Pistoni

Il pistone è uno degli organi più sollecitati nei propulsori ad alta potenza specifica.

Durante ogni ciclo di funzionamento del motore, deve aspirare miscela fresca per poi espellere i gas combusti, raccogliere energia meccanica e inviarla all'albero motore attraverso la biella, garantendo sempre una perfetta tenuta anche in presenza di pressioni e temperature molto elevate.

La parte superiore del pistone viene detta cielo, quella sottostante mantello. Al di sotto del cielo si posizionano le fasce elastiche (dette anche segmenti, numeri 7 e 8 nell'immagine sopra riportata), che hanno il compito di impedire il trafilaggio dei gas incandescenti durante la fase di espansione (fasce di tenuta) e di evitare il passaggio di olio in camera di scoppio (raschiaolio).

I pistoni vengono prodotti utilizzando particolari leghe di alluminio.

Le tecniche di produzione sono essenzialmente due: fusione in conchiglia o forgiatura.

La fusione in conchiglia (fusione per gravità, ottenuta facendo colare l'alluminio fuso all'interno di stampi) è il procedimento più utilizzato dai costruttori di veicoli in quanto ha un basso costo di realizzazione.

I pistoni forgiati sono invece realizzati utilizzando una tecnologia più sofisticata e costosa: lo spezzone di alluminio viene portato a una temperatura prossima a quella della fusione e viene deformato plasticamente da un maglio. Il vantaggio è che un pistone forgiato, a parità di peso, fornisce una resistenza meccanica superiore al fuso; oppure, in altri termini, a parità di resistenza meccanica il forgiato risulta essere più leggero.

Tuttavia, è importante sottolineare che non è detto che un pistone stampato sia migliore di uno fuso. Se un progetto non è di buona qualità o un produttore è poco affidabile avremo comunque un pistone forgiato scarsamente affidabile, mentre un pistone fuso prodotto come si deve sarà molto più sicuro. Molti motori da competizione utilizzano pistoni fusi, anche a regimi di rotazione elevatissimi.

Detto questo il propulsore della Saxo è caratterizzato da pistoni dotati di 3 segmenti, 78,5 mm di alesaggio (diametro) che lavorano con una corsa di 82 mm.

Il peso di un pistone è di circa 330 grammi (incluso segmenti).

I pistoni Saxo sono dotati di nicchie valvola, anche se di misura molto modesta.

Gli interventi di preparazione più "spinti" prevedono quasi sempre la sostituzione dei pistoni.

Il preparatore, sostituendo questi componenti ricerca uno o più di questi obiettivi:

1) Possibilità di alloggiamento di alberi a camme molto spinti in termini di alzata e/o durata/incrocio

Mantenendo i pistoni originali, alberi a camme molto spinti possono portare a pericolose interferenze valvola/pistone. Per questo motivo può essere necessario installare pistoni speciali dotati di nicchie valvola più profonde.

Le soluzioni possibili sono 2:

Pistoni mini Gr. A

Citroen Sport nei motori Mini Gr. A utilizza i pistoni originali lavorati per ricavare nicchie valvola più profonde. I vantaggi di questa soluzione sono il costo (si sfrutta come di base di partenza il pistone originale prodotto in larga scala) e l'affidabilità (in motori con preparazioni che non sono molto spinte il materiale di serie garantisce quasi sempre le migliori durate e affidabilità). Indicativamente si tratta di soluzioni che consentono di lavorare con alberi a camme attorno ai 10,5 mm di alzata.

Nella foto un pistoni Mini Gr. A Saxo (a sinistra) e un pistone Mini Gr. A C2 (a destra).

Pistoni speciali alta compressione

Qualora si abbia necessità di andare oltre in termini di alzata, è necessario ricorrere ad un pistone ad alta compressione (detto anche pistone Gr. A quando l'alesaggio è di 78,7 mm). I pistoni ad alta compressione hanno il cielo con la tipica forma a punta per consentire un aumento del rapporto di compressione, permettendo al contempo di avere molto spazio nella zona dove si avvicina la valvola. Si tratta di prodotti da competizione, normalmente più leggeri dei pistoni di serie e dotati di segmenti progettati per ridurre gli attriti (per questo motivo spesso i pistoni di questo tipo portano ad un consumo di olio superiore ai pistoni di serie o ai pistoni Mini Gr. A).

Una particolare categoria di pistoni ad alta compressione sono i pistoni della Super 1600. I pistoni Super 1600 hanno alesaggio 78,7 mm e un centraggio spinotto differente da quello di serie. Per questo motivo possono essere montati solo con bielle Super 1600 (più lunghe di quelle di serie).

2) Modificare il rapporto di compressione

Il miglior modo di aumentare il rapporto di compressione è proprio quello di agire sui pistoni. Questo risultato viene raggiunto mediante la modifica del cielo del pistone. Tipicamente i pistoni ad alta compressione (vedi foto sopra) presentano infatti un cielo a cupola o a punta (vedi immagine), volto ad aumentare il il rapporto di compressione (tipicamente portandolo a 12-12,5:1).

Nei motori sovralimentati invece si presenterà l'esigenza opposta: ridurre il rapporto di compressione. Anche in questo caso il modo migliore di intervenire è attraverso pistoni appositamente progettati, detti a bassa compressione.

Nella foto particolare di un pistone a bassa compressione alloggiato in un monoblocco Saxo presso MC Motortecnica.

3) Diminuire il peso delle masse in movimento

Il pistone è un elemento del motore che viene sottoposto a sollecitazioni estreme sia in termini di temperature di esercizio, sia intermini di velocità di movimento. Proprio riguardo a questo secondo punto, è intuitivo il vantaggio prestazionale e di affidabilità di un componente più leggero.

4) Riduzione degli attriti

Confrontando i pistoni di serie con pistoni ad alta performance una cosa che balza all'occhio è il fatto che questi ultimi sono "più corti". Spesso infatti il mantello dei pistoni speciali è più corto, sia per ridurre il peso, sia per ridurre gli attriti. Un'altra maniera per ridurre gli attriti è agire sui segmenti del pistone (modificandone la tipologia e/o il numero).

5) Aumentare la cilindrata

Agendo sull'alesaggio del pistone (e il contestuale adeguamento del cilindro mediante rettifica) è possibile incrementare la cilindrata del propulsore. Per approfondimenti vedere sotto la sezione dedicata a Albero motore e aumenti Cilindrata

Ricapitolando, in tabella, una sintesi delle caratteristiche delle differenti tipologie di pistoni: