Il pistone è una componente fondamentale del motore a scoppio. Il suo movimento è l’inizio del movimento della macchina. Il pistone è a contatto con lo scoppio del carburante, costituisca la parete mobile della camera di combustione e quindi è progettato in modo da ottimizzare le forze sprigionate. Vedremo quali sono le componenti di un pistone nel motore della macchina, quanti pistoni ci sono e dove si trovano, i materiali e le tecniche di produzione, oltre ai problemi che si possono creare e a come evitarli.
Dove si trova il pistone
Vediamo di definire cos’è un pistone e quali tipologie esistono. Un pistone è uno stantuffo che si muove in un cilindro. Basta immaginare un cilindro con una seconda base mobile all’interno. Questa seconda base è in qualche modo attaccata e spinge o viene spinta, abbassandosi e alzandosi, o chiudendo e aprendo il cilindro.
Va detto che i pistoni macchina non sono solo nel motore, ce ne sono di varie dimensioni anche in altri sistemi. Dovunque ci sia un impianto che sfrutta dei cilindri, all’interno dei cilindri c’è un pistone. Ad esempio, anche nel sistema pneumatico (o idraulico) di apertura del bagagliaio.
Ma è chiaro che in un motore a scoppio il ruolo del pistone motore è centrale per il funzionamento del propulsore stesso. Ogni veicolo con un motore termico a combustione interna è dotato di cilindri, all’interno dei quali avviene la combustione. Il carburante entra nei cilindri da valvole, viene compresso e poi esplode.
Lo scoppio spinge il pistone che trasmette questa forza alla trasmissione e alle ruote, tramite meccanismi complessi che vedremo. Si tratta quindi di un elemento sottoposto a sollecitazioni estreme, che deve sostenere temperature molto alte e da cui dipendono direttamente le prestazioni del veicolo.
Quanti pistoni ci sono nella mia macchina?
Il pistone è parte integrante di un cilindro, quindi per capire quanti pistoni ha una macchina nel motore bisogna vedere quanti cilindri ci sono. È un dato importante, anche perché il volume e la quantità dei cilindri determinano la potenza volumetrica di un’auto, chiamata anche cilindrata.
Poco importa il tipo di carburante, basta che il motore sia a combustione interna. Il pistone del motore a benzina ha le stesse caratteristiche del pistone di un motore alimentato a diesel, mentre chiaramente i veicoli elettrici hanno un funzionamento diverso e non hanno cilindri e pistoni nel motore.
Anche la posizione dei pistoni e dei cilindri può variare, ci sono motori con cilindri in linea, o innestati ad angolo (motori a V). In un motore a pistoni contrapposti, la fase di espansione di un motore (lo scoppio) corrisponde alla fase di compressione del cilindro opposto.
Com’è fatto il pistone della macchina?
Vediamo più nel dettaglio com’è fatto un pistone auto. Le componenti principali sono quattro: il cielo, la testa, il mantello e lo spinotto. Il cielo è la parte superiore, quella che entra in contatto diretto con i gas, è anche la parete mobile della camera di combustione.
La testa di un pistone è la parte sotto al cielo, dotata di incavi in cui si alloggiano le guarnizioni (fasce elastiche). Il mantello è la parte sotto, quella più di sostegno, che accompagna il pistone e scarica parte della spinta sulle pareti laterali del cilindro. Lo spinotto è un perno che serve a collegare alla biella. L’insieme di pistone e cilindro è il nucleo del motore a combustione interna.
Per quanto riguarda i materiali, ci sono modelli monoblocco e modelli che sfruttano vari materiali. In passato i pistoni forgiati erano in acciaio e ghisa, ma ormai questi materiali sono superati, soprattuto per il peso. La scelta dei materiali, il design della parte e l’evoluzione dei materiali sono state evoluzioni costanti.
Oggi i pistoni stampati sono in alluminio o leghe di alluminio, con alta presenza di silicio per abbattere la dilatazione termica. Alcuni prodotti moderni sono in due metalli o con innesti di ghisa lamellare nella fascia elastica, o con boccole in ghisa nello spinotto.
Il funzionamento del pistone
Per capire come funziona un pistone bisogna pensare che lo scoppio nel cilindro produce un movimento lineare, mentre il movimento che serve alla macchina è rotatorio. Il pistone subisce l’energia prodotta dallo scoppio e la trasforma in movimento in espansione.
La trasformazione del moto rettilineo in moto circolare avviene grazie al collegamento di pistone e biella. Questa è un organo meccanico orientato, la cui testa è attaccata al pistone, ma con un piede attaccato a un albero a manovella, l’albero motore.
Il funzionamento del pistone motore è solo il primo passo della trasmissione. La biella mette in movimento l’albero motore, che restituisce parte di questo movimento anche agli altri cilindri. Infatti i cilindri si dividono in attivi e passivi a seconda della fase in cui si trovano.
Evoluzioni e problemi del pistone
Lo sviluppo del pistone del motore a scoppio va verso l’alleggerimento. Il mantello si sta sempre di più riducendo in altezza e in circonferenza, per ridurre il peso e anche gli attriti. I mantelli più ridotti hanno solo due pattini di appoggio e il gioco tra pistone e cilindro è di centesimi di millimetro.
Alla temperatura di esercizio del motore, con pistone e canna dilatati, il gioco arriva quasi ad annullarsi, anche se proprio questo effetto va evitato. Un pistone che si blocca per attrito contro le pareti del cilindro è un pistone grippato che sostanzialmente blocca pericolosamente il motore. Questo problema nasce per surriscaldamento.
Altri problemi di un pistone del motore a scoppio possono essere tracce di battuta, se il pistone raggiunge la testa del cilindro e comincia a deformarsi (spistonatura). Le guarnizioni possono essere sbagliate o usurate, ci possono essere depositi di carbonio sulla testa del pistone (puntinatura), la regolazione delle cinghie può sfalsare i tempi della distribuzione. In caso di problemi di iniezione, o di compressione insufficiente, ci possono essere principi di fusione.
Conclusione
Un pistone di qualità resiste a tutte le sollecitazioni dello scoppio di un motore a combustione interna. Evitare il surriscaldamento del motore, tenere sempre un regime contenuto e nei limiti del motore, effettuare la manutenzione del lubrificante per avere sempre un motore in perfette condizioni.
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