Pistoni da corsa – Tecnologia avanzata dei pistoni

Cosa bisogna sapere sui pistoni da corsa

Vedi tutte le 10 fotoBob BollesphotographerDave YoungphotographerJE PistonsphotographerJay DickenswriterBrad LodenwriterMay 31, 2007

Il moderno motore da corsa ha diverse parti che possono essere messe a punto per quanto riguarda il design e la configurazione. Il pistone è una di queste parti. Siamo tenuti a rispettare determinati dimensionamenti per alesaggio e corsa, dimensioni dell’albero a gomiti, lunghezza dell’asta, design della testa e dell’aspirazione, carburatori e geometria del valvolame. Qualsiasi ritocco che facciamo deve essere fatto su pochissime parti. Qui spiegheremo le parti e le funzioni del moderno pistone da corsa.

Tra le poche parti del motore che possiamo progettare liberamente, il pistone, la camma e la geometria del nostro valvolame sono le più popolari. Poiché il design della camma è meglio lasciarlo ai professionisti del costruttore e la geometria della catena cinematica è spesso piuttosto complicata, abbiamo la possibilità di scegliere il nostro design del pistone senza essere in possesso di una laurea.

Per non semplificare troppo il processo di scelta del pistone giusto per le vostre esigenze, l’ultima parola va lasciata a un professionista del motore. Ma con un po’ di conoscenza, possiamo influenzare le scelte che vengono fatte dal nostro costruttore di motori. Quando costruiamo i nostri motori, è una nostra scelta. In ogni caso, non fa male avere un po’ di conoscenza del processo di scelta del pistone giusto per la vostra applicazione.

Le scelte sono le seguenti:

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La scelta del peso finale e della lega utilizzata nella produzione del pistone è determinata in parte dalla resistenza complessiva necessaria per la vostra applicazione. L’aspettativa di vita è una considerazione importante. I due materiali più comuni utilizzati oggi nell’aftermarket sono 2618 a basso contenuto di silicio e 4032 ad alto contenuto di silicio.

La gamma di potenza del motore, il regime di rotazione previsto e la durata del tempo di funzionamento per ciclo del pistone sono tutte considerazioni importanti per determinare il pistone corretto per il vostro motore in base al suo utilizzo. L’esecuzione di un ciclo di corsa di 500 miglia, un intero evento di resistenza di 12 o 24 ore o un certo numero di giri per weekend per un’intera stagione sono esempi di diversi cicli di funzionamento del motore.

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Per la progettazione complessiva dei pistoni, dovremo conoscere la potenza massima e il numero di giri che raggiungeremo per determinare, tra l’altro, la lunghezza della gonna, l’intervallo di calore o determinare lo spessore della testa e il rapporto di compressione per la progettazione della resistenza.

Un motore Late Model a due barilotti da 350 CV a 5.800 giri/min e con caratteristiche da 35 giri richiederebbe un design del pistone molto diverso da quello di un motore Super Late Model da 650 CV che gira a 7.200 giri/min e fa una corsa di 200 giri.

Le forze che agiscono sul motore da 350 CV sarebbero molto inferiori a quelle dei motori di potenza superiore, e quindi il pistone potrebbe essere molto più leggero nel design, il che potrebbe aiutare a ridurre l’usura dei cuscinetti, dell’olio e degli anelli.

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Il peso del pistone, ad esempio, può essere ridotto in diversi modi. Un modo è l’uso di spruzzatori a spillo che vengono lavorati nel blocco. Questi spruzzano olio sul fondo del pistone per raffreddarlo, permettendoci così di far scorrere una corona più sottile, risparmiando così peso.

La lunghezza ridotta della gonna per applicazioni a basso numero di giri consente di risparmiare peso rispetto all’uso di pistoni progettati per un numero di giri più elevato. L’uso di pistoni più leggeri si tradurrà in un peso di rotazione inferiore e in un’accelerazione più rapida della trasmissione. Fate attenzione nella scelta del pistone. Solo perché un pistone è adatto ad un motore ad alta potenza non significa che sia la scelta migliore per il vostro motore a due cilindri da 350 CV.

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Il diametro e la lunghezza dei perni sono anche in relazione alla potenza e al numero di giri del vostro motore. Questi determinano la dimensione del boss del perno, che influisce sul peso. Il design della canna e della gonna non deve interferire con l’albero motore o con le bielle.

Gli scarichi delle valvole devono essere tagliati alle distanze minime per l’alzata e il diametro delle valvole da utilizzare.

Diverse smussature e raggiature qui possono essere vantaggiose per la miscela di carburante e il flusso di scarico. E la forma della cupola o del piatto dovrebbe corrispondere esattamente alla camera di combustione.

