Tecnología de pistones diésel

Cuanto más rápido y más lejos queremos ir, más se presionan los motores diésel, lo que crea una mayor demanda de componentes de motor para manejar el abuso. Como tal, las opciones de pistones personalizados continúan aumentando a medida que continuamos innovando dentro de la industria diésel para descubrir qué funciona y qué no. A menudo ha sido la escuela de los golpes duros, pero esas lecciones permiten a los fabricantes de pistones diseñar opciones personalizadas basadas en lo que han aprendido y en lo que ya saben sobre la durabilidad y el funcionamiento del equipo original (EO).

En primer lugar, el sentimiento común entre los fabricantes de pistones es que quieren ser contactados cuando selecciona pistones. Hay tantas opciones diferentes disponibles que es una gran ventaja aprovechar sus conocimientos.

"Dado que hemos pasado por todos los golpes duros de los motores diésel, sabemos qué funciona, qué no funciona y qué debe hacer en cada aplicación", dice Rick Canning, especialista técnico de CP Carrillo.

La mayoría de los pistones diésel de serie están fundidos, y el fundido, tradicionalmente, se encuentra en la parte inferior de la cadena alimentaria de rendimiento. Sin embargo, los pistones diésel fundidos de equipo original tienen una durabilidad comprobada y pueden funcionar, al menos hasta cierto punto, con la multitud de rendimiento. Una ventaja es que tienen un inserto de acero para el anillo superior. Además, utilizan un tipo de anillo superior trapezoidal, creando un movimiento radial que limpia la acumulación de carbono de la ranura, un beneficio importante para los motores diésel.

Los pistones fundidos también cuentan con galerías de enfriamiento de aceite detrás de los anillos para ayudar a controlar el calor, y es la combinación de estos aspectos de diseño lo que les permite manejar aumentos leves de potencia. En el caso de Mahle Motorsports, sus pistones fundidos se encuentran entre los pistones diésel más vendidos de la empresa, según Joe Maylish.

Los pistones fundidos tienen muchas ventajas, pero cuando está impulsando el rendimiento mucho más allá de los niveles de existencias y buscando algo más que una carrera de aceleración ocasional, es posible que esté empujando más de lo que puede manejar el fundido, lo que significa que es hora de actualizar a los pistones forjados.

"La forja produce una estructura de grano más compacta, aplastando las moléculas y haciéndolas más fuertes", dice Canning. Los motores de carreras de tracción o arrastre de alta potencia son una aplicación común para los pistones forjados, y aunque los camiones son el hogar obvio para la mayoría de los motores diésel, cada vez aparecen más entre los guardabarros de los automóviles, lo que ha ayudado a ampliar aún más la potencia. , demostrando su lugar en el rendimiento.

"Las personas que están introduciendo cantidades muy altas de impulso y tratando de generar cantidades escandalosas de caballos de fuerza, optan por forjar", coincide Maylish.

Sin embargo, el forjado no está exento de inconvenientes, y uno de ellos es la tasa de expansión. "El calor de la combustión se disipa en la parte superior del pistón, y debido a que es un pistón forjado, el diámetro de la tierra debe reducirse, por lo que cuando recibe mucho calor, no crecerá y golpeará la pared del cilindro", Canning. dice.

Muchos pistones forjados utilizan aleaciones de baja expansión para mantener el ajuste del pistón lo más ajustado posible, sin crear problemas de espacio libre y, debido al calor extremo, el espacio libre es de vital importancia. El pistón de aluminio fundido promedio necesitará un espacio libre en la pared del cilindro de aproximadamente 0,005"-0,006". Un pistón forjado de baja expansión requiere 0,007"-0,008", y una aleación de alta expansión puede requerir 0,010"-0,012" o más. Debido a estas tasas de expansión variables, los fabricantes de pistones siempre enfatizan la importancia de las mediciones durante el montaje.

"Con un diésel, incluso los mejores componentes pueden destruirse si no se ensamblan correctamente", señala Canning.

Los pistones forjados plantean otro problema. Si bien son más fuertes que los fundidos, no tienen la durabilidad a largo plazo, porque no puede forjar un pistón alrededor de un inserto de acero para el anillo superior, ni puede crear una galería de enfriamiento de aceite detrás de los anillos. . Los beneficios de un anillo trapezoidal en un diesel son excelentes para la longevidad, pero la desventaja de este estilo de anillo es que provocará un desgaste acelerado sin un material duro para protegerlo, que es el propósito del inserto de acero. Esta es la verdadera ventaja de los pistones de serie, y una de las razones por las que muchas personas se quedan con ellos todo el tiempo que pueden.

El movimiento de un anillo trapezoidal en su ranura se vuelve más pronunciado cuando se requiere un espacio libre adicional en la pared del cilindro para compensar la expansión del pistón.

"Los motores diésel son muy duros con las ranuras de los anillos", dice Canning. "Los pistones diésel forjados están anodizados duros para brindar protección adicional. Tampoco usamos ranuras de anillo trapezoidal. Usamos una ranura de anillo rectangular convencional porque cuando el diámetro de tierra se extrae del orificio, lo que tiene para el espacio libre vertical y el retroceso permanece lo mismo."

Otro aspecto de los pistones diesel personalizados es la reubicación de la ranura del anillo superior debido a las cargas extremas de calor y presión en la parte superior del pistón.

"Para hacer que estos pistones duren en aplicaciones de alta potencia y alta temperatura, en ciertas aplicaciones, bajamos el anillo superior .600", dice.

