Un sistema de ventilación del cárter ( CVS ) elimina los gases no deseados del cárter de un motor de combustión interna . El sistema normalmente consta de un tubo, una válvula unidireccional y una fuente de vacío (como el colector de entrada ).
Los gases no deseados, llamados "blow-by", son gases de la cámara de combustión que se han filtrado a través de los segmentos del pistón . Los primeros motores liberaban estos gases a la atmósfera simplemente al filtrarlos a través de los sellos del cárter. El primer sistema de ventilación específico del cárter fue el "tubo de aspiración de carretera", que utilizaba un vacío parcial para aspirar 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 de los vehículos , para reducir la contaminación del aire.
Los motores de dos tiempos con 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, como a menudo se le llama, es el resultado del material de combustión de la cámara de combustión que "sopla" más allá de los anillos del pistón hacia el cárter. Estos gases de fuga, si no se ventilan, inevitablemente se condensan y combinan con el vapor de aceite presente en el cárter, formando lodos de aceite . Además, una presión excesiva en el 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 sellos y juntas. Se consideraba normal que el aceite se escapara de un motor y goteara al suelo, como también había sucedido con las máquinas de vapor en las décadas anteriores. Las juntas y los sellos de eje estaban destinados a limitar las fugas de aceite, pero por lo general no se esperaba que las evitaran por completo. Los gases de escape se difundirían a través del aceite y luego se filtrarían a través de los sellos y juntas a la atmósfera, provocando contaminación del aire y olores.
La primera mejora en la ventilación del cárter fue el tubo de tiro de carretera . Se trata de una tubería que va desde el cárter (o la tapa de la válvula en un motor con válvulas en cabeza) hasta un extremo abierto orientado 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 una succión (una "corriente" o tiro) que extrae los gases del cárter. Para evitar que se cree demasiado vacío, los gases de escape se reemplazan por aire fresco mediante un dispositivo llamado respiradero . [1] El respiradero suele estar situado en el tapón de aceite. Muchos respiradores tenían una copa o pala y estaban ubicados en la corriente de aire del ventilador del radiador del motor. Este tipo de sistema se llama "presión-succión" y el aire se fuerza a entrar en la toma del respiradero y, mediante vacío, se extrae mediante el tubo de aspiración de la carretera. Otro tipo de succión de presión se usó en los motores VW Porsche enfriados por aire, donde la polea del cárter delantero tiene un tornillo inverso incorporado que introduce aire en el motor y el aire escapa del cárter con el tubo de tiro de la carretera. Este sistema funciona muy bien para eliminar los vapores del cárter que son perjudiciales para el motor. Al igual que los motores anteriores, el sistema de tubos de aspiración de la carretera también generaba contaminación y olores desagradables. [1] El tubo de aspiración podría obstruirse con nieve o hielo, en cuyo caso aumentaría la presión del cárter y provocaría fugas de aceite y fallas en la junta. [2]
En los vehículos de reparto lentos y en los barcos, a menudo no había una corriente de aire adecuada para el tubo de tiro 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 enfriamiento del motor. [1] Los gases del cárter salieron a la atmósfera a través de un tubo de aspiración.
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 funcione bajo el agua sin que el agua se filtre. Los primeros sistemas PCV se construyeron durante la Segunda Guerra Mundial, para permitir que el tanque motores para funcionar durante operaciones de vadeo profundo , donde el ventilador normal del tubo de aspiración habría permitido que el agua entrara en el cárter y destruyera el motor. [3]
A principios de la década de 1950, el profesor Arie Jan Haagen-Smit estableció que la contaminación procedente de los motores de los automóviles era una de las principales causas de la crisis de smog que se experimentaba 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 estableció en 1960 y comenzó a investigar cómo evitar que los gases de escape se liberaran directamente a la atmósfera. [5] El sistema PCV fue diseñado para recircular los gases en la entrada de aire para que pudieran combinarse con el aire fresco/combustible y quemarse más completamente. En 1961, las regulaciones de California exigían que todos los automóviles 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 año modelo 1963, la mayoría de los automóviles nuevos vendidos en los EE. UU. estaban equipados mediante una acción voluntaria de la industria para evitar tener que fabricar múltiples versiones de vehículos específicas para cada estado. El PCV rápidamente se convirtió en 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 de un gran jurado federal de EE. UU., cuando algunos críticos de la industria alegaron que la Asociación de Fabricantes de Automóviles (AMA) estaba conspirando para mantener varios de estos 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 facturar", absolviendo a la AMA, pero resultando en un decreto de consentimiento por el cual todas las compañías automovilísticas estadounidenses acordaron no trabajar conjuntamente en actividades de control del smog durante un período de diez años. [8]
En las décadas posteriores, la legislación y la regulación de las emisiones de los vehículos se han endurecido sustancialmente. La mayoría de los motores de gasolina actuales siguen utilizando sistemas PCV.
