Anillos de pistón, aceite y acabado de pared de cilindro

Cuando se trata de anillos de pistón, tiene un anillo de compresión, que sella la compresión, pero también tiene un anillo de control de aceite. A veces, el segundo anillo en un paquete tradicional de tres anillos tiene solo un 20% de compresión. Aunque se llama anillo de compresión, en realidad es un 80 % de control de aceite.

Lo que es único acerca de un paquete de anillos de pistón no es solo un sello para la compresión, sino que también controla y distribuye el aceite en las paredes del cilindro del bloque. Un anillo no solo es un sello, también es un componente lubricado. La lubricación adecuada en cualquier parte, en cualquier lugar, se describe simplemente con las cuatro R: aceite correcto, lugar correcto, momento correcto y cantidad correcta. El aceite correcto significa que tiene la viscosidad y el paquete de aditivos correctos para la aplicación, y debe obtenerlo en el lugar correcto, en el momento correcto y en la cantidad correcta.

"Realmente he visto que eso sale a la luz en términos de motores y anillos de pistón, y lo que veo es que hay una brecha", dice Lake Speed ​​Jr. de Total Seal. "Hay mucho por ganar en los últimos tres de esos cuatro Rs. En los últimos 15 años, la disponibilidad y las opciones en términos de tener el aceite correcto se han expandido enormemente. Ahora hay muchos aceites realmente buenos por ahí. Sin embargo, esa es solo una de las cuatro Rs. Realmente no no importa cuán bueno sea ese aceite si no lo pones donde se supone que debe estar cuando lo necesites y lo suficiente, no importa".

Cuando piensas en el aceite, la gente tiende a pensar en él como un lubricante, pero en términos del anillo del pistón, en realidad hace dos cosas. No solo está lubricando el anillo, porque es un componente lubricado, sino también el sello.

"Me gusta decir que el aceite es la junta", dice Speed. "Hay irregularidades y el aceite es la junta que llena esas irregularidades que crean el sello. El anillo del pistón puede ajustarse en un nivel macro al orificio, pero en un nivel micro, no puede. El sello es el aceite. Es la junta entre el anillo y la tierra del anillo y el anillo y la pared del cilindro. Tener suficiente aceite allí para poder formar esa junta es importante".

Lo que también ha ayudado a la relación entre el aceite y el anillo es el tamaño de los anillos en la actualidad. Al ir a un juego de anillos de 1 mm, 1 mm, 2 mm, también permitió que el diseño del pistón cambiara.

"En muchos casos, esto permitió una ranura de anillo de aceite sin interrupciones", dice Joe Maylish de Mahle. "Este cambio permitió que el diseño usara un anillo que es más flexible y mejoró la potencia y el torque porque los juegos de anillos de 1 mm, 1 mm y 2 mm son más flexibles y pueden adherirse a las inconsistencias que pueden ocurrir en la pared del cilindro".

Joe dice que es útil pensar en el pistón y los anillos como una unidad que actúa como una bomba. Si esa bomba puede lograr un sellado óptimo y consistente, dará como resultado un rendimiento óptimo. Eso se ha logrado yendo a un diseño de anillo que también ofrece menos contacto potencial con el cilindro debido a que se usa menos material.

Otra cosa de la que Lake Speed ​​Jr. ha tomado nota a lo largo de los años es que el combustible es el enemigo de su aceite. Uno de los requisitos en el aceite de motor es tratar de lidiar con el hecho de que se produce una combustión y una dilución de combustible en el aceite.

"Cuando miro las muestras de aceite, las que tienen más desgaste son las que tienen más combustible nueve de cada 10 veces", dice Speed. "La única vez que se ve un alto desgaste sin altos niveles de combustible es cuando hay un problema con un componente, lo cual es bastante raro. La mayoría de las veces es el combustible el que está acabando con el aceite".

El combustible tiene una viscosidad más baja que el aceite. La característica más importante de cualquier lubricante es la viscosidad. Es su principal modo de protección. Cuando tiene una alta dilución de combustible, baja la viscosidad y reduce las características de lubricación del aceite. Eso se remonta a problemas con el anillo del pistón.

"Los anillos de hoy son de acero, porque el acero es un material mejor que el hierro fundido", dice. "Puede manejar más calor. Es más maleable. La gente tiene la idea equivocada de que un anillo debe ser fuerte y realmente rígido. No es un componente estructural del pistón. El pasador es la columna vertebral del pistón y debe ser fuerte y rígido. El anillo es un sello. No pondrías una junta de hierro fundido entre el bloque y la culata para sellarla. No, pones algo blando. Puede ser un acero multicapa, pero es tiene que tener conformabilidad. Los sellos necesitan conformabilidad".

