.jpg/1280px-Overhead_cam_engine_with_forced_oil_lubrication_(Autocar_Handbook,_13th_ed,_1935).jpg)
La bomba de aceite es una parte del motor de combustión interna que hace circular el aceite del motor bajo presión hacia los cojinetes giratorios, los pistones deslizantes y el árbol de levas del motor. Esto lubrica los cojinetes, permite el uso de cojinetes de fluido de mayor capacidad y también ayuda a enfriar el motor.
Además de su propósito principal de lubricación, el aceite presurizado se utiliza cada vez más como fluido hidráulico para accionar pequeños actuadores . Uno de los primeros usos notables de este tipo fue para taqués hidráulicos en el accionamiento de árboles de levas y válvulas. Otros usos recientes cada vez más comunes pueden incluir el tensor de una correa de distribución o variadores para sistemas de distribución variable de válvulas .
El tipo de bomba que se utiliza varía. Las bombas de engranajes [1] [2], las bombas trocoidales [3] y las bombas de paletas [a] son las más utilizadas. En el pasado se han utilizado bombas de émbolo , pero ahora se utilizan raramente para motores pequeños .
Para evitar la necesidad de cebar , la bomba siempre se monta en posición baja, ya sea sumergida o cerca del nivel del aceite en el cárter. Un tubo de aspiración corto con un simple filtro de malla de alambre llega hasta el fondo del cárter.
Para simplificar y garantizar la fiabilidad, se utilizan bombas mecánicas, accionadas por trenes de engranajes mecánicos desde el cigüeñal. Reducir la velocidad de la bomba es beneficioso [b] y, por lo tanto, es habitual accionar la bomba desde la leva (si está montada en el bloque de cilindros) o el eje del distribuidor , que gira a la mitad de la velocidad del motor. La colocación de la bomba de aceite en una posición baja utiliza un eje de transmisión casi vertical, impulsado por engranajes helicoidales oblicuos desde el árbol de levas. Algunos motores, como el motor Fiat Twin Cam de 1964, comenzaron como motores OHV con una bomba de aceite impulsada desde un árbol de levas convencional en el bloque de cilindros . Cuando se desarrolló el motor de doble árbol de levas en cabeza, se mantuvo la disposición anterior de la bomba de aceite y el árbol de levas se convirtió en un eje corto acortado. Incluso cuando la posición del distribuidor se movió del montaje anterior en el bloque a estar montada en los árboles de levas de la culata, el accionamiento de la bomba de aceite permaneció en la misma posición, la posición del distribuidor no utilizada ahora está cubierta por una placa ciega. [4] Los motores pequeños o los scooters pueden tener bombas de engranajes internas montadas directamente en su cigüeñal.
Por cuestiones de fiabilidad, rara vez se utiliza un mecanismo de accionamiento externo, ya sea una correa de distribución independiente o engranajes externos, aunque las bombas accionadas por árbol de levas suelen depender de la misma correa de distribución. A veces se utilizan correas independientes adicionales cuando se han añadido bombas de cárter seco a los motores durante la puesta a punto.
Las bombas de aceite eléctricas no se utilizan, nuevamente por cuestiones de confiabilidad. Algunas bombas de aceite auxiliares eléctricas " temporizadoras de turbo " se instalan a veces en motores turboalimentados . Se trata de una segunda bomba de aceite que continúa funcionando después de que el motor se haya parado, proporcionando aceite refrigerante a los cojinetes calientes de un turbocompresor durante algunos minutos, mientras se enfría. [c] Estas son bombas complementarias y no reemplazan a la bomba de aceite mecánica principal.
La bomba eléctrica como bomba principal del motor requerirá de nuevo grandes motores eléctricos y puede resultar más económico accionarla directamente desde el motor. Por ejemplo, la bomba de aceite del motor del BMW S65 suministra aproximadamente 45 LPM (litros por minuto) de aceite a una presión de 5,5 bares. [5] Esta bomba requeriría un motor significativamente grande para accionarse.
