Como ya hemos visto, los pistones se montan en los cilindros con una holgura relativamente alta para permitir la dilatación térmica, esta condición indica que el sellado de los gases de trabajo no puede realizarse con solo estas dos piezas. Para garantizar este sellado se recurre a los anillos o aros, que se montan en ranuras especialmente maquinadas en el cuerpo del pistón.
se muestra un juego de anillos típico.
Pueden diferenciarse por su forma básica dos tipos:
Los de compresión de sección sólida.
Los de aceite, formado por dos aros muy finos y un separador elástico entre ellos.
Observe que estos anillos son abiertos para permitir el montaje en las ranuras del pistón y que además los extremos de la abertura están separados un espacio, de manera que su forma no es cilíndrica, por tal motivo para introducirlos dentro de las camisas una vez montados en las ranuras del pistón, hay que forzarlos a cerrarse. La elasticidad del material tenderá a producir una presión sobre la superficie cilíndrica de la camisa y con ello lograr la hermeticidad del espacio entre pistones y cilindros.
Durante el trabajo del motor ya hemos visto que los pistones se calientan notablemente; como los anillos están en contacto con ellos estos últimos tambien se calentarán, de forma que resulta necesario dejar una cierta holgura en frío entre sus extremos una vez montados dentro de las camisas, para permitir el crecimiento de su longitud al calentarse sin que se atasquen.
Anillos de compresión
Los anillos de compresión se construyen de fundición de estructura cristalográfica especial muchas veces aleados para lograr alta resistencia al desgaste, mientras los anillos de aceite pueden ser del mismo material o de acero, según su construcción.
Es común que la superficie externa del anillo que estará en contacto con la camisa esté especialmente recubierta con cromo electrólítico, la dureza y resistencia del cromo superficial aumenta la durabilidad y mejora la capacidad de trabajo del anillo.
se muestra el esquema de un pistón con los anillos montados. Observe que existe una holgura entre los anillos y las paredes de la ranura de sostén en todas direcciones, está claro que esta holgura es necesaria para la dilatación térmica de las piezas. Observe también que debajo de los aros de aceite hay unos agujeros que comunican el fondo de la ranura con la oquedad interior del pistón, estos agujeros son claves para el trabajo de los anillos de aceite como veremos mas adelante.
Estas holguras, a primera vista, permitirían a los gases a presión del ciclo de trabajo del motor pasar de la cámara de combustión a la zona debajo del pistón produciendo fugas indeseables, pero en la práctica no es así, y en realidad su existencia beneficia el sellado, veamos por que:
Cuando el pistón se mueve en su carrera ascendente en la carrera de compresión, el rozamiento entre las superficies en contacto de anillos y camisa produce una fuerza f1 sobre el anillo que tiende a apretar su cara inferior con la correspondiente de la ranura del pistón, con ello la holgura entre ambas piezas se traslada a la parte superior del anillo como puede verse
El espacio libre correspondiente a la holgura se llena con los gases a presión que están sobre el pistón, estos gases producen fuerzas adicionales, una que tiende a apretar mas aun la cara inferior del anillo a su ranura o fuerza f2 y otra actuando desde el fondo del anillo o fuerza f3, que se agrega a la fuerza de apriete del aro con la camisa debido a su elasticidad.
Cuando el pistón desciende debido a los gases de la combustión, la fuerza f2 crece en gran medida y aunque la fuerza de rozamiento f1 se invierte, no puede contrarrestar a la f2 y se mantiene apretado el anillo contra el borde inferior de la ranura.
Luego en la carrera de escape se produce el mismo fenómeno que en la compresión, el pistón sube y las fuerzas f1 y f2 se suman.Podrá observar que durante la carrera de admisión, la fuerza de fricción f1 tiende a apretar el anillo contra la superficie superior de la ranura del pistón cerrando el paso entre ambas zonas.
De esta forma se garantiza que todos los pasos entre la cámara de combustión y la parte inferior del pistón quedan cerrados y las fugas desaparecen.
Anillos de aceite.
Con el aceite no sucede los mismo, y las holguras mencionadas mas bien se convierten en una “bomba de aceite” hacia la cámara de combustión.
Cuando el motor funciona, las partes en movimiento debajo de los pistones están siendo lubricadas abundantemente, esta lubricación y la alta velocidad de giro producen una niebla densa de gotitas de aceite que se proyectan en todas direcciones, de forma tal, que alcanzan también a las paredes del cilindro por debajo del pistón. Cuando el pistón desciende, los anillos de compresión barren ese aceite pero no pueden evitar que cierta cantidad pase a la parte superior del pistón, veamos porqué:
cuando el pistón baja, y el anillo se pega al borde superior de la ranura, el aceite que va barriendo tiene vía libre para llenar los espacios correspondientes a las holguras, debajo y detrás del anillo. Luego si miramos , nos podremos dar cuenta que al invertirse el movimiento del pistón y este comenzar a subir, el propio anillo al moverse en la ranura hacia el borde inferior, desplaza parte del aceite al espacio encima de él. Note que ahora la holgura se ha colocado arriba del anillo. Como este proceso de ascensos y descensos del pistón se repite constantemente, el anillo de compresión “bombea” el aceite desde la zona de barrido hacia la cámara de combustión.
Para resolver este asunto se colocan uno o dos aros de aceite por debajo de los anillos de compresión.
Estos aros no son cuerpos sólidos, si no que están formados por dos anillos muy delgados de barrido separados por un elemento elástico independiente que mantiene ambos a distancia para ocupar la ranura del pistón. También en la práctica se usan anillos de aceite de una sola pieza elaborada de forma especial y perforada para hacer la misma función.
La ranura donde se aloja el aro de aceite tiene una peculiaridad especial que la distingue de las de los anillos de compresión, y es que en el fondo tiene varias perforaciones que comunican con el interior de la oquedad interna del pistón .
Estas diferencias hacen que:
El elemento elástico funcione como un resorte que trata de mantener siempre los dos anillos de barrido, uno superior y otro inferior separados, y apretados contra las caras correspondientes de la ranura del pisón, de manera que el efecto de bombeo se vea notablemente reducido.
Que el aceite que logre penetrar a la zona por detrás del anillo, entre este y el fondo de la ranura, pueda escapar al interior del pistón y con ello regresar al cárter.
como pasa el aceite barrido por el anillo al carter del motor.
se muestra un pistón con los orificios al fondo de la ranura de aceite, y un anillo de aceite real montado en el pistón.
