Analisis de Fallas de Piston

ANÁLISIS DE FALLAS DE PISTÓN

PISTONES

ANILLOS CAMISAS

ANÁLISIS DE FALLAS DE PISTÓN

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CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ANILLOS DE PISTÓN PROBLEMAS DE LOS ANILLOS DE PISTONES * DESGASTE POR ABRASIVO * RASPADURAS/RAVADURAS * ANILLOS PEGADOS * ROTURA DE ANILLOS PISTONES * SOBRECALENTAMIENTO * PRESIÓN DE COMBUSTIÓN * LUBRICACIÓN MARGINAL/ABRASIÓN * ANILLOS RETENES DEL PASADOR DEL PISTÓN CAMISAS DE CILINDROS CONCLUSIÓN.

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Estas películas y programas son para información general solamente, para procedimientos específicos detallados, favor consultar el manual de servicio del fabricante. NOTE

These progroms may be tronsloted Into other languages for interpretaron lo non-English speaking persons. In the event of o variance between the texis, the English versión sholl control.

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ANÁLISIS DE FALLAS DE PISTÓN INTRODUCCIÓN

A menudo cuando los pistones que han fallado son reemplazados sin dar importancia a la causa, la falla se repite. Presentamos este programa con el propósito de brindar a nuestros clientes un mejor servicio, reduciendo el tiempo perdido, y los gastos causados por las fallas repetidas de los pistones. Por lo tanto, la causa es el blanco principal para tener éxito en el análisis de una pieza que ha fallado.

PISTÓN RINGS

Anillo de compresión: Cara de acabado roscado con enchape de estaño sobre cromo. En corte, la sección tiene cara abarrilada (convexa). Tipo Keystone o cuña.

Las fallas de pistones caen dentro de las siguientes categorías: * Anillos de Pistón * Pistones * Camisas de Cilindros

Anillos de compresión: Cara ahusada, raspadora. Tipo Keystone o Cuña.

Hablaremos de la falla de cada uno de estos componentes por separado. ANILLOS DE PISTÓN

Los anillos de pistón están divididos en dos grupos: Anillos de Compresión y Anillos de Aceite. Los anillos superiores son los de compresión, y el inferior es el anillo de aceite. Los Anillos de control de aceite pueden tener un expansor tipo H"UMH, o uno en forma espiral.

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^CHROME PLATEO •COIL TYPE EXPANDER

Anillo de control de aceite: Tipo expansor, superficie de contacto cromada. Cuando se reporta un consumo excesivo de aceite, generalmente se culpan a los anillos de los pistones. Sin embargo, antes de desarmar el

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motor, deben efectuarse revisiones externas para determinar si hay fugas que estén causando el problema. Todas las revisiones externas deben completarse antes de desarmar el motor.

superficies de desgaste del anillo de aceite todavía están angostas y muestran poco desgaste.

Para comparar, veremos un juego típico de anillos nuevos. Los dos superiores tienen un acabado de la cara cromado y "roscado". El tercer anillo tiene la cara ahusada, con una capa negra de fosfato. El anillo de aceite, en la parte inferior del pistón, tiene cromadas las superficies de desgaste.

PROBLEMAS PISTONES

DE LOS ANILLOS DE

Los problemas de los anillos pueden clasificarse de la siguiente manera:

* Desgaste excesivo * Raspadura/Rayadura * Atascamiento * Rotura DESGASTE POR ABRASIVO

Estos anillos muestran un desgaste normal después de aproximadamente 100.000 millas de uso. Note que el acabado roscado de la superficie todavía es evidente en los dos primeros anillos. La parte superior del tercer anillo todavía tiene la capa de fosfato, y la parte inferior que está brillante muestra un desgaste normal de la superficie ahusada. Las muñes

Une falla común de anillos es el desgaste abrasivo, causado por tierra y polvo. El desgaste abrasivo puede Identificarse por las rayaduras verticales en la cara del anillo, y una apariencia gris satinada opaca. Los anillos, y las ranuras del pistón pueden mostrar desgaste lateral. La

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abertura entre puntas de los anillos puede exceder las especificaciones. En etapas más avanzadas, todo el cromado de la cara del anillo se desgastará. Esta es una vista aumentada de anillos que han estado expuestos a un desgaste inicial causado por abrasivos entrando a través del sistema de admisión. Note que el acabado roscado del anillo de compresión No. 1 está completamente desgastado. El segundo anillo todavía tiene algo de su superficie roscada. La mayor parte de la cara ahusada del tercer anillo se ha desgastado, como lo indica el área brillante que la cubre casi toda. El corte del raspador todavía es evidente en la parte inferior externa del anillo. Las superficies de desgaste del anillo de aceite están un poco más anchas de lo normal.

