Il pistone è una delle parti più caricate e importanti di un motore automobilistico. È grazie ad esso che l’energia termica della combustione del carburante viene convertita in movimento della macchina. Ma molti automobilisti non hanno idea di come sia fatto il pistone di un motore. Vi raccontiamo la struttura del pistone e i suoi possibili difetti.
Come funziona il pistone del motore in un’automobile
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I tradizionali motori a combustione interna sono chiamati anche motori a pistoni. Nel loro corpo (blocco) sono ricavate cavità cilindriche, o semplicemente cilindri. Ogni cilindro ha un proprio pistone. Ricordiamo il principio di funzionamento dei motori a combustione interna. Durante la combustione della miscela carburante-aria, i gas premono sul pistone, che inizia a muoversi progressivamente. Con l’aiuto della biella e dell’albero a gomiti, questo movimento traslazionale viene trasformato in movimento rotatorio, e quindi trasmesso attraverso la trasmissione alle ruote.
Anche il pistone, naturalmente, ha una forma cilindrica (o meglio, quasi cilindrica) per adattarsi perfettamente alla superficie del cilindro del motore. Infatti, il pistone (insieme ad altri componenti) è progettato per convertire l’energia di combustione della miscela aria-carburante in energia cinetica.
Di quali parti è composto un pistone
Osservando attentamente l’aspetto del pistone di un motore a combustione interna, si possono notare due componenti importanti: l’alloggiamento del pistone e la parte di tenuta. L’alloggiamento del pistone, a sua volta, è costituito da una parte inferiore e da una parte di guida.
La parte inferiore del pistone (o testa) è la parte superiore e terminale del pistone. Subisce la pressione del gas e la maggior parte del carico termico, quindi ha un metallo più spesso rispetto al resto dell’alloggiamento.
La parte inferiore del pistone può avere una forma diversa: piatta, con un intaglio per creare la forma ottimale della camera di combustione, con intagli per le piastre delle valvole (se improvvisamente queste parti si incontrano quando la cinghia di distribuzione si rompe o la catena scivola). Nei diesel e nei motori a benzina di bassa cilindrata con elevato rapporto di compressione, il pistone può avere il fondo concavo: in effetti, la maggior parte della camera di combustione si trova al suo interno. In altri motori (motori a benzina ad alta compressione), la testa del pistone può essere convessa.
La parte di guida (laterale) del pistone è chiamata anche gonna. Essa mantiene la posizione corretta del pistone rispetto al cilindro. La gonna del pistone scorre lungo le pareti del pistone. Per questo motivo è solitamente rivestita con materiali antifrizione.
Sul lato interno della gonna del pistone sono stati realizzati degli ispessimenti (boss) con fori per lo spinotto del pistone, che collega questa parte con la biella. Lo spinotto è fissato con un accoppiamento stretto o con anelli elastici, per i quali sono presenti scanalature nella gonna.
La parte di tenuta è un componente molto importante per il movimento del pistone nel cilindro. Senza di essa, i gas della camera di combustione si riverserebbero nel basamento e l’olio del basamento nella camera di combustione. Per evitare ciò, il pistone è dotato di scanalature per l’installazione di speciali anelli di compressione e d’olio. Le fasce elastiche servono anche a raffreddare il pistone stesso, rimuovendo il calore in eccesso dalla parte inferiore del pistone alle pareti del cilindro.
Lo scopo di tali anelli è chiaro dal nome. Gli anelli di compressione – di solito ce ne sono due per pistone, superiore e inferiore – non permettono ai gas di fuoriuscire nel carter, mantenendo la pressione di esercizio (compressione) nel cilindro. E gli schiumatoi dell’olio: rimuovono l’olio in eccesso dalla superficie del cilindro mentre il pistone si muove verso il basso.
Di che materiale sono fatti i pistoni? Un tempo erano realizzati in ghisa, pesante e piuttosto fragile. Poi sono subentrate le leghe di alluminio. Hanno una migliore dissipazione del calore e pesano meno, per cui possono essere utilizzati nei motori moderni a più alto numero di giri.
Oltre ai pistoni in alluminio, oggi si producono anche pistoni in acciaio. Sono in grado di resistere meglio a temperature e pressioni del cilindro ancora più elevate. Inoltre, grazie alle pareti più sottili e all’altezza complessiva a parità di diametro del cilindro, hanno solitamente una massa inferiore.
Quali sono le cause dell’usura dei pistoni e quali le conseguenze
Come altri componenti, anche il pistone del motore a combustione interna è soggetto a usura naturale, soprattutto la parte superiore, più vicina alla camera di combustione. Su di esso grava il principale carico termico e fisico. Il primo anello del pistone e la sua scanalatura si consumano per primi.
Ci sono fattori che riducono la vita di un pistone del motore, come la mancanza di olio o la sua scarsa qualità. Inoltre, il pistone può iniziare a rompersi a causa del surriscaldamento o della comparsa della detonazione, un processo esplosivo di combustione del carburante accompagnato da improvvisi picchi di pressione e aumenti di temperatura nei cilindri.
I sintomi dell’usura critica del pistone sono di solito facilmente percepibili:
- funzionamento instabile del motore;
- colpi di bottiglia quando il motore è in funzione;
- diminuzione della potenza del motore;
- aumento del consumo d’olio e fumo blu dal tubo di scappamento;
- fuliggine sulle candele di accensione
- aumento del consumo di carburante.
Se viene rilevato uno dei problemi sopra descritti, non ritardarne la soluzione: possono avere gravi conseguenze fino alla revisione del motore.
Questo pistone presenta graffi (incisioni) ben visibili sul mantello, che potrebbero essersi verificati a causa del surriscaldamento o della mancanza di olio.
Come scegliere il pistone di ricambio giusto
I pistoni di un buon motore sono costituiti da metallo di qualità, elevata precisione dimensionale e peso fisso (con deviazioni minime). I produttori poco conosciuti di solito hanno problemi con ognuno di questi punti.
Pertanto, per non incorrere in un difetto, è meglio scegliere solo ricambi originali o pistoni di produttori noti. Ad esempio, aziende affermate come Mahle o Kolbenschmidt.
I pistoni di questa forma sono installati nei motori diesel. A sinistra c’è un pistone in alluminio, a destra in acciaio. Foto: Mahle
È importante non sbagliare le dimensioni del pistone. Per molti modelli di motori esistono parti di dimensioni riparabili: hanno un diametro leggermente più grande (di solito una frazione di millimetri). Questo compensa l’usura delle pareti del cilindro, che nel processo di riparazione vengono alesate sotto la nuova dimensione, ripristinando allo stesso tempo le loro superfici.
Di conseguenza, la dimensione del pistone viene scelta tenendo conto della produzione del cilindro (se non è significativa, è sufficiente acquistare pistoni di dimensioni nominali). I pezzi necessari in ogni caso particolare sono determinati dai responsabili dei servizi in base ai risultati dei difetti e delle misurazioni del motore riparato.
Quindi, in breve
- Il pistone si muove nel cilindro del motore e prende il carico dai gas in espansione durante la combustione della miscela di carburante.
- Le parti principali del pistone sono l’alloggiamento (fondo e gonna) e la parte di tenuta con gli anelli.
- I pistoni si usurano naturalmente, ma il processo può essere accelerato dalla mancanza di lubrificazione, dalla detonazione e dal surriscaldamento.
- Quando si sostituiscono i pistoni, è necessario selezionarne correttamente le dimensioni; è meglio utilizzare prodotti di produttori noti.