motori alternativi a combustione interna

MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA 7-243

7i9. MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA

7.19.1. Generalità (*)

7.19.1.1. Definizione. Vengono denominate motori alternativi a combustione internaquelle macchine volumetriche, termiche, motrici,alternative (v. par. 7.14.1.2), nelle quali la combustione avviene nell’interno del fluido motore:esse richiedono pertanto che a ogni ciclo il fluidovenga rinnovato (almeno parzialmente) e sonoquindi tutte dotate di un apparato di distribuzione (v. parr. 7.19.1.6 e 7.19.1.7).Nel caso specifico però dei motori alternativi,l’aggettivo “interno” sta anche a indicare che lacombustione avviene nell’interno della macchina

fatto questo che comporta conseguenze sia positive che negative. Da unlato derivano infatti semplificazioni, per l’assenzadi scambiatori di calore, e vantaggi, per i corrispondentemente meno numerosi luoghi di perdite; dall’altro lato conseguono, sia limitazioni nella scelta dei combustibili e della loro dosatura conl’aria (non si possono impiegare combustibili solidi, nè la combustione deve risultare troppo lenta), sia complicazioni, per la necessità del rinnovamento del fluido motore, dell’introduzione delcombustibile o della sua accensione a ogni ciclo,sia infine perdite particolari, connesse alla cessione di calore alle pareti, alla durata della combustione e alla presenza di incombusti (sono causate o esaltate dai vincoli di tempo per la combustione e dai vincoli di forma e di struttura per lacamera di reazione).

71 9.1 .2. Classificazione. Per i motorialternativi a combustione interna (abbreviazione:a c.i.) le classificazioni di tipo cinematico hannosecondaria importanza, mentre fondamentali so-

no quelle basate sulle caratteristiche di funzjqpmento. Si è detto infatti nel par. 7,14J.2 che lemacchine alternative si distingùono a secondache il moto alterno delle diverse pareti che lavorano della camera a volume variabile sia traslatoriorettilineo, o rotatorio, o rotatorio e traslatorio

insieme, ma per quanto riguarda i motori alternativi a c. i. lali.ellecost2izipnipresen-ta la parete che lavora (stantuffo) mobile di motorettilineo alterno, mentre è fisso l’insieme di pareti di chiusura della camera (cilindro);(**) unicavariante è quella costituita dai motori in cui duestantuffi si muovono dì moto rettilineo oppostoin uno stesso cilindro, oppure di moto rettilineoconcorde in due cilindri affiancati e comunicantifra loro attraverso la camera di combustione(sono detti rispettivamente motori a stantuffi con-

(*) Opera del prof, Enrico Antonelli, così come il cap,7.19.2.(**) La distanza (misurata parallelamente all’asse del cij4ro tra le ppsizioni estreme assunte dallo stantuffo nel

suo moto alterno si chiama corsa; il diametro del cilindrosi indica anchecomuni a tutte le macchine volumetriche si veda il par.7.14.1.1. (N.d.A.)

__

__

MHilL /

a) b)

Fig. 1—1. Schema di motore: a) a stantuffi contrapposti;b) con cilindri disposti a U.

7-244 MACCHINE

a)

Fig. 1—2. Schema del cinematismo di comando dellostantuffo: a) manovella, biella e spinotto; b) manovella,biella, testa a croce e asta.

trapposti e motori con cilindri a U, fig. l_1).(*)Altre possibili soluzioni sono state tentate, manon si sono affermate per svariate ragioni, percui allo stato attuale esse non presentano uninteresse pratico.Il moto e il lavoro dello stantuffo vengono trasmessi all’albero motore, generalmente attraversoil cinematismo biella-manovella, con o senza l’intermediario di un’asta e di una testa a croce (fig.1—2a, b). Farebbero eccezione quelle macchine

Fig. 1—3. Esempio di cinematismo realizzato medianteinterposizione di un bilanciere tra la biella e lo stantuffo(motore Morton, a 2 tempi, a stantuffi contrapposti [41]):A, albero motore: B, bilanciere; C, stantuffo.

Fig. 1—4. Esempio di cinematismo realizzato medianteeccentrico: A, eccentrico; B, cuscinetto a rotolamento;C, stantuffo; D, cilindro (motore stellare Fairchild-Caminez [110]).

per le quali sarebbe possibile rinunciare, almenoteoricamente, all’albero motore e al relativo accoppiamento cinematico con lo stantuffo in quanto quest’ultimo accomuna le due funzioni di parete motrice e operatrice (per esempio l’autocompressore a stantuffi liberi e il generatore di gas astantuffi liberi, v. par. 7.22.2.2); in pratica però,al fine di regolarizzarne il funzionamento e comandarne gli apparati ausiliari, esiste ancora ilmeccanismo di accoppiamento dello stantuffo (o,

Fig. 1—5. Esempio di cinematismo realizzato mediantecamma a disco obliquo: A, camma a disco; B, stantuffo:C, cilindro; D, albero motore; E, luce di scarico: F, lucedi alimentazione; G, iniettore; H, candela: K, J, rullidi accoppiamento (motore a stantuffi contrapposti A1faro [110]).

(*) Se i due stantuffi non sono in fase fra loro la cilindrata complessiva è minore della somma delle cilindrategenerate nella propria corsa da ogni singolo stantuffo.ma le configurazioni della macchina corrìspondenti ai

valori massimo e minimo del volume della camera variabile continuano a chiamarsi punti morti (v. par. 7.14.1.1).(N.d.A.)

b)


Fig. 1—6. Schemi di motori pluricilindrici ad albero a gomiti unico. Disposizione dei cilindri in linea: a) motore ritto:b) coricato: c) invertito: disposizione a V semplice: d) motore ritto; e) ritto a V di 1800: f) invertito; disposizionea V multiplo: g) motore ritto; h) invertito: disposizione a X: i); disposizione a stella: 1) semplice; m) doppia.

meglio, degli stantuffi) all’albero rotante, accoppiamento che è realizzato ancora mediante l’usuale cinematismo, con una variante consistente nell’aggiunta di un bilanciere tra biella e stantuffo;questa stessa soluzione è stata talvolta adottataanche in veri e propri motori, generalmente deltipo a 2 tempi a stantuffi contrapposti, di cui unesempio è riportato nella fig. 1—3.Nel passato sono state tentate, ma senza seguito,anche altre soluzioni (particolarmente nel campoaeronautico), fra le quali è opportuno ricordarequella che prevedeva come catena cinematica uneccentrico, calettato sull’albero motore, il qualeagiva attraverso cuscinetti a rotolamento direttamente sugli stantuffi (fig. 1—4), e l’altra, nellaquale l’albero motore, parallelo all’asse del cilindro, portava un disco obliquo contro cui lavoravano gli stantuffi (Alfaro, fig. 1—5; Hermann).(*)All’atto pratico non hanno quindi ragione di essere distinzioni basate sul tipo di moto delle pareti mobili o sul tipo di catena cinematica impiegata. Dal punto di vista cinematico-geometriconon restano che le due classificazioni, di secondaria importanza e applicabili ai soli motori pluricilindrici, basate rispettivamente sulla disposizione spaziale degli assi dei diversi cilindri e sul numero degli alberi motori.In base al primo criterio i motori sì distinguonoa seconda che i cilindri siano disposti: in linea,guando tutti i loro assi sono prallelie giaccionoin uno stesso semipiano usce.nte dall’asse di rotazione o da uno a esso parallelo (j61b,c

liceo multi lo uando gli assi ono contenuti, in numero eguale, in due o più sernipiani

uscenti dall’asse di rotazione o da uno a essoparallelo (fig. 1—6d, e, f, g, h,i);a stella sempliceomuljpjqquando tutti gli assLcciono inpiano, o rispettivamente in pjpiani, normaleall’albero motore e converg con sfasamentouniforme inun suo unico punto.Nel caso di pluricilindri con disposizione in linea,si possono ancora distinguere i motori ritti (fig.1—6a), invertiti (fig. 1—), coricati (fig. l—6) esemicoricati a seconda che il semipiano contenente gli assi dei cilindri sia rispettivamente verticale e sovrastante o sottostante l’albero motoreoppure sia disposto orizzontalmente o sia inqualche modo inclinato. La stessa distinzione èapplicabile anche ai motori con cilindri disposti

Fig. 1--7. Schemi di motori pluricilindrici a più alberi.Disposizione dei cilindri: a) contrapposti; b) affiancati:c) ad H; d) a triangolo (Deltic-Napier).

gNì ) m)

b)

(*) La soluzione con disco obliquo altro non è che quellacomunemente adottata per le pompe pluricilindriche astantuffi assiali (v. par. 7.15.1.5). (N.d.A.)

d)

7-246 MACCHINE

a V semplice (con riferimento adesso al semipianodi mezzeria dei semipiani contenenti gli assi deicilindri), mentre non è sempre possibile nel casodi motori a V multiplo.Nel caso di motoriaVsi distingue ancora la dipzioneaV proprio da queflaaVscalato aseconda che una stessa manovella serva per lebielle dei cilindri corri denti nelle diverse ifie(i loro assi possono così essere contenuti in unmedesimo piano trasversale all’albero motore) oche ciascun cilindro abbia la proprnovellcosì che gli assi dei cilindri corrispondenti dellediverse file risultano necessariamente_scalati.In base al secondo criterio, oltre ai tipi fin quiesaminati, tutti ad albero motore unico, si hannomotori a due alberi (fig. l—7a, b, c) e a più didue (fig. l—7d), disposti ai vertici di poligoni regolari, i cui lati sono costituiti da cilindri del tipo astantuffi contrapposti.Ben altra importanza hanno, come si è detto, leclassificazioni basate sulle caratteristiche difun

o

La prima classe è detta talvolta quella dei motoria benzina, o a carburazione, oppure a propagazione di fiamma; la seconda è anche detta dei motoria nafta, o a iniezione, oppure a combustione graduata (dall’iniezione).In effetticombustibile prevalentemente o esclusivamenteimpiegato in quella classe di motori, cade in difetto nel caso dei motori policombustibili; la seconda distinzione, basata sul procedimento dialimentazione del combustibile, non regge allorché il miscelamento del combustibile all’aria (detto carburazione) avviene mediante la sua iniezione nel flusso alimentante il motore; la terza distinzione, infine, può far difetto nei casi in cui ilritardo di (auto)accensione del combustibile ètanto grande rispetto alla durata dell’iniezioneda far sì che la combustione acquisti le caratteristiche di una propagazione di fiamma.Per brevità di linguaggio le due classi di motorieigono sovente indice_anche,pp riguardo al

Fig. 1—8. Cicli termodinamici aventi la limitazione sulla

q1 l02340 102’3’4’O, q11 1°144° < 1°14’4’°;

1(1234) > 1)12’3’4’) Th1234) ‘ ?J(11’3’4’)

Fig. 1—9. Cicli termodinamici aventi la limitazione sulla p2:

q1 1°234° 1°23’4’°, q11 1°144°> 1014’4’0;

1(1234) < 1(193’4’) ](1234) < TJ(123’4).

zionamento dei motori alternativi (estendibili ingenere a tutta la categoria dei motori volumetricia c.i.). Delle diverse classificazioni pjbili unasola però ptjp!rare_nettamente in duegrandi classi tutti i motori alternativiac.L, edèiuefla basata sul tipo di accensione adottato:1) motori ad accensione comandata;2) motori adaccensionepercornp_iorie.

loro inventore più famoso, come motori (a cicjOtto e motori (a ciclo) Diesel o Sabathè. Anchese queste denominazioni non sono sempre accettate da tutti, per il fatto che il ciclo effettivo dilavoro non ha pressoché più nulla in comune conil ciclo ideale da cui lo si vorrebbe far derivare,così da farne apparire opinabile la discendenza,esse sono d’altra parte d’impiego molto pratico

3,

3

4, s


e, come si vedrà nel paragrafo seguente, hannopure una valida giustificazione teorica.Un’ultima distinzione, di tipo però cinematico-funzionale (applicabile pertanto ai soli motorialternativi e non a tutti i motori volumetrici),sibasa suf numero dei tempi o corse che lo stantuffodeve compiere per completare il ciclo dilat’oro(v.par. 7.14.1.4). Si hanno pertanto motori a 2 tempi

(quelli a 6 tempi sono ormai completamente in disuso) a seconda che il ciclo di lavorosi completi in due corse, pari a un giro dell’alberomotore,oin quattro corse, cioè in due giri.

ma trasformazioni aper come, volendo parlare pcora di jii occorr.fare riferimento ai cicli dilavoro. Tuttavia, sia per poter avere indicazionidi ordine generale al fine di migliorare le caratteristiche dei motori, sia per poter analizzare piùfacilmente il funzionamento reale del motore epoterne esprimere un giudizio sicuro, èconve..niente ragionare anche in termini di cicli termodinamici ideali: essi si collegano ai cicli di lavorolimite mediante criteri di equivalenza fra trasformazioni, basati sull’egpaglianza di alcuni parametri caratteristici e delle quantità di calore o dialtre forme di energia messe in gjoco. Queste osservazioni vanno tenute presenti nelle considerazioni che seguono.Dalla termodinamica è noto che, se si dispone didue sorgenti di calore a differente temperatura,i cicli ideali di massimo rendimento sono quellicostituiti dalle due isoterme estreme collegate fraloro da due adiabatiche reversibili o da due isodiabatiche reversibili. Si è però visto nel par.7.14.2.4 che nei motori a c.i. si ha a che fare con

gyJo,1?1qzjoni monotermiche, si dispone cioè dellasola sorgente di calore a bassa temperaturaqheè l’atmosfera. In queste condizioni i cicli_ideali“equivalenti” di massimo rendimento conservanodel ciclo di Carnot le due adiabatiche reversibili(di compressione e di espansione) e l’isotermainferiore, e vanno chiusi superiormente con lalinea avente le temperature più elevate posjjlippgtibilmente con le limitazioni imposte dalmotore. Poiché in pratica non esiste una limitazione sulla temperatura massima della combustione in quantollmotore,,grazie alla sua inerziatermica, risente del valore medio della_temperatura del ciclo e non del suo

combustione) d ovrà essere on un’ isoterma, ma una linea a temperatura crescente ilpiù rapidamente possibile. D’altra parte esistonoinvece alcune limitazioni ai valori della pressionedel fluido. Seil limiteraggiunto nel motore, p,nax,risultadaldiagmimaT,sdella fig. 1—8 che la chiusura del ciclo più

simo lavoro e il massimo rendimento; se invecepiuttosto il valore della pres

sione finale dell’adiabaticadi compressione, p,poiché conviene adottare una linea di combustione a temperatura crescente il più rapidamentepossibile, occorre seguire una trasfajonpjjida” dell’isobara: considerazioni di vario ordine consigliano Lisocora (fig. 1—9), anche se unalinea a volume massico decrescente sarebbe inteoria ancor più conveniente.In questo modo ecco dunque precisati in via parzialmente ancora teorica i due cicli ideali di massimo rendimento: due adiabatiche reversibili, inferiormente un’isoterma, e superiormente un’iso

o

Fig. 1—10. Perdite di lavoro corrispondenti alla sottrazione di calore a p cost e a v cost, anziché a T =

cost, e condizioni finali 4, corrispondenti ai tre casi,

7.1 9.1.3.sto nel par.si svolgono

Cicli termodinamici. Si è vi-7.14.1.4 come nei motori a c.i. nona rigore cicli termodinamici

T

1’

4v

4

125

o i-a)

3

2

b)v

conveniente è l’isobara di pressione pari alla pna,x:

cora o un’isobaraasecondadellalinjjoneiùrestrittiva imqosta dal motore. qhperò l’isotermainferiorecorrìsponderebbeaunacompsione con una sottrazione di calore tale da conservarvi la temperatura costante, epoichéquesta trasformazione è mente irrealizzabile se nonemilpng)sihli, essa non è adatta in modoparticolare per le macchine ciclich onèeròminima cessione di calore al ozzo, quindi il mas

7-248 MACCHINE

ppciptesostituire i ‘isoterma con l’iso1—1 Oa). perché al suo punto finale 4 cor

ppnderebbe ancora un volume massico eccessiyptpa quello del punto i(fig.1—1Ob)JppI-parole necessiterebbero corse molto grandi, il

ppterebbea macchine di dimensioni e pesoeccessivi e di basso rendimento organico (v. par.7.14.2.3). In pratica conviene pertanto pjciareulteriormente la finedi utilizzare cppetamente le corse dello stantuffo la si interrompe in corrispondenza del punto

4avente lo sso volume massico del puntol.(*)Se si tiene dunque conto anche di alcune caratteristiche del funzionamento reale delle macchine volumetriche, idue cicli ideali di massimo rendimepnonosserecqpidalle adiabatiche_reversibili rnoe diespansio

pLinferiormenteda un’isocora (“sottrazione dicalore” al fluido), e erjoi:mente, a seconda della condizione più limitativa imposta dal motore,daunaisocora (ciclo Otto)a un’isobara (ciclo

v = = v. (***) Se invece il combustibileviene iniettato nel_momento in cui si deve acedereaconn l’aria riscaldata dalla preceomressione,ces.gja limitazione sulla P2

e interviene quella a causa deiproblemidi resistenza delle strutture del motore edipesan

dellemasse alterne da cui derivano le principali forzed’inerzia e impprtanti termini del lavoro d’attritola combustione di massimo rendimento risultaessere allora l’isobara di pressionep = Pmax P2.

In conclusione il ciclo Otto si presenta, non comeciclo effettivamente seguito, ma come il cicloideale cui “dovrebbero tendere” i motori a combustibile premiscelato, o, meglio, ad accensionecomandata, mentre il ciclo Diesel rappresenta ilciclo ideale per i motori in cui il combustibile èiniettato all’atto della combustione ed è accesograzie al riscaldamento da parte dell’aria precedentemente compressa. E inoltre_da osservare cheil ciclo Sabathè(flg.1—13), che sLpresenta comeuna via di mezzo fra i due cicli ideali e che è

p

o o v

Fig. 1—11. Ciclo termodinamico ideale Otto: a) in coordinatep, v; b) in coordinate T, s.

elJe pli rappresentano_‘Tintpduiopjcalore” nel fluido (flgg. 1-41 e 1—12).Inpratica, se sL vuole che l’accensione sia comandabile dall’esterno pur essendo il combustibile giàmescolato all’aria durante la compressione, ènecessano porr un limite alla pressione P2 (e alla

evitare fenomeni incontrollabili di autoaccensione:(**) per quanto dettosopra la combustione di massimo rendimento risulta essere allora l’isocora di volume massico

Fig. 1—12. Ciclo termodinamico ideale Diesel: a) in coordinate p, v; b) in coordinate T, s.

qello che si apppjma me&JL._icicliin4ti,èusatpr rappresentare soltanto il cicloideale dei motori Diesel “veloci”, nei quali nonèpossibile non tener conto che la primaprte dellacombustione_avviene a voLume massicQpressochécostante (v. par. 7.19.4.1). Per questi motori sipongono infatti e iimitaziopjqpjiasullap, per irnotiiùsopppi,equellaj.qg2,sipgi:ch, essendo inevitabile l’aumento

di pressione all’inizio della combustione,

(*) È opportuno osservare che il vantaggio derivante daun’espansione prolungata fino al punto 4 sarebbe d’altraparte puramente illusorio in quanto a una corsa maggiore corrisponderebbero dimensioni maggiori anche per gliorgani mobili della macchina, quindi un loro maggiorpeso e un lavoro d’attrito maggiore, sia nelle parti immutate del ciclo, sia per il tratto di espansione aggiunto.Inoltre nell’intorno del punto 4, persino il ciclo indicatopotrebbe presentare lavori già negativi. Di contro “l’areatriangolare” 144)) può essere in parte recuperata con risultati certo mieliori n macchine a flusso continuo (turbine

a gas di scarico), le quali sono più adatte di quelle volumetriche a smaltire grandi portate in volume (v. par.7.19.2.10). (N.d.A.)(**) A. rigore altre anomalie di funzionamento, quali Ipqaccensione e la detonazionn(v. par. 7.19.3.3) pongonojjjtipiò restrittivi al valore di P2. (N.d.A.)(**) E però opportuno osservEEflini d’ora che nel casoreale una combustione isocora, se anche fosse realizzabileesattamente, non sarebbe conyeniente per le sollecitazionimeccaniche a cui sarebbero sottoposte le strutture fisse egli organi del manoveilismo. (N.d.A.)

vO s


riflesso ancora una limitazione sulla a

pi1YP-!2 di avvia-mento del motore, il quale risente direttamentedell’entità della compressione adottata.

719.1.4. Cicli di lavoro.(*) Come si èvisto nel paragrafo precedente, alcune considerazioni sul funzionamento reale delle macchine volumetriche hanno fatto sceglieretrasformazione inferiore dei diversi cicli termodinamici ideali di ri’e0ri,mento; ip_p jca perònemmeno questa linea’c’può_essere effettivamenterealizzatajruanto_coppnde_auna_sottrazione di calore che si deve syol ere tutta nel momento in cui lo stantuffo si arresta e inverte il sensodel moto in corrispondenza de1mortJtzfe-eP.M.fl. (* *) rrte,passa daicicli termodinamici ideali alle trasformazioni limite, (* * *) indicateL ecc, si deve effettuare in cor

pondenzadelpunto5lg.1-i4)llrin-o del fluido moto e: conviene allora provvc

derealcambàpapunto4median-

alla sottrazione di calore a volume massico costante, propria del ciclo termodinamico ideale,

finLJavoro richiesto alla macchina cheè nullo in entrambi i casi,(****) sia ai fini delcalore_ceduto all’esterno, che nel primo caso è

o

Fig. 1—13. Ciclo termodinamico ideale Sabathè: a) ìncoordinate p, v; b) in coordinate T, s.

te uno scarico sppntaneo dei gas combusti cheusufruisca della loro maggiore pressione rispettoall’ambiente esterng, e allorché la pressione èscesa al valore esterno, svuotare il cilindro dai gasresidui e sostituirli con fluido “fresco”. Questapratica non porta d’altro lato ad alcuna modificasostanziale, in quanto lo scarico pontaneo deigas combusti ela successiva sostituzione dei gasresidui con la nuova caricq, nel caso della trasfomazione limite sono effettivamente alenti

ceduto direttamerte sotto forma di differenza dienergia interna sensibile U fra le masse uscite equelle subentrate.p_pij stituzioe dei gas residui con fluido nuovo può avvenire o a stantuffo fermo alfM.I., mediantpsione diretta dei gas comprte della carica ch_ntraspintavidtroda un’apposita pppa (motorefig a opurein due successive corse dellostantuffo, che prima espelle i gas combusti dal cilindro e_pp lo riem iecon la nuova caricatore a4 tempi) —14b; i cicli di lavoro limite non differiscono, almeno qualitativamenre, per le restanti parti, dai corrispondenti cicliideali.(*****)Passando oraaconsiderareicicli di lavoro indicasi riscontra che ogpi trasformazione presentadeformazioni e modifiche risp,tto alla trasformazione corrispondente dei cicli di lavoro limite inquanto icicli indicati differiscono da ques ti ultimi

funzionamento reale del motore. (*** * **) Il cicloindicato di un motore a4tempi consta di sei fasi:esse risultano chiaramente sul diagramma di lavoro; significativo è pure 4Jaginma44ladi-stribuzione (v. par. 7.14.1.3), mentre molto utile

(*) Per la definizione di ciclo di lavoro si veda il par.7.14.1.4. (N.d.A.)(**) Per la terminologia usata si vedano i parr. 7.14.1.1e 7.19.1.2, (N.d.A.)(***) Non è corretto considerare anche la trasformazionelimite quale ciclo termodinamico, per analogia con il cicloideale. Infatti, se è vero, come si vedrà qui di seguito,che ciò non comporta differenze pratiche, è tuttavia veroche dal punto di vista teorico detto criterio è discutibileder il fatto che nel caso limite si prende già in considerazone la combustione nell’interno del fluido motore (v.

par. 7.19.2.3): pertanto questo richiede di essere rinnovato e perciò la trasformazione risulta aperta. (N.d.A.)(****) Infatti anche le fasi di ricambio del fluido motoredella trasformazione limite, in quanto essa è priva diperdite, non richiedono alcuna spesa di lavoro. (N.d.A.)(*****) Si osservi però che nel caso di cicli di lavoro, inascisse compaiono i volumi totali del cilindro, e non ivolumi massici come per i cicli termodinamici. (N.d.A.)(******) Per l’analisi particolareggiata delle perditereali si veda il par. 7.19.2,4. (N.d.A.)

3 p

2

15

OPMS PM/VOPMSa)

p

PMI Vb)

T

3

Fig. 1—14. Parte inferiore del ciclo di lavoro limite di unmotore alternativo: a) a 2 tempi; b) a 4 tempi.

3,

3

v O s

7-250MACCHINE

per comprendere il funzionamento del motore èla rappresentazione delle successive configurazioni degli organi mobili del motore. La fig. 1—15 siriferisce a un motore ad accensione comandatajo automobilistico, lafig. 1-16 a un motoread accensionpqqm ressione di tipo stazionario, mentre la fig. 1-l7èvalida pentrambi. Si

dro alla pressione esterna; rimangono ancora nell’interno del motore soltanto quelli contenuti nello spazio morto; corrisponde al tratto 5-6. Iltratto 6-6è comune alle due fasi di aspirazioidiespulsione: teoricamente corrisponderebbea un’ulteriore fase, denominabile lavaggio peranalogia con i motori a 2 tempi; in pratica vi cor

3

2

Pa

OPMS PMIV

Fig. 1—15. Ciclo indicato e diagramma della distribuzione di un motore ad accensione comandata, a 4 tempi, di tipo automobilistico.

possono osservare nell’ordine le seguenti fasi:1) aspirazione: lo stantuffo “scendendo” generaun volume che viene occupato dalla carica fresca(aria più carburante o semplice aria a secondache si tratti di motore Otto o di motore Diesel-Sabathè), la quale entra attraverso la valvola A;corrisponde al tratto 6A1 delle figg. 1—15 e 1—16;2) ppssione: lo stantuffo, “risalendo” a valvole chiuse, comprime la carica entro la camerad combustione; corrisponde al tratto 1-2;3) combustione: prima che 1 stantuffo raggiungail punto morto superiore (P.M.S.) viene comunicata l’accensione (motori Otto) o viene iniettatoil combustibile (motori Diesel-Sabathè); la combustione richiede un certo tempo e si completaquando lo stantuffo sta già scendendo; corrisponde al tratto 2-3;4) espansione: a valvole ancora chiuse i gas combusti si espandono facendo scendere lo stantuffo;corrisponde al tratto 3-4;5) scarico (spontaneo): la valvola di scarico S siapre con un certo anticipo rispetto alla fine dellacorsa di espansione(*) e permette la fuoriuscita digran parte dei gas combusti che vi si trovano apressione superiore a quella esterna; corrispondeal tratto 4-5;6) espulsione: nel suo moto di risalita lo stantuffoespelle i gas residui che riempiono ancora il cilin

Fig. 1—16. Ciclo indicato e diagramma della distribuzione di un motore ad accensione per compressione, a 4tempi, di tipo stazionario.

‘I)

Fig. 1—17. Configurazioni degli organi mobili di un motore a 4 tempi durante le diverse fasi del ciclo di lavoro:A, valvola di aspirazione; S, valvola di scarico.

OPMS Pi%IIV

aspir

compr.

comb.

r’iespans.

scar-espuls.

ospir

I•compr

iniez.

espans.

scar-espuls.

(*) Si richiama l’attenzione sulla differenza che sussistetra corsa e fase, la prima avendo carattere puramentegeometrico, la seconda avendo invece significato funzionale. (N.d.A.)

risponde il lavaggio dello spazio morto solamentese detta fase è sufficientemente ampia (e se nonvi è parzializzazione all’aspirazione); normalmente però le valvole vi sono ormai qasicompletamente chlasovrapppsizione delle fasi è

almas—


simola luced passag io delle valvole nel trattoutile della corsa dello stantuffo.Il ciclo indicato di un motorea2 tempi constaess2jneral4iseifasL(fig.1-18 sono rappresentati il ciclo di lavoro e il diagramma della djibuzionper un motore a 2

p2pL Diesel, i quali sono simili a quelli di un

mostra le corrispondenti configurazioni el manovellismo. psooosservarenell’ordine1eti fasi:1) jjggo: mentre lo stantuffo è nell’intorno delP.M.I. sono contemporaneamente aperte le lucidi alimentazione A e quelle di scarico S; l’ariamandata dalla pompa di lavaggio(**) entrando,spinge innanzi a sé i gas combusti e lava l’interno

____

del cilindro; corrisponde al tratto 5-6;lav 2) carica: mentre lo stantuffo risale ed è chiusa

• ormai la luce di scarico, attraverso la luce C con-anca tinua l’alimentazione del motore da parte della

pompa di lavaggio; corrisponde al tratto 6-1. Peralcuni tipi di distribuzione questa fase è però sostituita da un riflusso (fig. 1—34a);

3) compressione: Io stantuffo risale a luci tutte

____

chiuse e comprime la carica entro la camera dicombustione; corrisponde al tratto 1-2;

4) combustje: prima che lo stantuffo raggiungail P.M.S. incomincia l’iniezione del combustibile,la quale può continuare anche durante la primaparte della corsa di discesa; la combustione verae propria risulta sfasata in ritardo rispetto allainiezione e corrisponde al tratto 2-3;

5) pioe: a luci ancora chiuse i gas combustisi espandono facendo scendere lo stantuffo; corrisponde al tratto 3-4;

6) scarico (spontaneo): prima che lo stantufforaggiunga il P.M.I., viene scoperta la luce di scarico S e i gas combusti fuoriescono grazie allaloro maggiore pressione rispetto all’ambienteesterno; corrisponde al tratto 4-5.

7.19.1.5. Costituzione. In tutte le costruzioni, apparentemente anche molto diverse, demotori alternativi a c.i. si possono distinguere alcune parti fondamentali sempre presenti sottoforme talvolta irriconoscibili; nelle figg.1—20e1—21, in cui sono rappresentate schematicamentqle sezioni trasversali di un motore refrigeratoadaria, di tipo leggero o veloce(***), edi un altro

sipossono distinguere appunto le seguenti parti:

— il cilindro C, costituito da una ca,z,iz,ternantealettata_(raffreddamento ad) o nonalettata; in questo secondo caso piesente alloraun involucro iche crea l’intercapedpejjjrefrierante;- la testata T, che chiuperiormente” il cilindro; anch’essa può essere aLettata pfntareun’ipqpedine a seconda del tipo di refrigerazione. Nel caso di motore a stantuffi contrapposti(****) può mancare formalmente perché lachiusura della camera variabile è ottenuta con ilsecondo stantuffo:

(*) Maggiori precisazioni in proposito sono riportatenel par. 7.19.1.7. (N.d.A.)(**) Vedi parr. 7.19.3.10 e 7.19.4.8. (N.d.A.)

(***) Vedi par. 7.19.2.11. (N.d.A.)(****) Vedi par. 7.19.1.2. (N.d.A,)

QPMS PMIV

compr.

iniez.

espans.

scar

Fig. 1—18. Ciclo indicato e diagramma della distribuzione di un motore ad accensione per compressione, a 2

tempi, di tipo marino o stazionario.

i Ic-

0Fig. 1—19. Configurazioni degli organi mobili di un motore a 2 tempi durante le diverse fasi del ciclo di lavoro:A, luce di alimentazione; C, luce di carica; S, luce discarico.

motore Sabathè, mentre quelli di un motore a 2tempi Otto, che ne differiscono in più parti, saranno riportati nel par. 7.19.3.10; lafig. 1—19

7-2 52MACCHINE

— l’incastellatura I, che collega il cilindro con ile di cui a rigore fanno parte, quando

esistono, gli involucri dei cilindri;nen to su cui si scaricano le orze di

inerzia del rnanovellisrno e le forze dovute allepressioni dei gas; nelle costonilrlbasamento può ridursi ai supporti di banco1jsono ‘alla parte inferiore dell’incastellatura opportunamente irrobustita(fig. 1Q)_anziché essere aJ o iati all osita struttura rigidadel basamento stesso (fig. 1—21);— p ntuoS che costituisce la parete dellacamera variabile che riceve il lavoro dal fluido elo trasmette all’albero motore; ha di solito anchecompiti di tenuta e svolge inoltre sovente la funzione di pattino per contrastare le spinte lateralidella biella;— la catena cinematica CC, che ha il compitrasmettere il lavoro_all’albero motore ed è costituita, nelle costruzioni leg e medie, da uno

mente anche di contenere e raffreddare) l’olio dilubrificazione della canna del_cilindro,(*) del manovellismo e di altri organi in movimento; inqualche caso assumere la forma di un “pozzetto” (motori a stella e invertiti, v. par. 7.19.1.2)o ridursi a una camierasulfondo_delbasamento (motori pesant; può però anche man

Fig. 1—20. Costituzione di un motore di tipoleggero (refrigerato ad aria): T, testata; S,s, spinotto; C, cilindro; I, incastellatura; b,manovella; B, basamento-supporto di banco;dell’olio.

spinotto s, una biella b e una manovella m, inlle pesap un’asta a,una testa a crocej,e ancora una biella b e una manovella m; l’insiemedelle manovelle e dei perni di banco Pb costituiscel’albero motore4p anche albero a gomiti;— la coppa dell’olio O, che chiude inferiormenteil carter e ha lo scqpo di raccogliere (ed eventual

Fig. 1—21. Costituzione di un motore di tipo lento o pesante (refrigerato ad acqua, tipo Fiar): T, testata; C, cilindro: i, involucro: S, stantuffo; a, asta; t, testa a croce;b, biella; I, incastellatura; in, manovella; B, basamento;O, coppa dell’olio; p, pattino: g, guida: csù, cappellodel supporto di banco: Pb perno di banco; c, colonnao tirante.