El sistema de lubricación se ocupa de la necesidad de lubricar adecuadamente un motor cuando está en funcionamiento. Lubricar adecuadamente un motor no solo reduce la fricción entre las partes móviles, sino que también es el método principal por el cual se elimina el calor de los pistones, cojinetes y ejes. Si no se lubrica adecuadamente un motor, se producirá una falla del mismo. La bomba de aceite fuerza el aceite de motor a través de los conductos del motor para distribuirlo adecuadamente a los diferentes componentes del motor. En un sistema de lubricación común, el aceite se extrae del cárter de aceite (carter de aceite, en inglés estadounidense) a través de un colador de malla de alambre que elimina algunos de los trozos más grandes de residuos del aceite. El flujo que produce la bomba de aceite permite que el aceite se distribuya por todo el motor. En este sistema, el aceite fluye a través de un filtro de aceite y, a veces, de un enfriador de aceite, antes de pasar por los conductos de aceite del motor y dispersarse para lubricar pistones, anillos, resortes, vástagos de válvulas y más.
La presión de aceite generada en la mayoría de los motores debe ser de aproximadamente 10 psi por cada 1000 revoluciones por minuto (rpm), con un pico de alrededor de 55-65 psi. [2]
La presión local (en el muñón y el cojinete del cigüeñal) es mucho más alta que los 50, 60 psi, etc. establecidos por la válvula de alivio de la bomba, y alcanzará cientos de psi. Esta presión más alta se desarrolla por las velocidades relativas en pies por segundo (no RPM o tamaño del muñón directamente) del muñón del cigüeñal contra el cojinete, el ancho del cojinete (hasta la fuga de presión más cercana), la viscosidad del aceite y la temperatura, en equilibrio con la holgura del cojinete (la tasa de fuga).
La presión de la bomba solo "llena el orificio" y renueva el aceite en el espacio anular más rápido de lo que lo expulsa la fuga. Por eso, los motores de baja velocidad tienen muñones relativamente grandes, con un tamaño de bomba y una presión modestos. Una presión baja indica que la fuga de los cojinetes es mayor que el caudal de la bomba.
La presión de aceite en la salida de la bomba, que es lo que abre la válvula de alivio de presión, es simplemente la resistencia al flujo causada por las holguras y restricciones de los cojinetes.
El manómetro de presión de aceite, o lámpara de advertencia, solo indica la presión en el punto donde su transmisor ingresa a esa parte del sistema presurizado; no en todas partes, ni un promedio, ni una imagen generalizada de la presión sistémica.
A pesar de la comparación frecuente con la teoría de la ingeniería hidráulica, no se trata de un "sistema cerrado" en el que la presión del aceite esté equilibrada e idéntica en todas partes. Todos los motores son "sistemas abiertos", porque el aceite vuelve al cárter mediante una serie de fugas controladas. Los cojinetes más alejados de la bomba siempre tienen la presión más baja debido a la cantidad de fugas entre la bomba y ese cojinete. Un exceso de holgura en los cojinetes aumenta la pérdida de presión entre el primer y el último cojinete de una serie.
Dependiendo de la condición, un motor puede tener una presión manométrica aceptable y aún así solo 5 psi de presión en una biela, que fallará bajo carga elevada.
La presión se crea en realidad por la resistencia al flujo del aceite alrededor del motor. [6] Por lo tanto, la presión del aceite puede variar durante el funcionamiento, con la temperatura, la velocidad del motor y el desgaste del motor. Una temperatura del aceite más fría puede provocar una presión más alta, ya que el aceite es más espeso, mientras que las velocidades más altas del motor hacen que la bomba funcione más rápido y empuje más aceite a través del motor. Debido a las variaciones de temperatura y la velocidad más alta normal del motor al arrancar el motor en frío, es normal ver una presión de aceite más alta al arrancar el motor que a temperaturas de funcionamiento normales, donde la presión de aceite normal suele oscilar entre 30 y 45 psi. [7] Demasiada presión de aceite puede crear trabajo innecesario para el motor e incluso agregar aire al sistema. Para garantizar que la presión del aceite no exceda el máximo nominal, una vez que la presión excede un límite preestablecido, una válvula de alivio de presión cargada por resorte vierte el exceso de presión al lado de succión de la bomba o directamente al cárter o tanque de aceite.
