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G u í a A j u s t e P i s t o n e s , A n i l l o s y B i e l a s

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C e n t r o E d u c a c i o n a l d e A l t a T e c n o l o g í a

Guía Ajuste de Motores Profesor: Héctor Pineda

In f or mación ext r aída del l ibr o : Ma nual de Motor es A utomotr ices

Diseño : Lo r ena Sanhueza M. - AR IE / CEAT




Toda la potencia del motor se desar r olla al quemar combusti-

ble en combinación de air e en la cámara de combustión. El calor de la

combustión hace que el gas quemado aumente su pr esión. La fuerzade esta pr esión se convier te en tr abajo útil a tr avés del pistón, la biela y el cigüeñal.

El pistón f or ma un fondo movible a la cámara de combustión. Está unido a la biela con un pasador de pistón o pasador de ar

ticulación. El pasador del pistón per mite un movimiento oscilantellamado de ar ticulación giratoria en el extr emo del pistón de la biela.La biela se conecta a la par te del cigüeñal llamada tiro de manivela,

botón de manivela o, muñón de cojinete de biela. Esto pr ovee otr a ar ticulación gir atoria. La car r er a de la manivela es la cantidad que el

extr emo gr ande de la biela está desalineado del centro de cojinetesprincipales del cigüeñal. Los cigüeñales originales se ar maban conuna varilla o pasador metálico al cual se conectaba la biela. Estetér mino se ha empleado como el “botón de manivela”. El botón demanivela se ha suavizado par a tr abajar con el cojinete de biela y así la

superficie se llama muñón del cojinete. Los anillos de pistón sellan el pequeño espacio entr e el pistón

y la par ed de cilindr o, manteniendo la pr esión arriba del pistón. Cuando la pr esión se acumula en la cámara de combustión, empuja sobre elpistón y éste, a su vez, empuja al pasador y al extremo superior de labiela. El extr emo inf erior de ésta empuja el tir o de manivela. Esto pr ovee la fuerza necesaria par a hacer girar al cigüeñal. La fuerza de giro del

cigüeñal acciona las r uedas a tr avés del tr en de tr ansmisión. Estafuerza de giro es el par de tor sión.

Conf or me gir a el cigüeñal, desar r olla iner cia. Iner cia es la fuerzaque hace que el cigüeñal continúe dando vueltas. Esta acción tr aerá alpistón de nuevo a su posición original, donde está listo par a lasiguiente car rer a de potencia. Mientras el motor tr abaja, el ciclo decombustión se r epite a medida que el pistón se mueve en f or maalter na (se mueve hacia arriba y hacia abajo) y el cigüeñal gir a. Estosmovimientos ponen fuerzas mecánicas sobr e las par tes del motor . Elcalor de la combustión y las fuerzas mecánicas son una consideraciónimportante al diseñar las par tes.

REMOCION DE PISTON Y BIELA

Es necesario remover la cabeza y el depósito o r ecipiente deaceite antes de r etirar el pistón y la biela del monoblock. El aceite sedeberá dr enar antes de quitar el depósito. La biela y las tapas sedeberán r evisar par a localizar las mar cas que identifican su ubicación. Si la biela y tapas no están marcadas, se deberán marcar antes deldesarmado. Si no hay números de golpe disponibles, se pueden usar las mar cas con punzón como se muestran en la figur a 1. El cigüeñalse gir a hasta que el pistón esté en el f inal de su car r er a. Esto colocalas tuer cas de biela o los tor nillos opresor es donde son fácilmenteaccesibles.

Figura 1 Marcas hechas con punzón en bielas y tapa de bielapara identificar su ubicación en el motor.

1




Se quita y se saca la tapa de biela. Esto puede r equerir golpear en for ma liger a sobr e los per nos de biela con un mar tillo de goma. Sedeberán colocar protector es sobr e las roscas de los per nos de labiela par a pr oteger las, así como la superficie del muñón de cigüeñal. El pisón y la biela se empujan hacia afuer a, cuidando de no golpear laorilla del f ondo del cilindr o con la biela. Si el cilindr o se golpea,levantará una r ebaba. Si no se quita ésta, r ayará el pistón tan luego se

ar me el

motor

y se

ponga

a tr abajar,

como

lo

muestr a

en

la

figur a

2.Las tapas de biela se deben volver a unir con ésta después de haber

r emovido el conjunto del cilindr o. Las tapas de biela no son inter cam-biables entr e bielas. El conjunto se debe manejar cuidadosamente. Ni el pistón ni la biela se deben sujetar en un tor nillo de banco. Lasujeción sin pr ecaución hará que se alabeen o incluso se r ompan. Sedeberán colocar en un bastidor par a par tes de maner a que no segolpeen unos con otr os. El pistón de aluminio se puede r allar y mellar fácilmente.

FIGURA 2 Una falda de pistón rayada por una rebaba

desprendida al golpear el fondo de la falda del cilindro

con la biela al estarla moviendo.

Los anillos se quitarán cuidadosamente del pistón par a evitar dañarlos. La mejor maner a de quitar los es usando una her r amientaexpansor a de anillos.

La mayor parte de los pasador es de pistón tienen un ajuste depr esión en la biela. La r emoción r equier e de un soporte especial yapar atos que presionen par a evitar dañar el pistón. No se deberáintentar quitar los sin estas her r amientas especiales.

DISEÑO DEL PISTON

Cuando el motor está tr abajando, el pistón ar r anca en laparte superior del cilindr o. Se aceler a hacia abajo hasta una velocidad

máxima poco antes de su medio r ecor rido hacia abajo. El pistón llega

al fondo del cilindr o, a 180° de r otación del cigüeñal. Dur ante lossiguientes 180° de r otación del cigüeñal, el pistón se mueve hacia

ar riba. Se aceler a hasta una velocidad máxima liger amente sobr e el

punto de medio r ecor rido, hasta detener se en la cima de la car r er a.

Así, el pistón ar r anca, se aceler a, se detiene dos veces por cada r evolución del cigüeñal. Esta acción de movimiento alter no del pistónpr oduce gr andes fuerzas de iner cia. La inercia es la fuerza que hace

que una par te que está par ada per manezca par ada o si está enmovimiento per manezca en movimiento. Cuanto más liger o se puedahacer el pistón, menor es la fuerza que se desar rolle. Menos inercia

permitirá velocidades más altas de oper ación del motor . Por esta r azón

los pistones se hacen ta n l iger os como sea posible mientr asmantengan la r esistencia que se necesita.

El pistón funciona con su cabeza expuesta a los gases

calientes de combustión mientr as la falda hace contacto con la par eddel cilindr o r elativamente fría. Esto tr ae como r esultado una dif er enciade temper atur a de 275°F (l47°C) entr e la cima y el fondo del pistón.La dif er encia de temper atur as entr e pistones fundidos y f or jados semuestr a en la figur a 3.

