Pistones De Motor – Tipos, Funciones, Averías y causas

¿Quieres saber que son los pistones de motor? Los pistones son la parte más esencial de un motor alternativo, ya que ayuda a convertir la energía química obtenida por la combustión del combustible en energía mecánica útil y proporciona un medio para transportar la expansión de los gases al cigüeñal, a través de la biela, sin pérdida de gas desde arriba o aceite desde abajo.

Esto es solamente lo básico que deberías de conocer sobre los pistones de motor, ya que todo lo referente a esta importante pieza es muy interesante, por eso te invitamos a seguir leyendo nuestro artículo. Aquí te detallaremos desde su fabricación, tipos, funciones, hasta las averías y sus causas para que puedas identificar las fallas en tu coche.

 

¿Qué son los pistones de motor?

Entonces, el pistón es básicamente un tapón cilíndrico que se mueve hacia arriba y hacia abajo en el cilindro. Este tiene un anillo para proporcionar un buen sellado entre él y la pared del cilindro, y aunque el pistón parece ser una pieza simple, en realidad es bastante complejo desde el punto de vista del diseño.

Por otro lado, para la eficiencia y economía del motor con relación al funcionamiento del pistón, este debe operar en el cilindro con una fricción mínima y debe ser capaz de resistir la alta fuerza explosiva generada en del cilindro así como también las temperaturas muy altas que van desde 2.000 ° C hasta más de 2.800 ° C durante el funcionamiento.

En reglas generales, los pistones de motor deben ser lo más fuerte posible, sin embargo, su peso debe minimizarse tanto como sea necesario para reducir la inercia debido a su masa recíproca.

Material utilizado para la fabricación de los pistones

El material utilizado para los pistones de motor es una aleación de aluminio, ya que dichos pistones de aluminio pueden ser fundidos o forjados. También se utiliza hierro fundido para los mismos. El hierro fundido es un material universal en los primeros años porque posee una excelente calidad de uso, coeficiente de expansión e idoneidad general en la fabricación.

Pero debido a la reducción de peso en las partes recíprocas, el uso de aluminio para el pistón fue esencial. Para obtener igual resistencia es necesario un mayor espesor de metal, se pierde la misma ventaja del metal ligero.

El aluminio es inferior al hierro fundido en cuanto a resistencia y cualidades de desgaste, y su mayor coeficiente de expansión requiere una mayor holgura en el cilindro para evitar el riesgo de agarrotamiento.

La conductividad térmica del aluminio es aproximadamente tres veces la del hierro fundido, y esto, combinado con el mayor espesor necesario para la resistencia, permite que un pistón de aleación de aluminio funcione a temperaturas mucho más bajas que uno de hierro fundido (200 ° C a 250 ° C en comparación con 400 ° a 450 ° C).

Como resultado, no se forma aceite carbonizado en la parte inferior del pistón y, por lo tanto, el cárter se mantiene más limpio. Esta propiedad de funcionamiento en frío del aluminio ahora se reconoce tan valiosa como su ligereza, de hecho, los pistones a veces se hacen más gruesos de lo necesario para la resistencia a fin de proporcionar un enfriamiento mejorado.

Partes de un pistón:

Los pistones de motor constan de tres partes principales, que son los siguientes:

1. Fondos: sirve para absorber la carga de calor y las fuerzas de los gases
2. Pieza de sellado: transfiere la mayor parte del calor del pistón al cilindro y evita la penetración de gas
3. Pieza de guía: mantiene la posición del pistón y transfiere la fuerza lateral a la pared del cilindro

Ahora, echemos un vistazo más de cerca a cada una de estas partes detallándote su propósito:

El Fondo

La parte inferior del pistón asume la carga térmica principal y, por tanto, tiene un mayor espesor. Cuanto más grueso es, mayor es la masa del pistón en sí, pero menos calentamiento.

El grosor estándar del fondo es de 7-9 mm, en los motores turbo es de 11 mm y en los motores diésel es de 10-16 mm. También hay pistones, cuyo grosor inferior es menor que el estándar: 5,5-6 mm. Estos se utilizan, por ejemplo, en algunos modelos de automóviles Honda.