cantidades de contaminantes abrasivos. Note que el acabado roscado de la superficie del anillo de compresión No. 1 está completamente desgastado, y casi toda la del anillo de compresión No. 2. La cara ahusada del anillo No. 3 está completamente desgastada, y solo queda una pequeña parte del corte raspador. Ambas superficies de desgaste del anillo No. 4 están mucho más anchas de lo normal, y el cromado de las superficies está completamente desgastado.

Aquí se puede ver la diferencia en el espesor de sección entre un anillo de compresión excesivamente desgastado, a la izquierda, y uno nuevo.

Esta es una vista aumentada de anillos que han estado sometidos a excesivas 0054-0025

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sistema de admisión, consulte el programa del Sistema de Admisión de v Aire Mack, pare los procedimientos de localizador! de averías específicos.

Generalmente el desgaste excesivo de anillos es causado por contaminantes que entran a través del sistema de admisión, o del sistema de lubricación. Esta condición se puede encontrar a bajo o alto kilometraje, dependiendo de la cantidad de contaminante que entra a los sistemas. Cuando el desgaste por abrasivos es anormalmente mayor en los anillos superiores que en los inferiores, el contaminante abrasivo probablemente está entrando por el sistema de admisión. Cuando el desgaste es anormalmente mayor en los anillos inferiores, el contaminante probablemente está entrando por el sistema de lubricación. Cuando se hace esta evaluación, tenga en cuenta que un desgaste mayor en los anillos superiores es normal, debido a las altas temperaturas y cargas involucradas. Si se sospecha de contaminantes en el 0054^)025

Si se sospecha de contaminantes en el sistema de lubricación, el origen debe ser encontrado, y corregido antes de armar el motor. Revise si están flojos el tubo de la varilla de medir el aceite, el tubo de llenado, la tapa, o la tapa de válvulas. Verifique si hay filtros tapados, o la válvula de alivio del filtro atascada en posición abierta. RASPADURAS/RAVADURAS

Las superficies raspadas pueden ser identificadas por su apariencia quemada o raspada sobre la cara del anillo. La raspadura ocurre cuando el contacto metal-a-metal tiene como resultado temperaturas que sobrepasan el punto de fusión de los metales. Esto hace que pequeñas áreas localizadas se suelden. Si sigue funcionando bajo estas condiciones, las áreas soldadas se agrandan hasta

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que uno cantidad mayor de metol se transfiere entre portes, resultando en rospoduros. SI no se apaga el motor, todos los superficies de los anillos se dañaron.

afuero , provocando que el sellado entre el anillo y la comiso no sea el adecuado.

El atascamiento de los anillos generalmente es causado por lo siguiente: Raspadura o rayodura es normalmente originado por uno o mes de los siguientes rozones: * * * * * *

Sobrecalentamiento del motor Lubricación marginal Holgura insuficiente Acabado inapropiodo del cilindro Rodaje inicial inapropiado Oxidación de aceite

*

Grado o calidad del lubricante inopropiado * Intervalos de cambios de aceite Incorrectos

* Temperatura de funcionamiento del

*

ANILLOS PEGADOS

Una formación de carbón es señal que los anillos se eslabón pegando. El atascamiento de los anillos es cousodo por lo formación de depósitos de cortón, de tol forma que restringe el movimiento de los mismos hacia 0054-0025

* * * *

motor muy baja debido o corgos ligeros o tramos de operación cortos Alto temperoturo del refrigérente del motor, o sobrealimentación de combustible, causando altos temperaturas en el aceite lubricante Uso de filtros de calidad inferior Combustible Inapropiodo. Excesivo poso de gases Fugo de onticogelante dentro del cilindro

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* Operación Inaproplada del respiradero del cárter ROTURA DE ANILLOS

