Guia Completo dos Pistões Automotivos: Função, Design e Performance

Em motor de combustão interna, o pistão é um dos maiores componentes que auxiliam o ciclo de combustão. A peça do motor é envolvida por bloco de cilindro que usa anel do pistão para não deixar espaço para escape de gás.

Os pistões ajudam na transformação de energia térmica em trabalho mecânico e vice-versa. Move-se para cima e para baixo dentro do cilindro para expandir e contrair mistura ar-combustível. Por isso, o pistão é indispensável em motor de combustão interna.

Hoje veremos definição, funções, funcionamento, tipos, partes, materiais e diagrama de um pistão automotivo.

Leia: Componentes de um motor automotivo

O que é um pistão?

Um pistão é dispositivo mecânico que move-se para cima para comprimir gás e para baixo devido à explosão no cilindro, transformando energia térmica em trabalho mecânico.

Um pistão segue processo cíclico para continuação do processo de conversão de calor. O processo ocorre de três formas:

• Fornecer calor ao gás dentro do cilindro para trabalho útil
• Remover calor do cilindro para diminuir pressão, para que gás seja facilmente comprimido
• Aplicar trabalho ao pistão em seu estado inicial, pronto para realizar o ciclo novamente

Funções do pistão em motores de combustão interna

Pistões desempenham papel vital no motor automotivo, incluindo motor de ignição por centelha a gasolina e ignição por compressão diesel. Estes dois processos são diferentes mas utilizam pistão. Abaixo funções do pistão no motor automotivo:

• Função principal: transferir força da explosão de gás no cilindro ao virabrequim, fornecendo momento rotacional ao volante.
• Move-se para frente para comprimir gases e explosão ocorrer para movimento de retorno.
• Contém pino chamado pino do pistão, impede gases da câmara escaparem.
• Biela fixada na parte inferior do pistão permite transferência de trabalho mecânico.
• Pistões ajudam a transportar mistura ar-combustível durante o ciclo de combustão.
• Pistões auxiliam controle de fluxo de óleo nas paredes do cilindro usando anel de controle de óleo.

Como funciona um pistão?

Perguntando como pistão funciona, você será exposto a todo princípio de funcionamento do motor de combustão interna. Isso porque pistão faz o trabalho principal durante o ciclo de quatro tempos.

Como mencionado, motor de combustão interna é de dois tipos e funcionam de maneiras diferentes. Um trabalha com vela de ignição, chamado "motor de ignição por centelha" e outro "motor de ignição por compressão". Seu funcionamento é bastante diferente. O funcionamento destes motores foi coberto em outro artigo.

O vídeo abaixo contém o funcionamento de um pistão em motor de combustão interna:

Material do pistão

Ferro fundido é o material mais antigo usado para pistões. Motores modernos beneficiam-se de materiais mais leves para balanceamento do motor. Bons pistões devem resistir às temperaturas de combustão do motor. Ligas como Y alloys e hidumínio são especificamente usadas para obter tais propriedades.

Pistões são feitos de ligas de alumínio com processo de fundição. Alguns pistões em veículos de corrida requerem melhor resistência e vida à fadiga, por isso são forjados.

Pistões de tarugo (billet) também usados em motores de corrida porque não dependem do tamanho e arquitetura de forjamentos disponíveis, permitindo mudança de design no último minuto. Embora não visível a olho nu.

Abaixo o diagrama de um pistão:

Principais partes dos pistões e suas funções

Abaixo explicações das principais partes do pistão:

Saia do pistão:

Material cilíndrico fixado na porção arredondada do pistão. Geralmente ferro fundido para resistir desgaste e propriedades auto-lubrificantes. Ranhuras na saia permitem anéis assentarem perfeitamente. Função: mover-se para cima e para baixo no cilindro.

Anéis do pistão:

Peças de anéis fendidos montados em área recartilhada do pistão. Geralmente três anéis. Às vezes um, dependendo do tipo de motor.

Mancais do pistão:

Auxiliam eficácia do movimento. Localizados nos pontos de rotação pivotal. Peças metálicas semicirculares que assentam nos furos destes pontos.

Pino do pistão:

Também conhecido como pino de pulso ou pino de biela. Eixo oco ou sólido na seção da saia. Biela pivotada neste pino, mantida no casquilho do anel do pistão. Função: oferecer suporte de mancal para o pistão funcionar corretamente.

Cabeça do pistão:

Também chamada coroa ou cúpula, superfície superior. Contata gases de combustão, experimentando temperatura extremamente alta. Função: receber pressões, temperaturas e esforços do gás em expansão.

Parafuso da biela:

Usado para fixar a haste ao virabrequim. Tampa da haste e mancal na extremidade inferior dos parafusos. Porca trava componentes junto com parafuso.

Biela:

Uma das principais partes do pistão, abreviada conrod. Conecta pistão ao virabrequim do motor e permite movimento do pistão na câmara. Projetada para suportar tensão mecânica, por isso robusta. Feita por forjamento e às vezes fundição.

Leia: Motor de quatro tempos: tudo que você precisa saber

Tipos de pistões

Abaixo os três tipos de pistões:

Pistões de prato (Dish pistons): formato de prato com bordas externas levemente curvadas para cima. Simples, poucos problemas para engenheiros. Usado em aplicações turbo que não requerem comando de alta elevação ou alta taxa de compressão.

Pistões de topo plano (Flat-top pistons): topo plano. Menor área de superfície, chance de criar mais força. Perfeito para combustão eficiente.

Pistões de topo plano criam alta explosão na câmara, mas compressão pode ser excessiva para câmaras de combustão menores.

Pistões de cúpula (Dome pistons): conceito oposto ao prato. Bolha no meio para aumentar área de superfície no topo do pistão. Mais área significa menos compressão, enquanto mais compressão indica mais força criada.

A câmara de combustão tem limite superior que suporta, então reduzir taxa de compressão é melhor opção para evitar quebra do motor.

Leia: Tudo que você precisa saber sobre sistema de transmissão

Problemas Comuns do Pistão

O problema que pistão desenvolve não é menos que trinca. Ocorre no topo da cabeça do pistão (coroa). Geralmente causada por compressão excessiva ou ignição muito adiantada em motores a gasolina. A cabeça trinca porque opera fora da pressão para a qual foi projetada.

Em motor diesel, pistão desenvolve problemas por condição chamada fadiga térmica. Ocorre quando motor opera sob carga pesada alternada com carga leve. Mudanças drásticas constantes na temperatura de combustão resultam em trincas térmicas na cabeça do pistão.

Trinca também na saia do pistão devido a carga excessiva constante e fadiga de alta quilometragem. Em algumas situações, design do pistão é a causa. Fabricantes corrigem fornecendo peça substituída.

Saia do pistão ainda pode trincar em estágio inicial de motor reparado quando pistão não ajustado corretamente às bielas. Causa fraturas de tensão, resultando em trinca séria na saia.

Leia: Como o motor automotivo funciona

É isso para este artigo destacando definição, funcionamento, partes, tipos, material, problemas do pistão. Espero que o conhecimento tenha sido atingido; se sim, deixe seu pensamento e não esqueça de compartilhar. Obrigado!