El segmento del pistón es un anillo abierto de metal elástico que se divide en dos tipos: segmento de gas y segmento de aceite, según su función. En la parte superior de la cabeza del pistón se instalan de 2 a 4 segmentos de aire, y en la parte inferior, de 1 a 2 segmentos de aceite.
La función del anillo de gas es asegurar el sellado entre el pistón y la pared del cilindro, evitando que el gas a alta presión en la parte superior del pistón se filtre al cárter. Un sellado deficiente provoca una mayor fuga de gas durante la carrera de compresión, lo que reduce la presión al final de la misma y dificulta el arranque del motor de combustión interna. La fuga de gas a alta temperatura al cárter también incrementa la temperatura del pistón, provocando la oxidación y el deterioro del aceite debido al calor. Además de su función de sellado, el anillo de gas también contribuye a la transferencia de calor. La mayor parte del calor absorbido por la parte superior del pistón se transmite a la pared del cilindro a través del anillo de gas (ya que la cabeza del pistón no toca la pared del cilindro) y, posteriormente, es disipado por el sistema de refrigeración externo.
El anillo de gas, especialmente el primero, además del movimiento lineal alternativo de alta velocidad a lo largo de la pared del cilindro con el pistón, también se ve afectado por la presión del gas a alta temperatura y alta presión, así como por las malas condiciones de lubricación, lo que reduce sus propiedades mecánicas. La elasticidad disminuye, lo que provoca la carbonización del aceite lubricante e incluso puede causar el desplazamiento del cilindro y fugas de aire. Por lo tanto, es necesario que el anillo de gas tenga suficiente fuerza elástica para que su superficie circundante se adhiera firmemente a la pared del cilindro. De esta manera, se evita que el gas a alta presión se filtre a través de la superficie de contacto entre el anillo de gas y la pared del cilindro. El gas que actúa sobre la cara superior del anillo lo presiona firmemente en la ranura del pistón, de modo que la cara inferior entra en contacto directo con dicha ranura. El gas que entra entre la cara interna del anillo y la ranura ejerce presión hacia afuera, lo que hace que el anillo se adhiera aún más firmemente a la pared del cilindro. Por lo tanto, se puede prevenir la fuga de gas a alta presión mediante la fuerza elástica del propio anillo de gas y la presión del gas.
Los segmentos del pistón suelen estar fabricados de hierro fundido gris de alta calidad o hierro fundido aleado. Para mejorar el rendimiento y la resistencia al desgaste del primer segmento, a menudo se aplica una capa porosa de cromo o molibdeno en su superficie. En los últimos años, también se fabrican segmentos de hierro dúctil o acero. En estado libre, el diámetro exterior del segmento es ligeramente mayor que el diámetro del cilindro. Una vez instalado en el cilindro, el segmento genera una fuerza elástica que presiona contra la pared del cilindro. Se debe dejar un pequeño espacio libre en la abertura (denominado espacio de extremo o espacio de apertura; la holgura de apertura del segmento del pistón de un motor de combustión interna suele ser de 0,4 a 0,8 mm) para evitar que el segmento se atasque en el cilindro al calentarse y dilatarse. Tras la instalación del segmento en la ranura, también debe existir un cierto espacio libre en altura (denominado espacio lateral; la holgura lateral del segmento del pistón de un motor de combustión interna suele ser de 0,08 a 0,16 mm). Cuando se instala el anillo del pistón en el pistón, las aberturas de cada anillo deben estar desfasadas entre 120° y 180°, y la abertura del anillo del pistón debe estar desfasada más de 45° con respecto al orificio del asiento del pasador del pistón para evitar fugas de gas después de que el anillo del pistón se instale en el cilindro.
Para mejorar las condiciones de trabajo del anillo del pistón y lograr un mejor ajuste entre el anillo y el cilindro, algunos anillos utilizan secciones diferentes, por lo que se debe prestar especial atención durante la instalación. La forma básica de la sección transversal del anillo de gas es rectangular. El anillo rectangular es fácil de fabricar y de uso generalizado, pero su rendimiento de rodaje es relativamente deficiente y no puede satisfacer las exigencias cada vez mayores del motor. Este anillo de compresión común se puede instalar libremente en la ranura del anillo de gas. Algunos motores utilizan una estructura de anillo cónico. La superficie de trabajo del anillo tiene un ángulo de conicidad de 0,5° a 1,5°, de modo que se reduce la superficie de contacto entre la superficie de trabajo del anillo y la pared del cilindro, y se puede acelerar el rodaje. El ángulo cónico también tiene la función de raspar el aceite. Sin embargo, el desgaste del anillo cónico es rápido, lo que afecta la vida útil. Instálelo con el lado angulado hacia abajo.
Algunos motores de combustión interna utilizan anillos helicoidales. Una parte del borde superior del círculo interior o del borde inferior del círculo exterior del anillo helicoidal se corta para formar una sección escalonada. Este tipo de sección es asimétrica tanto en el interior como en el exterior. Después de que el anillo se carga en el cilindro y se comprime, bajo la acción de la fuerza interna asimétrica, se produce una inclinación significativa de la sección, de modo que la superficie exterior del anillo forma una superficie cónica con una parte superior pequeña y una parte inferior grande, lo que reduce el tamaño del anillo. El área de contacto con la pared del cilindro facilita el deslizamiento del anillo y tiene el efecto de raspar el aceite hacia abajo. Además, las caras superior e inferior del anillo están en contacto con las caras superior e inferior de la ranura del anillo en los lugares correspondientes, lo que no solo aumenta el rendimiento de sellado, sino que también evita que el anillo del pistón se mueva hacia arriba y hacia abajo en la ranura y cause fugas de aceite y desgaste. Al instalar el anillo, es necesario prestar atención a su dirección de corte. No se puede instalar al revés. El corte interior debe estar hacia arriba y el corte exterior hacia abajo. En algunos motores de combustión interna con alta carga térmica, para mejorar la resistencia a la carbonización del aro de gas, se suelen utilizar aros trapezoidales. La holgura entre el extremo del aro y la ranura varía con el movimiento lateral del pistón bajo la acción de la fuerza lateral, lo que permite triturar los depósitos de carbono en la ranura y evitar que el aro se adhiera o se atasque. Este aro se puede instalar fácilmente, al igual que los aros de gas convencionales.
También existe un tipo de anillo de gas con superficie de trabajo en forma de arco convexo, cuyas direcciones superior e inferior tienen forma de cuña con la pared del cilindro. Esto facilita su instalación, proporciona una buena lubricación y un sellado eficaz. Estos anillos se utilizan comúnmente para reforzar los motores de combustión interna. Al igual que los anillos de compresión convencionales, este anillo se puede instalar libremente en la ranura del anillo de gas.
Fecha de publicación: 4 de agosto de 2022