MOTORES C.I. EL CIGUEÑAL

MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA II

QUINTA UNIDAD

FUNCIONAMIENTO DEL CIGUEAL. INSPECCIN Y SERVICIO DEL CIGEAL. INSPECCIN Y SERVICIO A PISTONES Y BIELAS. ARMADA Y DESARMADA DEL MOTOR.

FUNCIONAMIENTO DEL CIGUEALrbol o eje de transmisin que se encuentra alojado sobre cojinetes en la parte inferior del block. La bandeja de aceite o crter sella el motor en la parte inferior protegiendo al cigeal. El cigeal est forjado en una sola pieza de acero de transmisin, una aleacin especial para ste tipo de trabajo con un adecuado tratamiento trmico.

FUNCIONAMIENTO DEL CIGUEAL

FUNCIONAMIENTO DEL CIGUEALDebe resistir adecuadamente los esfuerzos torsionales y flexionantes producto del empuje que recibe de los pistones y de su asiento sobre los cojinetes, es crtico su balanceo para evitar vibraciones y malos funcionamientos.

FUNCIONAMIENTO DEL CIGUEALPosee muones o codos de biela que se encuentran descentrados por lo que necesitan un contrapeso. Por otro lado existen muones principales o de bancada que son los que servirn de apoyo en el block. EL cigeal ms comn para un motor de 4 cilindros posee 5 muones principales, si son seis cilindros se utilizarn siete cojinetes principales.


FUNCIONAMIENTO DEL CIGUEALMUONES.Los muones del cigeal poseen una superficie endurecida y pulimentada adecuadamente para trabajar contra la superficie de los cojinetes que sern los que sufran el desgaste. Para obtener un cigeal rgido se requieren muones de dimetro grande y almas gruesas, que garanticen la resistencia a la torsin y a la flexin. Para cumplir con estas dos caractersticas se produce el traslape de muones.





FUNCIONAMIENTO DEL CIGUEALEl grfico anterior mostraba el amortiguador de vibraciones que se lo monta en la parte frontal del cigeal, est conformado por un cubo o masa, un volante o anillo inercial, que se sujeta a la masa con bujes o insertos de caucho, las poleas para alternador, ventilador o bomba de agua puede formar parte del amortiguador de vibraciones, existen tambin amortiguadores viscosos.


FUNCIONAMIENTO DEL CIGUEALACCIN DEL AMORTIGUADOR.Los amortiguadores trabajan bajo el principio de la inercia, que es el fenmeno fsico de oponerse al cambio del estado de reposo o de movimiento en el que se encuentra un cuerpo o masa. Adicionalmente es necesario alterar la frecuencia natural del cigeal ya que existirn velocidades crticas de rotacin del cigeal en las que se igualen las frecuencias de rotacin con la frecuencia natural y pueden entrar en resonancia producindose vibracin.


Cuando existen incrementos bruscos de velocidad del motor el amortiguador tratar de retrasar la rotacin y cuando se reduzca bruscamente la velocidad en cambio el amortiguador tiende a seguir girando para de esta manera suavizar el movimiento y evitar desbalances y vibraciones.

FUNCIONAMIENTO DEL CIGUEALChapas de los Cojinetes.

Son insertos metlicos de un material adecuado para sufrir el desgaste por rozamiento con otro elemento metlico. Son medias lunas que se acoplan entre s, poseen ranuras para distribuir el aceite aunque tambin existen chapas totalmente lisas. Las chapas tpicamente estn compuestas por la chapa de acero o base y varias capas de material antifriccin.

COJINETESLubricacin de los Cojinetes.

Para que exista lubricacin es necesario que haya holgura entre el mun y las chapas, por lo tanto el mun es de menor dimetro. EL aceite circula por los canales u orificios de las chapas, ayuda a enfriarlos y tambin a limpiarlos, todo ese calor es disipado luego en el carter, en donde tambin se depositan la mugre y suciedad extrada.

Holgura en cojinetesCunto mayor sea la holgura, ms rpido ser el flujo del lubricante, depende de cada motor la holgura de diseo, sin embargo en trminos generales es de 0,04mm. Conforme se desgastan las partes en friccin, esa holgura aumenta, esto lejos de favorecer al motor lo perjudica, por que?

