Fallas de combustión 1/3

El material del pistón se calienta demasiado localmente – en los motores con antecámara en los lugares de impacto de los chorros de la antecámara (Fig. 3 y Fig. 4), en los motores de inyección directa, en el borde de la cavidad (Fig. 1). En estos puntos el material se dilata mucho más. Como los puntos sobrecalentados están rodeados de material más frío, el material se deforma de forma plástica sobre el límite de elasticidad. Al enfriarse ocurre lo contrario: en los puntos en los que se ha sustituido antes el material y se ha aplastado, queda poco material.

De esta forma se generan esfuerzos de tracción que provocan las fisuras por tensión. Si las tensiones por la carga térmica se sobrecargan por tensiones por doblarse el bulón, a partir de las fisuras por tensión se forma una fisura principal mucho más grande. Esta provoca la rotura y el fallo del pistón.

• Fallo en la preparación de mezcla por inyectores incorrectos, fallas en la bomba de inyección, daños en la antecámara.
• Temperaturas elevadas debido a sistema de refrigeración defectuoso.
• Fallo en el freno del motor o uso excesivo del mismo. Consecuencia: sobrecalentamiento.
• Refrigeración pobre de los pistones, en el caso de pistones con canal de enfriamiento, p. ej. debido a toberas de aceite refrigerante obstruidas o dobladas.
• Oscilaciones de temperatura en motores con carga continuamente cambiante, p. ej. en autobuses urbanos o máquinas de movimientos de tierras.
• Pistones con especificación incorrecta, p. ej. sin canal de enfriamiento, aunque se tiene que usar un pistón del canal de enfriamiento.
• Pistón de fabricantes ajenos sin refuerzo de fibra en el borde de la cavidad.
• Pistón con una forma de la cavidad no adaptada para el motor (véase el capítulo “Gripado en la cabeza del pistón por pistón incorrecto”).

La causa para las roturas de la pared no es el fallo del material, sino la fatiga del material. Se diferencian 3 causas:

1. Combustión detonante:
El índice octánico del combustible no era suficiente para todos los estados de funcionamiento y de carga del motor (véase el capítulo “Generalidades sobre daños de pistón por fallas de combustión”). Las roturas de la pared o cordón entre segmentos por combustión detonante aparecen mayormente en el lado de presión. La causa de una combustión detonante en el motor diésel es un encendido retardado.

2. Impactos líquidos:
Con el motor parado o en funcionamiento penetra líquido (agua, agentes refrigerante, aceite, o combustible) de forma improvista en la cámara de combustión. Como los líquidos no se pueden comprimir, el pistón y el mecanismo de la biela se cargan enormemente en el ciclo de compresión. Consecuencia: rotura de la pared o cordón entre segmentos, rotura del buje o daños de la biela y daños del cigüeñal.

La Fig. 3 muestra un recorrido de la rotura con combustión detonante e impactos líquidos: la fuerza que provoca la rotura e influye desde arriba en la parte plana entre ranuras, amplía las superficies agrietadas hacia abajo.

Combustión detonante en motores de gasolina:

• Combustible con capacidad insuficiente a prueba de detonaciones. La calidad del combustible se debe corresponder con la relación de compresión del motor, es decir, el índice octánico del combustible tiene que cubrir el octanaje del motor en todos los estados de funcionamiento.
• Combustible diésel en la gasolina, por lo que hay una reducción del índice octánico en el combustible.
• Una relación de compresión demasiado elevada por desgaste excesivo de las superficies del bloque de motor y de la superficie refrentada plana de la culata, por ejemplo durante el reacondicionamiento del motor/tuning.
• Momento de ignición demasiado pronto.
• Mezcla demasiado pobre que provoca temperaturas elevadas de combustión.
• Temperaturas del aire de aspiración demasiado elevadas debidas, por ejemplo a una ventilación insuficiente del compartimiento del motor o a una conmutación incorrecta de la mariposa del aire de admisión al servicio de verano (especialmente en motores de carburador antiguos).

