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Goetze Normform




Reemplazos de Anillos para Pistón – Una Guía Práctica



En las últimas décadas, la demanda ha crecido continuamente en los motores modernos.

En los motores gasolina y diesel de vehículos ligeros, el rendimiento específico ha crecido considerablemente debido a mejoras en la preparación de la mezcla y en la eficiencia volumétrica, por medio del uso de la tecnología multiválvulas y sobrealimentación.

Los motores diesel de camión también han sufrido mejoras consistentes en el rendimiento. Los motores turbo cargados y con enfriamiento intermedio con presiones efectivas medias cada vez con picos más altos, actualmente son diseños de avanzada y se están construyendo en grandes volúmenes.

Con el desarrollo de tales motores de alto rendimiento, las demandas en los anillos de pistón se han incrementado en igual medida. Diseños especiales, y sobre todo revestimientos especiales de cara deslizante tales como los revestimientos de plasma-molibdeno que han sido desarrollado y están en uso. El recubrimiento de cromo-cerámica (CKS), que se desarrolló hace algunos años, se especifica en los modelos recientes tanto para motores a gasolina como a diesel.

A sí como rendimientos específicos más altos, existe demanda por mayor durabilidad y cumplimiento con límites de emisiones más estrictos. Es trabajo especialmente del anillo de pistón es cumplir con estas demandas.

Los anillos de reemplazo para pistón deben igualar el rendimiento de los anillos de equipo original, pero los diseños más simples a menudo fallan en cumplir al nivel requerido. Es por esto que los juegos de anillos Goetze Normform, los cuales en diseño, material base y recubrimiento corresponden muy de cerca con las versiones de equipo original, han crecido en importancia y demanda.

Con los aumentos en el costo de la mano de obra, los anillos de pistón significan una proporción muy pequeña de los costos de reparación, justificándose el uso de anillos de alta calidad para asegurar un reacondicionamiento exitoso de los motores modernos.

Funciones del Anillo de Pistón en el Motor

Para cumplir con las varias funciones en el motor, se necesitan diferentes tipos de anillos: anillos de compresión y anillos de control de aceite. Los anillos de compresión aíslan la cámara de combustión del depósito de aceite. Para lograr esto, el anillo de pistón debe proporcionar un sello entre el pistón y la pared del cilindro.

Con 100 carreras del pistón en el cilindro cada segundo, el anillo de pistón está sujeto a tensiones térmicas y mecánicas extremas, por eso es importante la cantidad correcta de lubricante. El anillo del fonde del pistón, el anillo de aceite, controla el suministro de aceite.

Éste extrae la cantidad correcta de aceite del depósito y, junto con los dos anillos de compresión, distribuye una película delgada sobre la pared del cilindro. Para mejorar la formación de la película de aceite y anticipar el embarrilado de la cara exterior que ocurre durante la operación del motor, las caras exteriores de casi todos los anillos de compresión Goetze están maquinados en forma barrilada desde en principio.

Otra función importante del anillo de pistón, es la de transferir gran parte del calor absorbido por el pistón hacia la pared refrigerada del cilindro.


Superficie de Contacto Reforzada con Diamante para Anillos de Combustión




Reducir el consumo de combustible y las emisiones en un motor diesel nuevo causa tensión térmica y mecánica más alta sobre los componentes. Esto es particularmente válido para la interacción tribológica entre el anillo de pistón, y la superficie del cilindro. Como resultado, Federal-Mogul ha desarrollado una película de cromo que utiliza refuerzo de partículas de diamante para a la superficie de contacto del anillo de compresión que brinda todavía mayor resistencia contra las altas tensiones extremas en el motor.

1. Introducción

Aún hoy, las presiones máximas de ignición y las temperaturas que resultan de motores diesel muy eficientes, manda el uso de anillos de compresión altamente robustos. Durante años, el recubrimiento de cromo-cerámica CKS de Federal-Mogul ha demostrado brindar la respuesta. El recubrimiento está basado en partículas de óxido de aluminio (Al2O3), incrustado en la matriz endurecida de cromo durante un proceso electromecánico de etapas múltiples. Comparado a los recubrimientos de cromo, el contenido de cerámica mejora la resistencia al arrastre mientras que a la vez reduce el desgaste del recubrimiento. Para muchas de las nuevas generaciones de motores, el sistema CKS todavía ofrece suficiente potencial de seguridad.

