Partes de la Culata de un Motor Diésel: Funcionamiento y Mantenimiento

Para cualquier propietario de un vehículo, es recomendable conocer las partes y piezas que conforman un motor. Un motor de automóvil, también conocido como motor de combustión interna (ICE), es una maravilla de la ingeniería que transforma la energía química del combustible en energía mecánica. Esta energía mecánica es la que, finalmente, impulsa las ruedas y permite que el vehículo se mueva. Comprender cómo funciona un motor por dentro requiere desglosar el proceso en sus componentes y etapas fundamentales.

Componentes Clave de un Motor de Automóvil

Antes de sumergirnos en el ciclo de funcionamiento, es crucial identificar los componentes principales que interactúan para hacer posible la combustión y la transferencia de energía:

• Bloque del Motor: La estructura principal que alberga los cilindros. Tradicionalmente fabricado en hierro fundido o aleaciones de aluminio.
• Cilindros: Espacios dentro del bloque donde se produce la combustión. El número de cilindros (generalmente 4, 6, u 8) influye en la potencia del motor.
• Pistones: Componentes móviles que se desplazan hacia arriba y hacia abajo dentro de los cilindros, comprimiendo la mezcla de aire y combustible y transmitiendo la fuerza de la combustión al cigüeñal. Los pistones van al interior de cada cilindro y, como te acabamos de decir, son los que provocan el movimiento del motor tras recibir la compresión generada por la explosión de la combustión. Los pistones son como el émbolo de una jeringa. Deben entrar justo dentro del cilindro para que la compresión pueda producirse. En caso de que exista alguna holgura se perderá compresión, haciendo que el motor pierda fuerza y, en casos extremos, casi no ande o se tranque.
• Anillos del Pistón: Sellos metálicos que se ajustan a las ranuras del pistón para evitar que los gases de combustión se filtren al cárter y controlar el aceite en las paredes del cilindro.
• Cigüeñal: Un eje rotatorio al que están conectados los pistones a través de las bielas. Convierte el movimiento lineal de los pistones en movimiento rotacional, que se utiliza para impulsar las ruedas. El cigüeñal es el centro de giro del motor de un auto. El cigüeñal es el eje que recibe el movimiento de los pistones para enviar el torque del motor a través de su giro hacia la transmisión. Es decir, es un eje que soporta el movimiento de los 3, 4, 6 u 8 pistones que tiene un auto dependiendo de su número de cilindros. Cuando la bujía hace chispa y se mezcla con el aire y gasolina que viene de los inyectores, se genera una explosión o combustión que empuja los pistones provocando su movimiento, que posteriormente es transmitido al cigüeñal.
• Bielas: Conectan los pistones al cigüeñal, transmitiendo la fuerza de la combustión. Las bielas son el puente que une el cigüeñal con los pistones. Cada pistón es soportado por una biela. De esta manera, la biela transmite el movimiento del pistón hacia el cigüeñal para producir el giro del motor.
• Culata: Se encuentra en la parte superior del bloque del motor y alberga las válvulas de admisión y escape, así como las bujías (en motores de gasolina). Arriba de los pistones llegan normalmente dos o cuatro válvulas; ellas van dentro de la culata, que es la tapa opuesta al block del motor. Con la culata se completa la cámara de combustión, cerrando el recorrido por donde se asoman los pistones. Quienes gustan del off-road o de actividades más sport, a veces rebajan la culata; es decir, se disminuye su altura para que, al cerrar el motor, la cámara de combustión sea más pequeña, aumentando la compresión y la fuerza del motor. Si bien es mecánicamente válido, por algo los fabricantes de cada vehículo determinaron el tamaño original de la culata. La culata es donde van las válvulas y pudiste ver una en la imagen anterior.
• Válvulas de Admisión: Se abren para permitir que la mezcla de aire y combustible entre en el cilindro. Hay válvulas de admisión y válvulas de escape. Las de admisión permiten que entre la mezcla de aire y bencina, que terminan haciendo la combustión junto con la chispa de la bujía.
• Válvulas de Escape: Se abren para permitir que los gases de escape salgan del cilindro. En tanto, las válvulas de escape liberan los gases generados en la combustión a través del tubo de escape. Normalmente, los autos pueden tener dos o cuatro válvulas por cilindro. El convencional es una válvula para admisión y otra para escape; en tanto, los motores multivalvulares tienen dos válvulas para cada tarea, completando cuatro por cilindro.
