FÍSICA DE LA MOTO: TODO LO QUE NECESITA SABER SOBRE LOS PISTONES DE ALTA COMPRESIÓN 

Aumentar la compresión de su motor debería ser una decisión informada. Es importante comprender primero qué efectos tiene la alta compresión, la anatomía de un pistón de alta compresión y qué aplicaciones suelen beneficiarse más. Por Paul Olesen

Los pistones de alta compresión son una mejora común para las motos de cross y otras motocicletas, pero aumentar la compresión no siempre es beneficioso. MXA echa un vistazo a los efectos que tiene una mayor compresión, el diseño de pistones de alta compresión y los factores que se deben abordar al considerar la posibilidad de agregar uno.

Ya sea que esté compitiendo o buscando un mayor rendimiento en el camino, hay una gran cantidad de mejoras de rendimiento que debe considerar para aumentar la potencia de su máquina. Los fabricantes de pistones, como JE Pistons, ofrecen pistones de alta compresión para muchas aplicaciones, pero existen importantes ventajas y desventajas que debe considerar al decidir si un pistón de alta compresión es adecuado para su aplicación. Echaremos un vistazo a lo que aumenta la relación de compresión y qué efectos tiene en el motor, detallaremos cómo se fabrican los pistones de alta compresión y brindaremos una descripción general de alto nivel de qué aplicaciones pueden beneficiarse de la utilización de un pistón de alta compresión.

EXISTEN LÍMITES EN LA CANTIDAD DE LA MEZCLA QUE SE PUEDE COMPRIMIR ANTES DE LA COMBUSTIÓN. SI LA TEMPERATURA DE LA MEZCLA AUMENTA DEMASIADO ANTES DEL DISPARO DE LA BUJÍA, LA MEZCLA PUEDE ENCENDERSE AUTOMÁTICAMENTE.

¿Cómo afecta el aumento de la relación de compresión al rendimiento del motor? Para comprender cómo el aumento de la relación de compresión afecta el rendimiento, debemos comenzar por comprender qué sucede con la mezcla de combustible y aire en la carrera de compresión. Durante la carrera de compresión, la mezcla de combustible / aire se comprime y, debido a las leyes termodinámicas, la mezcla comprimida aumenta en temperatura y presión. En comparación con la compresión de una relación de existencias, la mezcla de combustible / aire se comprime más, lo que aumenta la temperatura y la presión antes del evento de combustión.

Una mayor compresión, como en este pistón JE, permite que se queme con éxito una mayor cantidad de mezcla de combustible / aire, lo que finalmente resulta en más potencia producida durante la carrera de potencia.

La detonación y el preencendido pueden aumentar la presión y la temperatura del cilindro, provocando daños y picaduras en la corona del pistón. La potencia resultante que se puede extraer del evento de combustión depende en gran medida de la temperatura y presión de la mezcla de combustible y aire antes de la combustión. La temperatura y presión de la mezcla antes de la combustión influyen en la presión máxima del cilindro durante la combustión, así como en la temperatura máxima dentro del cilindro. Por razones termodinámicas, los aumentos en la presión y la temperatura máximas del cilindro durante la combustión darán como resultado una mayor eficiencia mecánica, la extracción de más trabajo y una mayor potencia durante la carrera de potencia. En resumen, cuanto más se pueda comprimir la mezcla de combustible y aire antes de la combustión, más energía se podrá extraer de ella.

Los tratamientos de la superficie pueden proteger la corona del pistón y las ranuras de los anillos de posibles daños causados ​​por altas presiones y temperaturas del cilindro. El revestimiento EN de JE puede aumentar la longevidad en una construcción de carrera de alta compresión.

Sin embargo, existen límites en cuanto a cuánto se puede comprimir la mezcla antes de la combustión. Si la temperatura de la mezcla aumenta demasiado antes del encendido de la bujía, la mezcla puede encenderse automáticamente, lo que a menudo se conoce como preencendido. Otra condición de combustión perjudicial que puede ocurrir se llama detonación. La detonación ocurre cuando los gases restantes se encienden espontáneamente después de que se enciende la bujía. Ambas condiciones ejercen una tensión mecánica severa en el motor porque las presiones de los cilindros exceden con creces el diseño del motor, lo que puede dañar los componentes de gama alta y afectar negativamente el rendimiento.

CUANDO LA BICICLETA SE CONDUCE A BAJA VELOCIDAD, EN CONDICIONES ESTRECHAS O CON MUCHO USO DEL EMBRAGUE, EL MOTOR PUEDE SER IMPACTADO NEGATIVAMENTE POR LA INCORPORACIÓN DE UN PISTÓN DE ALTA COMPRESIÓN.

Ahora que conocemos los cambios que se producen durante la combustión para aumentar la potencia, podemos ver qué otros efectos tienen estos cambios en el motor. Dado que la presión del cilindro aumenta, se ejerce más tensión sobre el motor. La cantidad de estrés adicional que se introduce depende en gran medida de la configuración general del motor. Dado que las temperaturas de combustión aumentan con una mayor relación de compresión, el motor también debe disipar más calor. Si no se maneja adecuadamente, el aumento de temperatura puede reducir la vida útil de los componentes de gama alta.

