EL PISTÓN

El pistón es una de las piezas fundamentales en el correcto funcionamiento del motor, y a la vez el elemento que más tensiones sufre al transformar la presión en movimiento junto con el cigüeñal dentro de la cámara de combustión. Entre las funciones que realiza se encuentra las de sellante, control de las lumbreras y como trasmisor del calor al deslizarse de arriba a bajo dentro del cilindro.

Diseccionamos el pistón

El pistón aunque a priori pueda parecerlo, no es un círculo perfecto, esto es algo que debemos tener en cuenta a la hora de medir un pistón (que ya lo veremos en otro post). Por lo general, los pistones utilizados para karts de 2 tiempos suelen estar fabricados con una aleación de aluminio.

En la parte superior del pistón encontramos la corona que por lo general suele tener una forma convexa (aunque depende del caso esto puede variar). Debajo de la corona se encuentra una de las partes fundamentales para el perfecto sellado, el segmento del pistón. Con forma de anillo abierto en un sitio, el segmento suele tener un diámetro mayor al del pistón para conseguir la presión óptima contra la pared del cilindro. La ranura del pistón donde va colocado el segmento puede ser rectangular o en forma de L, veamos porqué y en qué casos elegir uno u otro:

• Pistón con segmento en L: En caso de tener forma de L el sellado es más eficaz, así como la apertura y cierre de las lumbreras. Este es uno de los motivos por los que los motores sin marchas como los OK o KF suelen preferir este tipo de pistones ya que requieren un elevado nivel de empuje incluso con bajas rpm
  La sección del segmento de pistón puede ser rectangular o con forma de L. En este último caso, tenderá a regular la apertura y el cierre de las lumbreras más eficazmente y conseguir un sellado mejor. Este es el motivo por lo que se utiliza más frecuentemente en los motores sin marchas, como los OK y los KF, que requieren un elevado nivel de empuje incluso con bajas rpm.

• Pistón con segmento rectangular: Este tipo de pistones es más habitual en los motores KZ, ya que reducen la fricción, son mucho más fiables.

Como ya sabrás, el pistón actúa como émbolo dentro del cilindro, pero, además de eso realiza varias funciones:

• El Pistón actúa como sello para los gases que se producen en la cámara de combustión debidos a la mezcla de la combustión.
• Sirve para reemplazar las válvulas de admisión y de escape en los motores de dos tiempos. Gracias al desplazamiento alternativo que realiza el pistón regula la apertura y el cierre de las lumbreras de transferencia y de escape.
• A medida que el pistón se desliza a lo largo del revestimiento del cilindro con la fricción más baja posible, distribuye por las paredes del cilindro gran parte del calor que soporta en la cámara de combustión.

Viendo todas las funciones que realiza y tensiones a las que se ve sometido el pistón, no es de extrañar que tanto el diseño como la estructura sean esenciales tanto en términos de rendimiento como de fiabilidad.

Diseño y funcionamiento de un pistón

Cómo decíamos al principio, el pistón no es un círculo perfecto, al tener una parte más estrecha en la parte superior, se asemeja más a un cono que a un cilindro. De hecho, esa zona es la que alcanza la temperatura más alta y la que con el tiempo termina expandiéndose más. Este es el motivo por el que el pistón también tiene forma elíptica. Su diseño requiere que el eje más cercano a la biela sea menor y con más cantidad de material que le permita expandirse debido al aumento de la temperatura.

Las temperaturas a las que se ve sometido un pistón varían muchísimo dependiendo de las rpm del motor, de la temperatura exterior (y tantas otras variables). Para poder garantizar un rendimiento uniforme se fabrica con aleación de aluminio y un alto contenido de silicio (18% habitualmente) para reducir la expansión.

El proceso de fabricación de un pistón es por fundición o prensado en caliente. Este último sistema si que resulta más caro, pero la verdad es que después de probarlos en competición, el resultado es más que visible. Aquí la superficie del pistón se mecaniza con tolerancias muy pequeñas. No obstante, si tu objetivo no son las carreras, no es necesario un pistón como este, aunque si es por darte un capricho, la verdad que notarás la diferencia utilizando un pistón preparado para competición.

Otro componente clave es el segmento elástico, que proporciona un mayor sellado para los gases de combustión, pero también aumenta la fricción. En los motores de alto rendimiento y altas rpm, normalmente hay un solosegmento. En otros casos, hay dos. El segmento también ayuda a disipar el calor: se estima que su firme contacto con la pared del cilindro transfiere entre el 40% y hasta el 70% del calor del interior del pistón.
Se emplea hierro fundido para fabricar este componente de gran resistencia mecánica y buenas propiedades de transmisión de calor. Actualmente están en proceso de desarrollo segmentos de aleación de acero.

Otros elementos del pistón son: el pasador del pistón, que se inserta en dos orificios laterales en el pistón, y que conecta al pistón con la biela, y las dos arandelas elásticas de fijación. Los extremos de los segmentos pueden plegarse hasta 90 grados creando una pestaña que facilita el montaje. Ese no es el caso sin embargo en los motores de competición de dos tiempos, donde no hay ninguna pestaña para evitar las tensiones, que pueden dañar y hasta romper el motor.
En el pasador del pistón se monta un rodamiento de rodillos y, al igual que la superficie interna del extremo mayor, su superficie externa está pulida y endurecida por temple superficial y acero nitrurado, o carburizado. La lubricación de la jaula se optimiza gracias a unos orificios en el extremo pequeño.