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ORGAnI PRIncIPALI DEL MOTORE
U3
Cominciamoafamiliarizzareconilmotorenelsuocomplesso,osservan-dolospaccatonellasottostanteFigura3.1.
Figura 3.1Spaccatodiunmotoreaciclo
otto(Fiat1800cc16v).
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gliorganirotantidiunmotoresonoracchiusiall’internodelbasamentoocarter;sudiessopoggianoicilindri, iqualidisolitoneimotoriperautoveicolicostituisconounbloccounicoconilbasamentocheèchia-matomonoblocco(Figura3.2).
Figura 3.2monobloccoacannesfilabili
(riportateinumido)diunmotore
seicilindriaV.
ivantaggi principali della costruzione a monobloccosonosenz’al-troilminorcostodellalavorazione,lamaggiorrobustezzaecompattez-zadelmotoree,nelcasodicilindriraffreddatiadacqua,maggiorfacilitàdiraffreddamento;infatti,lasoluzionedelcarterconcilindriseparabilièadottataormaiquasiesclusivamentesuipiccolimotoriraffreddatiadaria.ilmonobloccoè fusonellamaggiorpartedeicasi inghisa, laqua-
le,grazieallasuasufficientedurezza(aumentataavolteconparticolaritrattamentichimicio tramiteaggiuntadialtresostanzecome fosforo,manganese, nichel, cromo, molibdeno), permette di ricavare diretta-menteall’internodiessolecannedeicilindri;inquestocasosidicecheilmonobloccoèdeltipoa canne integrali(Figura3.3).
3.1 Basamento e
monoblocco
Figura 3.3monobloccoacanneintegralidiunmotorequattrocilindriinlinea,vistodallatosupportidibanco.
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lamaggiorpartedeimotoridiautomobile,periqualiormaivisonosempremenopossibilitàdirevisioneerettificadellecanne,utilizzaque-stotipodimonoblocco.imotorichehannoinveceilmonobloccoinlegadialluminio(maa
volteanchequelliinghisa)utilizzanoilcosiddettosistemadellecanne
riportate(detteanchecamicie),inquantoglieventualiprocessiattiarenderesufficientementedureeresistentilecanneinalluminiosonoab-bastanzacomplessiecostosi*.Sipreferiscequindiutilizzaresemprelecanneinghisacentrifugata
oinacciaionitruratoepiantarlepoiall’internodelmonoblocco:siparlaalloradimonoblocco a canne riportate a secco, inquanto le cannesonoacontattocolmaterialedelmonobloccostesso.Siparla invecedimonoblocco con canne riportate in umido (Fi-
gura3.4)quandoquestesonoimpiantatesoloparzialmentenellapartebassadelmonobloccoelalorosuperficieesternaèincontattocolliqui-dorefrigerantedelmotore.Questiultimitipidimonobloccorichiedonosenz’altromaggioricure
nellalororealizzazione,inparticolarenell’accoppiamentocannamono-bloccoerichiedonoanchematerialidimigliorqualitàrispettoaquelliacanneintegrali;sonoquindipiùcostosidarealizzare,mapresentanoilvantaggioche,unavoltausurate,lecannepossonoesseresostituite,eciòpuòesseremoltoconvenientepermotorid’elevatocostoomo-tori che comunque richiedono frequenti revisioni,magariperché,peresempio,sonomontatisumacchine,cometrattorioruspe,chevengonoutilizzateinambientimoltopolverosi.Nellaparteinferioredelmonobloccositroval’alloggiamentodell’al-
beromotore,vincolatoaessomediantesupportidibancochesonola-voratiassiemealmonobloccostesso.Esternamente,suilatidelmonobloccodiparecchimotorisitrovano
deiforididiametropiuttostogrossochiusidaopportunitappiinlamiera:sonoicosiddettitappi di sicurezza(Figura3.5),chehannolafunzionedievitarelarotturadelmonobloccoincasodicongelamentodelliquidorefrigerante. infatti,durante ilprocessocriogenico, lapressionechesiinstauradovrebbeespellerequestitappidandocosìsfogoall’aumentodivolumedell’acquainquestafase,evitandolarotturadelmonoblocco.Purtroppo,nonsemprel’accorgimentosirivelaefficace.
*lecannesonotrattateconcarburienitruridisiliciodettinicasil.
Figura 3.4Cannasfilabileriportatainumido.
Figura 3.5Unodeitappidisicurezzanel monoblocco.
Processo criogenico
Processo di formazione del
ghiaccio.
organiprincipalidel motore U3
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Suparecchimonoblocchiquestitappisonoinseritisuforigiàpreesi-stenti,utilizzatiperestrarrelaterrarefrattariarimastaintrappolatanellamassametallicadurantelafusione.Perricavarenelmonobloccole in-tercapedininellequalidovrannocircolareiliquididiraffreddamentoelubrificazione,èinfattiindispensabilerealizzareunasortadinegativointerrarefrattariaefondergliattornoilmetallo.
latestata (Figura3.6)chiude lapartesuperioredelcilindroedèunaparteimportantissimaedelicatadelmotore:inessainfattisonoallog-giatelevalvoleassiemeallelorosedieguide,lecandele,gliiniettori,icondottid’aspirazioneescaricoedeventualmenteanchelaprecamera(qualorasitrattidiunmotoredieselainiezioneindiretta).
Figura 3.6a)Spaccatodiunatestatacompleta(Y10gt)b)Visionediunatestataaquattrovalvolepercilindro(maseratiV6)
a)
b)
latestatadevesopportarenotevolisollecitazionitermiche,acausadelcalorechesisviluppadurantelacombustione,enotevolisollecita-zionimeccaniche,acausadellepressionichesiinstauranoall’internodelcilindroeacausadell’impattodellevalvolecontrolelorosedi.d’altraparteiforidellecandeleedellevalvolestesseindeboliscono
latenutameccanicadellatesta,specieinqueimotorichesonocostruiticonpiùvalvoled’aspirazioneescaricoperognicilindro,alfinedielevar-neleprestazioni.
Perquantoriguardailraffreddamentoessopuòesseresiaadaria(oggisemprepiù raro)siaadacquao,meglio,a liquidorefrigerante: imotoriraffreddatiadarianecessitanodiunatestatamunitadiappositealettediraffreddamento(spessoanchediunaventolachesoffiariasullatestataesuicilindri)mentreimotoriraffreddatiadacquanecessitanodiappositeintercapediniperpermettereilpassaggiodelliquidodiraffred-damentooltrechediquellodilubrificazione.
3.2 La testata
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ilmaterialepiùcomunementeusatoperlacostruzionedellatestataèl’alluminio(omegliolesueleghe)che,rispettoallaghisa(altromate-rialeavolteutilizzato),haiseguentivantaggi:
• miglioredispersionedelcalore;• migliorelavorabilitàconlemacchineutensili;• maggioreleggerezza.
l’unicosvantaggiochel’alluminiopresentarispettoallaghisaèquel-lodiesserepiùcostosoedirichiederemaggioriprecauzionidurantelasuafusione.Perlesedidellevalvolesiutilizzanoparticolariacciaiinossidabilire-
sistenti siachimicamentesia termicamente,mentreper leguidedellevalvolesiutilizzanooparticolaritipidighisaoparticolaritipidibronzoautolubrificante.tralatestataeilbasamentosiponelaguarnizione della testa(Fi-
gura3.7),cheèanch’essaunadellepartipiù importantiedelicatedelmotoreechehaleseguentifunzioni:
• assicurarelatenutapneumaticatracilindroetestata;• impedireche il liquidodi raffreddamentoedi lubrificazione sipossa-nomischiaretralorooppurechepenetrinoall’internodellacameradicombustione.
Questi tipi di guarnizioni possono essere costituite da una sottilelamiera in acciaio speciale o in rame, entrambi ricoperti da appositevernici: l’amianto,finoapocotempofaassaiutilizzatoinquestitipidiguarnizioni,èstatoper leggemessoalbandoacausadellasuaormaiprovatacancerogenità.laguarnizionedellatestavasempresostituitaognivoltachelate-
statavienestaccataoanchesoloallentatadalbasamento.
Figura 3.7guarnizionedellatestata.
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levalvole(Figura3.8)hannolafunzionediimmetterelamiscelaaria/
benzinaall’internodeicilindridurantelafasediaspirazione,diimpedire
lafuoriuscitadiqualsiasigasdurantelefasidicompressioneedespan-
sione,infine,difavorirel’espulsionedeigasdiscaricodurantelasuddet-
tafase.Neimotoridiautomobilelevalvolesonoposteall’internodella
testata(Figura3.9)inposizionenormalmentechiusaesonocomposte
essenzialmentedadueparti,latesta,cheserveadaprireechiuderela
lucedipassaggio,eilgamboostelo,chehalafunzionediguidareilmo-
vimentodellavalvolasiasottol’azionedell’alberoacammeperquanto
riguardal’apertura,siasottol’azionedellamolladirichiamoperquanto
riguardalachiusura.
