Tecnica
Il pistone, le fasce e lo spinotto
Scritto da edo98 - Pubblicato 18/07/2013 16:03
Cos'è un pistone, a cosa serve e le differenze tra i vari tipi di pistoni. Come 'leggere' un pistone usato per capire quali difetti ha il nostro motore.

Se il motore può essere considerato il cuore della moto allora il pistone si potrebbe paragonare all'atrio destro. Infatti è uno degli elementi fondamentali per il funzionamento del motore.
Esistono numerosi tipi di pistoni, con forme e dimensioni diverse, ma tutti hanno lo stesso scopo:
trasformare la pressione prodotta nella camera di combustione in energia meccanica e trasmetterla alla biella.


MATERIALI:

Al giorno d' oggi quasi tutti i pistoni per applicazioni motociclistiche sono in alluminio ad alto tenore di silicio, questo materiale ha come caratteristica principale una bassa dilatabilità.
Fattore molto importante per mantenere costante la tolleranza tra cilindro e pistone e quindi mantenere costanti le prestazioni e l'affidabilità.
Molti pistoni ad alte prestazioni possono avere dei riporti superficiali, di solito in grafite, che semplificano le operazioni di rodaggio.


PRODUZIONE:

I pistoni possono essere prodotti in quattro modi diversi:

  • Fuso per gravità: la lega viene fatta colare nello stampo ottenendo la forma desiderata.
     
  • Fuso per forza centrifuga: gli stampi contenenti la lega ancora liquida vengono sottoposti a una forza centrifuga facendo in modo di "avvicinare" i legami molecolari, ottenendo un materiale più resistente.
     
  • Stampato: una volta ottenuta la forma grezza tramite fusione questa viene pressata per ottenere la forma finita, in modo da avvicinare ancor di più le molecole.
     
  • Forgiati: la lega semifluida viene pressata con un maglio per ottenere la forma desiderata.

I pistoni forgiati sono più resistenti rispetto agli altri perché il materiale è molto più denso rispetto ai pistoni fusi, essendo la lega pressata.
Voi vi starete chiedendo: "Si cerca in tutti i modi di ridurre il peso e quindi perché fare i pistoni con un materiale più denso?"
Semplicemente perché a parità di peso i pistoni forgiati sono più resistenti poiché c'è "più materiale" rispetto al corrispettivo fuso, ciò ha permesso di realizzare pistoni addirittura più leggeri e resistenti.


PARTI DEL PISTONE:

Tutti i pistoni sono costituiti da:
  • Mantello: parte laterale del pistone che viene a contatto (anche se questo non avviene grazie all'olio) con il cilindro.
     
  • Sedi per le fasce elastiche: solchi presenti nella parte superiore dove si inseriscono le fasce elastiche (possono variare da uno a due).
     
  • Sedi per la fascia raschiaolio: solco presente immediatamente sotto a quello/i per le fasce elastiche. Ospita la fascia raschiaolio.
     
  • Cielo: faccia superiore che assieme alla testata determina la forma della camera di combustione.
     
  • Sede dello spinotto: foro presente sui due lati del mantello che ospiterà lo spinotto

Ora esaminiamo singolarmente i vari elementi:


MANTELLO:

Il mantello non è una delle parti sottoposte a forti sollecitazioni ma deve avere delle tolleranze molto precise per permettere lo scorrimento nel cilindro.

Contrariamente a quanto si possa pensare il mantello non è di forma cilindrica ma è di forma leggermente troncoconica, infatti è più stretto in alto e più largo in basso. Questo perché durante il funzionamento la parte superiore si riscalda maggiormente, essendo a diretto contatto con la camera di combustione e quindi si dilata maggiormente, perciò viene lasciato più gioco che verrà recuperato quando il pistone entrerà in temperatura.

Nei pistoni ad alte prestazioni alcune parti del mantello possono essere scavate per diminuire l' attrito con il cilindro, invece in altri possono esserci dei riporti di teflon per aumentarne l' affidabilità.
Alcuni pistoni possono avere dei piccoli fori sul mantello che permettono il fluire dell' olio verso lo spinotto allo scopo di lubrificarlo.


