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La bomba de aceite es una pieza 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 fluidos 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 esta manera fue para los taqués hidráulicos en el accionamiento de válvulas y árboles de levas. Los usos recientes cada vez más comunes pueden incluir el tensor de una correa de distribución o variadores para sistemas de sincronización variable de válvulas .
El tipo de bomba utilizada varía. Las bombas de engranajes [1] [2], las bombas trocoides [3] y las bombas de paletas [a] se utilizan comúnmente. Las bombas de émbolo se han utilizado en el pasado, pero ahora sólo se utilizan raramente, para motores pequeños .
Para evitar la necesidad de cebar , la bomba siempre se monta en la parte baja, ya sea sumergida o alrededor del nivel del aceite en el sumidero. Un tubo de recogida corto con un simple filtro de malla de alambre llega hasta el fondo del sumidero.
Por simplicidad y confiabilidad, se utilizan bombas mecánicas, impulsadas por engranajes mecánicos desde el cigüeñal. Reducir la velocidad de la bomba es beneficioso [b] y por eso es habitual accionar la bomba desde la leva (si está montada en el bloque de cilindros) o el eje distribuidor , que gira a la mitad del régimen del motor. Para colocar la bomba de aceite en posición baja se utiliza un eje de transmisión casi vertical, impulsado por engranajes oblicuos helicoidales del árbol de levas. Algunos motores, como el motor Fiat Twin Cam de 1964, comenzaron como motores OHV con una bomba de aceite accionada desde un árbol de levas convencional en el bloque de cilindros . Cuando se desarrolló el motor de doble árbol de levas, se mantuvo la disposición anterior de la bomba de aceite y el árbol de levas se convirtió en un eje acortado. Incluso cuando la posición del distribuidor se movió del soporte de bloque anterior para montarse en los árboles de levas de la culata, la transmisión de la bomba de aceite permaneció en la misma posición, la posición del distribuidor no utilizada ahora cubierta por una placa ciega. [4] Los motores pequeños o scooters pueden tener bombas de engranajes internas montadas directamente en el cigüeñal.
Para mayor confiabilidad, es raro utilizar un mecanismo de transmisión externo, ya sea una transmisión por correa separada o engranajes externos, aunque las bombas impulsadas por árbol de levas a menudo dependen de la misma correa de distribución. A veces se utilizan correas separadas adicionales cuando se agregan bombas de sumidero seco a los motores durante la puesta a punto.
No se utilizan bombas de aceite eléctricas, nuevamente por razones de confiabilidad. Algunas bombas de aceite auxiliares eléctricas ' turbo timer ' se instalan a veces en motores turboalimentados . Se trata de una segunda bomba de aceite que continúa funcionando después de que el motor se detiene, proporcionando aceite refrigerante a los cojinetes calientes de un turbocompresor durante algunos minutos, mientras se enfría. [c] Estas son bombas suplementarias y no reemplazan la bomba de aceite mecánica principal.
Una bomba eléctrica como bomba de motor principal requerirá motores eléctricos grandes y puede resultar simplemente más económico accionarla directamente desde el motor. Por ejemplo, la bomba de aceite del motor BMW S65 suministra aprox. 45 LPM (litros por minuto) de aceite a 5,5 bar de presión. [5] Esta bomba requeriría un motor significativamente grande para funcionar.
El sistema de lubricación aborda la necesidad de lubricar adecuadamente un motor cuando está en funcionamiento. Lubricar adecuadamente un motor no sólo reduce la fricción entre las piezas móviles, sino que también es el método principal mediante el cual se elimina el calor de los pistones, cojinetes y ejes. No lubricar adecuadamente un motor provocará una falla del motor. La bomba de aceite fuerza el aceite del motor a través de los conductos del motor para distribuir adecuadamente el aceite a los diferentes componentes del motor. En un sistema de lubricación común, el aceite se extrae del sumidero de aceite (oil pan, en inglés estadounidense) a través de un colador de malla de alambre que elimina algunos de los restos más grandes del aceite. El flujo realizado por la bomba de aceite permite que el aceite se distribuya por el motor. En este sistema, el aceite fluye a través de un filtro de aceite y, a veces, 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), alcanzando un máximo de 55 a 65 psi. [2]
La presión local (en el muñón y el cojinete del cigüeñal) es mucho más alta que 50, 60 psi, etc. fijado 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 propio 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 rodamiento (tasa de fuga).
Todo lo que hace la presión de la bomba es "llenar el agujero" y refrescar el aceite en el espacio anular más rápido de lo que la fuga lo expulsa. Esta es la razón por la que los motores de baja velocidad tienen muñones relativamente grandes, con un tamaño y presión de bomba modestos. La baja presión indica que la fuga de los cojinetes es mayor que la tasa de entrega de la bomba.
La presión del 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 aceite, o lámpara de advertencia, solo da la presión en el punto donde su transmisor ingresa a esa parte del sistema presurizado; no en todas partes, ni es un promedio ni una imagen generalizada de la presión sistémica.
A pesar de las frecuentes comparaciones con la teoría de la ingeniería hidráulica, no se trata de un "sistema cerrado" en el que la presión del aceite sea equilibrada e idéntica en todas partes. Todos los motores son "sistemas abiertos", porque el aceite regresa 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. El exceso de holgura del rodamiento aumenta la pérdida de presión entre el primer y el último rodamiento 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, lo que fallará bajo carga alta.
