...y durante la carrera de explosión
Cuando se produce la combustión en un cilindro, se produce un aumento muy rápido de la presión. Inevitablemente, parte de los gases se escapan por los laterales del pistón hacia el cárter. A esto se le conoce como «blow-by». Además, pueden filtrarse gases adicionales a través de los vástagos de las válvulas y de las juntas del turbocompresor en los motores que lo incorporan. A medida que el motor se desgasta, el «blow-by» aumenta.
Si los gases de escape no se ventilan, pueden acumular suficiente presión como para provocar fugas de aceite en las juntas del cigüeñal y, en el peor de los casos, expulsar la varilla de nivel de su tubo. Si el tubo de la varilla de nivel llega hasta la base del cárter, todo el aceite lubricante será expulsado por el tubo, provocando una avería rápida y fatal del motor.
Todos los motores cuentan con algún tipo de sistema de ventilación del cárter para evitar que se acumule presión en el mismo. Otra de sus funciones es permitir que el agua y los ácidos se evaporen una vez que el motor haya alcanzado su temperatura de funcionamiento.
Fugas laterales durante la carrera de compresión…
Ejemplo de un sistema sencillo de ventilación del cárter...
…con una válvula de diafragma…
...sujeta por un muelle.
Los gases que se ventilan contienen inevitablemente una neblina de aceite. Si el aceite no se recoge y se devuelve al motor de alguna manera, el resultado será un motor y un compartimento del motor muy sucios.
El ABYC aborda esta cuestión de la siguiente manera: «Los cárteres del motor deberán estar debidamente ventilados para evitar una presurización excesiva. Los gases del cárter no deberán descargarse en la sala de máquinas durante el funcionamiento del motor. Los gases del cárter podrán descargarse en el flujo de aire que entra por la toma de aire del motor».
En algunos motores antiguos, el respiradero puede ser simplemente una caja de ventilación situada en la parte superior de la tapa de válvulas, con una malla metálica en su interior. El aceite se acumula en la malla hasta que gotea de nuevo hacia la tapa de válvulas. Parte del aceite se escapa de la malla, sobre todo a medida que el motor se desgasta y el blow-by aumenta, por lo que, inevitablemente, estos motores y sus compartimentos tienden a ensuciarse con el tiempo. Es evidente que esto no cumple con los requisitos de la ABYC.
Las aletas de refrigeración del regulador de tensión de un alternador están casi completamente obstruidas por aceite y suciedad que han sido aspirados por el ventilador de refrigeración del alternador de un respiradero abierto del cárter .
Se consigue un mayor nivel de limpieza conectando una manguera al respiradero, que vierte en un punto por debajo de la toma de aire del motor («los gases del cárter podrían descargarse en el flujo de aire que entra por la toma de aire del motor»). Se logra un nivel aún mayor de limpieza conectando la manguera directamente a la toma de aire. En cualquiera de los casos, cuando el motor está en marcha, los gases de ventilación y la neblina de aceite que salen por la manguera son aspirados junto con el aire de admisión. El aceite se quema en el interior del motor. A medida que el motor se desgasta y aumenta el blow-by, la combinación de la neblina de aceite y la suciedad que se aspira hacia el motor puede provocar la formación de lodos aceitosos en el colector de admisión, y que se ensucien los turbocompresores, los intercoolers, las válvulas y los pistones. Al ensuciarse los pistones ello provocará un desgaste acelerado de los cilindros.
El respiradero del cárter en la parte superior de un motor antiguo; la manguera de la izquierda…
…termina cerca de la toma de aire del motor. Cuando el motor está en marcha, se notan..
…los gases producidos por el blow-by que salen de la manguera y son entonces aspirados por la toma de aire.
Acumulación de aceite en la entrada de aire.
