Tudo o que você sempre quis saber sobre pistões – Recurso – carro e motorista

As balas de alumínio dentro do seu motor vivem em um inferno de fogo. Em aceleração máxima e 6.000 rpm, um pistão em um motor a gasolina é submetido a quase 10 toneladas de força a cada 0,02 segundo, à medida que explosões repetidas aquecem o metal a mais de 600 graus Fahrenheit.

Hoje em dia, aquele Hades cilíndrico está mais quente e intenso do que nunca, e é provável que piore para os pistões. Enquanto as montadoras buscam maior eficiência, os fabricantes de pistão estão se preparando para um futuro em que os motores a gasolina naturalmente aspirados mais potentes produzirão 175 cavalos de potência por litro, acima dos 130 atuais. Com a turboalimentação e as saídas aumentadas, surgem condições ainda mais difíceis. Na última década, as temperaturas operacionais dos pistões subiram 120 graus, enquanto as pressões máximas dos cilindros aumentaram de 1.500 psi para 2.200 psi.

Um pistão conta uma história sobre o motor em que reside. A coroa pode revelar o diâmetro, o número de válvulas e se o combustível é ou não injetado diretamente no cilindro. No entanto, o design e a tecnologia de um pistão também podem dizer muito sobre as tendências e os desafios mais amplos enfrentados pela indústria automobilística. Para cunhar uma máxima: conforme anda o automóvel, anda o motor; e conforme o motor vai, o mesmo acontece com o pistão. Na busca por maior economia de combustível e emissões mais baixas, as montadoras estão pedindo pistões mais leves e de menor atrito com resistência para suportar condições operacionais mais difíceis. São essas três preocupações — durabilidade, atrito e massa — que consomem os dias de trabalho dos fornecedores de pistões.

De muitas maneiras, o desenvolvimento de motores a gasolina está seguindo o caminho traçado pelos motores a diesel há 15 anos. Para compensar o aumento de 50 por cento nas pressões de pico do cilindro, alguns pistões de alumínio agora têm uma inserção de ferro ou aço para suportar o anel superior. Os motores a gasolina mais quentes logo exigirão uma galeria de resfriamento ou um canal fechado na parte inferior da coroa que seja mais eficiente na remoção de calor do que o método atual de simplesmente borrifar óleo na parte inferior do pistão. Os esguichos injetam óleo em uma pequena abertura na parte inferior do pistão que alimenta a galeria. A tecnologia aparentemente simples não é fácil de fabricar, no entanto. Criar uma passagem oca significa fundir o pistão em duas peças e uni-las por fricção ou soldagem a laser.

Os pistões respondem por pelo menos 60% do atrito do motor, e as melhorias aqui têm um impacto direto no consumo de combustível. Remendos de resina impregnados com grafite e redutores de fricção impressos na saia agora são quase universais. O fornecedor de pistões Federal-Mogul está experimentando uma face cônica no anel de óleo que permite uma redução na tensão do anel sem aumentar o consumo de óleo. A fricção do anel inferior pode liberar até 0,15 cavalos de potência por cilindro.

As montadoras também estão ansiosas por novos acabamentos que reduzam o atrito entre as peças que se esfregam ou giram umas contra as outras. O revestimento de diamante duro e escorregadio, ou DLC, é promissor para camisas de cilindro, anéis de pistão e pinos de pulso, onde pode eliminar a necessidade de rolamentos entre o pino e a biela. Mas é caro e tem poucas aplicações nos carros atuais.

"Os [fabricantes] estão discutindo o DLC com frequência, mas se eles o farão ou não em carros de produção é um ponto de interrogação", diz Joachim Wagenblast, diretor sênior de desenvolvimento de produtos da Mahle, um fornecedor alemão de autopeças.

A modelagem computacional cada vez mais sofisticada e os métodos de fabricação mais precisos também permitem formas mais complexas. Além das cubas, cúpulas e entalhes de válvulas necessários para folga e para atingir uma taxa de compressão específica, as saias assimétricas apresentam uma área menor e mais rígida no lado de impulso do pistão para reduzir o atrito e as concentrações de tensão. Vire um pistão e você verá paredes cônicas com pouco mais de 0,1 polegada de espessura. Paredes mais finas exigem um controle mais rígido das tolerâncias que já são medidas em mícrons ou milésimos de milímetro.

Paredes mais finas também exigem uma melhor compreensão da expansão térmica de um objeto que às vezes tem que aquecer de abaixo de zero a várias centenas de graus em questão de segundos. O metal em seu motor não se expande uniformemente à medida que aquece, portanto, otimizar as tolerâncias requer experiência em design e recursos precisos de usinagem para criar pequenas excentricidades nas peças.