|
|
|
Tecnica
: I segreti
del motore a scoppio |
|
|
|
|
Organi meccanici
costitutivi e definizioni base |
|
|
|
Un motore a scoppio (ma più
correttamente andrebbe chiamato "motore a combustione interna"
o "motore alternativo endotermico") è essenzialmente
composto da 3 organi meccanici in movimento :
Il pistone
E' un oggetto di forma
generalmente cilindrica, che
scorre dentro un'altro (il Cilindro), ed il suo movimento è quello
di andare su e giù.
L'albero a gomiti
Ha la duplice funzione di trasformare il moto alternativo (in su e
giù) del pistone in quello rotatorio e di portare il moto verso il
cambio e poi alle ruote .
La biella
E' un'organo di collegamento che permette di unire il
pistone con l'albero a gomiti e di trasmettere le forze.
In pratica questi tre organi
meccanici hanno lo scopo di trasformare un moto rettilineo
alternato (quello del pistone) in un moto rotatorio (quello
dell'albero) per sfruttare l'energia dovuta allo scoppio della
benzina e per fare un'altra serie di funzioni che vedremo in
seguito.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Esistono poi altri importanti
componenti :
Cilindro :
La parte in cui scorre il
pistone. Praticamente un grosso Foro.
Testa :
E' la parte superiore che chiude il cilindro.
Camera di scoppio
o di combustione :
E' la parte superiore del cilindro cioè lo spazio che rimane tra
la testa ed il pistone quando questo è nella posizione più
elevata. E' la zona in cui avviene
la combustione della benzina e dell'aria.
Carter o
Basamento :
E' generalmente la struttura che
circonda e sostiene tutti gli altri organi meccanici e che
comprende i cilindri.
Cielo del pistone :
E' la parte superiore del pistone, quella a arriva a sfiorare la
testa e sulla cui superficie avviene la combustione.
Fasce
: Sono delle guarnizioni che garantiscono la tenuta dei
gas, e limitano l'usura tra pistone e cilindro.
Bilanciere :
E' una massa che fa parte dell'albero che ha lo scopo di
equilibrare il motore, cioè di ridurre le vibrazioni.
E'
necessario dare qualche nome alle dimensioni caratteristiche di un
motore.
(D) Alesaggio:
Il diametro del pistone
(C) Corsa :
Lo spostamento verticale che compie il pistone nel suo movimento.
E' anche il doppio della distanza tra dove è collegata la biella
all'albero e l'asse di rotazione dell'albero stesso.
(S) Sezione del cilindro :
é l'area della sezione del cilindro, cioè l'area del cerchio che
ha per diametro l'alesaggio. Infatti si ha che S =
p
D2
(V) Cilindrata :
Il volume spazzato dal pistone nel suo movimento. E' semplicemente
la sezione del cilindro per la corsa
[
].
(Pms) Punto morto superiore :
E' la poszione più alto che raggiunge il pistone nel suo moto (la
biella è perfettamente verticale e il pistone è fermo e sfiora la
testa)
(Pmi) Punto morto
inferiore : E' il punto più
basso che raggiunge il pistone nel suo moto (la biella è
perfettamente verticale e il pistone è fermo)
(r) Rappoto di
compressione : E' il rapporto
tra il volume della camara di scoppio e quello della cilindrata ,
diviso per la cilindrata. r = ( Vc + V ) / V
(RPM) Numero di giri al
minuto : E' la velocità di
rotazione dell'albero motore.
(Z) Numero di cilindri
: Va da 1 (monocilindrico) a
più di 12 (pluricilindrici)
Un paio di definizioni :
Quadri [ C=D ] :
Si chiamano così quei motori che hanno la corsa e l'alesaggio
uguali.
Super quadri [ D>C ] :
Quei motori in cui l'alesaggio è più lungo della corsa .
A corsa lunga [ C>D ] :
Quei motori con la corsa maggiore dell'alesaggio .