El pistón del motor automotriz es más que un tapón en elcilindr o par a conver tir la pr esión de combustión en fuerza sobr e elcigüeñal. Es un compromiso adecuado entre la r esistencia, el peso, y

el control de expansión tér mica. Debe también sopor tar los anillos desello del pistón. El pistón debe tener dur abilidad satisfactoria par afuncionar confor me a estas condiciones mientr as se desliza contr a la

par ed del cilindr o. La aleación de aluminio ha resultado ser el mejor material par a

la constr ucción de pistones. Es liviano y de resistencia adecuada. Sinembar go, incrementa el pr oblema de la expansión. La r azón es quelas aleaciones de aluminio se expanden dos veces de lo que seexpande el hier r o fundido cuando ambos se calientan a la mismatemper atur a. El hier r o fundido se usa en los monoblocks y en lascamisas de cilindr o en las que funcionan los pistones de aluminio. Elpistón de aluminio se expande más rápido que el cilindr o, lo quetiende a r educir el clar o de oper ación confor me el motor se calienta.

DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA

FUNDICION FORJA

Figura 3 Diferencia de temperatura en pistones que funcio-

nan bajo las mismas condiciones.

Par a complicar todavía más los pr ob lemas de diseño delpistón, los estilos y el tamaño del automóvil moderno limitan elespacio disponible par a el motor . Al mismo tiempo, los c lientes

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esperan un buen funcionamiento del motor . La maner a más fácil de

pr oveer suficiente potencia es tener un desplazamiento gr ande delmotor . El desplazamiento depende del diámetr o del cilindr o y el largode la car r er a del pistón. Cada uno de estos r equier e espacio. En losautomóviles de tamaño r educido no hay suficiente espacio. El diseñador de motor es, par a automóvil ha sido capaz de pr oveer suficientedesplazamiento de motor con un tamaño externo pequeño del mismo.

Esto se

hace

al

conser var

la

altur a del

pistón al mínimo

y tr ayéndolocercano al cigüeñal en el fondo de la car rer a, como se muestr a en la

f igur a 4. Este pistón debe tener suficiente r esistencia par a sopor tar lapr esión de combustión y las car gas, por el movimiento alter no. T ambiéndebe tener bastante falda de pistón par a guiarlo der echo dentro delcilindro. Además, el pistón debe tener control de la expansión debido

al calor par a logr ar un funcionamiento silencioso y de mayor dur ación.Por último, el pistón sostiene los anillos per pendicular es a la par ed delcilindro de maner a que sellen apr opiadamente.

Cabezas de pistón: Ya que la cabeza del pistón es parte de

la cámara de combustión, su f or ma es muy impor tante par a elpr oceso de combustión.

Gener almente, los motores de bajo costo y r endimiento dismi- nuido tienen pistones de cabeza plana. Algunos de estos pistones decabeza plana llegan tan cer ca de la cabeza de los cilindros que sef or man cavidades en la cima del pistón par a el claro de las válvulas.

Los pistones utilizados en motores con alta potencia pueden tener domos ele vados o una pr otuber ancia en las cabezas de

pistones. Estas

se

usan

par a

aumentar

la

r elación

de

compresión.

Lospistones empleados en otr os motor es pueden estar pr ovistos de una

depr esión en f or ma de plato. La pr ofundidad de éste pr oveedifer entes relaciones de compresión r equeridas por diver sos modelosde motor . Varias for mas de cabezas de cilindros se muestran en lafigur a 5.

Figura 4 El pistón está muy cerca del contrapeso decigüeñal cuando el pistón está en el extremo inferior de lacarrera. El pistón tiene una falda de pantufla cuando la bielaes corta.

a b c

d e f

Figura 5 Formas de cabezas de pistón: (A) Plana, (B) con

huecos, (C y D) con resaltes, y (E y F) en forma de plato.

La cabeza del pistón debe tener suficiente resistencia par asopor tar las pr esiones de la combustión. A menudo se usan costillasde r efuerzo por debajo de la cabeza par a mantener r esistencia almismo tiempo que se r educe el material par a aliger ar el pistón. Estas costillas se usan también como costillas de enfriamiento pa r atr ansferir parte del calor del pistón al aceite del motor . Las costillas dellado inf erior del pistón se pueden ver en el corte de la figur a 6.

El peso del pistón es importante. Todos los pistones de un motor deberán pesar lo mismo par a asegur ar un buen equilibrio. El peso del pistón es un factor cuando quier a

que se cambian pistones. La mayor parte de los pistones de aluminio varían en peso de 10 a 30 onzas (280 a 850 gr amos) (1 onza =

2835 gr amos). Un “clip” típico par a papel pesa un gr amo. Si el cilindr o ha sido perfor ado, se r equier en pistones de repuesto. Si éstospesan más, ello pone car gas de inercia adicionales en las bielas. Por lo tanto, par a pr evenir fallas de cojinetes en un motor r econstruido, los pistones de r epuesto no deberán pesar más que los pistones originales.

ADVERTENCIA: Algunos pistones menos costosos de r epuesto son mucho más pesados que los pistones de almacén aun en el tamaño

de perfor ado. Por la misma r azón, si se cambia un pistón todos se deberán r eemplazar , o al menos r evisar y cor r egir , par a asegurar el mismo peso.

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Costillas

Figura 6 Costillas en los lados inferior e interior

del pistón.

Ranuras de Anillo de Pistón: Las r anur as de anillos de

pistón se ubican entr e la cabeza y la falda del pistón (f igura 7). Elancho de las r anur as, el ancho de superf icie entr e r anur as y elnúmer o de anillos, son un f actor principal al deter minar la altur amínima del pistón. El diámetro exterior del pistón en la superficie entrer anur as es de 0.020” a 0.040” (0.5 a 1 milímetr o) más pequeño que

el diámetr o

de

la

f alda.

Ver

figur a

8.

Algunos

pistones

par a

motor esde ser vicio pesado tienen r anur as de anillos de aceite ubicadas en la

falda del pistón, abajo del per no del pistón. Los motor es de automóvilusan dos anillos de compresión y uno par a control del aceite. Se ubicanar riba del pasador de pistón. Algunos motores usan pistones de dos

anillos: uno de compresión y otro de aceite.

Figura 7 Nombres de partes de Pistón

Corona - superficie de cima de pistón

Superficie Nº1 (superficie de corona) área de lado sobre el anillo de la cima

Ranura Nº1 (ranura de anillo de compresión superior)

Superficie entre ranuras Nº2

Otras ranuras y espacios entre ranuras

Corona

Interior

Falda - lado de pistón bajo las ranuras

Figura 8 Forma de leva de falda de Pistón

La forma elíptica de la falda de pistóndeberá ser de 0.010’’ a 0.012’’, menosen el diámetro(a) que de un lado a otrode las caras de empuje en el diámetro

(B). La medición se hace a 1/8’’ bajola ranura del anillo inferior.

Los diámetros en (C) y (D) pueden ser iguales, o el diámetro en (D) puede ser 0.0015’’ mayor que (C)

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Los motor es que usan sólo dos anillos de pistón son de

tamaño pequeño y eficientes en la combustión. El sello del cilindro esposible a causa del maquinado cuidadoso y de pr ocedimientos deacoplamiento adecuados.

