Un sistema de ventilación del cárter ( CVS ) elimina los gases no deseados del cárter de un motor de combustión interna . El sistema suele estar formado por un tubo, una válvula unidireccional y una fuente de vacío (como el colector de admisión ).
Los gases no deseados, llamados "blow-by", son gases de la cámara de combustión que se han filtrado más allá de los anillos del pistón . Los primeros motores liberaban estos gases a la atmósfera simplemente filtrándolos a través de los sellos del cárter. El primer sistema específico de ventilación del cárter fue el "tubo de tiro de carretera", que utilizaba un vacío parcial para extraer los gases a través de un tubo y liberarlos a la atmósfera. Los sistemas de ventilación positiva del cárter (PCV), utilizados por primera vez en la Segunda Guerra Mundial y presentes en la mayoría de los motores modernos, envían los gases del cárter de regreso a la cámara de combustión, como parte del control de emisiones del vehículo , para reducir la contaminación del aire.
Los motores de dos tiempos con un diseño de compresión del cárter no necesitan un sistema de ventilación del cárter, porque el funcionamiento normal del motor implica enviar los gases del cárter a la cámara de combustión.
El escape de gases, como se le suele llamar, es el resultado del material de combustión que "sopla" desde la cámara de combustión más allá de los anillos del pistón y hacia el cárter. Estos gases, si no se ventilan, inevitablemente se condensan y se combinan con el vapor de aceite presente en el cárter, formando lodos de aceite . Además, la presión excesiva del cárter puede provocar fugas de aceite del motor más allá de los sellos del cigüeñal y otros sellos y juntas del motor. Por lo tanto, resulta imperativo utilizar un sistema de ventilación del cárter.
Hasta principios del siglo XX, los gases de escape se escapaban del cárter a través de los sellos y las juntas. Se consideraba normal que el aceite se escapara de un motor y goteara al suelo, como también había sucedido con los motores de vapor en las décadas anteriores. Las juntas y los sellos de eje estaban destinados a limitar la fuga de aceite, pero por lo general no se esperaba que la evitaran por completo. Los gases de escape se difundían a través del aceite y luego se filtraban a través de los sellos y las juntas hacia la atmósfera, lo que causaba contaminación del aire y olores.
El primer perfeccionamiento en la ventilación del cárter fue el tubo de tiro de carretera . Se trata de un tubo que va desde el cárter (o la tapa de válvulas en un motor de válvulas en cabeza) hasta un extremo abierto que mira hacia abajo ubicado en la estela del vehículo . Cuando el vehículo está en movimiento, el flujo de aire a través del extremo abierto del tubo crea succión (una "corriente de aire" o corriente de aire) que extrae los gases del cárter. Para evitar que se cree demasiado vacío, los gases que se escapan se reemplazan por aire fresco mediante un dispositivo llamado respiradero . [1] El respiradero suele estar ubicado en la tapa de aceite. Muchos respiraderos tenían una taza o pala y estaban ubicados en la corriente de aire del ventilador del radiador del motor. Este tipo de sistema se llama tipo "Presión-Succión" y el aire se fuerza hacia la pala del respiradero y, por vacío, se extrae mediante el tubo de tiro de carretera. Otro tipo de sistema de succión a presión utilizado se utilizó en los motores refrigerados por aire VW Porsche, en los que la polea del cárter delantero tiene un tornillo inverso incorporado que lleva aire al motor y el aire escapa del cárter con el tubo de aspiración de carretera. Este sistema funciona muy bien para eliminar los vapores del cárter que son perjudiciales para el motor. Al igual que en los motores anteriores, el sistema de tubo de aspiración de carretera también creaba contaminación y olores desagradables. [1] El tubo de aspiración podría obstruirse con nieve o hielo, en cuyo caso se acumularía presión en el cárter y provocaría fugas de aceite y fallos en las juntas. [2]
En los vehículos de reparto y barcos de movimiento lento, a menudo no había una corriente de aire adecuada para el tubo de ventilación de la carretera. En estas situaciones, los motores utilizaban presión positiva en el tubo de ventilación para expulsar los gases de escape del cárter. Por lo tanto, la entrada de aire del respiradero a menudo estaba ubicada en el flujo de aire detrás del ventilador de refrigeración del motor. [1] Los gases del cárter salían a la atmósfera a través de un tubo de ventilación.
