Vista lateral de un pistón de acero experimental para un motor de gran calibre y alto rendimiento (¿Ducati Panigale? ) Observe qué corta es la falda y qué tan alto cerca del borde de la parte superior del pistón está el anillo de fuego.
Hay otro especialista relativamente pequeño en pistones italianos cerca de Turín, además del bastante conocido Borgo y Asso. Su nombre es PistAl Racing, de Pistoni Alluminio Racing o Aluminum Pistons for Racing. El responsable de I + D y producción es Giorgio Casolari, ex especialista de NCR y Ducati , que se hizo bastante conocido en el mundo del motociclismo cuando comenzó lo que se convirtió en una de las principales tiendas especializadas de Ducati.
Entonces los problemas personales lo llevaron a dejar el negocio, pero aún así Casolari es un técnico muy capaz y un hombre de gran creatividad. Llevó a PistAl Racing a especializarse en pequeñas series de pistones personalizados de alto rendimiento para la mayoría de los motores de motocicletas y automóviles actuales y anteriores. Al visitarlo, vi pistones Ducati Panigale de 116 mm, pistones de alto rendimiento Moto Morini de 350cc, así como babosas de carreras para los antiguos Alfa Romeo Giuliettas e incluso pistones Chevrolet Corvette LS3. ¡Todo por completo!
Su flexibilidad le permitió a PistAl Racing desafiar a sus competidores mucho más grandes. Hace unos años, para mejorar aún más su ya sobresaliente nivel de especialización, PistAl Racing comenzó a investigar las posibilidades que ofrece el uso de aleaciones de acero de alta resistencia para la construcción de pistones de alto rendimiento. Los pistones de acero obviamente no son una idea nueva. El hierro y el acero alguna vez fueron el estándar de la industria al comienzo de la era del motor de combustión interna, pero fueron reemplazados por el aluminio en la década de 1920. El resultado fueron pistones más fríos.
Este pistón se sinteriza de aleación de acero serie 8600, y su acabado muy preciso de la parte superior se logró utilizando herramientas de diamante altamente especializadas.
La posición del aluminio como material de referencia coincidió con el desarrollo de aleaciones con alto contenido de silicio y métodos de forjado relacionados. Sin embargo, a pesar de la dramática evolución que experimentó en diseño, materiales y métodos de producción, el pistón sigue siendo el eslabón débil del proceso de conversión energética que ocurre en el motor de combustión interna, debido a los límites inherentes del aluminio en términos de resistencia a altas cargas térmicas y mecánicas.
En ingeniería aeroespacial, hemos aprendido que las características mecánicas de las estructuras de aluminio disminuyen debido a la fatiga después de un número determinado de ciclos de trabajo. ¿Recuerdas el De Havilland Comet, el primer avión de transporte civil? Debería haber tenido una fecha de vencimiento en el fuselaje, como cartones de leche; su fuselaje se rasgaría a la mitad a lo largo de la ventana después de muchos ciclos de despegue / aterrizaje a gran altitud debido a la tensión aplicada por la presurización del nivel del mar y la consiguiente diferencia de presión entre el interior de la cabina y el aire exterior a 30,000 pies.
Muchos de los primeros marcos de aluminio que la industria de las motocicletas puso orgullosamente en producción en los años 80 y 90 sufrirían una pérdida progresiva de rigidez estructural en sus puntos de alto estrés después de un número dado de millas debido a la fatiga tensión. Uno de los peores casos fue el marco GSX-R1100 Suzuki refrigerado por aire y aceite. Su armazón comenzaría a fallar donde apoyaba el pivote del basculante después de tan solo 10,000 millas en algunos casos.
La cara interna del pistón se ve increíblemente delgada y liviana, con nervaduras precisas para garantizar la estabilidad total en la parte superior debajo del más condiciones térmicas extremas. El pasador es corto, un trozo de un pasador que se puede ubicar más arriba en el corazón del pistón, sus soportes están cruzados para una máxima rigidez.
Y el marco de aluminio de vida corta en el Kawasaki GPZ600 (Ninja 600 de primera generación) fue aún peor. Casi parece que la búsqueda de un mayor ahorro de peso fue a expensas de la durabilidad a largo plazo. La ventaja real de un bastidor de aluminio sobre uno de acero no es su peso más ligero, sino que se puede fabricar un tubo de sección más grande (y por lo tanto más rígido), con el mismo peso.
