Al reconstruir un motor de fábrica con un diámetro de cilindro original o, alternativamente, al sobredimensionar el cilindro e instalar pistones y segmentos de fábrica sobredimensionados, en la mayoría de los casos, los segmentos vienen precalibrados, lo que significa que ya están ajustados al diámetro del cilindro, por lo que, una vez instalados, están listos para usar. Sin embargo, al instalar un pistón forjado de posventa, lo más probable es que trabaje con segmentos de pistón de ajuste preciso. En este artículo, aprenderá a seleccionar, medir y ajustar la separación de los extremos de los segmentos para lograr un sellado confiable.
En este artículo: Cómo elegir la holgura correcta entre los extremos | Cómo medir la holgura entre los segmentos del pistón | Ajuste de la holgura entre los segmentos | Optimización de la holgura entre los segmentos del pistón | Rodaje del motor | Conclusión
Quizás se pregunte por qué los fabricantes de piezas de repuesto no suministran simplemente anillos de pistón que se ajusten como los de fábrica. Esto le permite, como fabricante de motores , seleccionar la separación entre los extremos de los anillos que mejor se adapte a su aplicación. La idea con los anillos de ajuste preciso es ajustar la separación cuando los anillos están a temperatura ambiente, de modo que, al calentarse y expandirse en condiciones de funcionamiento, la separación sea mínima, pero sin riesgo de que los extremos se topen. Una separación mínima también implica una vía mínima para que los gases de combustión escapen al cárter, lo que puede resultar en un pequeño aumento de potencia, de hasta un 1-2%, y también en una reducción del consumo de aceite.
Cómo elegir la separación entre segmentos del pistón
Al elegir la separación entre los extremos de los segmentos a temperatura ambiente, debe considerar la cantidad de calor a la que estará expuesto el segmento y también el material del que está hecho; en otras palabras, calcule el coeficiente de expansión térmica. La cantidad de calor a la que estarán expuestos los segmentos dependerá de su motor. Un motor turboalimentado de alta presión producirá obviamente una combustión mucho mayor y, por lo tanto, más calor que un motor de aspiración natural, y la combustión de gasolina de surtidor generará más calor que un combustible a base de alcohol, como el E85 o el metanol . Por supuesto, el tiempo que pase con el acelerador a fondo también será un factor.
No estará completamente solo al elegir la separación entre los extremos de los segmentos; el fabricante de segmentos le proporcionará algunas recomendaciones como las que JE muestra arriba para nuestros segmentos de pistón Subaru FA20. Como puede ver, para una aplicación de alto rendimiento en carretera/pista, se recomienda una separación mínima entre extremos de 4,5 milésimas de pulgada. Si tenemos un diámetro interior de 3,386 pulgadas, multiplicamos ese valor por 0,0045 para obtener la separación recomendada de 15,2 milésimas de pulgada. Con un valor como este, sería mejor reducirlo a 15 milésimas de pulgada, ya que es muy difícil trabajar con una precisión mayor a 1/1000 de pulgada. Quizás esté pensando: "¿No debería redondear hacia arriba, no hacia abajo?", pero los fabricantes siempre son precavidos para evitar que los segmentos se topen durante el uso y dañen los motores de sus clientes.
Como puede ver, la holgura recomendada para el segundo anillo es media milésima de pulgada (0.50 m) más grande que la del anillo superior, lo cual inicialmente no parece tener mucho sentido, ya que el anillo superior está expuesto a más calor de combustión y, por lo tanto, se expandirá más que el segundo anillo. Antes, la técnica aceptada era ajustar la holgura del segundo anillo más que la del anillo superior por esta misma razón. El cambio en la técnica se debió a pruebas que demostraron que si la holgura del segundo anillo era más pequeña que la del anillo superior, incluso con el anillo superior perfectamente ajustado, aún así se escaparía algo de presión de combustión más allá del anillo superior. Si la holgura del segundo anillo también es pequeña, esa presión puede acumularse entre los anillos, desestabilizar el anillo superior y reducir el sellado del anillo. Al aumentar la holgura del segundo anillo, esta presión continúa su camino a través del orificio.
