I pistoni in acciaio possono sostituire quelli in alluminio

L’accoppiata alluminio e lubrificanti

Uno dei componenti del motore maggiormente sottoposto a sollecitazioni e carichi, meccanici e termici, è il pistone. Centinaia, migliaia di movimenti che, ad ogni utilizzo dell’auto, per quanto breve, rischiano di indebolirne la struttura, compromettendone rapidamente la funzionalità e la durata.

L’ingegneria è riuscita nel corso degli anni a studiare e a implementare delle soluzioni tali da evitare continue manutenzioni e premature sostituzioni di pistoni e cilindri. Tra tutte le innovazioni, due assumono una rilevanza particolare: il materiale utilizzato e il lubrificante.

Le leghe di alluminio odierne, frutto della ricerca metallurgica, fanno sì che i pistoni possano sopportare lunghi cicli, in cui dimostrano tutta la loro resistenza meccanica e stabilità a un elevato carico termico.

La ricerca ha permesso di sintetizzare olii sempre più performanti, che svolgono una doppia funzione: da un lato lubrificano il pistone fino a ridurne l’usura meccanica dovuta all’attrito; dall’altro controllano la temperatura del pistone stesso, in particolare della parte sommitale definita “cielo”.

La ricerca e la sperimentazione made in Italy

Tuttavia l’alluminio non è perfetto, o per meglio dire, non è eterno. Si dice anzi che abbia una scadenza, dovuta a dei limiti termomeccanici che comunque lo caratterizzano.

Per ovviare a questi limiti e per garantire una sicurezza già in fase di progettazione, l’industria dell’automotive è costretta a realizzare dei pistoni che, per peso e dimensioni, vincolano poi la geometria interna del motore.

Sono dunque allo studio delle soluzioni alternative e il made in Italy sembra aver individuato una strada che, seppur ancora da percorrere sino alla fine, potrebbe essere quella giusta.

La sperimentazione è partita ad Asti presso la Pistal Racing, azienda specializzata nella produzione di pistoni di altissima tecnologia e il risultato, almeno fino ad oggi, è stato trovato nell’acciaio.

Gli innegabili vantaggi dell’acciaio

Questo è un materiale che, rispetto all’alluminio, risulta più leggero e più resistente da un punto di vista meccanico e termico.

Un pistone in acciaio, a parità di alesaggio, è meno pesante di uno in alluminio; ma non è tutto, perché la maggiore resistenza meccanica fa sì che i suoi profili possano essere notevolmente più sottili. In particolare, l’acciaio consente di ridurre la distanza che deve intercorrere tra il “segmento di fuoco” e il cielo del pistone di almeno tre volte; al crescere dell’alesaggio e ancor più nei motori diesel, tale distanza può essere ridotta in misura maggiore.

Quello che ne consegue è un pistone molto più “basso”, con la possibilità di impiegare i millimetri guadagnati nell’allungamento della biella. Se per dei profani questo potrebbe non avere particolare significato, gli esperti e gli appassionati sapranno sicuramente che a biella più lunga corrisponde una riduzione dei carichi laterali del pistone sulla parete della canna del cilindro.

Se vi sono meno attriti e meno scompensi relativi, l’efficienza e la durata del motore ne trarranno un innegabile vantaggio.

Le problematiche date da un pistone in acciaio

La ricerca e la sperimentazione sono ancora ad uno stadio iniziale. I risultati sono sicuramente incoraggianti ma, prima di commercializzare i pistoni in acciaio, produttori e ingegneri dovranno risolvere ancora alcuni punti.

In primo luogo, gli attrezzamenti relativi agli stampi e agli utensili per le lavorazioni dell’acciaio sono più cari di quelli per l’alluminio e farebbero quindi lievitare il costo dell’intero ciclo di produzione.

In secondo luogo, dato che i pistoni in acciaio sono incompatibili con l’alluminio dei cilindri attuali, le canne di questi ultimi dovranno essere realizzate in ghisa o in acciaio.

Ultima, ma non meno rilevante la questione del lubrificante. Gli olii utilizzati fino ad oggi arrivano a sopportare una data temperatura (quella raggiungibile dall’alluminio) al di là della quale la capacità di coesione delle molecole viene meno, raggiungendo quello che è definito sovraccarico termico.

L’acciaio, dal canto suo, sopporta temperature di lavoro molto più elevate di quelle rette dall’alluminio, situazione che consentirebbe di aumentare le prestazione, diminuendo allo stesso tempo i consumi del propulsore, ma nel momento in cui il cielo dei pistoni in acciaio raggiunga temperature particolarmente elevate, l’olio si troverebbe in sovraccarico termico: perderebbe la funzione refrigerante, così come quella lubrificante (con conseguente collasso di bronzine con tutto quello che ne deriva).

La ricerca e la sperimentazione ora potranno prendere due direzioni: o si trova il modo di asportare più rapidamente il calore dal cielo del pistone, recuperando l’olio in quantità superiori e in tempi più rapidi rispetto a quelli odierni oppure, prendendo magari ispirazione dall’ingegneria aerospaziale, si sintetizza un lubrificante più resistente di quelli in commercio attualmente.