ar ticulación. El pasador del pistón per mite un movimiento oscilante llamado de ar ticulación giratoria en el extr emo del pistón de la biela. La biela se conecta a la par te del cigüeñal llamada tiro de manivela, botón de manivela o, muñón de cojinete de biela. Esto provee otra ar ticulación gir atoria. La car rera de la manivela es la cantidad que el extr emo grande de la biela está desalineado del centro de cojinetes principales del cigüeñal. Los cigüeñales originales se ar ma ban con una v arilla o pasador metálico al cual se conectaba la biela. Este tér mino se ha empleado como el “botón de manivela”. El botón de manivela se ha suavizado par a trabajar con el cojinete de biela y así la superficie se llama muñón del cojinete. Los anillos de pistón sellan el pequeño espacio entr e el pistón y la par ed de cilindro, manteniendo la presión arriba del pistón. Cuando la presión se acum ula en la cámara de combustión, empuja sobre el pistón y éste, a su vez, empuja al pasador y al extremo superior de la biela. El extremo inferior de ésta empuja el tiro de manivela. Esto provee la fuerza necesaria par a hacer girar al cigüeñal. La fuerza de giro del cigüeñal acciona las r uedas a través del tren de tr ansmisión. Esta fuerza de giro es el par de torsión. Conforme gir a el cigüeñal, desarrolla inercia. Inercia es la fuerza que hace que el cigüeñal continúe dando vueltas. Esta acción traerá al pistón de nu e vo a su posición original, donde está listo par a la siguiente car rera de potencia. Mientras el motor trabaja, el cic lo de combustión se re pite a medida que el pistón se mueve en fo rma alter na (se mueve hacia arriba y hacia abajo) y el cigüeñal gir a. Estos movimientos ponen fuerzas mecánicas sobre las par tes del motor. El calor de la combustión y las fuerzas mecánicas son una consideración importante al diseñar las par tes.
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REMOCION DE PISTON Y BIELA Es necesario remover la ca beza y el depósito o r ecipiente de aceite antes de retirar el pistón y la biela del monoblock. El aceite se deberá drenar antes de quitar el depósito. La biela y las ta pas se deberán revisar par a localizar las mar cas que identifican su ubicación. Si la biela y ta pas no están marcadas, se deberán marcar antes del desarmado. Si no hay números de golpe disponibles, se pueden usar las mar cas con punzón como se muestran en la figur a 1. El cigüeñal se gir a hasta que el pistón esté en el final de su car rera. Esto coloca las tuer cas de biela o los tornillos opresor es donde son fácilmente accesibles.
Figura 1 Marcas hechas con punzón en bielas y tapa de biela para identificar su ubicación en el motor. 1
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Se quita y se saca la ta pa de biela. Esto puede requerir golpear en forma ligera sobre los per nos de biela con un mar tillo de goma. Se deberán colocar protector es sobr e las roscas de los per nos de la biela par a protegerlas, así como la superficie del muñón de cigüeñal. El pisón y la biela se empujan hacia afuer a, cuidando de no golpear la orilla del fondo del cilindro con la biela. Si el cilindro se g olpea, le vantará una rebaba. Si no se quita ésta, ray ará el pistón tan lue go se arme el motor y se pong a a trabajar, como lo muestra en la figura 2. Las ta pas de biela se deben volver a unir con ésta después de ha ber removido el conjunto del cilindro. Las ta pas de biela no son inter cambia bles entr e bielas. El conjunto se debe manejar cuidadosamente. Ni el pistón ni la biela se deben sujetar en un tornillo de banco. La sujeción sin precaución hará que se ala been o inc luso se rompan. Se deberán colocar en un bastidor par a par tes de manera que no se golpeen unos con otros. El pistón de aluminio se puede r allar y mellar fácilmente.
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Así, el pistón ar ranca, se aceler a, se detiene dos veces por cada revolución del cigüeñal. Esta acción de movimiento alter no del pistón pr oduce grandes fuerzas de iner cia. La inercia es la fuerza que hace que una par te que está par ada per manezca par ada o si está en mo vimiento per manezca en movimiento. Cuanto más ligero se pueda hacer el pistón, menor es la fuerza que se desarrolle. Menos inercia permitirá velocidades más altas de operación del motor. Por esta r azón lo s pistones se hacen tan liger os como sea posib le mientr as mantengan la r esistencia que se necesita. El pistón funciona con su ca b eza expuesta a los g ases calientes de combustión mientras la falda hace contacto con la par ed del cilindro relativ amente fría. Esto trae como r esultado una diferencia de temper atur a de 275°F (l47°C) entr e la cima y el fondo del pistón. La dif erencia de temper aturas entr e pistones fundidos y for jados se muestr a en la figur a 3. El pistón del motor automotriz es más que un tapón en el cilindr o par a conver tir la presión de combustión en fuerza sobr e el cigüeñal. Es un compromiso adecuado entre la r esistencia, el peso, y el control de expansión térmica. Debe también sopor tar los anillos de sello del pistón. El pistón debe tener dur abilidad satisfactoria par a funcionar conforme a estas condiciones mientr as se desliza contra la par ed del cilindro. La aleación de aluminio ha resultado ser el mejor material par a la constr ucción de pistones. Es liviano y de resistencia adecuada. Sin embargo, incrementa el problema de la expansión. La r azón es que las aleaciones de aluminio se expanden dos veces de lo que se expande el hier r o fundido cuando ambos se calientan a la misma temper a tura. El hier r o fundido se usa en los monobloc ks y en las camisas de cilindro en las que funcionan los pistones de aluminio. El pistón de aluminio se expande más rápido que el cilindr o, lo que tiende a r educir el claro de oper ación conforme el motor se calienta.
FIGURA 2 Una falda de pistón rayada por una rebaba desprendida al golpear el fondo de la falda del cilindro con la biela al estarla moviendo.
DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA
Los anillos se quitarán cuidadosamente del pistón par a evitar dañarlos. La mejor manera de quitar los es usando una her r amienta expansor a de anillos. La mayor parte de los pasadores de pistón tienen un ajuste de pr esión en la biela. La remoción r equier e de un soporte especial y apar atos que presionen par a evitar dañar el pistón. No se deberá intentar quitarlos sin estas her ramientas especiales.
DISEÑO DEL PISTON
FUNDICION
Cuando el motor está trabajando, el pistón ar ranca en la parte superior del cilindro. Se aceler a hacia abajo hasta una v elocidad máxima poco antes de su medio recor rido hacia abajo. El pistón lle ga al fondo del cilindro, a 180° de r otación del cigüeñal. Dur ante los siguientes 180° de r otación del cigüeñal, el pistón se mueve hacia ar riba. Se acelera hasta una v elocidad máxima liger amente sobr e el punto de medio r ecor rido, hasta detener se en la cima de la car rera.