• Árbol de Levas: Un eje rotatorio que controla la apertura y el cierre de las válvulas. La sincronización precisa del árbol de levas es crucial para el rendimiento del motor. El eje de leva es el encargado de abrir y cerrar válvulas mientras funciona el motor. El eje de leva va girando a la par con el cigueñal en relación 2:1; esto es que dos vueltas del cigueñal son una del leva. Ambos están conectados mediante una correa de transmisión. Mientras gira, las partes puntiagudas pulsan las válvulas para cerrarlas. Las válvulas son como unos resortes, entonces cuando la punta del eje de leva deja de pulsar la parte superior de la válvula esta se abrirá y se cerrará la siguiente, así hasta completar el ciclo.
• Bujías: En motores de gasolina, proporcionan la chispa necesaria para encender la mezcla de aire y combustible. En motores diésel, la alta compresión genera el calor suficiente para la autoignición del combustible. En los motores de gasolina, es el encargado de producir la chispa en las bujías para que se inflame la mezcla que se encuentra en el interior de los cilindros.
• Sistema de Encendido: En motores de gasolina, genera y distribuye la chispa a las bujías en el momento preciso.
• Sistema de Combustible: Suministra el combustible al motor. En motores más antiguos, esto se hacía mediante un carburador. Actualmente, la inyección electrónica es el método más común y preciso. Una bomba inyecta combustible a presión en el conducto de admisión, justo antes de la entrada al cilindro.
  • Inyección indirecta: La inyección del combustible se realiza antes de la cámara de combustión.
  • Inyección directa: El combustible se inyecta directamente en la cámara.
• Sistema de Lubricación: Suministra aceite a las partes móviles del motor para reducir la fricción y el desgaste. Cuando en el tablero se enciende la luz que indica que el motor no esta siendo lubricado, debe detener el motor y reparar la avería. Verifique el nivel de aceite de la varilla, que se encuentra en el motor.
• Sistema de Refrigeración: Remueve el exceso de calor del motor para evitar el sobrecalentamiento. Este sistema mantiene el motor en su temperatura óptima de funcionamiento, 95 ºC. Los tipos de refrigeración empleados son:
  • Por aire: el aire refrigera directamente el motor.
  • Por líquido refrigerante: Es el más utilizado en todos los vehículos
  Componentes del sistema de refrigeración:
  • Líquido refrigerante: Es una mezcla de agua y anticongelante.
  • Radiador: Donde se enfría el líquido. Está situado, normalmente, en la parte frontal del vehículo.
  • Ventilador: Enfría el líquido del radiador.
  • Termostato: Abre o cierra el paso del líquido por el circuito.
  • Bomba de agua: Mueve el líquido por el interior del circuito.
  • Ventilador eléctrico: Los vehículos modernos cuentan con ventilador eléctrico, este funciona cuando sube la temperatura sobre todo al manejar a baja velocidad.
• Sistema de Escape: Canaliza los gases de escape fuera del motor y los reduce los contaminantes mediante el convertidor catalítico.
• ECU (Electronic Control Unit): La ECU o Electronic Control Unit es el computador y corazón de un auto. Es el cerebro que se encarga de enviar las señales para que el motor funcione, regulando cuánta mezcla de aire y combustible entra a la zona de combustión, entre varias otras funciones. Si la ECU presentase algún problema, la única vía de solución es hacer un scanner automotriz y así poder encontrar, diagnosticar y evaluar el problema. Dependiendo de la falla, la ECU se repara o se reemplaza.
• Inyectores: Son el reemplazo del carburador; los encargados de inyectar combustible y aire a la cámara de combustión para que se junten con la chispa de la bujía y así hacer las explosiones internas con la que funcionan los motores. En general es un inyector por cada cilindro y su origen se explica porque, determinado por la ECU, es mucho más eficiente que el carburador, entregando mezclas más ricas, fluidas y constantes al motor.
• Alternador: Es la fuente de poder de un auto. El alternador requiere de los giros del motor para ir recargándose mientras funciona; funciona como esa ruedita pequeña que gira con la rueda de la bicicleta para encender una luz, pero el alternador es un sistema muchísimo más complejo y determinante para el funcionamiento de un auto.
• Batería: La función principal de la batería es almacenar la energía necesaria para poder dar arranque al auto.
• Distribuidor: El distribuidor, como su nombre lo dice, debe distribuir la energía que recibe desde la bobina hacia las bujías a través de los cables de bujía. Una de sus fallas más comunes es que se le rompa algún terminal o la tapa propiamente tal. En su interior el distribuidor tiene un artefacto llamado rotor, el cual va girando, enviando energía a una bujía por vez. Para que el rotor gire, el distribuidor tiene un eje que va al cigüeñal, girando a la par con el funcionamiento del motor.
• Bobina: La bobina es como la pila. Es la que recibe la energía del alternador para enviarlas al distribuidor.
• Block del motor: El tórax del motor; así podría definirse al block. Ahí dentro ocurre casi todo. El block puede ser de fierro o de aluminio y su rotura puede ser fatal para el motor.

