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Fig. 1 + Fig. 2: Sezione della rottura

Disturbi di combustione 1/3

KS | Kolbenschmidt | Motorservice

La testa del pistone risulta completamente asportata? Il colletto è spezzato tra il primo e il secondo segmento di compressione? Tuttavia non si riscontrano né segni di grippaggio del pistone né segni di surriscaldamento. Da dove provengono le tracce di urti sulla testa del pistone? La calamina è stata quasi completamente asportata. Le fasce elastiche sono usurate. A cosa sono dovuti questi danni? Questo articolo elenca le cause più probabili.

Cricche nel cielo del pistone e nella camera (motore diesel)

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  • Cricche di tensione sul margine della camera.
  • Fenditura principale fino all‘alesaggio del perno del pistone.
  • I gas di combustione caldi che attraversano la fenditura principale hanno bruciato nel materiale del pistone un canale che va dalla camera fino a sotto l’anello raschiaolio.
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Fig. 1
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Fig. 2

Valutazione

Il materiale del pistone si riscalda molto, nei motori con precamera, nei punti di impatto dei getti precamera (fig. 3 e fig. 4) e sul margine della camera nei motori a iniezione diretta (fig. 1). Nei punti riscaldati il materiale si dilata di più rispetto agli altri punti. Poiché i punti surriscaldati sono circondati da materiale più freddo, il materiale si deforma in modo permanente oltre il limite di elasticità. Al raffreddamento accade esattamente il contrario: nei punti in cui il materiale è stato precedentemente ribadito ed espulso è ora d’un tratto presente troppo poco materiale.

In questo settore si formano così tensioni di trazione corrispondenti che causano infine cricche di tensione. Se le tensioni provocate dal sovraccarico termico si sovrappongono con quelle di una flessione del perno, dalle cricche di tensione si forma talvolta una fenditura principale molto ampia che causa la rottura completa e il guasto del pistone.

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Fig. 3
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Fig. 4

Possibili cause

  • Errore nella preparazione della miscela dovuto a iniettori difettosi, guasti nella pompa di iniezione o danni nella precamera.
  • Temperature elevate causate da guasti nell‘impianto di raffreddamento.
  • Difetto del freno motore o utilizzo eccessivo dello stesso. Conseguenza: surriscaldamento.
  • Raffreddamento pistone insufficiente con pistoni con canale di raffreddamento, per es. a causa di iniettori di olio refrigerante ostruiti o piegati.
  • Oscillazioni di temperatura nei motori con sollecitazione spesso variabile, per es. in autobus urbani, macchine per movimento terra.
  • Utilizzo di pistoni con specifiche errate, per es. senza canale di raffreddamento anche se è necessario utilizzare un pistone con canale di raffreddamento.
  • Montaggio di pistoni di costruttori esterni non dotati di rinforzo in fibra sul margine della camera.
  • Montaggio di pistoni con struttura camera errata per il motore (ved. capitolo «Segni di grippaggio dovuti alla testa del pistone causati dall’utilizzo di pistoni errati»).

Rotture del colletto del pistone

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  • Su un lato del pistone è presente una rottura del colletto tra il primo e il secondo anello di tenuta (fig. 1).
  • La rottura inizia al margine superiore del fondo della scanalatura e percorre diagonalmente il materiale del pistone. Quindi fuoriesce sul margine inferiore del fondo della scanalatura (fig. 2).
  • La rottura si allarga verso il basso.
  • Non sono presenti segni di grippaggio dovuti al pistone, né segni di surriscaldamento.

Valutazione

Tali rotture sono sempre una conseguenza del sovraccarico del materiale e non di difetti del materiale. Possono essere suddivise secondo 3 cause:

1. Combustione con battito:
Significa che il numero di ottano del carburante non era in grado di coprire il fabbisogno del motore in tutti gli stati di esercizio e di carico (ved. il capitolo «Informazioni generali sui danni ai pistoni causati da disturbi di combustione nei motori a benzina»). Le rotture del colletto del pistone causate dalla combustione con battito si presentano solitamente sul lato mandata. Nei motori diesel la combustione con battito è causata da un ritardo di accensione.

2. Urti del liquido:
Con il motore fermo o in funzione il liquido (acqua, refrigerante, olio o carburante) raggiunge la camera di combustione in modo involontario. I liquidi non possono essere compressi. Per questo, nel ciclo di compressione si ha un’enorme sollecitazione a carico del pistone e degli organi del manovellismo. Conseguenza: rotture del colletto, del perno del pistone o danni alla biella e all’albero motore. Nella è rappresentato un andamento della rottura, come si presenta in caso di combustione con battito e urti del liquido: Le superfici delle fratture si sono estese verso il basso, poiché la forza che ha causato la rottura agisce d Fig. 1 all’alto sul colletto.

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Fig. 1 + Fig. 2: Sezione della rottura
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Fig. 3

3. Errore di installazione:
Durante il montaggio del pistone non è stata esercitata una forza sufficiente poiché le fasce elastiche non sono state tese correttamente. A seguito del piantaggio o della battitura violenta del pistone sui colletti si sono formate crepe sottili. I colletti si rompono in direzione opposta, poiché la pressione proviene dal basso (fig. 4).

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Fig. 4

Possibili cause

Combustione con battito nei motori a benzina:

  • Utilizzo di un carburante con potere antidetonante insufficiente. La qualità del carburante deve corrispondere al rapporto di compressione del motore. In altre parole, il numero di ottano del carburante deve coprire il fabbisogno di ottani del motore in tutti gli stati di funzionamento.
  • Gasolio nella benzina e, quindi, una riduzione del numero di ottano del carburante.
  • Rapporto di compressione troppo alto causato dall’usura eccessiva della superficie del blocco motore e della testata nell’ambito di una revisione del motore o per motivi di tuning.
  • Punto di accensione troppo in anticipo.
  • Miscela troppo povera e, quindi, temperature di combustione elevate.
  • Temperature dell’aria di aspirazione troppo elevate, causate da una ventilazione insufficiente del vano motore o da una commutazione non tempestiva della farfalla dell’aria di aspirazione sull’esercizio estivo (in particolare nei motori a carburazione più vecchi).

