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Tra le varie parti del motore il pistone è un organo fondamentale delle macchine alternative.
Scopriamone insieme i segreti.
Il pistone è un organo soggetto a moto rettilineo, presente su macchine alternative tipo: motore a vapore, motore ad accensione comandata, motore diesel, motore stirling. Sul pistone agisce in maniera determinante la pressione di un fluido. Tra le tante parti di cui è costituito un pistone ricordiamo: mantello, sedi delle fasce elastiche e raschiaolio, portate dello spinotto, cielo, spinotto, fasce elastiche e l’anello raschiaolio.
Le misure del pistone variano a seconda delle parti del pistone che prendiamo in considerazione. Nella fattispecie: diametro o Alesaggio misura necessaria per il giusto accoppiamento con il cilindro; altezza di compressione misura la parte del mantello posta presente nella parte alta del pistone, dal centro dello spinotto fino allo spigolo superiore del mantello; forma cielo le tipologie di teste vengono segnate generalmente tramite lettere, in modo da poter facilmente distinguerne le tipologie; misura della testa misura dell’altezza del cielo, dallo spigolo superiore del mantello alla quota più elevata della bombatura.
In casi particolari (specialmente con camere di combustione Heron o Diesel), il valore può essere negativo; lunghezza totale misura l’intera lunghezza del pistone, che è data sia dal mantello che dal profilo del cielo pistone; tipo segmenti le tipologie di sedi e di fasce compatibili vengono segnate generalmente tramite lettere, in modo da poter facilmente distinguerne le tipologie; numero segmenti indica quante sedi sono presenti; altezza segmenti indica l’altezza del segmento; diametro spinotto indica la misura dello spinotto; lunghezza spinotto indica quanto questo è lungo.
I danni a carico del pistone richiedono necessariamente la sua sostituzione. I più comuni sono: il grippaggio. Si verifica a causa del surriscaldamento del pistone, che causa la rottura del film di lubrificante e il conseguente bloccaggio del motore. E’ una situazione che può provocare danni collaterali anche ad altre parti del motore; spistonamento è la situazione che si crea a seguito della pressione del pistone sulla testata del motore, o quando il motore viene tenuto per un tempo prolungato a carico eccessivo.
Si deformano così le sedi dello spinotto del pistone creando dei giochi d’accoppiamento che sono deleteri per la vita e le prestazioni del motore; la puntinatura si ha quando sul cielo si formano piccoli depositi (facilmente avvertibili al tatto) consistenti in gocce del materiale del pistone derivanti dalla parziale fusione di questo per surriscaldamento locale. Con il tempo, il ripetersi di questo fenomeno può anche comportare la foratura del cielo; fusione o buco sul cielo avviene invece quando la foratura di cui sopra può avvenire anche per un eccessivo anticipo della fasatura d’accensione, carburazione troppo magra, detonazione o preaccensione: tutti casi in cui si innalza la temperatura del cielo del pistone portando prima ad un avvallamento e poi ad una successiva foratura.
Sono tanti i materiali o le soluzioni attraverso le quali possono essere creati i pistoni, generalmente la soluzione più comune è la realizzazione in un unico materiale, quello più comunemente utilizzato è l’alluminio, nelle sue diverse leghe, il più delle volte una lega ALSI con tante concentrazioni di silicio (dal 12 al 21%), dove le leghe a maggiore concentrazione di silicio permettono di ridurre la dilatazione termica e generalmente vengono utilizzate per la realizzazione dei pistoni fusi.
Poi abbiamo altre leghe, che si utilizzano spesso: l’alluminio 2618, soprattutto per i pistoni forgiati a caldo.
Di moderna concezione, sebbene più complessa, è la realizzazione di pistoni bimetallici, detti anche innesti. Ad esempio ghisa lamellare nella prima cava della fascia elastica, oppure boccole in corrispondenza della sede dello spinotto. Per quanto riguarda i pistoni bimetallici come pistoni con cielo in acciaio e mantello in alluminio, questi due componenti vengono realizzati separatamente e vengono tenuto assieme tramite lo spinotto, altra soluzione particolare è la realizzazione invece di pistoni ceramici.
In passato, in particolar modo prima degli anni 50, tra gli altri materiali per la costruzione dei pistoni si usavano anche l’acciaio e la ghisa. In epoca moderna l’uso dei metalli è divenuto piuttosto raro.
La produzione si differenzia per il tipo di realizzazione del pistone, che può essere:
Fuso in conchiglia o più semplicemente Fuso, dove la lega viene fatta colare per gravità nello stampo, ma esiste una variante dove si sfrutta la forza centrifuga e in cui lo stampo ruota e applica una lieve compressione della lega fusa; Stampati, la lega viene prima utilizzata per la creazione del grezzo del pistone che poi viene sottoposto a una pressione tramite una pressa, in modo da ravvicinare ulteriormente le molecole della lega, come risultati è una via di mezzo tra i fusi e i forgiati; forgiato, al fine di creare pistoni più resistenti e leggeri rispetto ai fusi.
La lega viene fatta riscaldare fino al punto di fusione e spinta tramite un maglio a una pressione elevata dentro lo stampo, questa tecnica rispetto alla fusione permette d’avere una lega più compatta e più ricca di legami molecolari, che a parità di volume è più pesante, ma estremamente più resistente.