Al tener un anillo de acero, porque tiene más fuerza elástica, puede moverse, es más dúctil, puede realizar el trabajo de un anillo de pistón mejor que el hierro fundido. La advertencia es que, cuando vas a los anillos de acero, no tienes la porosidad que tiene el hierro fundido.

"Esa porosidad le permite contener petróleo, lo que nos lleva de vuelta a las cuatro R: petróleo correcto, lugar correcto, momento correcto y cantidad correcta", dice. "Esa porosidad de los anillos de la vieja escuela contenía aceite, por lo que tendrías el aceite no solo para ser el sello, sino también para lubricar el anillo. Eso hizo que el pulido y el acabado de la pared del cilindro no tuvieran que ser tan exactos , por lo que los muchachos tendrían orificios realmente duros.

"Con los anillos de cromo, debido a que el cromo era duro, necesitaba esa superficie áspera para colocarlo porque hay irregularidades en un cromo enchapado. ¿Qué hizo para acomodar eso? Tenía un acabado de orificio muy áspero para desgastar ese cromo, por lo que podría desgastarse. Es por eso que los motores de anillos cromados tardaron una eternidad en asentarse ".

Volviendo a la idea general del aceite correcto, el lugar correcto, el momento correcto y la cantidad correcta, esos anillos de la vieja escuela tenían esa porosidad para hacer parte del trabajo por ti. El acabado de la superficie podría estar fuera de lugar porque era indulgente. Con los anillos de acero actuales, que son un mejor material y están recubiertos con PVD o nitrurados con gas, no hay retención de aceite. Ahora su retención de aceite tiene que estar en el orificio, por lo que ahora el acabado de la superficie del orificio es crucial.

"Tienes que entrar en números y términos como Ra, Rpk, Rvk, Rk; es mejor que te acostumbres a esos términos porque tienes que conocerlos", dice Speed. "Ra, como la mayoría de la gente sabe, es su promedio de rugosidad. El problema es que un pico y un valle en términos de Ra son exactamente lo mismo, excepto que uno duele al sentarse y el otro está bien. Ra por sí solo no lo es. No es suficiente.

"Para hacerlo más complejo, en el mundo actual, también tenemos muchos materiales diferentes para las perforaciones. En los viejos tiempos, todo el mundo tenía hierro fundido gris. Hoy en día, tienes hierro fundido gris, hierro con grafito compactado (CGI), aluminio, Alusil, etc. Todos esos materiales son diferentes desde el punto de vista químico. Es lógico que si toma el mismo abrasivo y lo ejecuta con la misma carga, la misma velocidad, a través de cuatro materiales de dureza diferente y químicamente diferentes materiales, obtendrá cuatro acabados superficiales diferentes.

"Esa es la lección que probablemente más aprendí en los últimos 12 meses: ver a diferentes personas que tenían diferentes éxitos y fracasos con los mismos productos y no entender lo que faltaba: era el acabado de la superficie. Esa es la diferencia y la razón por la cual el acabado de la superficie no fue consistente es el hecho de que el material del bloque, el material del orificio en sí, varía. Hay mucha variación, incluso en las camisas endurecidas, de un fabricante a otro".

Los constructores de motores tienen que lidiar con esas variables, desde un bloque de hierro fundido gris hasta un bloque con alto contenido de níquel, pasando por un bloque completamente de aluminio fundido con manguitos, frente a uno de palanquilla con manguitos. También tienes que considerar qué tan grandes son esas mangas. ¿Cuánto has sacado de las mangas? ¿Son muy delgados? son muy gruesos? Todo eso conduce a diferencias no solo en las irregularidades del acabado de la superficie, sino también en la distorsión del orificio.

"Esos son los desafíos que vemos que lo hacen divertido", dice Speed. "Lo bueno de un motor es que un motor es una cosa siempre compleja. Ninguno de ellos es igual. El entorno en el que se ejecutan es completamente diferente, por lo que no hay una respuesta mágica. Todos deseamos poder ir al libro de Smokey o Grumpy. libro y solo ve a la página 15 y ahí está la respuesta, solo ve y hazlo. Desearía que fuera así de simple, pero no lo es. Eso es lo que lo hace divertido ".

Estos diferentes materiales también han llevado a los fabricantes de pistones a aumentar el uso de recubrimientos en las faldas y coronas de los pistones porque son efectivos para minimizar el desgaste de los componentes.