Combustione con battito nei motori diesel:

  • Iniettori non a tenuta o con polverizzazione di cattiva qualità.
  • Pressione di iniezione troppo bassa degli iniettori.
  • Pressione di compressione troppo bassa a causa di guarnizioni testata errate, sporgenze pistoni troppo ridotte, valvole non a tenuta o fasce elastiche rotte o usurate.
  • Guarnizioni testata difettose.
  • Danni alla precamera.
  • Utilizzo inappropriato o eccessivo degli ausili di avviamento (spray per l’avviamento esterno), con l’avviamento a freddo.
  • Turbocompressore difettoso.

In caso di urti del liquido:

  • Aspirazione non intenzionale di acqua all’attraversamento di acqua alta oppure causata dagli spruzzi di masse d’acqua più grandi da parte dei veicoli precedenti o vicini.
  • Funzionamento a pieno carico del cilindro a motore fermo con:
    • acqua, a causa di difetti di tenuta della guarnizione testata o cricche nei componenti.
    • carburante a causa di iniettori non a tenuta (solo motori a benzina con sistema di iniezione). La pressione residua nel sistema di iniezione si scarica attraverso l’iniettore non a tenuta nel cilindro.

In entrambi i casi si verifica il danno descritto in fase di avviamento.

Tracce di urti sulla testa del pistone (motore diesel)

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  • Sulla testa del pistone (fig. 1) si vedono forti tracce di urti. Il residuo carbonioso è stato eliminato quasi del tutto.
  • I depositi carboniosi sono schiacciati nel cielo del pistone e hanno lasciato alveoli.
  • Le fasce elastiche presentano un’usura molto forte, in particolare sull‘anello raschiaolio.
  • Si vede un’impronta della camera a turbolenza sul bordo anteriore del cielo del pistone (fig. 2).
  • Forte impronta della valvola sul lato destro del cielo del pistone.
  • Sul mantello del pistone si notano i primi segni di grippaggio dovuti al ciclo a secco (fig. 4).
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Fig 1.
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Fig. 3
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Fig. 2
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Fig. 4

Valutazione

Durante l’esercizio i pistoni hanno urtato contro la testata o contro la camera a turbolenza e una valvola. Non si sono ancora verificate rotture per effetto di questa forza. Il tipo di usura sulle fasce elastiche e anche sul mantello del pistone indica tuttavia che, in seguito a questi urti, si sono verificati disturbi di combustione causati da ingolfamento.

A causa degli urti del pistone si verificano vibrazioni più o meno forti sulla testata. L’iniettore entra anch’esso in oscillazione a seguito di queste vibrazioni, per questo non può più mantenere la pressione nemmeno nello stato chiuso e realizza un’iniezione incontrollata del carburante. L’ingolfamento porta a un danneggiamento del velo di olio. Questo, a sua volta, causa una quota di attrito misto maggiore e, quindi, l’usura nel settore delle fasce elastiche e di conseguenza un maggiore consumo di olio. Solo quando il velo di olio è talmente danneggiato dal carburante da determinare una lubrificazione insufficiente, si formano le caratteristiche zone usurate dal carburante (ved. capitolo «Segni di grippaggio dovuti al ciclo a secco causato da ingolfamento»).

Nello stadio iniziale il mantello del pistone è meno danneggiato, poiché esso viene alimentato con olio sempre nuovo e lubrificante dagli organi del manovellismo. Solo quando i pezzi di materiale asportato per attrito dall’area della corsa dei pistoni si mischiano sempre di più con l’olio lubrificante e l’olio lubrificante perde portanza a causa della crescente diluizione olio, l’usura si estende a tutti i partner di scorrimento del motore.

Possibili cause

  • Misura della sporgenza pistone errata. La sporgenza pistone non è stata controllata o non è stata corretta durante la revisione del motore.
  • Boccola del piede di biella con fori eccentrici nell‘ambito di una sostituzione.
  • Affilatura di finitura eccentrica dell’albero motore.
  • Lavori di rettifica eccentrici del foro maschiato cuscinetto (posizionando il cappello di banco dell’albero motore).
  • Montaggio di guarnizioni testata con uno spessore troppo basso.
  • Deposito carbonioso sulla testa del pistone e, quindi, limitazione o superamento della misura dell’interstizio.
  • Fasi di distribuzione errate a causa di una regolazione errata, di un allungamento della catena, di cinghie dentate saltate.
  • Scostamento in lunghezza del fusto della biella.
  • Lavori eccessivi sulla superficie piana della testata e conseguente rinvio delle fasi di distribuzione. (La distanza tra l’ingranaggio azionato e quello condotto cambia, cosa che non può eventualmente essere corretta a seconda del tipo costruttivo dalla regolazione della cinghia o della catena.)
  • Alla sostituzione degli anelli sedi valvole non si è rispettata la posizione corretta delle sedi delle valvole. Se la superficie delle sedi delle valvole non viene posizionata abbastanza in profondità nella testata durante la lavorazione, le valvole non dispongono del residuo corretto nella testata e sporgono troppo.
  • Fuorigiri del motore. Le valvole non si chiudono più tempestivamente a causa della forza di massa maggiore e urtano contro il pistone.
  • Gioco troppo elevato nel supporto della biella o cuscinetto di biella consumato, in particolare in combinazione con marce in discesa con numero di giri eccessivo.

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