Attrito sotto (attento) controllo
Che ci piaccia o no, il fenomeno dell'attrito accompagna tutti gli elementi meccanici in movimento. La situazione non è diversa con i motori, ovvero con il contatto di pistoni e fasce elastiche con il lato interno dei cilindri, ad es. con la loro superficie liscia. È in questi luoghi che si verificano le maggiori perdite dovute all'attrito dannoso, quindi gli sviluppatori di azionamenti moderni stanno cercando di minimizzarle il più possibile attraverso l'uso di tecnologie innovative.
Non solo temperatura
Per comprendere appieno quali condizioni prevalgono nel motore, è sufficiente inserire i valori nel ciclo di un motore a scoppio, che raggiunge 2.800 K (circa 2.527 gradi C), e diesel (2.300 K - circa 2.027 gradi C) . Le alte temperature influiscono sulla dilatazione termica del cosiddetto gruppo cilindro-pistone, costituito da pistoni, fasce elastiche e cilindri. Questi ultimi si deformano anche per attrito. Pertanto, è necessario rimuovere efficacemente il calore dal sistema di raffreddamento, nonché garantire una resistenza sufficiente del cosiddetto film d'olio tra i pistoni che operano nei singoli cilindri.
La cosa più importante è la tenuta.
Questa sezione riflette al meglio l'essenza del funzionamento del gruppo pistone sopra menzionato. Basti pensare che il pistone e le fasce elastiche si muovono lungo la superficie del cilindro ad una velocità fino a 15 m/s! Non c'è da stupirsi quindi che si presti così tanta attenzione a garantire la tenuta dello spazio di lavoro dei cilindri. Perché è così importante? Ogni perdita nell'intero sistema porta direttamente a una diminuzione dell'efficienza meccanica del motore. Un aumento dello spazio tra pistoni e cilindri influisce anche sul deterioramento delle condizioni di lubrificazione, compreso il problema più importante, ovvero sul corrispondente strato di pellicola d'olio. Per ridurre al minimo l'attrito negativo (insieme al surriscaldamento dei singoli elementi), vengono utilizzati elementi di maggiore resistenza. Uno dei metodi innovativi attualmente in uso è quello di ridurre il peso dei pistoni stessi, operando nei cilindri dei moderni propulsori.
NanoSlide - acciaio e alluminio
Come, quindi, in pratica si può raggiungere l'obiettivo di cui sopra? Mercedes utilizza, ad esempio, la tecnologia NanoSlide, che utilizza pistoni in acciaio al posto del comunemente usato cosiddetto alluminio rinforzato. I pistoni in acciaio, essendo più leggeri (sono più di 13 mm più bassi di quelli in alluminio), consentono, tra l'altro, di ridurre la massa dei contrappesi dell'albero motore e contribuiscono ad aumentare la durata dei cuscinetti dell'albero motore e del cuscinetto spinotto pistone stesso. Questa soluzione è ora sempre più utilizzata sia nei motori ad accensione comandata che in quelli ad accensione spontanea. Quali sono i vantaggi pratici della tecnologia NanoSlide? Partiamo proprio dall'inizio: la soluzione proposta da Mercedes prevede l'abbinamento di pistoni in acciaio con alloggiamenti (cilindri) in alluminio. Ricordare che durante il normale funzionamento del motore, la temperatura di esercizio del pistone è molto più alta della superficie del cilindro. Allo stesso tempo, il coefficiente di dilatazione lineare delle leghe di alluminio è quasi doppio rispetto a quello delle leghe di ghisa (la maggior parte dei cilindri e delle canne dei cilindri attualmente utilizzati sono realizzati con quest'ultima). L'uso di una connessione pistone in acciaio-alloggiamento in alluminio può ridurre notevolmente il gioco di montaggio del pistone nel cilindro. La tecnologia NanoSlide include, come suggerisce il nome, anche il cosiddetto sputtering. rivestimento nanocristallino sulla superficie portante del cilindro, che riduce notevolmente la rugosità della sua superficie. Tuttavia, per quanto riguarda i pistoni stessi, sono realizzati in acciaio forgiato e ad alta resistenza. A causa del fatto che sono più bassi delle loro controparti in alluminio, sono anche caratterizzati da un peso a vuoto inferiore. I pistoni in acciaio forniscono una migliore tenuta dello spazio di lavoro del cilindro, aumentando direttamente l'efficienza del motore aumentando la temperatura di esercizio nella sua camera di combustione. Questo, a sua volta, si traduce in una migliore qualità dell'accensione stessa e in una combustione più efficiente della miscela aria-carburante.