Rapporto corsa alesaggio [
C/D ] : Se è minore di 1
significa che il motore è super quadro, se uguale a 1 che è quadro
e se maggiore di 1 che è a corsa lunga. |
|
|
|
Animazione : Cinematismo
del motore
Hi-res : 1.32 Mb ,
Low-res : 0.58 Mb
Il filmato è nel
formato DivX, leggi
qui come vederlo.
|
|
|
|
|
I motori di cui parleremo sono i
4Tempi, che oltre agli organi meccanici precedentemente descritti, hanno un'ulteriore serie di organi meccanici che
svolgono compiti ausiliari, ma indispensabili al funzionamento del
motore stesso.
In
estrema sintesi, il motore a scoppio funziona perché la benzina,
si mischia con l'aria ambiente che fornisce l'ossigeno necessario alla
combustione, entra nel cilindro, scoppia, cioè brucia
violentemente e fornisce la pressione necessaria a
spingere il pistone, il quale porta in rotazione l'albero a
gomiti, e da questo, per mezzo di vari organi meccanici, come
cambio e trasmissione, la
potenza arriva alle gomme e il veicolo avanza. Ovviamente queste
fasi avvengono grazie a precisi
organi meccanici che svolgono precisi compiti. Nella camera di
scoppio, avvengono, le seguenti operazioni : aspirazione,
compressione scoppio e scarico.
|
|
|
|
|
Condotto
d' Aspirazione :
E' il condotto da cui entra
la carica fresca, cioè la miscela di aria e benzina ancora
non bruciata. Infatti a monte della camera di scoppio esiste
un dispositivo che succhia la benzina dal serbatoio e l'aria
dall'ambiente esterno e li miscela in parti ben definite.
Questo dispositivo può essere un carburatore o un sistema di
iniezione.
Valvola d'Aspirazione :
La miscela d'aria e benzina
deve entrare nella camera di combustione solo nel momento
giusto e per un periodo di tempo prestabilito. Per questo
esiste una valvola, che apre e chiude, il condotto
d'aspirazione regolando, quindi, come un rubinetto il flusso
della miscela. Nei motori a 4Tempi, vengono usate usualmente
valvole a fungo, chiamate così per via della sua
caratteristica forma. Le valvole sono comandate dall'albero
a camme.
Albero a camme di aspirazione :
E' un' albero parallelo a quello a gomiti, normalmente posto
sopra la camera di scoppio (come in schema), che prende la
rotazione dall'albero motore stesso, e gira solidale con
esso. Su questo albero sono ricavate le camme, cioè dei
profili eccentrici che girando spingono il piattello della
valvola su e giù , secondo una precisa regola che dipende
dalla forma stessa della camma . Poiché le camme sono legate
all'albero motore è ovvio che se il motore sale di giri
anche l'albero a camme sale di giri e così anche la valvola
d'aspirazione apre e chiude il condotto più velocemente. In
questo modo tutto funziona a qualsiasi regime di rotazione ,
perché ogni operazione accelera o decelera con il motore
stesso. |
|
Condotto di scarico :
E' equivalente a quello di
aspirazione , ma a differenza di questo serve ad espellere i fumi
di scarico , cioè quello che rimane dalla combustione della miscela bruciata, e conduce fino alla
marmitta. |
Valvola di scarico :
E' equivalente a quella di
aspirazione, solo che regola l'apertura e la chiusura del condotto
di scarico.
Albero a camme di
scarico :
E' equivalente a quello di aspirazione, solo che imprime alla
valvola di scarico, dei tempi di apertura diversi da quelli di
aspirazione.
