Pistón de hielo. Dispositivo y propósito
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La mezcla de combustible que se quema en el cilindro del motor libera energía térmica. Luego se convierte en una acción mecánica que hace girar el cigüeñal. El elemento clave de este proceso es el pistón.
Este detalle no es tan primitivo como podría parecer a primera vista. Sería un gran error considerarlo como un simple empujador.
El pistón está ubicado en el cilindro, donde se mueve alternativamente.
A medida que se mueve hacia el punto muerto superior (TDC), el pistón comprime la mezcla de combustible. En un motor de combustión interna de gasolina, se enciende en un momento cercano a la presión máxima. En un motor diésel, el encendido se produce directamente debido a una alta compresión.
El aumento de presión de los gases formados durante la combustión empuja el pistón en la dirección opuesta. Junto con el pistón, se mueve la biela articulada con él, que lo hace girar. Entonces, la energía de los gases comprimidos se convierte en par, transmitido a través de la transmisión a las ruedas del automóvil.
Durante la combustión, la temperatura de los gases alcanza los 2 mil grados. Dado que la combustión es explosiva, el pistón está sujeto a fuertes cargas de choque.
La carga extrema y las condiciones de operación casi extremas requieren requisitos especiales para el diseño y los materiales utilizados para su fabricación.
Al diseñar pistones, hay una serie de puntos importantes a considerar:
- la necesidad de garantizar una larga vida útil y, por lo tanto, minimizar el desgaste de la pieza;
- evitar que el pistón se queme en funcionamiento a alta temperatura;
- garantizar el máximo sellado para evitar la penetración de gas;
- minimizar las pérdidas por fricción;
- garantizar una refrigeración eficiente.
El material del pistón debe tener una serie de propiedades específicas:
- fuerza significativa;
- máxima conductividad térmica posible;
- resistencia al calor y la capacidad de soportar cambios bruscos de temperatura;
- el coeficiente de expansión térmica debe ser pequeño y estar lo más cerca posible del coeficiente correspondiente del cilindro para garantizar un buen sellado;
- resistencia a la corrosión;
- propiedades antifricción;
- baja densidad para que la pieza no sea demasiado pesada.
Dado que aún no se ha creado el material que idealmente cumple con todos estos requisitos, se deben utilizar opciones de compromiso. Los pistones para motores de combustión interna están hechos de fundición gris y aleaciones de aluminio con silicio (silumin). En los pistones compuestos para motores diesel, sucede que la cabeza es de acero.
El hierro fundido es bastante fuerte y resistente al desgaste, tolera bien el calor fuerte, tiene propiedades antifricción y una pequeña expansión térmica. Pero debido a la baja conductividad térmica, el pistón de hierro fundido puede calentarse hasta 400°C. En un motor de gasolina, esto es inaceptable, ya que puede provocar un preencendido.
Por lo tanto, en la mayoría de los casos, los pistones para motores de combustión interna de automóviles se fabrican mediante estampado o fundición de silumin que contiene al menos un 13 % de silicio. El aluminio puro no es adecuado, ya que se expande demasiado cuando se calienta, lo que aumenta la fricción y las rozaduras. Estas pueden ser falsificaciones con las que puede encontrarse al comprar piezas de repuesto en lugares dudosos. Para evitar que esto suceda, póngase en contacto con los confiables.
El pistón de aleación de aluminio es ligero y conduce bien el calor, por lo que su calentamiento no supera los 250 °C. Esto es bastante adecuado para motores de combustión interna que funcionan con gasolina. Las propiedades antifricción de la silumina también son bastante buenas.
Al mismo tiempo, este material no está exento de inconvenientes. A medida que aumenta la temperatura, se vuelve menos duradero. Y debido a la importante expansión lineal cuando se calienta, se deben tomar medidas adicionales para preservar el sello alrededor del perímetro de la cabeza y no reducir la compresión.
Esta parte tiene forma de vaso y consta de un cabezal y una parte guía (faldón). En la cabeza, a su vez, es posible distinguir el fondo y la parte de sellado.