El Ciclo de Cuatro Tiempos: El Corazón del Motor

La mayoría de los motores de automóviles modernos operan bajo un ciclo de cuatro tiempos, que comprende las siguientes etapas:

1. Admisión: El pistón se mueve hacia abajo, creando un vacío en el cilindro. La válvula de admisión se abre, permitiendo que la mezcla de aire y combustible (en motores de gasolina) o aire solamente (en motores diésel) entre en el cilindro. El aire se introduce en el cilindro. El aire procedente del exterior atraviesa un filtro y entra en el cilindro, pudiendo hacerlo de dos formas diferentes:
   • Motor atmosférico: A través de la propia succión del aire exterior que realiza el pistón.
   • Carburador: Mezcla la gasolina y el aire. Por una parte llega la gasolina desde el depósito y por otra el aire desde el exterior debidamente filtrado. El filtro se debe cambiar periódicamente, especialmente en verano y si se circula por caminos polvorientos. En la actualidad, este sistema está prácticamente en desuso, siendo sustituido por sistemas de inyección.
2. Compresión: El pistón se mueve hacia arriba, comprimiendo la mezcla de aire y combustible. Ambas válvulas (admisión y escape) están cerradas. La compresión aumenta la temperatura de la mezcla, preparándola para la combustión. La relación de compresión (la relación entre el volumen del cilindro cuando el pistón está en su punto más bajo y su punto más alto) es un factor clave en el rendimiento del motor.
3. Combustión (o Explosión): En motores de gasolina, la bujía genera una chispa que enciende la mezcla comprimida de aire y combustible. En motores diésel, el combustible se inyecta directamente en el cilindro, donde la alta temperatura causada por la compresión provoca la autoignición. La combustión genera una rápida expansión de los gases, que empuja el pistón hacia abajo con gran fuerza. Esta es la carrera que produce la energía.
4. Escape: El pistón se mueve hacia arriba, empujando los gases de escape fuera del cilindro a través de la válvula de escape, que se abre en este tiempo.

Este ciclo se repite continuamente mientras el motor está en funcionamiento. Cada cilindro realiza este ciclo en secuencia, generando un flujo constante de energía que impulsa el cigüeñal.