Holgura en cojinetes

Cunto mayor es la holgura la cantidad de aceite que pasa y se expulsa por un cojinete crece desproporcionalmente. El exceso de aceite es expulsado hacia las paredes de los cilindros, los rines no logran controlarlo, pasa a la cmara de combustin y forma carbn. Las acumulaciones de carbn producen prdidas de potencia y ocasionan daos al motor.

Holgura en cojinetes

El exceso de aceite puede ocasionar daos en los metales por agotamiento del aceite. Solo los primeros cojinetes recibiran aceite, los ms distantes sufriran falta de lubricacin y aumento de temperatura. Los motores con altas holguras suelen presentar bajas presiones de aceite la bomba no podr producir la presin suficiente por las altas holguras. Holguras pequeas aumentan la friccin metal con metal desgaste de las partes se

INSPECCIN Y SERVICIO A CIGEAL Y COJINETESComo ya se mencion cigeal y cojinetes son elementos en contacto con friccin, la superficie de los muones del cigeal son endurecidos y de las chapas de los cojinetes son mucho ms blandas, con la lubricacin adecuada no debera existir excesivo desgaste, sin embargo se espera que se puedan cambiar cada vez que lo necesite las chapas ms no el cigeal.

INSPECCIN Y SERVICIO A CIGEAL Y COJINETESSin embargo puede existir daos y desgaste en los muones por la presencia de cuerpos extraos, falta de lubricacin, mantenimiento deficiente e inclusive por desgaste normal luego de mucho tiempo de servicio del motor sufren conicidad y ovalacin. Durante el reacondicionamiento de un motor es importante inspeccionar el cigeal y medir los muones.

INSPECCIN DEL CIGEALComo se acostumbra, una inspeccin visual muy detallada verificando daos y desgaste antes de medir los muones. Inspeccionar los muones que no tengan escoriaciones o cambios de coloracin por exceso de temperatura. Inspeccin de presencia de grietas, la tcnica ms utilizada es la de partculas magnticas.

INSPECCIN DEL CIGEAL

INSPECCIN DEL CIGEALMedicin de los muones.Se debe determinar si existe ovalacin o conicidad, utilizando un micrmetro para dimetros exteriores. La tolerancia para conicidad es de 0,04mm en muones de biela y 0,05 en muones principales, midindolos en cada extremo. La ovalacin se la toma midiendo dimetros en distintos lugares, la tolerancia permisible es de 0,08mm en muones de biela y 0,1mm en muones principales.

INSPECCIN DEL CIGEALLos desgastes mayores los sufren los muones de biela, ya que las cargas a las que estn sometidos son fluctuantes y de intensidades variables. Los muones principales soportan cargas ms suavizadas y constantes.

INSPECCIN DEL CIGEALRectificacin del Cigeal.

Si los muones al ser medidos sobrepasan las tolerancias mximas de conicidad u ovalacin deben ser rectificados bajo medida para que se coloquen chapas bajo medida generalmente entre 0,05mm; 0,25mm; 0,5mm y 0,75mm Se utiliza una mquina herramienta, especializada en rectificacin de cigueales, dotada de mandriles suficientes para muones de biela y principales.

INSPECCIN DEL CIGEALLa rectificacin del cigeal se la realiza con desbaste de piedras que giran sobre los muones hasta lograr la dimensin deseada, la rueda abrasiva permanece fija quien gira es el cigeal. Es necesario realizar un pulido final para acabado previo el montaje en taller. Una vez fianalizada la pulida se debe limpiar con aire a presin y lavar con un disolvente suave al cigeal.

INSPECCIN DEL CIGEALRemetalizaciones.

Si existen escoriaciones profundas existen procedimientos para remetalar los cigueales, esto se logra con la aplicacin de una capa de soldadura con proceso de arco sumergido, mientras gira el cigeal o la aplicacin de una capa de material epxico con aportaciones metlicas o cermicas que le devuelvan las caractersticas mecnicas superficiales de diseo a la pieza, luego se rectifican a la medida deseada de los muones.