La r anur a del anillo debe ser lo suficientemente pr ofunda par aimpedir que el anillo golpee la base de la r anur a cuando es prensadohacia adentro, de modo que quede al r as con la car a de la superficie

entr e las r anur as. Su pr ofundidad de r anur a se vuelve critica par aalgunos diseños de expansor es de anillos. Estos expansor es hacencuña entr e el respaldo del anillo y la base de la r anur a. Los costadosde la r anur a deben estar a escuadr a y planos de maner a que el costa-do del anillo del pistón haga sello sobre el costado de la r anur a. Lasr anur as del anillo de aceite tienen salida en la base, de modo que elaceite que se descar ta de la par ed del cilindr o f luya por las salidashacia el cár ter . Estas salidas se hacen por agujer os bar r aneados ohendedur as, como se muestr a en la figur a 9.

extendió entr e las primeros pistones de aluminio. Los pistones de aluminio se expanden apr oximadamente el doble

de los pistones de hier r o fundido, con el mismo aumento entemper atur a. Con tal expansión, la r anur a de expansión r equerida hizo

a los pistones demasiado débiles. Un mejor método de control de

expansión se cr eó con la falda de pistón r ectif icada siguiendo el perf ilcontr olado por una leva. Las superf icies de empuje del pistón seadaptan estr echamente al cilindro, mientr as el diámetro de pr otube-r ancia para pasador de pistón se adapta en f or ma suelta. Confor me elpistón de esmerilado de leva se calienta, se expande a lo largo delpasador de pistón de maner a que se hará casi redondo a temper atu-

r as nor males de funcionamiento. Una falda de pistón de r ectificado deleva se muestr a en la f igur a 10.

Dirección de la Expansión

Superficies de empuje

Agujeros Barrenados con Hendeduras

Di á. A - Di á. B = leva en la falda del pistónFigura 10 Forma de leva del pistón. El diámetro más grandees de un lado a otro de las superficies de empuje y perpendi-cular al pasador del pistón (con letra A).

Figura 9 Ventilación de ranura del anillo de aceite con aguje-ros barraneados o hendeduras.

Falda del pistón: La expansión del pistón er a un pr oblemamenor en motor es antiguos con pistones de hier r o fundido. Lospr opietarios de estos vehículos solían aceptar el r uido del pistón quer esultaba de los clar os gr andes del pistón contr a la par ed del cilindroen los motor es antiguos, pues este r uido generalmente cesaba alcalentar se el motor . Sin embargo, se r equirió algún medio de controlde la expansión del pistón cuando los pr opietarios demandaron unfuncionamiento silencioso del motor .

La expansión del pistón fue controlada primero por unahendedur a en la superficie menor de empuje de las faldas del pistón.Estos pistones se acomodaron en el cilindr o con muy poco claro entr e

pistón y cilindr o. La falda del pistón se expandía dentro de la

hendedur a conf or me el pistón se calentaba dur ante la oper ación. Lostipos de hendedur a más popular es fueron la hendedur a en U y lahendedur a en T. El diseño de hendedur a en U tenía dos hendedur asen la falda del pistón que se conectaban una con otr a cer ca de la cimade la falda de pistón, f or mando un perfil de U inver tida. La hendedur aen T tenía una hendedur a abajo de la falda de pistón con una hende-dur a cr uzada en la orilla superior de la falda de pistón par a for mar eldiseño de hendedur a en T. Este método de control de expansión se

La parte más baja de la falda de pistón está a la distancia más gr ande de la cámara de combustión. No tr abaja tan caliente, demaner a que se expande menos que la parte superior . Esto per miteque la par te más baja de la falda del pistón sea más gr ande que lapar te superior cuando se mide por el diámetr o de la superficie deempuje. La par te más baja de la falda tendrá un ajuste estrecho y fríodentro del cilindro par a un funcionamiento más silencioso y una vidasatisfactoria de ser vicio del pistón. Cuando el pistón se calienta, lapar te superior será la que más se expanda, de maner a que la falda delpistón esté r ecta. Entonces se her mana la par ed del cilindro. Ver figur a 11.

Figura 11 Diseño de una falda de pistón con forma de barril.

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La mayor par te de las pistones tienen hendedur as de separ ación

horizontales que actúan como diques al calor . Estas hendedur as r edu-cen la tr ansfer encia del calor de la cabeza caliente de pistón a la faldainf erior . Esto, a su vez, conser ver a más baja la temper atur a de la falda

y habrá menos expansión de la misma. Al situar la hendedur a en lar anur a de anillo de aceite, la hendedur a se usa par a dr enar el aceitede r egr eso así como par a el control de la expansión. Algunos motor es

se constr uyen con una hendedur a abajo del per no de pistón, Estoaísla la falda inf erior de las flexiones de pr otuber ancia del per no depistón, causadas por el esfuerzo que ocurre en la car rer a de potencia; la falda inferior puede mantener mejor su medida, estas hendedur as de r etención de calor se pueden ver en las figur as 12 y 13.

Figura 12 Hendeduras fundidas de diques de calor

justamente bajo las ranuras del anil lo de aceite.

¿Qué es una ceja?

Los huecos maquinados o fundidos en los puntos superior esde los pistones par a clar o de válvulas se llaman comúnmentecejas. Estos huecos también se llaman alivios de válvulas obolsas de válvulas. La pr ofundidad de las cejas tiene un ef ectomayor en la relación de compr esión y se necesita par a pro-

veer claro par a las válvulas si se r ompier a la banda deltiempo de un motor de árbol de levas sobr e cabeza. Sin lascejas profundas, los pistones pueden pegar le a las válvulascerca del TDC si éstas no funcionan (cer r ando) debido a lafalta de r otación del árbol de levas. Si un motor esta diseña-do par a que no haya pistones que golpeen las válvulas sellama de rodamiento libr e. Por ejemplo, el motor del For dEscor t se cambió a mediados de los ochenta aun diseño derodamiento libr e maquinando cejas más pr ofundas en lospuntos superiores de los pistones. Antes de este cambio, si labanda del tiempo se r ompía r esultaban serios daños al motor ,por que los pistones continuaban moviéndose , hacia arriba yhacia abajo algunas veces mientr as las válvulas no cambia-ban de posición. Cuando los pistones golpean las válvulas,los pistones se r ompen, lo que a su vez r ompería el monoblock,además de dañar las bielas y doblar las válvulas.

Se logró un mayor desar r ollo en el control de la expansión con

la fundición del aluminio del pistón alrededor de dos inser tos rígidosde acer o. Los inser tos no están ligados químicamente con el aluminio, ni le agr egan r esistencia al pistón. Sólo hay una liga mecánica entr e elacer o y el aluminio. La acción bimetálica de este inser to en el aluminioobliga al pistón a doblar se hacia afuer a a lo largo del pasador delpistón. Esto impide que las superf icies de empuje de la falda del pistónse expandan más que el cilindr o de hier ro fundido en el cual funciona el pistón. Los pistones con inser tos postizos de acer o per miten unbuen clar o entre el pistón y la par ed de cilindro a las temper atur asnor males. Al mismo tiempo, per miten que el claro de oper ación fríasea de sólo 0.0005” (medio milésimo de pulgada) (0.0127 mm.).Este pequeño claro evitará el golpeteo y el r uido de pistón frío. Uninser to común de control de expansión de pistón se ve en las figur as 14 y 15.

