Nuevas tecnologías en aros de pistones

Los aros de pistones Mahle se encuentran en todas las marcas de vehículos líderes del mundo como equipo original. Junto con los fabricantes de motores, los ingenieros de Mahle se encuentran en permanente desarrollo de nuevas tecnologías para asegurar la mejor calidad, y el máximo rendimiento.

Los Aros de Pistones son parte fundamental del motor de un vehículo. Estas piezas fueron diseñadas de forma específica para aislar la cámara de combustión del cárter del motor, limitar y regular el consumo de aceite, y disipar hacia los cilindros el calor generado en los pistones durante la combustión.

Los Aros son los responsables de mantener lubricado el punto de contacto entre el pistón y los cilindros, por tal motivo es de gran importancia el buen uso de aceite de motor para el correcto funcionamiento del sistema. Para satisfacer estas funciones, estas pequeñas piezas deben ajustarse firmemente a la pared del cilindro generando solamente a la temperatura de termostato una circunferencia entera.

Con la evolución de los motores, cada vez más potentes y sofisticados, hubo un aumento de la velocidad lineal del pistón en los cilindros lo que provocó algunos problemas en el funcionamiento, tales como flotación y pérdida de carga. Esto hizo que el diseño de los aros sufra algunas modificaciones, evolucionando simultáneamente con los motores a partir de la primera crisis de energía, en 1973, el consecuente aumento en los costos del combustible y lubricantes, más el aumento de la contaminación ambiental.  Estas alteraciones generaron cambios de materiales (fundición por acero) y estructurales (fuerzas radiales de contacto disminuidas a la mitad) del aro de pistón.

Tecnologías de fabricación de MHLAE

La materia prima para los productos de acero es obtenida de los mejores proveedores a nivel mundial. El conjunto completo de las operaciones necesarias para la fabricación de esos productos es ejecutado internamente en la empresa. Teniendo fundición propia, la empresa produce el material de sus aros en hornos eléctricos, que presentan excelentes posibilidades de control de los parámetros de los materiales. La alta calidad de los metales así obtenidos ha sido comprobada a través de rigurosos testeos efectuados en las industrias automovilísticas.

Los aros de hierro fundido grisáceo son mecanizados a partir de piezas fundidas de forma levemente convexa, obtenida en moldes para piezas simples o duplas. El material básico más común para la fabricación de aros para pistones es el hierro fundido grisáceo de estructura perlita, que presenta la resistencia adecuada, y buen maquinado. Como material más noble, destinado a aros de compresión, en la primera canaleta, se recomienda el uso de varios grados de liga de hierro de micro estructura martensítica con tratamiento térmico adecuado para la obtención de la dureza necesaria. El hierro nodular, uno de los materiales de mayor índice de resistencia a la tracción utilizado en la producción de aros, es obtenido por fundición centrífuga y posteriormente tratado térmicamente para la obtención de una estructura martensítica uniforme. Entre las diversas estructuras de hierro nodular, la martensítica es la que posee las más altas propiedades mecánicas.

En los nuevos motores los Aros deben ser cada vez más pequeños para ahorrar peso, minimizar la fricción y mejorar el consumo y la absorción de gas del motor, de hecho en los desarrollos más modernos los aros son tan finos como una hoja de papel. Es por esa razón que MAHLE utiliza acero de alta calidad de fundición para la fabricación de estos productos.

Como fabricante principal de pistones, la empresa trabaja constantemente para optimizar el desempeño y calidad de operación de los aros fijando estándares de calidad también en esta área con instalaciones de producción con tecnología de avanzada.

Tratamientos de superficies

Para mejorar el funcionamiento del aro o protegerlo de la oxidación, se le aplican materiales de revestimiento en su superficie que pueden constar de ferrox (un óxido de hierro obtenido en la superficie del anillo tratado por vapor a altas temperaturas), fosfato de manganeso (por ataque químico de la superficie) y estañadura por electrodeposición  (en desuso). Todos estos procesos son usados con aros de hierro fundido. Ya en productos de acero carbono es aplicado el tratamiento con oxido ferroso.

Principales Fallas

Fallas prematuras por errores de montaje- Montaje Invertido:

  • Aspecto: La apariencia visual de los aros montados en el pistón muestra que estos fueron montados invertidos, o sea, con el grabado (TOP) existente en la superficie lateral volcada hacia el lado de abajo del pistón.
  • Causas: esto ocurre, los aros no cumplen su papel como deberían, permitiendo que los gases de la cámara de combustión pasen fácilmente hacia el cárter, ocasionando una mezcla aire/combustible irregular admitido en la cámara de combustión. La temperatura del aceite lubricante y la presión en el cárter aumentan, y además de eso, el montaje invertido de los aros provoca el aumento en el consumo de aceite lubricante, ya que en lugar de raspar el cilindro, los mismos bombearan aceite lubricante para que sea quemado con la mezcla aire/ combustible dentro de la cámara de combustion aumentara también la contaminación del aceite lubricante por los gases, disminuyendola vida útil del mismo y produciendo danos en los demás componentes del motor (cojinetes de bancada/ biela y bujes).

