Rubrica: Incominciamo a parlare di automobili
Titolo o argomento: Carichi termici nei principali organi del motore – Pistone
Il pistone è un organo soggetto ad un intenso flusso di calore proveniente dai gas presenti in camera di combustione. Circa il 30-40% del totale calore trasmesso al fluido refrigerante raggiunge la canna del cilindro attraverso il pistone. Le massime temperature raggiunte dipendono principalmente dalle condizioni di funzionamento del motore, dal dimensionamento del pezzo e dalla sua geometria. I valori massimi di temperatura si raggiungono nella zona centrale del cielo del pistone. Le temperature vanno poi diminuendo gradualmente verso la periferia del cielo del pistone e verso la parte bassa del mantello. I ridotti valori di temperatura presenti sull’ultima porzione del mantello stanno a significare che nella zona delle fasce vi è un’intensa trasmissione del calore (50-60%) verso le pareti del cilindro. Inoltre non va dimenticato che la parte inferiore del pistone riceve un getto d’olio lubrificante il quale contribuisce per il 15-20% al raffreddamento del pistone stesso.
Valori critici di temperatura
I limiti della massima temperatura tollerabile da un pistone dipendono dalla resistenza del materiale con cui sono realizzati. Le leghe leggere a base di alluminio (con elementi di alligazione quali rame e silicio) difficilmente possono essere impiegate oltre i 350°C in quanto le loro caratteristiche meccaniche, superata tale soglia, peggiorano drasticamente. D’altra parte però è risaputo che l’impiego di leghe di alluminio per la realizzazione dei pistoni offre vantaggi quali: leggerezza, lavorabilità alle macchine utensili e conducibilità termica.
Nella zona delle fasce elastiche è importante evitare il bloccaggio dei segmenti di tenuta nelle loro cave. Ciò può avvenire se il lubrificante perde le sue proprietà per via di temperature eccessive. Specialmente nella zona della prima fascia è opportuno evitare di superare i 200-250°C tuttavia, già a temperature di 200°C, è importante che l’olio lubrificante adoperato abbia efficaci proprietà anti-incollamento ottenute per mezzo di speciali additivi.
Sul fondo della testa del pistone (la parte sotto il cielo del pistone osservabile capovolgendolo) le temperature vanno contenute allo scopo di evitare un’alterazione dell’olio. Il lubrificante infatti, quando surriscaldato, forma depositi carboniosi che aderiscono alle pareti degli organi meccanici. Tali residui hanno un effetto, in questo caso controproducente, di isolamento termico. Nei pistoni con un alesaggio abbondante il getto d’olio proveniente dal basso non è sufficiente, si ricorre quindi a ricavare opportune canalizzazioni per l’olio anche nella testa del pistone.
Sul mantello, che svolge la funzione di guida del pistone nella canna del cilindro, eccessive variazioni di temperatura possono produrre dilatazioni che portano al grippaggio. Valori corretti delle temperature si aggirano intorno ai 120-150°C per la parte superiore del mantello, 80-100°C per la parte inferiore.