Se debería tener cuidado para determinar si los anillos se rompieron durante el funcionamiento, o al desmontarlos. La rotura de anillos es causada básicamente por esfuerzos no comunes aplicados al material de los anillos, tales como sobre esfuerzos, carga por impacto, procedimientos de instalación, o esfuerzos de fatiga. La rotura de anillos generalmente es causado por uno o mes de los siguientes: * Ranuras y anillos de pistón excesivamente desgastados. * Sobre esfuerzo a los anillos al montarlos * Golpeando el anillo contra el reborde de desgaste superior de la camisa al desmontar el pistón. * Presión de combustión excesiva Generalmente, el anillo que se rompe durante el funcionamiento mostrará depósitos a través de la mayor parte de su cara. Sin embargo, las áreas adyacentes a las puntas estarán brillantes, y las puntas tendrán señales de martilleo en donde las secciones rotas han estado vibrando una contra la otra durante el funcionamiento. 0054-0025

Una de las muchas causas de rotura de anillos es una Instalación Incorrecta. Abriendo los anillos a mano, o usando un expansor de tamaño incorrecto puede fracturar el anillo, haciendo que se rompa en pedazos, dañando la parte superior del pistón, como se muestra. Siempre que la rotura de los anillos ocurre pocas horas después del armado, la causa más probable sería la mala Instalación.

ANÁLISIS DE FALLAS DE PISTÓN PISTONES

Empiece por familiarizarse con la terminología usada con pistones. La cavidad de combustión esto en la parte superior del pistón, los Tands" dividen las ranuras de los anillos, el área por debajo de los anillos se conoce como la falda, y la perforación grande a través de la falda es el agujero del pasador del pistón.

DOME

COMBUSTIÓN CAVITY

C A V I T Y EDGE

TOP LAND

COMPRESSION RING GROOVES

MINOR THRUST MAJOR THRUST FACE

FACE

PISTÓN PIN BORE

DIRECTION OF CRANKSHAFT ROTATION (VIEWED FROM FRONT)

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Los pistones efectúan varíes funciones. Transmiten la fuerza de la combustión a las partes oscilantes y rotativas del motor. La falda de pistón actúa como un cojinete para soportar las cargas laterales producidas por la posición angular de la biela.

*w#* Las fallas de pistones pueden ser causadas por lo siguiente: * * * * * La velocidad de la superficie del pistón debe ser mantenida dentro de los límites del diseño para asegurar una vida satisfactoria. La operación constante del motor a revoluciones ligeramente por encima de lo normal, aumentara la velocidad del pistón mas alié del límite tolerado, y podría resultar en raspaduras o regaduras, como se muestra. Es importante, por consiguiente, que siempre se mantengan las velocidades governadas de motor dentro de especificaciones.

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Sobrecalentamiento Presión excesiva de combustión Lubricación Inapropiada Contaminantes abrasivos Retenedores de los pasadores rotos

ANÁLISIS DE FALLAS DE PISTÓN SOBRECALENTAMIENTO

o raspaduras en pistones y anillos.

El sobrecalentamiento puede causar una cabeza de pistón fundida,

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grietas en el borde de la cavidad,

.* •

El sobrecalentamiento es el resultado de: * Combustible excesivo * Enfriamiento inadecuado del sistema refrigerante * Ventilador de turbina periférica defectuoso * Enfriamiento de pistones insuficiente * Retrazo de la sincronización de inyección * Camisas excesivamente flojas

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. . roturo en lo porte inferior del inserto de lo ronuro superior..

PRESIÓN DE COMBUSTIÓN

Uno presión de combustión excesivo en el cilindro puede romper los "londs" entre el segundo y tercer anillo,..

. . erosión del land superior y del reborde de la cavidad. ,* . . rotura de uno sección desde lo covidad hosto la parte superior del primer "land"..

o anillos rotos.

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Presión excesivo de combustión es el resultado de:

Aquí podemos ver el comienzo de una falla de pistón causada por una sincronización avanzada en un motor de 6 cilindros. El grado de daño varia con cada pistón, pero ocurre en el mismo sitio en todos los pistones. La mayor erosión ocurre aproximadamente en la posición de las 7 de reloj, cuando es mirado desde desde la parte posterior del motor, con menos desgaste ocurriendo aproximadamente en la posición 9 del reloj.

* Combustible excesivo * Demasiado éter * Avance de la sincronización de inyección * Combustible de grado inapropiado o de calidad inferior * Temperaturas excesivas del refrigerante del motor * Un defecto en el sistema de inyección que contribuiría a una combustión anormal El uso excesivo de éter causa presiones de combustión más altas de lo normal, lo cual puede resultar en daños en los "lands" del segundo y tercer anillo, como se muestra.

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ANÁLISIS DE FALLAS DE PISTÓN

En esto etapa, la sincronización avanzada en un motor de 6 cilindros ha roto los "lands" del segundo y tercer anillo.