"La mayoría de los juegos de pistones que ofrecemos tienen GRAFAL en las faldas, lo que reduce la fricción y actúa como una propiedad de amortiguación cuando el pistón y el cilindro hacen contacto", dice Maylish. "El recubrimiento de fosfato en realidad beneficia los orificios de los pasadores y las ranuras de los anillos hasta que el sistema de aceite del motor alcanza la presión de funcionamiento. El beneficio es que ayuda a prevenir el desgaste por fricción y las microsoldaduras. Vivimos en una época en la que el rendimiento está siendo empujado y esto impulsa nuevos conceptos y diseños. y formas de proteger el pistón".

Cuando se trata de los anillos de pistón que fabrica Total Seal, lo hacen para muchas aplicaciones diferentes, porque no hay una solución única.

"Tenemos un ejército o un arsenal de tecnologías", dice Speed. "No hay un solo material, ni un solo recubrimiento, ni un solo diseño. Lo que es ideal para un motor turbodiésel va a ser diferente de lo que es ideal para su motor de kart Honda Clone. Comenzamos con la aplicación y luego dejamos que la aplicación dicte el material, el recubrimiento y el diseño. Se trata de eficiencia, y cuando necesita eficiencia, ahí es cuando podemos ayudarlo".

Cuando se trata de maximizar la eficiencia, es fundamental comprender la fricción, el desgaste y la lubricación. De hecho, el 40% de la fricción en un motor es el anillo del pistón que roza contra la pared del cilindro. Si está tratando de mejorar la eficiencia de un motor, lo primero que debe mirar es el paquete de anillos del pistón.

"Es por eso que hemos pasado de anillos de 5/64 en los motores de producción a anillos de 2,8 mm en los motores de producción actuales debido a esa eficiencia", dice Speed.

Si bien ningún estilo de anillo de pistón es perfecto para todas las aplicaciones del motor, Lake admite que la combinación de tecnologías que se ven en el anillo con puerto de gas y acabado de diamante promete mucho.

"El acabado de diamante hace que el anillo sea más suave", dice. "Aunque necesita tener esa aspereza en la pared del cilindro para contener el aceite, no quiere aspereza en el anillo, porque si está tratando de sellar dos cosas juntas, se producirá un escape. El golpe significa menos eficiencia y más contaminación por aceite, ambas cosas malas. Un anillo de producción estándar probablemente tendrá un Ra en algún lugar en el rango de 13-14. Los anillos con acabado de diamante estarán cerca de 2, y ciertamente menos de 6. Son realmente suave. Eso por sí mismo crea un mejor sello del anillo simplemente al tener un acabado más suave".

Los anillos en el entorno actual no se sellan debido a la tensión estática. En los viejos tiempos, cuando tenías anillos enormes y baja compresión, esa tensión del anillo era suficiente para hacer el sello. En un motor de compresión 17:1 que genera más de 2500 psi de presión del cilindro, no se puede sellar la tensión.

"Lo que lo está haciendo es la presión del gas detrás del ring, razón por la cual tipos como Grumpy Jenkins estaban colocando puertos de gas en los pistones para darle al gas un camino más corto para viajar y llegar detrás del ring para usar el ring dinámicamente", dice. "Al poner el puerto de gas en el anillo en lugar del pistón, ahora no tienes que hacer un agujero en el pistón y estás recuperando ese espacio. Ahora, puedo tener un puerto de gas cerca del bolsillo de alivio de la válvula y no tengo que preocuparme de que este puerto esté demasiado cerca del bolsillo. Puedo tener una cantidad uniforme de puertos en el anillo y ahora el bolsillo de la válvula puede ser más profundo para obtener más elevación de la válvula o lo que sea que deba hacer. .

"Además, debido a que los aditivos detergentes en el aceite de motor son efectivos en el acero y no son tan efectivos en el aluminio, puedo mantener el anillo del pistón limpio por más tiempo para que el puerto de gasolina no se ensucie y no pierda efectividad con el tiempo". Y, debido a que los tengo espaciados uniformemente, no necesito tanto volumen de puerto. No está desgastando el orificio. Además, el anillo siempre está girando, por lo que la presión del gas no apunta solo a un lugar. . Se está moviendo, por lo que está desgastando el orificio uniformemente y usándolo menos".

Según Lake, los fabricantes de motores pueden aplicar los beneficios del puerto de gasolina a una gama más amplia de motores que antes. Estos anillos ofrecen un gran sello de anillo, lo que significa más eficiencia y prolongan la vida útil del motor. Es la tecnología de anillos de pistón la que tiene la aplicación más amplia.EB