FORJA
Figura 3 Diferencia de temperatura en pistones que funcionan bajo las mismas condiciones.
Para complicar todavía más los prob lemas de diseño del pistón, los estilos y el tamaño del automóvil moderno limitan el espacio disponible par a el motor. Al mismo tiempo, los c lientes 2
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esperan un buen funcionamiento del motor. La maner a más fácil de pr oveer suficiente potencia es tener un desplazamiento g r ande del motor. El desplazamiento depende del diámetr o del cilindro y el largo de la car rera del pistón. Cada uno de estos requier e espacio. En los automóviles de tamaño reducido no hay suficiente espacio. El diseñador de motores , par a automóvil ha sido ca paz de prov eer suficiente desplazamiento de motor con un tamaño externo pequeño del mismo. Esto se hace al conser var la altura del pistón al mínimo y trayéndolo cercano al cigüeñal en el fondo de la car rera, como se muestr a en la figur a 4. Este pistón debe tener suficiente r esistencia par a sopor tar la presión de combustión y las cargas, por el movimiento alterno. T ambién debe tener bastante falda de pistón par a guiarlo der ec ho dentro del cilindro. Además, el pistón debe tener control de la expansión de bido al calor par a log r ar un funcionamiento silencioso y de mayor dur ación. Por último, el pistón sostiene los anillos per pendicular es a la par ed del cilindro de maner a que sellen apropiadamente.
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Generalmente, los motores de bajo costo y r endimiento dismin uido tienen pistones de cabeza plana. Algunos de estos pistones de ca beza plana llegan tan cer ca de la cabeza de los cilindros que se forman cavidades en la cima del pistón par a el claro de las válvulas. Los pistones utilizados en motores con alta potencia pueden tener domos ele v ados o una p r otuber ancia en las cabezas de pistones. Estas se usan par a aumentar la relación de compresión. Los pistones empleados en otr os motores pueden estar provistos de una d e pr esión en f o rma de pla to. La pr ofundidad de éste pr ovee difer entes relaciones de compresión r equeridas por di ver sos modelos de motor. Varias formas de cabezas de cilindros se muestran en la figura 5.
Cabezas de pistón: Ya que la cabeza del pistón es parte de la cámara de combustión, su forma es muy importante par a el pr oceso de combustión. a
b
c
d
e
f
Figura 5 Formas de cabezas de pistón: (A) Plana, (B) con huecos, (C y D) con resaltes, y (E y F) en forma de plato.
La cabeza del pistón debe tener suficiente resistencia par a sopor tar las presiones de la combustión. A menudo se usan costillas de r efuerzo por debajo de la ca beza par a mantener r esistencia al mismo tiempo que se reduce el material par a aligerar el pistón. Estas costillas se usan también como costillas de enfriamiento par a tr ansferir parte del calor del pistón al aceite del motor. Las costillas del lado inf erior del pistón se pueden ver en el corte de la figura 6.
Figura 4 El pistón está muy cerca del contrapeso de cigüeñal cuando el pistón está en el extremo inferior de la carrera. El pistón tiene una falda de pantufla cuando la biela es corta.
El peso del pistón es importante. Todos los pistones de un motor deberán pesar lo mismo par a asegur ar un buen equilibrio. El peso del pistón es un factor cuando quier a que se cambian pistones. La mayor parte de los pistones de aluminio v arían en peso de 10 a 30 onzas (280 a 850 gr amos) (1 onza 2835 gr amos). Un “c lip” típico par a papel pesa un gr amo. Si el cilindr o ha sido perforado, se requieren pistones de re puesto. Si éstos pesan más, ello pone car gas de inercia adicionales en las bielas. Por lo tanto, par a pr evenir fallas de cojinetes en un motor r econstruido, los pistones de repuesto no deberán pesar más que los pistones originales. =
ADVERTENCIA: Algunos pistones menos costosos de repuesto son muc ho más pesados que los pistones de almacén aun en el tamaño de perfor ado. Por la misma r azón, si se cambia un pistón todos se deberán reemplazar, o al menos revisar y cor regir, par a ase gurar el mismo peso.
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Ranuras de Anillo de Pistón: Las ranur as de anillos de pistón se ubican entre la ca beza y la falda del pistón (figura 7). El anc ho de las ranu ras , el anc ho de superficie entr e ranu ras y el número de anillos, son un f actor principal al deter minar la altur a mínima del pistón. El diámetro exterior del pistón en la superficie entre ranuras es de 0.020” a 0.040” (0.5 a 1 milímetro) más pequeño que el diámetr o de la falda. Ver figur a 8. Algunos pistones par a motor es de ser vicio pesado tienen ranur as de anillos de aceite ubicadas en la falda del pistón, a bajo del per no del pistón. Los motores de automóvil usan dos anillos de compresión y uno par a control del aceite. Se ubican ar riba del pasador de pistón. Algunos motores usan pistones de dos anillos: uno de compresión y otro de aceite.
Costillas
Figura 6 Costillas en los lados inferior e interior del pistón.
Figura 7 Nombres de partes de Pistón Corona - superficie de cima de pistón
Superficie Nº1 (superficie de corona) área de lado sobre el anillo de la cima Ranura Nº1 (ranura de anillo de compresión superior) Superficie entre ranuras Nº2 Otras ranuras y espacios entre ranuras
Corona Interior
Falda - lado de pistón bajo las ranuras
Figura 8 Forma de leva de falda de Pistón
La forma elíptica de la falda de pistón deberá ser de 0.010’’ a 0.012’’, menos en el diámetro(a) que de un lado a otro de las caras de empuje en el diámetro (B). La medición se hace a 1/8 ’’ bajo la ranura del anillo inferior.
Los diámetros en (C) y (D) pueden ser iguales, o el diámetro en (D) puede ser 0.0015’’ mayor que (C) 4
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Los motores que usan sólo dos anillos de pistón son de tamaño pequeño y eficientes en la combustión. El sello del cilindro es posible a causa del maquinado cuidadoso y de procedimientos de acoplamiento adecuados. La ranura del anillo debe ser lo suficientemente profunda par a impedir que el anillo golpee la base de la ranura cuando es prensado hacia adentro, de modo que quede al ras con la car a de la superficie entre las ranur as. Su profundidad de ranur a se vuelve critica par a algunos diseños de expansores de anillos. Estos expansores hacen cuña entr e el respaldo del anillo y la base de la ranur a. Los costados de la ranura deben estar a escuadr a y planos de maner a que el costado del anillo del pistón ha g a sello sobre el costado de la ranura. Las ranur as del anillo de aceite tienen salida en la base, de modo que el aceite que se descar ta de la par ed del cilindr o fluya por las salidas hacia el cár ter. Estas salidas se hacen por agujeros bar r aneados o hendeduras, como se m uestr a en la figura 9.
