O anel do pistão é um anel metálico elástico aberto, que pode ser dividido em dois tipos: anel de gás e anel de óleo, de acordo com suas funções. Na extremidade superior da cabeça do pistão são instalados de 2 a 4 anéis de ar, e na extremidade inferior, de 1 a 2 anéis de óleo.
A função do anel de vedação é garantir a vedação entre o pistão e a parede do cilindro, impedindo que o gás de alta pressão na parte superior do pistão vaze para o cárter. Quando a vedação não é adequada, ocorre maior vazamento de gás durante o curso de compressão, o que reduz a pressão no final da compressão e dificulta a partida do motor de combustão interna. O vazamento de gás em alta temperatura para o cárter também aumenta a temperatura do pistão, causando oxidação e deterioração do óleo devido ao calor. Além da função de vedação, o anel de vedação também desempenha o papel de condutor de calor. A maior parte do calor absorvido pela parte superior do pistão é transmitida para a parede do cilindro através do anel de vedação (já que a cabeça do pistão não toca a parede do cilindro) e, em seguida, dissipada pelo fluido de arrefecimento externo.
O anel de vedação, especialmente o primeiro, além do movimento linear alternativo de alta velocidade ao longo da parede do cilindro com o pistão, também é afetado pela pressão do gás em alta temperatura e alta pressão, bem como por condições de lubrificação inadequadas, o que reduz suas propriedades mecânicas. A elasticidade do anel diminui, podendo causar carbonização do óleo lubrificante e até mesmo desalinhamento do cilindro e vazamento de ar. Portanto, é necessário que o anel de vedação possua força elástica suficiente para manter sua superfície próxima à parede do cilindro. Dessa forma, é impossível que o gás em alta pressão vaze pela superfície de contato entre o anel e a parede do cilindro. O gás que atua na face superior do anel o pressiona firmemente contra a ranhura do pistão, de modo que a face inferior fique em contato próximo com a ranhura. O gás que entra entre a parte interna do anel e a ranhura exerce pressão para fora, fazendo com que o anel fique ainda mais pressionado contra a parede do cilindro. Portanto, o vazamento de gás em alta pressão pode ser evitado utilizando-se a força elástica do próprio anel e a pressão do gás.
Os anéis de pistão são geralmente feitos de ferro fundido cinzento ou ferro fundido ligado de alta qualidade. Para melhorar o desempenho do primeiro anel de pistão e sua resistência ao desgaste, uma camada porosa de cromo ou molibdênio é frequentemente aplicada em sua superfície. Nos últimos anos, o primeiro anel de pistão também tem sido fabricado em ferro fundido nodular ou aço. Em estado livre, o diâmetro externo do anel é ligeiramente maior que o diâmetro do cilindro. Após a instalação no cilindro, o anel de pistão gera força elástica e é pressionado contra a parede do cilindro, sendo necessária uma certa folga na abertura (chamada folga de abertura ou folga axial; a folga de abertura do anel de pistão em motores de combustão interna geralmente varia de 0,4 a 0,8 mm) para evitar que o anel fique preso no cilindro quando aquecido e expandido. Após a instalação do anel de pistão na ranhura, também deve haver uma certa folga na direção vertical (chamada folga lateral; a folga lateral do anel de pistão em um motor de combustão interna geralmente varia de 0,08 a 0,16 mm). Ao instalar o anel de pistão no pistão, as aberturas de cada anel devem estar defasadas em 120° a 180°, e a abertura do anel de pistão deve estar defasada em mais de 45° em relação ao furo de assentamento do pino do pistão para evitar vazamentos após a instalação do anel de pistão no cilindro.
Para melhorar as condições de trabalho do anel de pistão e otimizar o encaixe entre o anel e o cilindro, alguns anéis de pistão utilizam seções transversais diferentes, exigindo atenção especial durante a instalação. O formato básico da seção transversal do anel de pistão é retangular. O anel retangular é fácil de fabricar e amplamente utilizado, porém seu desempenho de amaciamento é relativamente inferior e não atende às exigências cada vez maiores dos motores. Este anel de compressão comum pode ser instalado livremente na ranhura do anel de pistão. Alguns motores utilizam uma estrutura de anel cônico. A superfície de trabalho do anel possui um ângulo de inclinação de 0,5° a 1,5°, reduzindo a área de contato entre o anel e a parede do cilindro e acelerando o amaciamento. O ângulo cônico também auxilia na remoção do óleo. Contudo, o desgaste do anel cônico é rápido, o que afeta sua vida útil. A instalação deve ser feita com a face inclinada voltada para baixo.
Alguns motores de combustão interna utilizam anéis helicoidais. Parte da borda superior do círculo interno ou da borda inferior do círculo externo do anel helicoidal é cortada para formar uma seção escalonada. Esse tipo de seção é assimétrico interna e externamente. Após o anel ser inserido no cilindro e comprimido, sob a ação da força interna assimétrica, ocorre uma inclinação significativa da seção, de modo que a superfície externa do anel forma uma superfície cônica com um topo pequeno e uma base grande, o que reduz o tamanho do anel. A área de contato com a parede do cilindro facilita o assentamento do anel e tem o efeito de raspar o óleo para baixo. Além disso, as faces superior e inferior do anel entram em contato com as faces superior e inferior da ranhura do anel nos locais correspondentes, o que não só aumenta o desempenho da vedação, mas também impede que o anel do pistão se mova para cima e para baixo na ranhura, causando vazamento de óleo e desgaste. Ao instalar o anel, é necessário prestar atenção à sua orientação correta. Ele não pode ser instalado invertido. O corte interno deve estar voltado para cima e o corte externo para baixo. Em alguns motores de combustão interna com alta carga térmica, para melhorar a capacidade anti-carbonização dos anéis de pistão, são frequentemente utilizados anéis trapezoidais. A folga entre a face final do anel e a ranhura do anel varia com o movimento lateral do pistão sob a ação da força lateral, o que pode esmagar os depósitos de carbono na ranhura do anel e impedir que o anel do pistão fique preso. Este anel pode ser instalado como os anéis de pistão comuns.
Existe também um tipo de anel de vedação para cilindro, cuja superfície de trabalho é um arco convexo, e cujas direções superior e inferior formam uma cunha em relação à parede do cilindro, facilitando o assentamento, proporcionando boa lubrificação e forte vedação. Esses anéis são comumente usados para reforçar motores de combustão interna. Assim como os anéis de compressão comuns, esse anel pode ser instalado livremente na ranhura do anel de vedação.
Data da publicação: 04/08/2022