2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Última modificación: 2024-02-19 14:11
El pistón es uno de los elementos del mecanismo del cigüeñal, en el que se basa el principio de funcionamiento de muchos motores de combustión interna. Este artículo analiza el diseño y las características de estas piezas.
Definición
Un pistón es una pieza que realiza movimientos alternativos en un cilindro y garantiza la transformación de los cambios de presión del gas en trabajo mecánico.
Destino
Con la participación de estas partes, se realiza el proceso termodinámico del motor. Dado que el pistón es uno de los elementos del mecanismo de manivela, percibe la presión producida por los gases y transfiere la fuerza a la biela. Además, asegura el sellado de la cámara de combustión y la eliminación de calor de la misma.
Diseño
El pistón es una pieza de tres piezas, es decir, su diseño incluye tres componentes que cumplen diferentes funciones, y dos partes: la cabeza, que combina la parte inferior y la parte de sellado, y la parte guía, representada por el falda.
Abajo
Puede tener diferentesforma dependiendo de muchos factores. Por ejemplo, la configuración de la parte inferior de los pistones de un motor de combustión interna está determinada por la ubicación de otros elementos estructurales, como boquillas, velas, válvulas, la forma de la cámara de combustión, las características de los procesos que ocurren en ella, el diseño general del motor, etc. En cualquier caso, determina las características de funcionamiento.
Hay dos tipos principales de configuración de la corona del pistón: convexa y cóncava. El primero aporta mayor solidez, pero empeora la configuración de la cámara de combustión. Con un fondo cóncavo, la cámara de combustión, por el contrario, tiene una forma óptima, pero los depósitos de carbón se depositan con mayor intensidad. Con menos frecuencia (en motores de dos tiempos) hay pistones con un fondo representado por una protuberancia reflectora. Esto es necesario cuando se sopla para el movimiento dirigido de los productos de combustión. Las piezas de los motores de gasolina suelen tener un fondo plano o casi plano. A veces tienen ranuras para abrir completamente las válvulas. En los motores con inyección directa, los pistones se caracterizan por una configuración más compleja. En los motores diésel, se distinguen por la presencia de una cámara de combustión en el fondo, que proporciona un buen remolino y mejora la formación de la mezcla.
La mayoría de los pistones son de un solo lado, aunque también hay versiones de dos lados que tienen dos fondos.
La distancia entre la ranura del primer segmento de compresión y el fondo se denomina zona de disparo del pistón. Es muy importante el valor de su altura, que es diferente para piezas de distintos materiales. En cualquier caso, la altura del anillo de fuego más allálos límites del valor mínimo permitido pueden provocar el desgaste del pistón y la deformación del asiento del anillo de compresión superior.
Parte del sello
Aquí están los raspadores de aceite y los anillos de compresión. Para las piezas del primer tipo, los canales tienen orificios pasantes para que el aceite extraído de la superficie del cilindro ingrese al pistón, desde donde ingresa al cárter de aceite. Algunos tienen un borde de acero inoxidable con una ranura para el anillo de compresión superior.
Los anillos de pistón, hechos de hierro fundido, sirven para crear un ajuste perfecto entre el pistón y el cilindro. Por lo tanto, son la fuente de mayor fricción en el motor, cuyas pérdidas ascienden al 25% de las pérdidas mecánicas totales del motor. El número y la ubicación de los anillos están determinados por el tipo y propósito del motor. Los más utilizados son 2 anillos de compresión y 1 anillo rascador de aceite.
Los anillos de compresión realizan la tarea de evitar que los gases entren al cárter desde la cámara de combustión. Las mayores cargas recaen sobre el primero de ellos, por lo que, en algunos motores, su ranura está reforzada con un inserto de acero. Los anillos de compresión pueden ser trapezoidales, cónicos, en forma de barril. Algunos de ellos tienen un recorte.
El anillo rascador de aceite sirve para eliminar el exceso de aceite del cilindro y evita que entre en la cámara de combustión. Tiene agujeros para esto. Algunas variantes tienen un expansor de resorte.
Parte guía (falda)
Tiene forma de barril (curvilínea) o cónica para compensar la expansión térmica. Sobre suhay dos orejetas para el pasador del pistón. En estas áreas, la falda tiene la mayor masa. Además, se observan las mayores deformaciones de temperatura durante el calentamiento. Se utilizan diversas medidas para reducirlos. Puede haber un anillo raspador de aceite en la parte inferior de la falda.
