A lo largo de aproximadamente las dos últimas décadas, el mayor fabricante ruso de automóviles —la planta automotriz del Volga— utilizó ampliamente en sus motores los llamados pistones "sin contacto con válvulas". Al principio, esta denominación informal se consolidó para los propios pistones, y luego también para los motores en general. La razón fue el diseño característico de la corona: en ella se realizaban cavidades especiales. Debido a estos rebajes, las piezas parecían muy impresionantes y daban la impresión de una construcción compleja y de alta tecnología.
Sin embargo, ahora, al parecer, la empresa está abandonando gradualmente esta solución. Al menos, en el nuevo motor VAZ-11184, que se instala en el Niva Travel, ya se emplean otros pistones, sin los rebajes habituales. Los aficionados al automóvil suelen llamar a tales pistones "de contacto": su corona es completamente lisa.
El propio motor 11184, al parecer, es considerado en la planta como un desarrollo prometedor. Su cilindrada es de 1,8 litros, un parámetro que se adapta bien a los automóviles de pasajeros. Por ello, se supone que en el futuro este motor será modernizado y utilizado en los futuros modelos de LADA.
Cómo surgió la idea del pistón "sin contacto con válvulas"
La propia solución con ranuras en la corona del pistón difícilmente puede considerarse inicialmente acertada. Hace más de veinte años, un diseño de este tipo apareció por primera vez en los motores del Lada Priora. Entonces se consideraba más bien una medida temporal, ya que el propio Priora en aquel período estaba acompañado de numerosos problemas técnicos.
La calidad del ensamblaje de los motores dejaba mucho que desear. Además, no eran raras las roturas o el estiramiento de la correa de distribución. En tales casos, los pistones en el punto superior de su recorrido chocaban con las válvulas, lo que provocaba la deformación de las guías y daños graves en las propias piezas.
Fue precisamente entonces cuando, probablemente, surgió la expresión de argot "clavarse", que describía este tipo de colisión. A los pistones del diseño anterior se les empezó a llamar "de contacto". La solución al problema resultó bastante evidente: aumentar el grosor de la corona del pistón y realizar en su superficie cavidades especiales —alojamientos— exactamente según el diámetro de las válvulas.
Más tarde, cuando el diseño fue reconocido como apto para la aplicación en serie, los rebajes comenzaron a formarse directamente durante el proceso de fabricación de la pieza. Se realizaban mediante estampación en caliente junto con las ranuras para los aros del pistón. Gracias a ello, en caso de rotura de la correa, las válvulas ya no chocaban con el pistón: la cabeza de la válvula simplemente entraba en el alojamiento correspondiente.
Desventajas de la solución "sin contacto con válvulas"
Desde entonces, los pistones "sin contacto con válvulas" se instalaron en la mayoría de los motores de AvtoVAZ. Sin embargo, en lugar de resolver el problema de la calidad de las correas de distribución, los ingenieros en realidad eligieron un camino alternativo. El propio diseño del pistón resultó ser una solución de compromiso y al final limitó seriamente el desarrollo de nuevos motores.
En teoría, el problema podía haberse resuelto de otra manera, por ejemplo, modernizando la producción de correas. La sustitución del equipo y el uso de materiales de mayor calidad habrían permitido aumentar la vida útil de la correa, que entonces era de solo unos 25–35 mil kilómetros, y además era imposible predecir el momento de su rotura. Una alternativa podría haber sido la compra de equipos modernos para su producción.
Los pistones "sin contacto con válvulas" presentaban varias desventajas graves. En primer lugar, eran considerablemente más caros de fabricar. Es imposible formar con precisión los alojamientos mediante fundición convencional, por lo que los pistones se producían mediante estampación en caliente a partir de costosas aleaciones pulvimetalúrgicas basadas en níquel, aluminio y silicio. Como resultado, el costo medio de un pistón de este tipo, por ejemplo para el Lada Priora, era aproximadamente tres veces superior al precio de una pieza obtenida por fundición convencional en un molde de acero.
En segundo lugar, la geometría de la cámara de combustión estaba lejos de ser óptima. Cualquier reducción de la altura del pistón disminuía automáticamente la relación de compresión de la mezcla aire-combustible. Debido a ello, el nuevo motor perdía aproximadamente hasta un 7% de potencia, y después de un recorrido superior a 30 mil kilómetros las pérdidas podían alcanzar el 12–15%. La causa volvían a ser precisamente esos alojamientos.
En la superficie interna de las cavidades se acumulaba gradualmente coque, que seguía ardiendo incluso después de la admisión de una mezcla fresca. Esto provocaba la aparición de encendido por incandescencia y detonación. Además, los propios rebajes, aunque tenían una profundidad de solo unos pocos milímetros, empeoraban notablemente el movimiento de los flujos de aire y de los gases de escape.
Esa geometría complicaba el control de las fases de admisión y escape, lo que se reflejaba directamente en el consumo de combustible y en la eficiencia general del motor.
Por qué comenzaron a abandonar este esquema
Es interesante que un período similar de entusiasmo por las soluciones "sin contacto con válvulas" también existió entre los fabricantes europeos y japoneses. Esto ocurrió antes de la transición masiva a la gasolina de alto octanaje y antes de la implantación generalizada de los convertidores catalíticos. Sin embargo, con el tiempo quedó claro que este diseño era desventajoso tanto desde el punto de vista económico como técnico.
Más tarde, con la expansión de la sobrealimentación por turbocompresor, algunas compañías intentaron de nuevo volver a la idea de pistones con rebajes. Pero también entonces resultó que otros métodos eran más eficaces: el uso de bielas largas, el aumento de la carrera del pistón y la aplicación de cigüeñales con geometría compleja.
Precisamente este enfoque se implementa, por ejemplo, en el diseño del motor VAZ-11184, donde ya se ha abandonado el anterior esquema "sin contacto con válvulas".
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