T-s$

cIb

Csb

c

m-8o

veloce ostantuffo;biella; m,O, coppa

(*) Fanno eccezione i grandi motori Diesel a 2 tempi,in cui la lubrificazione del cilindro è tenuta separata daquella del manovellismo. (N.d.A.)(**) Si veda il par. 7.19.3.10. (N.d.A.)

care del tutto (motori a 2 tempi a carter-pom

altrigani che non appaiono nei due schemi semplificati delle figg. 1—20 e 1—21 e che sono:— l’apparato della distribuzioneche ha il compito di provvedere, all’istante voluto, alriovodel fluido motore; nel caso di autodistribuzionel’apparato può semplificarsi notevolmente (v.parr. 7,19.1.7, 7.19.3.10);- l’apparato di alindelj,jl,che provvede a fornirlo al motore nel momento,


nella quantità e nel modo stabiliti; l’apparato si4ipgqecopi_a_iniezione (v. parr.7.19.4.3, 7.19.4.4) o a carburazione, e, injmocassi disgue ancora a seconda che ilmiscelamento del carburante sia ottenuto con

ur9jj (v. par. 7.19.3.4) o con iniettori (v.par. 7.19.3.5);— l’apparato di accensione, limitatamentetoriadaccensioppa il quale ha il compito di accendere la carica compressa all’istantevoluto (v. par. 7.19.3.6);

— l’apparato di lubrificazione, che provvede afornire il lubrificante nei punti e nella quantitàlit, a filtrano dalle impurità ed eventual

mente a refrigerarlo (v. par. 7.19.5.1);— l’apparato di refrigerazione, che ha il comp4povvedere al raffreddamento delle pareti fissee mobili della carp a volume variabile (v. par.7.19.5.2) ed. eventualmente del lubrificante e dialtri organi del motore;

— l’apparato o il dispositivo d’avviamento, chedeve provvedere a portare il motore alternativoa una velocità angolare sufficiente perché essofunzioni autonomamente e in modo regolare (v.par. 7.19.5.3).Alcuni motori pluricilindrici necessitano di dispositivi di smorzamento delle oscillazioni torsionalidell’albero a gomiti; altri infine, costruiti per esigenze particolari o in base a criteri progettativipiù raffinati, possiedono anche dispositivi di equilibramento delle forze d’inerzia libere del manollismo, le quali sono causa di vibrazioni per imotori (v. par. 7.19.5.4).

7.19.1.6. Apparato della distribuzione(motori a 4 tempi). Nei motori alternati-via c.i. è sempre presente l’apparato della distribuzione (v. par. 7.14.1,3), inoltre essacomandata.(*)Nella grande varietà di soluzioni adottate neimotori a 4 tempi prima distinzione puòbasarsi sul tipo di movimenti li otturatori e cioè:

I. a distacco dalla sede;

11. a scorrimento relativo.I. È la soluzione adottata nella quasi totalitàdelle costruzioni: l’otturatore jylvo1a a fungconsiste in un piatto (testa), a simmetria circo

Latesta ha

(*) In linea teorica, limitatamente però alla sola fase dialimentazione del fluido motore, la distribuzione potrebbe essere invece automatica: in effetti nel passato si sonoavuti esempi ditale soluzione, ma motivi pratici di tenutadei gas e di limitazione delle perdite di carico a elevatiregimi di rotazione e problemi di resistenza degli otturatori alle elevate pressioni che si verificano durante lacombustione, l’hanno fatta abbandonare in generale, limitandola esclusivamente a casi particolari di motori a2 tempi in aggiunta sempre alla distribuzione comandata.(N dA.)

campana o acalice), o convessa (quando contieneuna cavità per ijJjguido di raffreddamento) e hala funzione di assicurare la tenuta: questa èeffettuata sempre lungo il contorno della tsta, 1je è sagomata localmenteatronco di cono (semiapertura del cono pari a 45° o a 600; fig. 1—22).Le valvole sono costruite normalmente di acciaioal carbonio, ferritico o austenitico sono allorarefrigerate al sodio), e2ono avere l’orlo ditenuta rivestito di materiali duri (jjlite o altreleghe resistenti all’usura). Esse sono notevolmensoliecitate dal punto di vista meccanico e termico5particolarmente quelle di scarico che vengonosempre più spesso refrigerate internamente; levalvole sono assoggettate inparticolareaITIti,atiaerosioni meccaniche, a corrosioni chimiche e asollecitazioni termiche disuniformi; queste ultime tendono a provocarne la deformazione coninnesco di fughe di gas, le quali a loro volta causano il successivo sgretolamento, fino alla rotturafinale, del bordo conico di tenuta e del “collo”di connessione tra piatto e stelo.Il sollevamento (e il riabbassamento) delle valvole dalla sedeèottenutomedianteqntriciocamme, disposte su uno opiù alberijassi), rotanti a velocità angolare met di quella dell’albero a gomiti in quanto la fase di rinnovo del fluido

Fig. 1—22. Tipi di valvole a fungo: a) a testa piana;b) a campana o a calice; c) a testa convessa, refrigerataal sodio; 1, testa; 2, stelo.

motore si verifica ogni dugri (motorea4 tempj): il rinvio del movimall’lbereagli assi acamme è ottenutonoenteermezzo di catene silenziose o di cinghie dentate,raramente con altri sistemi quali ingranaggi (conici) e alberi di trasmissione (verticali), o treni diruote dentate, o, ancora, biellismi (NSU). Ilcomando delle valvole daparte degli alberi deglieccentrici può effettuarsi in modo diretto o, indirettamente,attraverso bilancieri, o ditio ancoraaste e bilancieri (fig._1—23); in ogni caso tra lacammaela valvola ènecessario interporreun

7-254 MACCHINE

Fig. 1—23. Principali cinematismi di comando dellevalvole: a) comando diretto: b) indiretto a bilanciere; c) indiretto a dito: d)indiretto ad asta e bilanciere.

in rado di assoe le s inte lateraliprodotte dallo stesso eccentrico2 le quali non devono assolutamente trasmettersi alla valvola: aquesto cornpito possono provvedere il bilanciereo il dito, ma vi può o vi deve essere talvolta unapposito bicchierino (fig. l24J.(*) Il collegamento tra valvola e camma è normalmente unilaterale: al richiamo dellav olarovvede infatti unsistema elastico (una o due molle a elica generalmente) che impone alla valvola la legge di motostabilita dall’eccentrico anche nel tratto di accelerazioni “negative” (fig. 1—24). In motori destinatia funzionare a regimi di rotazione molto elevatisi ricorre però talvolta a un comando desmodromico o bilaterale, di cui un esempio è riportatonella fig. 1—26; tuttavia, gravi difficoltà di messaa punto del dispositivo, unitamente ad altri pro-

biemi meccanici, ne hanno sempre ostacolatol’impiego e impedito la diffusione.

A seconda delle esigenze funzionali e costruttivedei motori si ricorre alle seguenti soluzioni:

— una valvola per 1pjzione e una per loscarico;

— due valvole per ciascuna fase;

Fig. 1—24. Dispositivo di collegamento tra camma evalvola: 1, tratto di camma corrispondente alle accelerazioni negative; 2, pastiglia di regolazione del gioco(tipo Fiat); 3, scodellino; 4, semiconi; 5, bicchierino:6, molle a elica; 7, guida-valvola: 8, sede di battuta.

—. due valvole per 1’aspirappjca-

— una valvola grossa per l’aspirazione e due piùpiccole per lo scarico.A seconda della posizione delle valvole rispettoal cilindro motore si hanno le due disposizioniciali:(**)

a) a valvole laterali;b) a valvole in testa.a) La disposizione con entrambe le valvole late

(*) Al fine di consentire un funzionamento corretto delladistribuzione al variare delle dimensioni degli organi interessati, in seguito al mutare del loro regime termico, ènecessario lasciare un certo gioco (frazione di millimetro)fra l’eccentrico e l’organo su cui esso agisce (punteria).Si approfitta talvolta della presenza del bicchierino perrealizzare un dispositivo idraulico di recupero e controllo

del gioco (punteria idraulica), il quale adatti automaticamente le sue dimensioni al valore richiesto dalle dilatazioni termiche del motore (fig. 1—25). (N.d.A.)(**) Esistono anche soluzioni che non rientrano in queste classificazioni, ma sono state proposte, in genere, perscopi particolari e hanno in ogni caso scarsa importanzae diffusione. (N.d.A.)

d)


rali, da lati opposti o dallo stesso lato del clin1Thg. 1—27),è stata per molto tempo la piùdiffusa p rché più semplice ed economica, ma levorevoli forme della camera di combustione

due soluzioni com portano e lacoltà di ottenere con esse elevati rapporti di comIonhab fattosi che particolarmentJprima fosse completamente abbandonata; esIsto-

Fig, 1—25. Sezione di una punteria idraulica: 1, camma;2, bicchierino: 3, valvola di non ritorno: 4, puntale;5, molla di ricupero del giuoco: 6, piatto di appoggio:7, asta.

Fig. 1—26. Comando delle valvole di tipo desmodromico:soluzione Ducati [1111.

no tuttavia particolari costruzioni che presentanoancora una valvola laterale, talvolta obliqua (Ro

ver 90), e l’altra in testa. Il comando delle valvolelaterali da parte dell’albero, o degli alberi, deglieccentrici è in genere di tipo diretto.b) Le disposizioni a valvole in testa sono attualmente utilizzate nella quasi totalità delle costruzioni; esse possono essere classificate in baseadijciiteii principalmente a seconda dell’orientamento reciproco delle valvole, del loro tipo di

4

Fig. 1—27. Schemi di disposizioni a valvole laterali:a) da lati opposti del cilindro - testa a T: b) da uno stessolato - testa a L.

Fig. 1—28. Schemi di disposizioni delle valvole in testae parallele fra loro: a) ad albero a camme in testa; b) adalbero a camme nel basamento.

comando e della posizione degli alberi a carnme.In base alla prima distinzione si hanno distribu

a) b)

a) b)

7-256MACCHINE

zioni a valvole parallele gppure_obligjj.ro

in base alla seconda, si hanno distribuzioni a co

mando diretto o a comando indiretto; in base

all’ultima distinzione infine, le distribuzioni pos

sono essere ad albero a camme in testa opp

nel basamento-incastellatura. (*)

Dalla combinazione di questi diversi elementi si

ottengono numerose differenti soluzioni costrut

jy di cui le principali sono:— con valvole parallele fra loro si uò avere il

cornano diretto da parte di unalberoacamme

posto in testa (fig. 1—28a) o il comando indiretto

ad aste e bilancieri da parte di un albero a amrne

posto nel basamento-incastellatura (fg l—28b);

— con valvole oblique fra loro, sippssono avere

due alberi a camme in testa con comando di-

un numero opportuno s di “sagome” radiali, rotanti coassialmente all’albero motore con velocitàangolare l/(2s) volte la sua (fig. 1—30).Il. Questa soluzione, proposta e tentata di continuo sotto forme molto diverse, è stata talvolta

usata nel passato (in qualche caso anche con no

tevole successo), ma non si è mai affermata de

finitivamente per svariati motivi. In teoria si pre

senta vantaggiosa per l’assenza di urti e di rumo

rosità (quindi più adatta a funzionare a elevati

regimi di rotazione), per la maggior semplicità di

realizzazione e per la possibilità di ottenere mag

giori riempimenti del cilindro grazie ad aree delle

luci più ampie. In pratica presenta numerosi di

fetti in grado più o meno elevato a seconda della

realizzazione costruttiva: una buona parte di essi

Fig. 1—29. Schemi di disposizioni delle valvole in testa e oblique fra loro: a) a doppio albero a camme in testa; b) a

un albero a camme in testa e bilancieri; e) a un albero a camme nel basamento e aste e bilancieri.

retto (fig. 1—29a) opppun albero a camme in

test& con comando a bilancieri (fig. l—29b) o a

diti, o ancora un albero a camme nel basamento-

-incastellatura con comando ad aste e bilancieri

29c.Nel caso di motori monocilindrici o pluricilindri

ci in linea, si hanno dunque uno o due alfgli

eccentrici, mentre nel caso di pluricilindri a V, se

ne possono avere uno (Volkswagen, Rolls-Royce

e generalmente tutti i motori 8 V statunitensi) o

due (Lancia Flavia, Alfasud, Fiat 130, Ferrari da

turismo), oppure quattro (Fiat Dino, Alfa Romeo

Montreal e tutti i motori da competizione in ge

nere). Nel caso infine di motori stellari sì ricorre

invece comunemente, anziché ad alberi a camme,

auna o due corone circolari (famburi), dotate di

deriva dal fatto che questo tipo di valvola è sog

getto durante il suo moto a elevate pressioni ed

elevate temperature, perché si trova in movimen

to anche quando si svolgono nel cilindro le fasi

di compressione, combustione ed espansione: si

hanno così maggiori lavori d’attrito e usure, dif

ficoltà di tenuta dei gas e di lubrificazione, distor

sioni termiche. In qualche caso si è cercato di

superare una parte di questi inconvenienti ricor

rendo a soluzioni miste mediante la combinazio

ne dei sistemi I e Il, ma in contrapposizione ai

vantaggi così conseguiti si sono allora gravemen

te pregiudicate l’economicità e la semplicità co

struttive.Le numerosissime soluzioni proposte o realizzate

possono venire distinte in due classi a seconda

che il moto di scorrimento sia continuo (rotato

rio) o alterno (rettilineo, rotatorio, elicoidale).

Al primo gruppo appartengono le importanti so

luzioni rappresentate nei primi cinque schemi

della fig. 1—31, consistenti rispettivamente in una

valvola:

a) b) c)

(*) È stata proposta più volte, senza successo, anche la

distribuzione ad albero degli eccentrici parallelo all’asse

del cilindro, con camme frontali, bilancieri e valvole in

testa. (N.d.A.)


a) a maschio cilindrico, con flussi di alimentazione e di scarico normali al suo asse (Itala, Darracq);b) a maschio cilindrico, con flussi di alimentazione e di scarico assiali (Cross);c) a maschio conico, con flussi di alimentazione edi scarico incidenti al suo asse (Aspin);d) a disco o a piatto, con flussi di alimentazionee di scarico assiali o misti assiali-radiali (NSU);e) a manicotto semplice; il manicotto, o fodero,coassiale al cilindro motore e dotato di luci nellasua parte superiore, si muove di moto continuorototraslatorio lungo il proprio asse (BristolHercules).Al secondo gruppo appartiene invece la soluzionecon valvola

f) a duplice manicotto; i due foderi, coassiali alcilindro motore e dotati di luci nella loro partesuperiore, si muovono, sfasati fra loro, di motoalterno rettilineo (Knight).Difficoltà di lubrificazione al contatto fra i duemanicotti, unitamente alle elevate forze d’inerziacausate dal loro movimento, hanno costituito iprincipali difetti di questa soluzione; essa ha riscosso invece importanti successi nella sua variante costituita dal precedente schema e) della fig.1—31, la quale ha infatti avuto notevoli applicazioni in campo aeronautico.

7.19.1.7. Apparato della distribuzione(motori a 2 tempi). Nella grande varietàdi apparati di distribuzione esiste una differenziazione sostanziale fra quelli destinati ai motori a4 tempi e quelli destinati ai motoria 2te:’perquesti ultimi infatti si può osservare che, dal latocostruttivo, le luci, sempre presenti per almenouna delle due fasi di sostituzione del fluido, sonoposte sempre nella parte inferiore del cilindro

motore, e che, dal lato funzionale, si tratta semp almeno parzialmente, di autodistribuzione (v.par. 7.14.1.3), il cui elemento_autodistributoreèlo stantuffo stesso (*)•

è particolarmente delicatonei motori a 2tenWi in quanto si devono realizzare le condizioni favorevoli al lai’aggio, non soltanto mediante un adatto diaeramma della distribuzione, ma anche mediante una scelta opportuna, sia della forma, delle dimensioni e dellajQsizione delle luci, sia della forma, della disposizione e dell’orientamento dei condotti di addufone e di scar1delgliore sarebbe quello in cui la carica fresca,entrando, sospingesse fuori i soli gas combuj(ipotesi dello stantuffo di gas); quello pre

si avrebbe se la carica entrasse nel cilindro efuoriuscisse successivamente dalle luci di scarico senzamescolarsion i gs conbiistiti lasciandoli pressoché indisturbati nell’interno del motore (ipotesidel corto circuito) ; un lavagia di tipo intermedQ,simile a quello che effettivamente si riesce a rea-

Fig. 1—30. Schema del comando delle valvole in un motore stellare (BMW): T, tamburi; 5, sagome o camme.

Fig. 1—31. Schema delle principali valvole a moto discorrimento sulla sede [112]: a) a maschio cilindrico eflussi normali; b) a maschio cilindrico e flussi assiali;c) a maschio conìco; d) a disco; e) a manicotto semplice;f) a doppio manicotto; A, luce di alimentazione; S, lucedi scarico.

(*) L’autodistribuzione è vantaggiosa per la sua grandesemplicità ed economicità e viene adottata ogni qualvoltave ne sia la possibilità; per questa ragione essa è semprepresente nei motori a 2 tempi, mentre non lo è in quellia 4 tempi esclusivamente perché in essi non ha possibilitàdi applicazione. (N.d.A.)

7-258 MACCHINE

lizzare (v. par. consisterebbe invece in

un mescolarnento prog sivo del fluido entranteEicombustie nel corrispondente arricchimento con fluido fresco della miscela che resta nelcilindro e inevitabilmente anche di quella che viavia fuoriesce (ipotesi della progressiva e uniformediluizfpj).Proprio per la basilare importanza del tipo dilavaggio che si svolge nell’interno del cilindro, lasuddivisione fondamentale delle distribuzioni deimotori a 2 tempi si basa sulle caratteristiche dellavaggio, il quale può realizzarsi mediante:I. correnti ripiegate;TI. flusso unidirezionale.

ma gpria possono essere ricondotti a combinazioni dei quattro schemi baQfaversale, in

controcorieptaritorno,tatgenziale), i quali sonoillustrati nella flg. 1—32 nella versione adottatanei grandi motori Diesel a 2t (v. par.7.19.4.8);motori Otto a 2 tempi (v. par. 7.19.3.1O)ecor-rispondenti agli schemi a) e e) della flg. 1—3sono illustrate nella fig.1—33: esse differisconoda quelle dei motori Diesel per una più semplicee meno estesa finestratura del cilindro, per l’assenza di luci di carica (indicate con la lettera e

11a flg. l—32a) e perla possibilità della presenza,sullo stantuffo, di un deflettore simmetrico o

Fig. 1—32. Schema dei principali tipi di lavaggio a correnti ripiegate per motori a 2 tempi ad accensione percompressione [411; a) trasversale; b) in controcorrente;c) a ritorno; d) tangenziale.

Fig. 1—33. Schema dei principali tipi di lavaggio a correnti ripiegate per motori a 2 tempi ad accensione comandata: a) trasversale; b) a ritorno.

Fig. 1—34. Principali diagrammi della distribuzione dimotori a 2 tempi con lavaggio a correnti ripiegate (parteinferiore); a) a luci semplici; b) a valvola automatica sull’alimentazione: c) a valvola comandata sullo scarico;s, scarico: 1, lavaggio: c, carica; r, riflusso.

asimmetrico. (*)

Di notevole importanza per la realizzazione di

un corretto lavaggio è l’orientamento dei con

(*) Nel caso dei grandi motori non viene ndrmalmenteimpiegato il deflettore perché, in presenza degli inevitabiligradienti termici, esso provoca gravose sollecitazioni nel

cielo dello stantuffo, causate dalla sua forma complessae irregolare, particolarmente se il deflettore è di tipoasimmetrico. (N.d.A.)

a) b)

a)

c) d)

I. Benché molto numerose siano le varianti costruttivjpi gli schemi di lavaggjp uesta pri-


dotti quale appare, sia nella sezione longitudinaledel cilindro, sia in quella trasversale.Si può osservare che in tutti gli schemi, fatta eccezione per quello della fig. i—32a,

e delle luci ,i scarico viene scoperto dallostantuffo nella corsa di espansione, prima deljentebordq delle luci di lavaggio :(*) ènecessario infatti che una buona parte dei gascombusti siano fuoriusciti allorché si aprono leluci di lavaggio, di modo che, essendosi corrispondentemente abbassata la pressione interna,non siano i gas residui a rifluire verso l’alimentazione, ma la carica fresca a entrare nel cilindro.D’altra parte, se l’autodistribuzione è affidatatotalmente al solo stantuffo motore, le fasi diapertura delle luci sono necessariamente simmetriche rispetto al .P.M.1.; pertanto, successivamente al lavaggio, anziché verificarsi la fase dicarica, si ha un ulteriore flusso della miscela interna al cilindro verso lo scarico (schema a, dellafig. 1_34).(**)Per ovviare a questo inconveniente si ricorre normalmente a un’ulteriore valp2t in serie algruppo di luci più alte, la quale ha la funzione difie asimmetrico il periodo di apertura. Sihanno così le due alternative:1) una valvola, di solito automatica, posta inserie nei condotti di alimentazione, la quale impedisce il riflusso dei gas combusti attraverso leluci di carica, o attraverso le luci uniche di lavaggio e darica,(***) nel primo periodo della loroapertura: schema b) della fig. 1—34, valido pertutti gli schemi a), c) e d) della fig. 1—32, ma sempre applicato in particolare al primo di essi (Fiat,Tosi);2) una valvola, necessariamente comandata, posta in serie nei condotti di scarico, la quale interrompe la fuoriuscita dei gas nell’ultimo periododell’apertura delle luci di alimentazione in mododa ottenere una fase di carica vera e propria:schema e) della fig. 1—34, valido per tutti gli schemi b), c) e d) della fig. 1—32, ma sempre applicatoin particolare ai primi due (M.A.N., Sulzer).11.1 più significativi schemi di lavaggio della seconda cgpia sono rappresentati nella fig. 1—35nella versione impiegata nel campo dei motoriDiesel a 2 tempi: lo schepa a). che ha avuto im

(*) L’usuale dimensionamento delle finestrature prevedeun rapporto a/c pari a 0,2±0,3 per le luci di scarico, epari a 0,15±0,2 per quelle di lavaggio, avendo indicatocon a l’altezza delle feritoie e con c la corsa dello stantuffo. Lo scarto tra l’altezza delle luci deve essere tantomaggiore quanto più elevato è il regime di rotazione delmotore. (N.d.A.)(**) E quanto succede comunemente nei piccoli motoriOtto a 2 tempi, per i quali è richiesta una grande semplicità costruttiva, per cui non si accetta alcuna complicazione agli schemi della flg. 1—33. (N.d.A.)(***) In questo secondo caso la valvola automatica controlla tutta la portata di lavaggio e di carica; ciò nonostante rimangono invariati gli istanti della sua aperturae chiusura. (N.d.A.)

portanti e positive applicazioni persino ingmpoaeronaudco (Junkers-Jumo), è quello dei motoria stgcontrapposti, nqalì ciascuna serie diluci è controllata dal rispettivo stantuffo; lo schemab) (Burrneister & Wain) non è che una varian4 ti o a), in cui è stata pressoché soppressa la

funzione motrice dello stantuffo spjore, ridotto al rango di semplice valvola; lo schema e) (Ricardo), ormai abbandonato, può essere considerato come un’ulteriore modifica del tipo a), in cui

Fig. 1—35. Schema dei principali tipi di lavaggio a flussounidirezionale per motori a 2 tempi ad accensione percompressione [41]: a) a stantuffi contrapposti; b) a valvola-stantuffo; cI a manicotto; d) a valvole comandate,sull’alimentazione; e) a valvole comandate, sullo scarico.

a)

d)

7-260 MACCHINE

lo stantuffo superiore è sostituito nella sua funzione distributrice da un manicotto coassiale e interno al cilindro;negli schemi d) ed e) lo stantuffosuperiore è invece sostituito da una o più valvolea fungo, del tipo. adottato neì motori a 4 tempi.Nello schema d) le valvole sono meno sollecitatetermicamente perché refrigerate a ogni ciclo dal-

Fig. 1—36. Schema dei principali tipi di motori a 2 tempi ad accensione comandata, con cilindri disposti a Ue lavaggio a flusso unidirezionale [1131: a) tipo Puch;b) tipo DKW, Isa, Puch; c) tipo TWN; d) tipo DKW;e) tipo Garelli.

l’aria di alimentazione, ma si verifica di contro,rispetto al tipo e), un meno favorevole riernmento del cilindro perché si creano zone d’ombraa valle delle valvole stesse; grazie però ai progressitecnologici e costruttivi lo schema e) è dei duequello applicato attualmente, sia in tuttiipiccolie medi Diesel, sjpsineirandimotorimarini o stazionari (Burmeister & Wain, G&ai’erken,Mitsubishi, Stork).

Nel campo invece dei motori Otto a 2 tempi, sonoapplicati unicamente gli schemi a) e b) della fig.1—35, ed esclusivamente nella versione rappresentata nella fig. 1—36 (motori con cilindri a U): k diverse soluzioni costruttive ivi riportate non differiscono infatti fra loro dal punto di vista fluido-dinamico, ma soltanto meccanicamente per il tipodi cinematismo adottato.In linea teorica, il flusso unidirezionale sarebbefavorito rispetto alle correnti ripiegate nella realizzazione della più vantaggiosa ipotesi di lavaggio, cioè quella dello stantuffo di gas; per il fattoperò che nella realtà si verificano sempre tutte etre le ipotesi di lavaggio citate, la sua superioritàè in pratica notevolmente ridotta, e grazie ai continui perfezionamenti via via apportati, il lavaggio a correnti ripiegate si presenta di poco inferiore, sia agli effetti del riempimento del motore,sia agli effetti del lavoro speso per il ricambio delfluido.Nel campo dei motori Otto, la soluzione costruttiva adottata attenua ulteriormente i vantaggi teorici del flusso “unidirezionale”(*) e poiché comporta, oltre ad alcuni inconvenienti funzionali, unappesantimento degli organi mobili, in particolare delle masse alterne (v. par. 7.19.5.4), in praticaessa viene ormai impiegata solo raramente.

7.1 9.2. Prestazioni

7.19.2.1. Potenza e pressione mediaeffettiva. Le principali definizioni riguardanti le prestazioni dei motori alternativi e i concettifondamentali che ne informano il calcolo sonoriportati nei parr. 7.14.1.4, 7.14.2.1 e 7.14.2.3,per la parte comune a tutte le macchine volumetriche, e nel par. 7.14.2.4 per la parte specificadei motori termici.In particolare il lavoro utile al ciclo, che è ilprodotto del rendimento utile per l’energia introdotta a ogni ciclo:(**)

Mr Ae Mrhp,

risulta:

Wu ‘ÌyuMrhp,

(2.1)

(2.2)

mentre 1apotenza utile, per un motore dotato dii cilindri, vale di conseguenza:

W,df iuMrhpf, (2.3)

(*) 11 flusso non è più rigorosamente unidirezionale tantoche questo lavaggio potrebbe essere considerato addirittura come un lavaggio trasversale a correnti ripiegate condeflettore fisso al cilindro anziché allo stantuffo. (N.d.A.)(**) La sua espressione è ottenibile in base alle (2.5 1) e(2.52) del par. 7.14.2.4. (N.d.A.)

/

e)

MOTORi ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA 7-26l

— —,M

sussiste la relazione:

MrH = — = hx + 1),

Mb

HFu = iJvMr if ?ìMbHplf.

Fu = iVf, V ; (2.7-t- i ‘

. \

in cui con si è indicata la massa volumica dellamiscela dei reagenti nelle condizioni esterne dialimentazione.SivdèiFThotore viene alimentato da aria, e ilcombustibile è introdotto nel cilindro successivamente alla chiusura delle luci di comunicazioneon l’esterno, conviene esprimere la massa complessiva Mr della (2.6) in funzione della massaM di aria:

M=M

e pertanto la (2.6) assume la forma:

entrante (motori a carburante liquido), qtossi, ata la difficoltà di recisare il tiro lo del

ypp,preferisce definire il coefficiente di riem.pimento 2 ancora con riferimento alle sole massedi aria (effettiva eteoricjn questo modo risultano necessariamente per 2,, valori differenti, inquanto, nonostante che il fenomeno dell’alimentazione, che esso dovrebbe rappresentare, si sia

(2.4) modificato, la sua definizione è rimasta immutatarispetto a quella dei motori in cui il combustibileè invece iniettato internamente al cilindro, a luciormai chiuse.pistpptrbesembrarecheneimotori

(2.5) a carburante liquido il valore di ovstare minore in guanto il combustlyporando, viene a occupna parte della cilindrata,ij lmodp pon iinibile per 1’arj inrealtà avviene che la cilindrata è d’altra parte in

2 6grado di accogliere una massa rng i

\.‘

una sottrazione di calor la quale provoca unraffreddamento della carica entrante e ne determina un aumento della massa volumica er: £

li usuali carburanti costituiti da idrocarburi, l’effetto predominante è quelo causato dal caloredi evaporazione, e pertanto il coefficiente diriernpimento risulta aquello dei motori alimentjgpra aria; vantaggi ancora superiori si ottengono impiegandocome carburanti gli alcooli, poiché essi presentano calori di evaporazione di circa tre volte piùelevati (v. tab. 2.1).pclsiop, data la limitata diffusione dei motori a carburante gassoso, l’espressione usuale della potenza è i(4Q); qll.nenerele si fa assumere una forma pj simile alJjO)pmpdpja massa volumica dei reagnti JpfunzionediqdeWariaedelladensftàdelcombustibile relativa all’aria 6 =

(2.8) Poiché in base alla definizione di er sussiste la relazione:

M+M,,

______

0rM Mb

ecc+l

== e

—+Q o6

dove con si è indicata al solito la frequenza deicicli di un cilindro.Poiché il potere calorifico vi(ne normalmente riferito all’unità di massa di combustibile (Hp),anziché di miscela (hp), indicando con ,x il rp.porto tra la massa d’ariaMequella di combu

ile è detto rapporto di miscela odsaturaJ:

M

pjjp2tepzppò anchegue:

Allorché il motore è alimentato da una miscelad’aria e di combustibile gassoso, in base alla defimzione del coefficiente dii lempimento i, contehella (2.2) del par. 7.14.2.1, si ottiene:

1

e

i

Fu = iM f. (2.9)

Poiché la massa che alimenta il cilindro durantela fase di aspjrazione (motori a4tempi)ole fasidi lavaggio-carica (motoria 2 tempi) è in questòcaso la massa di aria Mja definizione del coefficiente di riempimento.2.,,sipplicaaessa sola,epertanto la (2.9) si può esprimere in modo analogo alla (2.7):

Fu = u2v iVf. (2.1O)

_

Èirnppnte osservare che la stessa ()yplida però 2oiori alimentati direttamente daqnfimiscelaaria-combusbilejchquest’ultimo è costituito da un liquido che vienespruzzato e iLparte evaporato nel flusso_di aria

(2.11)

pressione (2.7) della potenza diventa:

= u2vC±1/6

ivf. (2.12)

La (2.12) differisce dalla (2AQjperchéadenomi-natore è presente il terp ± 16 anzichérisulta quindi che sotto l’aspetto del massimoriempimento del cilindro da parte del combustibile, si presentano sfavoritiicarburanti_gassosi a

ola_lasmassa volumica, cioè a basso peso molecolare (per esempio l’idrogeno). In altre parole,

7-262 MACCHINE

Tab. 2.1 — Potere calorifico, dosatura stechiometrica, densità relativa all’aria, parametro energetico e calo -

re di evaporazione di alcuni fra ipiù noti combustibili (i dati sono tratti dalla [114], a eccezione di quellirelativi alla benzina, tratti dalla [115], e di quelli relativi agli ultimi tre combustibili, tratti dalla [41]).

Combustibile Formula

Poterecalorifico

H(*)(kcal/kg)

Dosaturastechiometrica

Densitàrelativa

ParametroenergeticoH7,/(a3t+1/d)

(kcal/kg)

Idrogeno H2 28 605 34,29 0,0696 588

Metano CH4 11 930 17,23 0,555 627Etano C2H6 11 355 16,09 1,047 666Propano C3H8 11 075 15,67 1,550 679Butano n. C4H10 10 910 15,46 2,076 684Pentano n. C,H12 10 745 15,33 — 701Esano n. C6H14 10 685 15,24 — 701Eptano n. C7H16 10 640 15,18 — 701Ottano n, C8H18 10 610 15,13 — 701Esadecano n. C16H34 10 500 14,96 — 702

Calore dievaporazione

(kcal/kg)

(122)(117)(102)

(92)8580757254

(115)(105)

(93)86807672

EtilenePropilene1-ButeneI -Pentene1-Esenei -Eptene.1 -Ottene

C2H4C3H6C4H8

C6H12C7H14C8H16

11 26510 93510 82010 68010 63010 60510 575

14,7914,7914,7914,7914,7914,7914,79

0,9741,4761,998

712707708722719717715

Acetilene CH2 11 520 13,27 0,906 802 —

Ciclopentano CH10 10 460 14,79 — 707 93Cicloesno C6H12 10 375 14,79 — 701 85

Benzolo C6H6 9 590 13,28 — 722 94Toluolo C7H8 9 680 13,51 — 717 87Xilolo C8H10 9 750 13,67 — 713 82

Alcool metilico CH3OH 4 675 6,47 — 723 275Alcool etilico C2H5OH 6 405 9,01 — 711 225

Benzina media C8H16 14,5÷14,9 — 715÷721 74÷80

Ossido di carbonio CO 2 428 2,46 0,967 696 —

Gas povero 1 100 1,1 0,84 480 —

Gas d’altoforno 770 0,8 0,98 425 —

Gas di città 8 800 12,0 0,43 615 —

(*) Il potere calorifico è quello inferiore a pressione costante (p = 1 atm), ed è dato a 15 OC per i combustibiligassosi, a 25 OC per quelli liquidi. (N.d.A.)(**) Il calore di evaporazione è dato alla temperatura corrispondente alla pressione p 1 atm. (N.d.A.)


e in modo più generale, nei motori volumetrici ilpetro energetico caratterizzante i diversicombustibili non èil potere caloriflcoH, ma lafunzione + 1/6), nella quale ha il significatologicamente va posto d = oo,sia per i combustibili iniettati internamente al cilindroJalucìchiu

per icarntiliuidi.Per i combustibili più noti sono riportati nellatab. 2.1 i valori di detta grandezza, unitamente aquelli del potere calorifico, della dosatura stechiometrica, della densità relativa all’aria e del caloredi evaporazione. Sempre per quanto riguarda detto parametro energetico, dalla tabella risulta come gli idrocarburi liquidi che entrano nelle composizioni usuali delle benzine siano tutti pressoché equivalenti fra loro. Nel campo dei combustibili gassosi vi sono invece notevoli variazioni, e sipassa da un valore minimo per il gas d’altofornoa uno massimo per l’acetilene; l’idrogeno, chepure ha un elevatissimo potere calorifico, non sipresenta assolutamente vantaggioso come combustibile per motori volumetrici; un po’ miglioreè il metano e ancora più convenienti sono i treidrocarburi successivi, componenti principali delGPL (gas di petrolio liquefatto), i quali tutti sonoperò ancora inferiori alle benzine.Per quel che riguarda il giudizio sul funzionamentodei motori alternativi, si preferisce caratterizzareglobalmente l’efficienza di funzionamento dellamacchina, anziché con il rendimento utile, ricorrendo, analogamente a quanto suole farsi nelcampo dei turbomotori termici, al consumo specifico di calore q, o, ancora più sovente, al consumospecifico di combustibile q, i quali sono entrambifunzioni inverse del rendimento.Infatti, in base alle loro definizioni, dalle (2.1),(2.2) e (2.5) si ottiene:

— Mrhp Mh — 1—

W, m

Mb— Mb — 1

qb— ?M.hp

— ‘FUMbHP —

______

Limitando, per brevità, le considerazioni che seguono alla (2.10) — data la semplicità della loroestensione, ove occorra, alla (2.12) — è ancoraopportuno correlare la frequenzaf dei cicli di uncilindro con la frequenza n dei giri dell’alberomotore attraverso il numero m di giri necessarioper compiere un ciclo. La (2.10) diventa pertanto:

nPu = —iV, (2.15)o: in

dove m vale 1 o 2 a seconda che si tratti di unmotore a 2 o a 4 tempi.(***)Leprestazioni di un motore volumetrico vengpcaratterizz, oltre che dalla potenza utile e dalrendimento utile, mediante la pressione mediafftivapme (v. par. 7.14.1.4), la quale rappresentail lavoro utile per unità di cilindrata eper ciclo.Dalla definizione della Pme deriva la sua relazionecon la potenza utile:

Fu = Wif = pmeVf = PineV. (2.16)(****)

Tenendo presente l’espressione (2.56) del par.7.14.2.4 relativa al rendimento utile:

= fliim?7/ji?7o, (2.17)dal confronto della_(2JjJsiricavaimmediatamente l’espressione della pressione media effettiva:

—_ 2 2 1) 1Qf*****Pme—’7u v 211m??bi??oo: o:

È utile osservare che la p è proporzionale allacoppia motrice C; infatti poiché è:

Fu = cw PmeV, (2.19)insussiste anche la relazione:

(2.13) Cpme - (2.20)(******)221m

632qb •10.