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extendió entr e las primeros pistones de aluminio. Los pistones de aluminio se expanden aproximadamente el dob le de los pistones de hier r o fundido, co n el mismo aumento en temper atura. Con tal expansión, la ranur a de expansión r equerida hizo a los pistones demasiado débiles. Un mejor método de control de expansión se cr eó con la falda de pistón rectif icada siguiendo el perfil contr olado por una le v a. Las superficies de empuje del pistón se ada ptan estrechamente al cilindro, mientras el diámetro de protuberancia para pasador de pistón se ada pta en forma suelta. Conforme el pistón de esmerilado de le v a se calienta, se expande a lo largo del pasador de pistón de maner a que se hará casi redondo a temper aturas nor males de funcionamiento. Una falda de pistón de rectificado de lev a se muestr a en la figur a 10. Dirección de la Expansión
Superficies de empuje Agujeros Barrenados
con Hendeduras Di á. A - Di á. B = leva en la falda del pistón Figura 10 Forma de leva del pistón. El diámetro más grande es de un lado a otro de las superficies de empuje y perpendicular al pasador del pistón (con letra A).
Figura 9 Ventilación de ranura del anillo de aceite con agujeros barraneados o hendeduras.
La parte más baja de la falda de pistón está a la distancia más gr ande de la cámara de combustión. No tra baja tan caliente, de manera que se expande menos que la parte superior. Esto per mite que la par te más baja de la falda del pistón sea más g r ande que la par te superior cuando se mide por el diámetr o de la superficie de empuje. La par te más baja de la falda tendrá un ajuste estrecho y frío dentro del cilindro par a un funcionamiento más silencioso y una vida sa tisfactoria de ser vicio del pistón. Cuando el pistón se calienta, la par te superior será la que más se expanda, de manera que la falda del pistón esté r ecta. Entonces se her mana la par ed del cilindro . Ver figura 11.
Falda del pistón: La expansión del pistón er a un prob lema menor en motores antiguos con pistones de hier ro fundido. Los pr opietarios de estos vehículos solían aceptar el r uido del pistón que resultaba de los clar os grandes del pistón contra la par ed del cilindro en los motores antiguos, pues este r uido generalmente cesaba al calentar se el motor. Sin embargo, se r equirió algún medio de control de la expansión del pistón cuando los propietarios demandaron un funcionamiento silencioso del motor.
La expansión del pistón fue controlada primero por una hendedur a en la superficie menor de empuje de las faldas del pistón. Estos pistones se acomodaron en el cilindro con muy poco claro entr e pistón y cilindro. La falda del pistón se expandía dentro de la hendedura conforme el pistón se calentaba dur ante la oper ación. Los tipos de hendedura más popular es fueron la hendedur a en U y la hendedura en T. El diseño de hendedura en U tenía dos hendeduras en la falda del pistón que se conectaban una con otr a cer ca de la cima de la falda de pistón, for mando un perfil de U inver tida. La hendedura en T tenía una hendedura abajo de la falda de pistón con una hendedur a cr uzada en la orilla superior de la falda de pistón par a fo r mar el diseño de hendedura en T. Este método de control de expansión se
Figura 11 Diseño de una falda de pistón con forma de barril. 5
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La mayor par te de las pistones tienen hendeduras de se par ación horizontales que actúan como diques al calor. Estas hendeduras r educen la transferencia del calor de la cabeza caliente de pistón a la falda inf erior. Esto, a su ve z, conser v era más baja la temper atura de la falda y ha brá menos expansión de la misma. Al situar la hendedura en la ranur a de anillo de aceite, la hendedura se usa par a drenar el aceite de regreso así como par a el control de la expansión. Algunos motor es se construyen con una hendedura abajo del per no de pistón, Esto aísla la falda inf erior de las flexiones de protuberancia del per no de pistón, causadas por el esfuerzo que ocurre en la car rera de potencia; la falda inferior puede mantener mejor su medida, estas hendeduras de retención de calor se pueden ver en las figur as 12 y 13.
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¿Qué es una ceja?
Los huecos maquinados o fundidos en los puntos superior es de los pistones par a claro de válvulas se llaman comúnmente cejas. Estos huecos también se llaman alivios de válvulas o bolsas de válvulas. La profundidad de las cejas tiene un efecto mayor en la relación de compr esión y se necesita par a pro veer claro par a las válvulas si se r ompier a la banda del tiempo de un motor de árbol de levas sobr e cabeza. Sin las cejas profundas, los pistones pueden pe g arle a las válvulas cerca del TDC si éstas no funcionan (cerr ando) debido a la falta de rotación del árbol de levas. Si un motor esta diseñado par a que no haya pistones que golpeen las válvulas se llama de rodamiento libr e. Por ejemplo, el motor del For d Escort se cambió a mediados de los oc henta aun diseño de rodamiento libr e maquinando cejas más pr ofundas en los puntos superiores de los pistones. Antes de este cambio, si la banda del tiempo se rompía resultaban serios daños al motor, por que los pistones continua ban moviéndose , hacia arriba y hacia abajo algunas veces mientr as las válvulas no cambiaban de posición. Cuando los pistones golpean las válvulas, los pistones se rompen, lo que a su vez rompería el monoblock, además de dañar las bielas y doblar las válvulas.
Se log ró un mayor desarrollo en el control de la expansión con la fundición del aluminio del pistón alrededor de dos inser tos rígidos de acer o. Los inser tos no están ligados químicamente con el aluminio, ni le a gregan r esistencia al pistón. Sólo hay una lig a mecánica entr e el acero y el aluminio. La acción bimetálica de este inser to en el aluminio oblig a al pistón a doblar se hacia afuer a a lo largo del pasador del pistón. Esto impide que las superficies de empuje de la falda del pistón se expandan más que el cilindro de hier ro fundido en el cual funciona el pistón. Los pistones con inser tos postizos de acer o per miten un b uen claro entre el pistón y la par ed de cilindro a las temper atur as normales. Al mismo tiempo, per miten que el claro de oper ación fría sea de sólo 0.0005” (medio milésimo de pulgada) (0.0127 mm.). Este pequeño claro evitará el golpeteo y el ruido de pistón frío. Un inser to común de control de expansión de pistón se ve en las figuras 14 y 15.
Figura 12 Hendeduras fundidas de diques de calor justamente bajo las ranuras del anillo de aceite.