Sin embargo, hasta ahora, el desarrollo sugiere que la carga térmica y mecánica en el sistema tribológico del anillo de pistón/superficie de la pared de cilindro irá en aumento. Eventualmente, incluso la superficie de cromo-cerámica llegará a sus límites, el cual puede resultar en una escalada tribológica con arrastre y a la larga incluso cizallamiento. El conflicto progresivo entre intervalos de servicio aún más largos (también en el área de vehículos comerciales), temperaturas más altas y disponibilidad reducida de lubricación es uno de los atenuantes en este contexto. Estas operaciones tribológicas inminentes quieren decir que claramente se requiere un nuevo sistema de recubrimiento. Con su sistema de Recubrimiento de Diamante Goetze (GDC), Federal-Mogul ha desarrollado un nuevo tipo de recubrimiento basado en partículas de diamante incrustadas (Figura 1.)

Las primeras series de aplicaciones del nuevo recubrimiento fueron en motores diesel para pasajeros nuevos y un motor diesel de vehículo comercial, ambos que pasaron a producción a inicios de 2004.


2. Recubrimiento de Anillos Reforzado con Diamante




El proceso ya probado de incrustar partículas en cromo duro ofreció el punto de partida para desarrollar el nuevo sistema de recubrimiento GDC. Excelentes procesos de control durante la formación del recubrimiento, más el anclaje excepcionalmente bueno de incrustar partículas en la micro red de fisuras de la película de cromo electro plateado, fueron la bases para hacer la transición a una superficie aún más dura. Para incrementar el rendimiento del recubrimiento, se escogió diamantes ultra finos con propiedades híbridas específicas de material, Hasta una temperatura límite de 500° C, las partículas de diamante dieron un nivel de arrastre y resistencia al desgaste considerablemente más alto que el de los recubrimientos de cromo-cerámica.

Aún más, el diamante se puede transformar espontáneamente en grafito durante las condiciones extremas del motor y muy altas temperaturas. Esto causa un cambio singular específico del material en el paradigma de: “recubrimiento duro de diamante” para el nivel de alta tensión durante la operación normal a “comportamiento de emergencia durante la falta de lubricación” más el contacto de metal-a-metal por el grafito” durante períodos cortos de carga pico. Reconciliar las propiedades contradictorias del material usando diamante hace que el sistema GDC sea adecuado para la alta tensión.

En contraste con el recubrimiento de cromo-cerámica (partículas de entre 2 y 5 micrones), el tamaño de la partícula de diamante de refuerzo es mucho más pequeña, entre 0.25 y 0.5 micrones (Figura 2.) Se pueden ver diferencias adicionales en la red de micro fisuras. Aunque el proceso de recubrimiento sigue el mismo principio que aplica a la manufactura de los sistemas CKS, las partículas ultra-finas de diamante del sistema GDC es incrustan también en una subestructura característica de la red de micro fisuras, (Figura 3.)

 



El proceso de manufactura del recubrimiento consiste en los siguientes pasos:

- Construcción del revestimiento y formación de las fisuras y subestructura

- Abertura de la red de micro fisuras.

- Incrustación de las partículas de diamante

- Cerrado de las micro fisuras

- Construcción de la siguiente película de recubrimiento


3. Propiedades Operativas del Revestimiento de Cromo Diamante




La superficie de contacto del anillo de pistón con el recubrimiento de cromo diamante GDC tiene niveles menores de desgaste y tiene mayor resistencia al arrastre cuando se compara con los revestimientos de cromo y cromo cerámica actualmente disponibles en la series de producción.

• Durante una prueba de referencia en un motor diesel intermedio de seis cilindros (MRD), de 12 litros de desplazamiento, 577 CV de potencia probada) para un vehículo comercial, las características de desgaste de sistema GDC fue cuatro veces mejor que la de recubrimiento convencional de cromo duro y dos veces mejor que los recubrimientos de cromo-cerámica. Las pruebas en otros motores de vehículos comerciales y de autos de pasajeros han producido resultados similares regularmente.

• Mucho de lo mismo aplica a la resistencia contra el arrastre bajo altas cargas. Mientras que los recubrimientos convencionales de cromo mostraron un arrastre evidente, los recubrimientos de cromo-cerámica muestran solo los primeros signos de sobre carga. Sin embargo, el recubrimiento de cromo-diamante GDC se enfrentó fácilmente con el mismo nivel de carga. (Figura 4.)

A pesar de sus propiedades de desgaste benéficas y su fortaleza bajo condiciones severas de operación de motor, la superficie GDC muestra un nivel de desgaste de cilindro que difícilmente esta en la misma liga de otros recubrimientos duros..


4. Conclusión


Incrustar partículas de diamante en dimensiones nanométricas para reforzar una superficie de contacto de cromo duro resulta en un sistema de recubrimiento para anillos de pistón que brinda mejor resistencia al arrastre y reducción en el desgaste del anillo de pistón. Estas características del sistema de recubrimiento GDC cumple con las demandas más severas para las futuras generaciones de motores diesel, con miras a intervalos de servicio más prolongados, una función de sellado consistentemente buena y una reducción adicional de emisiones y consumo de combustible.