El sistema de compresión es la estructura principal del motor e incluye las partes utilizadas para sellar la cámara de combustión, comprimir la mezcla aire/combustible y recibir la potencia que se genera al quemarse la mezcla.

Los cilindros del motor están dispuestos en una pieza grande de hierro fundido, llamada bloquee de cilindros, sobre ésta se encuentra la culata de cilindros que forma la parte superior de la cámara de combustión. Los pistones entonces, se ajustan a los cilindros formando la parte inferior de la cámara de combustión, ellos se encuentran conectados al cigüeñal por medio de la biela y su cojinete.

El cigüeñal, está montado sobre cojunetes en el fondo del bloque de cilindros, y se utiliza para recibir la potencia del motor durante la carrera correspondiente y mover los pistones hacia arriba y abajo durante las otras tres carreras. La compresión está sellada en el sistema en cinco puntos: en la cabeza de las dos válvulas, en las bujías, en la junta de la culata de cilindros y en los anillos de pistón.

Todos estos puntos de sellado son críticos, ya que cualquier pérdida de compresión significará una pérdida de potencia y la fuga de los gases de combustión durante la carrera de potencia. Con esta identificación de los componentes y las funciones de los sistemas veamos las partes una por una, como si estuvieramos armando el motor a partir de sus componentes. El bloque de cilindros es el miembro estructural principal del motor. Generalmente esta hecho de hierro fundido con los cilindros cuidadosamente mecanizados en forma cilíndrica y a escuadra con el cigüeñal. Otras partes del bloque de cilindros son los soportes del motor, pasajes de agua y canales de lubricación. De hecho ha sido previsto para las partes de los siete sistemas del motor.

En la parte inferior, el bloque de cilindros está acampando de manera que forma la parte superior del carter, permitiendo el espacio suficiente para el giro del cigüeñal sin que los brazos toquen el bloque. Cuando se arma el motor, el depósito de aceite o carter se atornilla a la falda del bloque para formar la parte inferior de la caja del cigüeñal.

Ahora invirtamos el bloque para ver como está montado el cigüeñal. El bloque tiene siete superficies principales de soporte para el cigüeñal de un motor de seis cilindros en línea, este es un cigüeñal bastante largo, los cigüeñales bastante largo, los cigüeñales más cortos requieren menos soportes. El cigüeñal va montado en cojinetes de bancada del tipo de inserto y es sujetado en su lugar por medio de tapas de bancada. A propósito, el término bancada se refiere a las partes utilizadas para el montaje del cigüeñal.

Cada una de las bandas tiene un pasaje de aceite, estos pasajes se alinean con los orificios de los cojinetes de bancada al girar el cigüeñal, para lubricarlo. El cigüeñal de este motor tiene siete muñones de bancada que montan en siete soportes de bancada. Un muñón es una superficie de carga cilíndrica.

Los muñones de bancada están todos en un mismo eje geométrico y se alternan con los muñones desplazados que son para las bielas. Los muñones de la bielas están en diferentes posiciones al rededor del eje, de manera que los pistones se encontrarán en distintos lugares durante el ciclo. Los soportes laterales para los muñones de biela se llaman brazos.

Opuestos a los muñones de biela, se encuentran los contrapesos del cigüeñal para compensar el peso desplazado del centro, de manera que el cigüeñal quede balanceado y no vibre a altas revoluciones. El cigüeñal tiene que ser robusto para soportar las tremendas cargas impuestas durante las carreras de potencia del motor. Generalmente es fundido en una sola pieza en hierro de alta resistencia. Luego es mecanizado dentro de precisas dimensiones.

Todos los muñones están altamente pulidos para reducir la fricción y se les mantiene dentro de una redondez precisa, de manera que giren concéntricos dentro de los cojinetes. Se perforan pasajes en los muñones de bancadas para recibir el aceite desde el bloque de cilindros. Entonces el aceite se deriva hacia los muñones de biela por medio de orificios inclinados para lubricar los cojinetes de biela.