Diferencias entre Motores de Gasolina y Diésel

Si bien ambos tipos de motores operan bajo el principio del ciclo de cuatro tiempos, existen diferencias significativas en su diseño y funcionamiento:

• Método de Ignición: Los motores de gasolina utilizan una chispa generada por la bujía para encender la mezcla de aire y combustible. Los motores diésel, en cambio, utilizan la alta compresión para aumentar la temperatura del aire en el cilindro, lo que provoca la autoignición del combustible cuando se inyecta.
• Relación de Compresión: Los motores diésel tienen relaciones de compresión mucho más altas que los motores de gasolina (típicamente entre 14:1 y 25:1, en comparación con 8:1 a 12:1 para los motores de gasolina). Esta alta compresión es necesaria para generar la temperatura suficiente para la autoignición.
• Sistema de Combustible: Los motores de gasolina utilizan sistemas de inyección de combustible o carburadores para mezclar el combustible con el aire antes de que entre en el cilindro (o directamente en el cilindro en los sistemas de inyección directa). Los motores diésel utilizan sistemas de inyección directa, donde el combustible se inyecta directamente en el cilindro a alta presión.
• Eficiencia: Los motores diésel suelen ser más eficientes que los motores de gasolina, ya que la alta compresión permite extraer más energía del combustible.
• Par Motor: Los motores diésel suelen producir más par motor (fuerza de torsión) a bajas revoluciones que los motores de gasolina, lo que los hace ideales para vehículos que necesitan transportar cargas pesadas o remolcar.

¿Cómo funciona un motor diésel?

Un motor diésel aspira aire, lo comprime dentro de los cilindros para aumentar su temperatura y luego inyecta diésel, que se enciende por el calor generado. Esta combustión produce una explosión que empuja los pistones, generando movimiento. Luego, los gases resultantes se expulsan y el ciclo se repite continuamente, permitiendo que el motor funcione.

El ciclo que se repite y hace funcionar el motor diésel es de cuatro tiempos, existiendo las siguientes etapas:

1. Admisión: El aire ingresa al cilindro a través de la válvula de admisión mientras el pistón desciende.
2. Compresión: Con la válvula de admisión cerrada, el pistón asciende, comprimiendo y calentando el aire. Luego, se adiciona combustible al aire caliente a través de la válvula de inyección.
3. Explosión: El combustible inyectado en el aire caliente se enciende, generando una explosión que empuja el pistón hacia abajo. Este movimiento se transmite al cigüeñal y luego a las llantas.
4. Escape: La válvula de escape se abre y los gases de combustión son expulsados cuando el pistón sube, reiniciando el ciclo.

De este modo se genera movimiento en el pistón y el cigüeñal, el que, a la vez, envía el movimiento al sistema de transmisión por medio del volante motor para que siga su camino hacia las llantas.

¿Cómo mantener un motor diésel?

Al igual que cualquier auto, si no cuidas bien el motor de tu vehículo diésel, acortarás su vida útil. Para que esto no te ocurra, te dejamos algunos consejos para mantener tu motor en buen estado:

• Revisa el nivel de aceite constantemente.
• Mantén el motor diésel limpio.
• Realiza mantenimientos preventivos.
• No conduzcas con el tanque de combustible vacío.
• Usa combustible de buena calidad.
• Vigila las revoluciones por minuto del motor.
• Reemplaza los filtros.
• No apagues el vehículo de inmediato luego de un viaje largo.
• Antes de partir, espera que el motor se caliente.

Al igual que en un motor a gasolina, un motor diésel debe mantenerse lubricado, sin embargo, el aceite lubricante es diferente debido a que debe soportar una mayor temperatura.

El aceite lubricante en un motor diésel cumple tres funciones:

• Mantiene funcionando los componentes del motor sin complicaciones.
• Reduce la temperatura del proceso.
• Ayuda a la limpieza interna del motor.

Para elegir el aceite lubricante adecuado para tu auto y saber cada cuánto debes cambiarlo, lo mejor es que consultes el manual del fabricante y utilices el recomendado. Puedes revisar a diario o cada tres días el nivel de aceite de tu motor, ya que si este se encuentra bajo, el motor podría dañarse. Por ello, es importante que, de manera regular, elimines químicos y otros residuos que puede haber en tu motor. Un vehículo con sus mantenimientos preventivos al día no debería presentar daños graves. Estas revisiones se pueden realizar de dos a tres veces al año, en un taller mecánico de confianza.

