Método de lubricación de motores de combustión interna con aceite almacenado en un depósito separado
Diagrama esquemático de un sistema básico de lubricación de motor por cárter seco. El aceite se acumula en el cárter (1), se extrae de forma continua mediante una bomba de barrido (2) y viaja hasta el tanque de aceite (3), donde los gases arrastrados en el aceite se separan y el aceite se enfría. Los gases (6) se devuelven al cárter del motor. La bomba de presión (4) impulsa el aceite desgasificado y enfriado (5) de vuelta a los puntos de lubricación del motor (7).
Los cárteres secos son comunes en los motores diésel más grandes , como los que se utilizan en barcos, así como en los motores de gasolina que se utilizan en los coches de carreras , los aviones acrobáticos , las motos acuáticas de alto rendimiento y las motocicletas. La lubricación por cárter seco puede elegirse para estas aplicaciones debido a una mayor fiabilidad, capacidad de aceite, reducción de la falta de aceite bajo cargas g elevadas y/u otras razones técnicas o de rendimiento. Los sistemas de cárter seco pueden no ser adecuados para todas las aplicaciones debido al aumento de los costes, la complejidad y/o el volumen, entre otros factores.
Diseño
Los motores se lubrican y enfrían mediante aceite que circula por todo el motor, alimentando varios cojinetes y otras piezas móviles y luego drenándose, por gravedad, hacia el cárter en la base del motor. En el sistema de cárter húmedo de casi todos los motores de automóviles de producción , el aceite que no circula activamente se almacena en el cárter, que es lo suficientemente grande para este propósito. Una bomba recoge el aceite del cárter y lo hace circular directamente de regreso a través del motor. En un sistema de cárter seco, el aceite todavía cae a la base del motor, pero a un cárter mucho más superficial, donde una o más bombas de barrido lo extraen y lo transfieren a un depósito (generalmente externo), donde se enfría y se desairea antes de ser recirculado a través del motor por una bomba de presión. El cárter en un sistema de cárter seco no está realmente seco; todavía está húmedo por el aceite que drena del motor. El depósito suele ser alto y estrecho y está especialmente diseñado con deflectores internos y una salida de aceite (suministro) en la parte inferior para un suministro de aceite sin inhibiciones incluso durante el chapoteo.
El funcionamiento de la bomba seca consta de una etapa de presión y una etapa de barrido. Aunque el término "etapas" se utiliza comúnmente para describir el trabajo de las múltiples bombas, normalmente funcionan en paralelo en lugar de en serie como podría implicar el término. La etapa de presión extrae aceite del fondo del depósito y lo pasa a través del filtro hasta el motor mismo. [1] Un regulador de presión ajustable asegura que la presión del aceite se mantenga estable a diferentes velocidades del motor. El sistema de cárter seco requiere al menos dos bombas (una de presión y una de barrido) y, a veces, se utilizan hasta cuatro o cinco bombas de barrido para minimizar la cantidad de aceite en el motor. La bomba de presión y las bombas de barrido se montan con frecuencia en un cigüeñal común, de modo que una sola polea en la parte delantera del sistema puede hacer funcionar tantas bombas como requiera el diseño del motor. Es una práctica común tener una bomba de barrido por sección del cárter ; sin embargo, en el caso de los motores invertidos (normalmente motores de aeronaves ) es necesario emplear bombas de barrido independientes para cada banco de cilindros . Por lo tanto, un motor en V invertida tendría un mínimo de dos bombas de barrido y una bomba de presión en la columna de bombas .
Los sistemas de cárter seco pueden diseñarse opcionalmente para mantener el cárter del motor a una presión inferior a la atmosférica (vacío), sellando el cárter y permitiendo que las bombas de barrido extraigan tanto el aceite como los gases. [1] [2] Se alcanzará una presión de equilibrio cuando la tasa de gases que ingresan al cárter (gases que pasan por los anillos del pistón, pero también fugas de aire y vapor de aceite) sea igual a la tasa de extracción de gas de la capacidad de la bomba de barrido más allá de lo que se requiere para eliminar solo el aceite. Alternativamente, el cárter puede mantenerse cerca de la presión atmosférica ventilándolo al depósito de aceite, que a su vez se ventila hacia la entrada de aire del motor o hacia el aire exterior.