Superficie de EmpujeLos insertos impiden que el pistónse expanda de un lado a otro de lasuperficie de empuje

Figura 13 Hendedura de dique de calor aserrada en el fondode la ranura del anillo de aceite y hendedura fundida bajo el

Superficie de Empuje

El aluminio del pistón se expande alo largo del pasador de pistón

pasador de pistón. Figura 14 Acción de inserto de acero para ayudar al controlde expansión del pistón cuando llega a calentarse.

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Figura 15 Dos vistas en el corteseccional de un pistón que muestra elinserto de control de expansión.

Los pistones de ser vicio pesado son fundiciones cilíndricas con

r anur as par a anillo en la parte superior , y que usan una falda de tipode tr onco. El pistón que se muestr a en la figur a 13 tiene una falda tipode tr onco. A medida que aumentan los requisitos par a los automóvi-les, el númer o y el espesor de los anillos del pistón se reducen y lafalda del pistón de aluminio fundido se ha r educido a un mínimo con elempleo de la falda tipo abier to de pantuf la. Ejemplos del pistón defalda de pantufla se muestr an en las figur as 12 y 15. Los motor espar a alto r endimiento necesitan pistones con resistencia adicional. Aquíse usan pistones for jados por impacto, cuyo diseño cae entre estosdos extremos de pistones de ser vicio pesado y automotriz. La figur a

16 muestr a un pistón de aluminio f or jado con una falda de tr onco, y la

f igur a 17 muestr a un pistón de aluminio de peso liger o y de diseñor eciente.

Figura 16 Las líneas de flujo del grano se pueden ver eneste pistón forjado con una falda de tronco.

Figura 17 Pistón de un motor de árbol de levas dual sobrecabeza. Este motor de altas revoluciones (hasta 7500 rpm)usa un pistón de falda corta y anillos de baja fricción.

Acabado de la falda: Este acabado de falda es importantepar a una dur ación máxima. Las r anur as u ondas tor neadas de 0.0005” (0.0125 mm) de pr ofundidad en la superficie de algunas faldas depistones pr oducen un acabado que conducirá aceite par a lubricación.Otr as faldas de pistón son relativamente lisas. La f igur a 18 muestr asuperf icies típicas de faldas de pistón. Una superf icie con estañado de

poco espesor

(apr oximadamente

de

0.00005”o

0.00125

mm

deespesor) también se usa en algunos pistones de aluminio par a r educir

ar r astr es y r ayones dur ante periodos ocasionales de lubricaciónmínima. La falda del pistón nor malmente se monta sobre una películade aceite lubricante. Siempre que falta la película de aceite, habrácontacto de metal con metal, originando el ar r astr e del pistón. Estoocur r e cuando un sistema de enfriamiento defectuoso hace que elmotor se sobr ecaliente. El sobr ecalentamiento es causa de que el aceitese adelgace y el calor sobr eexpanda al pistón. El ar r astr e del pistónlleva a un mal control del aceite, acor ta la vida del mismo daña elcilindr o con asperezas y ar r astr e en los anillos.

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Superficie deEmpuje Mayor

Línea de Centro de Pernode Pistón

Figura 18 Superficies de falda de pistón de uso común.

Equilibrio de pistones: Los pistones están pr ovistos decojines agr andados o bridas de pistón (figura 19) que contr olan supeso. El f abricante r emueve material de la superficie de estos cojinesen la última oper ación de maquinado, par a mantener el pistón dentrode las toler ancias de peso cor r ectas.

Línea de Centrodel Pistón

Descentrado

Figura 19 Ubicación normal de cojinetes utilizados para equi-

librar pistones.

PERNOS DE PISTON

Los per nos de pistón se utilizan par a unirlo a la biela. Tambiénse llaman pasador es de gor rón (un tér mino británico). El per no delpistón tr ansfier e la fuerza producida por las pr esiones de la cámarade combustión y fuerzas de iner cia de pistón a la biela. El per no depistón está hecho con acer o de alta calidad en f or ma de tubo par a quer esulte fuerte y liviano. Algunas veces el agujer o interior del per no depistón es ahusado, gr ande en los extr emos y pequeño a la mitad. Esto

le da al per no una r esistencia pr oporcional a la ubicación de la car ga colocada sobre él. Un agujer o de doble ahusamiento como éste esmás costoso de fabricar , de modo que se usa sólo donde su ventajade peso amerita el costo extr a.

Descentrado del perno de pistón: Los agujeros delpasador del pistón no están centr ados en el pistón, sino que estánsituados hacia la superf icie principal de empuje apr oximadamente a 0.062’’ (1.57 mm) de la línea de centro del pistón, como se muestr a la f igura 20. Lo descentrado del per no del pistón se pr oyecta de estamaner a par a r educir el empuje del pistón y el r uido r esultante confor-me el extr emo gr ande de la biela cr uza por el centro muer to superior .

Figura 20 El pasador de pistón está descentrado hacia lasuperficie de mayor empuje.

El costado menor de empuje de la cabeza del pistón tiene unár ea más gr ande que el ár ea del costado principal, por efecto de lodescentrado del per no. Confor me el pistón se mueve hacia arriba en

el cilindr o en la car rer a de compresión, se apoyará contr a la superficiemenor de empuje. Cuando la presión de compresión es suficientemente alta, el ár ea más gr ande de la cabeza en el costado menor hará que

el pistón se incline liger amente en el cilindro. Esto conduce a la cima

de la superficie menor de empuje sobr e el cilindro y obliga al fondo de

la superficie principal de empuje a estar en contacto con la par ed delcilindr o. Conf or me el pistón se acer ca al centro de la cima, ambassuperf icies de empuje están en contacto con la pared del cilindr o.

Cuando el cigüeñal cr uza sobre el centro de la cima, la fuerza sobr e labiela mueve todo el pistón hacia la superficie principal de empuje. Lasuperficie inferior de la superficie principal de empuje ha estado ya encontacto con la par ed de cilindr o. EL r esto de la f alda del pistóndesliza en contacto pleno poco después del punto de sobr ecr uce,gober nando con esto el empuje de pistón. Esta acción se ilustr a en lafigur a 21.

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(a) (b) (c)

Etapa de compresión antes delpunto superior

Sobrecruce en el principio de lacarrera de potencia

Carrera de potencia después delpunto superior

Figura 21 Efecto del decentrado del pasador de pistón en cuanto controla el trayecto del pistón.

La ubicación de lo descentrado del pistón hacia la superf iciemenor de empuje pr oveerá una mejor ventaja mecánica, tambiéncausará menos fricción entr e pistón y cilindr o. Por estas r azones, lodescentrado se suele situar hacia la superficie menor de empuje en

los motor es de car r er as. El r uido y la dur abilidad no son tan

importantes como el r endimiento máximo en los motor es de car r er as.