El resultado de una presión de aceite demasiado alta es que los sellos principales delanteros o traseros del motor se romperán o se romperán los tapones de aceite. En otras palabras, cualquier posible entrada al cárter que esté sellado de alguna manera podría romperse. Una presión de aceite alta con frecuencia significa una presión extremadamente alta en el arranque en frío, pero esto es un defecto de diseño más que una consecuencia automática de la alta presión. La observación "si aumenta la presión máxima, la presión en frío aumenta demasiado" es precisa, pero no intencional.
Incluso las bombas de serie (independientemente de la marca y el modelo) no tienen suficiente capacidad de válvula de alivio: el puerto de alivio es demasiado pequeño para manejar el volumen de aceite frío. Es por eso que hay una diferencia significativa entre aceite frío y caliente, RPM altas y bajas, etc., pero normalmente no es un problema con los motores de serie debido a la válvula de alivio de presión accionada por resorte mencionada anteriormente. Un puerto de alivio correctamente diseñado (que no se encuentra en los motores de producción) permitirá que fluya cualquier volumen de aceite por los engranajes, independientemente de la viscosidad o la temperatura del aceite, y la lectura del medidor solo variará ligeramente.
La presión del aceite se controla mediante una unidad de envío de presión de aceite, normalmente montada en el bloque del motor. Puede ser un sensor de presión accionado por resorte o un sensor de presión electrónico, según el tipo de unidad de envío. Los problemas con la unidad de envío de presión de aceite o las conexiones entre esta y la pantalla del conductor pueden provocar lecturas anormales de la presión del aceite cuando la presión del aceite es perfectamente aceptable.
Sólo hay cuatro razones para una baja presión de aceite:
La baja presión de aceite puede causar daños en el motor. Lo primero que fallará serán los cojinetes del soporte de levas si el vehículo es OHC, ya que estos se alimentan a través de un restrictor y la baja presión privará de lubricación a la parte superior del motor. Si los pistones tienen surtidores de corona (por ejemplo, Scania), esto podría causar un contacto entre el pistón y la camisa. Además, los cojinetes del cigüeñal y de la biela pueden agarrotarse. Las indicaciones de baja presión de aceite pueden ser que la luz de advertencia esté encendida, una lectura de baja presión en el manómetro o ruidos de traqueteo/tintineo del motor. La baja presión de aceite es un problema que debe abordarse de inmediato para evitar daños graves.
La causa principal de la baja presión de aceite en un motor es el desgaste de las partes vitales del motor. Con el tiempo, los cojinetes y sellos del motor sufren desgaste. El desgaste puede hacer que estas partes pierdan sus dimensiones originales, y este mayor espacio libre permite que fluya un mayor volumen de aceite con el tiempo, lo que puede reducir en gran medida la presión del aceite. Por ejemplo, un desgaste de 0,001 pulgadas en los cojinetes principales del motor puede causar una pérdida de hasta un 20% en la presión del aceite. [6] Simplemente reemplazar los cojinetes desgastados puede solucionar este problema, pero en motores más antiguos con mucho desgaste no se puede hacer mucho más que revisar por completo el motor.
