Método de lubricación de motores de combustión interna con aceite contenido en un depósito separado.
Diagrama esquemático de un sistema básico de lubricación de un motor de cárter seco. El aceite se acumula en el sumidero (1), se extrae continuamente mediante la bomba de barrido (2) y viaja al tanque de aceite (3), donde los gases atrapados en el aceite se separan y el aceite se enfría. Los gases (6) regresan al cárter del motor. La bomba de presión (4) fuerza el aceite desgasificado y enfriado (5) de regreso a los puntos de lubricación del motor (7).
Los cárteres secos son comunes en motores diésel más grandes , como los que se utilizan en barcos, así como en motores de gasolina utilizados en coches de carreras , aviones acrobáticos , motos acuáticas de alto rendimiento y motocicletas. Se puede elegir la lubricación por cárter seco para estas aplicaciones debido a una mayor confiabilidad, capacidad de aceite, reducción de la falta de aceite bajo cargas g elevadas y/u otras razones técnicas o de rendimiento. Es posible que los sistemas de sumidero seco no sean adecuados para todas las aplicaciones debido al mayor costo, complejidad y/o volumen, entre otros factores.
Diseño
Los motores se lubrican y enfrían mediante aceite que circula por todo el motor, alimenta varios cojinetes y otras piezas móviles y luego drena, por gravedad, en el sumidero 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 a través del motor. En un sistema de cárter seco, el aceite aún cae a la base del motor, pero a un cárter mucho menos profundo, 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 mediante una bomba de presión. El sumidero en un sistema de sumidero seco en realidad no está seco; todavía está húmedo por el aceite que se drena del motor. El depósito suele ser alto y estrecho y está especialmente diseñado con deflectores internos y una salida (suministro) de aceite en el fondo para un suministro de aceite sin inhibiciones incluso durante el chapoteo.
La operación 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. [1] Un regulador de presión ajustable garantiza 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 otra 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 suelen estar montadas 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 motores invertidos (típicamente motores de avión ) es necesario emplear bombas de barrido separadas 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 pila de bombas .
Opcionalmente, se pueden diseñar sistemas de sumidero seco 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 aceite como gases. [1] [2] Se alcanzará una presión de equilibrio cuando la tasa de gases que ingresan al cárter (gases de escape que pasan por los anillos del pistón, pero también fugas de aire y vapor de aceite) es igual a la tasa de eliminación de gas de la capacidad de la bomba de barrido más allá. lo que se requiere para quitar solo el aceite. Alternativamente, el cárter se puede mantener cerca de la presión atmosférica ventilándolo hacia el 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 sumidero seco ofrece muchas ventajas sobre un sistema de sumidero húmedo. Las principales ventajas incluyen: [1] [3] [4]
Prevención de que el motor experimente falta de aceite durante cargas altas de g cuando el aceite chapotea, lo que mejora la confiabilidad del motor. La mayoría de los motores pueden resultar dañados incluso por breves períodos de falta de petróleo. Esta es la razón por la que se inventaron los cárteres secos, y son particularmente valiosos en autos de carreras , autos deportivos de alto rendimiento y aviones acrobáticos que regularmente experimentan altas aceleraciones. El chapoteo del petróleo también ocurre en los sistemas de sumidero seco, pero es mucho más fácil diseñar un depósito remoto para tolerar grandes cantidades de chapoteo, al ser alto y estrecho, y tener grandes deflectores.
Mayor capacidad de petróleo mediante el uso de un gran depósito externo, lo que no sería práctico en un sistema de sumidero húmedo.
Mejoras en el manejo y estabilidad del vehículo. El centro de gravedad del vehículo se puede bajar montando el motor (normalmente muy pesado) más abajo en el chasis debido a un perfil de cárter poco profundo. La distribución general del peso de un vehículo se puede modificar ubicando el depósito de aceite externo lejos del motor.
Control mejorado de la temperatura del aceite. Esto se debe al mayor volumen de aceite que proporciona resistencia a la saturación de calor, la colocación del depósito de aceite lejos del motor caliente y la capacidad de incluir capacidades de enfriamiento entre las bombas depuradoras y el depósito de aceite y también dentro del propio depósito.
Mejora de la calidad del aceite. Cuando el aceite chapotea contra el cigüeñal y otras piezas que giran a alta velocidad, provoca un "huracán que azota el aceite en un motor de cárter húmedo hasta convertirlo en una espuma aireada como un batido en una licuadora". [5] El aceite aireado protege los componentes del motor de forma mucho menos eficaz. Un sistema de sumidero seco minimiza la aireación del petróleo y también lo desairea de manera mucho más efectiva bombeándolo 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 resistencia viscosa sustancial que genera una pérdida de potencia parásita . [5] [6] Un sistema de cárter seco elimina el aceite del cárter, junto con la posibilidad de dicha resistencia viscosa. Los sistemas de cárter seco más complejos pueden eliminar el 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 resistencia del aire (o " viento ") en las piezas móviles.