En realidad, la presión se crea por la resistencia al flujo de 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 más fría del aceite puede causar 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 en la temperatura y a la velocidad normal más alta 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 normal del aceite generalmente cae 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 exceda un límite preestablecido, una válvula de alivio de presión accionada por resorte descarga el exceso de presión al lado de succión de la bomba o directamente de regreso al cárter o tanque de aceite.
El resultado de una presión de aceite demasiado alta es que los sellos delanteros o traseros del motor principal se reventarán o se volarán los tapones de aceite. En otras palabras, cualquier posible entrada al cárter que esté sellado de alguna manera podría volar. La alta presión del aceite frecuentemente 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 se aumenta la presión máxima, la presión en frío sube demasiado" es precisa, pero no intencional.
Incluso las bombas originales (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 existe una diferencia significativa entre aceite frío y caliente, RPM altas y bajas, etc., pero generalmente no es un problema con los motores originales debido a la válvula de alivio de presión accionada por resorte mencionada anteriormente. Un puerto de alivio diseñado correctamente (que no se encuentra en los motores de producción) hará fluir cualquier volumen de aceite por el que pasen los engranajes, independientemente de la viscosidad o temperatura del aceite, y la lectura del medidor solo variará ligeramente.
La presión del aceite es monitoreada por una unidad emisora de presión de aceite, generalmente montada en el bloque del motor. Según el tipo de unidad emisora, puede tratarse de un sensor de presión accionado por resorte o de un sensor de presión electrónico. Los problemas con la unidad de envío de presión de aceite o las conexiones entre ella y la pantalla del conductor pueden causar lecturas anormales de presión de aceite cuando la presión del aceite es perfectamente aceptable.
Sólo hay cuatro razones para la baja presión de aceite:
La baja presión de aceite puede causar daños al motor. Lo primero que fallará serán los cojinetes del portador de levas si el vehículo es OHC, ya que se alimenta 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 (p. ej., Scania), esto podría provocar un corte entre el pistón y la camisa. También pueden atascarse los cojinetes del cigüeñal y de la biela. 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 ruido o tintineo del motor. La baja presión de aceite es un problema que debe abordarse de inmediato para evitar daños graves.
La principal causa de baja presión de aceite en un motor es el desgaste de las piezas vitales del motor. Con el tiempo, los cojinetes y sellos del motor sufren desgaste. El desgaste puede hacer que estas piezas eventualmente 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 de pulgada en los cojinetes principales del motor puede provocar una pérdida de presión de aceite de hasta un 20%. [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 completamente 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 muchos residuos. Los residuos pueden causar problemas con la rejilla de recogida de aceite y la propia bomba de aceite. Los orificios en la rejilla de recogida de aceite miden aproximadamente 0,04 pulgadas cuadradas (0,26 cm 2 ). [6] Los agujeros de este tamaño sólo recogen trozos de escombros más grandes y permiten que muchos trozos más pequeños fluyan a través de ellos. Los agujeros en la rejilla son tan grandes (en relación con los desechos) porque a bajas temperaturas y a baja velocidad del motor, el aceite es muy viscoso y necesita grandes aberturas para fluir libremente. Incluso con estos grandes agujeros en la rejilla, aún puede obstruirse y provocar una baja presión de aceite. Una capa de 0,13 mm (0,005 pulgadas) de espesor en la pantalla puede reducir el tamaño del orificio a aproximadamente 0,19 cm 2 (0,03 pulgadas cuadradas ), lo que a su vez reduce el flujo de aceite en un 44 por ciento. [6]
Incluso después de pasar por la rejilla de recogida de aceite y el filtro 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 desechos dañinos, junto con el desgaste normal del motor en motores de alto kilometraje, provocan un aumento en la holgura entre los cojinetes y otras piezas móviles.
La baja presión de aceite puede deberse simplemente a que no hay suficiente aceite en el cárter, debido a aceite quemado (normalmente causado por el desgaste de los anillos del pistón o sellos de válvula desgastados) o fugas. Los anillos de 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 necesariamente debería causar ninguna alarma, mientras que el 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, imponen una mayor tensión al sistema de lubricación. En este caso, el sistema de lubricación debe ser especialmente robusto para evitar daños al 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 es siempre el caso en los motores de alto rendimiento, donde las velocidades del motor pueden alcanzar hasta 8000-9000 rpm. En motores como estos, es imperativo que el aceite circule lo suficientemente rápido, o puede quedar aire atrapado en el aceite. Además, para liberar energía, algunos motores en aplicaciones de alto rendimiento utilizan aceite de menor peso, lo que requiere menos energía 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 usar 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) está ubicada en el "cárter" del motor y, lo que es más importante, la capacidad de caudal de esta bomba de barrido debe exceder 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 el aceite vuelva a bombearse a través del motor. Los cárteres secos también permiten obtener más potencia porque reducen la cantidad de viento , el aceite que se derrama en el conjunto giratorio y el vacío de la bomba de recuperación mejora el sello del anillo. [10] Los cárteres secos son más populares en aplicaciones de carreras debido a la potencia mejorada y la reducción del chapoteo del aceite que de otro modo reduciría la presión del aceite. Las desventajas de los sumideros secos son el aumento de peso, piezas adicionales y más posibilidades de que se produzcan fugas y problemas.
