Um pistão é um componente cilíndrico do motor que desliza para frente e para trás no orifício do cilindro por forças produzidas durante o processo de combustão. O pistão atua como uma extremidade móvel da câmara de combustão. A extremidade estacionária da câmara de combustão é a cabeça do cilindro.

Os pistões são normalmente feitos de liga de alumínio fundido para uma condutividade térmica excelente e leve. A condutividade térmica é a capacidade de um material de conduzir e transferir calor. O alumínio se expande quando aquecido e deve ser fornecida uma folga adequada para manter o movimento livre do pistão no orifício do cilindro. Folga insuficiente pode fazer com que o pistão fique preso no cilindro. Folga excessiva pode causar perda de compressão e aumento no ruído do pistão.

Os recursos do pistão incluem a cabeça do pistão, o orifício do pino do pistão, o pino do pistão, a saia, as ranhuras do anel, as saliências do anel e os anéis do pistão (anéis de segmento). A cabeça do pistão é a superfície superior (mais próxima da cabeça do cilindro) do pistão, que é submetida a tremendas forças e calor durante a operação normal do motor.

O orifício do pino do pistão é um orifício de passagem na lateral do pistão perpendicular ao curso do pistão que recebe o pino do pistão. Um pino de pistão é um eixo oco que conecta a pequena extremidade da biela ao pistão. A saia de um pistão é a parte do pistão mais próxima do virabrequim que ajuda a alinhar o pistão conforme ele se move no orifício do cilindro. Algumas saias têm perfis cortados para reduzir a massa do pistão e para fornecer folga para os contrapesos do virabrequim rotativo.

Uma ranhura de anel é uma área rebaixada localizada em torno do perímetro do pistão que é usada para reter um anel de segmento. As áreas do anel são as duas superfícies paralelas da ranhura do anel que funcionam como a superfície de vedação para o anel do pistão. Um anel de segmento é um anel bipartido expansível usado para fornecer uma vedação entre o pistão e a parede do cilindro. Os anéis de pistão são geralmente feitos de ferro fundido. O ferro fundido mantém a integridade de sua forma original sob calor, carga e outras forças dinâmicas. Os anéis de segmento vedam a câmara de combustão, conduzem o calor do pistão para a parede do cilindro e devolvem o óleo ao cárter. O tamanho e a configuração do anel do pistão variam dependendo do projeto do motor e do material do cilindro.

Os anéis de segmento comumente usados ​​em motores pequenos incluem o anel de compressão, o anel limpador e o anel de óleo. Um anel de compressão é o anel do pistão localizado na ranhura do anel mais próxima da cabeça do pistão. O anel de compressão veda a câmara de combustão de qualquer vazamento durante o processo de combustão. Quando a mistura ar-combustível é inflamada, a pressão dos gases de combustão é aplicada à cabeça do pistão, forçando o pistão em direção ao virabrequim. Os gases pressurizados viajam através do espaço entre a parede do cilindro e o pistão e para dentro da ranhura do anel do pistão. A pressão do gás de combustão força o anel do pistão contra a parede do cilindro para formar uma vedação. A pressão aplicada ao anel do pistão é aproximadamente proporcional à pressão do gás de combustão.

Um anel limpador é o anel do pistão com uma face cônica localizada na ranhura do anel entre o anel de compressão e o anel de óleo. O anel limpador é usado para selar ainda mais a câmara de combustão e para limpar a parede do cilindro do excesso de óleo. Os gases de combustão que passam pelo anel de compressão são interrompidos pelo anel limpador.

Um anel de óleo é o anel do pistão localizado na ranhura do anel mais próxima do cárter. O anel de óleo é usado para limpar o excesso de óleo da parede do cilindro durante o movimento do pistão. O excesso de óleo é devolvido através das aberturas do anel para o reservatório de óleo no bloco do motor. Motores de ciclo de dois tempos não requerem anéis de óleo porque a lubrificação é fornecida pela mistura de óleo na gasolina e um reservatório de óleo não é necessário.

Os anéis de segmento vedam a câmara de combustão, transferindo calor para a parede do cilindro e controlando o consumo de óleo. Um anel de segmento veda a câmara de combustão por meio de pressão inerente e aplicada. A pressão inerente é a força da mola interna que expande um anel do pistão com base no projeto e nas propriedades do material usado. Requer uma força significativa necessária para comprimir um anel de segmento a um diâmetro menor. A pressão inerente é determinada pela folga do anel do pistão não comprimida ou livre. A lacuna livre do anel do pistão é a distância entre as duas extremidades de um anel do pistão em um estado não comprimido. Normalmente, quanto maior a lacuna livre do anel do pistão, mais força o anel do pistão aplica quando comprimido no orifício do cilindro.

Um anel de segmento deve fornecer um ajuste radial previsível e positivo entre a parede do cilindro e a superfície de operação do anel de segmento para uma vedação eficiente. O ajuste radial é obtido pela pressão inerente do anel do pistão. O anel de segmento também deve manter uma vedação nas partes do anel do pistão.