Lo scopo generale del pacchetto di anelli è quello di stabilizzare il pistone nel cilindro, lubrificare il pistone e lo spinotto, mantenere l’olio nel basamento e mantenere la compressione nella camera di combustione. Vogliamo un anello piccolo e sottile quanto necessario per controllare i problemi del pacchetto.

Più ci si avvicina alla parte superiore del pistone e si localizzano gli anelli, maggiore è la pressione del cilindro che si può fare. Questa è una buona cosa, ma ci sono anche alcuni svantaggi. In questo modo, inoltre, gli anelli si avvicinano al calore, rendendo necessario l’utilizzo di anelli più grandi o di anelli ancora più spessi. Può anche causare problemi con lo scarico della valvola per problemi di spessore dell’anello. Si dovrebbe riflettere molto sulla posizione dell’anello.

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Le porte del gas sono spesso utilizzate in modo da poter utilizzare un pacco di anelli di tensione più laschi. Le porte aiutano a sigillare gli anelli sotto compressione in modo da poter eseguire una minore tensione dell’anello, mentre il pacchetto di anelli più leggero aiuta a ridurre la resistenza alle altre parti del ciclo.

L’aspettativa di vita degli anelli è determinata dalla lunghezza dei cicli di corsa e dal numero di cicli di funzionamento del motore. Gli anelli tendono a perdere tensione dopo un ciclo di calore, quindi conoscere la storia del ciclo di calore vi aiuterà a scegliere gli anelli giusti.

Misuriamo la tensione dell’anello con una scala in libbre di tiro. Questo si fa installando le fasce elastiche e lo stelo nel pistone, mettendo il pistone nell’alesaggio a testa in giù, e poi tirando lo stelo con una scala per vedere quanti chili di resistenza servono per muovere il pistone. Ci sono diversi obiettivi per la tenuta, a seconda del ciclo di vita previsto del motore.

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Le note sulla tensione dell’anello vengono prese quando il motore è costruito e quando il motore ritorna. Dopo un certo ciclo di vita, viene controllato di nuovo. Se si perde troppa tensione a causa del normale funzionamento (il motore non è stato fatto funzionare a caldo), allora gli anelli devono partire con più tensione.

La scelta dei sistemi di recupero dell’olio influenza la tensione dell’anello necessario. Un sistema a coppa dell’olio bagnato richiede una tensione dell’anello dell’olio più pesante, mentre un sistema a coppa dell’olio asciutto che tira il vuoto del carter richiede una tensione dell’anello dell’olio molto bassa.

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Conoscere il numero massimo di giri è importante. Il funzionamento ad un livello di giri più alto è un fattore nella selezione degli anelli, dove gli anelli speciali sono progettati per aiutare a ridurre il flutter dell’anello.

Abbiamo la scelta di utilizzare molti rivestimenti diversi sui pistoni e sui perni. Ecco alcuni fattori determinanti.

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1. 2. Scasso e graffi Il freddo e l’asciutto contribuiscono all’usura della gonna, o ai graffi. Motori con sistemi d’olio esterni e spruzzatori d’olio a pistone che possono essere innescati prima dell’avviamento ogni volta che si riduce su questo. La maggior parte dei motori di tardo modello con pompe dell’olio a campana non offrono questo lusso, quindi è necessario un rivestimento dei pistoni.

L’espansione termica e la distorsione degli alesaggi dei cilindri si verifica a causa di un motore freddo che viene avviato nei box a temperatura ambiente e poi fatto funzionare a più di 200 gradi F. Cambiamenti nelle distanze tra i pistoni e le pareti, a diversi intervalli di calore, si verificano costantemente. Il solo riscaldamento dell’olio non garantisce che non si verifichi alcuna usura a causa di un’impropria separazione da un blocco freddo. Stiamo ora esortando i nostri clienti ad utilizzare scaldabagni esterni in modo da eliminare le partenze a freddo. Un’unità che abbiamo scoperto è The Hot Setup(tm). Si tratta di uno scaldabagno per il blocco motore che riscalda l’intero motore. L’unità può riscaldare l’intero sistema di raffreddamento a 180 gradi F.

2. 2. Perdite per attrito (lubrificazione) L’attrito ci costa una preziosa potenza, causa un’eccessiva usura (irritazione) e crea calore indesiderato. Le aree in cui può verificarsi l’attrito includono le gonne dei pistoni, i fori dei perni e i perni dei pistoni. I terreni degli anelli sono anodizzati per combattere la microsaldatura degli anelli in condizioni estreme.

3. 4. Durata prolungata I rivestimenti che impediscono l’usura mantengono il pistone dimensionalmente preciso per un periodo di tempo più lungo. I rivestimenti che controllano il calore mantengono la durezza Rockwell del pistone molto più a lungo. A seconda di quanto siano estreme le condizioni operative, il rivestimento può essere necessario per raggiungere il ciclo di vita previsto del pistone, non necessariamente per prolungarne il ciclo di vita.

