Soggetti:
- Generale
- Fondo del pistone
- materiale
- Fasce elastiche
- Gioco finale delle fasce elastiche
- Perno del pistone
- Desassamento dello spinotto
- Distorsione del pistone
- Pistone basculante
- raffreddamento
nel complesso:
I pistoni effettuano movimenti su e giù nel cilindro. Il cilindro è bloccato nel blocco motore e non si muove. Il pistone si sposta costantemente dall'ODP (punto morto inferiore) al PMS (punto morto superiore) nel cilindro. La combustione avviene nella parte superiore del pistone (chiamata fondo del pistone). Poiché le valvole di aspirazione si aprono e il pistone si avvicina, nella sezione di aspirazione si crea il vuoto. Questo vuoto aspira l'aria (o una miscela di carburante) nel cilindro. In un motore sovralimentato (tramite turbo o compressore), l'aria aspirata viene spinta nel cilindro con una certa sovrappressione.
De valvole di aspirazione si chiude e il pistone si alza. L'aria (o la miscela di carburante) viene compressa (compressa) quindi a motore a benzina con bougie e all'una motore diesel acceso aggiungendo gasolio.
Poiché la miscela si accende, il pistone viene spinto verso il basso con grande forza. Poi il valvole di scarico si apre e il pistone spinge i gas combusti nello scarico durante la corsa ascendente.
I pistoni devono soddisfare le seguenti proprietà:
- La massa più bassa possibile per mantenere le forze di massa nel TDC e nell'ODP quanto più basse possibile. Piccole forze di massa esercitano meno stress sui cuscinetti e consentono frequenze di rotazione più elevate.
- Buona conduzione del calore; la temperatura del fondo del pistone può superare i 400 gradi Celsius. Per evitare che la temperatura del fondo del pistone salga troppo, questo viene costantemente raffreddato con un getto d'olio contro la parte inferiore. Il carico termico inferiore si traduce in una minore usura e un minore consumo di olio.
- Resistenza meccanica sufficiente.
- Basso coefficiente di attrito.
Fondo pistone:
La parte superiore del pistone è chiamata “corona” o “fondo del pistone”. Gli incavi per le valvole sono spesso rettificati nella base del pistone.
Nei motori diesel a iniezione diretta, spesso il fondo del pistone fa ancora parte dello spazio di combustione. Nel pistone viene quindi ricavata una cavità speciale che serve a far girare l'aria. L'aria in quello spazio farà un movimento vorticoso, in modo che il gasolio si mescoli immediatamente bene con quest'aria durante l'iniezione.
L'immagine mostra un motore diesel a iniezione diretta con camera di pre-turbolenza nel pistone. Un motore diesel a iniezione indiretta è dotato di una camera di pre-turbolenza separata nella testata. Quindi non c'è spazio di combustione nel fondo del pistone.
Materiali:
I pistoni sono generalmente realizzati in leghe di alluminio o magnesio. A volte vengono utilizzati pistoni in alluminio forgiato con le basi dei pistoni cromate. Questi sono molto resistenti e hanno un peso ridotto. Il vantaggio è che grazie al loro peso ridotto hanno anche un minor carico meccanico sulle pareti del cilindro (e quindi una minore usura), inoltre possono essere utilizzati in motori con molta potenza. A causa della produzione specializzata, il prezzo è molto più alto rispetto ai normali pistoni in alluminio.
Sul lato del pistone sono inoltre realizzate piccole scanalature, paragonabili alle scanalature di levigatura nella parete del cilindro. Questi servono a "trasportare" l'olio quando si muove su e giù. Se non fossero previste piccole scanalature, l'olio potrebbe semplicemente superarle e finire nella camera di combustione.
Fasce elastiche:
Le fasce elastiche devono garantire la migliore tenuta possibile al gas tra il pistone e il cilindro. Le perdite lungo le fasce elastiche provocano, tra le altre cose:
- Perdita di compressione (quindi anche perdita di potenza).
- Perdita di olio attraverso la camera di combustione.