En el lado de las cualidades térmicas, incluso la mejor aleación de aluminio con alto contenido de silicio tiene un punto de fusión relativamente bajo (1220 grados Fahrenheit) y, lo que es más importante, comienza a perder su resistencia a la tracción y cedencia en tan solo 305 grados. PistAl Racing investigó la posibilidad de producir pistones de acero en el lado de la luz de la actual gama de aleaciones de alta resistencia y de las últimas tecnologías de fundición, metalurgia de polvo y mecanizado. El resultado fue un número de lo que yo llamaría, prototipos fascinantes con faldas ultra cortas, puntas muy finas, alfileres compactos y ligeros, y anillos colocados con mucha precisión. Y cuanto más grande es el diámetro, más liviano es el pistón de acero en comparación con su contraparte de aluminio.
Los pistones de prueba se crearon en microaleaciones de la serie 4140 de cromo-molibdeno y en pulvimetalurgia de aleaciones de acero de níquel-cromo-molibdeno de la serie 8600. En ambos casos, los pistones PistAL creados son más ligeros que sus contrapartes de aluminio, tienen faldones muy cortos y, lo que es más importante, ubican el anillo superior mucho más cerca del borde superior de la parte superior del pistón (no más de 3 milímetros), aproximadamente la mitad de lo se requiere en un pistón de aluminio.
Este es un pistón de aleación de acero de aleación de acero serie 4140 de características similares pero con una falda ligeramente más alta.
Además, el pasador es muy corto y tiene un diámetro menor, y por lo tanto está posicionado más cerca de la parte superior del pistón, lo que permite la posibilidad de utilizar varillas más largas dentro de una determinada altura de la plataforma (cuanto más larga es la barra, menos empuje lateral presiona el pistón contra la pared del cilindro para crear fricción). Los soportes de pasador de pistón están cruzados para una rigidez máxima y cuentan con ranuras de aceite totalmente circulares y orificios que llevan el lubricante a una línea delgada que va desde el interior del soporte hasta la parte superior del pistón y desde ahí al interior de un nervio que termina en la ranura del anillo de aceite . De hecho, es muy preciso.
Los pistones de acero PistAl Racing parecen estar bellamente mecanizados en todas las áreas posibles para reducir aún más su peso. Las pruebas han confirmado ventajas notables en términos de resistencia a la tracción y rendimiento y la capacidad de operar a temperaturas más altas con total fiabilidad, aumentando así la eficiencia adiabática de un motor de pistón, lo que se traduce en un mayor rendimiento y una reducción sustancial del consumo de combustible. Además, el acero ofrece cualidades de retención superiores para una variedad de placas de endurecimiento y de baja fricción.
Este es el lado positivo de los pistones de acero. Ahora el lado negativo. Las pruebas realizadas en motores con orificios de cilindros de aluminio nikasil hicieron que los pistones de acero se esculpieran en el aluminio a pesar del endurecimiento de las placas. Las mangas de acero o de hierro fundido son indispensables. Un recubrimiento apropiado de baja fricción en las camisas del pistón y del cilindro puede dar como resultado una combinación eficiente y confiable. La fabricación de pistones de acero exige una mayor inversión para el proceso, en particular las herramientas y su mantenimiento debido a la necesidad de una revisión más frecuente.
El pistón de aluminio estándar (izquierda) y el pistón de acero experimental para el mismo motor diésel: el la comparación lo dice todo. Observe cuánto más recortados están los anillos en el pistón de acero y, en particular, cuánto más cerca (3 mm frente a 10 mm) de la parte superior del pistón es el anillo de fuego.
Hay un problema más, y eso está relacionado con esa "virtud "De soportar de manera confiable temperaturas de trabajo mucho más altas. El problema se debe al hecho de que el acero no dispersa el calor tan rápido como el aluminio. Desde el centro del pistón, el calor no viaja lo suficientemente rápido al cilindro del cilindro desde donde sería transferido al fluido de enfriamiento que circula alrededor de los cilindros. Por lo tanto, el calor se concentra en la parte superior del pistón, lo cual es un problema para el lubricante. Incluso los excelentes aceites semi-sintéticos y de hoy en día "se agrietan" a las temperaturas fácilmente digeridas por el acero.
El problema es más complejo de lo que parece. Para aprovechar al máximo las ventajas que ofrecen los pistones de acero, es necesario extraer el calor de ellos más rápidamente de lo que podemos hacer con los chorros de aceite de refrigeración de pistón habituales. Se requiere un procedimiento de enfriamiento más prolongado, lo que implica el uso de un circuito de refrigeración dedicado que puede manguera toda la parte inferior del pistón para eliminar el calor uniformemente, y luego el lubricante debe circular lo más rápido posible para evitar que se sobrecaliente.
