Ya sea que esté reconstruyendo un motor de fábrica con un diámetro de cilindro original o que vaya a 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 para el diámetro del cilindro. Esto significa 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, exploraremos cómo seleccionar, medir y ajustar la separación de los extremos de los segmentos para lograr un sellado confiable en su proyecto de construcción de motores .
Empecemos con la pregunta obvia: ¿por qué los fabricantes de piezas de repuesto no suministran simplemente anillos de pistón que encajen, como se esperaría de un pistón de fábrica? Esto le permite al fabricante del motor seleccionar la separación entre los extremos de los anillos que mejor se adapte a su aplicación. La idea con los anillos de ajuste a lima es ajustar la separación cuando los anillos están a temperatura ambiente ( 20 °C) para 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 aumento pequeño pero apreciable de la potencia y, además, en una reducción del consumo de aceite.
En este artículo: Cómo elegir la holgura correcta entre los extremos de los segmentos | Cómo medir la holgura de los extremos de los segmentos del pistón | Ajuste de la holgura de los extremos de los segmentos | Optimización de la holgura de los segmentos | Rodaje | Conclusión
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Cómo elegir la separación correcta entre los extremos del anillo
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, o, en otras palabras, el coeficiente de expansión térmica. La cantidad de calor a la que estarán expuestos los segmentos dependerá del motor y del uso que le vaya a dar. Un motor turboalimentado de alta presión , por ejemplo, producirá más calor por combustión que un motor de aspiración natural, mientras que 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 a considerar.
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Afortunadamente, 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 se muestran arriba de JE 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 por pulgada de diámetro interior, lo que significa que si tenemos un diámetro interior de 3,386 pulgadas, lo multiplicamos por 0,0045 para llegar a nuestra separación recomendada de 15,2 milésimas. Con una cifra como esta, sería seguro redondear el resultado a 15 milésimas, ya que es muy difícil trabajar con una precisión mayor a 1/1000 de pulgada. Podría estar pensando, ¿no debería redondear hacia arriba, no hacia abajo? Normalmente, las recomendaciones de los fabricantes son bastante conservadoras para evitar que los segmentos se topen durante el uso y dañen los motores de sus clientes. Como regla general, si el resultado calculado es 0,5 o mayor, entonces debemos redondear hacia arriba, sin embargo, con un resultado de 0,4 o menos, podemos redondear hacia abajo.
Como puede ver, la holgura recomendada para el segundo anillo es media milésima de pulgada (0.500 mm) mayor 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. Anteriormente, la técnica aceptada era ajustar la holgura del segundo anillo más que la del anillo superior por esta misma razón. El razonamiento es que, incluso con la holgura del anillo superior perfectamente ajustada, seguirá habiendo algo de presión de combustión que se escape más allá del anillo superior. Si la holgura del segundo anillo es óptima, la teoría es que la presión puede acumularse entre ambos anillos, lo que puede desestabilizar el anillo superior y afectar negativamente su sellado. Al tener una holgura ligeramente mayor, esta presión continúa su camino hacia el cárter.
En resumen, se busca la holgura más estrecha posible entre los segmentos para minimizar el escape de gases, reducir el consumo de aceite y aumentar la potencia. Sin embargo, si se excede, los segmentos pueden chocar entre sí, lo que podría provocar que se agarroten en el cilindro, dañando la pared del cilindro, arrancando la corona del pistón y, en circunstancias extremas, la biela empujará el bulón por la parte inferior del pistón y saldrá por el lateral del bloque.
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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 todos los 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 observar si los extremos son paralelos. De lo contrario, deberá tener esto en cuenta al ajustar la separación entre segmentos.
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Una vez que haya determinado si la separación es paralela, puede empezar a medirla con un juego de hojas palpadoras y aumentar el tamaño hasta sentir una tensión moderada. 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.
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Ajuste de las holguras de los extremos de los anillos
El ajuste de la separación de 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, es difícil justificar el gasto de USD$300-400 en una lima de segmentos eléctrica, ya que una lima de segmentos manual de USD$40-80 puede funcionar perfectamente si se usa con cuidado. Si, por otro lado, planea construir varios motores e incluso montar su propio taller, el costo de una lima eléctrica se amortizará rápidamente, ya que proporcionará resultados más rápidos, precisos y consistentes.