Além da pressão inerente, um anel de segmento veda a câmara de combustão por meio da pressão aplicada. A pressão aplicada é a pressão aplicada dos gases de combustão ao anel do pistão, fazendo com que ele se expanda. Alguns anéis de pistão têm uma borda chanfrada oposta à superfície de giro. Essa borda chanfrada faz com que o anel do pistão se torça quando não é afetado pelas pressões do gás de combustão.

Outra consideração do projeto do anel de segmento é a pressão de contato da parede do cilindro. Essa pressão geralmente depende da elasticidade do material do anel do pistão, da folga livre do anel do pistão e da exposição aos gases de combustão. Alguns anéis de pistão são feitos de ferro fundido, que adapta-se facilmente à parede do cilindro. Além disso, o ferro fundido é facilmente revestido com outros materiais para aumentar sua durabilidade. Deve-se ter cuidado ao manusear os anéis de pistão, pois o ferro fundido é facilmente distorcido. Os anéis de pistão comumente usados ​​em motores pequenos incluem o anel de compressão, o anel limpador e o anel de óleo.

Anel de compressão

O anel de compressão é o anel superior ou mais próximo aos gases de combustão e está exposto à maior quantidade de corrosão química e à mais alta temperatura de operação. O anel de compressão transfere 70% do calor da câmara de combustão do pistão para a parede do cilindro.

Grande parte dos motores usa anéis de compressão cônicos ou cilíndricos. Um anel de compressão de face cônica é um anel de segmento que tem um ângulo de afunilamento de aproximadamente 1 ° na superfície de rolamento. Este cone fornece uma ação de limpeza suave para evitar que qualquer excesso de óleo chegue à câmara de combustão.

Um anel de compressão de face cilíndrica é um anel de segmento que possui uma superfície de rolamento curva para fornecer lubrificação consistente do anel de segmento e da parede do cilindro. Isso também fornece um efeito de cunha para otimizar a distribuição de óleo ao longo de todo o curso do pistão. Além disso, a superfície de rolamento curva reduziu a possibilidade de quebra do filme de óleo devido ao excesso de pressão na borda do anel ou inclinação excessiva do pistão durante a operação.

Anel limpador

O anel limpador, às vezes chamado de anel raspador ou anel de compressão reserva, é o próximo anel afastado da cabeça do cilindro no pistão. O anel limpador fornece uma espessura consistente de filme de óleo para lubrificar a superfície de rolamento do anel de compressão. A maioria dos anéis de limpeza nos motores tem uma face de ângulo cônico. O ângulo cônico é posicionado em direção ao reservatório de óleo e fornece uma ação de limpeza conforme o pistão se move em direção ao virabrequim.

O ângulo cônico fornece contato que direciona o excesso de óleo na parede do cilindro para o anel de óleo para retornar ao reservatório de óleo. Um anel limpador instalado incorretamente com o ângulo cônico mais próximo do anel de compressão resulta em consumo excessivo de óleo. Isso é causado pelo anel de limpeza que limpa o excesso de óleo na direção da câmara de combustão.

Anel de óleo

Um anel de óleo inclui dois trilhos finos ou superfícies de rolamento. Orifícios ou fendas cortadas no centro radial do anel permitem o fluxo do óleo em excesso de volta para o reservatório de óleo. Os anéis de óleo são geralmente de uma só peça, incorporando todos esses recursos. Alguns anéis de óleo integrados utilizam um expansor de mola para aplicar pressão radial adicional ao anel do pistão. Isso aumenta a pressão da unidade (quantidade medida de força e tamanho da superfície de funcionamento) aplicada na parede do cilindro.

O anel de óleo tem a pressão inerente mais alta dos três anéis de segmento. Alguns motores usam um anel de óleo em forma de árvore que consiste em dois trilhos e um expansor. Os anéis de óleo estão localizados em cada lado do expansor. O expansor geralmente contém várias ranhuras ou janelas para retornar o óleo para a ranhura do anel do pistão. O anel de óleo usa pressão inerente do anel do pistão, pressão do expansor e a alta pressão da unidade fornecida pela pequena superfície de rolamento dos trilhos finos.

O pistão atua como a extremidade móvel da câmara de combustão e deve suportar flutuações de pressão, estresse térmico e carga mecânica. O material e o design do pistão contribuem para a durabilidade e desempenho geral de um motor. A maioria dos pistões é feita de liga de alumínio fundido por injeção ou por gravidade.

A liga de alumínio fundido é leve e tem boa integridade estrutural e baixos custos de fabricação. O peso leve do alumínio reduz a massa total e a força necessária para iniciar e manter a aceleração do pistão. Isso permite que o pistão utilize mais da força produzida pela combustão para alimentar a aplicação. Os projetos de pistão são baseados em benefícios e compromissos para o desempenho geral do motor ideal.