H,

iV(2.15’) C = ‘0Pme 2rm

m

iV

(*) Si tengano presenti le precedenti considerazioni sulcompenso tra gli effetti opposti conseguenti all’evaporazione. (N.d,A.)(**) Se in particolare si vuole esprimere, come si fa normalmente nel campo dei motori termici alternativi, q inkcal/CVh e q in g/CVh, le (2.13) e (2.14) diventano:

632=

—, (2.13’)rIu

(****) Esprimendo P in CV, Prne in kg/cm2, V in litried n in giri/min, la (2.16) diventa:

i VnPu Prne 45 Oro (2.16’)

(N.d.A.)

(*****) Se si tiene conto delle sopracitate unità di misura, la (2.18) diviene:

(N,d.A.)(***) Se si esprime, come suole farsi normalmente, la potenza in CV, la cilindrata in litri (dm3), la velocità dirotazione in giri/min, il potere calorìflco in kcal/kg, lamassa volumica dell’aria in kg/m3,nella (2.15) si deve introdurreil fattorecorrettivo (427/450). 10 = 0,949V l0:

(2.14’) HPrue = 427. 1072u2v —-

O,949.1O-,2 -—iV--.

(2.18’)

(N.d.A.)

(******) Esprimendo la coppia in kgm, la pressione media effettiva in kg/cm2 e la cilindrata in litri, si ottienela formula:

(2.20’)(N.d.A.) (N.d.A.)

7-264 MACCHINE

Dall’analisi della (2.24) si ricava che, fatta eccezione per il caso in cui è r’ l,f(r,_-r’, y) è sempre maggiore dell’un tà ed è inoltre crescer&3iit’ stessa: il rendimento pertanto è invece deerescentecon’, cioè con l’entità della combustionea pressione costante; qinvecer’=1(ci-cloOttoD, detta funzione ha valore unitario,eilrendimento_ale, a parità di fluido motore edi

pertanto ilvalore massimo :(*)

(Thd)otto =

—

1 — . (2.25)

La (2.25) mostra che il rendimento del ciclo Otto

T

È infine bene sottolineare l’importanza delle (2.16)quella che condiziona_fonda

mentalmentemetrici in generale, e di quelli alternativi in particolare (v. par. 7.19.2.11); quanto alla (2,18). essa contiene tuttiifattoripialijualisibasa lo studio dei motori termici volumetrici.

7.19.2.2. Cìclo termodinamico ideale.Come si è detto alla fine del precedente paragrafo,nella (2.18) sono presenti tutti i parametri fondamentali del funzionamento dei motori termici volumetrici; per facilitarne l’analisi è però2ppptu-no considerare il rendimento limite come funzionedi quello ideale:

= (),

(2.21)\ flie

in modo da potere studiare, come viene fatto quidi seguito, prima i più semplici cicli ideali (termodinamici) e successivamente i loro rapporti con icicli limite (di lavoro).Il più generale ciclo ideale adatto a essere realizzato nei motori termici volurnetrici, è il cicloSabathè, e a esso possono essere ricondotti, siail ciclo Otto, sia quello Diesel.Con riferimento ai simboli della flg. 1—13, ilren

iment o del iclo abathè ideale può essere cosìespresso:

J’Vici Wj(j=

Q q

— R(T3’ — T3) + c,(T3’ — 7’4) — c(T2 — T1)— c(T3 — T2) + c(T3’ — T3)

—— -

Per bttenere un’espressione più significativa della(2.22) è opportuno definire, innanzitutto, qlrqpportovolumetricodicompressiqj,jj (v.par. 7.14.1.1),Ler:

T 3

i3

a)

3

b)

T3= —

T3’e t”=—,

T3

Fig. 2—1. Scomposizione in cicli elementari assimilabili

______

a cicli di Carnot: a) ciclo Otto; b) ciclo Diesel.

èparia cllo di un ciclo di Carnot_copio frale stesse temperature Te Tstreme della compressione, in quanto dipende soltanto dal lororapporto e non dalla temperatura finale di combustione T3: pertanto il ciclo Otto uòpensarsicomposto da infiniti cicli elementari, compresiitra le medesime due isocore estreme e fra dueisoentropiche adiacenti (flg. 2—la), i quali hannotutti il medesimo rendimento perché è costante

(2.23) il loro rapporto di compressione. Effettuando unaanaloh’isione su un ciclo el2ETh)

i quali sono detti rapporti di combustione rispetti- risulta_che man mano si procede verso entropievamente a voium ostante maggiori,icicli elementari di cui esso si compone

cnpa hanno ren e tutti innop jn funzione di T1 e dei parametri non rispetto al primo ciclo elementare, il quale9,ret’, si ottiene per il rendimento ideale la ha proprio rendimento pari a quello dei cicli eleformula generale: mentari Otto: pertanto il ciclo Diesel comp

vo presenta un rendimento che va diminuendovia via che gli si aggiungono altri cicli elementari,

— ± , —

= in altre parole, diminuisce all’aumentare dellai

— i

1= i — f(r, t’, y),(y—1)

(2.24)

dove con y si indica, al solito, l’esponente dellaadiabatica reversibile.

(*) Questo risultato è a rigore noto già dal par. 7.19.1.3,poiché corrisponde infatti ad affermare che ad assegnatap1 e a parità di P2’ il ciclo Otto è il ciclo di massimo rendimento. (N.d.A.)


temperatura T’3’. Per quanto riguarda il ciclo Sabathè si possono ripetere entrambe le considerazioni precedenti, ciascuna per il tratto di combustione corrispondente.nticonsiderazionisul rendimento delciclo Otto non devono però far ritenere che inpratica almeno il rendimento ideale sia maggiorejotori ad accensione comandata (o a cicloOtto) che per i motori ad accensione per compressione (o a ciclo Diesel-Sabathè). In effetti il confronto è stato fatto a parità di ,ma nella praticai motori a ciclo Diesel-Sabathè adottano fpp9rtidi compressione notevolmente_supr a quelliche riescono ad adottare i motori a ciclo Otto. Lafig. 2—2, che riporta i diagrammi dei tre rendimen

Fig. 2—2. Diagramma dei rendimenti ideali in funzionedel rapporto di compressione: ciclo Otto (perx qualsiasi):ciclo Sabathè, per r 1,5 e x’ 1,75: ciclo Diesel, per

= 2,25.

ti ideali per rapporti di compressione compresitra 5 e 24, mette in rilievo i tratti delle diversecurve relativi ai campi di valori di e che vengonorealizzati nei differenti tipi di motori.(*)Come fluido motore_per i cicli ideali è universal

(*) È opportuno notare fin d’ora che i valori pratici di

e. cui ci si riferisce usualmente, sono valori geometrici(v. par. 7.14.1.1), mentre quelli effettivi di funzionamentodei motori possono essere talvolta anche notevolmenteinferiori, tanto per la compressione quanto per l’espansione, a causa dei ritardi di chiusura e degli anticipi diapertura delle valvole o delle luci di comunìcàzione conl’esterno. (N.d.A.)

mente adot ataun’ ariaid jaguale, oltre aobbedire alla legge dei gas perfetti pv = RT,presenta un ceunjindpendentidaUatemperaturaedaHalressi(1.ì_essione; essi sono pressoché eguali aquelli dell’aria reale nelle condizioni-ambiente standard (v. par. 7.19.2.9), e valgono: c = 0,24kcal/kg K, ‘ = 1,4.

7.19.2.3. Ciclo di lavoro limite. Lecaratteristiche reali del fluido motore differisco

la variazione, con la ternpratu, dei calori massici (sia per l’aria, sia per la miscela aria-combustibile)

Fig. 2—3. Diagramma dei rendimenti di un ciclo Ottoin funzione del rapporto di compressione [1161: 1, rendimento del ciclo ad aria ideale, o rendimento ideale:2, rendimento del ciclo ad aria reale; 3, rendimento delciclo a combustibile e aria, o rendimento limite, per

1,1 4, per = 8t: 5, per 0,85 st’

della dissociazione dei prodotti di reazione: questo secondo fenomeno riguarda_però fondamentalmente i cicli Otto, raramente anche quelli Sabathè, mentre non interessa praticamente mai icicli Diesel a causa delle basse tmperaturejggpte nella combustione. Procedendo per gradi,da un ciclo ad aria ideale (v. par. 7.19.2.2)passare, prima a un ciclo ad aria reale e successivamente a ciclzaco,nbis arzam proporzioni differenti: la flg. 2—3, che riporta i diversirendimenti nel caso di cicli Otto, mostra qualepeggioramento delle prestazioni provochino lesingole caratteristiche del fluido reale.1) Cicli ad aria: variazione dei calori massici.


‘J,’-, — — —

—

0,7————

0,6——— —

0,5 — —

0,4 — — — —

0,3 — —

0,2 — —

plernentare a questo diagramma è la precedenteellqualesono riportati direttamentegli ?7 in funzione del rapporto di compressione,ifferentidosature. In base alle diverse

considerazioni svolte si può pertanto affermareche, a differenza del rendimento ideale, il rendimento limite diminuisce al crescere della temperatura T3 anche nel caso di cicli Otto.Per concludere è necessario notare che pqgfiiciclo reale (indicato) bilejire due ciclilimite, uno puramente_teorico e uno_equivalente:

del cicloindTfoiientre il ciclo teorico ha in comune

va ori di Pa defl’ambientedTallmntazione, il ciclo e uivalente resenta invece 1eme esimep1,T1 ecompsionereale(v. figg. 2—6 e 2—7). Nel casodel ciclo limite teorico , p.e T son o anche rispettivamentepresoneetepepoJ,he è posto al P.M.I., mentre nel caso del ciclolimite equivalente, p e Ta si trovano nell’intersezione della isoentropica passante per Pi e V1reali con l’isocora corrispondente al P.M,I. E daosservare inoltre che la considerazione dei duecicli limite, teorico ed equivalente, è strettamentecollegata alla definizione (2.35) del par. 7.14.2.3relativa ai due rendimenti interni i ed , iquali infatti possono anche essere definiti così:

Fig. 2—5. Effetto dell’intempestività della combustione einiezione sul ciclo Sabathè.

e di conseguenza un aumento in entrambi i casi

La diminuzione complessiva del rendimento termico, dovuta alle caratteristiche reali del fluidomotore, è tuttavia molto forte: la fig. 2—4, cheriporta l’andamento del rapporto /ja per uncicloOtto in funzione della dosatura cx, mostracome con una miscela stechiometrica si perdacirca il 25,e ancora di più nel campo delledosature ricchepola influenza ha invece il rapjiirto di compressTliéiFietropiù importante di iTrendimento termico. Coni-

influenza dell’anticipo: a) di accensione sul ciclo Otto; b) di

7.19.2.4. Ciclo di lavoro indicato. Lecau_jerdita che distinguono il ciclo indicatoda quello limite, determinando così il valore dii, sono sostanzialmente quattro:

1) l’imperfetta combustione,2) lo scambio di calore con le pareti,

3) le fughe di fluido motore,

4) le faminazioni nel ricambio del fluido motore.

1111m

ud

1,0

0,912

-8

r

0 0,2 0,4 06 08 1O 1,2 1,4 1,6 £L

Fig. 2-4. Diagramma del rapporto tra rendimento limite e rendimento ideale, al variare della dosatura relativa,per diversi rapporti di compressione.

p3

o vo

3

2

a)

s O

b)

v

wind

Lm ,teor

4ind(2.28)

7-266 MACCHINE

L’aumento dei calori rnassici al crescere dellatemperatura, o, sotto un altro punto di vista, laq2éiidiminuonedeWeponentedella

to del rendi ento quale può riscontrarsi, sia conil calcolo (fig. 2_3),(**) sia graficamente su undiagramma (T, s), riportandovi sovrapposti i duecicli ad aria (ideale e reale). Non èp iùposJlpirnerJ rendimento lirn ite con una or

quanto le diverse

ne della T1: esistono tuttavia formule empirichehèflitano il peggioramento rispetto al rendimento del ciclo ideale con un’approssimazionesoddisfacente in relazione alla semplicità così conseguita.2) Cicliacombustibileearia: dissociazione. Ancora più complesso sì presenta il calcolo del ciclodi lavoro e del suo rendimento allorché si prendein considerazione la presenza del combustibile,non tanto perché questo fa variare le caratteristiche del fluido mtore, quanto piuttosto perché la

a un equilibrio frantiprodottidellareazionejlualeèfun

zione della ternperatura.(***) Se non si disponedi combustione, occorre

allora conoscere in funzione della temperatura lecostanti di equilibrio delle reazioni di ossidazionedel carbonio e dell’idrogeno: i calcoli tuttaviadevono necessariamente essere effettuati per tentativi, perché gli equilibri delle reazioni dipendono dalle temperature che essi stessi contribuiscono a determinare. Molto complesso è pure il calcolo dell’evoluzione del fluido durante la corsadi espansione, in quanto alla diminuzione ditemtir accompagna una ?iassoci azione con

formazione_di H.,O e di CO2. Poiché alla temperatura finale T4la riassociazione è ormai praticamente completa, àhche nel ciclo limite tutta lagia chimica si trasforma ancora in eriergiatermica; tuttavia, come è anche possibile verificare direttamente sul diagramma (T, s), si haeptpa_p Jtad i lavoro (e di ren imen

ptQettjrasfprmazioneavvieneaternperature inferiori rispetto alle corripondenti_delcicloesentedadissociazione. (* * * *) Volendo effettuare il calcolo della dissociazione imodo rapi

do e semplice, anche se approssimato, si può[4ljifcalore da sottrarre al potere calp

rificoH4,nell’equazione di combustione a seguitodeladissociazione,conlaformula(in kcJ/g):

= l,3.l0—(l- ‘) (I’3-- 1850)2,

(2.26)

la quale è valida per dosaturepovereostechiometernpéature finaiL di combustione su

ppria1850K, e nella quale si fndicato conprtotr la massa di gas residui del cicloprecedente M5 e la massa di combustibile Mb.sempre con riferimento, in pratica, al solo cicloOtto, non in tuttiicicli lirnfte risulta però comp) l’ossidazione del coibustibile in quanto,dovendo essi adottare la medesima dosatura delcorrispondente ciclo indicato, in quest’ultimosi ha un eccesso di combustibile, la combustionerarà necessariamente incompleta pure in essi.Anche in questo caso si può tuttavia sostituire alcalcolo esatto, ma inevitabilmente molto complesso, una valutazione del rendimento, globalee approsimabasatasull’potesisernpllficativallpi svol a esattarnente come se del cojle_reagisse (e producesse lavoro) esclusivaqenteailazione che trova l’ossigenonecsgrio alla combustione: detto allora 1?ljm,st11 rendimento del ciclo limite rcorso da aria ecombustibile in proporzioni stechiometriche (ilFicolsnplificatoè g stt indicato piùsopra) ne risulta pertanto la relazione:

cx?)lim = ?lllm,st.

‘xst(2.27)(*****)

3) Cicli a combustibile e aria: variazione dellacostante di elasticità. E da osservare ancora che,mentre i due fenomeni principali considerati— variazione dei calori massici e dissociazione —

contribuiscono entrambi a determinare un fortepeggioramento_del ciclo limite rispetto al cicloidealeffetto. benefico, anche se modesto,viene invece esercitato dal fatto che per gli usuali

elasticità dei gas comil

che comporta, a parità di temperatura finale dicombustione, una maggiore pressione p3 nel cicloOtto e un maggiore volume V3 in quello Diesel,

(*) I due calori massici c e c,, crescono con la temperatura in modo tale che la loro differenza R rimane praticamente costante; il loro rapporto y c,/c = i +

i- R/c,, risulta pertanto decrescere. (N.d.A.)(‘) Un’indicazione puramente qualitativa è fornita giàdalle (2.24) e (2.25), non più valide esattamente, le qualimostrano che il rendimento ideale diminuisce al diminuire dì y. (N.d.A,)(***) I due equilibri più importanti si riferiscono alle reazioni di ossidazione dell’ossido di carbonio CO in CO2e dell’idrogeno in 1-120 (v. par. 7.19.3.1): i loro effetticominciano a divenire sensibili al di sopra di 1850 K.(N.d.A.)(****) Ragionando sul diagramma(T, s)in termini di scomposizione in cicli elementari, poiché il calore di riassocia

zi.yjlunpto durante l’espansione, è introdotto ioEleli aventi tuttTrapporti di compressione minori diqueliojiiFiEEEVTàvigpjpicco1i, esso viene trasformatoin lavoro con un rendimento necessariamente inferiore aquello che avrebbe il ciclo privo di dissociazione. (N.d.A.)(*****) Nella realtà il rendimento sarà diverso, fra l’altro,in qùanto l’eccesso di combustibile determina uno spostamento degli equilibri a favore di una maggiore produzione di energia termica. (N,d.A.)(******) Questa differenza delle costanti di elasticità deriva dal fatto che le moli dei gas combusti sono in numeromaggiore di quelle dei reagenti; da questo stesso fenomeno deriva anche un potere calorifico a volume costante maggiore di quello a pressione costante. (N.d.A.)

7-268 MACCHINE

1) La combustione è imperfetta per due motivi,perché è iniempestiva e perché è incompleta. Lapma causa è céàai fatto che la reazionerichiede un certo tempo per svolgersi, per cui la“introduzione di calore” non avviene tutta nelpunto voluto, ma si prolunga oltre: per contrastare gli effetti negativi siricorre, a seconda deltipo di motore, rispettivamente_all’anticipo di accensione o all’anticipo d’iniezione; il danno n6hpuò essere tuttavia annullato, ma può essere riqppqriJnamente a valori molto inferiori(fig. 2—5). Nel caso dei motori ad accensione co

oltre che all’anticipo di accensione, la

tura cx.jjcppletezzadella combustione è conseguenza del fatto che, datiibrevi tempia disposizione,fzione non riesce a raggiugerlahbriprevisti dalla termochimicdirante I’ espans io-ne se ne verifica in genere il congelamento senzaalcuna riassociazione. La dosatura cx ha una_moiaslaompletezzadeiiacombustione in quanto dell’eventuale difetto di ossidante si tiene già conto nel ciclo limite (v. par.7.19.2.3). Un’influenza negativa è invece esercitata dall’ inevitabile disuniformità della distribuzione del combustibile nell’interno della cameradi_coniJone in quanto può determinare un aumento locale nell ‘incompletezza della reazione.L’entità di questa perdita raggiunge in generepochi percento, ma il problema è molto gravesotto il punto di vista dell’inquinamento atmosferico (v. par. 7.19.3.8).p)sivarnente, per intempestività eincompletezza della combustione, in condizioni•rette di funzionamento, j_piò perdere da_un5 a un lO%: la perdita preseif nrniniio àigi_j.tazione intermedi; sale peve1ocità,sia maggiori, a causa della riduzione del ternpoadippsizionsiaminori, pèdffèdi turbolenzaeconseguente aumento di disuniformitànella distribuzione del combustibile.

2) Lo scambio di calore con le pareti si svolgepraticamente in tutte le fasi del ciclo di lavoro e

ptuna cessione complessiva (alle pareti)pari al 25 ÷3O% deH’energiaa4psizioneparicioè, grosso modo, al lavoro uil stesso. Dalppp4i vista del rendimento la perdita è peròmolto minore, la terza parte all’incirca, in quantosoltanto il calore ceduto durante la combustioneal P.M.S. incide direttamente, in modo quasiesattamente proporzionale, sul lavoro indicato esul rendimento interno; (*) il calore ceduto durante l’espansione ha invece un_peso minore via

bhe1l

calore scambiato al momento dello scarico nonprovoca più alcun danno, e quello ceduto durantel’espulsione giova addirittura, in quanto diminuisce la pressione che lo stantuffo deve esercitare sui gas residui; il calore ricevuto dal fluidodurante l’alimentazione del motore, sostanzialmente determina solo un minore coefficente_cjijimento (v. par. 7.19.2.7), mentre quelloscambiato durante la compressione non modificapraticamente il lavoro di compressione, ma determina tuttavia indirettamente un minore lavorodi espansione.(**)Lo scambio termico è influenzato dal proporzioìmento del motore, in particolare Lp:tocorsa/alesaggio (c/d) e dalla forma della cameradTEbiTne. Convengono le forme più raccolte, che a pari volume presentano la minoresuperficie di scambio: poiché però lo scambiotermico avviene durante tutto il ciclo di lavoro(quindi con lo stantuffo in tutte le posizioni comprese tra il P.M.S. e il P.M.L), un calcolo esattodel rapporto c/d che renda minima detta cessionedi calore si presenta molto complesso e ha inoltrescarsa utilità pratica a causa dei numerosi altrifattori che influenzano anch’essi la scelta del rapporto c/d.Poiché lo scambio termico è sensibilmente in

della combustione,qntquest_4etermina più elevate temperature dei gas nella fase di espansione, esso viene aessere_funzione1_sia dell’anticipo di accensione,sia della dosatura del combustibile. Anche leanomalie di combustione (v. par. 7.19.3.2) influenzano negativamente lo scambio termico conle pareti.La_cessione di calore è inoltre sensibilmente inuenzata dalla frequenza dei cicli, per uno stessomotore, o, per motori simili, dalla velocità mediadello stantuffo u. Limitando 1’ dlore scambiato per conduzione e a uno stessomotore, si può dire infatti che al crescere ddllavelocità di rotazione la massa di fluido elaboratadal motore aumenta (circa) proporzionaLmente,mentrjquantità di calore che leècomplessivamente sottratta_cresce con uza dvejjacfrca a O,75pertantoalPaumentaredel regime di rotazion, il rendimento interno iestsetto migliora.Complessivamente, per diversi motori e per diverse velocità di funzionamento la perdita perscambio termico con le pareti può oscillare traun 5 e un l5%.

3) Anche le perdite per fug_Jminuisconoal

se questo è in buone condizioni esse sono tuttaviapiccole e non raggjpgono che pochi percento.

(*) È possibile verificare questa affermazione, come purequelle che seguono, esaminando singolarmente questeperdite sul ciclo limite riportato in coordinate (T. s).(N.d.A.)

(**) Infatti, decrescendo la temperatura finale di compressione 7’, diminuisce anche quella finale di combustione T,. la quale rappresenta anche la temperatura iniziale della fase di espansione. (N.d.A.)

MOTORI ALTERNATIVI A CÒMBUSTIONE INTERNA

=

Mm

7-269

1P

P141 ompa

Fig. 2—7. Perdite di lavoro indicato, nel caso di motore a 2 tempi, dovute: a) all’anticipo di apertura della luce discarico e al ritardo di chiusura di quella di carica; b) al lavoro della pompa di lavaggio.

(*) Infatti, tenendo presente che nel caso di motore Ottoa 2 tempi è Mr = Mm, dalla (2.2) si ricava:

wu wuMh = Mmhp

p3’

2

PMS

Vanno distinte le fughe, poco gravi, in cui si dio del motore può essere pOrtunQ tenere di-perde soltanto aria, da quelle riguardanti la mi- stinte queste perdite caratterizzandole mediantescela aria-combustibile, particolarmente dannose un apposito rendimento, denominato rendimentonell’intorno del P.M.S. Diverso peso hanno inoi- di lavaggio:tre le fughe a seconda che si verifichino in corrispondenza delle tenute dello stantuffo o delle luci (2.29)

rapporto tra la massa rimasta nell’interno del

rna4allaoppadi_lavggio fm). In_questo caso l’espressione (2.1si modifica come segue

(71u)2T ThimrlÒiTh,ìuìo, (2.30)(*)

assume allora valori_confrontabili conqi del otore a4 tempi, mentre le maggioriperdite dovute al lavaggjp, comprese normalmente tra un 20 e un 40% (v. par. 7.19.2.8), sonotenute in conto dal rendimento di lavaggio.4) A causa dei fenomeni dissipativi che si svol

P141 V gono. nei condotti e nelle luci di comunicazionedel cilindro con l’esterno, la sostituzione dei gascombusti con la carica fresca richiede nel ciR

Jternpi, all’anticipo di apeitura f1evoro, che fl cicld1imscarico e al ciclo di espulsione-aspirazione: p1, pressione e privo di perdite) e invece nullo.di inizio compressione p, eq pressione ambiente del ci L incidenza_ditale lavoro passivo va pertantodo limite equivalente, attribuita anch’essa,_in linea teorica, ii iéndimen

to , tanto nei motoria 4 tempi, in cui la perditansiste essenzialmente nell’area negativa del ci-

di alimentazione o di scarico Unpostoaparte clo d7ompaggzo (fi 2—6)g einiòti aoccupano le fughe che si verificano nel lavaggio 2tempi, indrditaècostituiripaldei motoria2temph se il lavaggio viene effettua- hte dal lavoro richiesto dalla pompa di lavag

s e effettuato gio perì3ifeaacarica la sovrappressione ne-invece con la stessa miscela combustibile (rpptore cessaria al lavaggio stesso (fig. 2—7).

nello stu- Sul piano pratico Pinci denza di tale lavoro pas

p

PC

°PMS P141 v °PMs

a) b)

lV kV W1j M= —

______

=77o170i1711m9]ivW 1im AIh M1(2.31)

(N.d.A.)

7-270MACCHINE

sivo viene invece attribuita al rendimento per

iiveTordIiFdIragioni :siaperchénell’usua

le rilevamento speriTiiifàle del lavoro W (v.

parr. 7.14.1.4 e 7.19.2.6), dacupene,vie

ne misuratainevitabilmenteancheapr4itsuoi valori dalla ve

locit di ro aone del motore e dafla pressione

dell’ambiente_esternoèdel tutto analoggqie11a

di altre perdite che depnoin ogni caso essere

attribuite a W. Pertanto per l’analisi e la valu

ionedJè1avoro passivo si rinvia al par.

7. 19.2.6.

7.19.2.5. Ciclo di lavoro convenzionale. jl calcolo delle prestaoni di un mo

tore volumetrico e per il tracciamento teorico del

su o cido in d icato onèpraticame ie

tenere conto esattamentep9pLnt2,ditutti i fenomeni che intervengono a determinare

il funzionamento reale del motore. Si introduce

allora la nozione di ciclo convenzionale, che èun

Jlalyjener conto if più esattamente

possibile, ma in modo ancora sufficientemente

semplice, di tutte le cause di perdita: si tratta però

valutazione la quale devetendere, più che a fare

seguire fedelmente l’andamento della pressione

dei gas, a ottenere alla fine la stessa diminuzione

di lavoro indicato. Così, per esempio, i punti 1,

ppnza dei nti orti e le varie asi on vi

si raccordano fra lorq così le linee di cornpres

jJorpspqnenteè_scelto, in base agenti dall’esperienza, in modo tale da conservare

sostanzialmente invariata la p11. Nei limiti di

questa approssimazione il cTdella tempera

tura finale di combustione viene effettuato valu

tando la dissociazione con formule del tipo della

(2.26).Vantaggi notevoli di precisione e di rapidità di

calcolo, particolarmente nelle fasi più complesse

del ciclo, si conseguono utilizzando i diagrammi

termodinamici che esistono già costruiti per i

combustibili e le dosature più usuali. Particolar

mente utili sono gli abachi nella costruzione dei

cicli Otto, in quanto la dissociazione vi determina

forti complicazioni di calcolo: esistono diagram

mi per carburanti quali l’ottano (C8H18) e l’ot

tene (C8H16), e per dosature sia ricche, sia pove

re, nell’intorno di quella stechiometrica. I più

recenti diagrammi sono costruiti, ove possibile,

per idrocarburi generici del tipo CH,11, in modo

che siano utilizzabili anche per i cicli Diesel

Sabathè.All’aspetto esterno il ciclo convenzionale si pre

sentaqualitatìvamente simile al ciclo limite, ma

il suo lavoro è pari a quello W dei ciclo

indicato a meno di un coefficiente di riduzione

dipendente dal tipo di motore, ma prossimo in

ogni caso all’unità (0,95 ÷ 1).

7.1 9.2.6. Lavoro utile. Il lavoro perduto

priti meccanici e quel’o necessario per ilcomando_degli accessori riducono il lavoro indicato

secondo un fattore denominato rendimento orga

ganico iy. In base alla definizione (2.33) del par.

