Un anillo de pistón es un anillo partido metálico que se une al diámetro exterior de un pistón en un motor de combustión interna o motor de vapor .
Las principales funciones de los anillos de pistón en los motores son:
- Sellado de la cámara de combustión para que haya una mínima pérdida de gases hacia el cárter.
- Mejora de la transferencia de calor del pistón a la pared del cilindro .
- Mantener la cantidad adecuada de aceite entre el pistón y la pared del cilindro
- Regulación del consumo de aceite del motor raspando el aceite de las paredes del cilindro al cárter. [1]
La mayoría de los anillos de pistón están hechos de hierro fundido o acero .
Diseño
Los aros de pistón están diseñados para sellar el espacio entre el pistón y la pared del cilindro. [2] Si este espacio fuera demasiado pequeño, la expansión térmica del pistón podría significar que el pistón se atasca en el cilindro, causando daños graves al motor. Por otro lado, una gran brecha causaría insuficiente sellado de los anillos de pistón contra las paredes del cilindro, lo que resulta en exceso de blow-by (gases de combustión que entran en el cárter) y menos presión en el cilindro, reduciendo la potencia de salida del motor.
El movimiento de deslizamiento del anillo del pistón dentro de la pared del cilindro provoca pérdidas por fricción para el motor. La fricción causada por los anillos de pistón es aproximadamente el 24% de las pérdidas mecánicas totales por fricción del motor. [3] [4] El diseño de los segmentos de pistón es, por lo tanto, un compromiso entre minimizar la fricción y lograr un buen sellado y una vida útil aceptable.
La lubricación de los anillos de pistón es difícil y ha sido una fuerza impulsora para mejorar la calidad del aceite de motor . El aceite debe sobrevivir a altas temperaturas y condiciones duras con un contacto deslizante de alta velocidad. La lubricación es particularmente difícil ya que los anillos tienen un movimiento oscilante en lugar de una rotación continua (como en un muñón de cojinete). En los límites del movimiento del pistón, el anillo se detiene e invierte la dirección. Esto interrumpe el efecto normal de cuña de aceite de un rodamiento hidrodinámico , reduciendo la efectividad de la lubricación.
Los anillos también tienen resortes para aumentar la fuerza de contacto y mantener un sello cerrado. La fuerza del resorte es proporcionada por la rigidez del propio anillo o por un resorte separado detrás del anillo de sello.
Es importante que los anillos floten libremente en sus ranuras dentro del pistón, para que puedan permanecer en contacto con el cilindro. [5] Los anillos que se atascan en el pistón, generalmente debido a la acumulación de productos de combustión o una descomposición del aceite lubricante, pueden causar fallas en el motor y es una causa común de fallas en los motores diesel. [ cita requerida ]
Numero de anillos
El sellado a menudo se logra mediante múltiples anillos, cada uno con su propia función, utilizando un contacto deslizante de metal sobre metal. La mayoría de los pistones tienen al menos dos aros de pistón por cilindro.
Los motores de pistón para automóviles suelen tener tres anillos por cilindro. [6] Los dos anillos superiores, conocidos como anillos de compresión , son principalmente para sellar la cámara de combustión. El anillo inferior, conocido como anillo de control de aceite , es principalmente para controlar el suministro de aceite a la pared del cilindro, con el fin de lubricar la falda del pistón y los anillos de control de aceite. [7]
Construcción de anillo
Los anillos de compresión en un motor de automóvil normalmente tienen una sección transversal rectangular o en forma de piedra angular . El anillo de compresión superior típicamente tiene un perfil de barril para la periferia, mientras que el anillo de compresión inferior típicamente tiene un revestimiento de napier cónico. Algunos motores también utilizan un revestimiento cónico para el anillo superior, y en el pasado se utilizaron anillos simples de cara plana.
Los anillos de control de aceite generalmente están hechos de una sola pieza de hierro fundido, múltiples piezas de acero o acero / hierro con un respaldo de resorte helicoidal para crear la tensión requerida para un sello cerrado. Los anillos de aceite de hierro fundido y los anillos con un respaldo de resorte helicoidal tienen dos zonas de raspado de diferentes formas detalladas. Por otro lado, los anillos de control de aceite de acero de varias piezas generalmente constan de dos anillos de acero delgados (llamados rieles ) con un resorte espaciador-expansor entre ellos para mantener los dos rieles separados y proporcionar presión radial.
