Nova geração de pistão reduz emissão de CO2

Há anos, a legislação automotiva tem exigido uma redução em emissões. Ao mesmo tempo, as demandas das montadoras em relação à vida útil do pistão e ao carregamento aumentaram. Para abordar essas tendências, a KS Kolbenschmidt nos últimos anos expandiu consistentemente suas capacidades em matéria de integração de sistemas e tribologia, e um passo nessa direção tem sido a aliança bem-sucedida com a Riken, um fabricante Japonês de anel de pistão. Um exemplo impressionante dessa cooperação é o desenvolvimento customizado do conjunto pistão, Anel com alto grau de redução de atrito, ainda capazes de enfrentar os difíceis desafios de engenharia.

Novo conceito

Liteks-4, um novo conceito de pistão leve desenvolvido para motores a gasolina, está pronto para a produção em série. Em aplicações de alto desempenho, o pistão pode ser fornecido com porta anel e galeria de resfriamento. As medições em motores instrumentados, seguido de simulações em veículos mostraram uma redução de CO2 da ordem de 1,7% no ciclo NEDC 

Desde o lançamento no mercado em 2006, mais de 100 milhões de pistões Liteks foram montados e contribuíram para proteção ambiental em veículos ao redor do mundo. Agora, a geração mais nova, o Liteks-4, está pronta para a produção em série, após ser testada pelos métodos mais modernos de funcionamento e robustez. Além do baixo peso, a ênfase dessa geração tem sido focar metas ambiciosas de perdas por atrito.

Para a mesma condição de carga do motor, esse novo conceito de pistão permite uma redução de dez por cento no peso do pistão em comparação à geração anterior. Isto é possível tanto em motores de menor custo quanto modelos de injeção direta com maior custo, onde o porta-anel e a galeria de resfriamento ajudam a lidar com as severas condições térmicas e mecânicas. Esta perda de peso foi principalmente feita graças ao rigoroso aprimoramento nas características específicas. A superfície frontal arredondada do cubo do pistão permite uma transição suave para a parede lateral do pistão e, em conjunto com os dois suportes em cada um dos alívios inferiores da zona posterior do anel, minimiza o estresse da combustão nas laterais do topo do pistão. Os conhecidos benefícios da resistente liga KS309 também foi totalmente explorada para permitir que as espessuras das paredes sejam minimizadas.

Melhora do o desempenho relativo ao atrito

A base para esta melhoria na questão do atrito para esta quarta geração do Liteks é a otimização na estrutura básica do pistão e o reforço do perfil do pistão. Neste novo design, as larguras da saia do pistão foram novamente reduzidas nos lados de pressão (LP) e contra pressão (LCP). O perfil do pistão está com uma forma assimétrica e em formato de barril. Nos lados de pressão e contra pressão, são utilizados ovolavidades diferentes, sendo estas variáveis identificadas através do comprimento da saia. Ao levar em consideração a deformação térmica do pistão e a superfície de trabalho do cilindro, essa variabilidade permite o baixo atrito e a baixa definição de ruído do contorno externo do pistão.

Para reduzir os efeitos de atrito misto contato do cilindro, é aplicado um revestimento da saia do pistão Nanofriks KS Kolbenschmidt. Isso consiste em uma combinação de nanopartículas, aglutinantes, lubrificantes sólidos e aditivos. A pesquisa tribométrica mostrou que esta composição, quando comparada com os revestimentos convencionais da série, reduz em mais da metade o coeficiente de atrito seco bem como a quantidade de desgaste. O Nanofriks cumpre assim os requisitos atuais em relação ao menor consumo de combustível e alta confiabilidade operacional.

Carbono semelhante ao diamante para anéis de pistão de baixa fricção

Além dos pistões de baixo atrito, as superfícies de revestimento liso e pulverizado são usadas na produção em série com o objetivo de cumprir a mais recente legislação em matéria de CO2. Combinado com anéis de pistão com um revestimento de superfície rígida e carbono de diamante (DLC), facilita redução de atrito significativo no mapeamento do motor. Estes anéis de pistão de baixa fricção foram desenvolvidos em conjunto com o parceiro Riken. No total, para o mesmo baixo consumo de óleo, as montagens de pistão otimizadas mostram cerca de 25 % menos atrito do que os conjuntos atuais produzidos em série.

Resultados na bancada de testes - pontuação

Com o objetivo de alcançar através da geração Liteks-4, metas de fricção definidas no conjunto completo do pistão, os testes de simulação de corpo hidrodinâmico e elasto-hidrodinâmicos, foram realizados no início da fase de desenvolvimento. Os primeiros protótipos foram então examinados com motor de camisa flutuante da Kolbenschmidt e as medidas confirmaram os resultados simulados. Sob condições de carga total, o atrito caiu em até 28% e sob carga parcial em 7%.

Para maior validação foi necessário demonstrar em um motor completo, os benefícios em relação ao consumo de combustível. Para este fim, um motor de 3 cilindros moderno, já otimizado para atrito, foi convertido em um conceito de pistão Liteks-4 com um pacote de anéis de pistão de baixo atrito. Para a versão padrão e o conjunto de pistão otimizado, todos os dados de consumo foram medidos nos pontos de operação necessários para que, posteriormente, uma simulação NEDC pudesse ser realizada. O resultado foi uma economia de CO2 de 1,7% em um veículo Classe C durante uma NEDC.

Estratégia de cooperação:

Foi em 2015 que a KS Kolbenschmidt e a Riken Corporation do Japão, respectivamente concordaram em cooperação estratégica global no marketing e desenvolvimento de conjuntos de pistões. O objetivo é cumprir os requisitos de emissão mais apertados e contribuir para valores baixos de consumo de frota. Desde então, as montagens de pistão foram desenvolvidas em conjunto e já entraram com sucesso em produção para diversos OEMs.