Aunque el propósito moderno de un sistema de ventilación positiva del cárter ( PCV ) es reducir la contaminación del aire, el propósito original era permitir que un motor funcionara bajo el agua sin que se filtrara agua. Los primeros sistemas PCV se construyeron durante la Segunda Guerra Mundial, para permitir que los motores de tanque funcionaran durante operaciones de vadeo profundo , donde el ventilador de tubo de tiro normal habría permitido que el agua ingresara al cárter y destruyera el motor. [3]
A principios de los años 50, el profesor Arie Jan Haagen-Smit estableció que la contaminación de los motores de los automóviles era una de las principales causas de la crisis de smog que se vivía en Los Ángeles, California. [4] La Junta de Control de la Contaminación de Vehículos Motorizados de California (precursora de la Junta de Recursos del Aire de California ) se creó en 1960 y comenzó a investigar cómo evitar que los gases de escape se liberaran directamente a la atmósfera. [5] El sistema PCV se diseñó para recircular los gases en la entrada de aire para que pudieran combinarse con el aire fresco/combustible y quemarse de forma más completa. En 1961, las regulaciones de California exigieron que todos los coches nuevos se vendieran con un sistema PCV, lo que representó la primera implementación de un dispositivo de control de emisiones de vehículos . [6]
A partir del modelo del año 1963, la mayoría de los automóviles nuevos vendidos en los EE. UU. fueron equipados con este sistema gracias a una acción voluntaria de la industria para evitar tener que fabricar versiones específicas de los vehículos para varios estados. El PCV se convirtió rápidamente en un equipo estándar en todos los vehículos del mundo debido a sus beneficios no solo en la reducción de emisiones, sino también en la limpieza interna del motor y la vida útil del aceite. [1] [7]
En 1967, varios años después de su introducción en producción, el sistema PCV se convirtió en objeto de una investigación del gran jurado federal de Estados Unidos, cuando algunos críticos de la industria alegaron que la Asociación de Fabricantes de Automóviles (AMA) estaba conspirando para mantener varios de esos dispositivos de reducción de smog en el estante para retrasar el control adicional del smog. Después de dieciocho meses de investigación, el gran jurado emitió una decisión de "no aprobación", lo que dio la razón a la AMA, pero resultó en un decreto de consentimiento por el cual todas las compañías automotrices de Estados Unidos acordaron no trabajar juntas en actividades de control del smog durante un período de diez años. [8]
En las décadas posteriores, la legislación y la reglamentación sobre emisiones vehiculares se han vuelto sustancialmente más estrictas. La mayoría de los motores de gasolina actuales siguen utilizando sistemas PCV.
Para que el sistema PCV pueda extraer los humos del cárter, el sistema debe tener una fuente de aire fresco. La fuente de este aire fresco es el "respiradero del cárter", que normalmente se canaliza desde el filtro de aire del motor o el colector de admisión. El respiradero suele estar provisto de deflectores y filtros para evitar que la neblina y el vapor de aceite ensucien el filtro de aire. Este fenómeno se puede reducir aún más instalando separadores de aceite y aire del mercado de accesorios o latas de recogida , como se las conoce coloquialmente, para extraer la neblina de aceite de la suspensión y recogerla en un depósito antes de que pueda llegar a la admisión. Un respiradero del cárter correctamente diseñado también se diseñará de manera que promueva el efecto de barrido, o la creación de succión dentro del respiradero del cárter para ayudar aún más a eliminar los gases de escape. Es este efecto el que mantiene el cárter a una presión ligeramente negativa cuando está instalado un sistema PCV que funciona correctamente. [9]
El vacío del colector de admisión se aplica al cárter a través de la válvula PCV. El flujo de aire a través del cárter y el interior del motor barre los gases de combustión. Esta mezcla de aire y gases del cárter sale, a menudo a través de otro deflector, pantalla o malla simple para excluir la neblina de aceite , a través de la válvula PCV y hacia el colector de admisión. En algunos sistemas PCV, este deflector de aceite se lleva a cabo en una pieza reemplazable discreta llamada "separador de aceite". Los productos de posventa que se venden para agregar un sistema de deflector de aceite externo a los vehículos, que originalmente no estaban instalados con ellos, se conocen comúnmente como " tanques de recolección de aceite ".
La válvula PCV controla el flujo de gases del cárter que ingresan al sistema de admisión. En ralentí, con el acelerador casi cerrado, el vacío del colector es alto, lo que absorbería una gran cantidad de gases del cárter, lo que haría que el motor funcione con una mezcla demasiado pobre. La válvula PCV se cierra cuando el vacío del colector es alto, lo que restringe la cantidad de gases del cárter que ingresan al sistema de admisión. [12]
Cuando el motor está bajo carga o funciona a mayores revoluciones, se produce una mayor cantidad de gases de escape. El vacío del colector de admisión, con el acelerador completamente abierto, es menor en estas condiciones, lo que hace que la válvula PCV se abra y los gases del cárter fluyan al sistema de admisión. [13] El mayor caudal de aire de admisión durante estas condiciones significa que se puede agregar una mayor cantidad de gases de escape al sistema de admisión sin comprometer el funcionamiento del motor. La apertura de la válvula PCV durante estas condiciones también compensa la menor eficacia del sistema de admisión para atraer los gases del cárter hacia el sistema de admisión.
