Pistoni e rotture delle fasce elastiche
Informazioni sulla diagnosi
Perché il pistone è fessurato al centro? Come si formano le rotture da fatica in corrispondenza del mozzo dello spinotto? Qual è la differenza tra una rottura da sovraccarico e una rottura da fatica? Quali cause può avere il riscontro di una forte usura assiale sulla scanalatura della prima fascia elastica? Questo articolo fornisce le risposte.
Informazioni sulla rottura dei pistoni
Con il motore in funzione si possono verificare rotture dei pistoni a causa di una rottura violenta o una frattura di fatica.
Una rottura violenta (fig. 1) è sempre causata da un corpo estraneo che urta il pistone con il motore in funzione. Si può trattare di componenti rotti della biella, dell’albero motore, delle valvole o simili. Si può avere una rottura violenta del pistone anche se penetra acqua o carburante nel cilindro.
Le superfici di una rottura violenta sono di colore grigio, non sono usurate e non presentano retinature. Il pistone improvvisamente non funziona più senza generare una rottura.
Con una frattura di fatica (fig. 2), sulla superficie della frattura si formano retinature che consentono di riconoscere l’inizio e l’andamento della rottura. Le superfici della frattura sono spesso usurate e lucide. La causa di una frattura di fatica è un sovraccarico del materiale del pistone.
I sovraccarichi sono causati da:
- combustione con battito,
- forti vibrazioni del pistone, ad es. urti della testa del pistone contro la testata,
- difetti di materiale,
- gioco eccessivo.
Un’eccessiva deformazione del perno del pistone causata da un sovraccarico (inflessione e deformazione ovale) porta a cricche nell’alesaggio o nel sostegno. Inoltre, le fratture di fatica possono avere origine da cricche di tensione dovute al calore sui cieli del pistone.
Rottura del pistone nell’alesaggio del perno del pistone
- Si forma una crepa fino al cielo del pistone. Conseguenza: il pistone si spezza in due (fig. 1).
- Nell’asse centrale dell’alesaggio del perno del pistone si forma una tipica cricca di fatica (fig. 2 e 3).
Valutazione
Le cricche da fatica nell’alesaggio sono causate da sollecitazioni meccaniche eccessive. Il sovraccarico costante del materiale del pistone provoca un maggiore stress da piegature alternate e l’affaticamento del materiale stesso. Un alimentazione di olio insufficiente favorisce la comparsa di cricche: un inizio di criccatura nell’alesaggio del perno del pistone progredisce anche con una sollecitazione normale. E provoca infine la spaccatura del pistone.
Possibli cause
- Disturbi di combustione, in particolare combustione repentina causata da un ritardo di accensione.
- Utilizzo eccessivo o inappropriato di ausili di avviamento in caso di avviamento a freddo.
- Con il motore fermo il cilindro è pieno di acqua, carburante o olio (urto del liquido).
- Aumenti di potenza (per es. tuning chip) utilizzando un pistone di serie.
- Utilizzo di perni del pistone errati o più leggeri. A causa della deformazione ovale del perno, il supporto del perno subisce un’eccessiva sollecitazione.
Rottura del pistone causata dall’urto del cielo contro la testata
- Si vedono tracce di urti sul cielo del pistone (fig. 1), sulla superficie piana della testata e su entrambe le valvole (senza fig.).
- In seguito alle vibrazioni e all’effetto della forza si è sviluppata una rottura nella direzione del perno del pistone.
- Il mantello si è rotto nella scanalatura inferiore dell’anello di lubrificazione, le superfici delle fratture presentano le caratteristiche delle fratture di fatica (fig. 2).
Valutazione
Possibli cause
- 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.
- La cosiddetta misura dell’interstizio (ovvero la distanza minima tra il cielo del pistone e la testata) nel punto morto superiore del pistone era troppo bassa. Possibili cause:
- Pistoni con altezza di compressione errata. Alla revisione del motore, in molti casi la superficie piana del monoblocco viene rifinita. Se, dopo i lavori, si utilizzano pistoni con l’altezza di compressione originale, la sporgenza pistone può essere troppo elevata. In caso di riparazione vengono quindi offerti pistoni con altezza di compressione inferiore. In questo modo la sporgenza pistone rientra nel range di tolleranza stabilito dal produttore del motore*.
- Spessore insufficiente della guarnizione testata. Molti produttori prevedono guarnizioni testata con spessori diversi per lo stesso tipo di motore: da un lato, questo è necessario per compensare le addizioni delle tolleranze del componente durante la produzione, dall’altro per poter effettuare un adattamento della sporgenza pistone in fase di riparazione. Durante le riparazione occorre: utilizzare solo guarnizioni della testata con lo spessore del materiale prescritto. Solo così si garantisce il raggiungimento della misura dell’interstizio prescritta dopo la riparazione. Lo spessore della guarnizione va nuovamente stabilito secondo le condizioni del produttore del motore sulla base della sporgenza pistone se il monoblocco è stato ritoccato o sostituito nell’ambito di una riparazione.
* Per molti motori diesel Motorservice fornisce pistoni con altezza di compressione ridotta (KH-). Per ulteriori dettagli, vedere il catalogo «Pistoni e componenti».
Attenzione
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Un controllo della libertà di movimento effettuato manualmente facendo ripetutamente girare il motore nello stato freddo non garantisce che il pistone non urti contro la testata con la macchina a temperatura di esercizio. Motivo: a causa del loro riscaldamento, il pistone e la biella subiscono una dilatazione lineare. Si riduce così la distanza tra il cielo del pistone e la testata. Soprattutto nei motori di veicoli commerciali con altezze di compressione elevate si verificano rilevanti modifiche delle misure che riducono di altri decimi di millimetro la libertà di movimento del pistone nel punto morto superiore. |