Superficie de Empuje
Los insertos impiden que el pistón se expanda de un lado a otro de la superficie de empuje
El aluminio del pistón se expande a lo largo del pasador de pistón Superficie de Empuje
Figura 13 Hendedura de dique de calor aserrada en el fondo de la ranura del anillo de aceite y hendedura fundida bajo el pasador de pistón.
Figura 14 Acción de inserto de acero para ayudar al control de expansión del pistón cuando llega a calentarse. 6
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Figura 15 Dos vistas en el corte seccional de un pistón que muestra el inserto de control de expansión.
Los pistones de ser vicio pesado son fundiciones cilíndricas con ranur as par a anillo en la parte superior, y que usan una falda de tipo de tronco. El pistón que se muestr a en la figur a 13 tiene una falda tipo de tronco. A medida que aumentan los requisitos par a los automóviles, el número y el espesor de los anillos del pistón se reducen y la falda del pistón de aluminio fundido se ha r educido a un mínimo con el empleo de la falda tipo abier to de pantuf la. Ejemplos del pistón de falda de pantufla se muestran en las figuras 12 y 15. Los motor es para alto r endimiento necesitan pistones con resistencia adicional. Aquí se usan pistones for jados por impacto, cuyo diseño cae entre estos dos extremos de pistones de ser vicio pesado y automotriz. La figur a 16 muestr a un pistón de aluminio for jado con una falda de tronco, y la figur a 17 muestr a un pistón de aluminio de peso liger o y de diseño reciente.
Figura 17 Pistón de un motor de árbol de levas dual sobre cabeza. Este motor de altas revoluciones (hasta 7500 rpm) usa un pistón de falda corta y anillos de baja fricción.
Acabado de la falda: Este aca bado de falda es importante par a una dur ación máxima. Las ranuras u ondas torneadas de 0.0005” (0.0125 mm) de profundidad en la superficie de algunas faldas de pistones producen un aca bado que conducirá aceite par a lubricación. Otr as faldas de pistón son relat i v amente lisas. La figura 18 muestr a superficies típicas de faldas de pistón. Una superficie con estañado de poco espesor (aproximadamente de 0.00005”o 0.00125 mm de espesor) también se usa en algunos pistones de aluminio par a r educir ar r astres y rayones dur ante periodos ocasionales de lubricación mínima. La falda del pistón nor malmente se monta sobre una película de aceite lubricante. Siempre que falta la película de aceite, ha brá contacto de metal con metal, originando el ar r astre del pistón. Esto ocur re cuando un sistema de enfriamiento defectuoso hace que el motor se sobr ecaliente. El sobrecalentamiento es causa de que el aceite se adelgace y el calor sobr eexpanda al pistón. El ar r astre del pistón lle v a a un mal control del aceite, acor ta la vida del mismo daña el cilindr o con asperezas y ar rastre en los anillos.
Figura 16 Las líneas de flujo del grano se pueden ver en este pistón forjado con una falda de tronco. 7
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Línea de Centro de Perno de Pistón
Superficie de Empuje Mayor
Figura 18 Superficies de falda de pistón de uso común. Descentrado
Equilibrio de pistones: Los pistones están provistos de cojines agr andados o bridas de pistón (figura 19) que controlan su peso. El f abricante remueve material de la superficie de estos cojines en la última oper ación de maquinado, par a mantener el pistón dentro de las toler ancias de peso cor r ectas.
Línea de Centro del Pistón
Figura 20 El pasador de pistón está descentrado hacia la superficie de mayor empuje.
Figura 19 Ubicación normal de cojinetes utilizados para equilibrar pistones.
El costado menor de empuje de la cabeza del pistón tiene un área más grande que el ár ea del costado principal, por efecto de lo descentrado del per no. Conforme el pistón se mueve hacia arriba en el cilindro en la car rera de compresión, se apoy ará contra la superficie menor de empuje. Cuando la presión de compresión es suficientemente alta, el ár ea más grande de la cabeza en el costado menor hará que el pistón se inc line liger amente en el cilindro. Esto conduce a la cima de la superficie menor de empuje sobr e el cilindro y obliga al fondo de la superficie principal de empuje a estar en contacto con la par ed del cilindr o. Conforme el pistón se acer ca al centro de la cima, ambas superficies de empuje están en contacto con la pared del cilindr o. Cuando el cigüeñal cr uza sobre el centro de la cima, la fuerza sobr e la biela mueve todo el pistón hacia la superficie principal de empuje. La superficie inferior de la superficie principal de empuje ha estado ya en contacto con la par ed de cilindr o. EL r esto de la f alda del pistón desliza en contacto pleno poco después del punto de sobr ecr uce, gober nando con esto el empuje de pistón. Esta acción se ilustr a en la figura 21.
PERNOS DE PISTON
Los per nos de pistón se utilizan par a unirlo a la biela. También se llaman pasadores de go r rón (un tér mino británico). El per no del pistón tr ansfier e la fuerza producida por las presiones de la cámara de combustión y fuerzas de iner cia de pistón a la biela. El per no de pistón está hec ho con acer o de alta calidad en forma de tubo par a que resulte fuerte y liviano. Algunas veces el agujer o interior del per no de pistón es ahusado, grande en los extremos y pequeño a la mitad. Esto le da al per no una resistencia proporcional a la ubicación de la car ga colocada sobre él. Un agujer o de doble ahusamiento como éste es más costoso de fabricar, de modo que se usa sólo donde su ventaja de peso amerita el costo extra. Descentrado del perno de pistón: Los agujeros del pasador del pistón no están centrados en el pistón, sino que están situados hacia la superf icie principal de empuje aproximadamente a 0.062’’ (1.57 mm) de la línea de centro del pistón, como se muestr a la f igura 20. Lo descentrado del per no del pistón se proyecta de esta maner a par a r educir el empuje del pistón y el ruido r esultante conforme el extr emo grande de la biela cr uza por el centro muer to superio r. 8
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Etapa de compresión antes del punto superior
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Sobrecruce en el principio de la carrera de potencia
Carrera de potencia después del punto superior
Figura 21 Efecto del decentrado del pasador de pistón en cuanto controla el trayecto del pistón.
La ubicación de lo descentrado del pistón hacia la superficie menor de empuje proveerá una mejor ventaja mecánica, también causará menos fricción entr e pistón y cilindro. Por estas razones, lo descentrado se suele situar hacia la superficie menor de empuje en los motor es de car reras. El r uido y la dur a bilidad no so n tan importantes como el r endimiento máximo en los motores de car reras. Ajustes del perno de pistón : El aca bado y el tamaño de los per nos de pistón tienen un control estricto. Los per nos de pistón tienen un acabado de espejo. Su tamaño se da hasta décimos de milésima de pulg ada de manera que se puedan mantener ajustes exactos. Si el per no está suelto en el pistón o en la biela, hará un r uido de cascabeleo al funcionar el motor. Si el per no esta demasiado apr etado en el pistón, restringirá su expansión por el diámetro del per n o, lo que conducirá al ar r astre del pistón. Los claros de per no v an desde 0.0005” a 0.0007” (0.0126 hasta 0.0180 mm).
