Valutazione e sostituzione del pistone 2T

Sui motori 2T al cambio del pistone, sia per normale manutenzione che per rottura, è importante fare una valutazione accurata del pistone vecchio (o di ciò che rimane) il quale prima di essere rottamato può darci parecchie informazioni utili.




La prima informazione che possiamo raccogliere riguarda la combustione, che puo' essere valutata controllando i residui carboniosi presenti sul cielo del pistone e sulla testa.
Per ciò sarebbe opportuno smontando la testa evitare di bagnare il cielo del pistone lasciando magari cadere gocce di fluido refrigerante su di esso, che comprometterebbero la corretta "lettura" dei residui presenti.




Il perimetro della "macchia" presente sul cielo del pistone varia in base al flusso di gas freschi e quindi ci dice come lavorano i travasi e la luce di lavaggio (se presente), inoltre dal colore dei residui possiamo trarre alcune informazioni riguardo la carburazione.

Una volta rimosso il pistone dal piede di biella possiamo effettuare un esame visivo completo che ci aiuta a comprendere come ha lavorato il pistone ed eventualmente la causa della rottura o del grippaggio.
Per questa valutazione credo sia molto utile la famosa tabella di Eric Gorr che purtroppo non è più disponibile sul sito, ma si trova in giro sul web, ad esempio qui:

http://www.smellofdeath.com/lloydy/piston_diag_guide.htm

Ora, fatte le debite considerazioni, in virtù anche di quanto spiegato nel post precedente (pistoni, lo stato dell'arte) possiamo valutare che pistone mettere e con quale gioco di accoppiamento.
Questo punto però merita un po' di chiarezza onde evitare problemi gravi.
Secondo quanto prescritto solitamente dai manuali di servizio, è sufficiente leggere la lettera stampigliata sulla base del cilindro e prendere un pistone con la stessa lettera.
Questo vale per il ricambio originale, ma i pistoni aftermarket non usano la stampigliatura, ma hanno delle tabelle di scelta che si usano per scegliere il pistone in base all'accoppiamento che si vuole ottenere.
Inoltre il cilindro può essersi usurato o ovalizzato e quindi è bene verificarne l'effettiva dimensione.
Vista la delicatezza dell'argomento e che di solito i grippaggi portano gravi danni al motore, per controllare cilindro e pistone conviene affidarsi ad una rettifica di fiducia, diversamente se si vuole fare da sè a proprio rischio e pericolo suggerisco di procedere come segue:

- Allo smontaggio del gruppo termico si lava e si pulisce tutto a specchio.Eventuali residui carboniosi possono essere rimossi con spray tipo "fornet" o "rimuovi-guarnizioni" avendo cura di non lasciare agire il prodotto per troppo tempo.

- Controllare se si è formata della patina d'olio bruciato sulla canna del cilindro e se la lucidatura incrociata è ancora bella o meno.
Questo è molto importante perchè se si è formata della patina, il velo d'olio tra pistone e cilindro tenderà a scivolare via riducendo la lubrificazione.
Allo stesso modo la lucidatura incrociata serve a trattenere il velo d'olio e con l'usura del cilindro tende a scomparire e va ripristinata.

- A questo punto si possono fare le misure di cilindro e pistone (il pistone anche se nuovo non conviene fidarsi della misura stampigliata, ma è sempre bene controllare).
Visto che la precisione di misura è molto importante, bisogna stare attenti anche ai dettagli ed ai possibili errori di misura.
Prima di tutto conviene lasciare il pistone infilato nel cilindro e mettere il tutto in un posto dove la temperatura rimane pressochè costante, possibilmente insieme agli strumenti di misura; il tutto deve restare a temperatura costante per almeno 1 - 2 ore.
Trascorso il tempo necessario si prendono gli strumenti e si inizia misurando il pistone; si fanno le classiche 4 misure come riportato solitamente su tutti i manuali di uso e manutenzione il più rapidamente possibile per non riscaldare il pistone con le mani e mettendo sempre grasso di vaselina sui piani di misura del micrometro.
Successivamente si misura il cilindro con l'apposito micrometro, sempre facendo le 4 misure e sempre mettendo il grasso di vaselina sui piani di misura; qui il riscaldamento non è determinante come sul pistone e si può lavorare con + calma.