Una segunda función de la válvula PCV es actuar como parallamas y evitar que la presión positiva del sistema de admisión entre en el cárter. Esto puede ocurrir en motores turboalimentados o cuando se produce una explosión , y la presión positiva podría dañar los sellos y las juntas del cárter, o incluso provocar una explosión del mismo. Por lo tanto, la válvula PCV se cierra cuando hay presión positiva, para evitar que llegue al cárter.
La salida de aire del cárter, donde se ubica la válvula PCV, generalmente se ubica lo más lejos posible del respiradero del cárter. Por ejemplo, el respiradero y la salida se encuentran frecuentemente en tapas de válvulas opuestas en un motor en V , o en extremos opuestos de la tapa de válvulas en un motor en línea . La válvula PCV a menudo, pero no siempre, se ubica en la tapa de válvulas; puede estar ubicada en cualquier lugar entre la salida de aire del cárter y el colector de admisión.
La válvula PCV adquiere una función aún más importante en las aplicaciones de inducción forzada cada vez más populares. La presión excesiva del cárter no solo se producirá debido a los gases de escape que se escapan más allá de los anillos del pistón, sino que también puede introducirse cuando la presión positiva del colector de admisión se abre paso hacia el cárter. Como se mencionó anteriormente, en vehículos con sistemas de inducción forzada, como turbocompresores o supercargadores , el colector de admisión del motor experimenta una presión positiva bajo carga. Esto difiere de las aplicaciones de aspiración natural, donde el colector de admisión permanecerá en vacío mientras está bajo carga. Por lo tanto, cuando un motor de inducción forzada está bajo carga, el colector de admisión ya no se puede usar para extraer los gases de escape del cárter y, en su lugar, comenzará a agravar el problema al aumentar la presión del cárter. Entonces, el trabajo de la válvula PCV es aislar el colector de admisión y el cárter cuando el colector de admisión está presurizado y permitir el flujo de gases de escape del cárter cuando el colector de admisión está bajo vacío. Además de esta función adicional, en aplicaciones con sobrealimentación las presiones de los cilindros son mucho más altas y, en consecuencia, se impulsan más gases de escape hacia el cárter, lo que hace que un sistema PCV completamente funcional sea aún más importante. [14] [15] [16]
La acumulación de carbón en el colector de admisión se producirá cuando se permita que los gases de escape contaminen permanentemente el aire de admisión debido a un sistema PCV defectuoso. [12]
La acumulación de carbón o lodos de aceite de los gases de escape en las válvulas de admisión no suele ser un problema en los motores con inyección en puerto. Esto se debe al hecho de que el combustible golpea las válvulas de admisión en el camino hacia la cámara de combustión, lo que permite que los detergentes en el combustible las mantengan limpias. Sin embargo, la acumulación de carbón en las válvulas de admisión es un problema para los motores con inyección directa únicamente, ya que el combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión. Debido a esto, los limpiadores del sistema de combustible o los aditivos de combustible agregados al tanque no ayudarán a limpiar estos depósitos. Los métodos para limpiar estos depósitos incluyen rociar el limpiador a través de la admisión o chorrear con chorro de aire directamente las válvulas de admisión. [17]
Los motores de dos tiempos que utilizan compresión del cárter no requieren un sistema de ventilación del cárter, ya que todos los gases dentro del cárter se introducen en la cámara de combustión.
Muchos motores pequeños de cuatro tiempos, como los motores de cortacéspedes y los generadores eléctricos, utilizan simplemente un tubo de aspiración conectado al sistema de admisión. El tubo de aspiración dirige todos los gases de escape de nuevo a la mezcla de admisión y suele estar situado entre el filtro de aire y el carburador .
Los motores de cárter seco de algunos coches de carreras de aceleración utilizan bombas de barrido para extraer aceite y gases del cárter. [18] Un separador elimina el aceite y luego los gases se introducen en el sistema de escape a través de un tubo Venturi . [ cita requerida ] Este sistema mantiene una pequeña cantidad de vacío en el cárter y minimiza la cantidad de aceite en el motor que podría derramarse en la pista de carreras. [19]