Ajustes del perno de pistón: El acabado y el tamaño de losper nos de pistón tienen un control estricto. Los per nos de pistón tienenun acabado de espejo. Su tamaño se da hasta décimos de milésima depulgada de maner a que se puedan mantener ajustes exactos. Si elper no está suelto en el pistón o en la biela, hará un r uido de cascabe-leo al funcionar el motor . Si el per no esta demasiado apr etado en elpistón, restringirá su expansión por el diámetro del per no, lo queconducirá al ar r astr e del pistón. Los clar os de per no van desde 0.0005” a 0.0007” (0.0126 hasta 0.0180 mm).

Métodos para retener pernos de pistón: Se necesitar etener o sostener los per nos de pistón, de maner a que quedencentr ados en el pistón. Si no se r etuvieran, se moverían hacia el extr e-mo y harían r anur as en la par ed del cilindr o. Hay tr es for mas de r ete-

ner un per no de pistón; puede ser de flotación plena, con algún tipode tope ubicado a cada extr emo o bien sujeto a la biela. En algunosmotor es, se sujeta al pistón.

Los per nos de flotación plena en motor es automotrices están

r etenidos por anillos de candado, ubicados en r anur as del agujer opar a per no en los extr emos del mismo (figur as 22, 23 y 24). Algunosmotor es usan tapones de aluminio o de plástico en ambos extr emosdel per no. Estos tapones tocan la pared del cilindro sin r ayar lo par asostener el per no centr ado dentro del pistón.

Figura 22 Pasador de pistón de flotación plena, retenido por un anillo de candado en cada extremo del perno de pistón.

Figura 23 Anillo de retención de candado de perno de pis tón.

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Figura 24 Anillo de retención de candado de perno de pistón.

Los per nos de pistón se retienen en las bielas con un per nof ijador ubicado en el extr emo de pistón de la biela. El per no de pistónutilizado en e1 fijador tiene una moesca a tr avés de la cual ajusta laorilla del per no f ijador . El per no fijador ubica al per no en el centro delpistón y fija la biela alrededor del per no par a sostener lo en for ma

segur a. El

método

moderno

de

retener

el

per no

de

pistón

en

la

bielaes el de hacer el agujer o de biela liger amente menor que el per no de

pistón. El per no se instala por calentamiento de la biela par a expandir el agujero, o pr ensando el per no dentro de la biela. Este método de

r etención sostendrá en f or ma segur a al per no. Ver f igur a 25. Esteajuste a pr esión o por contr acción se llama ajuste de interfer encia. Sedebe tener cuidado con las medidas cor r ectas del agujer o y el per nodebe centrar en la biela. El método de ajuste de interfer encia es elmenos costoso. Se encuentr a, por eso, en la mayor par te de losautomóviles.

En motor es de automóvil, el pistón está libr e par a mover sesobr e el per no de pistón. En algunos motor es de ser vicio pesado, un

tor nillo opresor en un costado de la pr otuber ancia de pistón entr a enun agujer o o hace contacto en la parte plana sobr e el per no del pistónpar a r etener lo. El tor nillo opresor sólo se sitúa sobr e un costado delpistón. De esta maner a, la fijación no interfier e con la expansión nor maldel pistón a lo largo del per no.

Figura 25 Tipo de ajuste de interferencia de perno de pistón.

ANILLOS DE PISTON

Los anillos de pistón pr oveen dos funciones principales en losmotor es. For man un sello deslizante en la cámara de combustión queimpide que los gases de combustión de alta pr esión sobr epasen alpistón. También impiden que el aceite penetr e en la cámara decombustión. Además, los anillos tr ansfieren par te del calor del pistón

a la par ed del cilindr o, de donde se remueve del motor a tr avés del

sistema de enfriamiento. Los anillos de pistón se clasifican en dos tipo: Anillos de

compr esión, ubicados hacia la cima del pistón, y anillos de aceite,ubicados bajo los anillos de compresión. Los primer os anillos de pistónse hacían con una simple sección tr ansver sal r ecta. Esta seccióntr ansver sal se modificó con conicidades, biseles, contr abar r enos, hen-dedur as, rieles y expansor es. Los materiales de los anillos de pistóntambién han cambiado, desde el hier r o fundido común hasta hier ro

per lítico y nodular así como acer o. El hier ro dúctil como material deanillo de pistón, se está comenzando a usar en motor es automotrices.Los anillos de pistón se pueden pr opor cionar con car a de cromo o de

molibdeno.

ANILLOS DE COMPRESION

Un anillo de compresión está diseñado par a f or mar un selloentr e el pistón que se mueve y la pared del cilindr o. Esto es par aobtener potencia máxima de la pr esión de combustión. Al mismo tiempo, el anillo de compresión debe mantener la fricción a un mínimo, lo cual se obtiene pr oveyendo suficiente tensión mecánica estática ointerconstr uida, Par a sostener el anillo en contacto con la par ed delcilindr o dur ante la car r er a de admisión. La presión de la cámara decombustión dur ante las etapas de compresión, potencia y descar ga

se aplica a la parte superior y al r espaldo del anillo. Esta pr esiónagr egará la fuerza que se r equiere sobre el anillo par a sellar la cáma-r a de combustión dur ante estas etapas. La figur a 26 ilustra cómo lapr esión de la cámara de combustión agr ega fuerza al anillo.

Fuerzas del anillo: La tensión estática mecánica del anillo

r esulta de la for ma del mismo, las características del material y los

expansor es. Los anillos se f abrican de maner a que tengan f or ma de

leva en su estado libr e. Cuando el anillo de pistón se comprime a lamedida del cilindr o, se tor na redondo y desar rolla la tensión estática

r equerida. El control adicional de anillo hace que se conf or me hacia

los biseles y contr abar r enos cuando se comprime a la medida delcilindr o (figur a 27). El torcimiento se usa par a pr oveer un sello en una

línea de contacto sobr e la par ed del cilindr o y dentro de la r anur a del

anillo. La línea de contado se puede ver en los anillos de pistón,liger amente usados, que se muestran en la figur a 28. La línea de

contacto pr opor ciona una presión unitaria r elativamente alta par a se-

llar . Al mismo tiempo, per mite una fuerza total baja del anillo contr a elcilindr o, lo que tr ae como r esultado fricción baja de anillo. La pr esión

en la cámara de combustión actúa sobr e el anillo de pistón de la cima.

La pr esión obliga al anillo a aplanar se sobre el costado del fondo de la

r anur a. Esta acción sellará la junta del anillo con el pistón. La r anur a

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del anillo deberá tener un lado plano y a escuadr a par a este sello. La

pr esión detrás del anillo también lo forzará contr a la par ed del cilindr opar a sellar la superficie de contacto entre anillo y cilindr o. Esta acción

(figur a 26) produce una fuerza de sello dinámico que hace un sello

móvil ef ectivo en la cámara de combustión.