7.14.2.3 esso può assumere le diverse espressioni:

—

______

— —v —

,0— , —

—

— Pnii — Pv= 1 — —-—--

Pmt PmI

(2.32)

dove con Pv si è indicata la pressione media d’at

ito,laq1eèdeflta analogamente alla pme

e alla p, come il rapporto tra il lavoro passivo

(al ciclo) Jcilindrata V:-------

-—

Pi’ = 4-. (2.33)

osprdJte contribuiscono al lavoro pas

sivo W, e quindi alla pressione media Pv; rag

gruppandole a seco &hìloipenenza dai

parametri di funzionamento del motore [41 J, esse

si riducono sostanzialmente ai soli quattro ter

mini:1) lavori diattrito conseguenti ai carichi delle

ionideigas

2) lavpLdi attrito conseguenti alle forze d’iner

3) lavori di atjp generici e lavori di comando

de&iaccessori(,

4) lavori di sostituzione del fluido motore

(t).(**)1)11 primo_termine, che comprende ilavori

deL manovel

lismo (stantuffo-cilindro o pattino-guida, spinot

to o perni della testa a croce, ppo di biell

perni di banco) che siano dovuti alle pressipni

dei quali ha una forma del tipo:

[fPZ_g(o)dx=

= CPmax E g(O) d( — VprnaxK,4 .J Pmax C / (2.34)

4pyLinalcoefficiented’attritoneWaccop-

(*) Poiché le forze d’inerzia e quelle dei gas possono

caricare gli organi del manovellismo in senso opposto,

il lavoro d’attrito complessivo è minore della somma dei

lavori d’attrito singoli: l’espressione, cui si perviene con

il procedimento qui seguito, ha pertanto un valore es

senzialmente indicativo: la sua approssimazione dipende

in ogni caso da un’opportuna scelta delle diverse costanti

di proporzionalità. (N.d.A.)(**) Questa perdita, che in teoria rientrerebbe nell’j

(v. par. 7.19.2.4), viene in pratica misurata insieme alle

altre perdite proprie del rendimento organico allorché

per il suo rilevamento si fa trascinare a vuoto il motore

alternativo (donde il nome di pressione di marcia a vuoto


piamento, d ecsono l’alesaggioela corsa, dx[ostamento infinitesimo frgjr ani delVopnto, è una funzione ricadell’angolo di rotazione 11 mano ella.

anch’esso, analogamente:

K’pmaxV, (2.35)

in cui la costante di proporzionalità K’ dipendeorma del cido in articolare dallaj

nenza della Pmx),4L0efflciente medio d’attritoe dal rapporto Àtra il raggio di manovella e lagzzadellabiella.2) Per ottenere l’espressione del secondo terminee sufficiente sostituire nefla (2 34) aL caripj- Ile forze d’inerzia, alterna (—rnaau) o centrifug(a); poiché le accelerazioni alterna e centrifuga hanno rispettivarniejpessioni.

wr(cos O + 2 cos 20 + ...) w2r g’(O)

a=w’r,

hjlloo prodOtto_per la corsa c=2rèproporzionale_al quadratpdellavéloità mdiadello stantuffo u, in quanto:

CCL)ti = 2cn =

risulta corrispondentemente per W’ I ‘espressio

=Kma,cu2, (2.39)(*)

guide K” è anch’esso funzione del coefficiente medio d’attrito, del rapporto 2 e del numero di corse (o tempi) che vengono effettuatea ogni ciclo.3) Del terzo termine, che comprende_oltre al lavoro di comando dgli accessori, quello_necesJpa distribuzione eello_d’attrito dovuto

menti si può afferm are s ol tanto che cresceal crescere delle dimensioni del motor_ponen

___

tà addi rittura pppprzkmalealla cilindrata si ha:

(2.40)4) Nel caso di motoria4tepi si può affermareche, sia la sovrappressione all’espulsione siala_depressione_all’aspirazion&7iasono pro5

dove la pressione p va presa nelle condizioni amonte dei condotti che il fluido percorre, e dovela costante di proporzionalità K” dipende, siadalle caratteristiche costruttive dell’apparato della distribuzione, sia da quelle di funzionamento.Per

(2.36) lprazione, essa è inoltre funzione del gdodiapertura della farfalla. cioè dell’entità del carico(2.37) del motore.Anche nel caso di motore a 2 tempi si può assiiT il ciclo di lavorc della pompa di lavaggio(flg. 2—7b) a un rettangolo di base Vpompa J/ edi altezza proporzionale alla somma delle cadute

(2.38) di pressione che il fluido motore subisce nell’attraversamento di tutte le diverse luci successive.L’espressione del lavoro speso coincide pertantocon la (2.41) anche se il valore di K” è in questocaso più elevatoacausadellérnagiportatedifluido e del maggi or numero di trafilamenti daesso_subiti.In base alla definizione (2.33), la pressione mediad’attrito assume pertanto l’espressione:

Pv = K’pmax ± K” u2 ± K” + K””pu’,

___

(2.42) (* *)

e il rendimento organico_risulta quindi:

K’pmax + K’ ‘ì7iat(2 / V + K” + K’ “JU2= i —

___________________________________

Dalla (2.42) risulta che la pres media d’attrito cresce al crescere della veloc ità di rotazionin quanto si modificano contemporaneamente siail secondo, sia il quarto termine,(***) mentre risente men o d efl’ aumento della er eso

dato talvolta alla Pv). (N.d.A.)(*) Le masse che compaiono nella (2.39) sono però ingenere solamente quelle alterne, in quanto sono appuntole forze alterne che danno a W’ il contributo nettamentemaggiore, e questo anche perché sono le uniche a caricarel’accoppiamento più oneroso, cioè quello stantuffo-cilindro (o pattino-guida). In ogni caso masse centrifughe emasse alterne sono in qualche modo legate fra loro.(N.d.A.)(**) Il quarto termine, dovuto al lavoro del ciclo di pompaggio, è proporzionale, come il primo termine, alla pressione di alimentazione del motore, e, come il secondo,al quadrato della velocità media dello stantuffo. Come

si è detto nel par. 7.19.2.4, la sua presenza non modificapertanto l’andamento della Pv’ nè quello dell’ij0. (N.d.A.)(***) Per un calcolo puramente indicativo dei valori chepuò assumere la Pv’ esprimendo le pressioni in kg!cm2,la cilindrata in litri, la massa alterna in kg e la velocitàmedia dello stantuffo in m/s, si possono assegnare allecostanti di proporzionalità i seguenti valori medi [il:

= 4. l0; K” 2. l0— (motori a 4 tempi) e K” =

= l l0 (motori a 2 tempi); K” = 0,3 ÷ 0,5 (kg0/cm2);K’” 2. l0 (motori a 4 tempi a pieno carico) e =

3. l0 (motori a 2 tempi). Risulta pertanto che intutto il campo di funzionamento P può variare all’incirca da poco meno di i a oltre 2,5 kg!cm2.(N.d.A.)

della massa volumica del flujq_notore_piinelle

luci. Ragionando sui valori medi entro gli stessilimiti di approssimazione (fluido incomprimibile)sipuòsostitufreaflavelocitàmediadelfiuidolavelocità media dello_stantuffo u; tenendo presente che il ciclo di espulsione-aspirazione (flg. 2—6)è stato con ciò assimilato a un rettangolo di baseV e di altezza pari a Ap8 + enella costante di proporzionalità le temperaturedel fluido, risulta:

= K”pu’V, (2.41)

Prni(2.43)

7-272 MACCHINE

relativo del primo termine è modesto. (‘i’)

Quanto al rendimento organico, che ha comportamento dTTipo o alla pi,, esso decresceall’aumentare del regime di funzionamento delmotore con legge pressoché parabolica (fig.2—8a),

tio

i

o

a)

n,u

sione interna sia inferiore a quella dell’ambientedi alimentazione, e la massa che riesce a entrarene risulti pertanto ulteriormente diminuita: percontrastare questo effetto si provvede a ritardarela chiusura_U?ya1vola dì aspirazione, sia per

Fig. 2—8. Diagrammi del rendimento organico: a) in funzione della velocità di rotazione, per due diverse pj; b) in

funzione della p, per due diverse velocità di rotazione.

mentre all’aumentare della p,1 cresce con leggediapettojerbolico(g): come mostra la—9 la quale riassume queste due principaliinfluenze ,ne §sagio da assi ad alti regùp incondizioni di pieno carico il rendimento organicovaria normalmente tra 0,9 e 0,7.

7.19.2.7. Coefficiente di riempimento(motori a 4 tempi). I principali fenomeniche influenzano il riempimento dei motori a 4tempi sono:1) le larninazioni allo scarico, le quali fanno sìche alla fine della corsa di espulsione la pressionedei gas residui nello spazio morto sia superiore aquella dell’ambiente esterno, di modo che nellaprima parte della successiva corsa di aspirazione,anziché l’ingresso della carica fresca, si verifical’espansione dei gas residui stessi;

2) la cessione di calore daparte delle pareti delcilindro e dei condotti di alimentazionla quale,producendo il riscaldamento del fluido entrantecon aumento del suo volume massico, ne permette l’ingresso a una quantità minore;

3) le laminazioni all’aspirazio, le quali fanno sìche durante tutta la corsa di aspirazione la pres

pttere di sfruttare la depressione interna dopo il P.M.I., in modo da far entrare un’ulterioremassa di fftiid sier mantenere il piu a lungo

leduraMeacsautile lam1uedipassaggio, così da contrastare le laminazionistesse. All’atto della chiusura definitiva la pressjiternfip avere raggiunto la pressioneesterna (o averla anche superata, sfruttand6 Tfénomeni dinamici della corrente entrante), ma,poiché nel frattempo il volume del cilindro si èridotto rispetto al P.M.I., la massa entrata saràin genere inferiore a quella teorica;

4) il rifiuto, cioè il riflusso verso l’esterno di partedel1aassa entrata, a causa del ritardo costantedi chiusura della valvola di alimentazione, inquanto a certi regimi di funzionamento detto ritardo risulta eccessivo;

5) le pulsazioni di pressione nella corrente entrante, originate d1lhon stazionarietà del moto dellantuffodeg1i organi della distribuzione,piiTàf[5iFi eventualmente esaltate dalla periodicità del moto.

Se si prescinde, sia dalle fughe allo scarico, sia dalriflusso all’aspirazione, sia infine dai fenomenidinamici pulsanti, èfacileesprimere(**) ilcoeffi

(*) Per i motori ad accensione comandata, per i qualila regolazione viene effettuata mediante laminazione all’aspirazione, al crescere del carico esiste addirittura uncompenso tra l’aumento del primo addendo della Pu e ladiminuzione della costante K” dell’ultimo. (N.d.A.)

(**) Sì tratta di scrivere per la trasformazione in esameun bilancio di massa e uno di energia tenendo contodella legge di evoluzione del fluido e dell’equazione distato. (N.d.A.)

i’o

1

n


-— pi_p9

Jp

— Pe/Pi — 1

y(9—l)

ciente di riempimento in funzione di soli quattroT’dei

s{dui nello spazio morto, la pressione delunto finale dell’aspirazione einiziale della corn-.pOPL efltermoTdovutoalloscambio di calore con iepareti [41], oppure, injrnativa, p’, p, /T e il lavoro di aspirazioneeffettuato sul fluido dallo stantuffo [110]. Ora, seè vero che dette formuLe, una volta note per altravia queste quattro grandezze incognite, permettono, sia di calcolare i valori effettivi di 2,(*)sia di valutare il peso singolo delle diverse causedi perdita,(**) è pur vero che pji loro complessità esse nonppo bene afornire indicazionidi ordine_generale sul rim imentp del motore.?ertanoè allora pjù opportuno affrontare il projergradi,considerando stazionario il motodel fluido ciI.Le trascurando dapprimaanchgffetti tjlosticipjchiusura della valvola di aspirazionLostrozzarnenIle luci può essere allora espressJpotizzandouna larninazione6tante in tutta la corsa dfltuffo, tanto per l’espulsione, quanto per laispirazione, cosicché il ciclo dipompaggio assume la forma di un rettangolo, limitato, superiri da una Pe > p, e inferiormente da unap <p (fig. 2—10). Effettuando i calcoli si trovache il coefficiente di riempimento è espresso alloradalla formula:

=

--— [ (2.44)(***)

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Fig. 2—9, Diagramma del rendimento organico di unmotore automobilistico, ad accensione comandata, infunzione della potenza utile (adimensionalizzata) per diverse velocità di rotazione: condizioni di utilizzazione a regime su strada.

p

3

2

4

(*) In realtà, dal punto di vista sperimentale, è più semplice misurare direttamente il coefficiente di riempimentoanziché le quattro grandezze incognite che compaiononella sua formula. Infatti detta espressione di À,, unitamente ai suoi valori sperimentali e ai corrispondenti diagrammi del ciclo indicato di pompaggio, è invece usatapiuttosto per determinare, nelle diverse condizioni e perdifferenti motori, l’entità dei salti termici T, il cui rilievosperimentale presenta altrimenti notevoli difficoltà. (N.d.A.)(**) E possibile valutare quantitativamente l’influenza diogni singola causa di perdita annullando di volta in voltatutte le altre: da questo esame risulta che il peggioramento più forte è dovuto allo strozzamento all’aspirazione,mentre l’effetto più modesto è da attribuirsi alla laminazione allo scarico. Questo fatto spiega perché nel progetto di un motore si preveda per l’alimentazione una sezione di passaggio maggiore di quella di scarico (valvolepiù grandi o più numerose). (N.d.A.)(***) E bene precisare che sia in questa formula, sia nella(2.47), indica il rapporto di compressione del motoree non la massa volumica dell’aria (N.d.A.)(****) Si è indicato con 1(, K2, Ke H le costanti di proporzionalità, con w la velocità massima raggiunta dal fluidonella sezione ristretta della luce di passaggio (velocitàche si è supposto annullarsi poi entro il cilindro — ofuori di esso, per lo scarico — senza alcun recupero dipressione), con la massa volumica del fluido entro ilcilindro, con una massa volumica media del fluido nellasua evoluzione, così definita:

p

5

—-l6

O fZMS PMI V

Fig. 2—IO. Andamento della pressione durante le fasi diespulsione e di aspirazione in base al modello adottatoper il calcolo di ,.

Approssimando il legame fra la frequenza deigiri dell’àlbero motore e le cadute di _pressionenel modo seguente:

(2.45)

(2.45

(2.46) p — p K1w2 Kn2p,

(N.d.A.) Pe —P Hnp,

7-274 MACCHINE

risulta per il coefficiente di riempimento l’espressione:

1 (1 ±Kn2)(1 ±Hn2)— i1—

± Kn2 — 1) i(2.47)

Fig. 2—il. Influenza sul coefficiente di riempimento 2.,,,in funzione della velocità di rotazione: daparte delle laminazioni all’espulsione e all’aspirazione(modello della fìg. 2—10); da parte delle laminazioni e del rifiuto (andamento qualitativo);da parte delle laminazioni, del rifiuto, e degli scambi termici con le pareti (andamento qualitati’vo).

il cui andamento, per H = K, è riportato nellafìg.2-l1 per diversi rapporti di compres(linee continue sottili).Le curve così ottenute rappresentano bene qualitativamenteil comportamento del motorea4tempi alle medie e alte velocità di rotazione e,anche, oltre il campo di pratico impiego: in particolare, come nelle curve della flg. 2--li, il coefficiente di riempimento nella realtà presenta unflesso a elevati regimi di rotazione, sovente allimite estremo del campo di funzionamento;(*)

di contro, queste curve non rappresentano invecebene l’andamento del coefficiente di riempimento

llyelocità di rotazione inferiori, inquanto le laminazioni sono allora trascurabili,mentre altri fenomeni vi diventano al contrario

sensibili,inparticolareilrifiutq, che è una funzione di tipo inverso della velocità di rotazione.Esso infatti aumenta al diminuire della velocitàa partire da un regime di funzionamnto che ingenere è relativamente basso,(**) Thcontodio fenomeno le curve di si modificanonel modo indicato dalla curva segpataatrattinella flg. 2—j venendo così a presentare unacondizione di massimo. Se si tiene poi contoanche della cessione di calore dpartedellepareti, le curve si abbassano ulteriormente, mimang aicora simili alle precedenti (linea spes

termici è anch’esso una funzione inversa dellalocità angolare (non si annulla però esattamente mai, ma tende a zero per n —÷ oo).

Si è così individuato l’andamento del coefficientedi riempimento in funzione della velocità di rotazione per un dato motore. Volendo ora estenderei risultati a motori geornetricamente simili, leconclusioni precedenti conservano la loro validitàa patto_disostituireaQjj_elpstantuffou. Infatti, corrispondentemente alla(2.45) sussiste la relazione:

p — p.

e, analogamente alla (2.45’), si ha:

Pe —pHH4u-p;

(2.48)

(2.48’)

così, come per n, anche la dipendenza da u, delrifiuto e degli scambi di calore con le pareti, ènuovamente di tipo inverso.La considerazione di motori geometricamente simili è però sostanzialmente di limitato intèressepratico, perché in genere i motori differisconotutti fra loro in più di una caratteristica costruttiva: per quanto riguarda il fenomeno del riempimento, esso è infatti funzione di innumerevolicaratteristiche costruttive del motore, quali, peresempio, l’area e la forma della sezione dei condotti, la rugosità della loro superficie interna, laloro lunghezza e la loro inclinazione rispetto all’asse del cilindro, la presenza in essi di strozzature, ostacoli e gomiti, la legge di alzata dellevalvole e la loro fasatura rispetto all’albero motore, la conformazione_della valvola el2iprtura del cono di battuta ecc. Esso

inoltre, funzione di molti parametri difunzionamento, quali, principalmente,Je condizionLdi

(*) Nel modello adottato, a un regime di rotazione sufficientemente elevato, il coefficiente di riempimento si annulla e più oltre diviene addirittura negativo: il fatto staa indicare che il motore preleva il fluido dall’ambiente di

() scarico e io manda nell’ambiente di alimentazione (inqueste condizioni è P2 = p3 e p4 = Pi = p <p, e il ciclodi pompaggio già in precedenza ha cessato di essere semplicemente rettangolare). Non è da escludere che questofenomeno possa avvenire anche nei motori reali se li sifacesse trascinare (in quanto non danno più potenza,bensì l’assorbono) a velocità di rotazione molto elevate,

tanto elevate da non essere meccanicamente sopporta-bili dagli organi di un normale motore. (N.d.A.)(**) Il rifiuto si annulla a quel regime al quale la velocitàd’ingresso del fluido si inverte in corrispondenza dellaluce di passaggio proprio nel momento in cui la valvolaha ormai terminato la sua chiusura. Poiché nel fenomenointerviene l’inerzia della colonna di fluido in moto neicondotti, detto regìme dipende, oltre che, naturalmente,dal posticipo di chiusura della valvola di aspirazione, dalla lunghezza stessa dei condotti, ed è tanto più bassoquanto più essi sono lunghi. (N.d.A.)

n

MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA ‘.7-)I 4.

(*) Nel casd di testa a forma piana, il limite massimoteorico del rapporto .4/A è pari a 0,25 nel caso di duevalvole eguali, e a 0,344 con quattro valvole eguali; questilimiti teorici aumentano quando la testa è emisfericao è sagomata a tetto: in ogni caso i limiti pratici sonoperò sempre inferiori almeno del 50%. (N.d.A.)(**) Al fine di contenere i valori delle cadute di pressione è opportuno che la velocità del fluido nella luce dipassaggio non superi quella massima raggiunta nei condotti. Ammettendo in prima approssimazione che il lorodiametro eguagli quello della valvola d, nell’ipotesi diincomprimibilità del fluido deve essere:

:ridh sin flwjnax,

dove si è indicato con /3 l’angolo di semiapertura delcono di appoggio della valvola sulla sua sede (v. par.7.19.1.6). Risulta pertanto che non dovrebbe però essereutile adottare alzate massime superiori a d,J(4 sin 3). Sperimentalmente si trova infatti che già per h,nax = d?J4 ilguadagno sul riempimento al crescere dell’alzata diventainsensibile. (N.d.A.)(***) Un’importante indicazione è quella che si ottiene os

servando che le curve del coefficiente di riempimento infunzione di Z presentano l’inizio della loro rapida diminuzione per un valore di Z stesso pari a circa 0,5 [110].(N.d.A.)(****) Nei limiti di approssimazione dell’ipotesi di incompressibilità del fluido di alimentazione, devono risultareeguali la portata in volume di fluido attraverso la luceristretta della valvola e quella contemporaneamente generata nel suo moto dallo stantuffo; è pertanto:

-rdh sin/3 w n --- u (2.52)

Volendo mantenere costante nel tempo la caduta di pres(2.49) sione nella valvola di alimentazione ‘Pa J?j,

nécessario che non vari la velocità w a cui Pa è legatoin base alla (2.45); pertanto affinché sia costante

Fd d 1 u ti

L4 - -J -- , -‘

deve risultare:

h —

(2.53)

(2.54)

alimentazione (in particolare la temperatura), lairailcalore di evaporazione e il potere calorifico del_combusle, latenieratura dellasuperficie dei condotti, delle valvole e del cilindro, la velocità di rotazione dell’albero motore ela velocità media dello stantuffo, ecc. L’analisidimensionale fornisce il numero dei parametriadimensioflati influenti costruiti mediante le diverse caratteristiche di progetto e di funzionamento: essa mostra che nel fenomeno del riempirnento intervin fra l’altro jpptotfal’area della sezione dei condotti A e l’area della

TFJalzata massima della valvola hmax e il dia-’ill’otrato.(**) Questi due parame,unitarnente ad altri fra cui la mediadello stantuffo u, possono però essere contenutientrambi in un umcm ortante parametro cheè l’indice di Mach Z del flusso di alimentazione[117), denorhinato anch lp factor, il quale èdefinito come:

fd\2 Lt(2.50)\dJ rnC$

dove c8 indica la_velocità del suono nelle condioni di alimentazione e q, il valore medio nel

particolare coefficiente di effiussodella_valvola, calcolato in modo da tenere contoin esso della legge delle alzate.In effetti, riportando i valori sperimentali di 2

la cui validità, anziché essere limitata a unmotore, è estesa a tuttiimotori che differisconofra loro, sia nel rapporto d/d, sia nellajggj

fasatura): i diversiiori devono essere per il resto costruttivamentesimili fra loro e devono funzionare in condizioni

- di similitudine motoristica.(***)

Un altro importanprametro di funzionamen, già contenuto in Z, è la temperatura di alimentazioneT, alla cui radice è proporzionale infatti c3- c V’yRT (v. par. 2.2.1.9). Al_crescejljTZ pertanto dimiuisc aumenta Inrealtà, dall’analisi dimensionale risulta che esistepiù di un parametro contenente la temperaturaTe che quindi vi è, da parte di Tstessa, più di unainfluenza su 2. Sperimentalmente risulta che ilcoefficien te di ri oaurnta proporzionalmente alla racIicedellatemperaturadialirnentazione:

\/T. (2.51)

Questa diretta influenza della temperaturaTsispiega, più che in base alle corrispondenti variazioni di Z, tenendo_presente che al crescere di Tdiminuisce il salto termico zsT subito dal fluido

del_riscaldamento da parte delleOltre alla legge di apertura delle valvole, che deveessere in genere quanto più rapida possibile, sonoparametri di importanza fondamentale al fine diun buon riempimento del motore, l’anticipo diapertura e il ritardo di chiusura. Non è essenzialeperò che la valvola di aspirazione sia già completamente aperta al P.M.S. e che vi rimanga finoal P.M.I.: dall’equazione di congruenza delle portate nelle diverse sezioni di passaggio(****) risultache, al fine di non produrre nella luce della valvola velocità del fluido eccessive, e quindi ecèssiiiete d ressione, èsufficiente che gdbll’alzatahsegua esattamente la legge della velocitàistantanea dello stantuffo u (flg. 2-12); poichéciorichiederebbe eccessivi urti iniziali e fina1,inguanto IlWdTaeFfiuiZanspettivamente,di chiusura della valvola raggiungerebbero pro

massimiotteneigiil

mente alzate sempre sufficientemente ampie, ri

come nella curva i della fig. 2—12. (N.d.A.)

7-276MACCHINE

—--- = —f(w, ca);c a

ai bassi regimi di funzionamento ne risultereb

bero in ogni caso lunghezze dei condotti inaccet

tabili. In pratica però, le oscillazioni relative a un

ciclo si smorzano sensibilmente prima ancora che

inizino quelle del ciclo successivo, a meno che la

un effetto benefico sul riempimento se si fa in

modo che la valvola si chiuda prima che comin

cino a giungervi le onde di depressione causate

dalla riflessione, in corrispondenza dello sbocco

dei condotti nell’ambiente di alimentazione, delle

onde di pressione provocate a loro volta dal raI

lentamento dello stantuffo nella sua corsa di di

scesa verso il P.M.I.

7.19.2.8. Coefficiente di rìempimento(motori a 2 tempi). I principali fenomeni

analogamente al caso IiThotori a 4 tempi,

influenzano il riempimento di quelli a 2 tempi,

sono:

5) latllaompadilavaggio,

6) j Ltio df lavaggjche si instaura nel cilindro,

a sua volta determinato dalla pressione dell’aria

Fig. 2—12. Legge delle velocità istantanee u, dello stantuffo

inferiore; 2, curva effettiva.

risonanza riguardi cilindri adiacenti sfocianti in

un unico collettore. D’altra parte in questo caso,

allorché si tratta di motori a carburante liquido

premiscelato, sono necessarie particolari cure af

finché i fenomeni dinamici, facendosi risentire in

modo diverso sull’aria e sul combustibile (in par

te ancora sotto forma di gocce) non provochino

irregolarità di distribuzione del carburante ai di

versi cilindri.Per tutte le precedenti ragioni, non si utilizza per

tanto che raramente una vera e propria risonanza

fra le oscillazioni di pressione relative a cicli suc

cessivi dello stesso cilindro o di cilindri adiacenti,

ma si cerca piuttosto di utilizzare l’effetto dina

mico della colonna di fluido in moto per otte

nere migliori riempimenti, in particolare a deter

minati regimi di funzionamento. Infatti, si ottiene

di lavaggio, dalla forma, dimensioni e disposizio

ne delle luci, e dalla forma, disposizione e orien

tamento dei condotti di adduzione e di scarico

del fluido (v. par. 7.19.1.7).

Per studiare quantitativamente l’influenza della

portata di lavaggio sul coefficiente di riempimen

tozione (v. par. 7.19.1.7), èconvenientesupp

che durante tutto il periodo di lavaggio lo stan

tuffo rimanga fermo, nell’intorno del P.M.I. e a

ici di alimentazioneedi scarico entrambe a

risponde per il cilindro un volume conpiessivÒdenominatov1.In tali condizioni, ammettendo

trascurabili le cadute di pressione e le variazioni

di temperatura tra ingresso e scarico, si può scri

vere che il volume di fluido fresco entrante è pari

correndo a opportuni anticipi di apertura e posti2—12). In

questo mo o le cadiTpFioiiiiòon

tenute entro valori accettabili e presentano tra i

due punti morti un andamento piatto e regolare.

Quanto ai no eni dinamici conseguenti al moto

non stazionario dello stantuffo e degli organi della

distribuzione, essi risuffi particolarmente sen

sibili allorché si adottano ‘i’ondottidi

alimentazione [118], [119], [120]. Se si volesse uti

lizzare la risonanza tra la frequenza delle oscilla

zioni di pressione nei condotti e la frequenza dei

cicli del motore, bisognerebbe che il motore stesso

disponesse di condotti a lunghezza variabile con

legge inversa alla sua velocità di rotazione, in

quanto occorrono lunghezze dei condotti l tanto

maggiori quanto minore è la velocità media dello

stantuffo:

1) le larninazioni all’alimentazione,

2) la Lonci lo e da parte delle pareti,

3) le laminazioni allo scarico,

2 554) le pulsazioni di pressione nella corrente entran

“ ‘ teeiquella uscente dal cilindro

a] tn

due parametri fondamentali:

UI h

e delle alzate h della valvola di aspirazione: I, curva Ìimite


a quello di miscela gas residui-fluido fresco contemporaneamente uscente dal cilindro. Imponen

eiene immediatamente jj9osservando che, per le definizioni di ,(‘) y ed

Fig. 2—13. Andamento del coefficiente di riempimento ,, e del rendimento di lavaggio 1v in funzione del coefficientedi lavaggio y per = 1: ipotesi del lavaggio a stantuffo di gas: ipotesi della progressivae uniforme diluizione; ipotesi del lavaggio a corto circuito [110].

do poi che la percentuale di aria contenuta neigas residui che si scaricano, sia pari a quella contenuta nella miscela presente in quell’istante nelcilindro (uniformità della diluizione), si può scrivere un’equazione differenziale di portata (progressività della diluizione) che, integrata, portaall’espressione del coefficiente di riempimento infunzione di alcuni parametri caratteristici dellaalimentazione dei motori a 2 tempi.Definiti dunque il coefficiente_di lavaggio y:

Mmy =

il rendimento di lavaggio (v.

M

e il g//4entec[iriempbnentolimite2lIl!Ì:

‘7flvIv,1im

2v,llm=— (1 — ev,um),

y

m sussiste la relazione:

ivY (2.62)

A parità di cozionidiamentazionedapartedel ompa di lavaggio (cioè a parità di m equindi di 2v,iim), facendo variare 1 portata dìcioè ,isultano per À ed Thv le due curvea linea continua spessa della fig.2—13, relative alcaso di 2, lim = 1: come appare dal diagramma,

ely aumenta la percentuale di fluidoperduto allo scarico ( infatti diminuisce) e lamassa che resta nell’interno del cilindro (2,,) siaccresce pertanto sempre più lentamente.Questo stesso diagramma spiega perché neimotori a 2 tempia carburazione, nei quali il combustibile è già mescolato all’aria di lavaggio, si ricorra apjccoie portate della pompa di lavio(y=O,5±0,8):ipi,oichéinsiemeall’ariasi perde anche iLjelaivo combustibile, è necessano tenere_Thv sufficientemente elevato (0,8

“7 58”÷O,7).(’WEoefficiente di riempimento rag

“-‘ giunge però allora valori limitati, compresi in

genere tra 0,4 e 0,6. Di contro, nei motori a 2

(*) Si tenga presente che, avendo indicato con M lamassa di aria che resta entro il cilindro alla fine dellavaggio, la definizione di À, per analogia con il motore a 4 tempi, risulta essere:

=. (2.61)

(N.d.A.)(**) Nella formula (2.30) del rendimento utile del mo

(2.60) tore a 2 tempi compare infatti giustamente come fattore anche ?7iv. (N.d.A.)

y

(2.56)

anche par.

(2.57)

(doyrnindicanorispettivamentela massacomplessiva e la massa voqcntroH cilindro

4jjgvaio, dal calcolo precedente risulta percoefficiente di riempimento la relazione:

— ev,iim) , (2.59)

mentre per il rendimento di lavaggio vale laespressione:

7-278 MACCHINE

tempi ad accensione per compressione, poiché illavaggio si effettua con aria pura, il cui costo riguarda esclusivamefiil favoro perduto per lasua compressione da parte della pompa, cisipreoccupa meno di ottenereclevati (sono infatti compresi tra 0,6 e 0,5)tanto valori diy dell’ordine di 1,2 ÷1,5 in mododa njùfì elevati riempli iitirisulta infatti compreso tra 0,7e0,8.Nella realtà il lavaggio non rispetta però mai,esattamente, la legge della progressiva e uniformediluizione, ma sono sempre presenti in esso, ingrado più o meno elevato, anche gli altri due tipidi lavaggio, quello a stantuffo di gas e quello acorto circuito (v. par. 7.19.1.7), i quali sono rappresentati nella fig. 2—13, rispettivamente dallecurve a tratto continuo sottile e a tratto interrotto.Sperimentalmente l’andamento del coefficiente diriempimento in funzione di y è tuttavia rappresentato ancora bene, qualitativamente, dalla(2.59): le curve più si riscontranoconfllavaggioacorrentiunidirezonali,mentre nel caso di lavaggio a correnti ripiegate,

si hanno le curve inferiori per il tipo trasversale,e quelle intermedie per il tipo in controcorrenteoppure a ritorno.

Un altro importante diagramma, sempre relativoal riempimento dei motori a 2 tempi, rjguardaFandamentodi 2 ed aparitàdjj2prtatadilavaggio(y= cost), variare delle condizioni dialimentazione, cioè di a,,,, e quindi di ..p,11m: comerisulta anche dalla fig. 2T1umento della massa volumica del fluido mandatodalippjlavaggio è sempre favorevole, sia per il riempimento del motore, sia per il rendimento di lavaggio.Disponendo delle equazioni (2.59) e (2.60), o deidiagrammi delle figg. 2—13 e 2—14, è possibile individuare qualitativamente l’influenza degli strozzamenti nelle diverse luci di passaggio. Innanzitutto, quando crescono le laminazioni all’alimentazione a parità di laminazioni allo scarico, diminuisce sia y,(*) sia em’ cioè Àvijm: 2 diminuisceallora certamente, e può diminuire anche .Quando crescono invece le laminazioni allo scarico, tende necessariamente a crescere, mentrey, per quanto visto sopra, diminuirà nuovamente.Il rendimento di lavaggio allora certamente cresce, mentre per quanto riguarda 2,, esso tende acrescere per l’aumento di Àv,jjrn(m) e a diminuireper la diminuzione di y: poiché la diminuzionedi y è tanto più sensibile quanto più è già inizialmente alta la pressione di mandata della pompa,si può affermare che, in genere, dapprima ),, cresce, raggiunge un massimo, e successivamente ricomincia a scendere.

Poiché l’aumento della velocità di rotazione significa, per un dato motr, aumento delle laminaEii,(**) risulta allora che anche nel caso dimotoria2tempi_il coefficiente di riempirnentopresenta un andamento dapprima crescentef

a un determinatoregime, proprio come nel caso di un motore a 4tempi (flg. 2—11).Quanto all’influenza degli scambi termici con lepareti, questi determinano una diminuzione di, quindi di ?. e di , in quanto fanno aumentare Tm,È importante osservare che pj2elcadimotori a 2tempaumentodellatemperaturaambiente proyp p_n gli mento del coefficieiIdi riempimento: cresce infatti con T il rapporto che compare nella (2.58) (2v,ijm) inquanto Tm aumenta meno che proporzionalmente a T a causa della contemporanea diminuzionedegli scambi termici con le pareti.

. —

-,. :E’E E°‘jEZfEZEEE

0 0,4 0,8 12 1,6 2tim

n

rtd/

/

/

7

.-

—

Tltv—

—

Fig. 2—14. Andamento del coefficiente di riempimentoe del rendimento di lavaggio in funzione del coeffi

ciente di riempimento limite 2v,ljm per y 1,5, nell’ipotesi di progressiva e uniforme diluizione.

Quanto infine al fenomeno delle pulsazioni dipressione nei condotti, esso può &ssere utilizzatopeernbeficoeffettosuHavaggio: sonostati costruiti motori i quali, grazie a questo fenomeno, possono fare addirittura a meno della pompa di lavaggio (motori Kadenacy). È da notareche il fenomeno dinamico differisce però da quello dei motori a 4 tempi, in quanto, per favorirel’ingresso del fluido fresco, qui si utilizzano leonde di depressione create dallo scarico spontaneo all’atto dell’apertura delle relative luci, e si

(*) Infatti, al crescere del rapporto di compressione interno richiesto dalle laminazioni alla pompa, diminuiscel’ della pompa stessa (v. parr. 7.14.2.1 e 718.1.1) cuiè proporzionale v. Inoltre, sempre attraverso il suo legame con y, e quindi con i, Fandamento di ì., è pure

funzione del grado di spazio morto della pompa stessa.(N.d.A.)(**) Per motori simili corrisponde invece all’aumento della velocità media dello stantuffo u. (N.d.A.)

0,


provvede inoltre a chiudere le luci di lavaggio--carica nel momento in cui all’interno del cilindroè presente un’onda (riflessa) di sovrappressione.

7.19.2.9. Influenza delle condizioni--ambiente. La potenza nominale P0 deimotori a c.i. è misurata generalmente in condi

e 288 K di temperatura (o 293 K a seconda delTrme). jygiare però delle condizioni-ambientela_pza_fornita re termico volumetrico:

nPu PmeV

m

si modifica perché varia Prne:

HPme =

Fig. 2—IS. Influenza del rapporto delle densità corrette,u sulle prestazioni di un motore alternativo a combustione interna: 1, curva di prima approssimazione; 2, curva di seconda approssimazione.

7.19.2.10. Sovralimentazione. Impazioalepaumentare1apptenzaffiunmo-

senza sensibili limitazioni in un canpo sufficien—‘Vi

‘Z 1AÀ ‘) cL

(*) Nel caso di motoria accensione per compressione,1apdieaFinazioneeierasela ppmpadi_iniezioie vienegta in modo che la mandata di combustii1ilo vari roentrata; nel ipotesi invece i mandata di combustabiecosfte fìflifl di Pmesono allora egate esc usivamente alle variazioni di itm,r ed ,, le quali risultano in genere trascurabili entroun campo di condizioni ambiente abbastanza ampio.Quanto ai motori ad accensione comandata, per la costanza di a è necessario che i motori stessi siano forniti didispositivi per la correzione barometrica della dosatura

ULVjV)

(la quale altrimenti tende ad arricchirsi, sia al diminuiredella pressione, sia al crescere della temperatura-ambiente); se i motori ne sono sprovvisti, l’influenza delle modifiche di a sulla Pme (fig. 3-4) può diventare molto sensibile: non è però possibile fornire una formula generaleche ne tenga conto poiché essa non è esprimibile analiticamente. (N.d.A.)(**) Si veda la nota precedente. (N.d.A.)(***) Si veda la (2.16), in cui si esclude naturalmente lapossibilità di modifiche della cilindrata; si tenga inoltrepresente che l’aumento del regime di rotazione non èsempre accettabile, né è sempre possibile. (N.d.A.)