- Invecchiamento precoce e contaminazione dell'olio; Poiché i gas di perdita entrano nell'olio, questi gas possono mescolarsi con l'olio, provocandone l'invecchiamento.
C'è sempre uno strato di olio tra le scanalature delle fasce elastiche e le fasce elastiche (vedere l'immagine sotto). Non è possibile lasciare che siano solo le fasce elastiche a provvedere alla tenuta. Anche il petrolio gioca un ruolo importante in questo. Funziona così:
- Quando il pistone si solleva, le fasce elastiche si spostano nella parte inferiore della scanalatura della fascia elastica. (vedi immagine)
- L'olio sulla parete del cilindro penetra tra la fascia elastica e la scanalatura della fascia elastica. Ciò fa sì che il pistone venga premuto contro la parete del cilindro.
Quando gli anelli raschiaolio sono usurati, l'olio può penetrare tra la parete del cilindro e l'anello raschiaolio, finendo nella camera di combustione. L'olio viene quindi bruciato, producendo fumo blu o nero dallo scarico. Il fumo blu proviene dall'olio motore che entra direttamente nello scarico, incombusto, ed evapora. Nel fumo nero l'olio ha partecipato al processo di combustione e i residui di olio bruciato escono dallo scarico sotto forma di fuliggine (nera).
Gioco finale delle fasce elastiche:
Il gioco della fessura è lo spazio tra le due estremità dell'anello del pistone. Se il gioco della serratura è troppo piccolo, l'anello del pistone non ha spazio per adattarsi ad un diametro inferiore. La parete del cilindro potrebbe danneggiarsi e la fascia elastica potrebbe rompersi. Se il gioco della serratura è troppo grande, c'è troppo spazio tra le estremità; le fasce elastiche non chiudono sufficientemente e possono causare perdita di compressione o aumento del consumo di olio.
Il gioco della serratura viene misurato con a spessimetro. Con la misurazione sopra riportata, il gioco della serratura dovrebbe essere compreso tra 0,35 e 0,55 mm. Lo spessimetro con uno spessore di 0,5 mm potrebbe essere spostato con una certa resistenza. Quindi la liquidazione finale va bene. Per maggiori informazioni consultare la pagina “misure delle fasce elastiche" sotto il titolo Misurare meccanicamente.
Spina del pistone:
Lo spinotto viene utilizzato per fissare in modo girevole il pistone alla biella. Lo spinotto è (teoricamente) montato al centro del pistone ed è fissato con un anello elastico. In realtà lo spinotto è montato decentrato, il che migliora le prestazioni. Maggiori informazioni a riguardo si trovano nel capitolo successivo: Desassamentazione dello spinotto.
Dessassazione dello spinotto:
La posizione fuori asse dello spinotto significa che lo spinotto non è completamente centrato (come mostrato in figura). Naturalmente anche questi pistoni devono essere montati in una determinata direzione. La direzione è indicata da una freccia, contrassegnata sul fondo del pistone. Questa freccia punta verso il lato della distribuzione.
Posizionare lo spinotto fuori centro ha uno scopo importante; ridurre l'usura della parete del cilindro e ridurre il rumore prodotto dal pistone durante la sostituzione delle pareti del cilindro. Quando il pistone si muove verso l'alto, viene premuto contro il lato sinistro della parete del cilindro, mentre quando si muove verso il basso viene premuto contro il lato destro. Ad ogni colpo di potenza, il pistone verrà colpito dal lato sinistro contro il lato destro con una forza enorme.
Poiché lo spinotto è posizionato decentrato, la biella è già in posizione verticale prima del PMS. Il pistone si sposta sul lato destro del cilindro prima della corsa di potenza. Quando avviene la corsa di potenza, il pistone è già nella posizione corretta e può ora scendere dritto con un solo movimento. Grazie allo spinotto decentrato, il pistone non viene più urtato contro la parete del cilindro durante la corsa di potenza, riducendo così rumore e usura.
