Organi principali del motore

Si tratta di uno degli organi più sollecitati, in quanto soggetto ad elevate pressioni e temperature.
Ha la funzione di trasmettere il moto alla biella grazie alla spinta dei gas ed è anche responsabile dello scarico.

Molte delle sue caratteristiche sono dovute alle sollecitazioni termiche che subisce. Innanzi tutto il materiale di cui è fatto deve avere buona conducibilità termica in modo da smaltire rapidamente il calore ricevuto. In genere il pistone viene realizzato con una lega di alluminio pressofuso. Questa lega contiene una buona percentuale di silicio la quale ne migliora la colabilità e la resistenza meccanica. La leggerezza dell'alluminio, inoltre, consente al motore di raggiungere elevati regimi di rotazione.
A causa della dilatazione termica la forma del pistone non è perfettamente cilindrica, ma leggermente conica. La parte superiore, detta cielo o testa del pistone, assorbe maggiori quantità di calore rispetto a quella che si trova sotto lo spinotto, detta mantello. Questo fa si che la dilatazione termica sia maggiore sulla testa, ragione per la quale il diametro della testa a riposo è inferiore a quello del mantello.

La testa può essere concava, piana o convessa e da questa caratteristica dipende la forma della camera di combustione.

La superficie laterale del pistone scambia calore con le pareti del cilindro, maggiore è la lunghezza del mantello e maggiore è la quantità di calore scambiata.

In cima al pistone, posizionate su apposite cave ricavate nella testa, si trovano le fasce elastiche (o anelli di tenuta). Si tratta  di anelli aperti che, una volta chiusi intorno al pistone, lasciano aperta una piccola finestrella dello spessore di circa un decimo di millimetro.
Il loro compito è quello di impedire che l'olio entri nella camera di combustione, ma anche di consentire la lubrificazione dello spinotto.
Queste sono di tre tipi: di tenuta, raschiaolio e raccogliolio.
I materiali più utilizzati per questi anelli sono la ghisa grigia, la ghisa a granatine, la ghisa centrifugata e alcune leghe speciali come l'acciaio al nichel-cromo-mollibdeno.

La biella collega il pistone all'albero motore ed è costituita da tre sezioni:

• il piede, sede dello spinotto del pistone

• la testa, collegata alla manovella dell'albero motore. La parte inferiore della testa è separabile dal resto della biella e viene detta cappellotto (o cappello).

• il fusto, cioè la parte centrale che unisce la testa al piede.

Nel piede si trova una bussola cilindrica o a volte un cuscinetto a rulli.

Nella testa si trova invece una bronzina, cioè un cuscinetto radente realizzato in materiale antifrizione, cioè con basso coefficiente di attrito. Questa bronzina è realizzata in due metà separate dette gusci. La bronzina deve essere adeguatamente lubrificata per evitarne l'usura precoce.

Il cappellotto è unito al resto della biella mediante bulloni in acciaio. La superficie del cappellotto può essere piana o realizzata attraverso una tecnica particolare, detta frantumazione, con la quale il cappellotto viene separato dalla biella per rottura. Le superfici ottenute con la tecnica della frantumazione combaciano perfettamente e, non presentando simmetrie, consentono di avere un accoppiamento a prova di errore (il verso di assemblaggio è unico). Inoltre, le superfici di accoppiamento così ottenute non possono muoversi reciprocamente.

Un parametro molto importante della biella è la sua lunghezza totale. All'aumentare della lunghezza della biella diminuisce l'angolo che essa forma con le pareti del cilindro e quindi si riducono le spinte laterali del pistone. Ciò genera una riduzione dell'attrito e quindi una minore usura sia delle canne che del pistone. D'altro canto all'aumentare della lunghezza della biella aumenta anche la sua massa e quindi la sua inerzia.
Nei motori di serie la lunghezza della biella è pari a circa due volte la corsa, mentre nei motori da competizione, al fine di ridurre gli attriti, le lunghezze sono superiori, ma le bielle vengono opportunamente alleggerite attraverso l'utilizzo di leghe speciali particolarmente costose.

La sezione della biella che ne garantisce maggiore robustezza è quella a doppia T.
Le bielle vengono solitamente realizzate per fucinatura (forgiatura) in  acciaio al carbonio, al nichel-cromo o anche con ghise particolari.

L'albero motore è imperniato alla parte inferiore del basamento attraverso i perni di banco (collocati nei supporti di banco).
I perni di banco sono tutti allineati ed il loro numero dipende dal numero di cilindri del motore. Generalmente il numero dei perni di banco è pari al numero di cilindri più uno.

Sui bracci di manovella, invece, si trovano i perni di biella che sono tutti disallineati tra loro e la cui angolatura dipende dal numero e dalla disposizione dei cilindri.

Mentre sulle bielle troviamo i cuscinetti di biella, tra supporti di banco e perni di banco troviamo i cuscinetti di banco, anch'essi realizzati in due metà.

L'albero motore è generalmente realizzato per forgiatura (come le bielle) in acciaio al carbonio, acciaio al nichel-cromo, acciaio al cromo-molibdeno-vanadio o anche in ghisa nodulare.

La superficie dei perni è sottoposta ad attriti elevati e viene per questo motivo trattata con cementazione o nitrurazione. In questo modo la superficie diventa resistente all'usura mentre l'albero a gomiti nel suo complesso non è fragile come lo sarebbe se sottoposto a trattamento di tempra.

Maggiore è la superficie dei perni e minore è l'attrito, ma al tempo stesso con all'aumentare del diametro e della lunghezza dei perni aumenta anche la massa e quindi l'inerzia dell'albero.

Al fine di evitare vibrazione è molto importante che l'albero motore sia equilibrato attraverso l'utilizzo di appositi contrappesi.

Internamente ai perni dell'albero a gomiti vengono ricavati dei canali, tutti in comunicazione tra loro, nei quali circola l'olio motore.

A una delle due estremità dell'albero motore si trovano gli attacchi per il volano, dall'altra si parte invece troviamo le pulegge per le cinghie di distribuzione o per l'alternatore, pompa dell'acqua, condizionatore etc. Attraverso degli ingranaggi gli alberi comandano anche pompe dell'olio, spinterogeni o pompe della benzina.

In alcuni motori, in special modo nei quattro cilindri in linea di potenza medio-alta, troviamo i contralberi che hanno la funzione di equilibrare il moto rotatorio dell'albero a gomiti evitando le vibrazioni. I contralberi vengono mossi con un cinghia dentata simile a quella della distribuzione.