AJO

2—i

tanto, rete che=p/(RT)echeinbase alla (2.51) è%\/, risulta:

Pme p

_____

=t, (2.63)Prne,o o Ps

il cui significato si evince dalla (2.63)stessa, è_denominato_rapporto delle densità corrette.Thconda approssimazione va tenuto_coneil rendimento organi yariain quanto lpporzionalità a1fattorep//Tdella(3Jset-

‘216’tata bene dalla p,,1, ma non dalla p,poiché

“ solamente il suo primo e quarto termine che compaiono nella (2.42) obbediscono a questa legge.Pertanto_la pressione d’attrito può essere espressanella forma:

(2.18) Pv = A0 + B01u, (2.64)

in cui si è indicato con A0 la somma del secondoe del terzo termine della (2.42) e con B0 la sommadel primo e del quarto termine.In conclusione, la (2.63) può essere considerataancora valida per la Pmi’ mentre per lasiste la relazione:

Pme — Pmi — Pv /2Prni,o (A0 + B01u) —

Pme,o Pmi,o Pv,o Pmi,o — (A0 + B0)

(2.65)Pme,o

Nella fig. 2—15 sono rappresentate le due precedenti relazioni adimensionali, di prima e di seconda approssimazione, tra pressioni medie effettive (o potenze utili) e densità corrette. A titoloindicativo le due curve sono segnate a linea spessanel loro campo di validità, mentre sono rappresentate a tratti al di fuori di esso, laddove le (2.63)e (2.65) non sono più applicabili in quanto è necessario allora tenere conto anche delle variazionid9?iim, di e di a.(**)

Analizzando ifattori che compaiono nella (2 .18rulta che in_pgppssimazione si modificano soltanto 20e, mentre si possono considerarecostanti tutti i rendimentiela dosatui-a ;(*) per-

7-280 MACCHINE

emen te am (certamente almeno nel caso dimotori ad accensione pmpio)èlamassa volumica del fluido motore:irendimentihanno infatti limitazioni precise, tanto più chein genere Lcercagteperli quanto piùpos

coefficiente di riempimento À presentano a lorovolta le limitazioni viste rispettivamente nel par.7.19.2.1 (tab. 2.1) e nei parr. 7.19.2.7 e 7.19.2.8;infine la dosatura deve essere contenuta nei li-

Fìg. 2—16. Ciclo convenzionale ad alimentazione naturale (1234) e sovralimentato(l234):è pure rappresentato l’aumento di lavoro indicato, corrispondente al ciclodi alimentazione ed espulsione, e quello corrispondenteall’area triangolare 47l.

Fig. 2—17. Aumento virtuale Lt V della cilindrata V, corrispondente alla compressione dci gas residui da partedella carica fresca.

miti indicati nei capp. 7.19.3 e 7.19.4. Per aumenjajs_yp1urnicasi,agiscefondamenta1-mente sulla pressione dell’ambiente di alimentazione, anche se è vero che alle variazioni disione sinqrglite, né favorevoli.pladi sovralimentazione in sensolorché si intende aumentare 1apotenza rispetto aquella che si otterrebbe in condizioni-ambientendard, mentre siem lìcementedi ali-

Pmec 7ìoc

Pmeo

I8

Fig. 2—18. Influenza del rapporto di sovralimentazionep0/p sulle prestazioni e sul rendimento organico:sovralimentazione con compressore comandato meccanicamente: sovralimentazione con compressore comandato da turbina funzionante con i gas di scarico [41].

Fig. 2—19. Motore sovralimentato con compressore comandato da turbina a gas di scarico alimentata a pressione costante: lavoro’ ideale della turbina (adogni ciclo del motore): 66ll, lavoroidealedelcompressore;4o477,ricupero ideale dell’area triangolare S44:6655, lavoro ideale che la turbina compie sottraendoloal motore alternativo.

/y//

Z/

EE’.±:EEmj:oZ

v

1 1,2 14 1,6 1,8 2 2,2

PC

5

PM/ VPMS PM/

IVIU i Jtd È41 I LfliNflL I VI 11 .fl/IVIfltU3 t’.JINL, ILV i

quando l’aumento4pjpeèreal1zztOal fine di rìstabilire lecondizioni standardJFmotori_aeronautici_funzio jirìguota. Tra-lasciando nel seguito l’esame della prealimentazione e della postalimentazione, in quanto sonoforme molto particolari di sovralimentazione, cisi limita ad analizzare la sola sovralimentazionedi base, che è di gran lunga la più importantedelle tre.Gli effetti della sovralimentazione differiscono inparte da quelli visti nel precedente par. 7.19.2.9,in quanto la pressione dell’ambiente di alimentazione differisce in genere da quella dell’ambientedi scarico. Nel caso più generale, dette Pc e7la

sore peT5iapressionee1atemrell’a-biente in cui scarica il motore, sussiste la relazione:

Pc /v,c —

Pmi,c Pmi,o + Pc P0 —

PS ,‘

‘, S

La (2.66) si ottiene tenendo presente che, a parteil fattore t,ja pressione media indicata”Tisuiincrementata, sia del te ip,e, — p, che rapptailjuadagno revo aFioTju

per il fattore2v,c/v,o:

qj1orrisppnde all’aumento virtuale di cilindrata a seguito della pjessione dei gas residui,

della carica fresca (fig. 2—1])’)

rp

o 14&JO

jjer_cpi’evtt lavororichiesto dal coppssoreaogni ciclo del moto

Sì è detto “eventuale” lavoro richiesto,in quanto il termine C può mancare se il compressore di sovralimentazione, anziché essere comandato meccanicamente dall’albero motore, è invecemosso da un’apposita turbina in cui i gas di scarico del motore si espandono dalla pressione Psfino alla pressione p ambiente.

può esse

I ‘.L.O i

(*) Non vi compare infatti la detrazione corrispondentealla maggiorazione delle perdite per trafilamenti, conseguenza delle più elevate masse volumiche del fluido motore, in quanto viene computata anch’essa nella Pv(N.dÀ.)(**) Passano dalla pressione p8 alla pressione Pc con una

+ -L- fv

± Q —.— i —

(N.d.A.)(***) Per il significato dei termini A0 e B0 si veda la (2.64)del par. 7.19.2,9. (N.d.A.)(****) Il ragionamento è valido, in prima approssimazione, anche per il rendimento utile dato che edpossono ritenersi costanti. (N.d.A.)

r5v5v

ottenuta con compressore a comando_meccanicopppureconcompqremosso_dnanaaaiscico:nelprimo casop5 coinonp.pa la pressione_d’attriyienealld.raincrementatadeltermineC; nell’altro casoqsto termine manca, ma, dicontro,nonsolo èPs > p, ma ,se il rendimento del gruppo di sovralimentneè basso, può addirittura esser> e l’area delntareneati.

p

vcPmi,oI +Pc Ps. (2.66)

Pt,1s PMI

i=1+

\iIml/Ps1

Pcì(2.67)

—

12.68)

Fig. 2—20. Motore sovralimentato con compressore comandato da turbina a gas di scarico alimentata a impulso:547, lavoro ideale della turbina (ad ogni ciclo del motore): 6860110, lavoro ideale del cornpressore.

tamento della pd nei due casig.2-18) lap cresce con la pressionpc maggioriiite quando il comporeècomandato mccanicamente cqndo è mosso dalla turbina agas di scarico: il fenomeno è dovuto al fatto che,essendo nel primo casop=ihaunmjglioreriempimentoporto À c/2v , grazie al maggior guadagno sullQspazio morto; al contrario il rendimento oggnico(* * * *) vecevatoa.UorchéiIcomando del compressore avviene mediante turbina agas

grande della perditaqgolare visibile nelle figg—19e2—W (v. anche par. 7.19.1.3).Esistono due metodi di alimentazione della turbinaag_di scarico: a pressione costanteeaso.mo di essi che condste nello care i as

7-282 MACCHINE

combusti da tutti i cilindri del motore in un’unicagrossa capacità, in modo da attenuare al massimolepuIsazioni di pressionep4el1oscaricouniversalmente adottato per sovralimentare i mo

pe3,permette dj averpjyaioregpjarecon pressioni di mandatasenza che tenda a verificarsi il fenomeno del lavaggio a corto circuito (v. par. 7.19.2.8). jppeato altresì ni motori a 4 tempi previstipp

Di control’altro metodo, che teoricamente trasforma inenergia cinetica dei gas tutta l’area trianpe7 2PLI nratica la utilizza poiinturbina con scarso rendimento ìnterno,(*)presta meg1i nlcaso di motori a 4tempifun-zionantia regimi variabili, in guanto non si riuscirebbe in ogni caso a ottimizzare il funzionamento della turbina aliatpfessionostante.

7.19.2.11. Progetto di massima. Deinumerosi fri che intervengono a determinare

3) la_durata richiesta per il motore;

4) pnza complessiva del motore;

5) l’esigenza di un socostod’imianto_o, alcontrario, quella della economicità di esercizio;

6) l’gombro massimo accettabile per il motore.Altre caratteristiche d’impiego che possono risultare più o meno importanti sono ancora l’affidabilità del motore, le sue esigenze di manutenzione,l’assenza di vibrazioni e di rumori, ecc.

Premesso che olo in casi eccezionali il progettodi un motore viene affrontato interamente exnovo, per cui quanto viene qui detto va inteso

semplicees osizione delle leggi che in gnicaso regolano la struttura lei moto, e limitandola presente analisi alla leggerezza specifica, inquanto è il parametro che più profondamente influenza il progetto stesso, p ri tentatiyoiene fare alsemli&ive cheverranno in seguito opportunamente corrette; sisupponeinnanzituttoupppgpponaiitàdirettatra peso del motore Q e cilindrata totale iV, per

Tab, 2.11 — Valori massimi delle pressioni medie effettive dei motori termici alternativi (kg/cm2).

(*) Infatti le velocità dei gas variano in continuazionetra un massimo (all’atto dello scarico spontaneo) e unminimo (durante l’espulsione forzata), e quindi non sipuò mantenere al valore corrispondente al massimo rendimento il rapporto tra velocità periferica del rotore e

velocità di effiusso dei gas. (N.d.A.)(**) Si tenga presente che il motore alternativo è quelloche copre il più vasto campo di richieste di potenza, da0,01 CV deì motori per aeromodelli ai 50 000 CV degliimpianti fissi o dei motori marini. (N.d.A.)

Classe Numero tempi Alimentazione Sovralimentazione Sovralimentazionenaturale semplice con interrefrigeraz.

Motori ad accensione 2 5+6,5 — —

comandata 4 9÷12 15±20 —

Motori ad accensione 2 4÷5 6±7 8,5+10per compressione 4 6+7 9±10 14±17

il progetto di un motore alternativo, con pesi di cui la leggerezza specifica 4 risulta:volta in volta anche molto diversi,(**) ci si limita

— ,qui a indicare quelli 4 Pme Ti, (2.69)profondamente la loro influenza determinando Q 1V mnella sostanza la scelta del tipo di motore: dove si è anpposto costante, nei diversi1) la ezza specifica (o il suo inverso, la motori, il valore di pme/nIpotizzandoinfineanpesantezza specifica), definita come la_potenza che la costanza di u 2cnedelrapportov=’cjd,utile fornita dal motore all’uni4jjeqlrno- per la ci1indratasjgpisultalarelazione:esp3nudo o fornito degli accessori princi- c’ u3 1pali; V d2c — — ‘.-.‘ —‘ (2.70)

v2 v2n3 n32) iltipo di utilizzatore, principalmente la sua velocità di rotazione (o il cam o di velocità di rota- e per la potenza di ogni singolo cilindro, corripp); spondentemente:

Tab

.2.

111

—C

alco

lo,

dipr

imo

tent

ativ

o,de

lle

prin

cipa

lica

ratt

eris

tich

edi

dite

mot

ori

term

ici

alte

rnat

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0C

V.

o -1 o z > H o H o z eri z -3 eri z

Uso

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150

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375

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2533

,3

Tab

.2.

1V—

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1,5

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01,

140,

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6,4

23,4

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mpi

1212

01,

131,

076

25

7-284 MACCHINE

Fu fl i i= Pme V —

m n3

o, in altre parole, pt4i otenza, il numerodcilindnecessariorisultaporzionalean2:

(2.71’)

occorre che essi funzionino ad alti regimi2ma ciòppqg allora una limitazione allepotenzemassimerealizzabili, ameno di ricorrere aun numeroeccessivo di piccoli cilindri (problemi una voltapdelcmoaeronautico). ntro,uandole potenze da mstallare sono olto elevate e onè richiesta invece alcuna particoIarjgerezza,per limitare fl numero di cilindri si fa rotare ilmotore a bassa ve] ocità (caQ dei motori lenti,marini o stazionari, i quali sono anche detti grandimotori in quanto risultano costituiti da (pochi)grandi cilindri: jj060jpe corsefino ai900m.Il risultato che si ottiene applicando le (2.69) ±÷ (2.71) può essere poi corretto e perfezionatocon il tenere conto delle variazioni che si hannonei valori dipme/m, di a e di v. Infatti ivalorimas

comeè indicato nella tab. 2.11, per cui p,ne/m può oscillare tra un minimo di 3 e un massimo di 10)sghpi2 Ana1ntelemimeupassano dai5 7 LJrLL 20rn/s, e oltre, dei motori da corsa ad accensionecomandatjrrippdentemente anche vvaria,e scende j+ 2 fino a 0,6.In particolare un’adatta combinazione dei valoridi a e di v permette di modificare l’originale progetto in modo da ridurre il numero dei cilindridei motori leggeri, o da aumentarlo per i motorilenti e pesanti.A titolo di esempio si riporta nelle tabb. 2.111 e2.1V il calcolo dei principali parametri costruttividi due motori, entrambi da 150 CV: uno più leggero per uso automobilistico, l’altro, più pesante,impiegabile per trasporto; al primo si richiedeche la pesantezza specifica Ps l/l sia dell’ordine di 1,5 kg/CV, mentre per l’altro si accettaun valore fino a 2,5 kg/CV. In rapporto inversodevono stare all’incirca, in base alla (2.69), i lororegimi massimi di rotazione, come, per esempio,rispettivamente 5000 e 3000 giri/min; se però nonsi potesse soddisfare questa relazione, si adotterebbero in ogni caso le velocità di rotazione richieste e si cercherebbe di modificare il progettoagendo sui valori di u e di v.Va tuttavia ricordato che le indicazionj2che si

gpnlalla(269) e dalle relazioni successive,hanno un puro ygiqre orientativo in quanto sonotutte gff edl sirnazione consistente, sianell’aver supposto jL sia nel non aver tenuto conto della maggiore pesantezza, aparità di

jndrata dei motori ad accensi onper ompressione.

7.19.2.12. Norme di prova. Per quanto(.7l) riguarda i motori alternativi a c.i. esistono differenti norme riguardanti le condizioni di prova, di cui le principali sono le DIN 70020 foglio3 febbraio 1957, le SAE J736a maggio 1968, leCUNA NC 003-20 marzo 1939 e la circolareIspettorato Generale MG e TC del Ministero deiTrasporti nn. 3140/2152/B del 13 maggio 1961.Differiscono fra loro a seconda che misurino effettivamente la potenza utile (DIN) o una potenzache si avvicina in grado più o meno spinto a quellaindicata.Particolari norme, le UIC (Union Internationaledes Chemins de fer), stabiliscono le modalità diprova dei motori destinati specificamente allatrazione ferroviai ia.

7i9.3. Motori alternativiad accensione comandata(*)

7.19.3.1. Combustione. Neimotori alternativi ad accensione comandata il calore è fornitoal fluido motore durante la fase di combustionecon lo stantuffo in prossimità del P.M.S. (v. parr.7.19.1.3 e 7.19.2.4).Questa somministrazione di calore avviene a spese dell’energia chimica del carburante che è ossidato dal comburente (ossigeno dell’aria) nel qualesi trova allo stato aeriforme o sotto forma di minutissime goccioline, una volta che la reazionesia stata innescata in un punto della miscela.Le reazioni di ossidazione che avvengono sonoperciò le seguenti

2C ± 02 = 2C0 + 58 kcalC±02=C02 +97kcal

Si tratta di reazioni di equilibrio, ed il loro spostamento verso i prodotti completamente ossidatidipende da numerosi fattori, fra i quali i più importanti sono la pressione e la temperatura allequali avvengono le reazioni ed il tempo che è loroconcesso per completarsi.In pratica, nel motore ad accensione comandata,la combustione si propaga in seno alla miscela diaria e combustibile, compressa dallo stantuffo alP.M.S., attraverso una fiamma, innescata dallascintilla che si produce all’istante voluto fra glielettrodi della candela (v. par. 7.19.3.6). La fiamma è la manifestazione visibile della reazione diossidazione, e il suo propagarsi è accompagnatoda produzione di energia termica e da un innalzamento di temperatura.

Fu

2C0 +02 = 2C022H2 +02 = 2H20

-1- 136 kcal

+ 116 kcal

(*) Opera del dr. ing. Alberto Beccari.

MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA7-285

Il meccanismo di propagazione di fiamma è piut

tòstòconpJesso; in pratica se gli strati di miscela

fresca aria-conbustibile raggiungono la tempera

turadi innesco della combustione (temperatura

di gn[zionpipgzie alla propagazione degli

strati limitrofi in guiete (sono assenti cioè feno

meni di trasporto), la velocità di propagazione

risulta estremamente modesta, e cioè dell’ordine

dM0 m/s.

Fig. 3—I. Andamenti del percorso di combustione e della

velocità di fiamma al variare della dosatura della miscela

combustibile (da [121] per cortesia dell’Editore).

ticolarmente attiva da nuclei caldi che si diffon

dono dal fronte di fiamma all’interno della mi

scela incombusta, come per esempio atomi jidrogeno. Poichéqatomi_sono presenti in

orqantitàseIamisce1aèricca(< ),ecco che si riscontra sperimentalmente cl]e

massime_velocità di fiamma si ottengono in mi

scele ricche (fig. 3—1).Iasi nota anche che il tempo necessario

per bruciare il l0% della carica è proporzional

mente molto superiore a quello necessario per la

combustione praticamente completa (95% bru

ciato). Ciò si spiega esaminando le seguenti fasi

di combustione: pjjp2ppena scoccata la

scintilla, le zone in prossimità della candela si

trovano a una temperatura eguale o superiore a

quella di accensione, per cui bruciano liberando

calore, che provoca un aumen to di pressione in

camera_modestissimc inconnessionealla piccola

massa di carica bruciata in questa fase. pi

celle di combustibile bruciano allpressione

costante, la turbolenza è piccola e la velocità di

fiamma estramemente bassa.che la candela è in vicinanza delle pareti della ca

mera di combustiongja turbolenza_èmino

eal centro, mentre l’assorbimento di calore

mente lacombusti one. Per qiesto motivo l’istan

te di accensione deve essere a ici pato jset!p al

P.M.S.do la reazione di ossidazione ha pjna

Eonsisnza,il fronte di fiam ma siprp

secondo superficie sferiche tanto più frastagjate

gp_ggioreèlaturbolenza locale. In que

Viceversa nei motori alternativi ad accensione

comandata, la velocità di fiamma risulta assai

ggr anche nell’ambito di una combustione

normale, soprattutto eI’elevaaturbolenza

dell’aria in camera dJbustione, conseguente

alla fase di aspirazione nei motori a 4 tempi o

di lavaggio nei 2 tempi e alla successiva fase di

compressione. Poiché la turbolenza aumenta con

e1ocità del rnotorJI tempo di combustione,

cioè il tempo necessario alla combustione com

pleta per esempio del 95% della carica diminuisce

con la ve ocità o1are d motore, ma rimane

circa costante la rotazione di manovella corri

La velocità di combustione pende poi dalla do

saturadella miscelajn unto di vista pura

mente chimico in una misc&a omogenea la dosa

turastechiometricasarebbeqlla in gradpii

impri mere la massima rea tt ività alla miscela stes

jaltraartJljpomenodellacorn bustione,

nel particolare aspetto ora esaminato, non coin

vojlieillbrichirnici,ma anche e

soprattutpj rocesso di trasmissione del lp

attraverso il fronte di fiamma, jaci

e la carica_fresca. Oralacombustioneè resa par

Fig. 3—2. Superficie di separazione fra punti di combustio

ne normale e punti di combustione con preaccensione (da

[121) per cortesia dell’Editore).

ste condizioni la combustione risulta favorita dal-

evo lesu e rfic iedi scam bio e dal ma ss iccio

i ressione connesso alla massa sem

pre maggiore di miscela che partecipa alla com

bustione. In questa fase la velocità di combustio

ne tocca il suo massimo.In base alla dinamica del fenomeno così illustra

ta, risulta che il tempo di combustione normale è

potenzamassima

temperaturad’accensione

tempo diritardo

ensita’

I

tanto PiiP9!iLSPP2tQressione &l mptore iqnto a ne

yjlercorso di fiamma, e infine qantojjorjla forma della valvola di aspirazione

e della testa al fine di conferire elevata turbolenzaalla miscela.

7.19.3.2. Combustione anomaa. Ilprocesso di combustione nella camera del motorepuò avvenire diversamente da quanto fin qui illustrato; in particolareLIsLdazi one può innescarsi non pr la pgzioneTiiìionte di fiamma, ma perché in un puntosipIneamente4Li-zione: si parla in questo caso diautoaccensione.jticail fenomeno segue questo modello sche

matico :isegiiituna brusca compressione unatrovarsi

ad alta temperatura e densità: in queste condizioni l’elevata energia molecolare connessa all’altatemperatura fa sì che gli urti fra le varie molecolediano origine alla formazione di altre molecole,mentre la probabilità che gli urti si verifichino èalta in relazione alla elevata densità; la dosatura,cioè a livello molecolare il rapporto reciproco framolecole di carburante e comburente, giuoca poianche il suo ruolo in questa cinetica della reazione.PLQi2dP_4LPi!PJ

qr duran te il je si sume si forrninocomposti intermedi di combustione che servonoataizzaresivareazionesimanifesta

brusco aumentodi temperatura conseguente alla liberazione dTcalori.Com’è logico aspettarsi, il tempo di ritardo si riduce, quanto più è elevata la temperatura iniziale a cui si porta la miscela.L’effetto dei principali parametri che influenzanol’autoaccensione (temperatura, densità, tempo,dosatura) è visualizzabile in un diagramma spaziale, (fig. 3—2) nel quale è possibile individuareuna superficie al di sopra della quale l’autoaccensione è presente.Come si vede i concetti di temperatura di auto-accensione e di tempo di ritardo sono relativi, inquanto questi parametri sono variabili.Fenomeni di autoaccensione in motori ad accensio ne comanda ta accorn pagnano di reqien te lacom bustione normale, e si anifestano sopratuttol’ultima porzione di miscela_aesserjgjinta

e quindi la più lontanadalla candela.In effetti la combustione della restante miscela facrescere in camera la pressione e la densità, percui se il gas finale rimane per un tempo sufficiente(tempo di ritardo) a una temperatura uguale aquella di autoaccensione, inizia la propria ossidazione prima di essere raggiunto dal fronte difiamma.

autoaccensione manifestarsi in due modiabcui la fiammala combustione per compressione è limitata, anche se maggiore di quella citata in precedenza, e

ibe r a rs i di energirmicè dovuto soprattuttoaliarnoitiicità dejpunti di innesco. Inquesto caso la pressione rimane praticamente costante nello spazio, anche se il suo rapido aumento nel tempo provoca vibrazioni nella macchina.Nel secondo caso la fiamma si propaga con la velocità delle onde esplosive (ordine di grandezza ilmigliaio di mis), ed allora la pressione dei varipti non è più in equilibrio con la produzione dicalore: si manifestano all’interno della cameradelle onde dipsione che si propagano alla velocità del suono. In seguito a ciò e alle riflessionimultiple che dette onde subiscono al contattodelle pareti, si manifestano tipiche vibrazioni delmotore, la cui frequenza, peraltro, dipende dallesue dimensioni geometriche (fig. 3—3).Questo secondo modo di manifestarsi dell’auto-accensione_prende più propriamente il nome didetonazione; praticamente è difficile distinguere idue fenomeni, poiché ambedue si manifestano all’esterno del motore con vibrazioni e rumore caratteristico,ma mentre iLprimllevibrazioni sorde, la detonazione vera e ppjproduce un caratteristico rumore metallico simile auno scampanellio. Sperimentalmente si riscontrache

roaano all’ in temo delja Ca mera di cobustioneauna velocità anche di 2000÷2200 mjs.La cosa si spiega pensando’ che spesso non sitratta di piccole perturbazioni, ma di vere e proprie onde d’urto di notevole ampiezza, alimentate da una continua produzione di energia termica a spese dell’energia del combustibile (ondadi detonazione).Fenomeni di autoaccensione nei motori ad accensione comandata non sono del tutto nocivi,in quanto è utile che la durata della combustionesia la più breve possibile, e, come si è visto, l’auto-accensione aumenta la velocità di fiamma. Perquesto motivo l’anticipo d’accensione, cioè l’anticipo rispetto al P.M.S. della scintilla_della can

atodal motore senza che si abbia de ione ottenendone in questo modo la massima potenza.D’altra_parte si deve tenere Conto che ladetonazioneproducendoondediressione, di per ségià nocive, provoca un aumento di tempratuiache, soprattutto nella zona della candela,

re dei “p_unti caldi”, che a loro volta inneJntjjjejJyamente (cioè prima dello scoc

care della scintilla) fenomeni di autoaccensionenei cicli successivi: si parla in tal caso di preaccensione.te7zo tipo di combustione anomala produce a sua volta aumenti di temperatura del gasfinale, e quindi favorisce la detonazione.

MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA

Causa infine di anomalie del processo dicombu

qnpsspssereanchereslduicarborosi

trattenuti sulle pareti della camera, o, per esem

pio, una valvola di scarico eccessivamente calda,

che ossono rovocare reaccensioni.In ase a quanto esposto si osserva che il feno

meno di combustione anomala, e in particolare

la detonazione, dipende, oltre che dalle caratteri

stiche del carb.urante impiegato, da una quantità

di fattori relativi all’ambiente, alla geometria del

motore e alle sue caratteristiche di impiego. A

ge perciò, ogni associazione motore-carbu

rante ha un suo nei

jardi della detonazione. In pratica, dal punto

di vista motoristico, a parte l’attenzione che il

proettista può riservare alla geometria della ca

mera di combustione, il corretto funzionamento

di un motore alternativo ad accensione coman

data è connesso alle proprietà indetonanti del

rantmieato.

719.3.3. Carburanti. Queste capacità in.

detonanti sono sintetizzate dal numero di ottano

(N.O.) del carburante. Si definisce numero d’ot

tano di un carburante la percentuale di isottap

(2-2-4 trimetilpentano) di una mila jsgneptano normale ch ctessaintensità_dj

dtonazione del carburante in esame.definizio

ne non ha un senso, se non applicata a certe con

dizioni di funzionamento di un determinato mo

tore; è necessario inoltre definire che cosa si in

tende per intensità di detonazione. In pratica

queste difficoltà vengono risolte, o meglio eluse,

a livello di unificazione internazionale, impo

stando la misura per confronto su apparecchia

ture normalizzate.I metodi di misura universalmente accettati sono

il metodo motojMM) e il research (MR). ssi

consistono nel far funzionare a velocità costante

un motore normalizzato (CFR: monocilindro a

compressione variabile) con certe condizioni stan

dard di velocità angolare, di ambiente di aspira

zione, di liquido refrigerante e di anticipo dell’ac

censione.ReoJando il raportodi compressione in modo

che lo strumento indicatore dell’intensità di de

tonazione siaa metà scal, funzionandoil motore

con la dosatura di massima intensità di detona

zione, con il carburante in esame, si ripete poi la

prova con miscele isottano-eptano di diverse com

pjoni, finché si ritrova con la stessa regola

zione del motore la stessa indicazione del detoni

metro.Il detonimetro ha una scala praticamente sensi

bile al valore della derivata della pressione in

camera di combustione (fig. 3—3), depurata delle

armoniche superiori. Poiché si è visto che queste

armoniche superiori sono esse stesse indice della

detonazione, metodi più recenti di valutazione del

fenomeno, peraltro non ancora unificati, preve

dono una misura del numero e dell’intensità di

tali oscillazioni, piuttosto che della pendenza del

la loro linea media.Altro orientamento recente è quello di passare

alla misura del cosiddetto numero di ottano strada

(NOR), che interessa soprattutto nei motori alter

nativi ad accensione comandata per trazione, dif

ferente dal precedente in quantofettuata direttamente sul motore montato sul vei

colo, invece che su motore in laboratorio. Il

N.O. di un carburante dipende dalla struttura del

carburante stesso, in particolare dal tipo di catena

dei radicali che ne costituiscono la molecola. I

carburanti più usati per motori ad accensione co

mandata, infatti, sono Costituiti essenzialmente

dai prodotti della distillazione del petrolio che si

separano a temperatura più bassa, le benzine,

composti organici liquidi in condizioni ambiente

a base di idrocarburi. Ora, quanto più è compatta

la molecola, e quindi ramificata la catena, e mag

giori i legami multipli, tanto maggiore è la resi

stenza alla detonazione.

Fig. 3—3. Diagramma di pressione in funzione del tempo

nella camera di combustione di un motore alternativo ad

accensione comandata in presenza di detonazione. La li

nea inferiore rappresenta le oscillazioni di pressione della

detonazione (da (1261 per cortesia dell’Editore).

Per questo motivo le benzine possono essere mi

gliorate per i loro impieghi motoristici mediante

processi chimici che ne variano la struttura mole

colare, mentre un sistema più semplice per au

mentarne il numero di ottano è quello di addizio

nane di opportune sostanze (additivi) che, nella

percentuale dell’l% ne possono aumentare il

N.O. anche di 10 ÷ 15 punti; l’uso di questi ad

ditivi è oggi combattuto per motivi antiinquina

mento (v. par. 7.19.3.7.), in particolare il piombo

tetraetile.Altre esigenze dei carburanti liquidi per motori

alternativi ad accensione comandata sono con

nesse alla carburazione e alla combustione: de

vono essere molto volatili, cioè vaporizzare im

mediatamente appena vengono miscelati all’aria

comburente, in modo da formare una miscela

AVA flS... %.,A ILL

molto omogenea, devono avere una bassa temperatura di congelamento, e devono dare luogoalla minore quantità possibile di depositi in camera di combustione.Un cenno, infine, merita, per l’impiego che se nefa anche nei motori ad accensione comandataper trazione, il gas di petrolio liquefatto (GPL),che rispetto alle benzine, presenta il vantaggio diun minore costo, a spese peraltro di minore rendimento e potenza massima sviluppata.

7.19.3.4. Carburazione mediante carburatori. Regotazione. Lacarburazione

rocesso mcdian quale vengono nsce1ati

zina con la quale lo si alimenta, e, in particolare,dai rapporti volumetrico e ponderale dei duefluidi; infatti questi rapporti influenzano direttamente la combustione, il primo da un punto divista fisico, in quanto la propagazione di fiammadipende dal grado di polverizzazione del carburante nell’aria, e il secondo da un punto di vistachimico.Atteso che, per quanto riguarda il rapporto volumetrico,verizzato nell’aria tanto mjgjjorè la combustione, circa il rapporto ponderale si osserva che j[motore richiede dosature diverse a seconda delle

a questo riguardo, tre regimi di funzionamento tipicì ossia ilminimoi1funzionaoad ammissione parziale,. il funzionamento ad ammissione totilodipptenza.

Regime di minimo, In queste condizioni il motorenon l’alimentazioneserve unicamente a mantenere in rotazione laacchina contro le resistenze passive. La valvolaitiicflrtatl motore (v. par.7.19.3.9 e quindiil collettore di aspirazione è in forte depressione.I gas di scarico del ciclo precedente, invece, sitrovano praticamente alla pressione ambiente,perciò alla fine della corsa di aspirazione è moltoelevata la diluizione della carica fresca a operadei gas residui. Questo comporta una riduzionedella dosatura media, pe’r cui, per sostenere lacombustione, in queste condizioni il motore richiede all’apparato di alimentazione una dosatura ricca ( < ).

il comburente (aria atmosferica in condizioni ambiente o precompressa) ranteerformarela miscela che deve bruciare nella camera di combustione dei motori alternativi ad accensione comandata.

L4pgsitiviiù usati_attualmenteperreaHzzarequestoil_carburatoreainiezione nitoichea differenza degli omonimi componenti del motoread accensione per compressione (v. par. 7.19.4.4),realizzano un’iniezione nel collettorediaspirazione o nel cilin anteafse cli aspirazTne. (*)

Il corretto funzionamento del motore dipende insommo grado dalla bontà della miscela aria-ben-

Fig. 3—5. Dosatura richiesta da un motore ad accensionecomandata in funzione della portata aspirata (da [1211per cortesia dell’Editore).

Funzionamento ai carichi parzigli. qjondizioni il motore richiede una dosatura relativamente ppvera, per dare il massimo rendimento,

0,05 0,07 0,09 O,11 0,13

Fig. 3—4. Andamento della potenza e del rendimento diun motore ad accensione comandata al variare del rapporto carburante-aria (da [122] per cortesia dell’Editore). a

(‘) Se l’iniezione è diretta nel cilindro, essa può avvenireanche durante la fase di compressione. (N.d.A.)

MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA7-29

e quindi avere il minimo consumo specifico (v.

flg. 3—4).

Piena potenza. In ueste condizion infine, ilmo

tore ric tede di nuovo una dosatura ricca(<

< ), per erogare la massima potenza di cui è

capace (fig. 3—4). Inoltre una miscela più ricca

si trova a temperatura più bassaacausa del ca

lore sottrattoperciò migliora il rem2imento del motore, per

ché aumenta la densità della carica a pari pres

sione, riduce la detonazione, aumenta la velocità

di fiamma, e quindi riducendo la durata della

combustione riduce la temperatura dei gas resi

dui all’istante di apertura della valvola.di scarico,

e quindi la temperatura della valvola stessa, che

è massima nelle condizioni di piena potenza.

Quanto detto vale per velocità angolare costante;

l’ottimo delle curve di rendimento e potenza su

bisce una variazione di ascissa () con il variare

della velocità angolare, ma qualitativamente sono

sempre valide le conclusioni precedenti.

In conclusione la curva di regolazione ideale a

velocità angolare costante risulta essere quella di

fig. 3—5.L’ultimo requisito a cui si vuole accennare è che

il carburatore non provochi, in qualunque con

dizione di impiego, il congelamento del vapore

d’acqua atmosferico. Allo scopo non si ricorre a

dispositivi particolari sui carburatori stessi, ma

è tutto il condotto di aspirazione che deve essere

opportunamente progettato; non infrequente è la

pratica di riscaldare il collettore di aspirazione

con l’acqua di raffreddamento del motore, ovvero

l’aria di aspirazione mediante i gas di scarico.

tare (fi8. 3—6):iI passaggodell’piratadal

motore attraverso un filtro posto a monte del

carburatore (v. par. 7.19.3.9), 2yan.2u

pressione nella sezione e_4j un tubo

a livello costante, nella quantità reoata oppor

tiiiente da una sezione calibrata (gettoj, posta

sufpercorso. Nel carburatore elementare il livello

della vaschettache risultquindiliberopommerso).