Figura 3.8Valvolaepunterie.1 Valvolaa goleb steloc testa
2 molladellavalvola3 Bicchierepunterie4 Piattellopunterie5 Semiconodiritegnovalvola6 Scodellinovalvola7 Paraolio
1 1
2
33
4
4
5
66
77
2
a
c
b
levalvoledevonosopportaretemperaturemoltoelevatesenzarovi-
narsi;inoltre,devonoaverelacapacitàdidisperdererapidamenteilcalo-
relorofornito:letemperaturemediedieserciziosonodicirca700-800°C
e,almenodurantelefasidiaspirazionee compressione,nondevono
assolutamente raggiungere 900 °C circa, altrimenti provocherebbero
l’accensioneindesideratadellamiscela.
ilmaterialepiùutilizzatonella costruzionedelle valvoleè l’acciaio
alcromo-silicio; inalcunimotoridialteprestazionisiutilizzanoanche
valvolediacciaioaltungsteno,chehagranderesistenzaallealtetempe-
raturemapresental’inconvenientedicreparsiassaifacilmente.
levalvoledimoltimotorimoderni, inparticolarequellidipotenza
ragguardevole,presentanocavitàinterneriempitedisodioalfinedifa-
vorireladispersionedelcaloreperconvezionenelsodioliquefattosiper
l’alta temperatura (laconvezione è la trasmissionedicalorenei fluidi
comeconseguenzadelmovimentodiparticellecaldeall’internodelflu-
idostesso).laconvezioneèpossibilesoloneiliquidieneigas.
lapotenza di un motorepuòessereaumentatatral’altroaumen-
3.3 Le valvole
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Figura 3.9zonedicontattotravalvoleesedi.
tandoidiametridellatestadellevalvole,anchesequestoprovocal’au-mentodellaquantitàdicaloreassorbitoedell’inerziatermica(lavalvolarimanecaldapiùalungo)emeccanica(lavalvolanonseguepiùfedel-mente il profilodella camme, specie in fasedi chiusura): si preferisceallorautilizzarepiùvalvolecondiametrolimitatoinmododaavereglistessivantaggidiunavalvoladigrossodiametroevitandoneglisvan-taggi.importante è anche il valore di taratura dellemolle delle valvole:
infattimolletroppomorbidemanderebberofacilmenteinrisonanzalevalvolenonconsentendolorodiseguirefedelmenteilprofilodellecam-me;viceversa,molle troppodure renderebbero rumorosa lavalvolaefavorirebberoanchel’usuradegliorganididistribuzione.ladistanzatralespiredellemollenonèuniforme,maquellechesi
trovanoalleestremitàsonopiùvicine,perché,acausadell’inerzia,ten-donoacomprimersimaggiormente.moltimotoriutilizzanoduemolledidiversataraturaperognivalvola:
inquestomodosieliminanomolteapertureechiusurefasulledovuteaifenomenidirisonanzaesievitache,incasodirotturadiunamolla,lavalvolapossacaderenelcilindro.
Perunmotoreaquattrotempiconlagenericadenominazionedistri-
buzione si indica il complessodiorganiattiacontrollare l’aperturaelachiusuradellevalvoleassicurandoilregolaresvolgimentodellefasi.l’organo principale della distribuzione è l’albero degli eccentrici,
dettoanchealbero a camme(Figura3.10),ilqualedeterminagliistantidiaperturaechiusuradellevalvolenonchélaloroalzata.dallaformae
3.4 La distribuzione
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dalledimensionideglieccentricidipendonoanchemoltecaratteristichedinamichedelmotore,comelapotenzaerogataeilregimemassimodifunzionamento. intalsensosipuòaffermarechenell’alberoacammec’èunasortadi“codicegenetico”delmotore:lacosiddettapreparazio-
ne,chepuòtrasformarelevetturediserieinvetturedacompetizione,consisteessenzialmentenellasostituzionedell’alberoacammeorigina-le con uno avente altre caratteristiche. Ciò comporta inevitabilmenteilcambiamentodialtriparametrieorgani,comeperesempiolemolledellevalvole;infatti,ilcaricodellemollesideterminaancheinbaseaglieccentricidellecamme.
Figura 3.10alberoacamme.
l’alberoacammeèsottopostoanotevolisollecitazionimeccanicheacausadellosforzochedevecompierepervincere laresistenzadellemolledellevalvole*:deveaverequindiunasuperficiemoltodurapernonrovinarsirapidamenteedeveconservareunacertaelasticitàondeevitaredi rompersiacausadelle flessionie torsioniallequaliè sotto-posto.generalmenteè costruito in acciaio al nichel-cromo fucinatoelavoratopoiconappositemacchineesottopostoinfineaunprocessodicementazione,cheserveaindurirnelasuperficie.le più recenti tecniche motoristiche portano a realizzare alberi a
camme composti (Figura 3.11), ossia le camme vengono riportate suuntubocavomedianteraffreddamentodeltuboeriscaldamentodellecamme.Unazigrinaturasultuboeinternaallecammeneassicurapoilatenu-
tameccanicaimpedendonelarotazione.taleprocedimentopermettediridurredicircail30%ilpesodell’al-
bero.
Figura 3.11 alberoacammecomposto:1 ghieradelladistribuzione;2 tubo;3 camme.
l’alberoacammepuòtrovarsinellatestataoppurenelmonoblocco;riceveilmotoattraversounsistemadiingranaggi,catena(Figura3.12 b)
*talisforziaumentanonotevolmenteconl’aumentodelnumerodigiridelmotore,acausadellemaggioriaccelerazionidellevalvoleinfasediapertura.
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o,comeormainellamaggiorpartedeimotori,attraversounacinghiadentatadettaperquestocinghia della distribuzione (Figura3.12a),cherispettoaglialtriduesistemihailvantaggiodiesserpiùsilenziosa.Naturalmenteilmotodell’alberoacammedeveesserefasatorispettoaquellodell’alberomotore.traglieccentricielostelodellevalvolesiinterpongonoibilancie-
ri o lepunterie, lequali trasmettonoallavalvola ilmotodell’alberoacamme.lepunterie,lacuifunzioneèquelladiaumentarelasuperficiedicontattotral’eccentricoelostelodellavalvola,equindidiridurregliattritie ilconsumochedaquestipuòderivare,possonoessereessen-
Figura 3.12motoreconcinghiadidistribuzione(a)econcatena(b).
gioco
1
gioco
2
3
gioco
4
gioco
gioco
5
gioco
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Figura 3.13Schemadivaritipidipunterie.1 abilanciere2 apattinoebilanciereadito3 apiattello4 arullo5 abicchiere6 adastaebilanciere
a) b)
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zialmenteditre tipi(Figura3.13):punteriaa piattello,punteriaa rulloepunteriaa bicchiere.diqualsiasitipoessesianodevonoesseredotatediunsistemachepermettadiregolareilgiocotraesseelevalvoleper
evitarealcuniinconvenientichedescriveremonell’appendice.Sel’alberoacammetrasmetteilmotodirettamenteallapunteria,la
distribuzionesidicediretta,mentresetraalberoepunteriavièinter-postounbilanciere,ladistribuzionesidiceindiretta.
Punterie idrauliche
daannisonoinusolepunterie idrauliche(Figura3.14),lequalirego-lanoautomaticamenteilgiocosfruttandolapressionedell’oliomotore,garantendocosì,almenointeoria,unaminorerumorositàedevitandofenomenidi impuntamentodelle valvole che tanti problemipossonocrearealmotore(vediappendici).Questepunteriehannoperòlosvantaggiodiesserepiùpesantiri-
spettoallealtreenonpermettonoquindialmotorediraggiungereele-vatissimiregimidifunzionamento;inoltre,sonopiùcostoseedannoinognicasomaggioriproblemidiaffidabilità.Nonostante tutto, lepunterie idraulichesi sonocomunquediffuse
suimotorimoderni,anchesequalchecasaautomobilisticaincontroten-denzalehadinuovosostituiteconquelletradizionali,ritenendoormaisuperato(grazieall’impiegodibuonimateriali)ilproblemadellevaria-zionineltempodelgiocodiquesteultime.descriviamooralefasiprincipalidelfunzionamentodellepunterie
idrauliche.
Fase A (fase di chiusura)l’alberoacammecominciaapremeresullapunteria,facendoaumenta-relapressionedell’olioall’internodellacameradialtapressione;labiglia
Figura 3.14Punteriaidraulica.1 Condottoolionellatestata2 Punteria3 Stantuffopunteria4 Valvoledinonritorno5 Piattello6 Cammea Camerainternadeldispositivo
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5
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1
2
A
3
A1
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4
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Figura 3.17Punteriaidraulicainfasedirecuperogioco.
Figura 3.15Punteriaidraulicainfasedichiusura.
Figura 3.16Fasedimassimaaperturadellavalvola.
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chefungedavalvoladinonritornovienespintaversol’entratadeicon-dottie,chiudendolacamera,impedisceogniulteriorefuoriuscitadioliodaessa(Figura3.15).lapunteria,ora,datal’incomprimibilitàdell’olio,sicomportacomeuncorporigido.