Entra la presión de lacámara de combustión

Pistón

Fuerzas sobre el anillo depistón causad as por presión de combustión

Pared del cilindro

Figura 26 La presión de combustión fuerza al anillo superior del pistón hacia abajo y hacia afuera contra la pared delcilindro.

Sección A-A’ anillo en estado libre

Figura 28 Los anillos de pistón están ligeramente usados,de modo que se muestra la línea de contacto. El anillo supe-rior con cara de barril tiene de línea contacto en el centro. Elsegundo anillo con cara ahusada tiene de línea de contacto alo largo de la orilla inferior del anillo.

Abertura de anillo: La aber tur a del anillo de pistón permitirá

un liger o escape más allá de la cima del anillo de compresión. Esteescape es útil al pr oveer pr esión sobr e el segundo anillo par adesar rollar una fuerza dinámica de sello. La cantidad de aber tur a delanillo es crítica. Demasiada aber tur a permitirá una salida excesiva degases del cilindr o. En esto consiste el escape de gases de combustiónmás allá de los anillos. Este escape permitirá que el aceite vuele de lapar ed del cilindr o. Esta pér dida de aceite es seguida por el ar r astr edel anillo de pistón. Una aber tur a estr echa, por otr o lado, hará que losextremos del anillo del pistón se pongan a tope cuando el motor estácaliente. Esta posición a tope aumenta la fuerza mecánica contr a lapar ed del cilindr o lo que causa desgaste excesivo y posible falla delmotor . En general, los anillos de pistón más fuer tes r equieren aber tu-

r as más gr andes. Una aber tur a de anillo de pistón, del tipo a tope es el más

usado en motor es automotrices, por que es el menos costoso def abricar . Algunos motor es industriales de baja velocidad y algunosmotor es diesel usan una aber tur a de anillo más costosa, ahusada o

de sello par a disminuir la aber tur a. Estas aber tur as se r equieren par ar educir pérdidas de los gases de combustión de alta pr esión. A veloci-dades bajas, los gases tienen más tiempo par a escapar a tr avés de laaber tur a. Las aber tur as típicas de anillos se muestran en la figur a 29.

Abertura a tope

Abertura inclinada

Sección B-B’ anillo comprimido para adaptarse al cilindro

Figura 27 Un contrabarreno de anillo de pistón hace que elanillo se conforme cuando es comprimido para adaptarse alcilindro.

Abertura escalonada de sello

Figura 29 Aberturas típicas de anillos.

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Corte transversal de anillo: Conf or me las velocidades de

motor han aumentado, las fuerzas de inercia en los anillos tambiénhan aumentado. Como r esultado, los f abricantes de motor es hanencontr ado deseable r educir las fuerzas de iner cia de los anillosr educiendo su peso. Esto se ha logr ado angostando el anillo enf r acciones desde ¼” (6 mm) hasta 1/16” (1.6 mm). Los anillos angostos r equieren menos ma terial, ocupan menos espacio, y

r educen al

mínimo

el

ar r astr e. A

medida

que

los

anillos

se

hacen

másangostos, la r anur a del anillo también se angosta. Las r anur as de

anillo angostas son difíciles de fabricar . Las r anur as de 1/16’’ (1.6mm) par ecen ser el mínimo práctico que se puede logr ar en esta fabri-

cación.

Los cor tes tr ansver sales comunes de anillos de compresiónse muestran en la figur a 30. Un análisis de cor tes tr ansver sales deanillos de pistón debe comenzar con una sección r ectangular . Esta semodificó primero con una cara ahusada que haría contacto con lapar ed del cilindro en la orilla inferior del anillo de pistón. Cuando sehace un bisel o alivio de contr abar r eno en la esquina inter na superior del anillo, su corte tr ansver sal queda fuer a de balance. Esto hará que

se tuerza dentro de la r anur a en sentido positivo. El tor cimientopositivo dará el mismo contacto de par ed que el anillo de car a ahusada.También pr oporciona un sello de línea de contacto en el costado delf ondo de la r anur a. Algunas veces, se usan el tor cimiento y una car aahusada en el mismo anillo de compresión.

Los anillos de tor cimiento inver so r equieren una car a ahusada más gr ande, o car a de barril, par a mantener el contacto deseado de lacar a del anillo con la par ed del cilindr o.

Algunos anillos r eemplazan el ahusamiento del anillo exterior con una car a de barril. El bar ril es de 0.0003” por 0.100” (0.0076

mm por 0.25 mm) de ancho del anillo. Las car as de bar ril se en-cuentr an en anillos r ectangulares y en anillos defor mados por la tor-

sión. El anillo superior de la figur a 28 muestr a la línea de contacto quer esulta con un anillo de compresión con car a de bar ril y el anillo inf e-rior que muestr a un costado de car a ahusada.

Caras de anillos: Los materiales sobr e las car as de anillosde pistón son muy importantes par a propor cionar máxima vida de

ser vicio. Antes de la segunda guer r a mundial, los anillos er antotalmente de hier ro fundido. Se les daba un r ecubrimiento fosfatizadopar a reducir al mínimo la her r umbr e y el ar r astr e inicial dur ante el

ar r anque. Otros r ecubrimientos tenían nombr es como Ferr ox yGr aphitox. Estos r ecubrimientos son óxido ferr oso y gr afito, respecti-vamente, la práctica se modificó dur ante la segunda guer r a mundial.

como r esultado

del

desar r ollo

de

anillos

de

motor es

de

aviación.

Sedesar rollar on las técnicas de poner cromo duro en la car a del anillo

de pistón. El cr omo aumenta gr andemente la dur ación del anillo,especialmente donde hay materiales abr asivos en el air e. Dur ante laf abricación, el anillo con r ecubrimiento de cr omo está liger amentebiselado en las esquinas exterior es. Se aplica 0.0004” (0.010 mm) decr omo como r ecubrimiento sobr e la car a del anillo. Los anillos concar a de cr omo r eciben pulimento pr evio con pasta abr asiva o r ectifi-cación con piedr a antes de ser empacados y embarcados par a el cliente.Las car as con acabado de cr omo se muestran en una vista en cor teseccional en la figur a 31.

A B CRectangular Cara inclinada De contra barreno

D E FDe contra barreno Torcimiento interno Cara de barril

Figura 30 Secciones rectas típicas de anillo de compresión.

Algunos anillos secundarios tienen una muesca en la esquinainf erior exterior . Esto, también, pr ovee un tor cimiento positivo del anillo.La esquina aguda inferior y exterior se convier te en r aspador queayuda al control del aceite, pero tiene menos control de compresiónque los modelos pr ecedentes.

Al biselar la esquina inf erior e interior del anillo, se pr oduce un

torcimiento inver so; así se sella la sección exterior inferior del anillo yde la r anur a del anillo de pistón, lo que mejora el control del aceite.

Figura 31 La cara de cromo se puede ver en el lado derecho

de la vista seccional del anillo.