Figura 22 Pasador de pistón de flotación plena, retenido por un anillo de candado en cada extremo del perno de pistón.
Métodos para retener pernos de pistón: Se necesita retener o sostener los per nos de pistón, de manera que queden centrados en el pistón. Si no se retuvieran, se moverían hacia el extr emo y harían ranuras en la par ed del cilindro. Hay tres formas de r etener un per no de pistón; puede ser de flotación plena, con algún tipo de tope ubicado a cada extr emo o bien sujeto a la biela. En algunos motores, se sujeta al pistón. Los per nos de flotación plena en motores automotrices están retenidos por anillos de candado, ubicados en ranur as del agujero par a per no en los extr emos del mismo (figur as 22, 23 y 24). Algunos motores usan ta pones de aluminio o de plástico en ambos extremos del per n o. Estos ta pones tocan la pared del cilindro sin rayar lo par a sostener el per no centrado dentro del pistón.
Figura 23 Anillo de retención de candado de perno de pistón.
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ANILLOS DE PISTON Los anillos de pistón proveen dos funciones principales en los motor es. Forman un sello deslizante en la cámara de combustión que impide que los g ases de combustión de alta presión sobrepasen al pistón. También impiden que el aceite penetr e en la cámara de combustión. Además, los anillos transfieren par te del calor del pistón a la par ed del cilindro, de donde se re mueve del motor a través del sistema de enfriamiento. Los anillos de pistón se c lasifican en dos tipo: Anillos de compr esión, ubicados hacia la cima del pistón, y anillos de aceite, ubicados bajo los anillos de compresión. Los primer os anillos de pistón se hacían con una simple sección transversal recta. Esta sección transversal se modificó con conicidades, biseles, contr abar r enos, hendeduras, rieles y expansor es. Los materiales de los anillos de pistón también han cambiado, desde el hier r o fundido común hasta hier ro per lítico y nodular así como acer o. El hier ro dúctil como material de anillo de pistón, se está comenzando a usar en motor es automotrices. Los anillos de pistón se pueden propor cionar con car a de cromo o de molibdeno.
Figura 24 Anillo de retención de candado de perno de pistón.
Los per nos de pistón se retienen en las bielas con un per no fijador ubicado en el extr emo de pistón de la biela. El per no de pistón utilizado en e1 fijador tiene una moesca a través de la cual ajusta la orilla del per no f ijador. El per no fijador ubica al per no en el centro del pistón y fija la biela alrededor del per no par a sostener lo en forma segur a. El método moderno de retener el per no de pistón en la biela es el de hacer el agujer o de biela liger amente menor que el per no de pistón. El per no se instala por calentamiento de la biela par a expandir el agujero , o prensando el per no dentro de la biela. Este método de retención sostendrá en forma segur a al per no. Ver f igur a 25. Este ajuste a presión o por contracción se llama ajuste de interferencia. Se debe tener cuidado con las medidas cor rectas del agujer o y el per n o debe centrar en la biela. El método de ajuste de interfe rencia es el menos costoso. Se encuentr a, por eso, en la mayor par te de los automóviles. En motor es de automóvil, el pistón está libr e par a moverse sobr e el per no de pistón. En algunos motor es de ser vicio pesado, un tor nillo opresor en un costado de la protuber ancia de pistón entr a en un agujer o o hace contacto en la parte plana sobre el per no del pistón par a retener lo. El tor nillo opresor sólo se sitúa sobr e un costado del pistón. De esta manera, la fijación no interfier e con la expansión nor mal del pistón a lo largo del per n o.
ANILLOS DE COMPRESION Un anillo de compresión está diseñado par a for mar un sello entr e el pistón que se mueve y la pared del cilindro. Esto es par a obtener potencia máxima de la presión de combustión. Al mismo tiempo, el anillo de compresión debe mantener la fricción a un mínimo, lo cual se obtiene pr oveyendo suficiente tensión mecánica estática o interconstruida, Para sostener el anillo en contacto con la par ed del cilindr o dur ante la car rera de admisión. La presión de la cámara de combustión dur ante las etapas de compresión, potencia y descar ga se aplica a la parte superior y al r espaldo del anillo. Esta presión agregará la fuerza que se requiere sobre el anillo par a sellar la cámara de combustión dur ante estas etapas. La figura 26 ilustra cómo la pr esión de la cámara de combustión agreg a fuerza al anillo. Fuerzas del anillo: La tensión estática mecánica del anillo r esulta de la fo rma del mismo, las características del ma terial y los expansor es. Los anillos se f a brican de manera que teng an forma de lev a en su estado libr e. Cuando el anillo de pistón se comprime a la medida del cilindro, se tor na redondo y desar rolla la tensión estática r equerida. El control adicional de anillo hace que se conforme hacia los biseles y contr abar r enos cuando se comprime a la medida del cilindr o (figura 27). El torcimiento se usa par a prov eer un sello en una línea de contacto sobr e la par ed del cilindr o y dentro de la ranur a del anillo. La línea de contado se puede ver en los anillos de pistón, liger amente usados, que se muestran en la figura 28. La línea de contacto propor ciona una presión unitaria r elativ amente alta par a sellar. Al mismo tiempo, per mite una fuerza total baja del anillo contr a el cilindr o, lo que trae como r esultado fricción baja de anillo. La presión en la cámara de combustión actúa sobre el anillo de pistón de la cima. La presión oblig a al anillo a aplanarse sobre el costado del fondo de la ranura. Esta acción sellará la junta del anillo con el pistón. La ranur a
Figura 25 Tipo de ajuste de interferencia de perno de pistón. 10
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del anillo deberá tener un lado plano y a escuadr a par a este sello. La pr esión detrás del anillo también lo forzará contr a la par ed del cilindro par a sellar la superficie de contacto entre anillo y cilindro. Esta acción (figura 26) produce una fuerza de sello dinámico que hace un sello móvil ef ectivo en la cámara de combustión. Entra la presión de la cámara de combustión Pistón
Fuerzas sobre el anillo de pistón causad as por presión de combustión
Figura 28 Los anillos de pistón están ligeramente usados, de modo que se muestra la línea de contacto. El anillo superior con cara de barril tiene de línea contacto en el centro. El segundo anillo con cara ahusada tiene de línea de contacto a lo largo de la orilla inferior del anillo.