En motores de 8 cilindros la erosión puede ocurrir en varias sitios, pero generalmente ocurre en el área adyacente a la válvula de escape. Aqui vemos el comienzo de una falla de pistón causada por la sincronización avanzada en un motor V-8,...

En esta etapa de sincronización avanzada en un motor de 6 cilindros, podemos ver la falla en el "land" superior

.. y una falla mayor de pistón causada por la sincronización avanzada de un motor V-8. Cuando se encuentra un pistón en estas condiciones, todos los pistones deben ser desmontados y revisados. Cualquier pistón que muestre señales de erosión debe ser reemplazado, y la sincronización corregida.

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Contaminantes abrasivos entrando por e) sistema de admisión o lubricación, causarán desgaste prematuro en el pistón y anillos, como se muestra.

LUBRICACIÓN MARGINAL/ABRASIÓN

La lubricación marginal causa raspaduras en el pistón, como lo discutimos previamente con los anillos.

La operación continuada, eventualmente causará que los anillos se raspen. Una vez la raspadura ha empezado, el metal que se ha depositado en la camisa será transferido al pistón, causando que el pistón se raspe y se raye.

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ANÁLISIS DE FALLAS DE PISTÓN ANILLOS RETENES DEL PASADOR DEL PISTÓN

Erosión en el diámetro Interno, en el extremo del agujero del pasador del pistón, generalmente es causada por un retén del pasador roto. Sin embargo, si ambos retenes están intactos, probablemente la falla fue causada por partículas extrañas dejadas en el agujero del pasador. Un retén del pasador roto puede causar erosión en el agujero del pasador, y posiblemente raspaduras arriba y abajo del mismo. - ••

Si se continúa operando con pistones y anillos raspados o rayados, a menudo resultaré en una falla completa.

Roturas de los retenes del pasador son causadas por: * * * * 00540025

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Muñón de biela cónico Juego axial del cigüeñal excesivo Biela desalineada Retén débil o incorrecto

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* Cilindro deformado * Retén Instalado Incorrectamente * Ranura del retén defectuosa Un retén Instalado Incorrectamente, o cualquiera de las condiciones arriba mencionadas haré que el retén se salga de la ranura, y sea forzado contra la camisa del cilindro por el pasador. El movimiento oscilante del pistón causa que el material del retén se desgaste donde hace contacto con la camisa. Luego el anillo se rompe, y los pedazos rotos oscilan dentro del agujero del pasador, causando el desprendimiento de partículas de aluminio.

En etapas avanzadas, el exceso de material desprendido del pistón podría resultar en raspaduras, rayaduras, o atascamiento.

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Pedazos del retén roto también pasaren a través del agujero del pasador mismo, y causaron un daño igual en el lado opuesto del pistón.

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bloque, como también el asiento uniforme de lo comiso dentro del bloque, son esenciales poro proporcionar una vida satisfactoria de la camisa, y un sellado de la empacadura de la culata correcto.

CAMISAS DE CILINDROS

Los comisos son básicamente "Cilindros Reemplazables", los cuales son usados poro restaurar los cilindros o sus condiciones originóles.

COHHECT UNER/SLEEVE TO BLOCK COUNTERBORE RELATIONSHIP

F L A N G E HEIGHT ABOVE K TO BE UNIFORM AROUND.

UYLINOER LINER/SLEEVE

CYLINDER BORE

- COUNTERBORE IN CYLINDER BLOCK TO BE F L A T ANO PARALLEL TO TOP DECK. ALSO MUARÉ W1TH CYLINDER BORE.

Dos tipos de "Cilindros Reemplazables" son usados en los motores Mack. Uno no hace contacto con el refrigerante del motor y se llama "Camisa Seca". FIRE RING BEAD

FLANGE

Lo función de lo comisa es sellar lo presión de combustión conjuntamente con los anillos de pistón y lo empocodura de lo culata, proporcionando lo transferencia del color de la combustión al refrigerante del motor, y guiar el pistón durante el funcionamiento del motor.

UNDERCUT

FULL CONTACT ^- WITH BLOCK BORE

Lo extensión correcta de la brido de lo camisa por sobre lo superficie del 0054-0025

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El otro tipo tiene un área que está expuesta al refrigerante del motor, y se conoce como "Camisa Húmeda".

El ajuste de la camisa al bloque juega un papel muy importante en la cantidad de otros*componentes en el transcurso de la vida del motor.