Los pistones de alta compresión aumentan la carga en la estructura de trabajo del motor, incluidos los anillos, el pistón y los cojinetes de biela del extremo superior.

A menudo, se pueden realizar modificaciones adicionales para ayudar a mitigar los efectos secundarios de aumentar la relación de compresión. Para ayudar a reducir el riesgo de preignición y detonación, el uso de un combustible con un índice de octanaje más alto puede ser ventajoso, piense en el gas de carrera. Alterar el evento de combustión aumentando la cantidad de combustible (enriqueciendo la mezcla) y cambiando el tiempo de encendido también puede ayudar; piense más en grande y retardando el encendido. La mejora del sistema de refrigeración puede ser una forma eficaz de combatir el calor adicional generado por la combustión; piense en radiadores más grandes, enfriadores de aceite, bombas de agua Boyesen o tapas de radiadores de alta presión. Equipar el motor con un embrague de alto rendimiento puede ayudar a reducir el deslizamiento y el desgaste del embrague, lo que puede ocurrir debido al aumento de potencia, piense en Hinson o Rekluse.

Por lo general, se logra una mayor compresión aumentando el volumen del domo combinado con características elevadas y cavidades de válvula profundas, como ocurre con este pistón JE..

También se puede aumentar la altura de compresión, lo que aumenta la distancia entre el centro del orificio del pasador y la corona del pistón. Echemos un vistazo rápido a las consideraciones que se tienen al diseñar un pistón de alta compresión. Por lo general, los pistones de alta compresión se fabrican agregando volumen de cúpula a la corona del pistón, lo que reduce el volumen de holgura en el punto muerto superior (TDC). En algunos casos, esto es difícil de hacer, dependiendo de la forma de la cámara de combustión, el tamaño de las válvulas o la cantidad de elevación de las válvulas. A la hora de diseñar la cúpula, es fundamental optar por diseños de cúpula lisa. Se prefieren las cúpulas lisas, a diferencia de los diseños con estrías más agresivas, porque estos últimos pueden provocar puntos calientes en la corona del pistón, lo que puede provocar un preencendido. Otra opción de diseño común es aumentar la distancia de compresión, que es la distancia desde el centro del orificio del pasador de la muñeca hasta la corona del pistón. En este enfoque, se reduce la holgura de aplastamiento, que es la holgura entre el pistón y la cabeza.

De izquierda a derecha: pistones con relación de compresión 13.0:1, 13.5:1 y 14.0:1, todo para una YZ250F. Observe las diferencias en el volumen y el diseño de la cúpula del pistón..

Una descripción general de alto nivel de las aplicaciones que pueden beneficiarse de una mayor relación de compresión puede resultar útil a la hora de evaluar si una actualización de alta compresión es una buena opción para su máquina. Dado que el aumento de la relación de compresión aumenta la potencia y la producción de calor, las aplicaciones que se benefician de la potencia adicional y pueden hacer frente al calor adicional obtienen las ganancias de rendimiento más significativas. Por otro lado, las aplicaciones en las que la bicicleta se conduce a baja velocidad, en condiciones estrechas o con mucho uso del embrague pueden verse afectadas negativamente por la  Incorporación de un pistón de alta compresión. Tenga en cuenta que estas declaraciones son generalizaciones y cada motor responde de manera diferente al aumento de las relaciones de compresión.

Afortunadamente, si está considerando aumentar la relación de compresión de su motor mediante el uso de un pistón de alta compresión, se han probado y optimizado muchos diseños del mercado de accesorios para motores específicos y clasificaciones de octanaje de combustible. Por ejemplo, la mayoría de los fabricantes de pistones ofrecen pistones con relaciones de compresión incrementadas gradualmente para que pueda incorporar una configuración que funcione mejor para usted. Por ejemplo, los pistones de alta compresión JE para bicicletas todoterreno suelen estar disponibles con incrementos de relación de compresión de 0.5. Si la relación de compresión de stock de un motor es 13.0: 1, lo más probable es que haya opciones de 13.5: 1 y 14.0: 1, para que pueda tomar una decisión informada sobre cuánto le beneficiará la compresión en función de su máquina y tipo de conducción.

Incluso si la compresión de stock es mejor para su aplicación, la construcción forjada, los diseños de faldón más fuertes y los diseños de corona más eficientes de los pistones del mercado de accesorios pueden proporcionar un rendimiento y una durabilidad mejorados.

Si el rendimiento es suficiente con la relación de compresión de serie de un motor, todavía hay mejoras en la eficiencia y durabilidad que se pueden lograr con un pistón forjado. Los pistones forjados tienen un flujo de grano de aleación mejor alineado que los pistones fundidos, lo que crea una parte más fuerte más resistente a las tensiones del funcionamiento del motor. Además del material forjado, se pueden realizar mejoras en los diseños de faldón de pistón para aumentar la resistencia sobre los diseños originales, como los diseños FSR de JE. Los diseñadores de pistones también suelen abordar el diseño de cúpula en pistones de compresión originales, empleando suavidad en los relés de válvulas, bordes y otras características de la corona para mejorar el recorrido de la llama, disminuir los puntos calientes y, en última instancia, aumentar la eficiencia del motor.