- Se si effettua solo un controllo ma si vuole rimontare ancora il pistone vecchio è bene misurare con uno spessimetro anche il gioco assiale tra fasce elastiche e rispettive sedi nel pistone e l'usura delle fasce elastiche posizionandole una alla volta nel cilindro e misurandone l'apertura residua.

- Controllare tutte le misure eseguite e se sono in tolleranza si può rimontare il tutto altrimenti vanno presi i provvedimenti del caso.

- In particolare se si deve cambiare il pistone ed il cilindro è a posto, prima di tutto bisogna decidere che tipo e marca di pistone mettere e poi si controlla sul catalogo le misure del pistone disponibili.
Siccome i produttori di pistoni usano a volte degli step di misura differenti tra loro, bisogna scegliere la misura del pistone in modo da realizzare un accoppiamento nè troppo stretto nè troppo lasco; in alcuni casi il pistone giusto di un determinato produttore non c'è, a meno di non lavorare il cilindro e quindi la scelta può essere un po' vincolata.

- Per la scelta del gioco di accoppiamento bisogna tenere conto di alcuni fattori, ma si parte sempre come "linea guida" dall'accoppiamento suggerito dal produttore del pistone.
In mancanza di tale dato, se il pistone è originale (OEM) o comunque dello stesso tipo (solitamente è di tipo fuso) si può tenere il gioco indicato nel manuale di uso e manutenzione della moto.
Attenzione all'anno di produzione! Stesso modello di moto di anni differenti possono avere giochi di accoppiamento anche molto diversi.

In mancanza di qualsiasi dato si può calcolare il gioco considerando quanto segue:

Pistoni fusi: gioco accoppiamento (mm) = 0,025 x Ø cilindro / 25,4

Pistoni forgiati: gioco accoppiamento (mm) = 0,05 x Ø cilindro / 25,4

Questo valore di "guida" poi può essere leggermente variato valutando alcuni altri aspetti, come ad esempio:

- il tipo di rodaggio che si intende fare

- la carburazione che abbiamo

- le modifiche che abbiamo apportato al motore rispetto a quello di serie

Thanks to: Eric Gorr, Vertex Pistons, kartcafe.it, yamaha-rd.dk

Pistoni, lo stato dell'arte

I motori 2T restano in auge tra alti e bassi e a distanza di tempo ricorrono alcune discussioni tipiche legate a questi motori.
Una di queste è quella sui pistoni, dei quali si può parlare per giorni seguendo diverse correnti di pensiero.
Prendo spunto da una discussione su MX Bars dei giorni scorsi per riesumare una mia vecchia nota circolata a suo tempo su SoloEnduro e legata all'articolo apparso su Motocross di settembre 2003 dove raccoglievo le mie idee e convinzioni sul vero "stato dell'arte" riguardo la costruzione dei pistoni.

Il pistone ideale dovrebbe avere i seguenti requisiti :

- Dilatazione pari a quella del cilindro (quindi bassissima)
- Ottima conducibilità termica
- Ottima resistenza all'usura
- Massa minima (compatibilmente con il profilo necessario)
- Alta temperatura di fusione
- Massima compattezza del materiale

Nella vita reale, i pistoni si discostano in modo variabile dallo standard ideale a seconda della composizione chimica del materiale impiegato e delle lavorazioni eseguite per ottenere il prodotto finito.
La lega di alluminio di partenza per la costruzione di pistoni può contenere, a seconda delle caratteristiche che il produttore vuole ottenere e dal ciclo di produzione impiegato, una quantità variabile di alcuni elementi determinanti :

Silicio - Ne aumenta la resistenza all'abrasione (resistenza all'usura) riducendo la dilatazione termica ma riduce anche la conducibilità termica e aumenta la fragilità.