Fase B (fase di massima apertura)l’eccentrico continua la sua rotazione facendo aprire completamentelavalvolagrazieproprioallarigiditàdellapunteria,ancheseunacerta
valvola antideflusso valvola limitatrice pressione olio
1 2 3 4
4
5 5
Figura 3.18Circuitodellepunterieidrauliche:punterieidraulichesmontateetestataconpunterieidrauliche.1 Punteriacompleta2 anellodiritegno3 Bicchieredellapunteria4 Stantuffo5 Valvoleunidirezionali
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quantitàdiolio fuoriescesempredallacameradialtapressioneattra-versoleparetidelcilindro,provocandounaleggeracompressionedellapunteria(dell’ordinedeldecimodimillimetro)(Figura3.16).
Fase c (fase di recupero gioco)l’eccentricositrovainposizionediriposoenonesercitaalcunaforzasul-lapunteria;all’internodellacameradialtapressionelapressionedell’o-liodiminuisceelavalvolaasferasiapre.lamollarespingeversol’altolapunteriafinoalcontattoconlacamma
recuperandocosìilgioco;contemporaneamentel’olio,chesitrovainpres-sioneall’internodeicondottidellatestata,penetranellacamerariempiendo-ladinuovo(Figura3.17).Suquasituttiimotorilepunterieidraulichesonointercambiabilicon
quellenormali.imotoricheleutilizzanoperò,oltreagliappositicanalicheportanol’oliomotoreallepunterie,devonoavereanchesullatestatadelle valvole che limitano lapressionedell’olioa circa2bar, inmodochelostantuffodellepunterienoncomprimalemolle.Sononecessarieanchedellevalvoleunidirezionalicheimpediscanoildeflussodell’olioamotore fermo, inmodoche,unavoltaavviato ilmotore, lepunteriesianosubitosilenziose(vediFigura3.18).
lostantuffo(opistone)halafunzioneditrasmettereallabiellalaspin-taricevutadaigasinfasediespansione,maanchequelladicomprimerelamiscelaedespellereigascombusti;èunodegliorganipiùsollecitatidelmotoreinquantoèchiamatoaresistereadaltetemperatureepres-sioni,soprattuttoinpresenzadidetonazionieautoaccensioni;inoltre,èsottopostoacontinuisfregamenticontroleparetidelcilindro.Èlasuapartesuperiore,dettatestaocielo,chedeveresistereatali
sollecitazioni,senzasuperarelatemperaturadi900°Cdurantelafasediaspirazioneecompressione,perevitarel’autoaccensionedellamiscela.dallaformadelcielo,chepuòessereconcava,pianaoconvessa,di-
pendonoanchelaformadellacameradicombustionee,diconseguen-za,moltealtrecaratteristicheprincipalidelmotore.inmoltipropulsori,aventi elevati rapporti di compressione, si utilizzanopistoni che han-nonellatestadelleappositerientranzechepermettonoallevalvolediaprirsiilpiùpossibilesenzaimpattarecontrodiessi.ilcalorericevutosullatestavienepoismaltitoattraversoilcontatto
conleparetidelcilindroe,inparte,conl’aiutodellubrificante;ilmate-rialeconcuiècostruitotaleorganooltrecheresistereallealtetempera-turedeveaverequindiunanotevolecapacitàdicondurreilcaloreeuncoefficientedidilatazionemoltobasso.intalmodononsiècostrettialasciareunampiogiocodiaccoppiamentotrapistoneecilindroche,ol-trearendereilmotorepiùrumoroso,acausadelleinevitabilivibrazioniesbatacchiamenti,neridurrebbedimoltolaresaeladurata.ilmaterialepiùutilizzatonellacostruzionedeipistonièlalegadial-
luminioconpercentualinonpiccole(finoal15%)disiliciochegliconfe-riscefacilitàdicolatadurantelafusioneeneaumentalaresistenzamec-canica:lalegadialluminiopresentaancheilvantaggiodiessereleggeraequindiconferiscepocainerziaall’organo,aspettoassaiimportantesesivuolecheilmotoreraggiungaaltiregimidirotazione.lalavorazioneavvienequasisempreconlatecnicadellapressofu-
sione(realizzatadaditteormaispecializzateequasimaidallecaseco-struttrici deimotori), integratada lavorazionimeccaniche sulle superfici
3.5 Stantuffo
(o pistone)
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esterne;ipistonispecialiutilizzati,peresempio,suvetturedacompeti-zione,vengonoottenutimedianteforgiatura.daanniormaisiètentatodiintrodurrelaceramicanellacostruzione
deglistantuffi,maallostatoattualequestomateriale,chesipreannun-ciava come rivoluzionario, rimane quasi del tutto inutilizzato a causadellasuafragilità,masoprattuttoacausadellasuadifficoltàadisperde-recalorechepuòcreareautoaccensionedellamiscela.acausadelledilatazionitermiche,chedipendonoanchedallospes-
soredell’organoenonsolodallatemperatura,ilpistoneafreddononhaformacilindricamaleggermenteconica(piùlargoinbasso,piùstrettoinalto),speciesullapartechesitrovasopralospinotto di inserimento della biella,dovehamaggiorspessoreproprioperresistereallesolleci-tazionitermicheemeccanichepresentiinquellazona.lapartechesitrovaaldisottodellospinottosichiamamantelloeha
solamentelafunzionediguida;nondeveresistereaparticolarisollecitazio-nisenonagliattriticonlecannedeicilindri;quindiilsuospessoreèabba-stanzaridottoproprioperevitarediaggiungerepesosupplementaredovenonènecessario.atalpropositogiovaricordarecheipistonidellevetturedacompetizionesonodeltuttoprividimantello,nonessendociintalcasoproblemididuratanédirumorositàmasoloquellidiridurremasseinertieattriti.Unmantellodigrandesuperficie,infatti,offrealpistoneunagui-daassaiprecisaegarantiscebassepressionidisfregamentoconriduzionedell’usuradellecanne;inoltreconsenteunamaggioredispersionedelcalo-re:perquestomotivoipistonidellevetturediseriehannounalunghezzasuperiorealdiametroancheseciòcomportaalcunisvantaggigiàdescritti.ipistonipossonoavereformeassaivarie,asecondadeltipodimoto-
re.inFigura3.19nesonoriportatialcunitipi.Perquantoriguardalospinottocheaggancia ilpistoneallabiella,
essoèuncilindro,ingenerecavoalsuointerno,realizzatoinacciaioce-mentatoerettificatoepuòagganciareilpistoneindiversimodi:puòes-serepiantatoacaldonelpistoneoppureacaldonelpiededibiella,op-purelasciatoliberoinentrambelepartietenutoinseritonellostantuffotramite appositemollette. indipendentementedalla, soluzione lo spi-nottodeveesseresemprelubrificatonellesuezonedoveèinmovimen-torelativoequindidevepresentareappositicanaletti,chefavorisconoilpassaggiodell’olio,nellacavadoveèpresentelafasciaraccogliolio.intalecava, ipistonihannoappositi forelliniproprioperconsentireuna
migliorelubrificazionedellospinotto.latenutapneumaticadelpistoneèassicuratamedianteglianelli di
tenuta(ofasce elastiche)(Figura3.20),chevengonoalloggiatiinappo-
Figura 3.19Sezionediunpistone.1 testaocielo2 mantello3 Portantespinotto4 Sedeperanelloportaspinotto5 Sediperanellielastici
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2
5 5
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3
4
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sitecavepresentiinprossimitàdelcielodelpistone.lafunzioneditalianellièanchequelladiimpedirechel’oliolubrificanteentrinellacameradicombustione.
Quandoglianelliditenutasonocompletamentechiusidevonoab-bracciaretuttalacirconferenzadelcilindroamenodiunapiccolissimafinestrelladellospessoredicircaundecimodimillimetro.lapressionedaessiesercitatasulleparetideveesseretaledaassicurarelatenutaaigaseallubrificantesenzaperòpremereeccessivamentepernonusura-retroppolecanne.talepressionenonèuniformemaèmassimasullezonechesitrova-
noa90°dallafinestrella.Perquestomotivoquandosimontanolefascesulpistoneoccorresfasarle leunerispettoallealtre inmodocheessenonesercitinotuttelamassimapressionenellastessazonacreandoec-cessivausuradellecanneinquelpunto.glianellisidividono,asecondadellalorofunzione,in: anelli di tenu-
ta,raschiaolio,raccogliolio.iprimisonoposizionatinellapartepiùprossimaalcielo.iraschiaolio
vannoascalare;laloroforma(sezione)puòvariareasecondadellafun-zioneedeltipodimotoreeleformepiùcomunisonoquellerettango-larietrapezoidali.iraccogliolioinfine,hannoquasisemprelasezioneaCeallorointernohannoun’appositamollaaspiraleinacciaio.inFigura3.21siriportalasezionedialcunitipidifasceelastiche;siricordachelasezionecosiddetta“normale”èquellatuttorapiùutilizzata.Perquantoriguardaimaterialidicostruzione,possonovariaredalla
ghisagrigiaallaghisaagranatineoppureallaghisacentrifugata,masiutilizzanoancheleghespecialicomeacciaialnichel-cromo-molibdeno.