FIRE RING B E A D

FLA

UNDERCUT

Una camisa con un ajuste excesivamente flojo no transferirá el calor del cilindro al bloque tan efectivamente como una con el ajuste correcto. Este calor que no se transfiere, comienza a crecer y puede causar raspaduras y rayaduras, los cuales eventualmente causarán que el pistón se atasque.

-UPPER PILOT DÍA.

SEA .:NG RING Á R E A -

.LOWER PILOT DÍA.

El raspado y rayado de las camisas causados generalmente por mismas razones que afectan a anillos y pistones. Estas son siguientes: * * * * * *

son las los las

Sobrecalentamiento Lubricación marginal Holgura insuficiente Acabado de cilindro inapropiado Rodaje Inicial inapropiado Oxidación del aceite

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Holgura insuficiente entre la falda y la camisa puede producir raspaduras o rayaduras. La holgura excesiva producirá golpeteo y cabeceo del pistón. Use un indicador de carátula de diámetros Interiores, o herramienta similar, para asegurar que las piezas estén dentro de la tolerancia especificada.

Uno comisa excesivamente ajustada, más alia de especificaciones, se colapsará y distorcionaré, reduciendo la holgura entre pistón y camisa, causando áreas callentes, y por consiguiente, el pistón y camisa pueden ser raspados, trayendo como consecuencia una falla eventual - una falla que podría ser evitada.

Otro problema de la camisa es la rotura de la brida. Esta podría resultar de presión excesiva sobre la brida durante la Instalación, o procedimiento de apriete de la culata inapropiado.

Se debe mantener una holgura suficiente entre la falda del pistón y la camisa, para permitir la expansión normal del pistón funcionando a temperatura de operación. Consulte su Manual de Servicio para los procedimientos de medición correctos.

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Algunas veces el diámetro interno del asiento en el bloque se inclina hacia abajo. Esto impone una alta concentración de carga sobre la brida de la camisa, la cual produce el fisuramiento en el área del rebajo en la parte inferior de la brida.

La rotura de la brida también puede ser causada por una altura desigual de la brida sobre la superficie del bloque. Esta distancia es medida desde el fondo de la ranura del anillo de fuego hasta la superficie del bloque.

INCORHEC f CYLINDER BLOCK COUNTERBORE : HEIGHT ABOVE TOP OECK

GM LOAD CONCENTRATION

• S T A R T OF C R A C K

HIGM LOAD CONCENTRATION

•COUNTÉRBORE S E A T TAPERED DOWNWARD T O W A R O S CYLINDER BORE I.D.

Adicionalmente, la rotura de la brida puede ser causada por un desgaste irregular del asiento de la camisa en el bloque, asientos de profundidades desiguales, asientos no paralelos a la superficie del bloque, o por instalación incorrecta del anillo de fuego.

• T H E ABOVE CONDITIONS CAUSE E X C E S S I V E

Aquí usted puede ver una fisura que ha comenzado en el rebajo de la brida. Cuando este tipo de fisura ocurre en camisas húmedas, generalmente resulta en la entrada de los gases de combustión al sistema de enfriamiento, causando pérdida de refrigerante. Frecuentemente es. difícil encontrar la fisura, y requiere el uso de un método de detección de fisuras, tal como el procedimiento de

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tinte penetrante.

Las picaduras en el lado de la camisa en contacto con el refrigerante son generalmente causadas por erosión por cavitación.

- F L A N G E CRACK

Hay dos problemas que aplican solo a camisas húmedas. Raspaduras en el área del anillo "O", y picaduras sobre la superficie de la camisa en contacto con el refrigerante. La deformación del anillo "O" es el resultado de una mala instalación de la camisa, o del anillo "O". Partes del anillo "O" dañado pueden quedararse entre la camisa y la parte inferior del cilindro del bloque, causando que la camisa se deforme.

La erosión por cavitación puede mantenerse al mínimo con el mantenimiento apropiado del sistema de enfriamiento. En particular, esto significa cambiar el acondicionador del refrigerante a los intervalos especificados. CONCLUSIÓN

Esto completa nuestro programa de análisis de falla de pistones. Como usted puede ver, muchas fallas de pistón pueden ser prevenidas, siguiendo los procedimientos 0054-0025

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adecuados de mantenimiento, como se describe en sus manuales de mantenimiento y lubricación. Usted también puede consultar nuestros programas sobre la reparación de motores de 6 y 8 cilindros. Para detalles completos, e información más específica usted deberá consultar su Manual de Servicio.

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