En resumen, se busca la separación más estrecha posible entre los segmentos, lo que minimiza el escape de gases, reduce el consumo de aceite y aumenta la potencia. Sin embargo, si se excede, los segmentos se toparán, lo que podría provocar que se agarroten en el cilindro, dañando la pared del cilindro y arrancando la corona del pistón. En circunstancias extremas, la biela empujará el bulón por la parte inferior del pistón y saldrá por el lateral del bloque.
Cómo medir la holgura entre los extremos de los anillos del pistón
Para medir la separación entre segmentos, una vez ubicado el segmento en el orificio, asegúrese de que esté a la misma distancia de la parte superior en ambos lados, es decir, que esté a escuadra. Esto se puede hacer con una herramienta para escuadrar segmentos de pistón, que tiene pequeñas cavidades ubicadas en la parte superior del orificio y asegura que el segmento esté a escuadra, a la distancia correcta en el orificio. Además de medir la separación entre segmentos, también debe verificar si los extremos son paralelos; de lo contrario, esto deberá tenerse en cuenta al ajustar la separación.
Una vez que haya determinado si la separación es paralela, puede comenzar a medirla con un juego de hojas palpadoras y aumentar el tamaño hasta sentir una ligera tensión. En nuestro caso, esto ocurrió con la hoja de 14 milésimas. Como ya comentamos, las separaciones en los extremos del anillo deben ser de 15 milésimas, por lo que tendremos que retirar una pequeña cantidad de material.
Ajuste de las holguras de los extremos de los anillos
El ajuste de la separación entre los extremos de los segmentos se realiza con una lima de segmentos de pistón, y existen dos opciones: manual o eléctrica. Si solo va a construir uno o dos motores, será difícil justificar el gasto de USD$300-400 en una lima de segmentos eléctrica, ya que una lima de segmentos manual de USD$40-50 puede ser perfectamente eficaz si se usa correctamente. Si, por otro lado, va a construir varios motores e incluso a montar su propio taller, el costo de una lima eléctrica se amortizará rápidamente, ya que proporcionará resultados más rápidos y precisos.
Una lima de anillo eléctrica tiene un indicador de cuadrante que, al ponerlo a cero antes de usarla, permite eliminar material con gran precisión. También cuenta con un tope ajustable que permite fijar el diámetro del orificio y asegurar que las separaciones de los extremos de los anillos sean paralelas. Esto facilita mantener una buena consistencia en todos los anillos si se necesita separar muchos para un mismo motor. Para empezar a eliminar material, hay que ubicar el anillo en la lima con el extremo sobresaliendo justo por encima de la mesa y luego bajarlo hasta que toque la muela abrasiva. A continuación, se pone a cero el indicador de cuadrante y se empieza a limar. Empieza eliminando pequeñas cantidades de material, ya que no solo evitará tener que comprar un nuevo juego de anillos si se descubre que se ha eliminado demasiado, sino que también se puede dañar el anillo si se realizan grandes ajustes de una sola vez.
Si opta por la lima de anillo manual más económica, puede lograr excelentes resultados, pero hay algunos aspectos a tener en cuenta. En primer lugar, el mango que gira la muela puede girar en cualquier dirección, pero debe asegurarse de afilar desde el exterior de la muela hacia el interior. Muchos anillos modernos tienen una incrustación en la superficie exterior, por lo que si afila desde el interior hacia el exterior, la muela puede engancharla y arrancarla del anillo. Otro error común es apretar el anillo contra la muela y afilar ambos lados al mismo tiempo. Al hacerlo, terminará con una separación excesiva en los extremos del anillo que solo será paralela cuando tenga el mismo ancho que la muela.
Independientemente de la opción que elija, es probable que el proceso de eliminación de material deje una pequeña rebaba en el segmento rectificado, que deberá eliminarse antes de instalar los segmentos en el pistón. Esto puede hacerse pasando suavemente una lima de aguja por el borde del segmento, con cuidado de no crear un chaflán. Solo debería requerir un par de intentos para eliminar la rebaba.