Rame - Aumenta il punto di fusione e la conducibilità termica

Nickel - Aumenta la resistenza all'usura

Ogni produttore utilizza una propria formula di composizione del materiale che si discosta più o meno dalle leghe commerciali di Alluminio al silicio.
La produzione industriale di pistoni per motori a scoppio attualmente viene fatta con due metodologie ben distinte :

- per fusione in conchiglia (la lega di alluminio fusa viene versata in uno stampo metallico, in atmosfera inerte curando particolarmente il degasaggio onde evitare soffiature nel materiale)

- per stampaggio a caldo (La fucinatura, detta anche forgiatura dei pistoni viene fatta avvicinando uno stampo ed un controstampo al massello di materiale preriscaldato, schiacciandolo poi con pressioni dell'ordine di qualche migliaio di tonnellate.

Le caratteristiche del prodotto finito sono quindi sensibilmente differenti :

Pistoni fusi (Cast pistons) - Hanno una dilatazione molto bassa ma una resistenza all'usura ed una compattezza limitata; non sono generalmente molto leggeri e per questo i produttori di pistoni fusi giocano un po' sul profilo del pistone per ridurne il peso (spessori delle pareti, lunghezza del mantello, ecc.).Sono i pistoni normalmente utilizzati per la produzione in serie dei motori a scoppio.

Pistoni stampati (Forged Pistons) - Hanno una dilatazione molto + alta rispetto a quelli fusi, ma hanno una elevata resistenza all'usura e sono più compatti e più leggeri.Questi pistoni grazie alla loro compattezza vengono utilizzati su motori ad elevata compressione o su motori che lavorano con temperature della camera di scoppio molto elevate ove il fuso avrebbe dei seri problemi di esercizio.

Per entrambi i tipi di pistone, dopo la formatura vengono eseguiti alcuni trattamenti termici e le lavorazioni meccaniche di finitura.
Alcuni di essi inoltre hanno un riporto superficiale cosiddetto "di sacrificio" che velocizza il periodo di rodaggio evitando grippaggi.

A livello commerciale possiamo definire i seguenti prodotti venduti in tutto il mondo :

VERTEX Replica e Race - Sono pistoni di tipo fuso, hanno una dilatazione molto bassa e possono essere montati con accoppiamenti piuttosto stretti. Per contro non hanno una grande compattezza, non hanno grande resistenza ad usura ed hanno una temperatura di fusione relativamente bassa.Vengono impiegati spesso su motori da gara, ove è importante massimizzare la prestazione (grazie all'accoppiamento + stretto) e cmq. vengono sostituiti con una certa frequenza.

PRO-X (ART) - Sono pistoni di tipo fuso, hanno una dilatazione un poco + alta rispetto ai Vertex, hanno una buona compattezza (considerando che sono di tipo fuso) e resistenza all'usura. Essendo in una fascia prestazionale intermedia vengono spesso utilizzati per la produzione di serie di motori giapponesi.

WISECO - Sono i pistoni stampati più venduti al mondo; hanno una consistente dilatazione termica e devono essere montati con accoppiamenti relativamente laschi (0,08 - 0,10 mm.) e questo causa consumo di olio sui 4T e rumorosità durante la rotazione (sia 2T che 4T). I vantaggi consistenti derivano dalla leggerezza e dalla resistenza all'usura di questi pistoni. L'elevata compattezza li rende utilizzabili in tutte quelle applicazione ove vi sia elevato rapporto di compressione e/o possibilità di detonazioni.
Vi sono poi altri produttori di pistoni, come Mahle ed Asso che attualmente lavorano per lo più nel settore automobilistico.

VERTEX Pro - sono pistoni stampati che a differenza dei Wiseco hanno una dilatazione termica relativamente bassa mantenendo nel contempo le altre caratteristiche tipiche dei pistoni forgiati.

In conclusione, sia su motori 2T che su motori 4T, la scelta del tipo e della marca di pistone da adottare dovrebbe essere fatta considerando globalmente diversi fattori, tra cui :

- Tipo di motore (2T o 4T)
- Rapporto di compressione
- Regime massimo di rotazione
- Cilindrata
- Temperature nella camera di scoppio
- Dimensione dell'accoppiamento da realizzare
- Frequenza delle ispezioni al gruppo termico
- Tempo di rodaggio e prestazione iniziale
- Durata delle prestazioni del pistone
- Costo
- Reperibilità dei ricambi e degli accessori