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Gruppo termico - cos'è e come funziona?

Per conoscere più a fondo il cuore pulsante dei nostri mezzi: il gruppo termico, elemento importante e che deve essere conosciuto nei suoi particolari.

Cosa è il gruppo temico?

Si parla spesso di gruppo termico, ma non tutti sanno cosa significa questo termine.
Il gruppo termico di un motore a combustione interna, è un insieme di componenti che prendono il nome di Motore, il gruppo termico è composto da cilindro, pistone e testa.
Il gruppo termico prima di poter essere utilizzato per la prima volta, ha bisogno del rodaggio, sia con il motore nuovo che con la sostituzione di alcune o tutte le sue componenti.
Il rodaggio è un periordo entro il quale il motore deve essere utilizzato con particolare cura.

Cilindro

Il cilindro è quella parte del motore esterna all'interno del quale scorre un pistone; il cilindro può essere di vario tipo o forma a seconda dell'utilizzo o del tipo di motore. Generalmente viene fuso o in alluminio o in ghisa, con forma cilindrica, tranne nel caso del Wankel o di altri tipi di motore rotativo. Un cilindro varia dall'altro anche per il tipo di raffreddamento (a liquido o ad aria) o per la presenza di luci di travaso sulla sua superficie interna, come nel caso del motore a due tempi o del motore rotativo.

Raffreddamento del cilindro

Il raffreddamento del cilindro è essenziale, perché raffreddando il cilindro si evita che il calore eccessivo, che andrebbe altrimenti immagazzinato, provochi un grippaggio del pistone durante il suo libero scorrere nel cilindro. I tipi di raffreddamento più usati sono quelli a liquido o di tipo ad aria:

I'impianto di raffreddamento a liquido prevede che vi sia un liquido che passando dentro il cilindro e anche attraverso la testa, vada a un radiatore, il quale lambito dall'aria raffreddi tale liquido, mentre con un sistema di raffreddamento ad aria si avranno delle semplici e più economiche alette sull'intera superficie del cilindro Con il sistema a liquido si ha sicuramente maggiore potere dissipante rispetto al classico sistema ad aria, ma questo maggiore potenziale sarà apprezzabile solo se il mezzo è in stato di marcia a velocità media; nel caso contrario infatti risulta meno efficace dato il ridotto flusso d'aria nel radiatore. Un altro vantaggio è che tale sistema da libertà di posizionamento del dissipatore, cosa che non è fattibile con un sistema ad aria; questa libertà è un vantaggio perché evita che ci siano casi di repentino calo di temperatura del cilindro, cosa abbastanza comune nei cilindri con sistemi ad aria, non protetti dall'acqua ed esposti alle pozzanghere.

Nei motori storici, il raffreddamento ad aria era del tipo "free cooling", infatti questi motori non adoperavano neanche un elemento attivo per il raffreddamento del motore.

Materiali dei cilindri

I materiali utilizzati per la fabbricazione dei cilindri sono principalmente 2, l'alluminio e la ghisa, le principali differenze sono il loro peso, le loro lavorazioni, la loro resistenza e la loro capacità di sopportare il calore, il che fa sì che ci siano dei rispettivi campi di utilizzazione.

Principali differenze tra le due soluzioni:

Il cilindro in alluminio è sicuramente più leggero rispetto al modello di ghisa (maggiormente apprezzabile in caso di grandi cilindrate)

Le lavorazioni dei cilindri in alluminio sono più complesse, perché l'alluminio non sopporta l'usura e quindi deve essere cromato o avere un riporto con una lega resistente come il carburo di silicio e nichel (Ni-Kasil), mentre la ghisa riesce a sopportare l'usura e va a diretto contatto con il pistone

La ghisa non si dilata come l'alluminio, aumentando così il rischio di grippaggio.

Ad un cilindro in alluminio che ha subito un "grippaggio" o una "rigatura", si deve rifare il riporto dopo aver alesato ulteriormente il cilindro (operazione molto costosa e che non è sempre possibile eseguire), invece nel caso che si sia leggermente rovinata la superficie del riporto, può essere necessario solo la rettifica anche se i limiti di lavorazione sono molto restrittivi. Per un cilindro in ghisa che abbia subito lo stesso danno, invece, è sufficiente la sola rettifica.

Il pistone

Il pistone è la parte del gruppo termico più sollecitata, la cui funzione è quella di sfruttare i gas combusti, trasferendo la loro energia alla biella. Per svolgere tale funzione, è necessario che i gas non trafilino alle estremità del pistone e che sia garantita contemporaneamente la sua lubrificazione. Per evitare il trafilo dei gas il pistone è munito di fasce elastiche, dove numero e spessore variano a seconda della vita che si vuol avere dal pistone; per la lubrificazione invece, nel caso sia richiesto dal tipo di motore, si ha il raschiaolio.

Testata

La testata è un componente del gruppo termico che serve, oltre a chiudere un'estremità del cilindro, anche per sorreggere la candela e nel caso sia un motore raffreddato a liquido anche del termostato. Questo componente nei modelli più semplici e a motore due tempi (motoseghe o simili) può essere tutt'uno con il cilindro, ma generalmente è un componente separato da montare sulla testata realizzato nello stesso materiale del cilindro per evitare le dilatazioni termiche differenziali.