Figura 3.20Fasceelastiche.
normale
normale con molletta con molla a spirale cromato
normale a L
a unghia a unghia conico
cromato a L con grano interno
cromato conico
anello di tenuta
raschiaolio
raccogliolio
Figura 3.21Variesezionidellefasceelastiche.1 anelloditenuta2 anelloraschiaolio3 anelloraccogliolio
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labiella collegameccanicamente ilpistonecon l’alberomotoreedècostituitadatrepartiprincipali(Figura3.22):
• ilpiede,dovevieneconficcatolospinottochelacollegaalpistone;• latesta,chevieneimperniatasullamanovelladell’alberomotoreehalaparteinferioreasportabileaformadimezzalunadettacappel-lotto(ocappello)etenutaassiememediantebulloniinacciaio(chedevonoesserefortementeserrati);
• ilfusto,cioèlapartecentralecheuniscelatestaeipiedi.
Nelpiedesitrovasempreunabussolapiantatadiformacilindricaeavolte,speciesuimotoriaduetempi,sitrovaunparticolarecuscinettoarullidettogabbietta;lapartepiùaltadelpiedepuòpresentareunforoperilpassaggiodellubrificante.anchenellatestaèinseritouncuscinettodettobronzina di biellao
cuscinetto di biella(Figura3.23),formatodaduemetàseparabilidettigusci,realizzatiinmaterialeantifrizioneeabassocoefficientediattrito,ingenereuna legadi rame,stagno,piombo,alluminioezinco. iguscivengonolubrificatiattraversoforipraticatinellazonacentrale.incasodimancanzadilubrificanteicuscinettidibiellasonospessoiprimiorganidelmotorearovinarsi.adifferenzadiqualcheannofaquandoilcappellottovenivaunito
alrestodellabiellamedianteunaccoppiamentotraduepianiperfetti(Figura3.22),oggisipreferisceutilizzarelatecnicadellafrantumazionecheconsistenelrealizzareunabiellacostituitadaunsoloblocco(Figura3.24)perpoifrantumarelatestamedianteunmandrinoespansivopre-
viatracciaturaconillaser.Questometodo,oltrechepiùeconomicoperchérichiedeminorela-
vorazione,permettedirealizzareunperfettoaccoppiamentotrailcap-
3.6 La biella
Figura 3.22Biella,conl’indicazionedellesueparticostituenti.
Figura 3.23Bronzine.
piede
fusto
cappellotto
testa
Figura 3.24Biellarealizzataper frantumazione.
organiprincipalidel motore U3
69
pellottoeilrestodellabiellaimpedendocosìognispostamentorelativotraledueparti.lasezionedelfororimaneperfettamentecircolareesiriescearealiz-
zarebiellepiùleggereaparitàdiresistenzameccanica.inoltre,durantelafasedimontaggioaseguito,peresempio,diuna
revisionedelmotore,èpraticamenteimpossibileinvertireicappellottidellevariebielle(errorechepotrebbeportarealgrippaggiodellebron-zine)inquantosinoterebbesubitocheleduepartinoncombacerebbe-roperfettamente.
alleloroestremitàmoltebronzinedibiella(cosìcomequellediban-co)presentanoparticolarigancini,dettigrani, chene impediscono larotazioneperattritoconl’alberomotore.NeimotoriaV,dovelebielledevonoarticolarsisullastessamanovella,avolte(oggisempremeno),assumonoparticolaridisposizionicomequelleinFigura3.25.
Figura 3.25BielleebiellettepermotoriaV.
lalunghezza totale della biellaèunparametromoltoimportantenellaprogettazionediunmotoreeanchenelsuofunzionamento;infatticonlabiellalungasihanno,durantelarotazione,basseangolaturetraessaeleparetidelcilindro:sicreanocosìbassespintelateralidelpistonecontroleparetistesse,conminoriperditeperattritoeminoreusurasiadelpistonesiadellecanne.d’altrocanto,però,unabiellalungaavrebbeunpesoequindiun’inerzianotevole, ancheperchédeveessere suffi-cientemente robustaper resistereallenotevoli spinte senzaeccessiveoscillazioni.
Nellasceltadellalunghezzadellabiellasideve,comesempre,cerca-reilmigliorcompromessoancheinfunzionedell’utilizzodelpropulsore:imotoriperautoveicolidiseriemontanounabiellalungacircaildoppiodellacorsadelpistone(vediParagrafo3.9),mentreimotoridacompe-tizioneusanobiellepiùlunghepercercarediridurregliattrititrapisto-neecilindroche,aelevatigiri, si fannosentirenotevolmente. inque-stocasosicercadialleggerirleilpiùpossibileutilizzandoleghespecialiparticolarmente leggeree costose,mentre imotoridi serieutilizzano
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
70
biellerealizzatesemplicementeinacciaioalcarbonio,alnichel-cromoe,
avolte,ancheghiseparticolari.
lasezionecheconferisceallabiellamaggiorrobustezzaèquellaadop-
piat:talisezionivengonoquasisempreottenutemediantefucinatura.
ilpiedeelatestavengonopoilavoraticonmacchineutensili:èim-
portante,quandosiassemblaunabiella,nonscambiaremaiicappellotti
dibiellediverse, inquantoessihannosubitounacomunelavorazione
con la lorobielladiappartenenza;al finedi realizzareunperfettoac-
coppiamentononbisognanemmenoinvertireilsensodimontaggiodel
cappellottosullapropriabiella.
l’albero motore(Figura3.26)sitrovaimperniato,tramiteisupportidi
banco,allaparteinferioredelbasamentoehalafunzioneditrasformare
ilmotoalternativotrasmessoglidallabiellainmotorotatorio.
iperni di bancosonotuttiallineatieilloronumerovariaaseconda
deltipodimotoreedelnumerodeicilindri: imotoriattuali ingenere
utilizzanounnumerodisupportidibancocheèparialnumerodeici-
lindripiùuno.
Figura 3.26alberomotoreconbronzinaeanellidispallamento.
traalberomotoreesupportidibanco,cosìcometraalberomotore
esupportidibiella,sonoinseritiicuscinettidettiappuntocuscinettio
bronzine di bancodel tuttosimiliaicuscinettidibiella;nelsupporto
centralesitrovaunaparticolarebronzinaconspallamenti lateraliinse-
ritiperreggerelespintelateralidell’albero*.
iperni di biellainvecesonodisallineatigliunidaglialtriconango-
laturachevariaasecondadelnumeroedelladisposizionedeicilindrie
dell’ordinediscoppio:talipernisonocollegatiaquellidibancomedian-
teibracci di manovella.
Praticamente tutti i motori per autoveicoli hanno l’alberomotore
(dettoanchealbero a gomitiperlasuaparticolareforma)realizzatoin
ununicopezzoforgiatoostampatoinacciaioalcarboniooalnichel-cro-
mo,avolteancheinacciaioalcromo-molibdeno-vanadiooinghisano-
dulare;lasuperficiedeiperni,essendosottopostaagrandiattriti,deve
ingenereessereappositamenteinduritamedianteprocessidicementa-
3.7 Albero motore
*lespintelateralidell’alberomotoresihannosoprattuttodurantel’azionediinnestodella frizione.
organiprincipalidel motore U3
71
zioneonitrurazioneiquali,adifferenzadellatempra,nonirrigidisconol’alberorendendolofragileesoggettoaimprovviserotture.Èimportan-te,però,chetalitrattamentiinduriscanounostratoabbastanzaprofon-do (dell’ordinedi1-2mm), siaperconferirgliunminimodi rigidità, laquale riduce le sue oscillazioni, sia per consentire l’eventuale rettificadell’alberoincasodiunarevisionedelmotore.
a talepropositoèbenesottolinearechepernididiametropiutto-stograndeedestesiinlunghezzasonogaranziadibassoconsumoperattritograzieallaminorepressionedisfregamentoesoprattuttograziealleminorideformazionisottosforzo,lequalitendonosempreafareap-poggiare ipernisolo indeterminatipunticausandounconsumononuniforme.ovviamente l’aumento dei diametri ha come conseguenza l’au-
mentodellemasserotantie,quindi,maggioreinerzia:essendotratuttigliorganidelmotoreinmovimentoquelloconmassamaggiore,ilva-lorediquestahagrandeinfluenzasulnumerodigiricheilmotorepuòraggiungere.Perevitarepoifastidioseepericolosevibrazioni,èneces-sariaunaperfetta equilibraturadell’albero, che si ottienedotandoloanchediappositicontrappesichediminuisconoilcaricosuicuscinettidibancodovutoallaforzacentrifugacheagiscesullamanovella:pra-ticandodei foriciechisuquesticontrappesidivieneanchepiù facilebilanciarel’albero.internamenteaipernivi sonodeicanali tutticollegati tra loro,nei
qualicircolal’oliomotorechepoifuoriesceattraversodeiforiperandarealubrificarelebronzinesiadibancosiadibiella(vediUnità11).aunadelledueestremitàdell’alberositrovanogliattacchiperilvo-
lanoeall’altrasipossonoattaccarelepuleggeperlecinghiedidistribu-zioneoper l’alternatore,pompaacqua, condizionatoreecc.; gli alberidisolitocomandanosempretramiteingranaggianchepompedell’olio,spinterogeniopompedellabenzina.