Para aumentar la resistencia, así como para reducir la probabilidad de sobrecalentamiento y quemado en algunos tipos de pistones, la parte inferior y la primera ranura del anillo de compresión están anodizadas en duro. Es decir, la capa fina superior de aluminio se convierte en un revestimiento cerámico con un espesor de 8-12 micrones.

Pieza de sellado

La pieza de sellado incluye un raspador de aceite y anillos de compresión. Los orificios del raspador de aceite tienen orificios pasantes a lo largo del perímetro, a través de los cuales el aceite, extraído de la superficie del cilindro, fluye hacia el pistón.

Algunos de ellos tienen una llanta especial de hierro fundido resistente a la corrosión, con una ranura especial para el anillo de compresión superior. En los motores modernos, solo se utilizan tres anillos: un raspador de aceite y dos anillos de compresión.

Pieza guía

La parte de guía (tronco) se llama faldón del pistón. En el interior, tiene resaltes en los que hay un orificio para el bulón del pistón. Para arreglar este último, se proporcionan ranuras donde se ubican las partes que sirven para bloquear el dedo.

El borde inferior del faldón está destinado al mecanizado posterior del pistón. A tal efecto, se suministra con un collar especial. Si el peso del pistón maquinado es mayor de lo que permite el motor, se ajusta quitando parte del metal del interior del talón.

En aquellos lugares donde se encuentran los orificios para el pasador del pistón, se cortan rebajes especiales de la parte exterior del faldón. Esto hace que las paredes aquí no interactúen el cilindro para formar los conocidos “refrigeradores”.

Por otro lado, sus paredes también se han diseñado con la intención de absorber la presión lateral, lo que mejora la fricción contra el cilindro y desarrolla el calentamiento de ambas partes.

Tipos de pistones

Los siguientes son los diferentes tipos de pistones utilizados en el motor:

• Pistones de aleación "Lo-Ex"
• Pistones de puntal invar
• Pistones autotérmicos
• Pistones bimetálicos
• Pistones Specialloid
• Pistones dignos

¿Cómo funciona cada tipo de pistón?

Debido a su composición y forma puedes encontrar una variedad de pistones de motor y a continuación te los mostraremos:

1.     Pistones de aleación "Lo-Ex"

Lo-Ex es el nombre de una aleación ligera para los pistones de motor, que significa baja expansión con la temperatura. Estos contienen lo siguiente:

• Silicio 11 a 13%
• Níquel 0,7 a 2,5%
• Magnesio 1%
• Cobre 1%
• Aluminio 86,3 a 82,5%

Aunque contiene todos es estos elementos el coeficiente de expansión es en realidad solo un 2% menor que el del aluminio puro, pero esta mejora, combinada con buenas cualidades de resistencia al uso y al calor, hace que la aleación sea variable.

2.     Pistones de puntal invar

En estos tipos de pistones de motor se encuentra un 36% de níquel y un 64% de hierro. Por lo que tiene un coeficiente de expansión insignificante, 000000063 por ° C. Además se han colocado puntales invariables en el pistón que conectan los resaltes de los pasadores y el faldón, y se han proporcionado de tal manera que la expansión resultante del pistón es casi la misma que la del cilindro.

3.     Pistones autotérmicos

Aquí se encuentran inserciones de acero de baja expansión en los resaltes de los pasadores del pistón. Estos insertos están moldeados de tal manera que sus extremos se anclan en el faldón del mismo, como se muestra en la figura.

En este caso, una distorsión bimetálica debido a los diferentes coeficientes de expansión del inserto y el metal base transfiere parte del generoso juego inicial proporcionado en el eje del bulón al eje de empuje a medida que el pistón se calienta.

Esta acción permite mantener pequeños espacios libres en el eje de empuje tanto en condiciones de frío como de calor, lo que proporciona un funcionamiento más silencioso.

4.     Pistones bimetálicos

Estos tipos de pistones están hechos de acero y aluminio. Un ejemplo interesante de la construcción bimetálica es el diseño de flores, como se muestra en la figura. Consta de faldón de acero y bajos de pasador.

Como el coeficiente de expansión térmica del acero es bastante pequeño, en el interior se funde una aleación de aluminio que forma la cabeza del pistón, la cual es pequeña, y así el mismo no se expandirá mucho, por lo tanto, se pueden mantener espacios en frío más chicos.