Eficiencia mejorada de la bomba para mantener el suministro de aceite al motor. Dado que las bombas de barrido generalmente se montan en el punto más bajo del motor, el aceite fluye hacia la entrada de la bomba por gravedad en lugar de tener que ser elevado hacia 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 baja 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 facilita su mantenimiento o reemplazo.
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 sumidero seco añaden 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 muñeca y los pistones dependen del aceite que salpica el cárter para lubricación y enfriamiento respectivamente, estas piezas pueden tener una lubricación inadecuada si la bomba extrae demasiado aceite. La instalación de engrasadores de pistón puede solucionar este problema, pero hacerlo con un costo y 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 múltiples etapas. [10]
Aplicaciones comunes del motor
Los cárteres secos son comunes en los motores diésel más grandes , como los utilizados para la propulsión de barcos, en gran parte debido a una mayor confiabilidad y facilidad de servicio. También se utilizan habitualmente en coches de carreras y aviones acrobáticos, debido a problemas con las fuerzas g , el suministro fiable de aceite, la potencia 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.
Motores de motocicleta
La lubricación por cárter seco es particularmente aplicable a motocicletas, que tienden a operarse con más fuerza que otros vehículos de carretera. Aunque motocicletas como la Honda CB750 (1969) cuentan con un motor de cárter seco, las motocicletas modernas tienden a utilizar un diseño de cárter húmedo. Esto es comprensible con los motores de cuatro cilindros en línea transversales , ya que estos motores anchos deben montarse bastante alto en el bastidor (para la distancia al suelo), por lo que el espacio debajo también puede usarse para un cárter húmedo. Sin embargo, los motores más estrechos se pueden montar más bajos e idealmente deberían usar lubricación por cárter seco.
Varios modelos de motocicletas que utilizan cárteres secos incluyen;
Las clásicas motocicletas británicas gemelas en paralelo , como BSA , Triumph y Norton , utilizaban lubricación por cárter seco. Tradicionalmente, el tanque de aceite era un elemento remoto, pero algunos BSA de último modelo y los Meriden Triumph usaban diseños de "aceite en el marco".
El Triumph Rocket 3, un motor DOHC de tres cilindros en línea refrigerado por agua.
La motocicleta gemela en paralelo de 270 grados Yamaha TRX850 tiene un motor de cárter seco. Su depósito de aceite no es remoto, sino parte integral del motor, ubicado encima de 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 del aceite más rápido.
La Yamaha XT660Z (y los modelos R/X) utilizan un diseño de cárter seco en el que los tubos del cuadro de la bicicleta se utilizan como depósito de aceite y sistema de refrigeración [11]
La Yamaha SR400/500 utiliza un diseño de cárter seco en el que los tubos del cuadro de la bicicleta funcionan como depósito de aceite y sistema de refrigeración. [12]
Harley-Davidson ha utilizado sistemas de aceite lubricante de cárter seco en sus motores desde la década de 1930.
^ abcd "Descripción técnica: el sistema de sumidero seco". Ingeniería de carrera de Armstrong, Gary Armstrong, DrySump.com, 03/08/2016.
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^ Ingeniería explicada (4 de enero de 2017). "Cárter húmedo versus cárter seco: sistemas de aceite del motor". Youtube.com . Consultado el 2 de mayo de 2020 .
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^ "XT660Z | Yamaha Motor Australia". www.yamaha-motor.com.au . Consultado el 6 de mayo de 2018 .
^ "La icónica SR400, 35 años de herencia". Comunicado de prensa de Suzuki, MCNews.com, 11/04/2013. Archivado desde el original el 1 de junio de 2016 . Consultado el 6 de octubre de 2014 .
enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la lubricación por sumidero seco .
"¿Por qué algunos motores utilizan un sistema de aceite de cárter seco?". Como funcionan las cosas . Abril de 2000 . Consultado el 16 de noviembre de 2006 .
"Explicación técnica del sistema de sumidero seco". SON . Consultado el 3 de agosto de 2016 .
"Cárter húmedo frente a sumidero seco: sistemas de aceite del motor". Youtube.com . IngenieríaExplicado. 2017-01-04 . Consultado el 4 de enero de 2017 .