Figura 3.27motoreconcontroalberielorofunzionamento.
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
72
alcunimotori,inparticolarequelliaquattrocilindriinlineaedipotenzamedio-alta,utilizzano controalberi(oalberi equilibratori)(Figura3.27)alloscopodismorzarelevibrazioniprodottedallesuepartirotanti(do-vutealleforze di inerzia del secondo ordine;vediUnità4).icontroalberi(ingeneredue)hannounaformaagomiti,ruotanoinsensocontrariol’unoall’altroepossonoesseretrascinatidaunacinghiadentatadeltuttosimileaquelladelladistribuzioneoppuredaingranaggi.illoromovimentodeveavereundeterminatosincronismorispettoall’alberomotore.
Neiprecedentiparagrafiabbiamodescrittosingolarmentetutteleprin-cipalipartidelmotore.analizziamoorailmotoredaunpuntodivistapiùcomplessivo,cercandodicapirecometuttiquestiorganipossonoessereaccoppiatitraloroequalidimensionirelativedevonoaverepergarantireilmigliorfunzionamentodelpropulsore.la prima considerazione da fare riguarda il frazionamento in un
diverso numero di cilindri:permotivicheanalizzeremonelprossimocapitolo,aumentandoilnumerodeicilindriaparitàdicilindratasiriesceaincrementarelapotenzadelmotore,amigliorarneilraffreddamentooltrechearenderepiùuniformelacoppiaerogata.lacilindratadiunmotoreèilvolumecheilpistonegeneranelci-
lindrospostandosidapuntomortosuperioreapuntomortoinferiore,moltiplicatoperilnumerodicilindridelmotore.l’alesaggioinveceèsemplicementeildiametrodelcilindro,mentre
lacorsaèladistanzacheintercorretraiduepuntimorti.Calcolarelacilindratadiunmotoreèsemplice;bastaapplicarelafor-
mula:
V = nπ a
2
4C
dove:
• nèilnumerodeicilindri;• v èlacilindrata;• aèl’alesaggio;• c èlacorsa.
la cilindrataè lagrandezzachepiùdiogni altradetermina lapo-tenzacheilmotorepuòerogare.aparitàdicilindratasipuòoptareperunmotoreconpochicilindridigrandevolumeunitario*,oppuretanticilindridivolumeunitariopiùpiccolo.abbiamo già detto che la seconda soluzione permette al motore
digenerareunapotenzanotevolmentemaggiore.talefrazionamento,però, nondeve esseremai troppo spinto, perché aumentadimolto icostidicostruzioneeportaall’incrementodeiconsumispecificieauneccessivo aumento delle dimensioni dell’alberomotore, e quindi delmotorestesso,contuttaunaseriediconseguenze.Perpiccole utilitariedi cilindrata500-600ccnonsivaoltre idue
cilindri(treincasieccezionali),mentreimotoriaquattro cilindrisonoutilizzatisoprattuttopercilindratechevannodai700ccai2000cc.Percilindratechevannoda800ai1300centimetricubisièmoltodif-
fusoinquestiultimianniilmotoretre cilindri(vediFigura3.28a),moltevolteabbinatoalturbocompressore(vedipiùavanti).
3.8 I controalberi
3.9 caratteristiche
costruttive
e dimensionali
*Volumeunitario=volumedi ciascuncilindro.
organiprincipalidel motore U3
73
talediffusioneèdovutasoprattuttoalfattoquestotipodimotore,oltreaesseremenocostosorispettoalquattrocilindri,presentaconsu-mipiùbassiequindiminoridiemissionidiCo
2,inparticolarepercilin-
drateunitariecompresetra300e400centimetricubi.Secondomolti,però,taliconsumiridottisarebberorealisoloaibassi
regimienellebassevelocitàsimulatesuirulliduranteiciclidiomologa-zioneeuropea(vediUnità7),mentrenellecondizionirealidiutilizzoinstrada,enell’utilizzoconimpiegodipotenzaragguardevole,talivantag-gisiannullerebbero.ilmotore tre cilindri, inogni caso,presenta lo svantaggiodi avere
moltevibrazionidatedallecoppiesiadelprimosiadelsecondoordinenonbilanciateeunsuonopocogradevole,damoltidefinito“zoppo”.Unbuonbilanciamentosipuòottenerericorrendoaicontralberi,ma
ancheadaltresoluzionicomeilvolanobimassa,mentresualcunevet-ture il suonovieneresopiùgradevolericorrendoacassedi risonanzaalloscarico.taliapplicazioni,però,annullanoalmenoinparteilvantaggiodelmi-
norcostorispettoaiquattrocilindri.aldisopradei2000ccsiricorresoventeaimotoriseicilindriameno
chenonsitrattidimotoriturbocompressi,doveèsempreconvenienteutilizzareilquattro,mentrepercilindrateancorasuperiorisiarrivafinoaottocilindri.imotoricinquecilindriinlineaconcilindratedell’originedei2000cc
oggi sonoutilizzati raramente,maavevano raggiuntounbuongradodidiffusionetralafinedeglianniNovantael’iniziodeglianniduemila,comebuoncompromessotra ilquattroe il seicilindri, siaperquantoriguardavaicosti,siaperquantoriguardaval’ingombro.imotori a due cilindri in lineahannocostidicostruzionepiùbassi
rispettoaquelliadaltraconfigurazione,maproduconomoltevibrazioni,assentiinveceneimotoricoidue cilindri contrapposti.anche imotori a quattro cilindri in linea presentano una certa
quantitàdivibrazioni,puressendoequilibratinelfunzionamento,men-treinquelliaquattro cilindri contrapposti,levibrazionisonoassenti.imotori a sei cilindri in linea,sonoperfettamenteequilibrati,nonpre-sentanovibrazioniederoganounacoppiauniforme,mentreisei cilin-
dri a Vpresentanodellevibrazioni,seppurmoltocontenute.
Figura 3.28(a)Spaccatomotoretrecilindriinlinea(PSaEB2turbo);(b)spaccatomotoreaquattrocilindriinlinea(opel/gmecotech).
a) b)
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
74
ancheimotori a otto cilindri,cosìcomequelliadodici,sonocarat-
terizzatidaassenzadivibrazioniedaun’ottimaequilibratura.
oltre al loronumero incide sul costoe soprattutto sull’ingombrodel
motoreancheilmodoincuiicilindrivengonodisposti;ladisposizionepiù
comuneèquellain linea (Figura3.28b)sempliceedeconomicamache
hal’inconvenientedirenderetroppolungoilmotoreeche,pertanto,viene
realizzataingeneresolofinoaunnumerodicilindrinonsuperioreasei.
ladisposizione a V(Figura3.29)hailpregiodirenderemoltocom-
pattoilmotore,maledifficoltàcostruttiveequindiicostisononotevoli,
bastipensarecheoccorronoperrealizzarladuetestateeduegruppidi-
stribuzioneseparati.
dagliangolidellaVdipendeancheilbuonbilanciamentodelmoto-
reinfunzionedelnumerodicilindri:sièdimostratochegliangolipiù
razionaliatalpropositosono60°o120°perilseicilindri(eancheperil
dodici),90°perl’otto.
taliangoliabbassanooinnalzanoancheilbaricentrodelmotoree
questopuòavereinfluenzasullatenutadistradadellavettura.
Figura 3.29Spaccatomotore12cilindriaV(audi).
Vièpoi ilmotore a cilindri contrapposti (Figura3.30), cheèuna
particolareVdi180°.imotoricontaledisposizionesonochiamatiboxer.
lasceltadiunadiquestedisposizionipuòesseretral’altrocondizionata
anchedaltipoditrazionechesivuoleutilizzaresullavettura,vistocheil
gruppomotore-cambio-differenzialepuòavereuningombronotevole
nelcasodiunmotoreconelevatonumerodicilindri.
Unavoltastabilitalacilindrata,ilnumeroeladisposizionedeicilin-
dri,occorrestabilirealtredueimportantidimensionicheinciderannosul
funzionamentodelmotore:l’alesaggioelacorsadelpistone.