INSPECCIN DEL CIGEAL

INSPECCIN DEL CIGEALOtro mtodo de restauracin aplica una capa de cromo duro a la superficie del mun por medio electrolticos, la capa luego es rectificada a la medida estndar. Este proceso se lo puede realizar inclusive a piezas nuevas, desgastadas o escoriadas.

SERVICIO A LOS COJINETES

SERVICIO A LOS COJINETESComprobacin de Holgura de cojinetes.Mtodo Plastigage.- El plastigage son tiras plsticas que se aplanan cuando son presionadas, se sacan las tapas del cojinete se limpia todo el aceite del muon, se coloca el plastigage luego la tapa, ajustando los tornillos con el torque indicado, se vuelve a sacar la tapa y se comprueba si el plastigage est demasiado aplastado no existe holgura, si no sufri deformacin holgura excesiva, y si apenas est deformado se puede medir la holgura con una escala provista por el fabricante del plastigage.

SERVICIO A LOS COJINETESSi la medicin es en los muones de biela se deber tener cuidado de que el mun se encuentre en posicin 30 grados antes de llegar al PMI. Cuando se utiliza plastigage en muones principales o de biela nunca se debe hacer girar el cigeal mientras est colocada la tira de plstico pues puede ocasionar que se deforme demasiado.


Mtodo con Lainas.- Se coloca una laina del espesor indicado para la holgura, en el mun, aplicar una capa fina de aceite a la laminilla, colocar la tapa ajustando con el torque adecuado y verificar si el mun gira libremente, esto sin hacer girar el cigeal sino moviendo adelante y atrs la laminilla, teniendo cuidado si el cigeal est trabado con muy poca holgura porque puede daar el metal de las chapas.



Tambin se pueden realizar mediciones con calibradores y micrmetros pero el procedimiento vara, esto se lo realizar especialmente si el cigeal ya esta desmontado. La medicin ser al dimetro exterior del mun y al dimetro interior del cojinete con las chapas y tapas colocadas, pernos ajustados al torque especificado, la holgura ser la diferencia entre los dos dimetros.

SERVICIO A LOS COJINETESCambio de chapas nuevas.

Habr tres motivos para reemplazar las chapas de los cojinetes, demasiado desgaste de las chapas, rectificacin de los muones y siempre que se desarme el motor por cualquier causa. Al momento de instalar nuevas chapas la limpieza del rea de trabajo, motor, muones, manos y herramientas debe ser por dems cuidadosa.

SERVICIO A LOS COJINETESSe sacarn de su empaque las chapas solo en el momento mismo de su instalacin, nunca instale chapas que no vengan empacadas. El momento de colocarlos en los cojinetes debern ser limpiados con un pao pulcro y aceitados. Las chapas tienen muescas que engastan en las cavidades perfectamente, poseen un dimetro un poco mayor que el

SERVICIO A LOS COJINETESEntran a presin y se mantendrn en posicin hasta terminar de armarlos

SERVICIO A LOS COJINETESLas chapas al ser instaladas sus dos mitades sufrirn una compresin que las obliga a asentarse en sus cavidades y no girar, por lo que debern instalarse adecuadamente utilizando las guas o engastes de fbrica.

ALINEACIN DE COJINETES Y CAVIDADESEn motores con largo tiempo de vida, se pueden presentar flexiones, pandeos o combaduras de todo el block, ocasionando desalineaciones de los orificios de los cojinetes. Si este es el caso se pueden corregir verificando la alineacin de los orificios, colocando chapas semiacabadas y rectificarlas en lnea, con una barra mandriladora colocada a los largo del

ALINEACIN DE COJINETES Y CAVIDADESTambin es importante comprobar la redondez de las cavidades utilizando un micrmetro para dimetros interiores, para esto ser necesario desmontar el cigeal, las chapas, colocar las tapas y ajustar los pernos al torque especificado para poder realizar ah si las mediciones

INSTALACIN DEL CIGUEALVirar el block, sobre mesa de trabajo o caballete. Colocar y lubricar las mitades superiores de las chapas en los asientos de bancada. Bajar el cigeal con todo cuidado hasta que los muones asienten en las chapas. Colocar las medias lunas de empuje en sus ranuras en el block. Instalar las mitades inferiores en las tapas, lubricarlas y proceder a tapar.