La malla metálica del respiradero, del cual sale una manguera que va conectada a la entrada de aire
Un filtro de aceite coalescente en un sistema de ventilación cerrada del cárter (CCV). El aire se devuelve a la entrada de aire del motor (Fuente: Parker)
Se consigue un avance considerable en cuanto a sofisticación al instalar un filtro de aceite coalescente en el conducto de ventilación. Este filtro captura el aceite que pasa por el respiradero y lo devuelve al cárter. Algunos de estos sistemas están abiertos a la atmósfera en el lado de descarga del filtro, con una manguera que acaba en un punto bajo la entrada de aire (ventilación abierta del cárter, OCV), pero la mayoría conduce los gases ya depurados a un racor situado en la entrada de aire (ventilación cerrada del cárter, CCV). Las normas de emisiones, cada vez más estrictas, han dado lugar a un número creciente de sistemas CCV, especialmente en motores de mayor cilindrada.
Actualmente se afirma que algunos filtros coalescentes de aceite tienen una eficacia de hasta el 99,97% para 0,3 micras (¡no tenemos ni idea de cómo se ha medido esto! Consulte esta lección para obtener más información sobre los filtros y las clasificaciones en micras).
Control de la presión del cárter
En la mayoría de los motores hay una válvula en el sistema de ventilación del cárter. Por ejemplo, una válvula de láminas en el punto donde la manguera del CCV se conecta a la tapa de válvulas del motor, o algún tipo de válvula de diafragma.
Una válvula de láminas consiste en una lámina de acero muy fina fijada por un lado. Cualquier aumento de presión en el cárter eleva la válvula de láminas y descarga los gases hacia la manguera de salida del sistema de ventilación del cárter. Cuando un pistón asciende por el cilindro, puede producirse una presión negativa momentánea en el cárter. Esto hace que la válvula de láminas se cierre por succión. Una válvula de diafragma cuenta con un diafragma de goma que se mantiene cerrado mediante un pequeño resorte. Un aumento de la presión la abre contra la resistencia del muelle; una presión negativa la cierra. En ambos casos, cualquier presión del cárter es liberada.
Este motor cuenta con una válvula de láminas situada debajo del racor que se ve en el centro de la fotografía. La manguera negra situada justo a la izquierda devuelve los gases de escape a la cámara de admisión de aire, situada en la parte superior izquierda de la foto. La válvula de láminas permite mantener una ligera presión negativa en el cárter.
Otro modelo de CCV en el que el filtro separador de aceite se encuentra justo después del filtro de aire. Se trata del modelo «Air Sep» de Walker.
Muchos sistemas están diseñados para mantener una ligera presión negativa en el interior del cárter. Entre otras cosas, esto reduce la probabilidad de que se produzcan fugas de aceite a través de los sellos del cárter y otros sellos de aceite. Un motor turboalimentado con un sistema CCV puede utilizar el vacío de succión creado en la entrada de aire, entre el filtro de aire y el turbocompresor, para lograr esta presión negativa mediante alguna variante de un sistema de control de vacío, considerablemente más sofisticado que una válvula de láminas. Esto puede denominarse regulador de depresión del cárter (CDR) o, simplemente, limitador de vacío o regulador de vacío. Es el equivalente al dispositivo de ventilación positiva del cárter (PCV) que se encuentra en todos los motores de automóviles modernos.
La manguera del sistema de ventilación del cárter se encuentra a la izquierda y conduce al filtro de aceite coalescente (el cartucho negro), cuya manguera de salida está conectada a la entrada de aire, entre el filtro de aire y el turbocompresor. El filtro coalescente de aceite cuenta con un drenaje en su parte inferior que devuelve el aceite al cárter.
El dispositivo situado en la parte superior central es un regulador de vacío
Motor V-8 con mangueras de ventilación del cárter que parten de cada tapa de válvulas, unidas en forma de T antes de llegar a un regulador de vacío, y conduciendo luego a un filtro de aceite coalescente instalado entre el filtro de admisión de aire y el turbocompresor
Filtro de aceite coalescente instalado después del filtro de entrada de aire
Los respiraderos del cárter (las mangueras que se ven en el centro de la imagen) están conectados directamente a la entrada de aire, después de los filtros de aire