Combustión detonante en motores diésel:

• Toberas de inyección que no pulverizan bien o con fugas.
• Presión del chorro demasiado baja de las toberas de inyección.
• Presión de compresión insuficiente por juntas de culata incorrectas, salientes insuficientes del pistón, válvulas no estancas o pistones defectuosos o desgastados.
• Juntas de culata defectuosas.
• Daños en la antecámara.
• Uso inapropiado o excesivo de medios auxiliares para arrancar (aerosol para facilitar el arranque) durante el arranque en frío.
• Turbocargador defectuoso.

En caso de impactos líquidos:

• Entrada imprevista de agua al pasar por agua durante la circulación, así como debido al agua que salpica de los vehículos precedentes o que adelantan.
• Cilindro con el motor parado rebosado de:
  • Agua, por junta de culata no estanca o grietas en componentes.
  • Combustible, por inyectores no estancos (solo motor de gasolina con sistema de inyección). La presión restante del sistema de inyección se vacía al cilindro por el inyector no estanco.

La avería se genera en ambos casos al arrancar.

Los pistones han golpeado la culata o la cámara de turbulencia y una válvula durante el funcionamiento. Las roturas debidas a esta aplicación de fuerza aún no se perciben. Sin embargo, en el diagrama de desgaste de los segmentos de pistón y de la falda del pistón se puede ver que como consecuencia de estos golpes se producen fallas de combustión por derrame de combustible.

Debido a los golpes del pistón se producen sacudidas en la culata. Por esto, el inyector se desplaza con las vibraciones, ya no puede mantener la presión en estado cerrado e inyecta combustible de forma incontrolada al cilindro. La consecuencia es un derrame de combustible que daña la película de aceite. Este daño provoca una mayor fricción mixta y aumenta el desgaste de los segmentos de los pistones e incrementa el consumo de aceite. Cuando la película de aceite se haya deteriorado tanto por el combustible que exista una falta de lubricación, se producirán los desgaste característicos por exceso de combustible (véase el capítulo “Gripado por falta de lubricación debido a derrame de combustible”).

La falda del pistón se daña poco al principio, porque el mecanismo de la biela suministra de forma regular aceite nuevo con poder lubricante. Cuando las partes de fricción del rango de elevación del pistón se mezclan con el aceite lubricante, y el aceite lubricante diluido con aceite pierde capacidad de carga, se extiende el desgaste.

• Dimensionamiento incorrecto del saliente del pistón. El saliente del pistón no se ha controlado o corregido durante el reacondicionamiento del motor.
• Casquillo de biela taladrado de forma descentrada durante la renovación.
• Rectificado excéntrico (descentrado) del cigüeñal.
• Mecanizado descentrado del orificio del cojinete (al recolocar la tapa del cojinete del cigüeñal).
• Montaje de junta de culata con demasiado poco espesor.
• Sedimentación de aceite carbonizado en la cabeza del pistón, que provocan un estrechamiento o solapamiento del intersticio.
• Tiempos de distribución incorrectos por ajuste incorrecto, extensión de cadena, saltos en las correas de distribución.
• Divergencia de longitud de la biela.
• Remecanización excesiva de la superficie refrentada plana de la culata y por tanto un desfase de los tiempos de distribución. (La distancia entre la rueda propulsora y la rueda accionada se modifica; en caso necesario, esto no se puede corregir mediante el ajuste condicionado por el tipo de construcción de la correa o de la cadena.)
• Durante el cambio de los insertos para asiento de válvula no se tuvo en cuenta la posición correcta de los asientos de válvula. Si la cara del asiento de válvula no se coloca lo suficientemente profunda en la culata, las válvulas no disponen del retraso correcto del pistón y sobresalen demasiado.
• Rebasamiento del régimen del motor. Las válvulas no cierran a tiempo debido al aumento de la fuerza de inercia y golpean contra el pistón.
• Un juego demasiado grande en el cojinete de la biela o un cojinete de la biela desgastado, sobre todo en relación con sobrevelocidades demasiado fuertes al circular cuesta abajo.