Aumentan la capacidad de carga y contribuyen a la reducción del consumo de combustible y de las emisiones de CO2.
En los últimos años, el desarrollo de los motores de gasolina ha permitido
que los cilindros alcancen presiones pico de más de 12 MPa y niveles de potencia
con densidad superior a 100 kW/L (cilindrada). Pero como la turbo alimentación
se generaliza, es de esperar que el aumento de la potencia específica de los
futuros motores siga incrementándose en los próximos años hasta alcanzar densidades
de 130 kW/L. A este respecto, el grupo empresarial de suministros de automoción
Mahle ha desarrollado pistones para ambos tipos de combustión que permiten aumentar
la capacidad de carga y contribuir a la reducción del consumo de combustible y
las emisiones de dióxido de carbono (CO2).
Pistón Evotec SC
Pistón Evotec SC
El optimizado peso del pistón Evotec 2 lo convierte en una buena opción para
motores con densidad de energía predominante de unos 100 kW/L. Sin embargo, el
Evotec SC, específico para motores de gasolina, incluye un canal de
refrigeración adicional que se crea durante la colada, mediante la inserción de
un núcleo de sal. El canal de refrigeración integrada hace que las temperaturas
en la cabeza del pistón y en la región del primer aro disminuyan hasta en 25
grados centígrados, mientras que su capacidad de carga aumenta significativamente,
permitiendo potencias de más de 100 kW/L. Además, estos pistones alcanzan velozmente
temperaturas de funcionamiento óptimo más rápidamente, lo que tiene un efecto
favorable sobre las emisiones de gases de escape.
Pistón Evolite
Pistón Evolite
El diseño del pistón Evolite está capacitado, en todos los aspectos, para
proporcionar una solución de bajo peso a motores de gasolina, en particular a los
de cuatro cilindros con masas oscilantes muy sensibles a las emisiones de ruido
debidas a la vibración. La mejora en la conexión entre la falda del pistón y la
pared del cilindro ha multiplicado la vida útil de esta zona por ocho, en
comparación con el Evotec 2, y ha permitido la reducción de su peso en un cinco
por ciento. Además, el banco de pruebas y los resultados de los motores en vivo
han confirmado que este nuevo modelo es capaz de reducir aún más la fricción, según
el New European Driving Cycle (NEDC), para lograr bajas emisiones de CO2
(0,46 g/km).
Pistones de acero
Pistones de acero
Mahle ha desarrollado también pistones de acero para motores diesel, que facilitan
una mayor reducción del consumo de combustible y emisiones de CO2 en
comparación con los de aluminio utilizados hasta el momento. Las ventajas
fundamentales respecto a su predecesor de aluminio se encuentran,
principalmente, en la pérdida por fricción. A este respecto, los resultados de
los análisis en banco de pruebas llevados a cabo por la empresa han sido muy
positivos, tanto bajo carga parcial como con carga plena. Además, este nuevo
pistón posibilita condiciones termodinámicas favorables que dan lugar a ventajas
en la combustión y conducen a una reducción en el consumo de combustible y las emisiones.
Al mismo tiempo, su inferior distancia de compresión también puede ser utilizada
para incrementar el volumen de barrido o disminuir la altura del motor. Así, el
pistón Monotherm, por ejemplo, que ha sido probado muchas veces en aplicaciones
para motores de vehículos comerciales, combina estas ventajas y va a utilizarse
por primera vez el próximo año en una producción en serie con motorización
diesel.
Igualmente, como desarrollo adicional al pistón de una pieza Monotherm, el nuevo pistón MonoGuide de dos piezas reduce la diferencia con el Topweld introducido en 2012. En comparación con el primero, el MonoGuide tiene una falda más larga que permanece desacoplada de la cabeza del pistón, en contraste con el Topweld. Este diseño flexible mejora significativamente el comportamiento NVH (‘Noise, vibration, and harshness’ o ruido, vibración y dureza) de dicho pistón y, por lo tanto, parece ser muy adecuado para el uso en bloques motores de aluminio.
El dato
Igualmente, como desarrollo adicional al pistón de una pieza Monotherm, el nuevo pistón MonoGuide de dos piezas reduce la diferencia con el Topweld introducido en 2012. En comparación con el primero, el MonoGuide tiene una falda más larga que permanece desacoplada de la cabeza del pistón, en contraste con el Topweld. Este diseño flexible mejora significativamente el comportamiento NVH (‘Noise, vibration, and harshness’ o ruido, vibración y dureza) de dicho pistón y, por lo tanto, parece ser muy adecuado para el uso en bloques motores de aluminio.
El dato
La creciente demanda de eficiencia y potencia en los motores actuales
ha propiciado que las cargas térmicas y mecánicas de sus pistones, tanto en los
modelos de gasolina como en los modernos diesel, hayan experimentado un
incremento sustancial y una reducción de peso y fricción. Las cargas mecánicas
y térmicas que actúan sobre un pistón se determinan en gran parte en el proceso
de combustión y, además de las fuerzas de inercia en el concepto de alta
velocidad, dichas cargas mecánicas están dominadas por las presiones pico en
los cilindros. Asimismo, la salida del motor específico puede entenderse como
una dimensión física representativa de la carga térmica en los procesos de
combustión. Por otra parte, hay que tener en cuenta la necesidad de que
soporten tensiones extremadamente altas, para lo que los fabricantes requieren
la minimización de las masas oscilantes de los pistones. Éstas son muy
importantes para la capacidad de respuesta transitoria del motor a medida que aumenta
la velocidad, y fundamentales para un comportamiento vibratorio aceptable del mismo,
que se obtiene logrando el equilibrio de las masas. Este planteamiento supone
el reto de producir un pistón con un peso mínimo, pero capaz de manejar cargas
externas altas y con un diseño que garantice que no pone en peligro su
comportamiento en términos de pérdida por fricción o ruido, sino que lo mejore,
si es posible.