También existe una superficie de empuje a ambos lados de uno de los muñones de bancada para controlar la posición axial del cigüeñal. Los cigüeñales de los motores V8 son más cortos que los de los motores de 6 cilindros en línea y tienen cinco muñones de bancada que alternan con 4 muñones de biela. Cada uno de los muñones de biela tendrá, por lo tanto, dos bielas conectadas, una para cada banco de cilindros.

Durante la operación del motor, el muñon de biela soporta cargas de hasta 2 toneladas, de manera que cada muñon de biela resulta individualmente girado o torsionado un poco antes que el resto del eje mientras que la fuerza esta siendo aplicada. Por supuesto, la fuerza se aliviana tan pronto como se gasta la potencia, de manera que el cigüeñal flexiona regresando a su posición normal. Lo que sucede es lo que se conoce como vibración torsional. Esta circunstancia ocurre constantemente en el cigüeñal por lo que debe ser controlada. El dispositivo utilizado para controlar la vibración torsional es llamado amortiguador de vibraciones. Este está montado en el frente del cigüeñal.

Los cojinetes de bancada del cigüeñal son del tipo de manguito dividido. Cada cojinete consta de dos mitades, las que juntas forman un manguito para el muñon. La mitad superior cuenta con un orificio de lubricación y va montada en su alojamiento en el bloque. La otra mitad va en la tapa de bancada. Alguna veces ambas mitades son intercambiables. Las superficies de desgaste de los cojinetes están hechas de un material más blando que el cigüeñal, de manera que de existir desgaste, se puede reemplazar un económico cojinete en lugar de un costoso cigüeñal.

Además, el material blando reduce la fricción y se amolda a las pequeñas irregularidades que el eje pudiera tener, permitiendo también, que las partículas metálicas pequeñas se incrusten en la superficie del cojinete sin que lleguen a rayar el cigüeñal. Cuando se instalan el cigüeñal, los cojinetes y las tapas, existe un pequeño claro entre los cojinetes y los muñones, de manera que el aceite que viene del orificio en el cojinete superior de bancada circula por el claro de lubricación para aceite; luego, el aceite es expulsado hacia el carter.

La circulación de aceite también enfría el cojinete y expulsa la suciedad y partículas extrañas que pudieran haber alcanzado ese lugar; por lo que debe haber suficiente luz para mantener la circulación de aceite, de otra manera ocurrirña rápidamente un desgaste excesivo. Sin embargo, la luz de aceite debe ser cuidadosamente controlada ya que, aún un pequeño incremento puede causar un gran aumento en la cantidad de aceite que puede circular a través de los cojinetes.

Si la luz de aceite se torna excesiva, la bomba de aceite no abastecerá el volumen suficiente y por consiguiente la presión de aceite del motor decaerá, tal vez alguno de los cojinetes no reciba lubricación en forma contínua, o algunas partes del motor resulten privadas de aceite para su lubricación. Tanto los cojinetes de bancada como los de biela vienen en una variedad de tamaños que pueden ser seleccionados, cuando se arma el motor, para obtener la luz de aceite más cercana a la ideal. Este claro permite el desgaste normal del cojinete sin una pérdida de presión de aceite.

En la mayoría de los motor de los motores uno de los cojinetes de bancada es un cojinete de empuje con pestañas que limitan el movimiento hacia atrás y adelante del cigüeñal o juego libre axial. Sin embargo, en algunos motores se utilizan arandelas de empuje separadas para cumplir la misma función. Ahora podemos terminar el tema del cigüeñal identificando las partes instaladas con el cigüeñal y sus cojinetes en el motor.

En el frente del motor el conjunto de amortiguador de vibraciónes incluye una polea en "V" que gira junto con el cigüeñal para mover la banda del ventilador y otros accesorios. Los retenes de aceite delanteros y traseros se ajustan alrededor del cigüeñal para prevenir las fugas de lubricante en los extremos del carter. También en la parte delantera del eje se encuentra un engranaje o una catarina que se utiliza para comandar el árbol de levas y tren de válvulas en forma sincronizada con el cigüeñal. El volante está atornillado a una brida en la parte posterior del cigüeñal. La corona de arranque está montada sobre el volante para poder girar el motor cuando se opera el arranque.