De esta forma se verá que el faldón de acero es funcionalmente parte del pistón. Tendrá que ser considerable siendo muy pequeño y por lo tanto permitir que se utilicen pequeños espacios libres.

5.     Pistones Specialloid

La producción de Specialloid cubre una amplia gama de pistones de motor para cero, los cuales son utilizados en motores de gasolina para automóviles y motores diesel para vehículos comerciales, papelería industrial, tracción ferroviaria, propulsión principal marina y fines auxiliares.

El moderno pistón diesel specialloid tiene nervaduras verticales en la superficie interna del faldón y los pilares macizos que llevan la carga directamente desde la corona al área del cojinete del bulón.

Las secciones de corona, anillo-cinturón y faldón están en proporción a las características térmicas, lo que da como resultado una reducción sustancial de las temperaturas de funcionamiento, reduciendo así la tendencia a pegarse el anillo y la distorsión del agrietamiento térmico en la región de las cavidades de la válvula en el borde del recipiente de combustión.

El material preferido es una aleación de baja expansión y alta resistencia a la tracción con un contenido de silicio del 11-12% denominada specialloid S. 132. El principio de termoflujo especial se ha adoptado en la construcción del pistón specialloid, en el que no hay cambios bruscos en las secciones.

Que formaría una barrera de flujo de calor. La figura muestra un pistón Thermoflow de servicio pesado típico que se utiliza en motores diesel de alta calificación.

6.     Pistones dignos

Wellworthy Ltd de Gran Bretaña produce los pistones de motor de alta resistencia que tendrán portadores de anillos insertados de hierro fundido para los anillos superiores del pistón. Estos portadores insertados se han aplicado recientemente a un solo anillo de pistón del motor diesel.

Por lo que el desgaste en la ranura superior se reduce así al mínimo en comparación con el que habría sido en la aleación ligera sin protección.

El proceso de unión molecular Al-Fin se utiliza para insertar los portadores del anillo, lo que evita cualquier riesgo de que el inserto se afloje. También supera las grandes dificultades por oxidación del aluminio durante la fundición.

Por otra parte, en los motores de gasolina donde la severidad de las condiciones de trabajo no justifica el uso de un inserto, se ha obtenido una protección exitosa de las ranuras mediante el proceso de anodizado.

Características claves para un buen funcionamiento de los pistones de motor

Ya te hemos mostrado lo básico de los pistones de motor, es momento de explicarte un poco más de su funcionamiento y para eso te detallaremos esas características claves que hacen que el pistón funcione eficientemente:

Holgura del pistón

¿Qué es la holgura del pistón? Los pistones de motor suelen tener un diámetro más pequeño que el diámetro interior del cilindro. El área entre ellos se denomina holgura del pistón y es esencial por las siguientes razones:

• Proporciona un espacio para una película de lubricante entre el pistón y la pared del cilindro para reducir la fricción.
• Evita el agarrotamiento del pistón: debido a la temperatura de funcionamiento muy alta, el pistón y el bloque de cilindros se expanden. El cilindro se enfría más rápido que el pistón, por lo tanto, se debe dejar suficiente espacio libre para que dicha pieza se expanda, de lo contrario, se producirá el agarrotamiento.
• Si no hay espacio entre el pistón y el cilindro, será difícil que él se mueva alternativamente.

La holgura del pistón depende del tamaño del orificio del cilindro y del metal utilizado en el pistón. Pero generalmente es de 0,025 mm a 0-100 mm. En funcionamiento, esta holgura se llena de aceite para que el pistón y los anillos se muevan sobre películas de aceite.

Si la holgura es demasiado pequeña, habrá pérdida de potencia por fricción excesiva, desgaste severo y posible agarrotamiento del pistón en el cilindro. Por otro lado, ocurrirá un golpe de pistón si la holgura del mismo es demasiado, ya que este golpe significa la inclinación repentina del cilindro cuando el pistón está hacia abajo en la carrera de potencia.

Lo que sucedes es que el pistón se desplaza de un lado del cilindro al otro con suficiente fuerza para producir un ruido distinto. A medida que el pistón se calienta, la holgura se reduce y el ruido suele desaparecer.

Con el fin de que se puedan utilizar holguras fijas sin riesgo de agarrotamiento, se han introducido aleaciones especiales y se están utilizando muchos diseños del pistón. Estos diseños especiales implicaban pulido de levas a formas no circulares, faldones semiflexibles que incorporan hendiduras oblicuas, distribuciones controladas y similares.