A principios de los sesenta, se intr odujeron las car as conmolibdeno en anillos de pistón. Estos anillos también tuvieron buen

r esultado en dur ación en ser vicio, especialmente con condiciones dear r astr e. La mayor parte de los anillos de pistón con car a con molibdenotienen una r anur a de 0.004” a 0.008” (0.1 a 0.2 mm) de profundidadde cor te en la car a del anillo. Esta r anur a se rellena con molibdeno,

usando un método de pulverización metálica (o plasma). De nodo quehay una orilla de hier r o fundido arriba y abajo del molibdeno. Estaorilla puede ser biselada en algunas aplicaciones. Una vista seccional

de un anillo con car as de molibdeno se muestr a en la f igura 32.

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Figura 32 La cara de molibdeno se puede ver en el ladoderecho de la vista seccional del anillo.

Se han desar rollado nuevos r ecubrimientos de anillos. Enun diseño, una capa delgada de cromo de gr anos finos con grietasmicroscópicas es colocada sobr e el cr omo duro. Estos anillos sepueden usar sin pr epulido. También se ha desar r ollado un r ecubri-miento superior de car a con molibdeno. No se tiene que colocar enuna r anur a de modo que r esiste mejor tanto el choque mecánico como la f or mación de escamas. Ver figur a 33 par a un ejemplo de cómo el

anillo se tuerce dur ante el funcionamiento del motor y lo cual puededesgastar la r anur a del pistón así como la car a del anillo.

Figura 33 Vista de sección transversal que muestran desgastede la ranura del anillo.

Los anillos con car a de molibdeno dur an más tiempo encondiciones de calor y de ar r astr e que los anillos con car a de cr omo.

En condiciones de desgaste abr asivo, los anillos con car a de cr omotienen una mejor vida en ser vicio. Hay poca difer encia apreciable entr eestos dos materiales de car as con r especto a escape de gases decombustión, consumo de aceite, aflojamiento y potencia. Los anillos

de pistón con cualquier a de estos tipos de car as son mucho mejores

que los anillos de simple hier r o fundido con r ecubrimientos de fosf atos.Cuando se usan, un anillo con car a de molibdeno se encontr ará en lar anur a de arriba y uno de hier ro fundido simple, o uno con car a decr omo, en la segunda r anur a.

Los anillos r ecubier tos con carburo de molicromo se usantambién en algunas aplicaciones de equipo original (OE) y de r epues- to (figura 32). El r ecubrimiento tiene propiedades que incluyen la du-r eza del cr omo y el carburo, combinada con la r esistencia al calor delmolibdeno. Los anillos con recubrimiento de cerámica también se han

usado donde r equier e r esistencia adicional al calor, como en algunosmotor es de ser vicio pesado, con turbocargador y supercar gador .

ANILLOS DE CONTROL DE ACEITE

Originalmente, los anillos no estaban divididos en de

compresión y de aceite. Todos los anillos er an r ectangulares simples.

Los primer os anillos que se llamaron de aceite fueron los anillos conahusamiento o inclinación. La esquina inferior que r aspaba r emovíagr an par te del aceite de la pared del cilindr o en la car r er a hacia abajo

del pistón.

En

el desar r ollo

siguiente,

los

anillos

de

aceite

tuvieronsalidas por hendidur as maquinadas. Esto per mitía que el aceite regr e-

sar a a tr avés del anillo y aber tur as en el pistón. Este maquinado,como se muestr a en la figur a 34, producía dos orillas par a r aspar quefuncionaba mejor que la orilla sencilla.

Figura 34 Anillo de aceite de hierro fundido con una hende-dura para salida de aceite.

Ver figura 35 que muestr a cómo la acción de r aspar delanillo de control de aceite se puede usar par a lubricar el per no del

pistón. Se colocaron expansor es de r esorte de acer o en el respaldo

de la r anur a del anillo par a mejor ar la tensión r adial estática. Seforzaba al anillo a confor mar se con la par ed del cilindr o. Conf or mar

quier e decir cambiar su for ma par a acoplar con la for ma de la par tecon la que están en contacto. Se usan diseños de expansor es. Un tipode expansor (figur a 36) actúa como resor te entre la base de r anur adel anillo y éste. La fuerza de otro tipo de expansor (figur a 37) resultade la fuerza r adial cuando los dos extremos del expansor quedan atope uno con otr o. Esto f or ma tensión estática confor me el anillo esf orzado a entrar en la r anur a por el cilindr o.

Figura 35 El aceite raspado de las paredes del cilindro delos anillos de control de aceite se dirige a lubricar el perno depistón en este diseño.

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Rieles concara de cromo

Expansor - Espaciadode una Pieza

Figura 36 Anillo de aceite con un espaciador de hierrofundido, dos rieles con cara de cromo. y un expansor.

Fuerzas Radiales

Figura 37 Tipo de expansor de anillo de aceito que proveefuerza radial conforme se comprime con los extremos a topeuno con otro.

Al aumentar los r equerimientos del anillo de aceite el hier r o

fundido ya no er a satisf actorio. Rieles de acer o con cromo y otrostipos de car as r eemplazaron a las orillas de hier r o fundido par ar aspar. Los rieles se r espaldan con expansor es y se separ an con un

espaciador. Esto se puede ver en la figur a 38.

Figura 38 Anillo de aceite con un espaciador de acero es-tampado, dos rieles con cara de cromo y un expansor.

Algunos diseños de expansor desempeñan la función deespaciar así como de expansión. Un anillo de aceite con este tipo de

constr ucción es ligero, con baja iner cia. Está bien ventilado, demaner a que el aceite f luya fácilmente a tr avés de él hacia el cár ter .

Pr oporciona excelente control de aceite y tiene una larga dur ación enser vicio. Este tipo de anillo de aceite se muestr a en la figura 39.

Figura 39 Anillo de aceite con un expansor-espaciador deuna pieza y dos rieles con cara de cromo.

El último diseño es un anillo de aceite de dos piezas. Unapieza compleja es un riel espaciador expansor. La otr a es un riel sen-cillo. En la figur a 40 se comparan anillos de aceite de dos y de tr es

piezas.

Figura 40 A la izquierda está un anillo de aceite que tiene unexpansor-espaciador y dos rieles con cara de cromo. A la de-recha está un anillo de aceite que tiene un riel de cara decromo y un riel de combinación expansor-espaciador.

El anillo de pistón no puede hacer esta tar ea a menos que selle contr a

la par ed del cilindr o dur ante su total dur ación en ser vicio nor mal. Lapar ed del cilindr o se r ectifica igualando un patrón de juegos de líneas

par alelas que se cr uzan unas con otr as (figur a 41). Este acabadodebe ser lo suficientemente liso como par a usar se con los materialesde car as de anillo de pistón. En general, deberá tener un acabado

satinado de 25 micropulgadas. Micropulgadas son una medida de la

lisur a superficial pr omedio desde el punto más alto hasta la depr esión

más baja.

Figura 41 Acabado típico de pared de cilindro antes del uso.