Existe potencial en los pistones de acero, pero tenemos que encontrar una solución efectiva que evite que su calor mate el aceite. O bien, espero que la industria del petróleo presente un súper sintético que no se descomponga bajo un calor extremo. Por ahora, parece que esta solución todavía está lejos.
En la Parte 2, Kevin Cameron nos brinda más información sobre la historia del pistón de acero, y proporciona respuestas sobre por qué el aluminio ha sido la opción preferida para 100 años.
Foto n. ° 1
Vista lateral de un pistón de acero experimental para un motor de gran calibre y alto rendimiento (¿Ducati Panigale?). Observe qué corta es la falda y qué tan alto cerca del borde de la parte superior del pistón está el anillo de fuego.
Foto # 2
Vista lateral de un pistón de acero experimental para un motor de gran calibre y alto rendimiento (Ducati Panigale?). Observe qué corta es la falda y qué tan alto cerca del borde de la parte superior del pistón está el anillo de fuego.
Foto # 3
Este pistón se sinteriza de aleación de acero de la serie 8600, y su acabado muy preciso era logrado utilizando herramientas de diamante altamente especializadas.
Foto # 4
Este pistón se sinteriza de aleación de acero serie 8600, y su acabado muy preciso de la parte superior se logró utilizando herramientas de diamante altamente especializadas.
Foto # 5
La cara interna de la parte superior del pistón se ve increíblemente delgada y liviana, con nervaduras precisas para garantizar la estabilidad total en la parte superior bajo las condiciones térmicas más extremas. El pasador es corto, un trozo de un pasador que puede ubicarse más arriba en el corazón del pistón, sus soportes están cruzados para una máxima rigidez.
Foto n. ° 6
La cara interna del pistón se ve increíblemente delgada y ligero, con nervaduras precisas para garantizar la estabilidad total en la parte superior bajo las condiciones térmicas más extremas. El pasador es corto, un trozo de un pasador que se puede ubicar más arriba en el corazón del pistón, sus soportes están cruzados para una máxima rigidez.
Foto # 7
Esta es una aleación de acero de la serie 4140. pistón de características similares pero con una falda ligeramente más alta.
Foto # 8
Este pistón ha sido seccionado a lo largo de la línea central para mostrar las líneas de aceite que van desde los soportes del pasador hasta la costilla central en la parte superior y luego al aceite anillo.
Foto # 9
Este pistón ha sido seccionado a lo largo de la línea central para mostrar las líneas de aceite que van desde los soportes del pasador hasta la costilla central en la parte superior y luego al anillo de aceite.
Foto # 10
Acabado mediante herramientas de diamante especializadas es la parte más exigente del trabajo, pero el resultado final es hermoso.
Foto n. ° 11
Este es el conjunto varilla / pistón de un pistón experimental de acero para motores diesel. Los motores diesel pueden ser los primeros en entrar en producción con pistones de acero porque sus temperaturas de trabajo son más bajas que en los motores de encendido por chispa, por lo que el problema de la formación de grietas podría ser menos inminente.
Foto # 12
Parte superior de la aspiradora pistón experimental de aleación de acero serie 4140 para motores diesel creado por PistAl Racing.
Foto # 13
Como siempre en los motores diesel, los pistones están estructurados más masivamente que en los de encendido por chispa, pero aún así este pistón de acero experimental muestra notable compacidad , especialmente en la disposición de los anillos.
Foto n. ° 14
La falda de este pistón de motor diesel es extremadamente liviana y solo baja por debajo de la línea central del perno para cuidar el alto centro de gravedad necesario con la profundidad de la cámara de combustión toroidal.
Foto # 15
El pistón de aluminio estándar (izquierda) y el pistón de acero experimental para el mismo motor diésel: la comparación directa lo dice todo. Tenga en cuenta cuánto más recortadas están los anillos en el pistón de acero y, en particular, cuánto más cerca (3 mm frente a 10 mm) de la parte superior del pistón es el anillo de fuego.
Foto n. ° 16
Moto Morini 350 años atrás nunca había forjado pistones como este, presentando una gran turbulencia, "corazón". cámara de combustión Heron en forma.
Foto # 17
Un pistón forjado para un Chevrolet Corvette LS3 V8, tenga en cuenta el refuerzo transversal en los soportes del pasador.
Foto # 18
Un pistón forjado para un Chevrolet Corvette LS3 V8, nótese el refuerzo transversal en los soportes de clavijas.
Cuadro 1
Comparación de gráficas que representan las curvas de disminución de la resistencia a la tracción (en megapascales) en relación con el aumento de temperatura (centígrados)
Gráfico 2
Comparación de gráficos que representan las curvas de disminución del límite de elasticidad (en megapascales) en relación con el aumento de temperatura (centígrados)
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