INSTALACIN DEL CIGUEALLas tapas de los cojinetes principales tienen numeracin y ubicacin especfica que no se puede cambiar. Poseen espigas o ranuras con escalones para alinearlas y garantizar su ubicacin exacta y concentricidad del cojinete. Se aprieta primero el cojinete central y de ah hacia los extremos respetando el torque adecuado.

INSTALACIN DEL CIGUEALMientras se aprietan las tapas de cojinetes verificar que el cigeal gira librememente.

Juego axial del cigueal

INSPECCIN Y SERVICIO A PISTONES Y RINESLa biela, chapas de biela, pistn y rines forman un solo mecanismo que como se explic en unidades anteriores transmite la fuerza de la combustin al cigeal y lo hace girar, el pistn con sus rines sellan dentro del cilindro y por medio de la biela conectan al cigeal.

BIELASLas bielas son componentes muy importantes para mantener el balanceo adecuado del motor, por lo tanto en cada motor se debe utilizar un juego completo de fbrica. Todas las bielas debern tener exactamente la misma masa, incluyendo las tapas de cojinetes, cuando se desarman deben colocarse en su mismo sitio.

BIELASLas bielas soportan grandes esfuerzos fluctuantes de traccin, compresin y flexin, por lo que son forjadas de una sola pieza, generalmente de acero y de seccin transversal H, para disminuir masa y resistir el tipo de esfuerzo indicado. La carga ms grande sobre la biela se da en la carrera de potencia.

BIELASLa parte inferior del ojo de la biela y la parte superior del pie soportan grandes cargas, experimentando una compresin en la biela. Durante las carreras de compresin y escape tambin se experimentan estas fuerzas pero en menor magnitud. En la carrera de admisin el sentido de las fuerzas se invierte.

BIELASTambin existen cargas por inercia, al cambiar el sentido de carrera de ascendente a descendente y viceversa. Estas fuerzas de inercia estiran la biela y producen grandes esfuerzos en los cojinetes, motores que funcionan a altas velocidades o aquellos que son exigidos a trabajar a mayores velocidades de las recomendadas sufriran daos prematuros en cojinetes debido a estas cargas

PISTONESRequisitos para un buen funcionamiento:Buen sello en el cilindro. Libre movimiento con friccin reducida y bajo desgaste. Material resistente a la combustin y fuerzas debido a esta. Masa pequea para reducir la inercia. Soportar altas temperaturas y disipar fcilmente el calor. Coeficiente de expansin controlado a fin de evitar pegaduras a altas temperaturas.

PISTONESLa holgura entre pistn y pared de cilindros debe estar entre 0,03 y 0,05 mm. Como es conocido el exceso de holgura producir inclinacin del pistn desgaste, ruidos extraos, consumo excesivo de aceite que se quema y prdidas de potencia al no sellar adecuadamente el cilindro.

PISTONESPor el contrario una holgura demasiado pequea puede ocasionar problemas por expansin del material del pistn ocasionando pegaduras contra la pared del cilindro. Esta claro que la holgura correcta previene fallos en la operacin normal del motor.

PISTONES

PISTONESDebido a la diferencia de temperaturas que soportan la falda y la cabeza del pistn y con el fin de contrarrestar la expansin trmica natural que esta debera experimentar el dimetro de la cabeza suele ser 0,75mm menor que el de la falda.

PISTONES

PISTONES

PISTONESDebido a la expansin suelen fabricarse pistones ligeramente ovalados con un dimetro reducido en los agujeros del buln , pero manteniendo mayor dimetro en la cara de empuje lateral. Cuando se calientan los pistones adoptarn una forma ms circular, existen otros mtodos de control trmico y de dilatacin dependiendo del fabricante.

PISTONESAl igual que las camisas o cilindros, los pistones tambin suelen tener un acabado esmerilado para mejorar la adherencia del aceite y un bao de estao o acabado anodizado que mejora la adherencia explicada pero tambin previene rayaduras durante operaciones iniciales.

PISTONESEs muy importante conocer tambin que existen pistones que debido al empuje lateral que estos producen en el motor sus fabricantes los refuerzan en ese sitio y deben ser instalados en la posicin correcta, que generalmente viene marcada de fbrica.