Ventajas
Un sistema de cárter seco ofrece muchas ventajas con respecto a un sistema de cárter húmedo. Las principales ventajas incluyen: [1] [3] [4]
Prevención de la falta de aceite en el motor durante cargas g elevadas cuando el aceite se derrama, lo que mejora la fiabilidad del motor. La mayoría de los motores pueden resultar dañados incluso por breves períodos de falta de aceite. Esta es la razón por la que se inventaron los cárteres secos, y son particularmente valiosos en los coches de carreras , los deportivos de alto rendimiento y los aviones acrobáticos que experimentan regularmente altas aceleraciones. El derrame de aceite también se produce en los sistemas de cárter seco, pero es mucho más fácil diseñar un depósito remoto para que tolere grandes cantidades de derrame, al ser alto y estrecho y tener deflectores grandes.
Mayor capacidad de aceite mediante el uso de un gran depósito externo, lo que sería poco práctico en un sistema de cárter húmedo.
Control mejorado de la temperatura del aceite. Esto se debe al aumento del volumen de aceite, lo que proporciona resistencia a la saturación por calor, a la ubicación del depósito de aceite lejos del motor caliente y a la capacidad de incluir capacidades de enfriamiento entre las bombas de recuperación y el depósito de aceite, y también dentro del propio depósito.
Mejora de la calidad del aceite. Cuando el aceite se derrama contra el cigüeñal y otras piezas giratorias a alta velocidad, provoca un "huracán que convierte el aceite en una espuma aireada, como si fuera un batido en una licuadora, en un motor con cárter húmedo". [5] El aceite aireado protege los componentes del motor de forma mucho menos eficaz. Un sistema con cárter seco minimiza la aireación del aceite y también lo desairea de forma mucho más eficaz al bombearlo primero a un depósito remoto.
Mayor potencia del motor. En un motor de cárter húmedo, el chapoteo del aceite contra las piezas giratorias provoca una importante fricción viscosa que crea una pérdida parásita de potencia . [5] [6] Un sistema de cárter seco elimina el aceite del cárter, junto con la posibilidad de dicha fricción viscosa. Los sistemas de cárter seco más complejos pueden recolectar aceite de otras áreas donde puede acumularse, como en el tren de válvulas. La potencia se puede aumentar aún más si el sistema de cárter seco está diseñado para crear un vacío dentro del cárter, lo que también reduce la fricción del aire (o " resistencia al viento ") en las piezas móviles.
Eficiencia mejorada de la bomba para mantener el suministro de aceite al motor. Dado que las bombas de barrido suelen estar montadas en el punto más bajo del motor, el aceite fluye hacia la entrada de la bomba por gravedad en lugar de tener que elevarse hasta la entrada de la bomba como en un cárter húmedo. Además, las bombas de barrido pueden tener un diseño que sea más tolerante a los gases atrapados que la bomba de presión típica, que puede perder succión si se mezcla demasiado aire con el aceite. Dado que la bomba de presión suele estar más abajo que el tanque de aceite externo, siempre tiene una presión positiva en su succión independientemente de las fuerzas en las curvas. [7]
Tener las bombas externas al motor hace que sea más fácil mantenerlas o reemplazarlas.
Desventajas
Los motores de cárter seco tienen varias desventajas en comparación con los motores de cárter húmedo, entre ellas: [1] [8] [9] [10]
Los sistemas de cárter seco agregan costo, complejidad y peso.
Las bombas y líneas adicionales en los motores de cárter seco requieren aceite y mantenimiento adicionales.
El gran depósito externo y las bombas pueden ser difíciles de colocar alrededor del motor y dentro del compartimiento del motor debido a su tamaño.
