Pistões com ondulações como bolas de golfe podem melhorar a potência e a eficiência do diesel

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Enquanto o mundo está tentando se tornar EV, caminhões pesados ​​a diesel como o Ford F-250 ainda estão na moda para aqueles que fazem grandes trabalhos (ou querem se parecer com eles). Muitos proprietários de caminhões estão sempre procurando uma maneira de obter mais potência, reduzir o consumo de combustível e até mesmo reduzir as emissões de partículas para reduzir o custo de abastecimento de seus tanques de fluido de escape de diesel (DEF). É por isso que as afirmações que Speed ​​of Air (SoA) faz sobre seus pistões são tão atraentes para aqueles que procuram reconstruir seus motores. Mas essas covinhas realmente funcionam? Eles nos enviaram os dados para nos mostrar que não é apenas para mostrar.

As covinhas de uma bola de golfe têm uma razão de existir: elas criam uma camada limite de ar que reduz o arrasto ao criar turbulência na superfície da bola. Embora isso não explique totalmente como uma bola de golfe pode aumentar sua altitude (isso é graças ao Efeito Magnus de uma esfera girando em um fluido), ela não perde tanta velocidade devido ao arrasto graças à turbulência criada pelas ondulações . Essa camada turbulenta retarda a separação do ar na parte de trás (em relação à sua direção de deslocamento) da bola de golfe e reduz o tamanho da esteira indutora de arrasto quando comparada à bola lisa.

Claro, você provavelmente está dizendo para si mesmo: "Sim, ótimo, mas um pistão não é uma bola." Quando se trata de como os fluidos agem (e o ar que você e o motor respiram são fluidos), a criação de uma camada limite ainda desempenha um papel crítico em sua câmara de combustão, especialmente quando se trata de manter o combustível em suspensão com o ar. Se você conseguir criar uma camada limite bem fixada na câmara de combustão, a carga de ar e combustível permanecerá em suspensão por mais tempo. Isso também ajudará a frente da chama a avançar mais através da carga, o que leva a que mais mistura ar-combustível seja usada para forçar o pistão para baixo à medida que ele se expande dentro do cilindro. Quando a mistura ar-combustível não consegue queimar completamente, ocorre acúmulo de carbono na câmara de combustão, nas válvulas e no pistão.

Essa era uma das maneiras pelas quais a Speed ​​of Air determinava se a ondulação funcionava na câmara de combustão. "Durante a fase inicial de teste", disse Chris Parkhurst, CEO e diretor administrativo da Speed ​​of Air, "a SoA usou várias técnicas de bancada de fluxo para determinar as áreas de lavagem de combustível nas coroas dos pistões que foram indicadas pelo excesso de acúmulo de carbono." Dimpling também não era necessariamente o primeiro da lista. Eles tentaram muitas outras técnicas de texturização para tentar manter a mistura ar-combustível em suspensão por mais tempo, mas descobriram que a ondulação do pistão, semelhante a uma bola de golfe, funcionava melhor. Hoje, eles contam com a dinâmica de fluidos computacional (CFD) para otimizar melhor seus projetos de pistões de motor Powerstroke, Duramax e Cummins para veículos médios. Outra melhoria de design feita nesses pistões são as ranhuras de liberação de pressão usinadas nas coroas desses pistões. "Eles são aplicados aos nossos designs de pistão para descarregar a pressão na área do bojo e acelerar a queima da mistura de combustível e ar", disse Parkhurst, e esses cortes levam a um motor de funcionamento mais silencioso quando comparado ao design de pistão OE.

A SoA também enviou seus pistões para testadores independentes já em 2014, onde um pistão SoA foi usado durante a reconstrução de um motor Caterpillar 3516 usado em um caminhão de mineração 793D para a Newmont North America e reconstruído por um revendedor Cat. Esse motor foi removido com 44.842 horas e recondicionado com pistões SoA sendo a única mudança das peças normais da reconstrução do motor. Esse motor passou de 16,30 horas por dia nos pistões Cat para 18,34 horas por dia nos pistões SoA quando foi removido para manutenção mais uma vez em 2017, após 915 dias em serviço. O raciocínio para o menor período de tempo deveu-se ao reconstrutor do motor reutilizando os parafusos do cabeçote, uma prática que era razoável e previsível pelo reconstrutor na época.

Infelizmente, os parafusos do cabeçote reutilizados foram o motivo pelo qual o motor foi puxado novamente, como a Newmont North America declarou em seu relatório: teria permanecido em serviço por um período de tempo mais longo, mas desconhecido." Parkhurst também observou que esse revendedor em particular interrompeu essa prática imprudente.