Per ricavare l’espressione della dosatura fornita

dal carburatore elementare si impone per i due

fluidi in moto permanente fra le sezioni I e 2 la

costanza del trinomio di Bernoulli, tenendo con

to della compressibilità dell’aria con un apposito

Fig. 3—7. Andamento in funzione della portata aspirata

dal motore della dosatura fornita dal carburatore: I, ele

mentare e 2, con dispositivi di correzione (da [411 per cor

tesia dell’Editore).

coefficiente e; si ottiene:

Fig. 3—6. Schema di carburatore elementare.

jatiseue fondamentalmente il princijio di

funzionamento del cosiddetto carburatore elemen

=I9arta CA arta

flbenztnaA2 beuzina V”Qben’zlna

i

/ Azaria—

Aiarta

)2

ove si è indicato con fi il coefficiente di perdita

di carico, con e il coefficiente di compressibilità

dell’aria, con la densità e con A le sezioni di

passaggio.La dosatura ; essendo il carburatore elementare

a geometria costante, dipende solo dal fattore:

(j9e V)aria

(j3 ‘)benzna

Ora questo fattore non è costante al variare della

portata, essenzialmente perché le perdite di pres

sione nei condotti sono in gran parte di tipo vi

scoso per il carburante e di tipo turbolento per

l’aria, mentre ai massimi valori di portata (de

portata (kg/h)

i

7-290 MACCHINE

pressione nella gola del tubo Venturi dell’ordinedi 1 m di colonna d’acqua) si hanno alcune unìtàper cento di arricchimento della miscela per effetto della compressibilità dell’aria. Ne consegue unandamento della dosatura del tipo riportato nellafìg. 3—7, sostanzialmente dissimile da quello richiesto dal motore (flg. 3—5).Per eliminare in gran parte questo inconveniente.e per sopperire a particolari esigenze di funzionamento del motore, sono stati escogitati dei dispositivi di correzione, dei quali si passa in rassegnala funzione, descrivendo il carburatore raffiguratonella fìg. 3—8.

Per mantenere costante il livello del carburantenella vaschetta, e svincolarlo così sensibilmentedal livello esistente nel serbatoio e dalla prevalenza della pompa di alimentazione, esiste un galleggiante 25, che, sollevandosi, chiude lo spillo 19,e interrompe l’effiusso di carburante.Il carburatore è ,costituito di due corpi (1 e 5),cioè di due condotti separati, attraverso i qualil’aria giunge al motore dosata mediante l’apertura delle valvole a farfalla (28 e 35) che aprendosisuccessivamente diminuiscono la variazione di velocità nei condotti conseguente alla variazione diportata aspirata dal motore al variare della velocità angolare e/o del carico.Il doppio tubo Venturi (6 e 34) ha lo scopo difar diminuire le perdite di carico indotte dallastrozzatura, poiché la portata viene scissa in due,in parallelo, in modo che solo una piccola partesia interessata alla massima strozzatura (in 6),senza per questo ridurre l’entità della depressione destinata a fare affluire il carburante daglispruzzatori 7.Ai carichi molto ridotti la miscela del carburatoreelementare diventa assai povera (v. fìg. 3—7); ildispositivo di minimo fornisce una portata supplementare di carburante richiamato dalla depressione a valle della farfalla 28 attraverso ilforo 40 e dosato mediante lo spillo 41. Il carbu

rante proviene dal condotto 12 e attraversa ilgetto calibrato 11, dopo essersi emulsionato conaria secondaria proveniente dal condotto dell’ariadi minimo 8.A mano a mano che la farfalla si apre diminuiscela depressione a valle del foro 40, e miscela affluisce tramite il foro di progressione 42, che assicura alla dosatura un andamento regolare conconseguente marcia senza sussulti.Per l’avviamento del motore a freddo si richiede

diflTià di evaporazione e di combustione in talicondizioni. Ciò è realizzato in genere con un Co

/-

mando manuale mediante la leva 43, che, intercettando una luce posta su un condotto funzionante sul principio di quello del minimo, ne consente o meno l’entrata in azione. In altri carburatori lo stesso scopo si realizza con una valvolaa farfalla posta a monte del carburatore, la cuichiusura provoca una depressione del condottoprincipale dell’aria, che richiama carburante ineccesso.Il dispositivo dell’aria antagonista, o aria freno,è costituito da una portata di aria secondaria,che, dosata dal getto calibrato 10, attraversa ilcondotto 9 e i fori emulsionatori 27, si premiscela al carburante al fine di favorirne la successiva polverizzazione e ne regola la portata in modo opportuno rispetto alla portata d’aria principale.Quando il motore viene accelerato improvvisamente aprendo le valvole a farfalla a fondo, ilcarburante tende a condensarsi sulle pareti delcollettore per la diminuita depressione a valle della farfalla, mentre l’aumento di portata richiestoattraverso il getto principale 23 è ostacolato dallainerzia del liquido. Per controbilanciare l’impoverjmento che ne conseguirebbe si ha una pompadi ripresa costituita da uno stantuffo 24 che,spinto dalla molla 15 in fase di rapida aperturadelle farfalle, pompa il carburante attraverso il

Fig. 3—8. Carburatore per autoveicoli (Weber 36 DCD 37).


condotto 4 negli spruzzatori 2, vincendo il contrasto della valvolina 3.In alcuni carburatori infine, per arricchire la dosatura quando è richiesta la massima potenza (v.

fig. 3—5), vi è un dispositivo superalimentatore dipiena potenza, che entra in azione solo quando

la portata d’aria supera un certo valore.

La curva di dosatura che si ottiene con il tipo di

carburatore descritto è quella della flg. 3—7, chesi avvicina già molto di più a quella richiesta dal

motore (v. fig. 3—5).Sui principi sopra esposti funzionano pratica

mente tutti i carburatori a getti aspirati a geometria costante; su altro principio di funzionamentosi basano invece il tipo S.U. a depressione costante e il tipo Amai.Il carburatore S.U. è sempre a getti aspirati, mala regolazione della portata di benzina avvienemediante la parzializzazione del getto principaletramite un’apposita spina, mentre rimane costan

te la depressione che richiama carburante, poichéla sezione ristretta del condotto dell’aria varia infunzione della portata.Il vantaggio precipuo di questo tipo di carbura

tore, rispetto a quello descritto in precedenza, èdi conservare ad aria e carburante velocità praticamente costanti « nelle sezioni che interessano.Questo permette di eliminare in gran parte i di

spositivi di correzione già visti, rendendo il carburatore più semplice ed economico; d’altra parte l’inconveniente principale che si presenta è la

difficoltà e delicatezza di regolazione della sezionedi passaggio del carburante, che può variare neltempo per incrostazioni, depositi o deformazionigeometriche.Allo stesso inconveniente va soggetto il carbura

tore Amai, che ha un funzionamento intermediofra i due già trattati. Infatti in esso variano sia la

depressione che la sezione di passaggio.

I primi due tipi si impiegano comunemente inmotori per autotrazione, mentre il carburatore

tipo Amai alimenta la quasi totalità dei piccoli

motori per motociclette, soprattutto dei tipo a2 tempi carter-pompa (v. par. 7.19.3.10).

7.19.3.5. Iniezione. Regolazione. Ilprincipio della carburazione a iniezione (iniezio

ne indiretta, cioè esterna al cilindro, e continua)

è quello di utilizzare la caduta di pressione del

tubo Venturi solo come un segnale di riferimento

di portata (quindi utilizzarne solo il contenutoinformativo), ma non come sorgente di potenza

per accelerare la benzina fino a farla polverizzare

grazie alla velocità che questa assume. La pres

sione necessaria per accelerare il carburante vieneinvece fornita da una pompa apposita, in generedei tipo volumetrico.Il sistema a iniezione comporta una maggiorecomplicazione costruttiva e un maggiore costo

che non il sistema a carburatore tradizionale, e

questo ne confina l’applicazione solo a motori dipregio e, in genere, al campo aeronautico; percontro si hanno diversi vantaggi. Non sono infattinecessarie elevate cadute di pressione nel tuboVenturi come nel carburatore normale (0,1ata) e quindi si ottengono riempimenti più elevati (diminuisce però il rendimento organico acausa della pompa) e inoltre l’eventuale congelamento di umidità atmosferica causato dal raffreddamento prodotto dall’evaporazione del carburante, non avvenendo nella gola del tubo Venturi, non altera la dosatura. Altro vantaggio è laeliminazione della vaschetta a livello costante,che è fonte di complicazioni soprattutto nell’impiego aeronautico.Ancora un vantaggio è quello di poter utilizzarebenzine poco volatili, perché possono comunqueessere ben polverizzate, elevando la pressionedella pompa. E ancora, essendo sempre il carburante a una pressione maggiore dell’ambiente,non sussiste il pericolo di formazione di bolle divapore nelle tubazioni di ammissione del combustibile, e per di più il riempimento è migliore perché non c’è bisogno di preriscaldare l’aria, ondeevitare fenomeni di congelamento.L’applicazione del carburatore a iniezione al settore aeronautico è particolarmente interessante,perché oltre ai dispositivi di correzione della dosatura visti in precedenza, ne sono presenti altritipici conseguenti all’impiego alle varie quote.Nella fig. 3—9 è riportato lo schema di un carburatore Bendix-Stromberg a iniezione. Il suo fun

zionamento automatico è il seguente: sulle duefacce della membrana AB agiscono la pressionedi monte e di gola del tubo Venturi (p e p2);sulle due facce della membrana CD agiscono lapressione di monte e di valle del complesso G,che costituisce il getto del combustibile a sezionevariabile. Per ogni valore di p

— P2 l’asta di collegamento delle membrane, e quindi la valvola di

ingresso del combustibile, assume una posizionedi equilibrio, determinata dal fatto che la caduta

di pressione in G sia eguale alla caduta nel tubo

Venturi. Praticamente, rispetto a un carburatore

a getti aspirati, il complesso membrane-asta di

collegamento serve a disaccoppiare il circuito del

l’aria di controllo da quello del carburante, in

modo da poter rendere la pressione a monte del

l’iniettore comunque elevata, svincolandola così

dalla caduta nel getto G, che serve solo a deter

minare la portata.Nella camera A si stabilisce circa la pressione p

a monte del tubo Venturi, in quanto le camere A

e B non sono cieche, ma in comunicazione attra

verso un getto calibrato visibile in figura, per cui

si ha una continua circolazione di aria secondaria

secondo le frecce da p a P2. Nel suo cammino

quest’aria incontra l’ago di una capsula aneroide

sensibile alla pressione dell’ambiente a monte dei

carburatore, ago che, parzializzando una sezione

di passaggio, provoca una caduta di pressione,

riducendo quindi la pressione in A rispetto a

p1(*); l’aria quindi è in A, attraverso il getto calibrato passa in B, subendo una forte caduta, quindi attraverso i condotti laterali è succhiata daltubo Venturi alla pressionep2.Il combustibile arriva nella camera D attraversola valvola regolatrice di ingresso, quindi passa ne!complesso G, dove incontra successive sezioni dipassaggio in serie e in parallelo, che ne diminuiscono la pressione fino a un certo valore, che sirisente nella camera C.Nel complesso G la portata di carburante viene

portata supplementare di carburante fluisce nelgetto auto-ricco; un ulteriore arricchimento si ottiene attraverso il passaggio nella valvola automatica di arricchimento, quando questa è apertadalla pressione del carburante che agisce a sinistra della membrana.Le piastrine possono poi essere portate manualmente in posizione “chiuso”, interrompendo laerogazione di carburante e arrestando il motore.Un arricchimento manuale può essere ottenutorotando il rubinetto Tin modo da evitare parzial

corpo del regolatore

sez. aria —

— sez, benzina

6

Fig. 3—9. Carburatore a iniezione per impiego aeronautico (Bendix-Srromberg). PA, presa d’aria: CA, capsulaaneroide; Ge, getti; In, iniettore: MA, membrana aria; MB, membrana benzina: MM, molla del minimo; TsV,tubo di scarico del vapore: VsV, valvola a galleggiante per lo scarico del vapore; Fi, filtro: Vi, valvola d’ingresso;PB, pompa benzina: VA, valvola di arricchimento; VM, valvola del minimo; GIR, getto limitatore del ricco: GaR,getto auto ricco: GaP, getto auto povero; CMM, comando manuale del miscelatore; PM, piastrina del miscelatore.

regolata nel modo seguente: in posizione di crociera, volendo una dosatura relativamente povera, per realizzare il massimo rendimento, le piastrine del miscelatore sono montate in modo dalasciare scoperto solo il passaggio inferiore (posizione auto-povero), per cui la portata è regolatadal getto auto-povero; in posizione auto-ricco,anche i passaggi superiori sono scoperti, e una

(*) In questo modo si può ridurre automaticamente laportata di carburante con la quota: la riduzione è necessaria perché a densità minore la stessa portata ponderaled’aria provoca una caduta di pressione p1

— P2 maggiore,che richiama più carburante. (N.d.A.)

mente il passaggio della capsula aneroide. Nelfunzionamento al minimo la differenza di pressione fra A e B non sarebbe in condizioni normalisufficiente a tenere aperta la valvola di ingressodel combustibile; perciò esiste una molla di arresto di tale valvola, la cui azione è aiutata dalgetto O, che trovandosi al minimo immediatamente a valle della farfalla sente una forte depressione, trasmessa alla camera B. In queste condizioni la portata di combustibile è regolata dallavalvola del minimo del complesso G.Nel suo percorso il carburante, prima di sfociarenel condotto dell’aria, incontra l’iniettore, costituito da una spina spinta in sede (chiusa) da unamolla; la pressione della benzina lo fa aprire,

PA

- TsV

.- VsV

CMM


mentre quando detta pressione è insufficiente laspina si richiude. È chiaro da quanto esposto chel’iniettore ha solo il compito di polverizzare ilcarburante e non di regolarne la portata.Altro sistema di alimentazione dei motori alternativi ad accensione comandata di notevole in te-resse è quello dell’iniezione discontinua di carburante fatta a monte della valvola di aspirazioneo nell’interno del cilindro, durante una parte della corsa di aspirazione ed eventualmente, nel secondo caso, in fase di compressione. Oltre ai vantaggi della carburazione a iniezione, l’iniezionediscontinua ne presenta numerosi altri, dei qualii principali sono:

non essendoci miscela combustibile nel collettoredi aspirazione, sono scongiurati i pericoli di ritorno di fiamma;lo spazio morto del cilindro può subire un notevole lavaggio da parte dell’aria aspirata. con vantaggio per la potenza erogata dal motore e per ilraffreddamento della testa dei cilindri, spingendoal limite l’incrocio fra le fasi di aspirazione e scarico (questo è meno opportuno nel caso di alimentazione continua di carburante perché alloscarico passerebbe anche una quantità di combustibile contenuto nella miscela).

Migliora inoltre la resistenza alla detonazione delmotore, il che consente di utilizzare miscele mediamente più povere, e quindi più prossime aquelle di massimo rendimento del motore, chenon nel caso di alimentazione con carburatore.La migliore resistenza alla detonazione si ottienerealizzando un’iniezione di combustibile tale, chela miscela aria-benzina non sia uniforme, ma,come si dice, a carica stratificata. Cioè si ha unamiscela molto ricca in prossimità della candela,in modo da realizzare un’elevata velocità di combustione nella fase iniziale, mentre la restantemiscela può essere conservata così povera(*) danon dare origine a detonazione, senza incorrerenello svantaggio di una troppo bassa velocità dicombustione, che darebbe luogo a perdite di rendimento indicato e a eccessive temperature finali.Un sistema per ottenere una carica stratificatamolto diseguale è quello della doppia iniezioneper cui si inietta un primo quantitativo durantela fase di aspirazione, in modo da ottenere unamiscela estremamente povera, mentre un secondoquantitativo è immesso molto in ritardo, quandola turbolenza dell’aria è minore e quindi non ingrado di farlo diffondere, per cui si accumula invicinanza della candela, se là viene diretto.L’aumento di potenza conseguente al lavaggiodello spazio morto migliora il rendimento organico e quindi il consumo specifico.

Per contro le pompe di alimentazione del carburante, dello stesso tipo di quelle usate nei motoriad accensione per compressione (v. par. 7.19.4.4),richiedono una lavorazione di precisione moltopiù costosa di quella richiesta dai carburatori.Altro inconveniente rispetto ai carburatori tradizionali si riscontra nei motori sovralimentati, inquanto viene a mancare il benefico effetto di raffreddamento dell’aria prodotto dall’evaporazionedel carburante, per cui non si riduce il lavoro dicompressione, mentre nei motori aspirati il mancato raffreddamento della carica non migliora ilcoefficiente di riempimento.Particolari esigenze sul modo in cui l’iniezionedeve essere eseguita riguardano l’angolo che ilgetto del carburante deve formare con la corrented’aria aspirata nell’iniezione esterna (maggiore oeguale a i/2), la velocità e la diffusione del getto,che non deve essere eccessiva, altrimenti si ha unapenetrazione nell’aria superiore a quella richiesta,il tempo dell’iniezione, che deve essere proporzionato al carico del motore (durata maggiore percarico maggiore) e deve avvenire in un certo intervallo di angolo di manovella (compreso fra 700 e1200 dopo il P.M.S.).La regolazione di un motore ad accensione comandata a iniezione discontinua viene effettuatadall’organo di controllo, cui è affidato il compitodi dosare il carburante, non solo in funzione dellaportata aspirata dal motore, ma anche in relazione alla composizione della miscela che si vuoleottenere a seconda delle diverse condizioni di impiego (flg. 3—5).La portata d’aria è sempre regolata da una farfalla, mentre la portata di carburante viene regolata dall’organo di controllo in funzione dellaquantità d’aria presente nel cilindro all’inizio della compressione; indici di questa massa d’ariasono la pressione e la temperatura nel condottod’aspirazione, non essendo disponibile un segnalepiù diretto della densità all’interno del cilindro.La funzione quantità di aria aspirata-pressione--temperatura nel collettore di aspirazione non èunivoca, ma dipende anche dagli scambi termici,dall’andamento del coefficiente di riempimento,dalla pressione e temperatura dei gas di scarico,oltre che, ovviamente, dalla velocità angolare delmotore.Sperimentalmente si riscontra che, quando il motore non è sovralimentato, la pressione nel col-lettore d’aspirazione è sensibilmente proporzionale alla massa d’aria aspirata a ogni ciclo, di-pendendo la legge di proporzionalità dalla temperatura; diversamente la corrispondenza è piùcomplessa e dipende anche dalla pressione discarico. In ogni caso l’organo di controllo deveessere progettato anche per aumentare la ricchezza della miscela in proporzione della differenzadi pressione fra alimentazione e scarico e Ifl proporzione della pressione della carica, se l’aumento di portata di carburante conseguente allaumento di velocità angolare del motore è già assi

() Il massimo di detonazione per un combustibile siverifica in prossimità della dosatura stechiometrica. mentre il fenomeno è assente per dosature o molto povereo molto ricche. (N.d.A.)

AV Itt’..., S__ flA AZ

curato automaticamente dall’aumento d i velocitàangolare di una pompa volumetrica di alimentazione; in tal caso si può trattare di un organo dicontrollo meccanico del tipo di quelli per motoriad accensione per compressione (v. par. 7.19.4.4);diversamente anche la velocità angolare diventaun segnale di ingresso nell’organo di controllo,

Fig. 3—10. Candela d’accensione.

che, nelle versioni più complete, può tenere contoanche delle condizioni ambiente, della temperatura del motore e del grado di apertura della farfalla: in questo caso l’organo di controllo e regolazione della pompa del carburante è assistito dauna centralina elettronica, che elabora tutti i segnali di ingresso, dando in uscita un segnale opportuno in relazione alla dosatura e al tempo diiniezione desiderato (iniezione elettronica).

7.19.3.6. Apparato di accensione. Perinnescare la combustione in un motore ad accensione comandata si è detto (v. par. 7.19.3.1) chesi fa scoccare una scintilla fra gli elettrodi di unacandela (flg. 3—10), che è uno degli elementi inseriti nella testa del motore (v. par. 7.19.3,9). Lacandela è costituita da un isolante elettrico nelquale è incorporato un elettrodo, da un rivestimento metallico esterno che contiene il secondoelettrodo e la filettatura per la posa in sede. Corrente ad alta tensione viene fornita periodicamente alle candele dei vari cilindri mediante un apposito circuito elettrico (flg. 3—11), costituito daiseguenti componenti: a) batteria o, in genere, generatore di energia elettrica a bassa tensione;b) condensatore; c) ruttore; d) trasformatore(bobina); e) distributore.Il funzionamento del complesso è in sintesi il seguente: la batteria fornisce una tensione costantea un circuito periodicamente aperto dal ruttore,che è un interruttore rotante che separa due puntine platinate affacciate fra loro: la variazionedi flusso di corrente che ne consegue nel primario

dei circuito di trasformazione è particolarmenteelevata, considerate le sue caratteristiche induttive capacitive, nel momento della scintilla, cosicché nel secondario del trasformatore si raccoglieuna tensione di qualche kV, trasmessa dal distributore rotante alla candela che in quell’istantedeve funzionare.L’istante di accensione può essere fatto variare,in particolare anticipato, da un apposito correttore, in funzione delle caratteristiche di funzionamento del motore. Questo correttore è in generesensibile alla velocità angolare del distributore, equindi del motore, e alla portata di miscela nelmotore stesso, per esempio tramite una presamanometrica nel tubo Venturi del carburatore, eagisce nel senso di variare la posizione angolaredel distributore rispetto all’albero motore.La variazione dell’anticipo dell’accensione è inconnessione a quanto detto sul tempo di combustione (v. par. 7.19.3.1). Una variante a questoschema (accensione a spinterogeno per applicazione all’autotrazione) è quella in cui la correnteprimaria è generata mediante un magnete che

Fig. 3—11. Schema di circuito per accensione a spinteroge no.

ruota all’interno di un indotto che costituisce ilprimario del circuito di trasformazione, impiegatoin motori aeronautici e nei motori a 2 tempi adaccensione comandata tipo carter-pompa (accensione a magnete).All’aumentare della velocità di rotazione, e quindi della frequenza di interruzione del ruttore, leprestazioni del circuito illustrato tendono a decadere, per cui per motori molto veloci (8000 rm epiù) è oggi preferita la cosiddetta accensione elettronica, realizzata in due versioni. Secondo la prima il ruttore interrompe, anziché la corrente primaria, una corrente di controllo della primaria;questa azione viene amplificata elettronicamentee produce l’interruzione del circuito primario.Essendo ora il ruttore percorso da una correntemolto minore che nel caso precedente, aumentala sua efficienza agli alti regimi e la sua durata.Nel sistema integralmente elettronico, invece, anche l’azione del ruttore diventa superflua, e la periodica elevazione di tensione del primario è ottenuta elettronicamente.


7.1 9.3.7. Metodi antinquinamento. Imotori alternativi a combustione interna ad ac

6ìione comandata scaricano nell’atmosfera iprodotti della_combustione allo stato non comlIente ossidato; in particolare sono presenti

in dose più o meno miiccia, quali sostanze in

io’

Fig. 3—12. Percentuale di inquinanti nei gas di scarico ai

variare della dosatura della miscela di alimentazione (da

[1251 per cortesia dell’Editore).

qapi oss o di carbomo (CQ), ossidi di azoto

(NOi), idrocarburi incombusti.(*)75% degli inquinanti da motori

a benzina sia costituito da ossido di carbonio, ill5% da idrocarburi incombusti, il 7,5% da ossididi azoto, mentre il rimanente è costituito da ossidi di piombo, zolfo e polveri.La formazione di ossido di carbonio è legata auna quantità di fattori motoristici, e, in particolare, alla dosatura della miscela, come mostra lafig. 3—12. Per quello che riguarda gli ossidi d’azoto valgono considerazioni analoghe, anche sele indicazioni di dosatura ottimale (miscela ricca)

ai fini di un basso inquinamento sono opposte aquello per l’ossido di carbonio (miscela povera).

Inoltre risulta sperimentalmente che la concen

trazione di ossidi di azoto (NO) aumenta conl’anticipo di accensione, con la diminuzione della

velocità angolare del motore, con l’aumento delrapporto di compressione e con il carico, cioè con

l’aumento della massima temperatura del ciclo.Infine per gli incombusti si osserva che essi sonoprodotti dal raffreddamento della carica da partedelle pareti del cilindro, che inibiscono le reazioni

di ossidazione. Naturalmente il tenore di incombusti allo scarico è tanto minore quanto più povera è la miscela.Per ridurre le emissioni di inquinanti si segpp

due diret,j’aintesaaprevenfrnelafouiia

zione, l’altra a eliminarli dopche si sono formatiTidiirnmeueHinell’atmosfera.Seguendo la prima via possono essere ottenutirisultati apprezzabili con un più stretto controllodi qualità dei carburatori (collaudo integrale),migliorando la forma delle camere di combustione, studianto la posizione ottima della candela,la condizione ottima per l’istante di accensione inrelazione al funzionamento del motore, elevandoil regime di minimo o interrompendo l’erogazionedi carburante durante le rapide decelerazioni, eadottando l’iniezione diretta, eventualmente doppia, in camere a carica stratificata con elevataturbolenza.Di tutti questi metodi l’ultimo merita un cennoparticolare, essendo gli altri semplici accorgimentimotoristici.Nei motori a carica stratificata, come già illustrato (v. par. 7.19.3.5), la miscela può anche esseremediamente molto povera senza pericolo di detonazione, per cui il gas finale praticamente puòprodurre il completamento dell’ossidazione in eccesso d’aria della miscela ricca vicina alla candela;inoltre, essendo le pareti lambite da miscela molto povera, non si ha l’effetto inibitorio della combustione degli idrocarburi da parte delle paretifredde. Questo metodo di iniezione è l’unico chedia vantaggi di consumo di combustibile inquinando poco, rispetto a tutti gli altri che invece aumentano il consumo.Seguendo la seconda via indicata si adottano essenzialmente tre accorgimenti, ossia la postcombustione omogenea, la postcombustione catalitica

e il ricircolo di parte dei gas di scarico.La prima pratica, realizzata in reattori termici,

consiste nell’iniettare aria subito a valle della valvola di scarico in modo da completare l’ossidazione dell’ossido di carbonio e degli idrocarburiincombusti: si tratta cioè di una vera e propriapostcombustione, che, date le dosature normali

di funzionamento intorno al valore stechiometri

co, richiede appunto l’immissione di aria secon

daria per avere eccesso di comburente. L’effetto

è tanto più marcato quanto maggiore è la quan

tità di aria secondaria.I reattori termici lavorano a temperature dell’or

dine di 800 o, con problema quindi per i mate

riali e la durata, e richiedono generalmente mi

scele in partenza ricche.Mediante la posteombustione catalitica l’ossidazione dell’ossido di carbonio, degli idrocarburi,e degli ossidi di azoto, sempre in presenza di aria

secondaria, è facilitata da particolari sostanze ditalizzanti (metalli nobili e del gruppo di transi

zione per i primi due inquinanti e a base di rame,

ferro, cromo e vanadio, per gli ossidi di azoto),

e può compiersi anche a temperature al di sotto

di quella di accensione.Per i reattori catalitici, oltre alla natura del cata

lizzatore, riveste particolare importanza la forma

del reattore stesso, il fatto che la benzina non

contenga additivi a base di piombo, per evitare

(*) Si definiscono inquinanti dell’atmosfera quelle so

stanze che provocano disturbi di vario genere alla vita

umana, in particolare disturbi alle vie respiratorie e agli

occhi. (N.d.A.)

LV i ri, ‘, a

l’avvelenamento delle masse catalitiche, e infineche la temperatura di funzionamento sia compresa in un intervallo ben definito, al di fuori delquale il catalizzatore non ha efficacia.ielricircpjodieiasdiscarico

consente infine di diminuire il tenore di ossidi diazoto; infattimoltoelevate,inerti contenuti nei gas di scarico. Una ricircolazione del 10% in volume di gas di scarico dimezzapraticamente il tenore di ossidi d’azoto.Naturalmente questa pratica non esente da inconvenienti, in quanto la diminuzione di temperatura comporta una diminuzione delle prestazioni del motore, mentre la presenza di gas combusti nel collettore di aspirazione può dare origine a depositi nel collettore stesso e nelle valvole.

7.19.3.8. Curve caratteristiche. Leprestazioni esterne di un motore alternativo faccensione comandata, viste le sue prevalenti apjiIziIacpdella trazione, sisintetizzanogeneralmente jLcgdiotenza ed eventualmente di consumo sjc fiinfunzione della velocità angolare, congrado di pzializzazione della valvola a farfalla costante in

erimentoacondizionidipjrazionenormalizzate, peresempio 760 mm(Hg) di pressione e 20 o7Jjrtem..peratura.Da queste caratteristiche è semplice rendersi conto,per esempio, del vantaggio dell’uso dell’iniezionerispetto alla carburazione di tipo tradizionale, come pure prevedere le prestazioni del motore (accelerazione massima ai diversi regimi o potenza erogata), sovrapponendo alla curva di potenza motrice quella di potenza resistente assorbita dall’uti

lizzatore, per esempio le ruote di un autoveicolo.Si deve dire inoltre che odimilioreutilizzazione del motore è fra il reme di massima

iae ueflo di assima pnza, men tre al disopra di quest’ultimpjunoare(fuori giri) a causa delle abnormi sol lecitazioni diinerzia che così si verrebbero a produrre.Molto al di sotto del punto di coppia massimanon è opportuno andare sja perché le forze dellapressione dei gas non sono più equilibrate dalleforze d’inerzia, sia perché la lubrificazione in queste condizioni peggiora.Nei motori più veloci la curva di coppia ha unmassimo molto spostato a destra a seguito delforte ritardo con cui si fa chiudere la valvola diaspjrazione; a seconda poi che il motore sia piùo meno “spinto” si hanno curve di coppia menoo più piatte. Le curve di potenza e consumo specifico a carico parziale sono affini a quelle a completa ammissione, le une (di potenza) inferiori intutto il campo, le altre (di consumo specifico) superiori in tutto il campo, per il peggiorato rendimento del motore.

7.19.3.9. Costituzione del motore a 4tempi. Il motore alternativo ad accensione comandata a 4 tempi è tipico nelle applicazioni allatrazione, perciò a un modello di questo genere sifa riferimento. Nelle figg. 3—14, 3—15, 3—16 vengono presentati tre tipici motori alternativi adaccensione comandata, rispettivamente con cilindri in linea, a V e contrapposti.Precisando quanto già accennato nel par. 7.19.1.5,si osservano nella sezione di un motore alcuneparti fondamentali.Il monoblocco è l’insieme dei cilindri ed è costituito generalmente da una fusione di ghisa, nellaquale sono ricavati le sedi dei cilindri o le paretilaterali dei cilindri stessi, opportuni passaggi perl’olio di lubrificazione dei perni di banco, e altriper il passaggio del liquido di raffreddamento(camicia dei cilindri).Altre volte il monoblocco è fuso di lega leggera,e allora le sedi dei cilindri alloggiano opportunecanne di ghisa speciale, molto resistenti all’usura,mentre canne sottili di acciaio indurito sono usateunicamente per applicazioni aeronautiche, per illoro minore peso.Le canne possono funzionare a umido, nel sensoche sono lambite dall’acqua di raffreddamento, ein tal caso fanno tenuta anche contro l’infiltrazione di acqua nella camera di combustione e nelcarter, oppure sono situate in un vero e propriocilindro contenitore ricavato nel monoblocco, nelqual caso non sussistono problemi di tenuta, mapeggiora la trasmissione del calore fra l’internodei cilindri e le camicie contenenti l’acqua refrigerante. Generalmente, in motori veloci relativamente piccoli, il monoblocco comprende anchel’involucro del manovellismo e i semigusci superiori dei cuscinetti di banco.Imbullonato sotto al basamento è il carter, costi-

(rm)

Fig. 3—13. Curve caratteristiche di un motore ad accensione comandata alimentato mediante carburatore tradizionale e a iniezione.


tuito da una lamiera di acciaio opportunamente

sagomata, o, in motori di maggior pregio, da un

pezzo fuso di lega leggera alettato. La sua fun

zione è quella di raccogliere e raffreddare l’olio

di lubrificazione che giunge colando dai cilindri,

dai cuscinetti dell’albero a gomiti, e, attraverso

appositi condotti, dalla testa del motore.

L’albero a gomiti, di acciaio forgiato, è costituito

da una serie di perni lubrificati, che trasmettono

il moto alle bielle (perni di manovella), uniti da

appositi bracci (maschette) ad altri perni pure lu

brificati (perni di banco), che costituiscono il so

stegno dell’albero da parte del monoblocco.

Le maschette si prolungano oltre i perni di banco

per la presenza di masse eccentriche (contrappesi)

predisposte per la bilanciatura delle forze di iner

zia. L’albero a gomiti esce poi dal motore con un

attacco al quale è reso solidale l’utilizzatore della

potenza generata dal motore; a esso è pure soli

dale un volano per la regolarizzazione della velo

cità angolare, che dispone all’esterno di una den

tatura per l’imbocco con il pignone del motorino

di avviamento.Il moto dello stantuffo è trasmesso all’albero a

gomiti dalla biella, elemento di collegamento di

acciaio forgiato, con sezione a doppio T nella

parte centrale, collegata al perno di manovella

da un semiguscio fissato con due viti o due bui-

Ioni. Generalmente il semiguscio di appoggio del

la biella sul perno di manovella dispone di un

foro opportunamente orientato, dal quale l’olio,

uscendo sotto pressione, irrora le pareti laterali

del cilindro, lubrificandole.L’ultimo elemento della catena cinematica del

manovellismo, lo stantuffo, è collegato alla biella

mediante un perno che prende il nome di spinotto.

Lo stantuffo, che generalmente in motori veloci

è di lega leggera, ha la forma di un bicchiere ro

vesciato. Le nervature che si trovano all’interno

hanno il doppio scopo di irrobustirne la struttura

senza appesantirlo troppo e di trasmettere il ca

lore che esso riceve dai gas combusti.