Como los pasadores de pistón y los pistones dependen del aceite que se esparce en el cárter para lubricarse y enfriarse respectivamente, estas piezas pueden tener una lubricación inadecuada si la bomba extrae demasiado aceite. La instalación de engrasadores de pistón puede evitar este problema, pero implica un costo y una complejidad adicionales para el motor. [10]
La lubricación inadecuada del tren de válvulas superior también puede convertirse en un problema si se extrae demasiado vapor de aceite del área, especialmente con bombas de varias etapas. [10]
Aplicaciones comunes del motor
Los cárteres secos son comunes en los motores diésel más grandes , como los que se utilizan para la propulsión de barcos, en gran medida debido a su mayor fiabilidad y facilidad de mantenimiento. También se utilizan comúnmente en coches de carreras y aviones acrobáticos, debido a problemas con las fuerzas g , el suministro fiable de aceite, la potencia de salida y el manejo del vehículo. El Chevrolet Corvette Z06 tiene un motor de cárter seco que requiere un cambio de aceite inicial después de 500 millas.
Varios modelos de motocicletas que utilizan cárteres secos incluyen;
Las clásicas motocicletas británicas de dos cilindros en paralelo , como BSA , Triumph y Norton , utilizaban lubricación por cárter seco. Tradicionalmente, el depósito de aceite era un elemento remoto, pero algunos modelos recientes de BSA y las Meriden Triumph utilizaban diseños de "aceite en el bastidor".
El Triumph Rocket 3, un motor DOHC de tres cilindros en línea refrigerado por agua.
La motocicleta bicilíndrica paralela de 270 grados Yamaha TRX850 tiene un motor de cárter seco. Su depósito de aceite no está alejado, sino que está integrado al motor, ubicado sobre la caja de cambios. Este diseño elimina las líneas de aceite externas, lo que permite una extracción más sencilla del motor y proporciona un calentamiento más rápido del aceite.
Los modelos Yamaha XT660Z (y R/X) utilizan un diseño de cárter seco donde el tubo del cuadro de la motocicleta se utiliza como depósito de aceite y sistema de enfriamiento [11].
La Yamaha SR400/500 utiliza un diseño de cárter seco donde el tubo del cuadro de la motocicleta funciona también como depósito de aceite y sistema de refrigeración. [12]
Harley-Davidson ha utilizado sistemas de aceite lubricante de tipo cárter seco en sus motores desde la década de 1930.
^ abcd "Descripción técnica: el sistema de cárter seco". Armstrong Race Engineering, Gary Armstrong, DrySump.com, 08-03-2016.
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^ "Cárteres húmedos | High Power Media". www.highpowermedia.com . Archivado desde el original el 2016-12-25 . Consultado el 2016-12-24 .
^ Engineering Explained (4 de enero de 2017). "Cárter húmedo frente a cárter seco: sistemas de aceite del motor". YouTube.com . Consultado el 2 de mayo de 2020 .
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^ abc Carley, Larry (14 de noviembre de 2012). "Sistemas de lubricación por cárter seco". Engine Builder Mag . Babcox . Consultado el 2 de marzo de 2017 .
^ "XT660Z | Yamaha Motor Australia". www.yamaha-motor.com.au . Consultado el 6 de mayo de 2018 .
^ "La emblemática SR400, 35 años de tradición". Nota de prensa de Suzuki, MCNews.com, 04-11-2013. Archivado desde el original el 2016-06-01 . Consultado el 2014-10-06 .
Enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Lubricación por cárter seco .
"¿Por qué algunos motores utilizan un sistema de aceite de cárter seco?". HowStuffWorks . Abril de 2000. Consultado el 16 de noviembre de 2006 .
"Explicación técnica del sistema de cárter seco". ARE . Consultado el 3 de agosto de 2016 .
"Cárter húmedo vs. cárter seco: sistemas de aceite de motor". YouTube.com . EngineeringExplained. 2017-01-04 . Consultado el 2017-01-04 .