Sidicecheilmotoreha:
• corsa corta,selalunghezzadellacorsaèinferioreall’alesaggio;
• corsa lunga,seèsuperiore;
• corsa quadrasealesaggioecorsahannolostessovalore.
organiprincipalidel motore U3
75
Questeduegrandezze(corsaealesaggiodelpistone)hannomolta
influenzasullecaratteristichedinamichedelmotore; infattiunmotore
acorsacortahailvantaggio,aparitàdicilindrata,diavereunalesaggio
checonsentediutilizzarevalvolegrosseoppurepiùvalvolepercilindro,
migliorandocosìilriempimentoepermettendoprestazionimaggiori.a
paritàdigiri,ilpistoneavràvelocitàminorerispettoauncorsalungae,
quindi,visarannominoriperditeperattrito;essendonecessaribraccidi
manovellapiùcortisiridurrannoancheleinerzieelevibrazionidell’al-
beromotore*.
da queste considerazioni si conclude che, per poter raggiungere
elevatiregimidirotazione,unmotoredeveessereuncorsa corta,an-
che sequestapresenta lo svantaggio cheoccorreutilizzarepistonidi
diametromaggioree,quindi,piùpesanti.imotori corsa lunga,d’altro
canto,hannoilvantaggiodipotervenireraffreddatipiùefficacemente
grazieallamaggiorsuperficieacontattocolliquidorefrigerante;inoltre
lacameradicombustione,essendopiùraccolta,permetteunmaggior
rendimentotermico; infine,nelcasodimotoripluricilindrici,sihauna
minorelunghezzadelmotorestesso:èinfattiperquestomotivochea
voltesicostruisconomotoriconcorsapiùlungadiquellacheinrealtà
sivorrebbenormalmente.levetturediserieutilizzanomotoriconcorsa
prossimaaquellaquadra.
moltoimportanteèanchelalunghezza della biella,rapportataal
raggio della manovella:abbiamogiàdettocheunabiellarelativamen-
telungadeterminaspintelateralidiminoreentità,riducendoleperdite
perattritoesoprattuttol’usurael’ovalizzazionedeicilindri.
d’altrocanto,però,unabiellalungaèpiùpesanteeinerteenonpuò
consentire almotoredi raggiungereelevati regimidi funzionamento;
inoltrecreamaggioriproblemiperl’equilibratura.Suimotoriperauto-
vetturedastrada,ilrapportotralalunghezzadellamanovellaequello
dellabiella(indicatoconlaletteraQ)variadaunminimodicirca0,22a
unmassimodicirca0,27.
Un’altraformageometricamoltoimportanteperilmotoreèquella
dellacamera di combustione, dalle cuidimensioni edalla cui forma
*lacorsadelpistoneèpraticamenteparialdoppiodel raggiodimanovella(piccolevariazionipossonodipenderedai varidisassamenti).
Figura 3.30Spaccatomotoreboxeraseicilindri(Porsche).
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
76
dipendono la velocità, la temperatura finale della combustione, oltreche la probabilità che si inneschino fenomeni indesiderati come l’au-toaccensioneeladetonazione.talicameresonoquasisemprericavateall’internodellatestatae,avolte,ancheall’internodelpistone,ilqualenecostituiscesemprelaparetemobile.diminuendoilpiùpossibileilrapportotralasuperficieeilvolumedellaca-
meradicombustionediminuirebberoledispersionidicaloredurantelafasediscoppioe,quindi, ilrendimentoelavelocitàdellacombustioneaumen-terebberodiconseguenzacongrossibeneficiperilrendimentodelmotore.atalpropositolaformaidealeperlacameradicombustionesarebbequellasferica,inquanto,tratuttiisolidi,lasferaèquellochepresenta,aparitàdivo-lume,laminoresuperficie;inoltre,sesiriuscisseaporrel’elettrododellacan-delaalcentrodellasfera,siavrebbeancheunasimmetricaespansionedellafiammaconnotevolivantaggisullaregolaritàdellacombustione.taletipodicameranonèpurtropporealizzabileeoccorrequindiri-
cercarealtreformegeometricheidonee,tenendosemprepresentechemoltitipidicamerapossonoconsentirealtirendimentidellacombustio-ne,masonofacilmentesoggettiaifenomenidell’autoaccensioneedelladetonazione.
Vediamooraunabrevedescrizionedellecamerepiùutilizzate.
Camera discoidale (Figura 3.31)Èquellapiùsemplicedarealizzareancheseperavereun’efficaciaidealedovrebbepresentareduecandeleperognicilindropostelateralmente.Perquestomotivononvienequasipiùutilizzataneipiccolimotoriaci-clootto,mahaancoraparzialeutilizzoinalcunimotoriaciclodieseleinalcunimotoriperaviazione.
Camera a scatola di sardine (Figura 3.32)Èdettaa volteanchecamera a tetto singolo.Ha le valvoleparalleleall’assedelcilindroelacandelapuòesserepostaanchecentralmente.Questaconfigurazionegeneraunacertaturbolenza,chefacilitalacom-bustionedellamiscela;inoltre,èpossibileottenererapportidicompres-sionepiùelevatirispettoallacameradiscoidale,senzachesigenerinodetonazioneoautoaccensione.
Camera a cuneo (Figura 3.33)Èunavariantemigliorativarispettoaquellaascatoladisardine.leval-volevengonoinclinaterispettoall’assedelcilindro;hailvantaggiochelamaggiorpartedellamiscela si raccoglieattornoallacandelacon laconseguenzachelafiamma,propagandosi, incontraunamassadigassempreminoreequestolimital’eventualefenomenodelladetonazione.
Camera emisferica (Figura 3.34)Èunadellemiglioricameredicombustionepermotoridialtepresta-zioni, in quanto presenta il più basso rapporto superficie/volume. levalvolevengonoposteinclinaterispettoall’assedelcilindro,manonpos-sonoesseremesseparalleletradiloroequestorendenecessariduealberiacammedistintiperpoterlecomandare;lacandelavienedisolitopostaalcentrodellavoltaemisferica;ilpistonepuòavereanch’essoilcieloaformaemisfericaconvessaoppurealtreforme.
Figura 3.31Cameradiscoidale.
Figura 3.32Cameraascatoladisardine.
Figura 3.33Cameraacuneo.
Figura 3.34Cameraemisferica.
organiprincipalidel motore U3
77
Camera a tetto (Figura 3.35)Èun’evoluzionedellacameraemisfericaedèutilizzatasoprattuttoneimotoriconpiùvalvolepercilindro,inquantohamoltospazioperpoter-leposizionare.lacandelaècentrale.
Camera Heron (Figura 3.36)dettaanchecamera nel pistone,èmoltopiùutilizzataneimotoridie-sel; offre unbuon livello di turbolenza e permette elevati rapporti dicompressione;haancheilvantaggiodiessereeconomicadarealizzare.
Camera a carica stratificataQuesto tipo di camera non presenta particolari forme geometricheche la contraddistinguono,ma sibasa sul concetto che, introducen-doneicilindriunamiscelamagra,ilrendimentodelmotoretendeadaumentareconconseguenteriduzionedeiconsumiedelleemissioniinquinanti;purtroppo,però,conunamiscelamagrailtempodicom-bustionetendeadaumentareeanchelacombustionestessasarebbeassaistentata,conlaconseguenzacheilmotoreraggiungerebbedif-ficilmenteelevatiregimiesubirebbeunadiminuzionedirendimentotermico.Perutilizzaremiscelemagreesalvaguardareleprestazionidelmo-
tore,siècercatodiindurrelaformazionediunostratodimiscelagrassaattornoallacandela, inmodocheall’inizio lacombustionepossapro-cederespeditamenteechesuccessivamente lamiscelagià incendiatavadaa innescare,più facilmentediquantopossa fare la scintilladellacandela,glistratipiùesternicostituitidamiscelamagra.Perrealizzarequestacondizione,inpassatosonostatiideatimotori
cheavevanovalvolesupplementaripostesullatestatainprossimitàdel-lacandela,proprioalfinediingrassarelamiscelainquellazona:questotipodisoluzioneerascarsamenteeconomica.oggisipuòottenereunabuonastratificazionedellamiscelaall’inter-
nodellacameradiscoppioutilizzando:
• iniezioni multipoint (cioèconun iniettorepercilindro)fasate: l’i-niezionedellabenzinapuòavvenire anchedopo che la valvoladiaspirazionesisiaaperta, inmodocheinunprimoistanteentrinelcilindrosoltantoariaeinunsecondotempo,quandoavvienel’inie-zione,unamiscelaaria/benzinapiùriccadellamedia;
• esoprattuttol’iniezione diretta,cioèdirettamentenellacameradicombustione(vediUnità7).
Motore disassato
Poichélaspintadelpistonecontro leparetidelcilindrodipendedallaforzachesudiessoagisceedall’angoloche labiella formacon l’assedelcilindrostesso,durantelafasediespansionelapressionecontrolaparetesinistra(vistadallatodistribuzione)ènotevole(inquantolaforzadeigaschepremonosulpistonedipendedallapressione),mentrequel-lachesihasullaparetedidestra,durantelafasedicompressione,èdientitàassaiminore(Figura3.37).tuttoquestosi traduce inunanotevoleovalizzazionedellecanne,
che,ovviamente,risulteràpiùpronunciatasullorolatosinistro.Percercaredirenderepiùuniformileduespinte,einparticolareper
Figura 3.35Cameraatetto.
Figura 3.36CameraHeron.
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
78
Figura 3.37Spintalateraleinfasediscoppioeinfasedicompressione.
