Componentes Clave del Pistón y sus Funciones en Motores de Combustión Interna

Las partes del pistón trabajan juntas para la transformación de energía calorífica en trabajo mecánico y viceversa. Se mueve hacia arriba y abajo dentro del cilindro para expandir y contraer la mezcla aire-combustible. Por esta razón, un pistón es inevitable en un motor de combustión interna.

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Hoy profundizaremos en los componentes principales de los pistones y sus funciones.

Partes principales de los pistones y sus funciones

A continuación, las explicaciones de los componentes principales de un pistón:

Segmentos del pistón (Piston rings):

Los segmentos del pistón son piezas de anillos partidos que se montan en una zona acanalada del pistón. Generalmente hay tres segmentos en un motor. A veces el anillo puede ser uno, dependiendo del tipo de motor.

La función principal de un segmento de pistón es sellar la cámara de combustión y controlar el uso de aceite lubricante. Los anillos también ayudan a conducir el calor hacia la camisa del cilindro.

El primer anillo más cercano a la cámara de combustión se conoce como segmento de compresión. También se llama anillo de gas o presión. Impide la fuga de gases de combustión y transfiere calor del pistón a las paredes del cilindro.

El segmento rasacace (scraper) o limpiador (wiper ring) es el anillo ubicado entre el de compresión y el de aceite. Está diseñado con una superficie cónica y cumple la función del primer y último anillo. Su propósito incluye sellar la cámara de combustión y limpiar el aceite en las paredes del cilindro del pistón.

Finalmente, el segmento de control de aceite (oil control ring) es el anillo inferior del pistón. Consiste en dos superficies delgadas con orificios alrededor. Su función es permitir el reflujo de aceite hacia el cárter y eliminar el exceso de aceite de las paredes del cilindro.

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Falda del pistón (Piston skirt):

La falda del pistón es un material cilíndrico unido a la porción redonda del pistón. Generalmente se fabrica de hierro fundido para resistir el desgaste y por sus propiedades autolubricantes. Hay ranuras en la falda que permiten que los segmentos del pistón se asienten perfectamente.

La función de la falda del pistón es desplazarse arriba y abajo en el cilindro. Está diseñada para resistir las fuerzas laterales desarrolladas al cambiar el ángulo de la biela. Hay dos tipos principales de faldas de pistón: falda completa y falda deslizante (slipper skirt).

La falda completa del pistón también se conoce como falda sólida. Tiene forma tubular, comúnmente usada en motores de automóviles grandes. Mientras que la falda deslizante del pistón se encuentra comúnmente en motocicletas y pocos coches. Hay alguna parte en la falda recortada, dejando solo las superficies en la parte trasera y frontal de la pared del cilindro. Esto reduce el peso y minimiza el área de contacto entre el cilindro y la pared del pistón.

Si la falda está desgastada, será difícil obtener un sellado adecuado para una combustión eficiente. El pistón también rozará el cilindro de manera incontrolada, lo que causará golpeteo del pistón (piston slap). Con esto, ocurrirá ruido de piston slap, especialmente en arranques en frío. El ruido desaparecerá repentinamente en cuanto el motor se caliente. Esto es porque la expansión resultante cierra el espacio entre el pistón y el cilindro.

En situaciones donde el ruido no cesa, el cilindro puede necesitar rectificarse y probablemente otras medidas. Si no, el problema podría causar más daño al motor.

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Pasador del pistón (Piston pin):

El pasador del pistón es una parte del pistón también conocida como pasador de muñeca (wrist pin) o pasador de pistón (gudgeon pin). Este pasador es el eje hueco o macizo en la sección de la falda. Hay una biela pivotada en este pasador, mantenida en el buje del anillo del pistón.

Los pasadores del pistón se crean con acero aleado para ofrecer buena resistencia a la tracción. Luego se mecanizan para ajustarse a los cojinetes del pistón. El aceite se suministra a este pasador a través de orificios en la biela, ayudando a reducir la fricción.

La función del pasador del pistón es ofrecer soporte de cojinete para que el pistón pueda funcionar correctamente. Esto es porque los pasadores del pistón forman una conexión o punto pivotal de los pistones y la biela. Es decir, el pasador asiste el movimiento de ida y vuelta del pistón. Hay tres tipos de pasador de pistón.