PISTONESTipos Pistones:

de

Para Inyeccin Directa.- Pistones que poseen una cabeza ahuecada, cmara de combustin.

PISTONESPara Inyeccin Indirecta.- Son ms planos suelen tener a veces ciertas cmaras para ayudar a la turbulencia y mejorar la combustin.

PISTONESRanuras para Anillos (Rines).El nmero de anillos depende del fabricante, generalmente son tres. La ranura superior por estar en la parte ms caliente aloja un inserto de acero a aleacin especial, esto evita muchos problemas por la expansin trmica del pistn. Las otras dos ranuras son cortadas directamente en el pistn. Si poseen ms de tres anillos, estos se alojarn debajo del buln, cerca de la falda del pistn.

PISTONESBuln.- Es el perno que sujeta al pistn, en el ojo de la biela, para el efecto el pistn posee protuberancias (mamelones) para albergar al buln y la biela tiene un buje en su ojo, existen diversas formas de sujecin del buln, atornillado en el pistn, empernado en la biela, ajustado a presin pero tambin puede ser flotante, utilizando binchas o aros, esto ltimo es el mtodo ms utilizado en motores diesel automotrices.

PISTONESLUBRICACIN Y ENFRIAMIENTO CON ACEITE

ANILLOS O RINESSu funcin es la de sellar entre el pistn y las paredes del cilindro en todas las condiciones de funcionamiento del motor.} No deben permitir fugas de gases de combustin o prdidas de compresin de la cmara de combustin, a pesar de existir friccin contra la pared del cilindro deber moverse a altas velocidades y con elevadas temperaturas.

ANILLOS O RINES

ANILLOS O RINESSi existen fallas de sellado de los rines se ocasionarn prdidas de compresin que ocasionarn prdidas de potencia del motor, fuga de aceite hacia la cmara de combustin lo que ocasionar su quema. Consumo y formacin de depsitos de carbn que pueden ocasionar mayores daos al motor.

ANILLOS O RINESTipos de Anillos.Anillos de Compresin.- Su composicin principal es aleacin de hierro fundido que garantice su trabajo a pesar de las altas temperaturas y presiones que soportar tanto en carrera de compresin como de potencia, las principales caractersticas que deben poseer es flexibilidad y empuje suficiente hacia las paredes del cilindro.

ANILLOS D COMPRESIN

ANILLOS TORSIONALES

ANILLOS DE ACEITE

Impiden que una cantidad excesiva de aceite llegue a la cmara de combustin. El aceite que llega a los cilindros sea por las bielas o por salpicadura de los contrapesos muchas veces es excesivo y tiene que ser rascado y devuelto en su mayora al carter. Este aceite arrastra suciedad, polvo, depsitos de carbn e impurezas que luego son atrapadas por el filtro.

ANILLOS DE ACEITEEl aceite tambin ayuda a disipar el calor de los elementos en friccin y gracias a su viscosidad ayuda a que sellen los anillos con las paredes del cilindro.

ANILLOS DEL PISTN

Los anillos de compresin tienen caras lisas, no as los de aceite que tienen ranuras, ondulaciones y canales que sirven para rascar el aceite y llevarlo hacia dentro de la ranura del pistn y luego por estos orificios regresar el aceite nuevamente al carter.

ANILLOS DEL PISTN

Con el fin de reducir el desgaste y la friccin, se utilizan diversos revestimientos en los rines que como se explic estn fabricados en aleacin de hierro fundido. En motores nuevos o reacondicionados las partes en friccin pueden poseer ciertas irregularidades que no aseguren un asentamiento perfecto, por lo que estas partes nuevas tambin poseen revestimientos con sustancias blandas como grafito, xido de hierro o fosfato, que se desgastarn con rapidez y ayudan al asentamiento.

ANILLOS DEL PISTNOtro de los motivos para revestir los anillos es evitar que estos se suelden a los cilindros por efectos de la alta temperatura y que ocasionen rayaduras, en estos casos es usual el uso de cromo o molibdeno que si bien es cierto son materiales duros pero evitan las rayaduras y soldadura.

SERVICIO A PISTONES Y BIELAS

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