Las partículas en el aceite también pueden causar serios problemas con la presión del aceite. Después de que el aceite fluye a través del motor, regresa al cárter de aceite y puede arrastrar una gran cantidad de residuos. Los residuos pueden causar problemas con la pantalla de recolección de aceite y la propia bomba de aceite. Los orificios en la pantalla de recolección de aceite miden aproximadamente 0,04 pulgadas cuadradas (0,26 cm 2 ). [6] Los orificios de este tamaño solo recogen piezas más grandes de residuos y permiten que fluyan a través de ellos muchas piezas más pequeñas. Los orificios en la pantalla son tan grandes (en relación con los residuos) porque a bajas temperaturas y a baja velocidad del motor, el aceite es muy viscoso y necesita aberturas grandes para fluir libremente. Incluso con estos orificios grandes en la pantalla, aún puede obstruirse y causar baja presión de aceite. Un recubrimiento de 0,005 pulgadas de espesor (0,13 mm) en la pantalla puede reducir el tamaño del orificio a aproximadamente 0,03 pulgadas cuadradas (0,19 cm 2 ), lo que a su vez reduce el flujo de aceite en un 44 por ciento. [6]
Incluso después de pasar por el filtro de aceite y el tamiz de recogida de aceite, pueden quedar residuos en el aceite. Es muy importante cambiar el aceite y el filtro de aceite para minimizar la cantidad de residuos que fluyen por el motor. Estos residuos nocivos, junto con el desgaste normal del motor en los motores de alto kilometraje, provocan un aumento de las holguras entre los cojinetes y otras piezas móviles.
La baja presión de aceite puede deberse simplemente a que no hay suficiente aceite en el cárter, a que se queme aceite (normalmente causado por el desgaste de los anillos del pistón o de las juntas de las válvulas) o a una fuga. Los anillos del pistón sirven para sellar la cámara de combustión, así como para eliminar el aceite de las paredes internas del cilindro. Sin embargo, cuando se desgastan, su eficacia disminuye, lo que deja aceite en las paredes del cilindro durante la combustión. En algunos motores, quemar una pequeña cantidad de aceite es normal y no debería causar necesariamente ninguna alarma, mientras que un consumo elevado de aceite es una señal de que el motor podría necesitar una revisión.
No todos los motores tienen las mismas necesidades de lubricación. Los motores de alto rendimiento, por ejemplo, someten al sistema de lubricación a un mayor estrés. En este caso, el sistema de lubricación debe ser especialmente robusto para evitar daños en el motor. [2] La mayoría de los motores de los automóviles que circulan hoy en día no funcionan mucho más allá de las 5000-6000 rpm, pero ese no siempre es el caso de los motores de alto rendimiento, donde las velocidades del motor pueden alcanzar hasta las 8000-9000 rpm. En motores como estos, es imperativo que el aceite circule lo suficientemente rápido, o el aire puede quedar atrapado en el aceite. Además, para liberar potencia, algunos motores en aplicaciones de alto rendimiento utilizan un aceite de menor peso, lo que requiere menos potencia para hacer funcionar la bomba de aceite. Los pesos de aceite comunes en los motores actuales suelen ser aceite 5W-30 o 10W-30, mientras que los motores de alto rendimiento pueden utilizar aceite 0W-20, que es menos viscoso. [8]
Los motores de cárter húmedo convencionales tienen una bomba de aceite. Generalmente se ubica dentro de la parte inferior del motor, generalmente debajo y/o a un lado del cigüeñal. En los motores de cárter seco , se requieren al menos dos bombas de aceite: una para presurizar y distribuir el aceite alrededor de los componentes del motor, y al menos otra "bomba de barrido" para evacuar el aceite que se ha acumulado en la parte inferior del motor. [9] Esta bomba de barrido a veces (pero no siempre) se ubica en el "carter" del motor y, fundamentalmente, la capacidad de caudal de esta bomba de barrido debe superar la de la bomba que presuriza y distribuye el aceite por todo el motor.
Debido al depósito de aceite externo del cárter seco, el exceso de aire puede escapar del aceite antes de que este sea bombeado de regreso a través del motor. Los cárteres secos también permiten más potencia porque reducen la cantidad de viento , el aceite que se derrama hacia el conjunto giratorio y el vacío de la bomba de barrido mejora el sellado del anillo. [10] Los cárteres secos son más populares en aplicaciones de carreras debido a la potencia mejorada y la reducción del derrame de aceite que de otro modo reduciría la presión del aceite. Las desventajas de los cárteres secos son un mayor peso, piezas adicionales y más posibilidades de que se produzcan fugas y problemas.