Abertura de anillo: La aber tura del anillo de pistón permitirá un liger o escape más allá de la cima del anillo de compresión. Este esca pe es útil al pr ov eer pr esión sobr e el se gundo anillo par a desar rollar una fuerza dinámica de sello. La cantidad de aber tur a del anillo es crítica. Demasiada aber tura permitirá una salida excesi v a de g ases del cilindro. En esto consiste el esca pe de gases de combustión más allá de los anillos. Este esca pe permitirá que el aceite vuele de la par ed del cilindro. Esta pér dida de aceite es seguida por el ar rastre del anillo de pistón. Una aber tura estrecha, por otr o lado, hará que los extremos del anillo del pistón se pong an a tope cuando el motor está caliente. Esta posición a tope aumenta la fuerza mecánica contra la par ed del cilindro lo que causa desgaste excesivo y posible falla del motor. En general, los anillos de pistón más fuer tes r equieren aber turas más grandes. Una aber tura de anillo de pistón, del tipo a tope es el más usado en motor es automotrices, por que es el menos costoso de fabricar. Algunos motores industriales de baja v elocidad y algunos motor es diesel usan una aber tura de anillo más costosa, ahusada o de sello par a disminuir la aber tura. Estas aber turas se r equieren par a r educir pérdidas de los g ases de combustión de alta presión. A v elocidades bajas, los gases tienen más tiempo par a escapar a través de la aber tura. Las aber tur as típicas de anillos se muestran en la figura 29.
Pared del cilindro Figura 26 La presión de combustión fuerza al anillo superior del pistón hacia abajo y hacia afuera contra la pared del cilindro.
Sección A-A’ anillo en estado libre
Abertura a tope
Abertura inclinada
Sección B-B’ anillo comprimido para adaptarse al cilindro Figura 27 Un contrabarreno de anillo de pistón hace que el anillo se conforme cuando es comprimido para adaptarse al cilindro.
Abertura escalonada de sello Figura 29 Aberturas típicas de anillos. 11
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D De contra barreno
B Cara inclinada
C De contra barreno
E Torcimiento interno
F Cara de barril
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Los anillos de torcimiento inver so r equieren una car a ahusada más g r ande, o car a de barril, par a mantener el contacto deseado de la car a del anillo con la par ed del cilindro. Algunos anillos reemplazan el ahusamiento del anillo exterior con una car a de barril. El bar ril es de 0.0003” por 0.100” (0.0076 mm por 0.25 mm) de anc ho del anillo. Las car as de bar ril se encuentran en anillos rectangulares y en anillos defor mados por la torsión. El anillo superior de la figur a 28 muestr a la línea de contacto que r esulta con un anillo de compresión con car a de bar ril y el anillo inferior que muestr a un costado de car a ahusada.
Corte transversal de anillo: Conforme las velocidades de motor han aumentado, las fuerzas de inercia en los anillos también han aumentado. Como resultado, los f abricantes de motores han encontr ado desea ble r educir las fuerzas de iner cia de los anillos reduciendo su peso. Esto se ha lo gr ado ang ostando el anillo en fracciones desde ¼” (6 mm) hasta 1/16” (1.6 mm). Los anillos angostos r equieren menos ma terial, ocupan menos espacio, y reducen al mínimo el ar rastre. A medida que los anillos se hacen más angostos, la ranur a del anillo también se angosta. Las ranur as de anillo angostas son difíciles de fabricar. Las ranuras de 1/16’’ (1.6 mm) par ecen ser el mínimo práctico que se puede log r ar en esta fa bricación. Los cor tes transversales comunes de anillos de compresión se muestran en la figura 30. Un análisis de cor tes transversales de anillos de pistón debe comenzar con una sección r ectangular. Esta se modificó primero con una cara ahusada que haría contacto con la par ed del cilindro en la orilla inferior del anillo de pistón. Cuando se hace un bisel o alivio de contrabar r eno en la esquina interna superior del anillo, su corte transversal queda fuera de balance. Esto hará que se tuerza dentro de la ranura en sentido positivo. El torcimiento positivo dará el mismo contacto de par ed que el anillo de car a ahusada. También proporciona un sello de línea de contacto en el costado del fondo de la ranura. Algunas veces, se usan el tor cimiento y una car a ahusada en el mismo anillo de compresión.
A Rectangular
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Caras de anillos: Los materiales sobre las car as de anillos de pistón son muy importantes par a propor cionar máxima vida de ser vicio. Antes de la segunda guer ra mundial, los anillos er an totalmente de hier ro fundido. Se les daba un recubrimiento fosfatizado par a reducir al mínimo la her r umbr e y el ar r astre inicial dur ante el ar r anque. Otros r ecubrimientos tenían nombr es como Ferr ox y Gra phitox. Estos r ecubrimientos son óxido ferr oso y grafito, respectiv amente, la práctica se modificó dur ante la segunda guer ra mundial. como r esultado del desarr ollo de anillos de motores de aviación. Se desar rollar on las técnicas de poner cromo duro en la car a del anillo de pistón. El cr omo aumenta g r andemente la dur ación del anillo, especialmente donde hay materiales abrasivos en el air e. Dur ante la fabricación, el anillo con r ecubrimiento de cr omo está liger amente biselado en las esquinas exterior es. Se aplica 0.0004” (0.010 mm) de cr omo como r ecubrimiento sobr e la car a del anillo. Los anillos con car a de cr omo reciben pulimento previo con pasta abrasi v a o rectificación con piedr a antes de ser empacados y embarcados par a el c liente. Las car as con acabado de cr omo se muestran en una vista en cor te seccional en la figura 31.
Figura 31 La cara de cromo se puede ver en el lado derecho de la vista seccional del anillo.
Figura 30 Secciones rectas típicas de anillo de compresión.
A principios de los sesenta, se intr odujeron las car as con molibdeno en anillos de pistón. Estos anillos también tuvieron buen r esultado en dur ación en ser vicio, especialmente con condiciones de ar rastre. La mayor parte de los anillos de pistón con car a con molibdeno tienen una ranur a de 0.004” a 0.008” (0.1 a 0.2 mm) de profundidad de cor te en la car a del anillo. Esta ranur a se rellena con molibdeno, usando un método de pulverización metálica (o plasma). De nodo que hay una orilla de hier ro fundido arriba y a bajo del molibdeno. Esta orilla puede ser biselada en algunas aplicaciones. Una vista seccional de un anillo con car as de molibdeno se muestra en la f igura 32.