Distorsione del pistone:
Il pistone assume una forma diversa in un motore caldo rispetto a un motore freddo. Il materiale si espande a causa del calore. Il pistone è costruito in modo tale che l'espansione avvenga solo in una direzione. Altrimenti il pistone potrebbe rimanere incastrato nel cilindro.
All'estrema sinistra della figura si può vedere il pistone in condizioni normali. L'immagine centrale mostra il pistone nel cilindro visto dall'alto, quando è alla temperatura di esercizio. Quindi il motore è rimasto in funzione per un po', provocando il riscaldamento e l'espansione del materiale del pistone. L'immagine a destra mostra il pistone a freddo. Ora ha una forma ovale. Le frecce sopra e sotto indicano la differenza di dimensione. Il pistone nella foto a destra è stato rinforzato in larghezza e deliberatamente costruito in lunghezza in modo da avere spazio per espandersi. La ragione di ciò è che ogni materiale si espande quando riscaldato. Anche per questo è necessario dare spazio al pistone.
Il lato che non si espande, cioè i lati sinistro e destro del pistone nella figura, viene premuto contro la parete del cilindro durante la corsa di potenza. Questo lato assorbe la forza della guida di scorrimento (vedi immagine nel capitolo sotto "pistone inclinabile"). Questo ovviamente è costruito in questo modo, perché altrimenti lo spazio tra il pistone e la parete del cilindro sarebbe troppo grande con questa enorme forza. Il pistone quindi diventa motore viene scagliato contro la parete del cilindro e quindi avrà una vita breve.
Nonostante ciò, il suono potrebbe comunque essere diverso a motore freddo rispetto a quando è caldo. Quando il motore è freddo, il gioco tra pistone e cilindro è talmente elevato che si può ancora sentire un leggero battito. Questo non costituisce affatto un problema, a patto che la fase di riscaldamento del motore proceda senza intoppi. Con questo intendo dire che il motore deve essere riscaldato lentamente (velocità non troppo elevate e sicuramente non troppa benzina ai bassi regimi). Se ciò accade, il pistone non si è ancora completamente espanso e l'olio non ha ancora raggiunto la temperatura di esercizio di almeno 60 o 80 gradi. Il motore avrà quindi una durata di vita notevolmente inferiore. La parete del cilindro si usurerà più velocemente, così come il lato del pistone, che si usurerà più duramente. Il rumore del pistone può anche essere ridotto dal produttore applicando la “desassazione”. (Vedi capitolo sopra).
Pistone inclinabile:
Durante il movimento su e giù, il pistone si muove leggermente anche in direzione della larghezza nella parete del cilindro. Se si verifica un'usura della parete del cilindro dovuta ad un uso non corretto del motore (si pensi alla guida veloce/ad alti regimi a motore freddo), la parte della parete del cilindro (contrassegnata in rosso nell'immagine) può diventare cava. In questo può avere un ruolo importante anche una cattiva scelta dei materiali da parte della casa automobilistica (si pensi ad alcuni motori 1.4 16v della VAG): ciò fa sì che la larghezza della parete del cilindro aumenti e quindi il pistone abbia più libertà di movimento come risultato della forza di scorrimento. In tal caso si parla di “pistoni basculanti”. L'immagine mostra che il pistone è disegnato leggermente ruotato nel cilindro. Una situazione un po’ esagerata, ma il concetto di “pistone basculante” è ben visibile.
Il risultato dell'inclinazione dei pistoni è che il motore emette molti ticchettii. A volte può quasi essere paragonato al suono prodotto da un motore diesel. Il suono è semplicemente il colpo sulla parete del cilindro dovuto allo spazio extra che il pistone ha nel cilindro. Di conseguenza, il consumo di olio spesso aumenta (a causa della scarsa tenuta) e spesso aumenta anche l'usura. L'unica cosa che si può fare è revisionare il motore.
raffreddamento:
Il pistone viene raffreddato spruzzando olio motore sul fondo. Questo può essere fatto con uno spruzzatore di olio (vedi immagine sotto) o attraverso un foro nella biella. Questo, insieme a ulteriori informazioni su raffreddamento e lubrificazione, è descritto nella pagina sistema di lubrificazione.