Para que el sistema PCV extraiga 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 generalmente sale del filtro de aire del motor o del colector de admisión. El respiradero suele estar provisto de deflectores y filtros para evitar que la neblina de aceite y el vapor ensucien el filtro de aire. Este fenómeno se puede reducir aún más instalando separadores de aceite de aire o latas de captura , como se conoce coloquialmente, para extraer la neblina de aceite de la suspensión y recogerla en un depósito antes de que pueda llegar a la entrada. Un respiradero del cárter diseñado adecuadamente también se diseñará de manera que promueva el efecto de eliminación o la creación de succión dentro del respiradero del cárter para ayudar aún más en la eliminación de los gases de escape. Es este efecto el que mantiene el cárter a una presión ligeramente negativa cuando se instala 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 elimina los gases derivados de la combustión. Esta mezcla de aire y gases del cárter luego 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, esta desviación del aceite tiene lugar en una pieza reemplazable discreta llamada "separador de aceite". Los productos de posventa vendidos para agregar un sistema externo de desconexión de aceite a los vehículos, que no estaban instalados originalmente con ellos, se conocen comúnmente como " tanques de captura de aceite ".
La válvula PCV controla el flujo de gases del cárter que ingresan al sistema de admisión. Al ralentí, con el acelerador casi cerrado, el vacío del colector es alto, lo que aspiraría una gran cantidad de gases del cárter y provocaría que el motor funcione 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 funcionando a más RPM, 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 que el sistema de admisión sea menos efectivo para atraer gases del cárter al sistema de admisión.
Una segunda función de la válvula PCV es actuar como parallamas y evitar que la presión positiva del sistema de admisión ingrese al cárter. Esto puede suceder en motores turboalimentados o cuando se produce un retroceso , y la presión positiva podría dañar los sellos y las juntas del cárter, o incluso provocar una explosión del cárter. 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 coloca lo más lejos posible del respiradero del cárter. Por ejemplo, el respiradero y la salida suelen estar 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 suele, aunque no siempre, colocarse en la tapa de la válvula; puede estar ubicado en cualquier lugar entre la salida de aire del cárter y el colector de entrada.
La válvula PCV adquiere una función aún más importante en aplicaciones de inducción forzada cada vez más populares. Una presión excesiva en el cárter no solo se producirá debido a los gases que escapan de los anillos del pistón, sino que también se puede introducir cuando la presión positiva del colector de admisión llega al cárter. Como se mencionó anteriormente, en vehículos con sistemas de inducción forzada como turbocompresores o sobrealimentadores , 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 cambio, comenzará a exacerbar 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 fuera del cárter cuando el colector de admisión está bajo vacío. Además de esta función adicional, en aplicaciones impulsadas, las presiones de los cilindros son mucho más altas y, en consecuencia, se empujan más gases de escape al cárter, lo que hace que un sistema PCV completamente funcional sea aún más importante. [14] [15] [16]
La acumulación de carbono en el colector de admisión se producirá cuando se permite que los gases de escape contaminen permanentemente el aire de admisión debido a una falla del sistema PCV. [12]
La acumulación de carbón o lodos de aceite provenientes de los gases de escape en las válvulas de admisión generalmente no son un problema en los motores de inyección en puerto. Esto se debe al hecho de que el combustible golpea las válvulas de admisión en su camino hacia la cámara de combustión, lo que permite que los detergentes del combustible las mantengan limpias. Sin embargo, la acumulación de carbón en las válvulas de admisión es un problema sólo para los motores con inyección directa, 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 limpiador a través de la entrada o hacer chorros directos de las válvulas de entrada. [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 alimentan a la cámara de combustión.
Muchos motores pequeños de cuatro tiempos, como los de cortadoras de césped y los generadores de electricidad, simplemente utilizan un tubo de aspiración conectado al sistema de admisión. El tubo de aspiración dirige todos los gases de escape de regreso a la mezcla de admisión y generalmente está ubicado entre el filtro de aire y el carburador .
Los motores de cárter seco de algunos coches de carreras de resistencia 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 necesaria ] . 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]