Montaje con cuerpo extraño:

  • Aspecto: Los aros presentan un cuerpo extraño impregnado en la cara de trabajo y en la cara lateral del aro.
  • Causas: La contaminación de los aros por el material impregnado ocurrió durante el montaje del motor. La utilización de adhesivos para sellado en los motores, en regiones próximas a los cilindros, no es un procedimiento recomendado por ningún fabricante de motor/vehículo. En este caso, los aros contaminados tuvieron su función de sellado comprometida, pues las presiones, a lo largo de su periferia, estaban distribuidas de forma irregular debido al “calce” provocado por el adhesivo. Esto compromete la vida útil de los aros, causando el aumento en el consumo de aceite lubricante y desgaste irregular de los cilindros.

Partículas extrañas en el aire por la admisión (deficiencia de calidad de filtro de aire)

  • Aspecto: Los aros presentan rayas y desgaste prematuro en la cara de trabajo y así como en las caras laterales. Los aros de aceite presentan la cara de trabajo lisa y ancha (en algunos casos inexistentes).
  • Causas: Partículas solidas de diferentes tamaños y durezas están presentes en el aire. Tales partículas, como la arena (sílice), el polvo, el carbón, entre otros, cuando son aspirados hacia adentro del motor ocasionan grandes daños a los aros: desgaste prematuro del revestimiento de la cara de trabajo y de la cara lateral, reducción del espesor radial, aumento de la holgura entre puntas, reducción de la presión y rayas profundas en los cilindros y en la falda de los pistones.

La contaminación de los aros por abrasión puede ocurrir en virtud de: Deficiencia en el sistema de filtración de aire : elemento filtrante saturado o de aplicación incorrecta, hueco o rajadura en la manguera de aire, abrazaderas dañadas y junta del colector de admisión dañada.

Residuos de maquinado: limpieza mal hecha de las partículas abrasivas del bruñido del cilindro, partículas llevadas por el viento, residuos de chorro de lubricación en los trabajos de rectificación de los componentes de motor, como por ejemplo las tapas de cilindro, block.

Lubricación Insuficiente

  • Aspecto: Los aros presentan señales de excoriaciones “Scuffing” en la cara de trabajo.
  • Causas: La existencia de aceite lubricante tiene varias funciones, entre ellas: contribuye en el enfriamiento de los componentes internos del motor y disminuye el roce entre las partes móviles.

Cuando ocurre la combustión en la cabeza del pistón, el calor generado es disipado hacia los aros (principalmente el aro de la primera ranura) que, a su vez, transfiere este calor hacia la pared del cilindro y hacia el aceite lubricante allí existente. La película de aceite existente entre los aros y el cilindro (a pesar de ser muy fina) reduce considerablemente el roce, evitando el contacto directo del metal con metal.

Deficiencia del sistema de inyección y/o carburación

Las principales causas del lavado del cilindro se dan cuando la bomba y los inyectores no están regulados con relación a la dosificación de combustible, a la rotación de la bomba inyectora, al sincronismo entre los elementos de la bomba inyectora, a la proyección y presión de abertura de los inyectores fuera de lo recomendado y a la alteración de la cabeza del pistón en el caso de los motores línea diesel.

Para los motores línea liviana, el “gran villano” es el carburador con aplicación equivocada y/o no regulado. Esto provocara la eliminación del aceite lubricante de la pared del cilindro. Tanto en el motor Diesel como en el Liviano, la insuficiencia de aceite lubricante en el cilindro aumentara el roce y el calentamiento de los aros, que puedan llegar a soltar placas e iniciar el proceso de engrane (trabado del cilindro), o mismo desgastar excesivamente el cilindro.

Deficiencia del sistema de lubricación: La bomba de aceite lubricante desgastada reducirá su capacidad de bombeo, teniendo, como consecuencia, la disminución de la presión en todo el circuito del aceite, comprometiendo, así, la lubricación del motor, llevándolo a sufrir los danos anteriormente citados.

Otros Factores

 Aspecto: Los aros presentan rayas en la cara de trabajo, principalmente los de la primera ranura

  • Causas: La principal causa está relacionada con la rugosidad del bruñido (terminación del cilindro) . La rugosidad elevada provocara desgaste y rayas en la cara de trabajo del aro. La baja rugosidad dificultará el asentamiento de los aros y retendrá menos aceite lubricante en la pared de los cilindros.

El juego de Aros ideal para cada pistón

MAHLE ofrece diversos diseños de juegos de Aros de pistón en calidad de equipamiento original o bien para el mercado de reposición, a fin de reducir las pérdidas de compresión y normalizar el consumo de aceite. La empresa dispone también de modelos para casi todos los motores de vehículos livianos diésel y de nafta, así como para motores diésel de vehículos industriales y comerciales en un rango de diámetro de entre 60 y 160 mm.

 

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