Forma de la cabeza o corona del pistón

La cabeza del pistón suele ser plana, pero tiene una forma que se adapta a la cámara de combustión. El espacio de combustión se puede controlar abombando la corona del pistón y el hueco para las cabezas de las válvulas también se puede mecanizar en la corona.

La relación de compresión se puede controlar mecanizando la cámara de combustión en el pistón, pero significa que la mayor parte del calor de combustión debe consumirse a través del pistón en lugar de la culata.

Desplazamiento del pasador del pistón

La cara del pistón que se apoya con mayor fuerza contra la pared del cilindro durante la carrera de potencia se denomina cara de empuje principal. En algunos motores, el pasador del pistón está desplazado desde la línea central del pistón hacia esta cara.

Si el pasador del pistón está centrado, la cara de empuje menor permanecerá en contacto con la pared del cilindro hasta el final de la carrera de compresión.

Pero el ángulo de la biela cambia de izquierda a derecha tan pronto como comienza la carrera de potencia. Esto provoca un cambio repentino del empuje lateral en el pistón desde la cara de empuje menor a la cara de empuje mayor. Si hay una holgura apreciable, se producirá un golpe de pistón

Por otro lado, si el pasador del pistón está desplazado, la presión de combustión hará que el pistón se incline a medida que se acerca al TDC, de modo que el extremo inferior de la cara de empuje principal primero hará contacto con la pared del cilindro.

Luego, después de que el pistón pasa el TDC y se produce la inversión del empuje lateral, se hacen contactos con la cara de empuje mayor completa con menos tendencia a que se produzca el golpe del pistón.

Control de expansión en pistones

Durante el funcionamiento, el pistón funciona muchos grados más calientes que el cilindro, porque el cilindro está rodeado de agua de refrigeración. Por tanto, este pistón se expande más que el cilindro. Esta expansión debe controlarse para evitar la pérdida de la holgura adecuada del pistón. Tal pérdida puede causar serios problemas en el motor.

El problema es más preciso con los pistones de aluminio porque el aluminio se expande más rápidamente que el hierro con el aumento de temperatura. La expansión de la falda del pistón se puede controlar mediante varios métodos como los siguientes.

• Manteniendo el calor alejado de la parte inferior del pistón.
• Haciendo Heat Dam
• Pulir la leva del pistón
• Usando puntales

1.     Manteniendo el calor alejado de la parte inferior del pistón tanto como sea posible.

Esto se puede hacer en el pistón de faldón completo cortando ranuras horizontales en la pieza, justo debajo de la ranura del anillo de control de aceite inferior. Estas ranuras reducen la trayectoria del calor que viaja desde la culata hasta el faldón.

Por lo tanto, la falda no se calienta tanto y no se expande tanto. En algunos pistones de motor con faldón completo, también se cortan ranuras verticales en el faldón, lo que permitiría la expansión del metal en el mismo, con el aumento apreciable del diámetro del pistón.

2.     Haciendo Heat Dam

La presa de calor tiene una ranura cortada cerca de la parte superior del pistón. Esto reduce el tamaño de la trayectoria que puede viajar el calor desde la cabeza del pistón hasta el faldón. La falda, por lo tanto, funciona más fría y no se expande tanto.

3.     Al pulir la leva del pistón

Los pistones están terminados de modo que sean ligeramente ovalados (elípticos) cuando están fríos. Estos pistones se denominan pistones con tierra de leva. Por tanto, aumenta su área de contacto con la pared del cilindro.

El eje menor de la elipse se encuentra en la dirección del eje del pasador del pistón. La mayor expansión a lo largo del eje menor es causada por los salientes del pistón. Así, la pieza después de la expansión a la temperatura de funcionamiento se vuelve circular.

4.     Usando puntales

La expansión del pistón también se puede controlar mediante el uso de puntales, bandas o correas moldeadas en el pistón. Estos hacen que el empuje hacia fuera de la cabeza del pistón en expansión se lleve más hacia los resaltes del pasador del pistón que hacia las caras de empuje, de modo que el efecto es similar al de los pistones rectificados por leva.