Algunos anillos secundarios tienen una muesca en la esquina inferior exterio r. Esto, también, provee un torcimiento positi vo del anillo. La esquina aguda inferior y exterior se convier te en r aspador que ayuda al control del aceite, pero tiene menos control de compresión que los modelos precedentes. Al biselar la esquina inf erior e interior del anillo, se produce un torcimiento inv er so; así se sella la sección exterior inferior del anillo y de la ranura del anillo de pistón, lo que mejora el control del aceite. 12
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ANILLOS DE CONTROL DE ACEITE Originalmente, lo s anillos no estaban di vididos en de compresión y de aceite. Todos los anillos er an rectangulares simples. Los primer os anillos que se llamaron de aceite fueron los anillos con ahusamiento o inc linación. La esquina inferior que raspa ba removía g r an par te del aceite de la pared del cilindro en la car rera hacia abajo del pistón. En el desarrollo siguiente, los anillos de aceite tuviero n salidas por hendidur as maquinadas. Esto per mitía que el aceite reg resar a a través del anillo y aber turas en el pistón. Este maquinado, como se muestra en la figur a 34, producía dos orillas par a r aspar que funcionaba mejor que la orilla sencilla.
Figura 32 La cara de molibdeno se puede ver en el lado derecho de la vista seccional del anillo.
Se han desarrollado nuev os r ecubrimientos de anillos. En un diseño, una ca pa delgada de cromo de g r anos finos con grietas microscópicas es colocada sobr e el cr omo duro. Estos anillos se pueden usar sin prepulido. También se ha desarr ollado un r ecubrimiento superior de car a con molibdeno. No se tiene que colocar en una ranur a de modo que r esiste mejor tanto el choque mecánico como la formación de escamas . Ver figur a 33 par a un ejemplo de cómo el anillo se tuerce dur ante el funcionamiento del motor y lo cual puede desg astar la ranur a del pistón así como la car a del anillo.
Figura 34 Anillo de aceite de hierro fundido con una hendedura para salida de aceite.
Ver figura 35 que muestr a cómo la acción de r aspar del anillo de control de aceite se puede usar par a lubricar el per no del pistón. Se colocaron expansor es de r esorte de acer o en el respaldo de la ranur a del anillo par a mejor ar la tensión radial estática. Se forzaba al anillo a confor mar se con la par ed del cilindr o. Confor mar quiere decir cambiar su forma par a acoplar con la forma de la par te con la que están en contacto. Se usan diseños de expansor es. Un tipo de expansor (figur a 36) actúa como resor te entre la base de ranur a del anillo y éste. La fuerza de otro tipo de expansor (figur a 37) resulta de la fuerza r adial cuando los dos extremos del expansor quedan a tope uno con otro. Esto forma tensión estática conforme el anillo es forzado a entrar en la ranur a por el cilindro.
Figura 33 Vista de sección transversal que muestran desgaste de la ranura del anillo.
Los anillos con car a de molibdeno dur an más tiempo en condiciones de calor y de ar rastre que los anillos con car a de cr omo. En condiciones de desgaste abrasivo, los anillos con car a de cr omo tienen una mejor vida en ser vicio. Hay poca diferencia apreciable entr e estos dos materiales de car as con r especto a escape de g ases de combustión, consumo de aceite, aflojamiento y potencia. Los anillos de pistón con cualquier a de estos tipos de car as son muc ho mejores que los anillos de simple hier ro fundido con r ecubrimientos de fosfatos . Cuando se usan, un anillo con car a de molibdeno se encontrará en la ranur a de arriba y uno de hier ro fundido simple, o uno con car a de cr omo, en la se gunda ranur a. Los anillos recubier tos con carburo de molicromo se usan también en algunas aplicaciones de equipo original (OE) y de repuesto (figura 32). El r ecubrimiento tiene propiedades que incluyen la dureza del cr omo y el carburo , combinada con la resistencia al calor del molibdeno. Los anillos con recubrimiento de cerámica también se han usado donde r equier e resistencia adicional al calor, como en algunos motores de ser vicio pesado, con turbocargador y supercar gado r.
Figura 35 El aceite raspado de las paredes del cilindro de los anillos de control de aceite se dirige a lubricar el perno de pistón en este diseño. 13
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Rieles con cara de cromo Expansor - Espaciado de una Pieza Figura 39 Anillo de aceite con un expansor-espaciador de una pieza y dos rieles con cara de cromo.
Figura 36 Anillo de aceite con un espaciador de hierro fundido, dos rieles con cara de cromo. y un expansor.
El último diseño es un anillo de aceite de dos piezas. Una pieza compleja es un riel espaciador expansor. La otra es un riel sencillo. En la figura 40 se comparan anillos de aceite de dos y de tres piezas. Fuerzas Radiales
Figura 37 Tipo de expansor de anillo de aceito que provee fuerza radial conforme se comprime con los extremos a tope uno con otro.
Al aumentar los requerimientos del anillo de aceite el hier r o fundido ya no er a satisf actorio. Rieles de acer o con cromo y otros tipos de car as reemplazaron a las orillas de hier r o fundido par a raspar. Los rieles se r espaldan con expansor es y se se par an con un espaciador. Esto se puede ver en la figur a 38.
Figura 40 A la izquierda está un anillo de aceite que tiene un expansor-espaciador y dos rieles con cara de cromo. A la derecha está un anillo de aceite que tiene un riel de cara de cromo y un riel de combinación expansor-espaciador.
El anillo de pistón no puede hacer esta tarea a menos que selle contra la par ed del cilindr o dur ante su total dur ación en ser vicio nor mal. La par ed del cilindro se r ectifica igualando un patrón de ju egos de líneas par alelas que se cr uzan unas con otr as (figura 41). Este aca bado debe ser lo suficientemente liso como par a usar se con los materiales de car as de anillo de pistón. En general, deberá tener un aca bado sa tinado de 25 micropulgadas. Micropulgadas son una medida de la lisura superficial promedio desde el punto más alto hasta la de presión más baja. Figura 38 Anillo de aceite con un espaciador de acero estampado, dos rieles con cara de cromo y un expansor.
Algunos diseños de expansor desempeñan la función de espaciar así como de expansión. Un anillo de aceite con este tipo de constr ucción es ligero, con baja inercia. Está bien v entilado, de maner a que el aceite f luya fácilmente a través de él hacia el cárter. Pr oporciona excelente control de aceite y tiene una larg a dur ación en ser vicio. Este tipo de anillo de aceite se muestr a en la figura 39.
Figura 41 Acabado típico de pared de cilindro antes del uso. 14
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BIELAS
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la biela. Las bielas con un descentrado g r ande no tienen buena calidad de dur ación de cojinete como las bielas qu e no están descentradas. La falla de cojinete ocurre en las mitades de la orilla del cojinete más próximas al centro de la biela donde las car g as son mayor es.