Figura 3.38disassamentoassecilindro.
spinta laterale durante l’espansione spinta laterale durante la compressione
ridurrequellachesihadurantel’espansione,chepiùdiognialtraprovo-cal’usurael’ovalizzazione,siricorreallatraslazionelateraledell’assedelcilindronelversoincuiavvienelarotazionedellamanovelladurantelafasediespansione(inquestocasoversodestra).inquestomododimi-nuiràlaspintadurantelafasediespansione,ancheseaumenteràquelladurantelafasedicompressione,cheperòrimarràsempreinferioreallaprimaacausadelleminoripressioniingioco.ildisassamento del cilindro(Figura3.38)provocadiverse anoma-
lie: ipuntimortidellostantuffononcorrispondonopiùangolarmenteaipuntimortidelmanovellismo,aumenta leggermente lacorsadellostantuffoelecorsediandataeritornoversopuntomortosuperioredi-vengonoasimmetriche,inquantounaavvieneconunarotazionedell’al-beromotore leggermentesuperiorea180°e l’altraconunarotazioneleggermenteinferioreai180°.
pistone nel cilindro senza disassamento
disassamento
pistone nel cilindro disassato
organiprincipalidel motore U3
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Colmiglioramentodeimateriali,ildisassamentoneimodernimotorinonsempreèindispensabileecomunquenonoffrepiùgrandivantaggicircailgradodidiminuzionedell’usuraneltempo.
molto praticato è anche ildisassamento dello spinotto rispetto
all’asse del pistone:taleartificioservesoprattuttoarenderepiùsilen-ziosoilmotore,diminuendolosbatacchiamentodelpistoneinprossimi-tàdelpuntomortosuperiore,inparticolareamotorefreddo.ilvaloredeldisassamentovariamediamenteda1a2mmnelverso
oppostoaquellodirotazionedellamanovelladurantelafasediespan-sione(Figura3.39).
ildisassamentodellospinottooffreanche ilvantaggiodi far rima-nere ilpistone inprossimitàdelpuntomortosuperiore,qualchedeci-millesimodisecondoinpiù;inquestomodolaspintachericevedaigasè leggermente superiore,graziealmaggior tempoadisposizioneperlacombustioneequindisiriesceaottenereunincrementodipotenzadell’ordinedello0,5-1%.Neimotoriveloci(chesuperanoi7000giri/minuto),peròquestoar-
tificiosirivelasvantaggioso.
Unmotore si dice sovralimentato quando è dotato di compressoriesterniingradodiaumentarelapressioneneicollettoridiaspirazione:inquestomodosiriesceaintrodurreneicilindriunaquantitàdifluidoope-rantemaggiore rispettoaquellachesiotterrebbese l’aspirazioneav-venisseapressioneatmosferica.tuttoquestopermettel’aumentodellacoppiaequindidellapotenzaerogata;ancheilnumerodigirimassimoraggiungibiledalmotorepuòaumentareseilcompressoreèingradodimantenereelevatorendimentovolumetricoataliregimi.grazie alla sovralimentazione, quindi, si riesce a costruire motori
aventimaggiorpotenzaaparitàdicilindrataconvantaggisuicostidicostruzionee,negliannipassati,anchevantaggifiscaliinquantoletassedicircolazioneeranoproporzionaliallacilindratadellavetturaenonallasuapotenzaeffettiva.Conlenormeattuali,invece,sipagainproporzio-neallapotenzaeffettiva;pertantotalivantaggisonovenutimeno.ibeneficidellasovralimentazionesonopiùevidentineimotoriaci-
clodieselinquantol’aumentodellapressionedell’ariaaspiratanoncreaproblemididetonazioneesipuòquindilasciareinalteratiirapportidicompressione,mentrenelmotoreacicloottoilpericolodidetonazioneobbligaadiminuiretalirapporticonconseguenteperditadirendimen-toairegimiincuilasovralimentazionenonèinatto.infatti,comevedremotrabreve,iturbocompressorinonriesconoa
generarepressionisuperioriaquellaatmosferica,aldisottodiuncer-toregimedelmotore,mentreicompressorivolumetricisicomportanoinmanieraopposta,ossiariesconoasuperarelapressioneatmosfericasoloaldisottodiuncertoregimedelmotore.lasovralimentazionepuòessereattuataessenzialmentemediante
duetipidiversidicompressoreaiqualiabbiamoaccennatopoc’anzi,chesonoilcompressore volumetricoeilturbocompressore.ilprimovienemossodirettamentedalmotoreattraversounsistema
diingranaggiounacinghiaehaquindilosvantaggiodiassorbirepoten-zadalmotore;ilsecondovienealimentatosfruttandol’energiaresiduadeigasdiscaricoenonassorbealcunapotenzadalmotore. iduetipi
3.10 La
sovralimentazione
Figura 3.39disassamentoassespinotto.
disassamento
stantuffo
asse perno
asse dello stantuffo
Cavitazione
Formazionedi“cavità”(inquesto
casoilvuoto)trailobidelcom-
pressore e il fluido (in questo
casoaria)incuiessisimuovono.
il termineèdiderivazione idro-
dinamica,dove indica la forma-
zionedibollegassoseall’interno
diunliquidoacausasoprattutto
dell’accelerazione (equindidel-
ladiminuzionedellasuapressio-
ne) impressagli da una pala di
un’elicaodiunaturbina.
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
80
dicompressore, inoltre, lavoranoaregimidigiriassaidifferenti: infattimentreilcompressorevolumetricoèefficaceabassiregimi,dopodichevaincavitazione,ossianonèpiùingradodicomprimerel’aria,ilturbo-compressoreèingradodifunzionaresoloaregimisuperioriadalmeno2000RPm.inoltre,piùigiridelmotoreaumentanopiùaumentalacapacitàdel
turbodicomprimerearia,alpuntoche,senonsiintervienecondisposi-tividilimitazione,comeperesempiolavalvola waste-gate(dicuipar-leremoinseguito),sipuòarrivarearegimicheporterebberoallarotturadelmotore.
Compressori volumetrici
abbiamodettocheicompressori volumetricipossonoesseretrainatimedianteunsistemadicinghieoingranaggiemoltevoltesonodotatidi appositi sistemidi frizionepernon sovraccaricare ilmotoreduran-teleaccelerazioniimprovvise.ilpiùdiffusoèsenz’altroilcompressore
volumetrico a lobi di tipo Roots(Figura3.40),ilqualeècompostodaduerotoria lobiaventiunaformadiunotto, iqualisonocollegatitraloroattraversodueingranaggichepermettonolorodiruotareinsensocontrariol’unodall’altro:spessoilobipossonoesseretre.lamassimavelocitàperifericadeirotoriammessaèdicirca60/65 m/s
elapressionemassimaèdi1,6/1,7bar.
Figura 3.40SchemadifunzionamentodelcompressorevolumetricoaduelobiditipoRoots.
Turbocompressori
ilturbocompressoreècompostodaunaturbinaedauncompressoremontati sullostessoasse (Figura3.41): la turbinavienemossadaigasesausti che vi giungonodirettamentedal collettoredi scarico (Figura3.42) e alcune turbine possono raggiungere i 280.000 giri/minuto. ilcompressore,anch’essodeltipoaturbinaocentrifugo,comprimel’ariainviandolaalcollettorediaspirazione.
Perpotercomprimerel’aria,questitipidicompressore,speciequellidipiccoledimensioni,devonoruotare,comeabbiamovisto,aunregi-meelevatissimoelalorocostruzionenonèquindiagevole;inoltre,perquantisforzisianostatifatti,nonsièancorariuscitiacostruirecompres-
organiprincipalidel motore U3
81
sori ingradodifunzionarequandoilmotoreruotialdisottodei2000-2500RPm.abbiamoaccennatoal fattoche, all’aumentaredeigiridelmotore,aumentanosialacapacitàdelturbodicomprimerearia,sialasuaportata;lamaggiorquantitàdiariaaspiratadalmotore,d’altrocan-to,portaquest’ultimoadaumentareulteriormenteilsuoregimedirota-
Figura 3.42turbocompressoremontatosul collettorediscarico.
corpo turbina
turbina
allo scarico
valvola di regolazione
entrata gas di scarico
attuatore per valvola di regolazione
aria esternafiltrata
compressore
corpo del compressorearia compressa
del motore
corpo centrale
uscita olio
entrataolio
Figura 3.41Spaccatodiunturbocompressore.
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
82
Figura 3.43Schemafunzionamentovalvolawaste-gate.1 Valvoladiregolazione(waste-gate)2 attuatorepervalvoladiregolazione3 gasdiscarico4 miscelacompressa5 intercooler6 Compressionecentrifugo7 turbina
Figura 3.44turbocompressoreageometriavariabile.
