Ao produzir-se a combustão (explosão) da mistura de combustível e ar, os pistões impulsionados pela expansão dos gases originam a força motriz do motor. Num carro de dimensões médias, quando o motor trabalha à velocidade máxima, cada pistão poderá chegar a efetuar 100 cursos pôr segundo.
Devido a esta rápida sucessão de movimentos ascendentes e descendentes, os pistões devem ser resistentes, embora fabricados com material leve – uma liga de alumínio – na maioria dos carros modernos.
Os anéis dos pistões vedam a folga existente entre os pistões e a parede do cilindro. Os anéis de compressão, que normalmente são dois, evitam que os gases passem do cilindro para o Carter, enquanto um terceiro anel raspador de óleo remove o excesso de óleo lubrificante das paredes do cilindro e devolve-o ao cárter.
A força motriz é transmitida dos pistões e virabrequim que, juntamente com as bielas, a converte em movimento rotativo. As bielas são normalmente de aço forjado.
A parte superior da biela, denominada pé da biela, está fixada ao pistão por meio de um pino que permite à biela oscilar lateralmente, enquanto se move para cima e para baixo. O pino do pistão é normalmente oco, a fim de pesar menos e encontra-se fixado ao pistão por meio de travas ou prensados.
Princípio de funcionamento do virabrequim
A parte inferior da biela (a cabeça da biela) está parafusada ao virabrequim fazendo uma trajetória circular, enquanto o pé da biela segue o movimento de vai e vem do pistão. Uma cabeça da biela pode terminar numa sessão horizontal ou oblíqua.
O volante do motor, disco pesado e cuidadosamente equilibrado montado na extremidade do virabrequim do lado da caixa de câmbio, facilita o funcionamento suave do motor, já que mantém uniforme o movimento de rotação do virabrequim. Os bruscos movimentos alternativos de subida e descida dos pistões ocorrem enquanto a inércia do volante mantém a uniformidade do movimento rotativo.
A ordem de ignição dos cilindros também influi grandemente na suavidade da rotação do virabrequim. Considerando o cilindro mais próximo do ventilador número 1, a ordem de explosão num motor de 4 cilindros é normalmente 1, 3, 4, 2 ou 1, 2, 4, 3 para permitir uma distribuição equilibrada dos esforços no virabrequim.
O desenvolvimento de pistões bi metálicos de dilatação controlada é uma das mais importantes e menos conhecidas inovações dos motores atuais. Este tipo de pistão, graças a inserções de aço no próprio alumínio do corpo do pistão, assegura uma maior estabilidade dimensional. Em outras palavras, reduzem as deformações do pistão como consequência das trocas de temperatura.
Esta vantagem permite reduzir as tolerâncias ou folgas entre pistão e cilindro, melhorando assim a vedação do conjunto e a compressão efetiva. Um exemplo disso é que hoje em dia temos carros de 1.000 cilindradas que chegam a ter 70 cv de potência. Anos atrás para ter essa mesma potência um carro precisaria de um motor com uma capacidade volumétrica bem superior.
Outro detalhe importante no conjunto pistão virabrequim é a redução do peso do pistão e da superfície de contato com o cilindro. Os pistões de saia ultracurta e peso mínimo permitem sensíveis melhoras ao reduzir-se, por um lado, as forças de inércia que equivalem a consumo de energia – diminuindo-se, ao mesmo tempo, os atritos ou resistências passivas na fricção do pistão com o cilindro. Estas vantagens foram complementadas, em muitos casos, com anéis de materiais de baixo coeficiente de atrito e camisas de cilindro de materiais ou acabamentos especiais desenvolvidos com a mesma finalidade de reduzir resistências passivas.