4. 5. Controllo del calore Vogliamo mantenere il calore nella camera di combustione e non trasferirlo nel pistone, se possibile. Un pistone caldo o incandescente è una fonte di preaccensione e di detonazione. Inoltre, il calore modifica la durezza dei pistoni (creando una minore aspettativa di vita) e provoca una distorsione termica. Rivestendo la parte superiore del pistone con una barriera termica, affrontiamo questo problema riducendo il trasferimento di calore al pistone.

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5. 6. Oil Shedding Ora che abbiamo progettato un pistone leggero, non vogliamo che l’olio si attacchi alla parte inferiore del pistone, rendendolo pesante. Questo è necessario soprattutto quando si ha l’olio che si spruzza direttamente sul fondo dei pistoni. Questo è un argomento molto delicato, dato che ci sono molte teorie su quanto tempo l’olio deve rimanere in posizione per fare il suo lavoro di raffreddamento.

I rivestimenti dei pistoni possono ridurre il tempo che l’olio passa sul fondo del pistone, riducendo così il peso del pistone e la possibilità che l’olio si cuocia e si accumuli sul pistone. L’olio fa il suo lavoro di raffreddamento del pistone, ma non rimane a lungo.

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I pistoni personalizzati non sono per il costruttore di motori alle prime armi. Per i motori a basso costo e i costruttori che hanno appena iniziato, forse un pistone a scaffale vi risparmierebbe di doverlo capire. I pistoni personalizzati consentono ai costruttori di motori professionisti ed esperti la possibilità di controllare ogni aspetto della progettazione dei pistoni al fine di massimizzare il pacchetto per un particolare motore.

In caso di dubbio, parlate con il vostro costruttore di motori o con il costruttore di pistoni da voi scelto. Hanno esperti che si occupano quotidianamente di queste scelte e vogliono davvero aiutarvi. Fate una telefonata e potreste trovare un pacchetto di pistoni migliore per la vostra applicazione.

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Jay Dickens è il proprietario di Jay Dickens Racing Engines. Si è interessato alle auto fin da piccolo e ha costruito il suo primo motore all’età di 12 anni. Durante gli anni del liceo, Jay ha lavorato per il defunto Bobby Brown, aiutando a costruire motori da corsa per artisti del calibro di Bobby Allison e Grand Adcox.

Qualche anno dopo, Jay ha iniziato a lavorare ai motori nel suo garage di casa a tempo parziale. Nel 1991, la sua attività part-time stava crescendo e costruì il suo primo edificio dedicato alla costruzione di motori. Infine, nel marzo 1994, Jay decise di lasciare il suo lavoro diurno e si mise ufficialmente in affari come Jay Dickens Racing Engines (JDRE).

Negli ultimi 12 anni, JDRE è cresciuta da una piccola azienda con pochi clienti a un’attività su larga scala con clienti in tutto il paese. Lungo il percorso, i clienti JDRE hanno raccolto campionati su pista, campionati di serie e innumerevoli vittorie. La base di clienti JDRE spazia da concorrenti di Late Model a concorrenti di drag race a concorrenti nelle gare della NASCAR Nextel Cup.

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Recentemente, Jay ha costruito i motori per una squadra della Nextel Cup come progetto collaterale. I suoi motori hanno resistito alla potenza e alla resistenza, con i migliori costruttori di motori nelle gare di Coppa. Come costruttore di motori a corto circuito, ha dimostrato ancora una volta che il denaro e l’esposizione non garantiscono necessariamente il successo. Ha la stessa esperienza di tutti i costruttori di motori della massima divisione delle corse automobilistiche.

Brad Loden ha iniziato a partecipare alle corse su pista circolare con suo padre all’età di 5 anni. All’età di 13 anni, correva con le BMX BMX Bicycles ed è stato il Campione dello Stato del Mississippi BMX Bicycles. L’interesse di Brad per i motori iniziò a decollare più o meno nello stesso periodo, e costruì il suo primo motore all’età di 13 anni.

Dopo un breve periodo di corse di go-kart, Brad si è trasferito nel 1991 nel settore delle corse di accelerazione, gareggiando con un’auto a staffa da lui costruita. Dal bracket racing, è passato alle corse nella divisione IHRA Top Dragster. Quando non gareggiava con la sua auto, ha trascorso del tempo in qualità di capo equipaggio per le auto dei fuorilegge Promod/Top Sportsman. Infine, a metà degli anni ’90, Brad abbandonò il suo ruolo di pilota e andò a lavorare per JDRE.

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