CIELO:

Il cielo del pistone è una parte fondamentale per ottimizzare il funzionamento del motore, infatti la sua forma varia le turbolenze presenti nella camera di combustione:

Le forme che può avere sono:
  • Tronco conica cupa: questo tipo è quello che richiede maggior lavorazione e permette la migliore resa termica e creazione di turbolenze, ma risulta anche più costoso. Si tratta di un pistone con il cielo tronco conico con la parte più centrale cupa.
     
  • Cupa: il cielo è in questo caso concavo e la concavità può essere estesa a tutta la superficie del pistone o essere delimitata alla parte più centrale di esso. Permette di raccogliere meglio la miscela al centro della camera di combustione e migliorarne la combustione, inoltre di sfruttare meglio i gas combusti, concentrandoli al centro della camera di combustione permettendo di sollecitare meno le fasce elastiche. Questo tipo di cielo è compatibile con qualsiasi tipo di testata.
     
  • Tronco conica: il cielo è conformato a tronco di cono, ed è caratterizzato con la base minore verso l'alto e piatta. Questa tipologia ha la caratteristica di ridurre la quantità di benzina ai lati della camera di combustione, migliorando l'effetto squish (come nel pistone bombato), inoltre riesce ad aumentare la creazione di turbolenze nella camera di combustione più di qualsiasi altro tipo di pistone.
     
  • Bombata: ha la capacità d'aumentare il rapporto di compressione, migliorando lo sfruttamento della combustione. Questo cielo, per via della sua forma, permette una deviazione verso l'alto della miscela fresca, in modo simile ai pistoni a deflettore. La forma è conferita tramite fusione e nei modelli economici la bombatura è limitata al centro, rimanendo il resto del cielo quasi piatto, mentre nei modelli dotati di prestazioni più elevate essa si estende su tutto il cielo ma con minor raggio di curvatura.
     
  • Piatta: è quella più economica da produrre, sia come lavorazioni, sia come studio, dato che essa non sollecita più di tanto il pistone. Per aumentarne le prestazioni è necessario sviluppare testate dedicate, più che per gli altri tipi di pistone, perché la forma piatta genera meno turbolenze e richiede anticipi d'accensione maggiori.

Alcuni pistoni possono presentare anche le sedi per le valvole in modo da permettere un anticipo dell' apertura o un ritardo della chiusura anche quando il pistone è al PMS.


MISURE DEL PISTONE:

  • Diametro: rappresenta il diametro del pistone, va misurata nella parte bassa del pistone e perpendicolarmente allo spinotto. La tolleranza pistone/canna può variare da un minimo di 1 a un massimo di 5 centesimi di mm. Una tolleranza minore aumenterà la tenuta e quindi le prestazioni ma a discapito dell'affidabilità.
     
  • Altezza di compressione: è la misura tra lo spinotto e il cielo, aumentandola si può aumentare il rapporto di compressione.
     
  • Misura della testa: indica di quanto il profilo del pistone sporge all'infuori o all'indentro rispetto alla testa (dipende dall'altezza di compressione)
     
  • Diametro e lunghezza spinotto: serve per accoppiare il pistone con il suo spinotto.


C: Altezza di compressione
B: Bombatura
D: Diametro spinotto


SPINOTTO:
Lo spinotto è un elemento a forma di tubo che permette al pistone di trasmettere la forza alla biella, può avere o non avere una gabbia a rulli.
Uno spinotto di diametro maggiore è più resistente ma anche più pesante, esistono degli spinotti realizzati in leghe al magnesio che permettono di utilizzare diametri elevati con pesi contenuti.


FASCE ELASTICHE:
Sono l' elemento di tenuta del pistone, realizzate in ghisa e in alcuni casi anche cromate per diminuire gli attriti.
A seconda del numero il pistone prende il nome di bifascia o monofascia.
Le fasce vengono accoppiate con il cilindro e non con il pistone.


FASCIA RASCHIAOLIO:
Nei motori a quattro tempi elimina l' olio in eccesso dalle pareti del cilindro e lo fa affluire all' interno del pistone tramite dei piccoli fori.