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BIELAS

La biela tr ansf ier e la fuerza y el movimiento alter no del

la biela. Las bielas con un descentrado gr ande no tienen buena

calidad de du r ación de cojinete como las bielas que no estándescentradas. La falla de cojinete ocurre en las mitades de la orilla del

pistón al cigüeñal. El extr emo pequeño de la biela se mueve

alter nadamente con el pistón. El extremo gr ande gir a con el botón de

manivela. Estos movimientos dinámicos r equieren mantener la biela lomás liger a posible y tener todavía una sección rígida. Las bielas de

peso liger o r educen el costo total del material de la misma. Las bielas se f abrican según los pr ocesos de fundición y de

f or ja. Las bielas f or jadas se han usado dur ante muchos años, Siempre

se utilizan en motor es de alto r endimiento. Los materiales y pr ocesos

de fundición se han mejorado, de modo que se usan en la mayor par tede motor es de automóviles de alta pr oducción nor mal. El costo de lasbielas fundidas es más bajo que el de las f or jadas, tanto en el costoinicial de fundición como en el costo de maquinado. Una fundición de

biela sin maquinar se muestr a en la f igur a 42. Gener almente, elmétodo de for ja produce bielas de peso liger o mas fuer tes, pero máscostosas.

Figura 42 Fundición sin maquinar para biela.

El diseño de una biela, como se muestr a en la figur a 43, constabásicamente de dos f or mas de anillo. Uno encier r a el per no del pistón

y el otro al botón de manivela. Cada una de estas for mas de anillos se

combina en una sección ahusada de viga. La f or ma gr ande de anillopartido par a el extr emo del cigüeñal se maquina después de que la

tapa se ar ma en la biela. El agujero será un circuito perf ecto. Por lotanto, las tapas no se deben inter cambiar. Los agujeros de per nos delconjunto se escarían estr echamente tanto en la tapa como en la bielapar a asegur ar el alineamiento. Los diámetros de per nos de bielatienen superficies piloto (de refer encia) que acoplan estrechamenteen estos agujer os escariados. Las cabezas de per nos de biela estánf or mados de modo que tiene dos o tr es lados que se sostienen contr alas pr otuber ancias de los per nos de la biela. El cuar to lado se dejafuer a de maner a que hay suficiente clar o de falda de cilindr o conf or me

el cigüeñal gir a. Algunas cabezas de per nos de biela están hechas enángulo par a dar este claro.

En algunos motor es, unas bielas con descentrado pr oveen

la distribución más económica de espacio entre el cojinete principal y el claro de cachetes del cigüeñal. Los motor es V-6 tienen comúnmente

las bielas descentr adas apr oximadamente 0.100” (2.54 mm). Se ilustr aun ejemplo en la figur a 44. La cantidad de descentrado del extr emodel pasador de pistón y el extr emo del muñón de cigüeñal se mide ensentido longitudinal al motor . El descentrado se puede dividir igual-mente entr e cada extr emo, conser vando per pendicular la columna de

cojinete más próximas al centro de la biela donde las car gas son

mayor es.

(a) (b) (c) (d)

Figura 43 Tipos de bielas: (A) Hierro fundido; observe la lí-nea delgada de partición, (B) Acero Forjado; observe la líneaancha de partición, (C) Tapa separada a un ángulo en una

biela forjada, (D) Biela de aluminio forjado de carreras.

Figura 44 En el lado izquierdo están un pistón y una biela deun motor V-6. Observe el pistón de falda completa y lo des-centrado de la biela. A la derecha están un pistón y una bielade otro V-6 que no requiere una biela descentrada, pues losagujeros de cilindros se alinean bien con los muñones de ci-güeñal. También observe el uso de un pistón de peso ligero.

El barrido, o tr ayectoria de la biela, debe librar todas las par tes del motor conf or me el cigüeñal gir a. Esto r equier e una

distancia mínima de la línea de centro de per nos y un tamaño mínimode cabezas de per nos y de tuer cas. El extr emo gr ande de la biela, sinembar go, necesita ser lo bastante gr ande par a llevar un cojinete de

biela que se pr oyecta par a sopor tar las car gas dinámicas. Por locomún la longitud del cojinete (de orilla a orilla) deter mina la capaci-dad de dur ación de alta velocidad del cojinete.

Las bielas se hacen con pr otuber ancias de equilibrio demaner a que su peso se ajuste a las especificaciones. Algunas tienenpr otuber ancias par a equilibrar sólo en la tapa de la biela. Otr as tienen

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pr otuber ancia par a equilibrar también arriba del pistón. Algunosf abricantes ponen pr otuber ancias de equilibrio en el costado de labiela, cer ca del centro de gr avedad de la biela. Pr otuber ancias típicasde equilibrar se pueden ver en la figur a 45. Esta oper ación se hace enmáquinas automáticas par a equilibr ar , como una oper ación final delmaquinado antes de que la biela se instale en el motor .

Figura 45 Ubicaciones típicas de protuberancias de equili-brio en las bielas.

La mayor par te de las bielas tienen un agujer o de alivio que

conduce par te del aceite del muñón de biela. Ejemplos típicos se

muestran en la figur a 46. El agujer o puede ser bar r enado o puede ser un bisel en la superf icie de par tición de la tapa. En los motor es enlínea, el aceite es lanzado hacia arriba desde el agujero de alivio dentrodel cilindr o en el que está la biela. En los motor es en V es lanzadodentro de un cilindro en el banco opuesto. Si el aceite proyectadodesde la biela se apunta de modo que salpique el interior del pistón.Esto ayuda a lubricar el pasador de pistón. Ocasionalmente seobtiene una lubricación adecuada del per no de pistón y de la pareddel cilindr o sin un agujero de alivio. Se puede usar un agujero similar alos agujeros de alivio. Este se llama un agujero de sangr ar . Su únicopr opósito es gobernar el flujo de aceite a tr avés del cojinete. Algunasbielas de motor es de ser vicio pesado están bar r enadas en el sentidolongitudinal. El aceite f luye por este pasaje bar r enando desde el bo-tón de manivela hasta el per no de pistón. Este es un pr oceso costoso

y se usa solo donde el método de agujer o de alivio no suministr a

suficiente lubricación al per no de pistón. Ver las figur as 47, 48 y 49

par a infor mación adicional de bielas.

Figura 46 Agujerosexpulsores y de sangrar de las bielas.

Figura 47 Surtido de bielas en un negocio grande de recons-trucción de motores. Todas las bielas del mismo motor se unencon alambres unas con otras, para asegurar un motor equilibra-do al ajustarlo con pistones de repuesto.

Figura 48 Esta biela está estampada con el número 6, queindica un peso determinado para acoplarse con un pistón que

también está estampado con un número que indica su peso.El manual de servicio de fábrica se debe usar si se cambianpistones y/o bielas, pera asegurar un motor equilibrado.

Figura 49 No todas las bielas defectuosas pueden ser tanfáciles de revisar, como la biela de la izquierda. Un filtro deaceite incorrecto causó una salida seria de aceite y éste dañóal motor. La biela y pistón a la derecha vinieron del mismomotor, pero se ven sin daño.

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