En el caso de los motores diésel, conducir con un nivel de combustible mayor al 25% de su capacidad, además de prevenir la situación de quedarse sin combustible, contribuye a cuidar el motor. Si no le cargas combustible a tu vehículo antes de que el tanque llegue a un cuarto de su capacidad, las impurezas se pueden acumular en el fondo y llegar al sistema de alimentación, pudiendo dañar los componentes del motor. Es vital que utilices combustible de buena calidad para cuidar la vida de tu motor diésel. Averigua cuál es la recomendación del fabricante y utiliza solo ese tipo de combustible.

En un motor diésel, las revoluciones por minuto (RPM) son muy importantes para mantenerlo en buenas condiciones. Por esta razón, cuando aceleres desde cero, hazlo en primera, y no circules por debajo de dos mil RPM, puesto que esto produce que el motor se sobre exija, reduciendo su vida útil. Es fundamental que reemplaces los filtros de combustible y de aceite cada cierto tiempo; debes saber que tienes que sustituir al tiempo el filtro de aceite con el aceite lubricante; y el filtro de combustible con el filtro separado de agua y combustible.

Lo recomendable es que, luego de un viaje largo, permanezcas al menos un minuto con el pie en el freno antes de apagar el motor para que se enfríe y así evitar que se queme el aceite en la turbina. Cuando el motor está frío, debes esperar unos 30 segundos con el pie en el freno antes de utilizar el vehículo.

Costos a tener en cuenta si tengo un vehículo con motor diésel

Cuando un vehículo con motor diésel no está funcionando de manera óptima, te podrás dar cuenta porque probablemente existirá una pérdida de potencia, humo negro o azulado, vibraciones u otros síntomas. Aun cuando tu auto no presente señales de tener fallas, debes estar revisando las piezas que te nombraremos pues es común que se dañen.

Piezas que tienden a averiarse en un motor diésel

Estas son piezas de un motor diésel que tienden a averiarse, por lo que debes tener especial cuidado con ellas:

• Válvula EGR.
• Filtro antipartículas.
• Inyectores.
• Turbo.

Válvula EGR (Recirculación de gases de escape)

La válvula EGR suele dar problemas a los autos con motor diésel. Esto te ayudará a eliminar parte de la suciedad acumulada. Una válvula EGR original nueva puede costar aproximadamente $200.000, y a esto le debes sumar la instalación.

Filtro antipartículas (FAP o DPF)

El filtro antipartículas atrapa las partículas cancerígenas que emite el motor diésel y las quema para que no sean expulsadas por el tubo de escape. Los autos diésel que tienen FAP requieren de periodos de regeneración, en los que el motor altera su comportamiento y aumenta la temperatura de los gases de escape, de modo de incinerar las partículas que se acumulan en el filtro.

Además, la avería del FAP o DPF se relaciona con la excesiva conducción en la ciudad. Y, de acuerdo con la empresa Filtros de Partículas, estos son algunos síntomas de fallas del DPF:

• Falla en la regeneración de filtro antipartículas.
• Se enciende la luz de testigo del tablero de DPF o “check engine”.
• Baja la potencia del motor.
• Puedes ver humo.
• Aumento del nivel de aceite.

Investigamos los precios de la reparación del filtro antipartículas de un motor diésel en Chile y tiene un costo aproximado de los $90.000 la inspección y $130.000 la reparación.

Inyectores

Los inyectores son los encargados de suministrar la cantidad correcta de combustible al motor en el momento adecuado. Sin embargo, cuando están dañados o desgastados, pueden causar los siguientes problemas:

• Pérdida de potencia.
• Salida de humo negro desde el tubo de escape.
• Consumo elevado de combustible.
• Arranque difícil.
• Vibraciones.

La falla de los inyectores de un motor diésel suele ocurrir por utilizar combustible de mala calidad, pues esto puede acelerar el desgaste de las piezas internas del motor. Otro tipo de falla de los inyectores se da cuando están sucios, lo que provoca una mala combustión, aumentando el consumo y generando humo negro.

Para que te hagas una idea, un inyector original para la Mitsubishi L200 puede costar alrededor de $300.000.

Turbo

Otro de los daños comunes en motores diésel ocurre en el turbo.

Tabla de Costos Aproximados de Reparación de Componentes del Motor Diésel

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