LETTURA DEL PISTONE:
Un pistone usato può dare informazioni relative ad alcuni parametri come:
  • Anticipo elevato
  • Carburazione magra o grassa
  • Battito in testa

Un pistone si un motore con anticipo troppo elevato presenterà un' area più chiara al centro e a lungo andare quest area inizierà a diventare concava per effetto dello scoppio troppo anticipato.



Un pistone di un motore con carburazione magra avrà un colore sul cielo del pistone marroncino chiaro tendente al bianco e presenterà una superficie molto secca al tatto.
Viceversa se la carburazione è troppo grassa il pistone presenterà sul cielo un sottile strato di depositi carboniosi neri e leggermente umidi al tatto.

Un pistone di un motore con una carburazione giusta è più o meno così:



Un pistone di motore che presenta battito in testa o detonazione si presenta con una puntinatura nella parte più esterna che si forma con piccoli depositi di metallo fuso.





Grazie per la lettura
Edo98
 

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Commento di: TommyTheBiker il 18-07-2013 21:17
Davvero molto bravo, spiegazione molto completa e semplice!

Aggiungerei una piccola parentesi sulle differenze dei pistoni tra 2t e 4t (mi pare ci sia solo una notina quando si parla del raschiaolio e nient'altro), poi mi pare sia davvero tutto.
Commento di: edo98 il 18-07-2013 23:04
All' inizio stavo scrivendo una cosa simile ma poi mi sono reso conto che le differenze in fin dei conti non sono molte, magari si riesce ad aggiungere qualcosa.

Un grandissimo grazie a Davide che gentilmente mi formatta tutti gli alrticoli che gli invio.
Commento di: Nicolicchio il 19-07-2013 12:33
Ottimo articolo, ma permettimi di fare una precisazione/delucidazione su un concetto che ho visto sbagliare da molte persone su molti forum di auto e moto:
Parlando delle misure del pistone hai scritto "La tolleranza pistone/canna".
Tra pistone e canna non c' tolleranza ma gioco.
Il gioco quello che c' tra 2 pezzi, la tolleranza riguarda la lavorazione di un pezzo.

Un esempio facile facile permette di chiarire meglio le idee:
Parliamo della A112 Abarth 70 HP; ci sono 5 classi di pistoni e cilindri A,B,C,D,E. Prendiamo ad esempio la classe A; il manuale tecnico per le riparazioni dice: diametro dei pistoni misurato perpendicolarmente all'asse dello spinotto e a 39,5 mm dal cielo: 67,120-67,130 mm. Ecco, la tolleranza 0,01 mm.
Il diametro dei cilindri invece sempre per la classe A 67,200-67,210. Anche qui abbiamo una tolleranza di 0,01 mm.
Passiamo al gioco; il manuale dice: gioco pistone-canna cilindro misurato perpendicolarmente all'asse dello spinotto e a 39,5 mm dal cielo: 0,07-0,09 mm.
Infatti se prendiamo la misura pi piccola della canna (67,200) e la misura pi grande del cilindro (67,130) abbiamo un gioco di 0,07 mm; mentre se prendiamo la misura pi grande della canna (67,210) e la misura pi piccola del cilindro (67,120) abbiamo un gioco di 0,09 mm.
0,07-0,09 come da manuale.

E' chiara adesso la differenza tra gioco e tolleranza?
Commento di: edo98 il 19-07-2013 12:42
Grazie per la delucidazione, praticamente per fare i ''conti'' si deve tenere conto dell' incertezza e quindi le misure andrebbero scritte cosi:
Diametro pistone: 39,20,01
Dove lo 0,01 sta a indicare la tolleranza di costruzione.
Commento di: -DNA50- il 04-08-2013 22:36
Complimenti edo!! Se sei un 98 sei molto preparato!! E magari potresti aiutarmi con la mia domanda!! Complimenti davvero!! ;)
Commento di: edo98 il 07-08-2013 00:01
Quale domanda?
Commento di: -DNA50- il 07-08-2013 19:06
Hai ragione scusa.. Questo dovrebbe essere il link:
http://www.motoclub-tingavert.it/p14557875s.html#14557875

Fammi sapere se corretto ;)
Grazie