La funzione della parte inferiore dello stantuffo

è quella di guida nel cilindro, mentre alla parte

superiore è affidata quella di tenuta; a questo

scopo sono ricavate delle scanalature periferiche,

in numero maggiore o eguale a tre, nelle quali

trovano posto le fasce elastiche, di tenuta e ra

schiaolio.Si tratta di segmenti metallici di ghisa a forma

Fig. 3—14. Sezione trasversale sul cilindro del motore per autovettura Fiat 125 con cilindri in linea: cilindrata

1608 cm8: alesaggio 80 mm: corsa 80 mm: rapporto di compressione 1:8,8: potenza 100 CV a 5800 rrn (per cor

tesia della soc. Fiat).

cilindrica interrotta, che, spinti contro le paretidalla loro elasticità, assicurano una tenuta a labirinto quelli superiori, mentre quelli inferiori raschiano l’olio che si deposita sulle pareti del cilindro, facendolo cadere nella coppa, e impedendo che si consumi in camera di combustione, dove produrrebbe conseguenze nocive anche a causa dei depositi che vi lascerebbe.La distribuzione è a valvole comandate generalmente in testa, con tenuta su sedi riportate. Ilcomando delle valvole è effettuato mediante assia camme in testa a comando diretto, mentre inmotori di minor pregio è ancora diffuso il comando mediante asse a camme laterale e punteriadi trasmissione (v. par. 7.19.1.6).Organi accessori sono la pompa del carburante,del tipo a membrana, che alimenta la benzinaal carburatore, lapompa dell’acqua, del tipo centrifugo, che provvede a far circolare l’acqua diraffreddamento, la pompa dell’olio, del tipo a ingranaggi, che mette in circolazione l’olio lubrificante, pescando, attraverso un filtro, nel carter.11 t’entilatore, trascinato da una cinghia che lo collega al motore, o mosso elettricamente, crea unacorrente d’aria che raffredda l’acqua del radiatore, mentre nei motori raffreddati ad aria raffreddadirettamente le alette e le pareti dei cilindri e dellatesta. Si nota ancora lo spinterogeno, trascinatoda un alberino rotante alla velocità dell’asse a

camme, la dinamo o l’alternatore che ricaricanoin continuazione la batteria, e sono trascinati dauna cinghia analogamente al ventilatore.Fra le parti fisse si notano il filtro dell’aria conla cartuccia filtrante sezionata, il carburatore, ilcollettore di aspirazione, quello di scarico, il filtrodell’olio.

719.3.1O. Costituzione dei motori a 2tempi. Carter-pompa. Ai motori a 2 tempi si è già accennato parlando della distribuzione(v. par. 7.19.1.7) e del ciclo di lavoro (v. par.7.19.1.4). Nel caso di motori a ciclo Otto, peraltro, il motore a 2 tempi assume forme e cicli difunzionamento del tutto particolari, che lo differenziano in modo sostanziale dai motori a 2 tempia ciclo Diesel (v. parr. 7.19.4.6, 7.19.4.8).Essenzialmente il motore alternativo ad accensione comandata a due tempi è il cosiddetto motore a carfer-pompa: i motori di questo tipo hanno la cilindrata unitaria dell’ordine di qualche decimo di litro e la potenza dell’ordine della diecinadi cavalli; la loro caratteristica saliente è il funzionamento del carter come pompa di lavaggiodei cilindri.Le fasi di funzionamento, con riferimento alloschema della flg. 3—17, sono le seguenti:1, 2, lo stantuffo sale comprimendo la miscela

Fig. 3—15. Sezione trasversale del motore Maserati C11411 per autovettura Citroèn SM con cilindri a V: cilindrata2670 cm3; alesaggio 87 mm, corsa 75 mm: rapporto di compressione 1:9; potenza 170 CV a 5500 rm (per cortesiadella Soc. Citroèn-ltalia).


Fig. 3—16. Sezioni longitudinale e trasversale del motore per autovettura Lancia Flavia

a cilindri contrapposti: cilindrata 1991 cm3; alesaggio 89 mm: corsa 80 mm: rapporto

di compressione 1:9: potenza 140 CV a 5600 rm: 1, filtro aria: 2, carburatore: 3, terrno

stato circolazione acqua: 4, tern-iistore; 5. tubazione cortocircuito; 6, candela: 7, tu

bazione scarico: 8, biella; 9, tappo scarico olio; 10, pompa olio: 11, collettore aspìra

zione: 12, bocchettone per recupero carburante: 13, tubo sfiato vapori olio: 14, tappo

bocchettone introduzione olio: 15, bocchettone entrata carburante: 16, valvola rego

lazione pressione olio; 17, valvola deviatrice termostatica; 18, volano motore; 19, albero

motore; 20, valvola di scarico: 21, valvola aspirazione: 22, stantuffo: 23, albero distribu

zione destro: 24, pompa acqua; 25, aste comando bilancini: 26, vite registro (per corte

sia della Soc. Lancia).

7-29 9

aria-combustibile che si trova nel cilindro a partire dall’istante in cui, nel suo moto, ha copertole luci di lavaggio e scarico; contemporaneamenteaspira nuova miscela nel carter attraverso unavalvola automatica aperta dalla depressione chetende a formarsi in esso, rispetto all’ambienteesterno;3, 4, quando lo stantuffo è in prossimità delP.M.S., con un certo anticipo, scocca la scintilla,avviene la combustione, quindi lo stantuffo eseguela sua corsa di lavoro spinto dalla pressione deigas combusti; nel frattempo, nel carter, la miscela

Questa soluzione, più complessa dal punto di vistameccanico, dà luogo a un migliore funzionamentosoprattutto agli elevati regimi di rotazione.Poiché il lavaggio del cilindro avviene a opera dimiscela carburata,(*) parecchio carburante passadirettamente allo scarico, per cui questo tipo dimotore ha elevati consumi specifici, tollerati perla modestia defle sue applicazioni (motoleggere,fuoribordo, ausiliario in agricoltura,giardinaggio,neve, ecc.); per contro esso si presenta di funzionamento molto semplice e sicuro, ed è quindimolto impiegato per piccole potenze.

Fig. 3—17. Fasi di funzionamento e ciclo di lavoro di unmotore ad accensione comandata a 2 tempi, tipo carterpompa.

fresca prima entrata viene compressa per la diminuzione di volume, a valvola automatica chiusa.Nel suo moto di discesa lo stantuffo scopre leluci di scarico, consentendo l’inizio dello scaricospontaneo dei gas combusti per effetto della pressione residua nel cilindro; il ricambio della caricaè poi completato dall’ingresso della nuova miscela, spinta dalla pressione che regna nel carter,quando Io stantuffo scopre le luci di lavaggio.Inizia quindi un nuovo ciclo.Se il motore è concepito secondo lo schema dellafig. 3—18, le varie fasi rimangono praticamenteimmutate, salvo l’ingresso della miscela nel carterche è ritardato fino a che lo stantuffo nel suomoto ascendente non scopre l’apposita luce diingresso, che sostituisce la valvola automatica.La funzione distributrice della miscela al carterpuò essere svolta anche dall’albero a gomiti, mediante valvola rotante a esso collegata (fìg. 3—19).

Fig, 3—18. Fasi di un motore ad accensione comandataa 2 tempi, tipo carter-pompa, con stantuffo distributore(da [1131 per cortesia dell’Editore).

Per quanto riguarda la costituzione vera e propriadel motore, si deve dire che notevoli sono le somiglianze con i motori a 4 tempi descritti innanzi,per quanto riguarda il manovellismo, il monoblocco dei cilindri e l’apparato di alimentazionedel carburante.Per quello che riguarda il carter è indispensabilerenderne minima la capacità, per aumentare ilrendimento del lavaggio, e curarne assolutamentel’ermeticità, per le sue funzioni di pompa, per cuisono previste tenute speciali nelle zone in cuiesso è attraversato dall’albero a gomiti.L’albero a gomiti è supportato da cuscinetti arotolamento, a un estremo è collegato con l’uti

() Al carburante vengono aggiunte piccole percentualid’olio che serve alla lubrificazione del manovellismo.(N.d.A.)

ciclo motore

p

p

corsa

ciclo pompa

À

a)


lizzatore della potenza, mentre dall’altro è Col

legato all’apparato di accensione, in genere a magnete, che funge anche da volano. La testa è molto più semplice che nel caso dei motori a 4 tempied è costituita da un coperchio per il cilindroportante l’alloggiamento della candela, mentresono assenti le valvole e tutto il relativo meccanismo.Il numero dei cilindri può essere di uno o più,disposti secondo gli schemi già illustrati; una disposizione molto frequente è quella a cilindri gemellati (fig. 1—17), con la quale si tende a ottenere

7.19.3.4) e della sovralimentazione, si impieganospesso motori alleggeriti o surcompressi. Il concetto ispiratore ditali tipi di motore è quello disottodimensionare gli elementi della macchina inrelazione alle pressioni e agli sforzi che il motoredovrebbe sopportare a livello del mare (motorealleggerito), o di prevedere un rapporto dì compressione superiore a quello di massima detonazione sopportabile sempre a livello del mare (motore surcompresso).Per evitare danni alle parti meccaniche, poi, ilmotore funzionante al di sotto di una certa quotaviene strozzato all’aspirazione, in modo che lapressione media si mantenga al di sotto di un valore di sicurezza nel motore alleggerito o la detonazione non possa manifestarsi in un motore surcompresso, per la limitata pressione di alimentazione.Ora, poiché con l’altitudine diminuiscono la pressione, la densità e la temperatura dell’aria, la potenza che il motore normale è in grado di erogareva diminuendo con la quota circa in proporzionealla densità corretta (v. par. 7.19.2.10).

Fig. 3—19. Distribuzione della miscela in un motore tipocarterpompa mediante luci nell’albero a gomiti (da[1131 per cortesia dell’Editore).

‘a,

a,e

7.1 9.3.11. Particolarità dei motori aeronautici. I motori alternativi ad accensionecomandata destinati alla propulsione aerea, oggilimitati al campo delle potenze medie e piccole,usufruiscono in massimo grado di tutti quegliaccorgimenti costruttivi e di impianto che ne consentono un’elevata potenza con un peso limitato,unitamente a un elevato grado di sicurezza. Cosìsi trovano largamente impiegate la carburazionea iniezione, l’iniezione diretta, la sovralimentazione (v. par. 7.19.2.10), la disposizione dei cilindri a stella e doppia stella raffreddati ad aria,valvole raffreddate al sodio, pratiche come l’alleggerimento degli alberi a gomito, la doppia accensione, l’uso di più valvole per ogni cilindro,di leghe leggere e di acciaio speciale indurito perle canne dei cilindri, l’assenza di monoblocco,l’adozione del carter secco con radiatore di raffreddamento per l’olio, ecc.Per quello che riguarda il funzionamento e laregolazione del motore si usano alcune tecnicheparticolari per ottenere elevata potenza in quota.A parte l’uso dj particolari carburatori (v. par.

Fig. 3—20. Prestazioni in quota di un motore alternativoaeronautico sovralimentato con compressore a comandomeccanico a due velocità (da [1211 per cortesia dell’Editore).

Se il motore viene sovralimentato con un compressore a comando meccanico a due velocità, lasua caratteristica di potenza a velocità angolarecostante appare come in fig. 3—20, caratteristicache può essere percorsa tùtta ai valori massimiper ogni altitudine.Infatti, partendo dalla massima altitudine il compressore può rotare alla velocità n2 fornendo lapotenza del punto A.A mano a mano che l’altitudine diminuisce, aumenta con la densità dell’aria di alimentazionela potenza del motore fino al punto B, che corrisponde alla massima pressione di alimentazioneche il motore può sopportare al livello del mare,considerata la potenza assorbita dal compressore rotante alla velocità n2. A questo punto interviene lo strozzamento dell’aspirazione e il motore alimentato a pressione costante dal com

a)

un buon lavaggio rendendo dissimmetriche leaperture delle luci di lavaggio e di scarico.Il raffreddamento dei motori a carter-pompa èquasi sempre ad aria, per la maggior semplicitàdel sistema, salvo nell’impiego quali propulsorimarini, nel qual caso si impiega il raffreddamentoad acqua a circuito aperto.

7-302 MACCHINE

pressore. fornisce potenza costante fino al puntoC, in cui la velocità del compressore passa alvalore n1, diminuisce il rapporto di compressione e si elimina lo strozzamento all’aspirazione.La potenza varia ancora ad ammissione totalefino in D, dove si riottiene la massima pressionedi alimentazione ammissibile al livello del mare,che dà luogo a un potenza utile superiore, perchéil compressore assorbe minore potenza alla velocità n1 che non alla velocità 112. Da questo puntoin poi l’aspirazione deve essere di nuovo limitatacon una valvola di strozzamento fino al punto E.Se si considera, d’altra parte, che all’aumentaredella quota diminuiscono la temperatura e lapressione ambiente, per cui aumenta la massad’aria aspirata dal motore a pressione costantee temperatura minore, diminuisce la contrapressione di scarico e la pressione dei gas residui, sicomprende perché le linee ED’ e CB’ di effettivofunzionamento a pressione nel collettore di aspirazione costante siano crescenti con la quota,anziché orizzontali,

Andamento della combustione. A partire dall’istante in cui il combustibile comincia a essereiniettato entro il cH indro ipossono dist inguerequattro fasi (figg. 4—1 e 4—2):

1) una fase A B (d itardo all’accensione) in, cuileoccioline iniettateppjmjjiscaldanoedevaporano (ritardo fij&i vapp,ri così formatisi subiscono le prereazioni caratteristiche diogni processo diautoaccension&(dochimi

2) una fase BC di combustione rapida_(f±)cui_l’accensi one si comunica rp,damente atutto il combustibile che si è accumulato entrola carica durante la fase di ritardo. Ciò dà luogoa un elevato gradiente di pressione djd (9 essendo l’angolo di manoveiT), utile ai tini termodinamici, in quanto tende a far avvenire la fasedi combustione a volume costante, ma nocivo perla conservazione del motore in quanto origine dinotevoli sollecitazioni meccaniche. È quindi necessario limitare il valore di dp/dft per nona’e_avere

7.19.4. Motori ad accensioneper compressione(*)

7.19.4.1. Accensione per compressione, combustione. I motori ad accensioneper compressione, correntemente detti motoriDiesel, differiscono dai motori ad accensione comandata essenzialmente per il fatto che in essil’aspirazione (se a 4 tempi) o la carica (se a 2tempi) avvengono con aria pura la quale vienecompressa sino a raggiungere una temperaturasufficientemente elevata (almeno 350 O, più comunemente intorno a 650 OC, a pieno carico) perottenere l’accensione spontanea del combustibileliquido che viene iniettato nel cilindro in prossimità del P.M.S. In tal modo l’andamento della fase di iniezione-combustione è caratteristico ditaletipo di motore e, unitamente alla necessità dirapporti volumetrici di compressione molto maggiori che non nei motori ad accensione comandata ( = 14 ÷ 20 e oltre) per poter raggiungereelevate temperature al termine della fase di compressione, definisce la costituzione del motore.Altre particolarità riguardano, ovviamente, l’apparecchiatura, necessaria per l’iniezione del combustibile (apparato di iniezione, v. parr. 7.19.4.3e 7.19.4.4) mentre g1azione del motore èqui fatta variando la ,quantità di combustibilejetgaino,gniciclo senza agire sulla quantitàd’aria aspirata (v. parr. 7.19.4.4 e 7.19.4.5). Peralcuni tipi particolari di motori ad accensioneper compressione v. par. 7.19.4.10.

un funzionamento eccessivamente “ruvido” delmotore ciò che in pratica si ottiene diminuendola quantità di combustibile accumulatasi_jptil ritardo. Poiché però, con gli usuali sistemi diiniezione tale quantità è proporzionale al prodotto del tempo di ritardo t, (v. oltre) per la velocità angolare del motore (fig. 4—3) si comprende come i valori di dp/d9 risultino inevitabilmente maggiori per i motori veloci, in cui il cicloeffettivo si approssima di più al ciclo Sabathè(v. par. 7.19.1.3), che non per i motori lenti, cheinvece tendono maggiormente a seguire il cicloDiesel, e, a parità di velocità media dello stantuffo, per i motori con cilindri di piccole dimensioni che non per i motori più grandi. Valori

100%

80

60

40

20

Fig. 4—I. Andamento della combustione nel motore Diesei in funzione dell’angolo di manovella .

combustione

(*) Opera del prof. Federico Filippi.


normali di dp/dft associati a un funzionamentonon ruvido del motore possono ritenersi di0,2 ÷ 0,5 MN/m2nonostante che in alcuni motoriveloci si raggiungano anche dp/d9 = 0,8 ÷MN/m2;

p

4) fsedi ostcombustione in cui, terminata

necessario che questa fasejro1ghiec-cessivamente (come per esempio può accadere

le gocce combustibie si accumulano

Fig. 4—2, Andamento delle pressioni durante la fase dicombustione: , angolo di manovella; p, pressione entroil cilindro; anticipo all’iniezione.

(MN/n2)1O

p8

6

4

2

Fig, 4—3. Influenza dell’anticipo all’iniezione e della velocità angolare sull’andamento della combustione.

3) una fase CD di combustione graduale in cui,dato che ormai la temperatura nell’interno delcilindro ha raggiunto valori utementeevati il combustibile brucia praticamente viache viene iniettato. Normalmente in questa fasesi raggiunge la massima pressione del ciclo, naturalmente in dipendenza di come si sono svoltele fasi precedenti. Comunemente l’iniezione_vieneanticipata pttoalPMSjqantoènecessarioperché Pmax si raggiunga nell’intorno del P.M.S.

mggioreèqlo di assicurare che tutto il combustibile iniettatotrovi ossigeno iguantità sufficiente per reagire,dato che il tenore di gas combusti entro la caricava via via elevandosi;

Fig. 4-4. Andamento della temperatura T e della pressione p della carica al termine della compressione, dellatemperatura di autoaccensione del combustibile, Taut,del ritardo all’accensione ti..

supareti relativamente f)erjncombusti allo scarico o comunque, ridurre ilrendimento termico del motore. Comunementesi indica come valore da non superarefase di combustione 60°.

Cause del ritardo. Si è visto sopra la necessità diridurre al minimo la quantità di combustibile accumulatasi durante il ritardo e quindi di rendereminimo t,.. Le principali influenzjempdiritardo possono così essere riassunte:a) flnezzadnebulizzazone del combustibile(« polverizzazione»):all’aumentarediquestaaumenta ildiminuisce però è da tener resente che goccedi diametro d troppo piccolo non penetrano sufficientemente entro larjca, ciò che può darluogo a inconvenienti durante la fase di combustione graduale. In motori veloci si scende comunque sino a d 30 iim;b) turbolenza della carica: un’elevata turbolenzafavorisce gli scambi termici e di massa trjgoccia e l’aria e quindi diminuj;c) peratura e pressione dell’aria: la loro in

pqcialmente uella della prima) è determinante (fig. 4—4) sia per quanto rigpardag1iscambi termici e di massa trgocciaearia siapguanto riguarda le reazioni chimiche che stabiliscono tr. Pressione e temperatura dell’ariasono evidentemente strettamente legate al rapporto volumetrico di compressione il cui valoreesercita quindi una decisiva influenza sull’andamento della compressione (fìg. 4—5);

T

iniezione

d) natura chimica del combustibile: anche questa è un’influenza determinante e viene usualmen_q1ificata mediante il numero di cetano (v.par. 7.19.4.2);

e) tenore dei as cojjeidi del ciclo re-cedente: un elevato tenore di gas combusti, daun lato aumenta la temperatura finale della carica e quindi riduce tr, dall’altro aumenta tr poiché riduce la concentrazione di 02;

f) urto delle goccioline co areti calde che

Fig. 4—5. Influenza del rapporto volumetrico di compressione, sul ritardo all’accensione.

accelera l’evaporazioneprazioni ediminuisce t1.. A titolo di esempio, sostituendostantuffi di ghisa a stantuffi di alluminio (più«freddi») in un medesimo motore si sono ridotti

%%____

0-35 40 45 50 55 60

NC

MACCHINE

riassumono alcune delle influenze sopra elencate.Ricordiamo, a titolo di esempio, quella di A. I.Toistoi (per motori veloci sovralimentati) : (*)

m QC”’2tr = zcm() ex(

RT0\Pa

con

40(°c)

30

20

10

o

-10

-20 -

10

Fig. 4—7. Temperatura minima di avviamento di un datomotore in funzione del numero di cetano dei combustibile.

( cos 9A

93±—_cos2A)

4 4

essendo: 5LA l’anticipo all’iniezione; Z 0,033 per= 11 ÷ 16,5, = 5° + 300; m 0,57 + 5.

•l0 n (n = rm); Q una caratteristica del combustibile; Pa e Ta pressione e temperatura di aspirazione; 92 = con cx = dosatura effettiva e

= dosatura stechiometrica.

7.1 9.4.2. Combustibili. Requisito fondamentale per un combustibjjttoall’impipeimotori Diesel è quello di avereuna_sufficienteaccendibilità, e cioè di dar luogo aun pjorita

Fig. 4—6. Influenza del numero di cetano sui gradientedi pressione durante la combustione dp/d (riferito avalori convenzionali) per un dato motore.

(*) Altre formule empiriche talvolta usate sono quelladi Maleev:

0,0104 e8200/T

tr= 1,1v

e quella di Rosen:

i valori di dp/d da 0,7 MN/m2 a 0,52 MN/m2.In generale la costituzione della camera di com

tr = 1200(d/2)2yL,cp

inr -- Tb

TTau

ove Yb è il peso specifico del combustibile, c il suo calorespecifico, ) la conducibilità termica dell’aria. Entrambele formule sono date in unità di misura anglosassoni(lb, in, BTU, °F). (N.d.A.)

7-304

C = —--- [1 + O,59( — I)]

p

PMS 20 30 40 50 60 70 80NC

3dp

dO2

i

bustione può avere una notevole influenza sulritardo.Sono anche state proposte formule empiriche che


do all’accensione. A essoperòsjggunono

iirL oltre a quelli comuni a tutti i combustibiliper motori, caratteristici del motore ad accensione per compressione:viscosità contenuta entro limiti opportuni (eventualmente preriscaldando il combustibile nel casoesso sia troppo viscoso a temperatura ambiente),tenuto conto del fatto che il combustibile stessoè utilizzato come lubrificante nell’apparato diiniezione e che una bassa viscosità facilita la suddivisione in gocce all’atto dell’iniezione nel cilindro;volatilità opportuna in guanto se troppo elevatadàluogoa scarsa penetraziole occe dicombustibile nella carica d’aria e quindi acombustione incompleta; d’altra parte anche sela volatilità è troppo bassa si può avere incompleta combustione per l’evaporazione troppo lenta delle ultime frazioni iniettate.

Numero di cetano. Il numero di cetano (NC) è ilusato p

rizzare l’accendibilità di un combustibile: esso èdefinito come la perceflaldicetanoC16H34)che, in miscela con c-metilnaftalene (C11H10)dàlo stesso ritardo all’accensione deI combustibilein questione, provato nello stesso motore. Il cetano è caratterizzato da un’elevata accendibilità(come del resto tutte le paraffine ad alto pesomolecolare), l’cx-metilnaftalene da un’accendibilità molto scarsa: di conseguenza un combustibileè tanto più adattoaccensione per compressione quanto più elevatoè llsuoNCfig. 4-6. Combustibili ad alto NCQ, per quanto visto precedentemente, necessariin piccoli motori veloci e quando si vogliafacilità di avviamento a freddo (fig. 4—7); essiconsentono di ridurre il rapporto volumetrico dicompressione necessario. Per contro l’impiego dicombustibili a basso NC è possibile solo in motori lenti di grandi dimensioni a meno di nonaumentare il valore di e di ricorrere a mezziausiliari (come candele a incandescenza) per facilitare l’avviamento.In alcuni casi, anziché il numero di cetano, si usail numero di cetene definito analogamente salvola sostituzione del cetene (C16H32) al cetano.

Indice Diesel. È definito come:

IDTA6API

100

essendo TA (in °F) la temperatura corrispondente al punto di anilina del combustibile (e cioè laminima temperatura alla quale può sussistere unmiscuglio omogeneo, in parti eguali, di combustibile e anilina) e 6API la densità del combustibilemisurata in gradi API e cioè, a 15 °C:

ÒAPI=

— 131,5

essendo ò la densità relativa vera del combustibile. L’indice Diesel è talvolta usato per i gasoliin luogo di NC; anche in questo caso a valorimaggiori di ID corrisponde, sia pure con minorapprossimazione, una maggiore accendibilità delcombustibile.Si ha infatti, approssimativamente:

NC = 0,751D + 10.

Additivi. Alcuni additivi possono aumentare l’accendibilità del combustibile, tra questi ricordiamoil nitrato di iso-amile, CH3(CH2)40N02;il nitrato di etile, CH3CH2ONO2;il nitrato di etile,CH3CH2ONO. Inoltre altri additivi vengono aggiunti per vari scopi: inibitori (come il 2-6 di-ter-butil-dimetil-amino-p-cresolo) per evitare laformazione di gomme, anticorrosivi (come acidolinoleico dìmerizzato), detergenti, disattivatori(come la N,N’ disaliciden- I ,2-propilendiammina)per evitare fenomeni catalitici, inibitori di fumosità, abbassanti del punto di scorrimento, ecc.

Tipi di combustibili. In base a quanto visto soprale possibilità di scelta si estendono in una vastagamma dei prodotti di distillazione del petrolioche vanno dai gasoli (intervallo di distillazione195 350 OC) ai residui (tutto ciò che rimanedopo aver separato dal greggio i prodotti che distillano prima di 350 °C) ivi comprese le nafte dacaldaie (Bunker C) usate nei grandi motori marini, previo riscaldamento e filtrazione moltospinti.I gasoli trovano largo impiego in motori piccolie veloci, sono caratterizzati da una densità relativa (a 15 OC) = 0,81 ÷ 0,89, viscosità a 20 °C =

4,1 + 5,3 eSt, NC = 35 ÷ 64, ID = 35 ÷ 78,tenore di zolfo usualmente <1%, punto di infiammabilità = 65 ÷ 110 OC, punto di scorrimento = —48 ÷ —10 °C, potere calorifico inferiore 10 300 kcal/kg.All’altro estremo della scala troviamo combustibili con densità = 0,98, viscosità 125 370eSt a 50 °C, tenore di zolfo fino a 4%, poterecalorifico inferiore intorno a 9200 kcal/kg. Traquesti estremi è disponibile praticamente una variazione continua delle caratteristiche del combustibile, a seconda delle nazioni, della provenienza del greggio, delle applicazioni.Applicazione molto minore hanno altri combustibili liquidi come gli oli derivanti dalla distillazione dei carboni fossili e dei loro catrami od olivegetali.Per i combustibili gassosi v. par. 7.19.4.10.

7.19.4.3. Camere di combustione, iniettori. La forma della camera di combustione deve essere tale da consentire che il combustibile iniettato venga a contatto con tuttal’aria, evitando la formazione di incombusti, e,nei limiti del possibile, tale da rendere minimoil ritardo all’accensione. Ciò si ottiene assicurando un’uniforme diffusione di tutto il combustibile

7-306 MACCHINE

iniettato in tutto il volume d’aria a disposizione,provocando un vivace moto relativo tra combustibile e aria (turbolenza) e, per quanto riguarda

dovrà rispondere alle esigenze di un corretto lavaggio evitando la formazione di sacche di gasresidui.

Fig. 4-8. Forme di camere di combustione per iniezione diretta.

il ritardo, cercando di far si che il combustibileincontri pareti calde il più possibile. Nel caso deimotori a 2 tempi inoltre la camera di combustione

Camere di combustione a iniezione diretta. In queste camere (fig. 4—8) il volume della camera è raccolto attorno ai getti di combustibile uscenti dal-

t)

MoToRI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA 7-307

l’iniettore, la turbolenza necessaria perché tuttal’aria venga a contatto con il combustibile è assicurata dalla disposizione delle luci di ingresso e,sovente, dalla schermatura delle valvole di aspirazione (fig. 4—8a) in modo da impartire un motovorticoso all’aria entrante. La camera può esserericavata entro lo stantuffo, nel caso in cui sullatestata siano disposte valvole (fig. 4—8a -÷ h) e lasua forma deve anche essere tale da evitare il piùpossibile il contatto del getto di combustibile conle pareti, relativamente più fredde del cielo dellostantuffo. Un tipo particolare è quello della fig.4—8i (MAN “Sistema M”) in cui il combustibileè iniettato in modo da formare una sottile pel

Si hanno anche camere a iniezione in parte diretta, in parte ìn camera di combustione separata,come quelle delle figg. 4--9c (Perkins) e 4—9d.

Camere di combustione con camera di compressione separata. L’intimo contatto tra aria e combustibile è ottenuto raccogliendo al termine dellacompressione l’aria entro una camera, separatadal cilindro, dalla quale essa poi esce velocemente quando lo stantuffo comincia la corsa di espansione, incontrando il getto di combustibile opportunamente diretto. La fig. 4—ha (Acro, AEG,Saurer) mostra un esempio in cui l’iniezione, cheavviene in prossimità del P,M.S., è fatta controcor

Fig. 4—9. Forme di camere di combustione separate.

licola liquida sulle pareti della cavità ricavatanello stantuffo. L’andamento della combustioneè poi regolato dall’evaporazione ditale pellicola;pregio essenziale ditale forma di camera è quellodi prestarsi bene all’impiego di combustibili aventi anche basso NC. Le figg. 4-8 (1 ÷ r) mostranoalcuni tipi di camere ricavate entro la testata ovvero in parte entro la testata e in parte entro lostantuffo: tali disposizioni sono tipiche dei motori a 2 tempi senza valvole. Le figg. 4—8s, t mostrano due disposizioni adottate nel caso di motori a stantuffi contrapposti, mentre la camera difig. 4—8u, proposta a suo tempo dalla NACA, utilizza una speciale conformazione del cielo dellostantuffo per assicurare la turbolenza dell’ariaattorno all’iniettore.

Camere di combustione separate. In esse una notevole parte del volume della camera di combustione (50 ÷ 90% del totale) è separato dal cilìndro, con il quale comunica mediante passaggi attia impartire un moto vorticoso all’aria assicurando così il suo ricambio in prossimità dell’iniettore. Il prototipo ditali camere può essere considerato la camera Comet (Ricardo) (fig. 4—9a);analoga è la camera di fig. 4-9b (Hercuies) in cuiperò la luce di comunicazione con il cilindro èparzialmente intercettata dallo stantuffo in prossimità del P. M.S., aumentando così la velocità dell’aria (fìg. 4—10).

rente al getto d’aria uscente dalla camera di accumulo. Nel caso di fig. 4—hlb (MAN “Air celi”)invece l’aria uscente incontra il getto di combustibile ad angolo pressoché retto.

I___velocifa dell’aria attraverso ilpassaggio, sezione variabile.

HHinizio dell’iniezione di - -

carburanfe z

— velocità dell’aria— ,4_ j,. offra verso il passaggio, —

I sezione costanteI

—

Il volume della camera separata di compressioneveniva un tempo tenuto pari al 60 70% del volume totale della camera di combustione, ora si

a) b) d)

200

rm, N\, IS,)

150

100

50

060 500 40’ 30’ 20° 10° 0 PMS

Fig. 4—IO. Camera di combustione Hercules (da [116]per cortesia dell’Editore).

7-308 MACCHINE

camere di combustione assommano gli inconvenienti di quelle separate di combustione e di compressione. Vantaggi essenziali di tutte le camerenon a iniezione diretta sono però quello di richiedere iniettori a foro unico con minori esigenzeper quanto riguarda la nebulizzazione (e quindiminori pressioni di iniezione), di essere meno sensibili alle variazioni di NC del combustibile, diconsentire dosature più ricche senza eccessivafumosità allo scarico, di aver minori valori di Pmax

entro il cilindro (fig. 4—14). Esse trovano perciò

tende a ridurlo al 20 ± 25%.

Camere di combustione ad accumulazione d’aria.L’esempio più classico è la camera Lanova (fig.4—1 lc) con I ÷ 3 camere di accumulazione distinte, di cui una può essere esclusa all’atto dell’avviamento per aumentare il rapporto di compressione. 11 funzionamento è intermedio tra quello delle camere di compressione separate e quellodelle precamere di combustione in quanto entrola camera di accumulo avviene anche una parzialecombustione (fig. 4—12).

Precamere di combustione. Il combustibile è iniettato in una precameradicombustione, avente volume pari a30 del totale (fig. 4—13), comunicante con il cilindro mediante uno o più fori dipiccole dimensioni. Una parte del combustibilebrucia, trovando l’ossigeno necessario, e provocaun rapido aumento della pressione entro la precamera che spinge attraverso i forellini la rimanente parte entro la camera principale ove si completa la combustione.

Confronto tra i vari tipi. Le camere a iniezionediretta consentono il massimo rendimento termico del motore presentando minori dispersioni dicalore e, per la medesima ragione, facilitano l’avviamento. Per contro richiedono iniettori a forimultipli e di piccolo diametro, danno luogo amaggiori valori di entro il cilindro, risentonofortemente delle variazioni dì NC del combustibile. Il loro uso è generalizzato nei motori lentidi grandi dimensioni, ma sono anche largamenteusate nei piccoli motori veloci; in tal caso richiedono combustibili con NC sufficientemente alto.Le camere di combustione separate hanno maggiori dispersioni di calore, ciò che riduce il rendimento termico e rende più difficoltoso l’avvia-mento (vi si rimedia ricorrendo alle candelette aincandescenza indicate nelle figg. 4--9a, 4—9b,4—ha, 4—13). Quelle di compressione separateriducono il rendimento termico per l’effetto dellalaminazione dell’aria nel passaggio attraverso leluci di comunicazione con il cilindro. Infine le pre

(MN/m2)

p8

7

6

5

4

i entro la camera diaccumu1azione

/entro il cilindro

::zzzz

—,-

Fig. 4—12. Andamento delle pressioni in un motore concamera di combustione tipo Lanova.

ancora frequenti impieghi in piccoli e medi motori veloci, anche se la moderna tendenza è indubbiamente verso l’uso di camere a iniezionediretta.