La expansión puede agravarse a medida que aumentan los niveles de impulso y el rendimiento, y tampoco es el único factor relacionado con el calor a considerar. La mayoría de los pistones originales tienen una protuberancia o pico en el centro del recipiente que ayuda a dispersar el combustible rociado por el inyector en el recipiente circundante. A medida que la taza se curva hacia arriba, generalmente hay un labio o saliente que redirige la mezcla de aire/combustible hacia el centro de la taza. Esto es específico por diseño para una combustión más limpia para reducir las emisiones, pero el calor tiende a concentrarse en el área del labio superior del tazón, y en un motor que funciona con un impulso alto, el calor puede acumularse en el labio o en el voladizo y provocar una detonación o agrietamiento. en el pistón.

"Los puntos calientes son un gran problema en los motores diesel", dice Canning. "Los bordes afilados causan problemas y el calor penetrará donde puede quemar agujeros en los pistones. Hicimos platos de pistón no nitrosos con radios generosos que van desde el plato hasta las cavidades de las válvulas y alrededor de las cavidades de las válvulas. Todo tiene un radio generoso alrededor para evitar cualquier tipo de disipación de calor.Toda la parte superior es completamente lisa, mecanizada y redondeada."

El trabajo personalizado a menudo se realiza en pistones de estilo OE, mecanizando el labio diseñado alrededor del tazón, además de biselar o mezclar el borde superior del tazón para eliminar la posibilidad de puntos calientes. Se ha demostrado que esto es efectivo, pero no tiene las mismas ventajas que los pistones personalizados, que están diseñados sin puntos calientes desde el principio.

Se tienen en cuenta muchos factores al diseñar un pistón diésel, incluido el tipo de inyector y el patrón de rociado, así como las estrategias de combustible e ignición que se utilizarán en la puesta a punto. Esto puede afectar el diseño o la inclusión de un pico, y una pregunta común de los consumidores está relacionada con el ángulo del inyector del plato.

"Hicimos un plato de tazón ancho que cubre todos los diferentes ángulos", dice Canning, reforzando nuevamente la idea de que es fundamental que los fabricantes de pistones sepan todo sobre la aplicación para proporcionar el pistón correcto. "Los platos pequeños producen menos energía sin nitroso, pero con nitroso, un plato pequeño es mejor".

Otro aspecto de un pistón personalizado que puede mejorar su resistencia es el bulón. El extremo del pasador de una biela diésel está ahusado hacia la parte superior para aumentar la superficie de apoyo y distribuir la carga en un área más amplia en la parte inferior del pasador en la biela en la carrera descendente, y también en el lado superior entre el pasador y pistón. A diferencia de mecanizar el cono en una pieza forjada, es una ventaja duplicar la forma de la varilla en la pieza forjada.

"Dado que tenemos varillas Carrillo y pistones CP, duplicamos la conicidad de la varilla Carrillo en el forjado del pistón CP", señala Canning.

Otra opción de pistón es el acero, que ofrece el rendimiento del aluminio forjado, pero con la ventaja adicional de la durabilidad. Los pistones de acero son increíblemente fuertes y pueden soportar el calor. Basados ​​solo en esos factores, pueden parecer la opción ideal, pero también tienen inconvenientes. Si se produce alguna rozadura entre la pared del cilindro y la falda del pistón, lo más probable es que el acero dañe la pared del cilindro, mientras que el aluminio es más fácil en las paredes del cilindro y cualquier daño solo ocurrirá en el pistón mismo.

Los recubrimientos son una tecnología que agrega múltiples opciones y puede variar entre pistones personalizados. Los recubrimientos térmicos superiores no están destinados a sustituir la calidad, pero cuando está superando los límites, pueden ser esa pequeña ventaja adicional que lo ayuda a pasar sin dañar el pistón. También pueden ayudar a prevenir los puntos calientes y brindarle una ventana de ajuste un poco más grande.

"Ofrecemos un revestimiento de barrera térmica para la corona del pistón", nos dijo Maylish de Mahle. "Es una capa adicional de protección contra el choque térmico, para evitar que el exceso de calor penetre en la corona del pistón".

El anodizado duro es un proceso común para proteger las ranuras del anillo, pero algunas empresas ofrecen un revestimiento antidesgaste a base de níquel. Aunque agrega grosor al material, el anodizado es un proceso que aumenta el grosor de la capa de óxido natural en el metal, a diferencia de un recubrimiento que se aplica, lo que requiere un tipo diferente de acabado de máquina.

Los revestimientos de falda están diseñados para reducir la fricción, con la intención principal de reducir el desgaste y la fatiga de la falda del pistón.

"El material que usamos en las faldas de pistón Mahle es Grafal", dice Maylish. "Tiene una propiedad de amortiguación, y donde existe la posibilidad de contacto con la pared del cilindro, el Grafal evitará el contacto de metal con metal".

El enfriamiento del aceite es otro aspecto importante de los pistones diésel. Se enfrían rociando la parte inferior del pistón y dirigiendo parte del aceite hacia las cavidades detrás de los anillos. Dado que las mismas galerías no se pueden moldear en un pistón forjado, muchos pistones personalizados están diseñados para dirigir el rociado de aceite a fin de maximizar el enfriamiento.

En última instancia, uno de los factores más importantes al pedir pistones diésel es proporcionar al fabricante de pistones de su elección toda la información sobre su construcción y el uso previsto. Los fabricantes de pistones fomentan su participación para asegurarse de que obtenga los pistones que necesita.

"Si tiene alguna pregunta de cualquier tipo, llámenos", reitera Maylish. "Tenemos personas que han estado en nuestro personal de ventas por más de 20 años y personas que han estado en nuestro personal de ingeniería por más de 30 años. Podemos ayudarlo".EB