Abajo
Es la superficie de trabajo principal del pistón, es ella la que percibe la presión de los gases en expansión. Su superficie está determinada por el tipo de unidad, la colocación de boquillas, velas, válvulas y el dispositivo GPC específico. Para los ICE que usan gasolina, se hace plano o cóncavo con cortes adicionales para evitar defectos en las válvulas. El fondo convexo brinda mayor resistencia, pero aumenta la transferencia de calor y, por lo tanto, rara vez se usa. El cóncavo le permite organizar una pequeña cámara de combustión y proporcionar una alta relación de compresión, lo que es especialmente importante en las unidades diésel.
Parte de sellado
Este es el lado de la cabeza. Se hacen ranuras para anillos de pistón alrededor de la circunferencia.
Los anillos de compresión desempeñan el papel de un sello, evitando la fuga de gases comprimidos, y los raspadores de aceite eliminan el lubricante de la pared, evitando que ingrese a la cámara de combustión. El aceite fluye por debajo del pistón a través de los agujeros en la ranura y luego regresa al cárter de aceite.
La sección del lado lateral entre el borde del fondo y el anillo superior se denomina zona de fuego o calor. Es él quien experimenta el máximo efecto térmico. Para evitar que el pistón se queme, esta correa se hace lo suficientemente ancha.
Parte guía
No permite que el pistón se deforme durante el movimiento alternativo.
Para compensar la expansión térmica, la falda se hace curvilínea o en forma de cono. En el lateral se suele aplicar un revestimiento antifricción.
En el interior hay protuberancias: dos entradas con orificios para el pasador del pistón, en el que se coloca la cabeza.
En los laterales, en la zona de los jefes, se realizan pequeñas muescas para evitar deformaciones térmicas y la aparición de rayaduras.
Dado que el régimen de temperatura del pistón es muy estresante, la cuestión de su refrigeración es muy importante.
Los anillos de pistón son la forma principal de eliminar el calor. A través de ellos, se elimina al menos la mitad del exceso de energía térmica, que se transfiere a la pared del cilindro y luego a la camisa de enfriamiento.
Otro canal importante del disipador de calor es la lubricación. Se utilizan neblina de aceite en el cilindro, lubricación a través del orificio en la biela, rociado forzado con una boquilla de aceite y otros métodos. Se puede eliminar más de un tercio del calor haciendo circular el aceite.
Además, parte de la energía térmica se gasta en calentar la porción fresca de la mezcla combustible que ha entrado en el cilindro.
Los anillos mantienen la cantidad deseada de compresión en los cilindros y eliminan la mayor parte del calor. Y representan alrededor de una cuarta parte de todas las pérdidas por fricción en el motor de combustión interna. Por lo tanto, la importancia de la calidad y el estado de los anillos de pistón para el funcionamiento estable del motor de combustión interna difícilmente puede subestimarse.
Por lo general, hay tres anillos: dos anillos de compresión en la parte superior y un raspador de aceite en la parte inferior. Pero hay opciones con una cantidad diferente de anillos, de dos a seis.
La ranura del anillo superior en silumin ocurre que está hecha con un inserto de acero que aumenta la resistencia al desgaste.
Los anillos están hechos de calidades especiales de hierro fundido. Dichos anillos se caracterizan por su alta resistencia, elasticidad, resistencia al desgaste, bajo coeficiente de fricción y conservan sus propiedades durante mucho tiempo. Las adiciones de molibdeno, tungsteno y algunos otros metales dan resistencia adicional al calor a los anillos de pistón.
Los nuevos necesitan ser pulidos. Si ha reemplazado los anillos, asegúrese de hacer funcionar el motor de combustión interna durante algún tiempo, evitando condiciones de funcionamiento intensas. De lo contrario, los anillos sin traslapar pueden sobrecalentarse y perder elasticidad y, en algunos casos, incluso romperse. El resultado puede ser falla del sello, pérdida de potencia, entrada de lubricante a la cámara de combustión, sobrecalentamiento y quemado del pistón.