Candela :
I motori a scoppio , che vanno a benzina si chiamano anche ad
accensione comandata perchè l'esplosione del carburante è
dovuto ad una scintilla, che si innesca perchè della corrente
passa nello spazio tra due elettrodi. L'organo che regola lo scoppio e che genera la
scintilla è la candela, che normalmente è unica e posta verticale
al centro della camera di scoppio. La quantità di corrente e il momento della
scintilla è regolato da organi meccanici o elettronici che
prendono il movimento dallo stesso motore , garantendo anche in
questo caso, il sincronismo tra la velocità di rotazione del
motore e l'accensione. |
Candela
|
|
L'importanza del processo di alimentazione e scarico è evidente
considerando il fatto che la potenza che si riesce a generare
risulta limitata dalla rapidità con la quale il motore riesce ad
aspirare la miscela ed ad espellere i gas combusti , dopo averne
fruttato la massima energia possibile.
|
|
|
|
|
La testa e la camera di
combustione :
La testa è uno delle parti più importante
per un propulsore, sulla quale più si lavora in fase di progetto. Infatti, la
maggior parte delle azioni che avvengono in un motore e dalle
quali dipendono le prestazioni, si sviluppano proprio nella
camera di combustione. Quindi la sua geometria può migliorare
sensibilmente le prestazioni e dare
caratteristiche specifiche al propulsore. Infatti sulla testa,
da una parte ci sono tutti gli organi atti alla
distribuzione, cioè tutti quegli organi che servono a far entrare ed
uscire il carburante, i gas freschi e quelli combusti, mentre dall'altra la zona che rimane libera quando il pistone è al pms, cioè la camera
di combustione, la quale condiziona in modo molto significativo la
combustione e quindi la capacità di generare la potenza che serve
a spingere il veicolo. In particolare il disegno della camera di
combustione deve porsi come obbiettivo quello di ottenere un veloce
processo di combustione, un elevato riempimento di carburante e
minimizzare le perdite di calore attraverso le pareti.
Ovviamente nella storia dei motori a scoppio, i progettisti si
sono sbizzarriti, producendo teste delle forme e delle geometrie
estremamente varie, anche se oggi per vari motivi, i tipi di testa
più diffusi, per i motori a benzina, sono sostanzialmente quattro.
E' riportato di seguito lo schema delle quattro teste più
diffuse e di un'altra serie di teste delle forme molto curiose.
|
|
|
|
|
a) EMISFERICA
: Offre buoni riempimenti ed elevate
prestazioni;
b) A CUNEO o TRIANGOLARE
: Limita l'effetto della detonazione e produce molta
turbolenza, cosa che favorisce la velocità di combustione;
c) A TAZZA
: Camera molto compatta, bassi consumi
e basse emissioni inquinanti;
d) A TETTO
: Con quattro valvole, permette di ottenere alte
potenze specifiche e resistenza alla detonazione. |
|
|
|
|
I pluricilindri:
I motori reali sono nella
maggior parte dei casi composti da un numero di cilindri
superiori a uno. Le piccole utilitarie di solito hanno 4
cilindri in linea, mentre le vetture più raffinate hanno 8,
10 o 12 cilindri. Non esiste un limite teorico al numero
massimo di cilindri che si possono accoppiare per fare un
motore, ma la storia testimonia che è difficile e inutile
superare i 16.
|
Albero di un 6 cilindri in linea
|
|
Le
configurazioni con cui accoppiare i vari cilindri sono le
più varie. La più semplice è quella dei motori "in
linea" (a), in cui l'albero a gomiti è comune a tutti i
cilindri, e i vari pistoni, bielle, teste sono disposti l'uno
accanto all'altro. Già più complessi ma ugualmente diffusi
sono i motori a "V" (c), in cui c'è sempre un solo albero ma i
pistoni oltre ad essere accanto all'altro sono su due file
distinte ed inclinate di un certo angolo (spesso 90 o
60). Esistono poi altri tipi di motori, molto meno diffusi,
i cui schemi si vedono in figura. Tra questi ricordo in
particolare il Boxter (f) e i motori stellari (m) impiegati
specialmente agli albori dell'aviazione (ad esempio il barone
rosso nella seconda guerra mondiale)
|
Varie configurazioni di motori pluricilindrici
|
|
|
|
Tutti i marchi
appartengono ai legittimi proprietari. Non si intende ledere alcun
Copyright.
Se pensi che i tuoi interessi siano stati colpiti scrivici. |
|