Para transferir la fuerza desde el pistón o hacia él, generalmente se usa una manivela o una varilla. El pasador del pistón sirve para conectar esta parte a ellos. Está fabricado en acero, tiene forma tubular y se puede instalar de varias formas. La mayoría de las veces, se usa un dedo flotante, que se puede girar durante la operación. Para evitar el desplazamiento, se fija con anillos de retención. La fijación rígida se usa con mucha menos frecuencia. El vástago actúa como guía en algunos casos, reemplazando la falda del pistón.
Materiales
El pistón del motor puede estar compuesto de varios materiales. En cualquier caso, deben tener cualidades tales como alta resistencia, buena conductividad térmica, propiedades antifricción, resistencia a la corrosión y bajo coeficiente de expansión lineal y densidad. Para la producción de pistones se utilizan aleaciones de aluminio y hierro fundido.
Hierro fundido
Presenta alta resistencia, resistencia al desgaste y bajo coeficiente de expansión lineal. Esta última propiedad permite que dichos pistones funcionen con espacios reducidos, logrando así un buen sellado del cilindro. Sin embargo, debido a la gravedad específica significativa, las piezas de hierro fundido se usan solo en aquellos motores donde las masas recíprocas tienen fuerzasinercia, constituyendo no más de un sexto de las fuerzas de presión en la parte inferior del pistón de gas. Además, debido a la baja conductividad térmica, el calentamiento de la parte inferior de las piezas de hierro fundido durante el funcionamiento del motor alcanza los 350-450 ° C, lo que es especialmente indeseable para las opciones de carburador, ya que conduce a un encendido por incandescencia.
Aluminio
Este material se usa más comúnmente para pistones. Esto se debe al bajo peso específico (las piezas de aluminio son un 30 % más ligeras que las piezas de hierro fundido), la alta conductividad térmica (3-4 veces mayor que la del hierro fundido), lo que garantiza que el fondo se caliente a no más de 250 ° C, lo que permite aumentar la relación de compresión y proporcionar un mejor llenado de los cilindros y altas propiedades antifricción. A su vez, el aluminio tiene un coeficiente de dilatación lineal 2 veces mayor que el del hierro fundido, lo que obliga a realizar grandes holguras con las paredes de los cilindros, es decir, las dimensiones de los pistones de aluminio son menores que las del hierro fundido para cilindros idénticos. Además, estas piezas tienen una resistencia más baja, especialmente cuando se calientan (a 300 ° C, disminuye en un 50-55 %, mientras que para el hierro fundido, en un 10 %).
Para reducir el grado de fricción, las paredes de los pistones están recubiertas con un material antifricción, que se utiliza como grafito y disulfuro de molibdeno.
Calefacción
Como se mencionó, durante el funcionamiento del motor, los pistones pueden calentarse hasta 250-450 °C. Por tanto, es necesario tomar medidas encaminadas tanto a reducir el calentamiento como a compensar la dilatación térmica provocada por el mismo.detalles.
Para enfriar los pistones se utiliza aceite, que se suministra en su interior de varias formas: crean una neblina de aceite en el cilindro, la rocían a través de un orificio en la biela o con una boquilla, la inyectan en el canal anular, circula a través de la bobina tubular en el fondo del pistón.
Para compensar las deformaciones de temperatura en las áreas de las mareas, los faldones se giran en ambos lados del metal con una profundidad de 0,5-1,5 mm en forma de ranuras en forma de U o T. Tal medida mejora su lubricación y evita la aparición de estrías por deformaciones por temperatura, por lo que estos huecos se denominan frigoríficos. Se utilizan en combinación con un faldón cónico o en forma de tonel. Esto compensa su expansión lineal debido al hecho de que cuando se calienta, la falda toma una forma cilíndrica. Además, se utilizan insertos de compensación para que el diámetro del pistón experimente una expansión térmica limitada en el plano de giro de la biela. También es posible aislar la parte guía de la cabeza que experimenta más calor. Por último, las paredes del faldón adquieren propiedades elásticas mediante la aplicación de un corte oblicuo en toda su longitud.
Tecnología de producción
Según el método de fabricación, los pistones se dividen en fundidos y forjados (estampados). Las piezas del primer tipo se usan en la mayoría de los automóviles, y la sustitución de los pistones por forjados se usa en la afinación. Las opciones forjadas se caracterizan por una mayor resistencia y durabilidad, así como por un menor peso. Por tanto, la instalación de pistones de este tipo aumenta la fiabilidad y el rendimiento del motor. Esto es especialmente importante para los motores que funcionan en condiciones de mayorcargas, mientras que las piezas fundidas son suficientes para el uso diario.
Solicitud
El pistón es una pieza multifuncional. Por lo tanto, se usa no solo en motores. Por ejemplo, hay un pistón de pinza de freno, ya que funciona de manera similar. Además, el mecanismo de manivela se utiliza en algunos modelos de compresores, bombas y otros equipos.
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