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Una lima de anillo eléctrica tiene un indicador de carátula que, al ponerlo a cero antes de usarla, permite eliminar con gran precisión la cantidad de material. También cuenta con un tope ajustable que permite fijar el diámetro del orificio, lo que ayuda a mantener paralelas las separaciones de los extremos de los anillos. Esto facilita mantener una buena consistencia en todos los anillos, ya que se necesitarán separar varios para un mismo motor. Para empezar a eliminar material, hay que colocar el anillo en la lima con el extremo sobresaliendo justo de la mesa (las rectificadoras de anillos suelen tener un tope contra el que se apoya el anillo) y luego bajarlo hasta que toque la muela. A continuación, se pone a cero el indicador de carátula y se empieza a limar. Siempre es recomendable ir despacio al afilar anillos, retirando pequeñas cantidades de material y revisando el trabajo con frecuencia. Es bastante fácil volver a colocar el anillo en la lima y eliminar más material si la separación sigue siendo demasiado estrecha, pero si se excede, es un error costoso, ya que la única solución es un juego de anillos nuevo.
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Si opta por la lima de anillos manual más económica, puede lograr excelentes resultados, pero hay algunos aspectos a tener en cuenta. En primer lugar, el mango que gira la muela abrasiva puede girarse en cualquier dirección, solo asegúrese de rectificar desde el exterior de la muela hacia el interior. Muchos anillos de pistón tienen una incrustación en la superficie exterior, por lo que si rectifica de adentro hacia afuera, la muela abrasiva puede arrancarla del anillo. Otro error común que comete mucha gente es apretar el anillo contra la muela abrasiva y rectificar ambos lados del anillo al mismo tiempo. Esto no solo es innecesario, sino que también garantizará que las separaciones de los anillos no sean paralelas a menos que desee que la separación tenga el mismo ancho que el disco de rectificar, lo cual es muy poco probable.
Independientemente de la opción que elija, es probable que el proceso de eliminación de material deje una pequeña rebaba en el segmento rectificado, que debe 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. Bastará con un par de pasadas suaves con la lima para eliminar la rebaba.
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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, algo especialmente importante si compite en una categoría de carreras controlada, donde, de lo contrario, las posibilidades de ajuste del motor son limitadas.
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Esto puede ser difícil de hacer a menos que vea el mismo motor repetidamente al ser desmontado después de un uso intensivo. Si tiene esta opción, tendrá la oportunidad de ver cómo se ven las holguras de los extremos de los segmentos y si es posible ajustarlas. Antes de que el motor llegue al punto de que los extremos se acoplen demasiado, causando daños importantes, debería poder ver más señales reveladoras de que esto está empezando a ocurrir. Si los extremos de los segmentos se ven pulidos, es una clara señal de que se excedió y querría aumentar la holgura en un par de milésimas de pulgada. Sin embargo, si no tienen un aspecto pulido y está dispuesto a experimentar, puede reconstruir el motor con un nuevo juego de segmentos con holguras ligeramente menores. A lo largo de varias pruebas, puede reducir las holguras en milésimas de pulgada cada vez hasta encontrar la holgura óptima para ese motor.
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Rodaje
Aunque no está específicamente relacionado con la separación entre 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 este proceso sirve para asentar los cojinetes contra los muñones del cigüeñal, lo cual, por supuesto, no es cierto, 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 protegiendo estos componentes. El objetivo principal del rodaje es asentar los segmentos contra las paredes del cilindro, aprovechando el bruñido reciente para asentarlos correctamente. Con las técnicas de bruñido y los segmentos modernos, este es un proceso difícil de cometer errores, pero aun así, es recomendable realizarlo metódicamente.
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Para el rodaje de su motor, le conviene usar un aceite mineral o un aceite de rodaje específico, 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. Si decide usar un aceite de rodaje, seleccione uno diseñado específicamente para motores de alto rendimiento o de competición.
Al rodar el motor, es importante no sobreexigirlo, ya que 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. Alternar entre carga moderada y reducir el acelerador funciona bien. También es importante variar las rpm, comenzando entre 2000 y 3000 rpm, y aumentando gradualmente el rango a medida que avanza el proceso. 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 estará prácticamente completo. Después de esto, un rodaje suave del motor no le aportará ningún beneficio adicional; ¡mejor salga y disfrute de su coche!
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Conclusión
Como puede ver, seleccionar, medir y ajustar la separación de los extremos de los anillos es un proceso relativamente sencillo, sobre todo si sigue las recomendaciones del fabricante. Con un poco de cuidado y precisión, puede lograr anillos con la separación exacta que le dará la tranquilidad de salir y disfrutar de su auto sin que los extremos de los anillos se topen.
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