La dilatazione termica, la lubrificazione e i segmenti

Che cosa è la dilatazione termica, in che modo influenza il lavoro dei pistoni. Come si raffreddano e cosa sono i segmenti?

23 giugno 2014 - 18:26

Nell'ultima puntata della nostra rubrica di tecnica abbiamo continuato a parlare del motore e in particolare del pistone, uno dei componenti più cruciali per il corretto funzionamento di tutto il sistema propulsore. Il pistone, è uno stantuffo che si muove all'interno del cilindro, alternativamente nei due sensi, tra le due posizioni estreme note come punti morti; è collegato all'albero a gomiti tramite lo spinotto e la biella. Al questo componente sono demandate funzioni importantissime: aspirare la miscela fresca nel cilindro, espellere i gas combusti, raccogliere energia meccanica per inviarla all'albero e guidare la parte superiore della biella. Infine, il pistone lavora in condizioni molto gravose, sopporta pressioni, carchi inerziali e temperature elevatissimi.

CONFORMAZIONE PARTICOLARE – Per questo, quando il motore si trova alla temperatura di esercizio, il pistone deve avere una forma che si avvicini il più possibile a quella cilindrica, non deve, in altre parole, aver subito dilatazioni e cambiamenti di forma causati dalla temperatura. Infatti, dato che la distribuzione delle masse e delle temperature non è perfettamente uniforme – il cielo, che è toccato dai gas incandescenti, lavora a temperature molto più alte di quelle che interessano il mantello – la lavorazione del pistone ne configura una forma complessa, quando è freddo. Perciò è ovale in pianta, ha la testa di diametro inferiore rispetto a quello del mantello, mentre quest'ultimo ha una geometria tronco-conica oppure a botte.

DILATAZIONE E LUBRIFICAZIONE – Le dilatazioni termiche elevate a cui è soggetto il pistone fanno sì che ceda calore alle pareti della canna, tramite i segmenti, e all'olio e all'aria che lo lambiscono nella parte inferiore. Per questo, nei motori a quattro tempi si impiegano uno o due getti di olio, emessi da ugelli dedicati e indirizzati contro la parete inferiore del cielo del pistone, per migliorarne la refrigerazione. Indicativamente, in un motore di elevate prestazioni, il centro del cielo del pistone può raggiungere anche temperature prossime ai 400 °C.

I SEGMENTI – Per evitare che i gas di scarico trafilino dalla camera di scoppio o che l'olio di lubrificazione vi entri, passando nel gioco esistente tra il cilindro e il pistone, si utilizzano degli anelli di tenuta, detti segmenti, che vengono inseriti in apposite cave ricavate nel mantello del pistone stesso. C'è anche un segmento detto “raschiaolio”, che si trova nella parte inferiore e si occupa di asportare dalla canna la maggior parte del lubrificante che vi aderisce, lasciandone la minima quantità necessaria a lubrificare i segmenti di tenuta. I segmenti hanno un intaglio che serve per consentire il montaggio nelle cave e per conferirgli una certa elasticità, grazie alla quale riescono a spingere contro le pareti del cilindro, con il carico che aumenta al crescere della pressione del gas verso la loro parte interna.

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