Dalla testa dipende il rapporto di compressione, esistono due tipi diversi di testate: scomponibili o monopezzo. Le testate scomponibili possono offrire maggior rapporto di compressione a parità di costo, ma non cambia molto a livello prestazionale, anzi, in alcuni casi, troppa compressione, dovuta a teste troppo basse, fa "battere in testa" il pistone. Le teste differiscono anche per ribassate e normali, le teste ribassate offrono un incremento prestazionale, ma con le benzine che esistono al giorno d'oggi è necessario regolare gli anticipi per evitare che il motore "batta in testa" oppure applicare una guarnizione più spessa.

Gruppo termico

Numerosi esempi di gruppi termici li trovate nella nostra sezione Gruppi termici

Nello specifico il gruppo termico è composto da:

Cilindro

Il cilindro è quella parte meccanica che accoglie il pistone o meglio all'interno del cilindro scorre il pistone; il cilindro è di forma e tipo diverso in funzione del tipo di motore. Viene generalmente realizzato da fusionedi alluminio o ghisa ed ha una forma cilindrica. Esistono cilindri che vengono raffreddati con l'aria ed altri che vengono raffreddati con l'acqua, nel motore a due tempi sono presenti all'interno del cilindro le luci di travaso sulla sua superficie interna.

Raffreddamento del cilindro
Il raffreddamento del cilindro è molto importante, senza raffreddamento il cilindro raggiungerebbe temperature elevate causando il grippaggio del pistone che sorre all'interno del cilindro. Per raffreddare il cilindro esistono due modi, raffreddamento ad aria e ad acqua (liquido refrigerante).
Il raffreddamento a liquido prevede che il cilindro accolga in una intercapedine il passaggio di un liquido refrigerante, che passando ache attraverso la testa poi fuoriesca da un condotto per andare nel radiatore, dove il calore del accumulato dal liquido durante il passaggio nel cilindro dissipi con l'aria. Il raffreddamento ad aria prevede semplicemente delle alette esterne al cilindro di dissipazione che, con il passaggio dell'aria raffreddi l'intero cilindro. Il rischio del sistema a raffreddamento ad aria è il repentino calo termico dovuto magari ad un raffreddamento improvviso causato da una fonte esterna come acqua piovana o acqua raccolta dalla strada durante la marcia.

Gruppo termico

Materiali dei cilindri

I materiali utilizzati per la realizzazione del cilindro sono principalmente l'alluminio e la ghisa.
L'alluminio pesa meno, ma ha una maggiore difficoltà di realizzazione perchè è meno resistente della ghisa, inoltre l'alluminio resiste meno all'usura rispetto alla ghisa pertanto ha bisogno di trattamenti particolari per rendere più resistente all'usura la camicia del cilindro, quindi deve essere cromato o avere un riporto con una lega resistente, come il carburo di silicio e nichel (Ni-Kasil).
La ghisa riesce a sopportare l'usura e va a diretto contatto con il pistone.
La ghisa non si dilata come l'alluminio, aumentando così il rischio di grippaggio.

Per un cilindro in alluminio, che ha subito un grippaggio oppure una rigatura, si deve rifare il riporto dopo aver alesato ulteriormente il cilindro (operazione molto costosa), invece nel caso che si sia leggermente rovinata la superficie del riporto, può essere necessario solo la rettifica anche se i limiti di lavorazione sono molto restrittivi.
Per un cilindro in ghisa, che abbia subito lo stesso danno, è sufficiente la sola rettifica.

Gruppo termico

Pistone

Il pistone è la parte del gruppo termico più sollecitata, il pistone sfrutta i gas combusti che si sviluppano nella camera di combustione trasferendo l'energia dei gas alla biella, è necessario che i gas non trafilino all'estremità del pistone, ma allo stesso tempo è necessario che il pistone venga lubrificato.
Per evitare il trafilo dei gas il pistone è equipaggiato di fasce elastiche, dove numero e spessore variano a seconda della vita che si vuol avere dal pistone.
Per la lubrificazione invece, nel caso sia richiesto dal tipo di motore, si ha il raschiaolio.

Pistone del gruppo termico

Numerosi esempi di pistoni li trovate su http://www.fms2.com/categoria-motore-pistoni.aspx

Testata

La testata è un componente del gruppo termico che serve, oltre a chiudere un'estremità del cilindro, anche per accogliere la candela con un foro filettato e se si tratta di motore con raffreddamento a liquido, la testata accoglie anche la sonda del termostato per controllare la temperatura del liquido refrigerante.

Comunemente la testata è un elemento separato da montare sul cilindro ed è realizzata nello stesso materiale del cilindro per evitare le dilatazioni termiche differenziali. Dalla testa dipende il rapporto di compressione, esistono due tipi diversi di testate: scomponibili o monopezzo.

Le testate scomponibili possono offrire maggior rapporto di compressione a parità di costo, ma non cambia molto a livello prestazionale, anzi, in alcuni casi, troppa compressione, dovuta a teste troppo basse, fa "battere in testa" il pistone. Le teste differiscono anche per ribassate e normali, le teste ribassate offrono un incremento prestazionale, ma con le benzine che esistono al giorno d'oggi è necessario regolare gli anticipi per evitare che il motore "batta in testa", oppure applicare una guarnizione più spessa per ridurre il rapporto di compressione.

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