La biela transfier e la fuerza y el movimiento alter no del pistón al cigüeñal. El ext remo pequeño de la biela se m u e v e alter nadamente con el pistón. El extremo g rande gir a con el botón de manivela. Estos movimientos dinámicos requieren mantener la biela lo más ligera posible y tener todavía una sección rígida. Las bielas de peso liger o reducen el costo total del material de la misma. Las bielas se fabrican según los procesos de fundición y de for ja. Las bielas for jadas se han usado dur ante muc hos años, Siempre se utilizan en motor es de alto r endimiento. Los materiales y procesos de fundición se han mejorado, de modo que se usan en la mayor par te de motor es de automóviles de alta producción nor mal. El costo de las bielas fundidas es más bajo que el de las for jadas, tanto en el costo inicial de fundición como en el costo de maquinado. Una fundición de biela sin maquinar se muestr a en la figur a 42. Gener almente, el método de for ja produce bielas de peso liger o mas fuer tes, pero más costosas.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 43 Tipos de bielas: (A) Hierro fundido; observe la línea delgada de partición, (B) Acero Forjado; observe la línea ancha de partición, (C) Tapa separada a un ángulo en una biela forjada, (D) Biela de aluminio forjado de carreras.
Figura 42 Fundición sin maquinar para biela.
El diseño de una biela, como se muestra en la figur a 43, consta básicamente de dos formas de anillo. Uno encier ra el per no del pistón y el otro al botón de maniv ela. Cada una de estas formas de anillos se combina en una sección ahusada de viga. La forma grande de anillo partido par a el extremo del cigüeñal se maquina después de que la tapa se ar ma en la biela. El a gujero será un circuito perf ecto. Por lo tanto, las tapas no se deben intercambiar. Los agujeros de per nos del conjunto se escarían estrec hamente tanto en la ta pa como en la biela para asegur ar el alineamiento. Los diámetros de per nos de biela tienen superficies piloto (de refer encia) que acoplan estrechamente en estos agujeros escariados. Las cabezas de per nos de biela están for mados de modo que tiene dos o tres lados que se sostienen contra las protuberancias de los per nos de la biela. El cuar to lado se deja fuer a de maner a que hay suficiente claro de falda de cilindro conforme el cigüeñal gir a. Algunas ca bezas de per nos de biela están hechas en ángulo par a dar este claro.
Figura 44 En el lado izquierdo están un pistón y una biela de un motor V-6. Observe el pistón de falda completa y lo descentrado de la biela. A la derecha están un pistón y una biela de otro V-6 que no requiere una biela descentrada, pues los agujeros de cilindros se alinean bien con los muñones de cigüeñal. También observe el uso de un pistón de peso ligero.
El barrido, o trayectoria de la biela, debe librar todas las par tes del motor confo rme el cigüeñal gir a. Esto r equier e una distancia mínima de la línea de centro de per nos y un tamaño mínimo de ca bezas de per nos y de tuercas. El extremo g r ande de la biela, sin embargo, necesita ser lo bastante grande par a llev ar un cojinete de biela que se proyecta par a sopor tar las car gas dinámicas. Por lo común la longitud del cojinete (de orilla a orilla) deter mina la ca pacidad de dur ación de alta velocidad del cojinete. Las bielas se hacen con protuber ancias de equilibrio de manera que su peso se ajuste a las especificaciones. Algunas tienen pr otuber ancias par a equilibrar sólo en la ta pa de la biela. Otr as tienen
En algunos motores, unas bielas con descentrado proveen la distribución más económica de espacio entre el cojinete principal y el claro de cachetes del cigüeñal. Los motor es V-6 tienen comúnmente las bielas descentr adas apr oximadamente 0.100” (2.54 mm). Se ilustr a un ejemplo en la figura 44. La cantidad de descentrado del extremo del pasador de pistón y el extr emo del muñón de cigüeñal se mide en sentido longitudinal al motor. El descentrado se puede dividir igualmente entr e cada extremo, conser v ando per pendicular la columna de 15
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protuber ancia par a equilibrar también arriba del pistón. Algunos fabricantes ponen protuberancias de equilibrio en el costado de la biela, cer ca del centro de gravedad de la biela. Pr otuberancias típicas de equilibrar se pueden ver en la figura 45. Esta oper ación se hace en máquinas automáticas par a equilibr ar, como una oper ación final del maquinado antes de que la biela se instale en el motor.
Figura 47 Surtido de bielas en un negocio grande de reconstrucción de motores. Todas las bielas del mismo motor se unen con alambres unas con otras, para asegurar un motor equilibrado al ajustarlo con pistones de repuesto.
Figura 45 Ubicaciones típicas de protuberancias de equilibrio en las bielas.
La mayor par te de las bielas tienen un agujer o de alivio que conduce par te del aceite del muñón de biela. Ejemplos típicos se muestran en la figura 46. El agujer o puede ser bar r enado o puede ser un bisel en la superf icie de par tición de la tapa. En los motor es en línea, el aceite es lanzado hacia arriba desde el agujero de alivio dentro del cilindro en el que está la biela. En los motores en V es lanzado dentro de un cilindro en el banco opuesto. Si el aceite proyectado desde la biela se apunta de modo que salpique el interior del pistón. Esto ayuda a lubricar el pasador de pistón. Ocasionalmente se obtiene una lubricación adecuada del per no de pistón y de la pared del cilindro sin un agujero de ali vio. Se puede usar un a gujero similar a los agujeros de alivio. Este se llama un agujero de sangr ar. Su único pr opósito es gobernar el flujo de aceite a través del cojinete. Algunas bielas de motor es de ser vicio pesado están bar renadas en el sentido longitudinal. El aceite fluye por este pasaje bar r enando desde el botón de manivela hasta el per no de pistón. Este es un proceso costoso y se usa solo donde el método de agujer o de alivio no suministr a suficiente lubricación al per no de pistón. Ver las figuras 47, 48 y 49 par a información adicional de bielas.
Figura 48 Esta biela está estampada con el número 6, que indica un peso determinado para acoplarse con un pistón que también está estampado con un número que indica su peso. El manual de servicio de fábrica se debe usar si se cambian pistones y/o bielas, pera asegurar un motor equilibrado.
Figura 49 No todas las bielas defectuosas pueden ser tan fáciles de revisar, como la biela de la izquierda. Un filtro de aceite incorrecto causó una salida seria de aceite y éste dañó al motor. La biela y pistón a la derecha vinieron del mismo motor, pero se ven sin daño.
Figura 46 Agujeros expulsores y de sangrar de las bielas. 16