El espacio en el anillo del pistón se comprime a unas milésimas de pulgada cuando está dentro del diámetro interior del cilindro. Las formas de separación de anillo incluyen corte cuadrado, corte en ángulo, unión tite, corte escalonado, escalón de gancho y escalón de inglete. [8]
Historia
Las primeras máquinas de vapor usaban una empaquetadura de cáñamo para sellar la cámara de combustión, [9] que causaba una alta resistencia a la fricción y no proporcionaba un sello muy efectivo.
El diseño moderno de un anillo dividido metálico fue inventado por John Ramsbottom en la década de 1850. El diseño inicial de Ramsbottom en 1852 era una forma circular, sin embargo, estos se desgastaron de manera desigual y no tuvieron éxito. En 1854, se afirmó que un diseño revisado tenía una vida útil de hasta 4.000 millas (6.437 km). [10] Esto se basó en el descubrimiento de que un anillo perfectamente redondo (antes de la instalación) con una hendidura no ejerce una presión uniforme sobre las paredes del cilindro una vez instalado. El anillo de pistón revisado se fabricó con una forma redondeada, de modo que ejercería una presión uniforme una vez instalado en el cilindro. Una patente de 1855 documentó este cambio. El cambio a aros de pistón metálicos redujo drásticamente la resistencia a la fricción, la fuga de vapor y la masa del pistón, lo que provocó un aumento significativo de la potencia y la eficiencia y unos intervalos de mantenimiento más prolongados.
Desgaste del motor
Los aros de pistón están sujetos a desgaste a medida que se mueven hacia arriba y hacia abajo en el orificio del cilindro, debido a su propia carga inherente y debido a la carga de gas que actúa sobre el anillo. Para minimizar esto, están hechos de materiales resistentes al desgaste, como hierro fundido y acero, y están recubiertos o tratados para mejorar la resistencia al desgaste. Revestimientos usados en las motocicletas modernas incluyen cromo , [11] nitruro , [12] o recubrimiento de cerámica hecha por deposición de plasma [13] o deposición física de vapor (PVD). [14] [15] La mayoría de los motores diesel modernos tienen anillos superiores recubiertos con un recubrimiento de cromo modificado (conocido como CKS o GDC), [11] [ eslabón muerto ] que tiene partículas de óxido de aluminio o diamante incluidas respectivamente en la superficie del cromo.
En los motores de dos tiempos, el diseño del puerto también es un factor importante para la vida útil de los segmentos de pistón.
Ver también
Referencias
- ^ "Principios generales" . www.federalmogul.com . Consultado el 1 de diciembre de 2019 .
- ^ "Funciones y funcionamiento de los segmentos de pistón" . www.federalmogul.com . Archivado desde el original el 10 de julio de 2011 . Consultado el 1 de julio de 2009 .
- ^ "VCI 2840 - Películas de carbono - Conocimientos básicos, tipos de películas y propiedades" . VDI-Fachbereich Produktionstechnik und Fertigungsverfahren (en alemán) (junio de 2012) . Consultado el 1 de diciembre de 2019 .
- ^ "El revestimiento del anillo de pistón reduce la fricción del motor de gasolina" (PDF) . www.federalmogul.com . Archivado desde el original (PDF) el 24 de septiembre de 2015.
- ^ "Anillos de pistón" . www.globmaritime.com . Archivado desde el original el 2 de junio de 2014.
- ^ "Factores que influyen en el control del aceite en un motor de gasolina encendido por chispa" . www.hastingsmfg.com . Archivado desde el original el 31 de marzo de 2008.
- ^ "Conjunto de pistón y anillo de pistón" . www.riken.co.jp . Archivado desde el original el 19 de agosto de 2002.
- ^ "Huecos de anillo personalizados" . www.precisionrings.com . Archivado desde el original el 6 de julio de 2017.
- ^ Weiss, Alex (2008). Rodamientos (Práctica de taller) . Modelo de interés especial. ISBN 978-1854862501.
- ^ "Institución de Actas de Ingenieros Mecánicos hasta 1859" . www.steamindex.com . Consultado el 4 de diciembre de 2019 .
- ^ a b "Recubrimientos periféricos resistentes al desgaste" . www.federalmogul.com . Archivado desde el original el 14 de julio de 2012 . Consultado el 4 de julio de 2010 .
- ^ "Recubrimientos periféricos resistentes al desgaste" . www.federalmogul.com . Archivado desde el original el 14 de julio de 2012 . Consultado el 4 de julio de 2010 .
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- ^ "Ficha de producto aros de pistón metálicos" (PDF) . www.grovercorp.com . Archivado desde el original (PDF) el 6 de julio de 2016 . Consultado el 8 de diciembre de 2019 .