Iniezione. Abbandonato il sistema di iniezionepneumatica, largamente in uso fin verso il 1930,jeneral izzata l’iniezione meccanica nel la qqil combustibile viene iniettato al momento volutoentro la camera di combustione facendolo effiuireattraverso uno o pjù piccoli fori ricavati nell’iniettore, sotto un’elevata differenza di pressione.La nebuhizzazione del getto di combustibile è favorita dall’elevata densità dell’aria presente nellacamera di combustione, dall’uso di fori di effiussodi piccolo diametro, da un’elevata turbolenza sianel getto sia nell’aria; per contro è tanto peggiorequanto più elevata è la viscosità del combustibile.Naturalmente anche un’elevata caduta dì pressione attraverso l’orifizio di iniezione favorirebbela formazione di gocce di piccole dimensioni, manon si può aumentare eccessivamente la pressionedi iniezione, da un lato per non comprometterela penetrazione del getto, dall’altro per non aumentare la delicatezza dell’apparato di iniezione.

c

Fig. 4—11. Forme di camere di combustione con cameradi compressione separata e ad accumulazione d’aria.

3

2

i

160° 12d 86 40° PMS 40° 80° 120°160° 200°o


Pressioni normali di iniezione possono ritenersi20 + 25 MN/m2 (con punte fino a 50 MN/m2)per motori a iniezione diretta, 12,5 17,5 MN//m2 per motori con camere di combustione separate o precamere.Naturalmente le gocce in cui il getto di liquido sirompe non sono tutte di egual diametro (fig.4—15): la loro distribuzione di frequenza tendead accentrarsi attorno al valore più probabiletanto più quanto maggiore è la pressione di iniezione.

no; scarsa influenza ha invece il diametro dell’ugello di effiusso. Appare quindi come le esigenze di una buona nebulizzazione (per ridurreTTitard e di una buona penetrazione (per avereuna buona combustione) siano antitetiche cosicché la scelta dei parametri caratteristici dell’iniezione costituisce sempre un delicato compromesso tenendo altresi conto che nebulizzazione e penetrazione sono non poco influenzate anche dallecaratteristiche generali del sistema di iniezione(forma dei passaggi del liquido, velocità della

Fig, 4—14. Andamento delle pressioni entro il cilindro inmotori con diverse forme di camere di combustione (da[1211 per cortesia dell’Editore),

ppetrazione del getto cresce al crescere dellavelocità iniziale del gtto (proporzionale alla radice quadrata del salto di pressione nell’iniettore)e del diametro delle gocce diminuisce all’aumentare della densità della carica per la maggior resistenza aerodinamica che le gocce stesse incontra-

pompa di iniezione, legge di mandata della pompa, ecc.) oltre che dalle caratteristiche fisiche delcombustibile.

Iniettori. flforo, o i fori di effiusso del combustibile sono chiusi da una valvola, o spillo, automatica mantenuta premuta contro la sede da unarobusta molla: al momento volutojpressionestessa del combustibile inviato dalla pompa agendo sull’otturatore vince la resistenza della mollaaprendo la valvola e determinando così l’iniezione attraverso l’ugello (fig. 4—16). Il combustibileeventualmente infiltratosi nella camera della molla ritorna al serbatoio attraverso un appositotubo. La forma e il numero dei fori degli ugellisono in stretta relazione con la disposizione dellacamera di combustione (fig. 4—17): nei motori ainiezione indiretta sono molto usati gli ugelli aforo unico centrale, specialmente a pernetto cherisulta autopulitore, e per la forma stessa del per-netto riduce la quantità di combustibile iniettatadurante il periodo corrispondente al ritardo, rendendo così più dolce il funzionamento del moto-

Fig. 4—13. Camera di combustione con precamera.

pp1/r2

accensione

iniezionediretta

30 d 40(um”l

p

precamera dicombustione

4,2 MN/m2

accensione

iniezionecamera dicompressioneseparata

Fig. 4—15. Distribuzione, secondo il loro diametro d, delnumero delle gocce (in % del numero totale) uscenti daun iniettore al variare della pressione di iniezione p.Pressione in camera di combustione: 1 MN/m2.

op

4,8 MN/m2

camera dicombustioneseparata

o o

7-310 MACCHINE

re. Se si hanno più fori questi sono orientati indirezione dei volumi maggiori della camera dicombustione; nei piccoli motori i fori risultanodi diametro ridottissimo e quindi facilmente ostruibili e usurabili. Iniettori speciali, ad apertura

Fig. 4—16. Sezione di un iniettore per motore Diesel veloce.

comandata mediante eccentrici, sono usati conalcuni particolari sistemi di iniezione meccanica.Gli iniettori dei grandi motori sono normalmentedotati di intercapedine per la circolazione dell’acqua di refrigerazione; nei piccoli motori è sufficiente disporre l’iniettore in una zona ben refrigerata della testata.

7.19.4.4. Apparati di iniezione, regolazio ne. Compito dell’apparato di iniezione èdi fornire a ciascun cilindro la quantità voluta dicombustibile nell’istante (fase) adatto con unapressione sufficiente ad assicurarne la nebulizzazione e la penetrazione in seno all’aria. Come giàdetto è ormai abbandonata l’iniezione pneumatica: la pompa mandava la quantità voluta di naftaall’iniettore; all’istante stabilito un eccentricoapriva lo spillo dell’iniettore e il combustibile erainiettato nel cilindro da un getto di aria compres

sa, fornita da un apposito compressore. Il sistemauniversalmente impiegato oggi è quello a iniezione meccanica: il combustibile, fornito da unapompa sotto elevata pressione, viene inviato nellaquantità e al momento voluti, all’iniettore.

Iniezione meccanica semplice. Con questo sistema(fig. 4—18) la pompa manda direttamente, nellaquantità e con la fase dovute, il combustibile all’iniettore. La pompa deve ovviamente avere tantielementi pompanti quanti sono i cilindri del motore, con i quali devono trovarsi in fase, ed è co

—4

Fig. 4—17. Ugelli per iniettori: a) a foro unico; b) a forimultipli; c) a pernetto e particolari del pernetto in variefasi di apertura.

mandata da un alberino a eccentrici azionato dall’albero a gomiti mediante ingranaggi con rapporto I : I (motori a 2 tempi) o i : 2 (motori a4 tempi). Completano il sistema il serbatoio; lapompa di alimentazione (a membrana, a stantuffo o, più raramente, a ingranaggi); il complessodei filtri, importantissimi in quanto, per la delicatezza della pompa di iniezione e degli iniettori,la filtrazione del combustibile non è mai abbastanza curata; le varie tubazioni di raccordo e quelledi mandata dalla pompa ai singoli iniettori. Poiché queste ultime introducono perdite di pressione e possono dar luogo a fenomeni vibratoritali da ostacolare il regolare funzionamento degliiniettori (iniezione intermittente o iniezione irregolare, terminata quella normale) in qualchecaso ogni cilindro è dotato di un complesso pompa-iniettore, comandato da un albero a eccentrici.Le pompe usate possono essere del tipo a riflusso

a)


variabile in cui ogni pompante è proporzionatoper una portata sempre largamente superiore aquella necessaria per la massima potenza e lamandata viene poi ridotta al valore richiesto facendo rifluire nel condotto di aspirazione la quantità di combustibile esuberante, aprendo per untempo più o meno lungo una valvola di riflusso(che può essere la stessa valvola di aspirazione)all’inizio (mandata ritardata) o al termine (mandata interrotta) della corsa di mandata dello stantuffo. Nel primo tipo l’anticipo all’iniezione variacon il carico, nel secondo rimane invece costante.Esistono diversi tipi di tali pompe, per motoriDiesel lenti o veloci, che si differenziano soprattutto per le modalità di comando della valvola diriflusso.Il tipo più comune nei motori Diesel veloci è lapompa cosiddetta tipo Bosch schematizzata nellafig. 4—18. Tale pompa è costituita da tanti cilindretti di regola allineati quanti sono i cilindri del motore; in ogni cilindretto si muove dimoto alternato uno stantuffo tuffante, spinto verso l’alto da una punteria azionata da un alberoa eccentrici contenuto nel basamento della pompae richiamato da molle. Ogni cilindretto porta dueluci laterali in comunicazione con il condotto diarrivo del combustibile dalla pompa di alimentazione e una valvola di mandata; a sua volta lostantuffo porta una scanalatura verticale e unaelicoidale cosicché la variazione della quantità dicombustibile mandata a ogni stantuffata è ottenuta ruotando lo stantuffo stesso più o meno attorno al suo asse mediante un settore che ingranacon una cremagliera di comando collegata, tramite un regolatore di velocità incorporato nellapompa stessa, all’acceleratore.La lubrificazione dei vari comandi è assicuratadall’olio contenuto nel basamento; quella dellostantuffo è affidata allo stesso combustibile.Varianti a tale tipo di pompa si differenziano perparticolarità costruttive nel sistema di comandodella rotazione degli stantuffi (con forcelle impegnate in perni portati dall’asta di comando), nellaforma delle scanalature sullo stantuffo (a elicainvertita in modo che l’anticipo all’iniezione variautomaticamente con il carico) nella posizionecorrispondente delle luci, nella valvola di mandata, ecc.

Iniezione meccanica con distributore. Modernamente si è diffuso, particolarmente per motoriveloci, il sistema di iniezione meccanica con distributore (fìg. 4—19) in cui una sola pompa, cheha un numero di mandate al ciclo del motorepari a quello dei cilindri, viene successivamentemessa in comunicazione con i singoli iniettori daun distributore che può anche essere costruttivamente conglobato nella pompa stessa.Nell’esempio di fig. 4—19 (C.A.V.) la pompa diiniezione vera e propria, a stantuffi radiali mossida un eccentrico anulare durante la corsa di avvicinamento (mandata), è posta in comunicazio

Fig. 4—18. Schema di pompa tipo Bosch per iniezionemeccanica semplice: 1, stantuffo pompante; 2, arrivo delcombustibile; 3, riflusso; 4, camma; 5, punteria; 6, viteper la regolazione dell’anticipo; 7, settore dentato; 8, cremagliera di regolazione; 9, valvola automatica della mandata; 10, spillo dell’iniettore.

Fig. 4—19. Pompa d’iniezione C.A.V. con distributore acorsa variabile: a) schema di funzionamento; b) particolare dei canali del distributore rispettivamente durantel’aspirazione e la mandata dei pompanti; c) particolaredel comando di variazione automatica dell’anticipo allainiezione,

lo

-3

8

3

b) c)

7-3 12 MACCHINE

all’albero di comando e quindi una variazioneprestabilita dell’anticipo all’iniezione con il carico. Costruttivamente la pompa di alimentazione, la pompa d’iniezione vera e propria e il distributc:e sono calettati sul medesimo albero, in faserispetto all’albero a gomiti, e sono lubrificati dalcombustibile.

‘Iniezione meccanica con accumulazione. Nel sistema di iniezione Cuinmins (fig. 4—20) la pompasi confonde con l’iniettore e la regolazione dellamandata è ottenuta variando la pressione con cuiil combustibile è inviato dalla pompa di alimentazione al forellino calibrato di ingresso nella camera di iniezione; l’acceleratore e il regolatoreagiscono perciò su di una valvola di strozzamento posta a monte degli iniettori; questi sono comandati da un albero a eccentrici (che assicurala fase dell’iniezione) con moto alternato.

7.1 9.4.5. Curve caratteristiche. Il particolare meccanismo della combustione nei motori ad accensione per compressione (v. par.7.19.4.1) obbliga a usare dosature aria-combustibile x > per consentire la totale utilizzazione del combustibile. Al crescere del rapportoil consumo specifico di combustibile q, in genereprima diminuisce,’per le migliori condizioni in cuisi svolge la combustione, per poi risalire per effetto delle perdite di natura meccanica (fig. 4-21):è infatti evidente che man mano che aumenta

diminuisce la pressione media effettiva Pme.

Fig. 4—20. Pompa d’iniezione sistema Cummins; a) schema di funzionamento: 1, serbatoio; 2, pompa di alimentazione a ingranaggi; 3, filtro; 4, regolatore di pressione;5, valvola comandata dall’acceleratore; 6, valvola comandata dal regolatore di velocità; 7, rubinetto di esclusione:8, pompa-iniettore comandata dall’albero a eccentrici;b) schema di funzionamento della pompa-iniettore: 1,durante la corsa di salita lo stelo centrale scopre le lucidi ingresso della nafta; 2, al termine della corsa di salitalo stelo scopre la luce calibrata attraverso cui entra laquantità vbluta di nafta a seconda della pressione dialimentazione; 3, nella rapida corsa di discesa lo steloinietta la nafta accumulatasi nella cameretta; 4, durantela fase di riposo tutte le luci sono chiuse.

ne da un distributore rotante successivamente conil condotto di mandata di un iniettore, con quellodi ingresso del combustibile, con l’iniettore successivo e così via. La corsa di ritorno degli stantuffi avviene sotto la spinta del combustibile cheentra nella camera mandata da una pompa dialimentazione a palette, di capacità esuberante;una valvola di regolazione, comandata dal regolatore di velocità, varia a seconda del carico laquantità di combustibile che giunge alla pompae che quindi sarà iniettata nella mandata successiva. La stessa pressione del combustibile dopola valvola di regolazione determina una maggioro minor rotazione dell’eccentrico anulare rispetto

0,5 1,5. 2,5 3,5 4,5(1/O st

Fig. 4—21. Consumo specifico di combustibile di diversimonocilindri con diverse camere di combustione al variare della dosatura: I, precamera di combustione: 2.camera di compressione separata Acro; 3, camera di accumulazione Lanova; 4 e 4’, iniezione diretta; 5 ÷ 5”,camera di combustione separata; 6, motore ad accensione comandata — 7.

b)

4


Sull’andamento della curva q(x/) ha notevolissima influenza il tipo di camera di combustione utilizzato (fig. 4—21), molto minore è invecel’influenza di questo sulla curva Pn,e(X/o).

In pratica si riscontra che i minimi valori delconsumo specifico si hanno per valori di 2nei motori lenti, a rapporto di compressione relativamente basso, mentre si ottengono con diluizioni minori (fig. 4-21) per motori veloci. Inveceil massimo valore di Pme si ottiene per valori di xabbastanza prossimi ad o: qui la limitazione allamassima quantità di combustibile che può essere iniettata è rappresentata dalla comparsa delcaratteristico fumo nero nello scarico, dovuto aparticelle carboniose formatesi durante la reazione e che non trovano aria per la loro completacombustione sinché la temperatura entro il cilin

dro è scesa a valori così bassi da annullare praticamente la velocità di reazione chimica. In talicondizioni si ritrovano altresì nei gas di scaricoossido di carbonio (normalmente pressoché assente), aldeidi (causa del caratteristico odore edell’effetto lacrimogeno dei gas di scarico deimotori Diesel) e idrocarburi incombusti. La presenza ditali sostanze inquinanti, oltre alla considerazione che aumentando la quantità di combustibile iniettata la Prne non aumenterebbe (flg.4—22), impone così un limite inferiore al rapporto Un limite al massimo valore utilizzabileper è invece imposto dalla comparsa del caratteristico fumo bianco, dovuto alla presenza neigas di scarico di particelle incombuste di combustibile (e di olio lubrificante) giacché con alte diluizioni l’eccesso d’aria presente nel cilindro impedisce il regolare andamento della combustione,non consentendo un sufficiente aumento di temperatura dopo che la prima parte del combustibile si è accesa. Il fenomeno è specialmente visibile all’atto dell’avviamento (cilindro con paretifredde) e nella marcia a carichi ridotti.

Infatti, come già precedentemente detto, la regolazione della potenza erogata dal motore ad accensione per compressione è ottenuta variando laquantità di combustibile iniettata al ciclo e lasciando inalterata quella d’aria. Ne consegue,principalmente, che ai carichi ridotti vengono amancare le perdite per pompaggio caratteristichedel motore ad accensione comandata e di conseguenza il consumo specifico di combustibile aumenta meno al diminuire del carico di quantonon faccia nel motore regolato per strozzamentodella miscela aspirata (fig. 4—22).La fig. 4—23 riporta la caratteristica meccanica diun motore Diesel 4 tempi sovralimentato conturbocompressore a gas di scarico: oltre alla relativamente piccola variazione del rendimento globale con il carico, sopra ricordata, è anche evidente come, per una data posizione dell’organodi regolazione della pompa di iniezione (lineecontinue) la Pme (e quindi la coppia motrice) varirelativamente poco con la velocità di rotazione n.Ciò è dovuto al fatto, che, di regola, in tali condizioni la quantità di combustibile iniettata al cicloaumenta all’aumentare di n. Disegnando opportunamente l’apparato di iniezione è così anchepossibile agire sulla forma della caratteristicameccanica del motore.Un caso particolare è quello in cui il motore comanda un’elica navale a passo fisso, cosicché inprima approssimazione la potenza richiesta variacome n, La fig, 4 24 mostra come, data la scarsasensibilità alle variazioni del carico, le caratteristiche del motore ad accensione per compressionebene si adattino a questo tipo di applicazione.Naturalmente l’uso di dosature > cx portacome conseguenza che i valori massimi di Pme

14

me(MN l12

m2 /1,0

0,8

016

014

0,2

O 0,2 0;4 0,6 08T

Fig. 4 23. Caratteristiche meccaniche di un motore Diesel a 4 tempi sovrahmentato: linee corrispondentia una percentuale costante della posizione estrema dell’organo di regolazione della pompa di iniezione.

o Q2 0,4°‘6Pme0’8(MN/m2)

Fig. 4—22. Relazione b(Pme) per motori ad accensioneper compressione a n cost.

7-314 MACCHINE

no dapme = 0,6 ÷ 0,9 MNm2 per motori veloci4 tempi ad aspirazione naturale, a Pnìe = 0,5 +÷ 0,6 MN!m2 per motori lenti 2 tempi, a Pme =

= 1,0 1,8 MN/m2 per motori 4 tempi sovralimentati, a Pne —0,7 ÷ 1,2 MN/m per motori a

_____

2 tempi sovralirnentati.

7.19.4.6. Costituzione dei motori veloci. I motori veloci ad accensione per compressione trovano applicazione vastissima, per potenze da <1 kW a 1000 kW e oltre, nell’autotrazione (autocarri, trattrici, macchine per movimento terra, veicoli militari, autovetture) per veicoliferroviari, per la propulsione di piccole imbarcazioni militari o da diporto, per gruppi elettrogenie per una molteplicità di altri impieghi industriali.La loro costituzione non si discosta molto daquella degli analoghi motori ad accensione comandata: i cilindri, allineati (verticali od orizzontali) ovvero con disposizione a V, sono per lo piùriuniti in un monoblocco nel caso dei motori conrefrigerazione ad acqua (fig. 4—25), sono inveceseparati nel caso di refrigerazione ad aria (fig.4—26). Nei motori a 4 tempi, che sono i più diffusi, la distribuzione è ottenuta con valvole intesta comandate da uno o due alberi a eccentricidisposti nel basamento.Tranne che per le minori potenze (50 kW) vadiffondendosi sempre più la sovralimentazionecon turbocompressori a gas di scarico e, nei tipipiù grandi, anche con postrefrigerazione dell’aria.I motori a 2 tempi, eccetto che per le piccolissimepotenze ove è usato il sistema a carter-pompa,utilizzano generalmente per il lavaggio un compressore volumetrico rotativo tipo Root (fig.4—27): il lavaggio può essere del tipo a correntiripiegate (specialmente nel caso di motori a stantuffi contrapposti moventisi eptro il medesimocilindro) ovvero unidirezionale con valvola discarico in testa (fig. 4—27).Tipi particolari (Napier Deltic) comportano unadisposizione a triangolo dei cilindri con 6 stantuffi contrapposti e tre alberi a gomito disposti aivertici del triangolo.

7.194.7. Costituzione dei motori lenti a 4 tempi. Modernamente il motore lentoa 4 tempi è pressoché scomparso, sostituito dalmotore lento a 2 tempi. Si costruiscono ancorainvece molti motori a 4 tempi di grandi dimensioni, a media velocità, per potenze sino a 1000kW/cilindro, destinati alla propulsione navale,all’azionamento di gruppi elettrogeni, al comando di grandi compressori (talvolta il motore e ilcompressore sono riuniti in un’unica macchina acostituire un motocompressore). Si tratta di motori refrigerati ad acqua con cilindri allineati o aV, a semplice effetto, per lo più senza testa a croce, con valvole in testa, generalmente sovralimentati con turbocompressore a gas di scarico e inter

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Fig. 4—24. Caratteristiche di un motore Diesel lento a 2tempi accoppiato a un’elica marina a passo fisso.

Fig. 4 25. Sezione trasversale del motore Diesel velocea 6 cilindri in linea tipo OM CP3: cilindrata 7412 cm3;alesaggio 110 mm, corsa 130 mm; rapporto di compressione 1:17,4; potenza 145 CV a 2600 rm (per cortesiadella soc. OM).

ottenibili in un motore ad accensione per compressione sono minori di quelli ottenibili in unmotore ad accensione comandata. Tali valori van

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7-316 MACCHINE

Fig. 4—27. Sezìone trasversale di un motore Diesel veloce a 4 tempi, 4 cilindri, refrigerato ad aria, ainiezione diretta, per autoveicoli e usi industriali della Deutz Upo F4L912: cilindrata 3668 cm3;alesaggio 100 mm, corsa 120 mm; rapporto di compressione 1:17; potenza 46 ± 73 CV a 1500 ±± 2800 rm (per cortesia della soc. Deutz).

Fig. 4—28. Sezione trasversale del motore Diesei a 4 tempi a media velocità Tosi Q3212SS’con cilindri a V: alesaggio 320 mm, corsa380 mm; rapporto di compressione i potenza per cilindro 400 CV a 750 rm. li motore a12 cilindri sviluppa una potenza di oltre 4500CV (per cortesia della soc. Tosi).


Fig. 4—29. a) sezione trasversale di un motorenavale Diesel FIAT 1060Sa 2 tempi: alesaggio 1060mm, corsa 1900 mm; potenza 3400 CV/cil. (fino a4000 CV!cil); press. media effettiva 8,95 kgJcm2.Il motore a 10 cilindrisviluppa a 102 rm lapotenza di 34000 CV.b) schema di lavaggio(per cortesia della soc.FIAT).

refrigeratori e postrefrigeratori (fìg. 4—28). I cilindri sono singoli, collegati da un basamentocomune che si estende il più in alto possibile versole testate per conferire rigidità all’insieme.

7.1 9.4.8. Costituzione dei motori lenti a 2 tempi. La tendenza costruttiva deigrandi motori lenti a 2 tempi per propulsionenavale o centrali termoelettriche è ormai chiaramente indirizzata verso il motore a semplice effetto, con testa a croce, sovralimentato con turbocompressore a gas di scarico, a cilindri allineati (fig. 4—29). Le principali differenze si ritrovanonel sistema di lavaggio che, in alcuni casi, è unidirezionale con valvola di scarico in testa (Burmeister & Wain, Gòtaverken) in altri è a correntiripiegate con luci alla base del cilindro (MAN),in altri ancora è a correnti ripiegate con pompavolumetrica dì lavaggio portata dall’asta dello

stantuffo mediante una mensola laterale e il cuicilindro è quindi affiancato al cilindro motore(FJAT). Nei motori di maggiori dimensioni (sinoa oltre i m di diametro del cilindro con potenzedi oltre 3000 kW/cilindro) un banco inferioresorregge l’albero a gomiti e su esso si appoggiano,tramite una serie di montanti, i singoli cilindricon le relative testate.Motori di minori dimensioni sono anche costruitisenza testa a croce, con cilindri allineati o a V.Alcuni di essi hanno stantuffi contrapposti collegati a due alberi a gomito (Fairbanks-Morse): nelcaso dei cilindri allineati si hanno in ogni cilindrodue stantuffi di egual diametro; invece nel casodei motori con cilindri a V gli stantuffi superiorisono di diametro minore di quelli inferiori e hanno principalmente la funzione di scoprire le lucidi aspirazione, praticate nella parte superiore delcilindro anch’essa ovviamente di diametro ridot

a)

7-3 18 MACCHINE

to, in modo da consentire il lavaggio unidirezio

nale, le luci di scarico essendo scoperte dallo

stantuffo inferiore.

l’aria aspirata iniettando in essa una parte delcombustibile;— iniezione di parte del combustibile verso il ter

Fig. 4—30. Andamento delle pressioni nel motore Diesele nel motore Diesel-gas.

Anche questi motori sono quasi senza eccezionesovralimentati e sono sempre refrigerati adacqua.

7.19.4.9. Motori policombustibile. Esigenze militari hanno portato in questi ultimianni alla costruzione di motori ad accensione percompressione capaci di utilizzare una grande varietà di combustibili: dal gasolio alla benzina, alcherosene per turbine a gas, a miscele di essi. Laprincipale difficoltà che si incontra nella realizzazione ditali motori policombustibili è evidentemente quella di assicurare una corretta accensione di combustibili, quale per esempio la benzinaad alto NO, aventi NC molto bassi. Svariati sonogli artifizi a cui si è ricorsi:

— aumento del rapporto volumetrico di compressione, sino a = 21 ÷ 22, e corrispondente aumento nella robustezza del motore; un effettoanalogo si ottiene mantenendo ai valori normali per i motori Diesel veloci ma adottando unasovralimentazione molto spinta:

-- impiego di superfici calde sulle quali viene proiettato il getto di combustibile uscente dall’iniettore: un esempio è la camera di combustione “M”di fìg. 4—8i; in altri casi si è fatto ricorso a precamere di combustione o camere di combustioneseparate con un inserto non refrigerato di mate

riale refrattario: buoni risultati si sono anche ottenuti con motori a 2 tempi a stantuffi contrapposti in cui il cielo dello stantuffo, per sua natura,è sempre piuttosto caldo:

— iniezione pilota di una parte del combustibile(10 ÷ i5) in anticipo (30 400) sull’iniezioneprincipale attraverso un iniettore separato opportunamente disposto;

Fig. 4—32. Motore a iniezione a bassa compressione: a)motore Hesselmann; b) motore Boghetto.

mine della fase di scarico: si ha così una parzialereazione con i gas combusti, arrestata dall’afflusso d’aria fredda: i prodotti di tale reazione parediminuiscano il ritardo all’accensione del combu

stibile iniettato successivamente al termine dellafase di compressìone (sistema Vigorn).In questi modi è stato possibile costruire motoripolicombustibile di prestazioni accettabili anchese la loro diffusione è stata alquanto limitata.

7.19.4.10. Altri tipi.

Motori Diesel-gas. Per l’utilizzazione di gas naturali (metano e propano) sono largamente usatiall’estero i motori Diesel-gas (o “dual fuel”). Neltipo più diffuso il motore aspira una miscela omogenea di aria e gas combustibile (con dosaturapovera) la quale viene accesa al termine della

Fig. 4—31. Sistemi di introduzione del gas nei motoriDiesel-gas.

a) b)

— junugazione e cioè parziale carburazione del-


fase di compressione mediante l’iniezione di unapiccola quantità di gasolio (di regola corrispondente a della quantità totale di calore for

Fig. 4—33. Motore a testa calda.

nita). La combustione comincia così come in unmotore ad accensione per compressione con l’accensione del gasolio pilota ma continua poi comein un motore ad accensione comandata in quantola fiamma si propaga alla miscela omogenea diaria e gas combustibile. Si ha così una ruviditàdi combustione molto minore che non nel funzionamento a solo combustibile liquido (flg.4—30) ed è possibile usare dosature (complessivamente) molto prossime a quella stechiometricautilizzando così completamente l’aria contenutanel cilindro.Nei motori a 2 tempi (fig. 4-3 la) il gas combusti

bile è iniettato a bassa pressione entro il cilindronon appena si sono chiuse le luci di scarico; inquelli a 4 tempi (fig. 4—3lh) invece il gas carburadirettamente l’aria aspirata (o mandata dal compressore di sovralimentazione).La regolazione della potenza fornita dal motorepuò essere fatta strozzando l’aspirazione di miscela aria/gas e mantenendo la dosatura di questa costante oppure, preferibilmente, impoverendo la miscela aria/gas man mano che si vuoi ridurre la potenza ma aumentando nel contempo laquantità di gasolio pilota iniettato per consentirel’accensione di miscele aria/gas molto povere. Inquesto secondo caso al minimo il motore puòfunzionare con la sola iniezione pilota di gasolio.In altri sistemi (Nordberg) invece il gas è iniettatonel cilindro insieme al gasolio pilota: si ha cosìuna sorta di iniezione pneumatica in cui peròl’aria è sostituita dal gas combustibile. Questosistema richiede un compressore dal gas combustibile però ovvia agli inconvenienti derivanti dalle difficoltà di refrigerazione dell’iniettore (datala piccola quantità di gasolio pilota che vi circoladentro), dalla possibilità di formazione di misceletonanti aria/gas nei condotti di aspirazione, dallanecessità di assicurare un’ottima ventilazione delcarter dei motore, ove altrimenti il gas potrebbeaccumularsi con grave pericolo di esplosione.

Motori a iniezione a bassa compressione. Costituivano un compromesso tra il motore Diesel (dicui avevano il sistema di iniezione) e il motoread accensione comandata in quanto l’accensioneera data da una candela essendo il rapporto dicompressione insufficiente aiFaccensione spontanea (e 7).Nel motore f-Iesselmann (flg. 4—32a) l’iniezione avveniva 35° in anticipo sul P.M.S. e la forte turbolenza esistente nella camera favoriva la formazione di una miscela uniforme, accesa dalla scintilla scoccante tra gli elettrodi della candela. Laregolazione era ottenuta per contemporaneistrozzamento dell’aspirazione e riduzione dellamandata di combustibile.Nel motore Boghetto invece (fig. 4—32b) la speciale forma della camera di combustione facevasì che in essa si avesse sempre una carica stratificata con aria regolarmente carburata in vicinanzadella candela anche quando, ai carichi ridotti, sidiminuiva la mandata di combustibile lasciandoinalterata quella d’aria.In pratica questi motori, un tempo abbastanzadiffusi, specialmente sulle trattrici agricole, nonvengono più costruiti perché i loro vantaggi, cioèpossibilità di impiego di combustibili diversi, maggior dolcezza di funzionamento del motore Diesel, minor consumo di combustibile del motoread accensione comandata (particolarmente nelmotore Boghetto), facilità di avviamento, sonomolto ridotti dagli svantaggi derivanti dalla contemporanea presenza dei sistemi di iniezione eaccensione elettrica.

7-320 MACCHINE

Motore a testa calda. Anche questo tipo di mo

tore, un tempo largamente diffuso per la sua semplicità, è ormai abbandonato. In esso, essendo ilrapporto di compressione insufficiente a provocare l’accensione del combustibile iniettato (

4 8), l’accensione era affidata a una zonadella testa isolata termicamente e che quindi rimaneva ad alta temperatura; inoltre l’iniezioneavveniva con un notevole anticipo sul P.M.S. (finoa 180°) per facilitare la vaporizzazione del com

bustibile. Negli esemplari più recenti il motore atesta calda, per realizzare la massima semplicità,era sempre monocilindrico orizzontale, a 2 tempicon lavaggio nel carter (fig. 4—33), lubrificazione adosatura, refrigerazione ad acqua con circolazio

ne a termosifone. La testa calda era realizzata mediante una calotta sagomata a bulbo, non refrigerata e protetta da una cuffia che evitava la trasmissione di calore all’atmosfera. Il carter era dotato di una valvola automatica di aspirazione dell’aria, la cui apertura era determinata dalla depressione che si provocava nel carter stesso durante la salita dello stantuffo, talvolta sostituita dauna valvola rotante comandata.

presentava un’evoluzione del motore a testa calda. Il rapporto di compressione (e 12) era superiore ma non ancora sufficiente ad assicurarel’accensione del combustibile, che perciò era facilitata mantenendo calde le pareti della cameradi combustione. La testata (fig. 4—34) era perciòpriva di refrigerazione (tranne che in corrispondenza dell’iniettore), ma il suo compito non eraquello di vaporizzare il combustibile iniettato,bensì quello di riscaldare sufficientemente l’ariaal termine della compressione. L’iniezione era fatta perciò in prossimità del P.M.S., come nel motore Diesel (anticipo al massimo = 60°); identico aquello dei motori Diesel era pure l’apparato diiniezione, con pompa tipo Bosch e iniettore a forimultipli, pressione di iniezione intorno a 12MN/m2.I motori semi-Diesel erano anch’essi sempre a 2tempi, con carter-pompa o pompa di lavaggioseparata, mono o bicilindrici orizzontali o verticali, refrigerazione ad acqua o ad aria; lubrificazione a dosatura. La regolazione avveniva agendosulla sola quantità di combustibile iniettata.

Il motore a testa calda era in grado di bruciarecombustibili poco pregiati, oltre al normale gasolio, sia soli che in miscela con quest’ultimo: olidi schisto, oli vegetali vari, nafta pesante, olidi distillazione del catrame, ecc. Data la diversavolatilità di questi combustibili, volta per volta,era però richiesta la sostituzione della calotta. Laregolazione della potenza veniva fatta variandola sola quantità di combustibile iniettato, tale sistema però non era privo di inconvenienti datala variazione di temperatura della testa calda conil carico.

7.19.5. Apparati ausiliari(*)

7.19.5.1. Lubrificazione. Nei motori alternativi a combustione interna la lubrificazioneha lo scopo di ridurre il coefficiente di attrito (equindi l’usura) tra i vari organi in moto relativo,di asportare il calore generato in detto moto, e dimigliorare la tenuta tra le fasce elastiche dellostantuffo e la canna del cilindro, limitando pertanto la quantità di gas combusti che penetra nelcarter del motore.Lo studio della lubrificazione di un motore presenta notevoli difficoltà in quanto le condizionidi funzionamento sono estremamente variabili damotore a motore e, nello stesso motore, a secondadell’accoppiamento e del regime considerato.Infatti alcuni organi hanno un moto relativo alternativo (è il caso per esempio, dello stantufforispetto alla canna del cilindro, degli steli dellevalvole rispetto alle loro guide, delle punterie,ecc.) mentre altri sono in moto rotativo (peresempio l’albero motore rispetto ai cuscinetti).Inoltre il valore della velocità relativa, per le stesse condizioni di funzionamento, cambia notevolmente con la coppia di pezzi presa in esame, e,per lo stesso accoppiamento, a seconda della velocità angolare del motore.I vari accoppiamenti hanno poi esigenze diversein funzione dei carichi a cui sono sottoposti, dell’asportazione del calore in essi generato. e dieventuali problemi di inquinamento del lubrifi

Motore semi-Diesel o a testa calda a forte compressione. Anch’esso ormai abbandonato, rap

Fig. 4—34. Testata di motore semi-Diesel.

(*) Opera del prof. Leonello Verduzio.

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motori alternativi a combustione interna