Fallas o averías de los pistones de motor

Ahora te nombraremos algunas de las fallas más comunes que se pueden apreciar en los pistones de motor junto a sus causas:

Desgaste del pistón

El pistón, como cualquier otro elemento de trabajo del motor, está sujeto a daños mecánicos y desgaste, ya que el funcionamiento diario del automóvil contribuye al desarrollo del recurso de las piezas, como lo indica:

• Mayor consumo de aceite
• Humo azul del tubo de escape
• Depósitos de carbón en las bujías
• Funcionamiento inestable del motor de combustión interna en ralentí (vibración de la palanca de cambios)
• Aumento del consumo de combustible en 2 o más veces
• Disminución de la potencia del motor, etc.

Todo esto atestigua el funcionamiento incorrecto del motor, en particular, del grupo de pistones.

Agarre y depósitos de carbón en la corona del pistón

Aparecen por sobrecalentamiento de los pistones de motor debido a una violación del proceso de combustión, deformación o taponamiento de la boquilla de aceite, un desajuste en el tamaño de la pieza con los recomendados, un mal funcionamiento del sistema de enfriamiento y una disminución en el hueco en la parte superior de la superficie de trabajo.

Marcas de impacto en la corona del pistón

Indican una protuberancia del pistón demasiado grande, un asiento incorrecto de la válvula, una holgura demasiado pequeña en la transmisión de la válvula, depósitos de carbón de aceite en la corona del pistón, un sello incorrecto de la culata de cilindros o una distribución incorrecta de la válvula.

Soldar y fundir metal en superficies

Indican inyección de combustible desigual, encendido tardío, compresión insuficiente de la mezcla, sincronización incorrecta del inicio de la inyección y su cantidad, mal funcionamiento de las boquillas de inyección.

Grietas en la corona del pistón y en la cámara de combustión

Hablan de compresión insuficiente en los cilindros, mala refrigeración del pistón, inyección incorrecta de la mezcla. Pueden aparecer grietas cuando los pistones de motor se instalan en una cámara de combustión que no les da forma.

Anillos de pistón dañados

Surgen como resultado de una instalación incorrecta de pistones, exceso de combustible en la cámara de combustión, vibración de los propios anillos o desgaste axial severo de la ranura anular.

Desgaste del pistón radial

Observado por exceso de combustible en la cámara de combustión. Este problema es consecuencia de fallas en la preparación de la mezcla, interrupción del proceso de combustión o presión de compresión insuficiente. El desgaste axial se produce como resultado de la contaminación del pistón durante el rodaje del motor.

Desgaste del faldón del pistón

El daño de la falda puede ocurrir por varias razones. El parche de contacto asimétrico en el lado del maletero generalmente es causado por torsión o deformación de la biela, orificios del cilindro mal perforados, gran juego de cojinetes de la biela u orificios perforados oblicuamente en las cabezas de las bielas.

El agarrotamiento ocurre debido a un asiento demasiado cerrado de los pistones, errores en la instalación de una biela por prensado en caliente, he incluso lubricación insuficiente cuando se arranca el motor por primera vez.

Las superficies de fricción del faldón del pistón también se desgastan debido a la entrada de combustible en el aceite, un dispositivo de arranque defectuoso de un motor frío, compresión insuficiente, interrupciones en el encendido y el funcionamiento del motor de combustión interna en un aire sobre enriquecido.

Cavitación de mangas

La cavitación es la principal causa de falla del revestimiento. Este fenómeno es causado por un enfriamiento insuficiente, temperaturas demasiado bajas o altas, el uso de un refrigerante inadecuado, un asentamiento incorrecto o inexacto de las camisas de los cilindros y el uso de juntas inadecuadas.

Depósitos de carbón de aceite en la parte inferior del cilindro

Estos depósitos son causados por un exceso de aceite en la cámara de combustión. Esto es causado, a su vez, por un mal funcionamiento de las piezas, una penetración de gases con la penetración de aceite en el tracto de succión y una separación insuficiente de la neblina de aceite de los gases del cárter.

Últimas palabras

Esperamos haber cubierto todo sobre los pistones de motor, ya que es una de las partes más importantes que deberías conocer. Si tienes alguna duda sobre los pistones puedes preguntarnos en los comentarios porque te responderemos con mucho gusto, y si te gusta este artículo, compártelo con tus amigos.

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