Vamos ahora a descubrir el conjunto de biela/pistón que son los elementos a instalar después del cigüeñal. Un perno de pistón de acero conecta la biela al pistón. Este perno podrá girar libremente ya sea en el pistón o en la biela de manera que la biela pueda oscilar hacia ambos lados tal como gira el cigüeñal.

En algunos motores el perno oscila libremente en el pistón y en la biela y tiene seguros en ambos extremos para evitar su desplazamiento lateral. El extremo grande de la biela está conectado al cigüeñal por medio de la tapa de biela. Los cojinetes de biela son más o menos del mismo tipo que los de bancada, con claros de lubricación igualmente críticos.

Los orificios de lubricación, en los cojinetes, son coincidentes con agujeros o muescas en la biela para salpicar aceite en las paredes de los cilindros con el propósito de lubricarlas y enfriarlas. 

El pistón está ajustado con presición dentro del cilindro contando con superficies de empuje en su falda para guiarlo dentro del cilindro. Frecuentemente la falda se estrecha para permitir el paso de los contrapesos del cigüeñal. La mayoría de los pistones están hechos de aluminio para mantener un peso moderado. Como el aluminio se dilata bastante con el calor, generalmente se funden insertos de acero con el pistón para controlar su dilatación.

La parte superior del pistón tiene ranuras mecanizadas para los anillos de pistón. En estas ranuras se instalan los anillos de pistón que sellan entonces las paredes de los cilindros. De esta manera el pistón puede operar con cierta luz para permitir la lubricación y dilatación producida por el calor.

La mayoría de los motores utilizan dos anillos de compresión y un anillo de control de aceite en cada pistón. Un tercer anillo de compresión se agrega en algunos motores de servicio pesado. Los anillos de compresión son de una sola pieza. Ellos van instalados en las dos ranuras superiores del pistón para sellar la cámara de combustión del carter. También los anillos de compresión barren algo de aceite de la pared de cilindros durante la carrera descendente.

Sin embargo, estos tienen un chaflan torsional de manera que se deslizan sobre la película lubricante durante las carreras de compresión y escape evitando el barrido de aceite hacia la cámara de combustión y su consecuente quemado. Los anillos de control de aceite se requieren principalmente debido a la pequeña luz de aceite existente ente el cilindro y el pistón para poder manejar la cantidad de aceite que los anillos de compresión pueden barrer. Los anillos de control de aceite efectúan parte del barrido.

Estos anillos están ranurados o segmentados para enviar el aceite hacia una ranura del pistón, que se encuentra detrás del anillo, de ahí el aceite fluye hacia el espacio interno por detrás de la falda y regresa nuevamente al carter. Todos los anillos de pistón tienen otra función adicional que es la de transmitir el calor del pistón hacia la pared del cilindro, las que se enfrían por los pasajes de refrigerción.

La última parte del sistema de compresión es la culata de cilindros, que también es un elemento estructural del motor, está hecha en un hierro fundido y además constituye la parte superior de las cámaras de combustión. La culata de cilindros provee los medios de montaje para los múltiples de admisión y escape, las bujías y válvulas  y otros componentes del tren de válvulas. Los pasajes de agua y aceite también son parte de la culata de cilindros.

La culata  de cilindros está montada en la parte superior del bloque previa interposición de una junta plana que sella las cámaras de combustión y los pasajes de agua y aceite entre ellos, evitando también las fugas hacia el exterior. Se acostumbra reemplazar la junta cad vez que se desmonta la culata ya que es crítica su finción de sellado, también se debe seguir una secuencia particular para el apretado de los pernos de la culata para asegurar un buen sellado.

Fuente: Federal Mogul Institute (FMI-02)

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