Pistoni motore: come funzionano?
I pistoni sono una parte fondamentale di un motore a combustione a pistoni. I pistoni del motore mediano il trasferimento di energia tra la camera di combustione e il meccanismo di movimento collegato ai pistoni.
Questo articolo farà luce sulla funzione, la costruzione, il materiale dei pistoni e quali forze devono sopportare.
Sommario
Funzione dei pistoni del motore
I pistoni dei motori a combustione sono uno dei componenti più sollecitati in un motore. Devono sopportare molto stress causato da temperature molto elevate (circa 2000°C o 3600°F) e da una pressione elevata, che nei motori diesel è ancora più elevata rispetto motori a benzina. Così i pistoni sono sollecitati principalmente dalla pressione e dalla temperatura.
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Inoltre, i pistoni del motore a combustione interna devono far ruotare l'albero a gomiti con l'ausilio di bielle e captare la pressione di espansione dei gas con la loro superficie. Un altro compito dei pistoni è quello di separare la camera di combustione dalla camera dell'albero motore.
I pistoni devono sigillare bene ma non troppo per mantenere uno spazio tra il mantello del pistone e la parete del cilindro. I pistoni devono essere più piccoli del cilindro (centinaia di millimetri), altrimenti potrebbero gripparsi o rompersi. Ciò è dovuto alla dilatazione termica dei materiali.
Osserva attentamente l'animazione dei movimenti del pistone in alto e nota un piccolo spazio tra la gonna del pistone e la parete del cilindro. Due file sul pistone rappresentano le fasce elastiche che sono più vicine alla parete rispetto al pistone stesso.
Costruzione Pistoni Motore
Il pistone di un motore a combustione interna è costituito da diverse parti:
- Cielo/testa del pistone
- Mantello del pistone
- Spinotto o spinotto del pistone
- Fasce elastiche
1. Corona del pistone
Il cielo del pistone, noto come testa del pistone, è la superficie sulla parte superiore del pistone. Deve resistere a temperature e pressioni molto elevate all'interno della camera di combustione.
2. Gonna a pistone
Il mantello del pistone è la parete cilindrica di un pistone e deve rimanere lubrificato durante il funzionamento del motore, ovvero quando il pistone si muove su e giù. Per mantenere la lubrificazione, la superficie del mantello del pistone è leggermente ruvida.
3. Spinotto
Lo spinotto è noto come spinotto del pistone o spinotto. È un'asta corta e cava solitamente realizzata in una lega di acciaio ad alta resistenza e dura. Questo perno collega il pistone alla biella e fornisce anche un cuscinetto per la biella.
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Il design dello spinotto è fondamentale per le prestazioni di un motore, in particolare nei piccoli motori automobilistici ad alto numero di giri. In questi motori lo spinotto deve sopportare carichi e sollecitazioni elevate durante il funzionamento ad alte velocità.
4. Fasce elastiche
Il pistone è dotato di anelli per sigillare il cilindro e prevenire la perdita di compressione e perdite d'olio. Le fasce elastiche sono posizionate nelle scanalature del pistone con un certo gioco per garantire una corretta lubrificazione del mantello del pistone e delle pareti del cilindro.
Fasce elastiche: quali sono la loro funzione e i tipi?
Di solito, su un pistone sono montate da due a tre fasce elastiche. Esistono due tipi di fasce elastiche:
- Anello di compressione - I due anelli superiori (uno solo nel caso il pistone abbia solo due anelli) sigillano la camera di combustione premendo contro la parete del cilindro.
- Anello raschiaolio - L'anello inferiore, noto come anello raschiaolio, ha tre funzioni: controllare l'alimentazione dell'olio motore al cilindro, lubrificare il mantello del pistone e mantenere l'olio in eccesso la camera di combustione.
Tipi di pistoni
Esistono tre tipi di pistoni, ciascuno con una forma e una funzione diversa: a testa piatta, a cupola ea piatto.
Pistoni piatti
I pistoni a testa piatta hanno una superficie superiore piatta, che consente loro di creare la massima forza e produrre una combustione efficiente. Tuttavia, possono creare troppa compressione per camere di combustione più piccole.
Pistoni a cupola
I pistoni a cupola, d'altra parte, gorgogliano al centro come la parte superiore di uno stadio, il che aumenta la superficie disponibile sulla parte superiore del pistone. Questo design aumenta il rapporto di compressione, sebbene il design del pistone a cupola possa variare. Alcuni dei pistoni della cupola soffrono di combustione lenta.
Pistoni vasca
I pistoni della ciotola sono opposti ai pistoni a cupola e, come suggerisce il nome, hanno la parte superiore a forma di ciotola o piatto con bordi esterni leggermente arricciati. Questo design aiuta a evitare la detonazione poiché riduce il rapporto di compressione aggiungendo il volume aggiuntivo della camera alla camera. Questi pistoni sono solitamente utilizzati nei motori turbocompressi o sovralimentati.
Differenza Pistoni Altezza
Tra l'altro, l'altezza del pistone si traduce in proprietà diverse. Un pistone alto è più pesante di uno basso. Nei motori ad alta velocità vengono utilizzati pistoni molto più corti rispetto ai motori convenzionali proprio a causa del loro peso inferiore.
I motori a benzina hanno generalmente pistoni con corse più brevi rispetto ai motori diesel. Quindi, il pistone di un motore a benzina di solito completa la sua corsa in un tempo più breve rispetto al pistone di un motore diesel. Tuttavia, i motori a benzina hanno un'efficienza inferiore rispetto ai motori diesel a causa dei loro rapporti di compressione inferiori.
Lo svantaggio di pistoni molto corti è l'aumento del consumo di olio motore perché un tale pistone non può sigillare perfettamente la camera di combustione.
Spiegazione della classificazione dell'olio motore
Materiale dei pistoni del motore
I pistoni sono spesso realizzati in lega di alluminio, silicio, rame, nichel e magnesio, ma possono essere utilizzati anche altri materiali. I pistoni utilizzati nelle corse sono molto più solidi dei pistoni per i motori delle autovetture, mentre il loro peso è molto inferiore per raggiungere gli alti regimi del motore.