Pistone.
Il pistone è un componente che si muove alternativamente all'interno del cilindro di un motore automobilistico. La struttura di base del pistone può essere suddivisa in testa, cilindro e mantello. La testa del pistone costituisce la parte principale della camera di combustione e la sua forma è correlata alla configurazione della camera stessa. I motori a benzina utilizzano per lo più pistoni a testa piatta, che presentano il vantaggio di una ridotta superficie di assorbimento del calore. La testa del pistone dei motori diesel presenta spesso diverse scanalature; la sua forma, posizione e dimensione specifiche devono essere determinate in base alla composizione della miscela e alle esigenze di combustione del motore diesel.
La parte superiore del pistone è un componente della camera di combustione, quindi è spesso realizzata con forme diverse. Nei motori a benzina, il pistone presenta al massimo una parte superiore piatta o concava, in modo da rendere la camera di combustione compatta, ridurre la superficie di dissipazione del calore e semplificare il processo produttivo. I pistoni con testa convessa sono comunemente utilizzati nei motori a benzina a due tempi. Nei motori diesel, invece, la parte superiore del pistone è spesso realizzata con diverse cavità.
La testa del pistone è la parte situata sopra la sede del perno del pistone ed è dotata di una fascia elastica per impedire che gas ad alta temperatura e alta pressione entrino nel basamento e che l'olio penetri nella camera di combustione; la maggior parte del calore assorbito dalla parte superiore del pistone viene inoltre trasmessa al cilindro attraverso la testa del pistone e successivamente dissipato attraverso il fluido di raffreddamento.
La testa del pistone è lavorata con diverse scanalature per il montaggio delle fasce elastiche, il cui numero dipende dalle esigenze di tenuta, a loro volta correlate alla velocità del motore e alla pressione nel cilindro. I motori ad alta velocità hanno meno fasce elastiche rispetto a quelli a bassa velocità, e i motori a benzina ne hanno meno rispetto a quelli diesel. Generalmente i motori a benzina utilizzano 2 fasce elastiche e 1 fascia raschiaolio; i motori diesel ne hanno 3 e 1; i motori diesel a bassa velocità ne utilizzano da 3 a 4. Per ridurre le perdite per attrito, l'altezza della parte a cinghia dovrebbe essere ridotta il più possibile e il numero di fasce dovrebbe essere ridotto pur garantendo la tenuta.
Tutte le parti dell'anello del pistone al di sotto della scanalatura sono chiamate "mantelli del pistone". Il loro ruolo è quello di guidare il pistone nel cilindro per il movimento alternativo e resistere alla pressione laterale. Quando il motore è in funzione, a causa dell'effetto della pressione dei gas nel cilindro, il pistone si flette e si deforma. Dopo il riscaldamento, l'espansione del pistone è maggiore rispetto ad altre zone a causa del metallo in corrispondenza del perno del pistone. Inoltre, il pistone subisce una deformazione per estrusione sotto l'azione della pressione laterale. Come risultato di tale deformazione, la sezione del mantello del pistone assume una forma ellittica lungo l'asse longitudinale perpendicolare al perno del pistone. Infine, a causa della distribuzione non uniforme della temperatura e della massa lungo l'asse del pistone, la dilatazione termica di ciascuna sezione è maggiore nella parte superiore e minore in quella inferiore.
I principali guasti del gruppo pistone e le relative cause sono i seguenti:
1. Ablazione della superficie superiore del pistone. L'ablazione del pistone si manifesta sulla parte superiore del pistone, con vaiolatura superficiale nei casi lievi e fusione localizzata nei casi più gravi. La causa principale dell'ablazione della parte superiore del pistone è una combustione anomala, per cui la parte superiore assorbe troppo calore o funziona sotto carico elevato dopo che la fascia elastica del pistone si è bloccata e rotta.
2. La superficie superiore del pistone presenta delle crepe. La direzione della crepa sulla superficie superiore del pistone è generalmente perpendicolare all'asse del foro del perno del pistone, ed è causata principalmente da una cricca da fatica dovuta a stress termico. Il motivo: il funzionamento a sovraccarico del motore porta a una deformazione eccessiva del pistone, con conseguente formazione di cricche da fatica sulla superficie superiore del pistone;
3. Usura della parete laterale della scanalatura dell'anello del pistone. Quando il pistone si muove su e giù, l'anello del pistone dovrebbe essere telescopico radiale con la deformazione del cilindro, in particolare la temperatura della prima scanalatura dell'anello è elevata, ed è influenzata dall'"impatto" del gas e del cuneo d'olio, quindi si verificano attrito e vibrazioni dell'anello nella scanalatura, causando usura;
4. La fascia elastica del pistone è incrostata di carbonio nella sua sede. La formazione di carbonio sulla fascia elastica è il risultato dell'ossidazione dell'olio lubrificante, della sua deposizione o della perdita di libertà di movimento della fascia all'interno del cilindro; questo guasto è molto dannoso. Le cause principali sono: surriscaldamento del motore diesel o funzionamento prolungato in condizioni di sovraccarico, che provocano una grave deformazione termica dell'olio lubrificante, della fascia elastica e del cilindro; grave contaminazione dell'olio lubrificante, scarsa qualità dell'olio; malfunzionamento del dispositivo di ventilazione del basamento, che causa un'eccessiva pressione negativa o una scarsa tenuta all'aria del cilindro, con conseguente fuoriuscita di olio. Pertanto, è necessario garantire l'utilizzo di olio di qualità per evitare il surriscaldamento del motore diesel.
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