El pasador fijo o estacionario es uno de los tres tipos. Está unido a los apoyos del pistón a través de un tornillo, permitiendo que la biela se posicione en él.

Un semiflotante es otro tipo de pasador que se une a la biela en el medio. Está diseñado para mover libremente el cojinete del pistón y en los apoyos. Finalmente,

El pasador totalmente flotante (full floating pin) es un tipo que no está unido a la biela del pistón. Sin embargo, está asegurado con tapón, clip o anillo elástico montado en los apoyos del pistón. Este diseño permite que el pasador oscile en los apoyos y la biela.

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Cabeza del pistón (Piston head):

Esta parte del pistón también se conoce como corona o cúpula (crown or dome), que es la superficie superior. Es la parte que contacta los gases de combustión, haciéndola experimentar temperaturas extremadamente altas.

Bien, el pistón se fabrica con aleaciones especiales, como aleación de acero, que pueden resistir la temperatura y evitar que se derrita.

La función de la cabeza del pistón es recibir presiones, temperaturas y otras tensiones del gas en expansión.

La cabeza del pistón también sirve para otros propósitos, como crear turbulencia (swirl) para hacer la combustión uniforme y regular el picado (knocking). La cabeza del pistón actúa como barrera térmica entre la cámara de combustión y las partes inferiores del pistón.

Los pistones están disponibles en diferentes tipos adecuados para un tipo específico de motor. Hay muchos factores que determinan el diseño de la cabeza del pistón, como el tipo de motor y el rendimiento requerido.

Biela (Connecting rod):

Una biela es una de las partes principales del pistón, a menudo abreviada como conrod o vástago. Conecta el pistón al cigüeñal del motor y permite el movimiento del pistón en la cámara.

El componente está diseñado para soportar tensión mecánica, por eso es lo suficientemente robusto. Las partes del pistón se fabrican mediante forja y a veces proceso de fundición.

La mayoría de pistones están hechos de acero, ya que es adecuado para motores de alto rendimiento. El aluminio se usa cuando se necesita un pistón más ligero para motores más suaves.

La función de la biela es girar el cigüeñal, produciendo el movimiento que permite que el motor funcione. Esta biela contiene un orificio taladrado que suministra aceite lubricante a las paredes del cilindro y al pasador de muñeca.

Las bielas tienen diferentes diseños que incluyen unión fresada, unión por fractura, recta y separación angular, así como diseño de vástago paralelo y cónico. Hay varias partes en una biela que incluyen:

• Extremo pequeño: es el extremo más pequeño de la biela que consiste en ojo de biela y buje de pistón. Este extremo pequeño se conecta al pistón a través de un pasador de pistón.
• Extremo grande: la parte opuesta al extremo pequeño de la biela. Está conectada al cigüeñal. Finalmente,
• Vástago de la biela: esta parte está entre el extremo pequeño y grande de la biela. Suele ser una construcción de doble T y puede o no contener un paso de aceite para conducir aceite al cilindro.

Tornillo de biela (Connecting rod bolt):

Otra parte del pistón que no puede dejarse atrás es el tornillo de biela. Se usa para montar la biela al cigüeñal. Hay una tapa de biela y cojinete en el extremo inferior de los tornillos. Una tuerca se usa luego para asegurar los componentes juntos con el tornillo.

El tornillo se fabrica de acero, pero se usa aluminio cuando se necesita una pieza más ligera. El níquel también se usa cuando se requiere una biela más fuerte, lo que a menudo se necesita en vehículos pesados.

La función de los tornillos es asegurar la biela al cigüeñal, ayudando a la biela a resistir la tensión causada por el cigüeñal rotativo.

La biela se rompería y afectaría el funcionamiento de las partes del motor si se excluye el tornillo. Este tornillo asegura cada carrera del pistón y garantiza un funcionamiento suave del motor.

Cojinetes del pistón (Piston bearings):

Los cojinetes son grandes partes del pistón que ayudan a la efectividad del movimiento. Están ubicados en los puntos donde ocurre la rotación pivotal. Estos cojinetes son usualmente piezas de metal semicirculares que encajan en los orificios de estos puntos.

Las camisas en el extremo grande donde la biela se conecta al cigüeñal son parte de los cojinetes del pistón. El componente a menudo se fabrica con metales como cobre, silicio, aluminio, etc. Se recubre además para mejorar la dureza y darles la capacidad de soportar la carga del pistón y los movimientos de conexión.

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