Optimización de los espacios entre anillos
Como mencionamos anteriormente, las recomendaciones del fabricante sobre la distancia entre los segmentos siempre son conservadoras. No hay nada de malo en atenerse a ellas, pero si desea obtener la máxima potencia de su motor, ajustar y optimizar los segmentos puede ser ventajoso, especialmente si compite en una categoría controlada donde, de lo contrario, las posibilidades de ajuste del motor son limitadas.
Esto puede ser difícil de hacer a menos que vea el mismo motor repetidamente cuando regresa para ser desmontado después de haberlo usado al máximo. Si tiene este lujo, tiene la oportunidad de ver cómo se ven las holguras de los extremos de los segmentos y si hay potencial para apretarlas. Antes de que el motor llegue al punto de tener los extremos muy apretados, causando mucho daño, podrá ver algunas señales más leves de que esto está ocurriendo. Si los extremos de sus segmentos se ven pulidos, esta es una clara señal de que se excedió y querría aumentar la holgura de los extremos en un par de milésimas de pulgada. Sin embargo, si no hay una apariencia pulida y está dispuesto a correr el riesgo, puede reconstruir el motor con un nuevo juego de segmentos con holguras de extremos ligeramente más pequeñas. En el transcurso de varias construcciones de motores , puede reducir las holguras de los extremos en 1/1000 de pulgada cada vez hasta llegar a la holgura óptima para ese motor.
Puesta en marcha del motor
Aunque no está específicamente relacionado con la separación de los extremos de los segmentos , el rodaje es un factor importante para lograr un buen sellado. Sin embargo, existe mucha desinformación. Mucha gente cree que la idea es que los cojinetes se apoyen en los muñones del cigüeñal, lo cual, por supuesto, no es así, ya que cualquier contacto entre metales provocará daños en el motor que ningún rodaje suave podrá reparar. En cambio, debería haber una película de aceite que proteja estos componentes. Lo que realmente se intenta lograr es asentar los segmentos contra las paredes del cilindro utilizando el patrón de bruñido nuevo para rectificarlos, asegurándose de que estén correctamente asentados. Con las técnicas de bruñido y los segmentos modernos, este es un proceso difícil de estropear, pero aun así, es recomendable realizarlo metódicamente.
Para el rodaje de su motor, le conviene usar un aceite mineral, ya que algunos aceites totalmente sintéticos del mercado son tan resbaladizos que pueden impedir que los segmentos se asienten correctamente. Existen aceites de rodaje específicos, pero en general son muy fluidos y, al rodar en un motor de alto rendimiento , es mejor contar con la protección que ofrece un aceite mineral más espeso y de buena calidad.
Al rodar el motor, es importante no tratarlo con delicadeza. Debe aplicar una carga moderada para forzar los segmentos contra la pared del cilindro y asegurar que se asienten según el patrón de bruñido. Sin embargo, deberá dejar que los segmentos se enfríen de vez en cuando, ya que la fricción entre ellos y el patrón de bruñido fresco genera mucho calor. Lo mejor es alternar entre 3000 y 4000 RPM y reducir el acelerador. En realidad, tiene un tiempo bastante limitado para asentar los segmentos antes de que el patrón de bruñido se alise. Aproximadamente el 85 % del asentamiento de los segmentos se completa en los primeros 100 kilómetros y, para cuando llegue a los 200 kilómetros, el rodaje habrá finalizado. Después de esto, un rodaje suave del motor no le aportará ningún beneficio adicional; ¡mejor salga y disfrute de su coche!
Conclusión
Como puede ver, seleccionar, medir y ajustar la separación de los extremos de los anillos es un proceso relativamente sencillo, especialmente si sigue las recomendaciones del fabricante. Con un poco de cuidado y precisión, puede lograr anillos con la separación exacta para que pueda disfrutar de su auto con tranquilidad sin que los extremos de los anillos se topen.
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