2
1
34
5
67
zioneconconseguenteaumentodellaportatadeigasdiscaricoedellacapacitàdeltubodispingerearianelcollettorediaspirazione.Setuttoquesto,aprimavista,puòsembrareuncircolovirtuoso,in
quantoaumentalapotenzadelmotore,inrealtàmettearischiol’inte-gritàdelpropulsore stessoperché inbreve tempoarriveràa regimiepotenzegenerateinsopportabiliperlamaggiorpartedeisuoiorgani,inparticolarequellirotanti.Siutilizzaalloralavalvola waste-gate,laqualelimitaaunvalorepre-
stabilitodalcostruttorelapressionemassimagenerabiledallaturbina.FacendoriferimentoalloschemadellaFigura3.43,èpossibilecapire
benecomefunzionataledispositivo.lavalvolaècollegata,tramiteun
organiprincipalidel motore U3
83
tubicino,alcollettorediaspirazione,quandolapressioneall’internodelcollettoreèinferioreaquelladitaraturadellavalvola,quest’ultimarima-nechiusaeigasdiscaricofluisconointeramentenellaturbina.Quandolapressionenelcollettorediaspirazionesuperaquelladita-
raturadellavalvola,quest’ultimasiapre,permettendoapartedeigasdiscaricodifluireattraversouncanaleparallelo,senzachequestipossanoraggiungerelaturbina;inquestomodoessaperderàvelocitàelapres-
sionenelcollettorediaspirazionediminuirà.Per poter permettere ai turbocompressori di essere efficaci anche
abassi regimidi rotazionedelmotore,vieneutilizzato ilsistemadellepalette di diffusione mobilioa geometria variabilecomequelloillu-stratoinFigura3.44.l’inclinazione delle alette è regolata da un attuatore pneumatico;
quandolapressionedisovralimentazioneèbassa,questeultimeriman-gonochiuseepermettonoaigasdiscaricodiaumentarelalorovelocitàinmododaaccelerarerapidamentelaturbina.manmanochelapressio-nedisovralimentazionecresce,l’attuatoretendeafarleaprireinmodochenonostacolinoilcrescenteflussodeigasdiscaricoversolaturbina.Unsistemapiùmodernoedefficaceperregolarelapressionedelturbo(vediUnità9,Figura9.82)èquellodicomandarelawaste-gatemedianteunaelettrovalvolacheaprendosicomandatadallacentralinadicontrol-lodelmotore,lametteincomunicazionecolserbatoiodelvuotopresen-tesullevetturedieseloanchebenzinaainiezionediretta.ladepressionequindipermetteallawaste-gate,diaprirsiochiudersi
asecondadelmodelloditurbina,regolandocosìlapressionedisovra-limentazione.talesistemasipuòapplicareancheallepalettedidiffusionemobili
oadaltrisistemidigeometriavariabilechesualcunimodelliditurbinavengono anche regolati elettricamente sempredietro comandodellacentralinadicontrollomotore.Poiché tutti i compressori inevitabilmente riscaldano l’ariamentre
lacomprimono,siutilizzanoparticolariradiatori(Figura3.45),dettiin-ter-cooler,chelaraffreddanoprimachevengaimmessanelcollettorediaspirazione. inquestomodo il rendimentovolumetricodelmotoreaumenta.in tutti imotori, sianoessiacarburatoreoa iniezione (anchedie-
sel),l’ariaappenaaspiratavienefattapassareattraversounfiltrochehalafunzioneditrattenereleparticelle(polvere,terra,polliniecc.)inessa
Figura 3.45Scambiatorearia-aria.
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
84
presenti:seesseraggiungesserolacameradicombustione,rovinereb-beroinbrevetempopistoniecannedeicilindrie,disperdendosinellu-brificante,aumenterebberol’usuradituttiglialtriorganiinmovimento.ilfiltrohaanchelafunzionedirenderesilenziosoilmotore,eliminan-
doquasitotalmenteilsibilodell’aspirazione;essoèormaicostituitoperlamaggiorpartedeicasi incartaspeciale(dettoanchea secco),assaipiùpraticoecomododasostituirerispettoaquelliimbevutid’olio(dettianchea bagno d’olio). Puòaverevarie forme (Figura3.46),daquellacilindricaarettangolare.asecondadellatemperaturaesternaundispositivoautomatico,po-
stoall’internodellascatoladel filtroapreochiude leparatiedelleen-tratedell’ariacaldaediquellafredda.inquestomodol’ariaaspiratadalmotoregiungedirettamenteal filtrodall’ambienteesterno(attraversol’entratadell’ariafredda),oppurevienefattaprimapassareinprossimitàdelcollettorediscaricodovesiriscaldaegiungealfiltroattraversol’en-tratadell’ariacalda.inquestomodoneimesiinvernalisipermettealmotorediaspirare
ariaaventemaggioretemperaturaperfavorireunamiglioreevaporazio-nedellabenzina.levetturevecchienonsonodotatedidispositivoautomaticoedè
quindinecessariointerveniremanualmenteperchiuderel’unaol’altraparatianeimesiestivieinvernali.taleoperazionevienedetta“girareilfiltro”.
Figura 3.46Filtroariaesuocontenitore.1 Filtroasecco2 Contenitore
Test di verifica
85
Test di verifica
U3
Quesiti vero o falso
3.1 Indica con la crocetta se le seguenti affermazioni sono vere (V) o false (F).
1. imotoriacanneriportateinumi-dosonopiùdelicatidarealizzare
2. la guarnizione della testa va so-stituita ogni volta che la testataviene per qualsiasimotivo allen-tata
3. levalvolediaspirazionehannoingenerelatestapiùpiccolarispet-toaquellediscarico
4. levalvoleinacciaioaltungstenohanno affidabilità superiore ri-spettoallealtre
5. le molle delle valvole morbidepermettonoalmotorediraggiun-gereelevatiregimidirotazione
6. ilcaricodellemollevalvoleside-terminaanche inbasealla formadeglieccentricidellecamme
7. Seladistribuzioneèindiretta,l’al-beroacammesitrovasemprenelmonoblocco
8. le punterie idrauliche possonoessere sostituite con quelle nor-mali
9. i pistoni dei motori da competi-zionesonoprividimantello
10. ilnumerodimanovellesull’alberomotoreèsempreugualeaquellodeicilindri
11. l’alberomotoredeveesseretem-
prato
12. i motori a cilindri contrappostihannomoltevibrazioni
13. imotori sei cilindri in linea sonoperfettamente equilibrati e prividivibrazioni
14. imotoriaVsonotraipiùcostosidarealizzare
15. lebiellelunghefannoaumentarel’usuradellecannedeicilindri
16. il disassamento dello spinotto sirivela svantaggioso nei motoriveloci
17. il disassamento dello spinotto edelcilindroavvengononellostes-soverso
18. lapressionemassimadiuncom-
pressore volumetrico è limitatadallavalvolawaste-gate
19. i turbocompressori possono rag-giungere e addirittura superare i120.000giri/minuto
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
Quesiti a risposta aperta
3.2 Rispondi alle seguenti domande.
1. Chedifferenzac’ètraimonoblocchiacanneintegraliequelliacanneriportate?
2. Perchéingenerelecannedeicilindrinonvengonorealizzateinalluminio?
3. achecosaservonoitappidisicurezzasulmonoblocco?
4. Qualèlafunzionedellatestata?
5. Qualisollecitazionidevesopportarelatestata?
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
86
6. Qualèlafunzionedellaguarnizionedellatesta?
7. Perchélatestatavienepreferibilmenterealizzatainalluminio?
8. Qualèlafunzionedellevalvole?
9. Perchéalcunevalvolecontengonoilsodioallorointerno?
10. Qualèlafunzionedell’alberoacamme?
11. Comevieneinduritalasuperficiedell’alberoacamme?
12. descriviiprincipalitipidipunterie.
13. Checosasonolepunterieidrauliche?
14. descrivilevariefasidifunzionamentodellepunterieidrauliche.
15. Qualèlafunzionedelpistone?
16. Perchéilpistonenonpuòavereformacilindrica?
17. Qualisonoimaterialiprincipaliperlarealizzazionedeipistoni?
18. Perchélaceramicasièrivelatainefficacenellacostruzionedeipistoni?
19. Qualèlafunzionedelmantellodelpistone?
20. Comepuòessereimpiantatolospinottochecollegailpistoneallabiella?
21. Qualèlafunzionedellefasceelasticheecomesonoclassificate?
22. Qualèlafunzionedellabiella?
23. Qualisonoivantaggieglisvantaggidiunabiellalunga?
24. Checosasonolebielletteedovevengonoutilizzate?
25. Qualèlafunzionedell’alberomotore?
26. Comevienerealizzatol’alberomotoreeconqualimateriali?
27. Qualèlafunzionedeicontroalberi?
28. Checosasonolacilindrata,l’alesaggioelacorsa?
29. Qualisonoivantaggieglisvantaggideimotoriacorsalungarispettoaquelliacorsacorta?
30. Qualeformageometricadovrebbeavereunacameradicombustioneideale?
31. Qualisonoequalicaratteristichehannoleprincipalicameredicombustione?
32. Checos’èlacameraacaricastratificata?
33. Perchésirealizzanoimotoridisassati?
34. Qualianomalieprovocaildisassamentodelcilindro?
35. Qualivantaggidàildisassamentodell’assedellospinotto?
36. Qualicaratteristichehannoilturbompressoreeilcompressorevolumetrico?
37. Comefunzionailturboageometriavariabile?
organiprincipalidel motore U3
87
Esercizi a risposta multipla
3.3 Delle tre risposte una sola è corretta: indicala con una crocetta.
1. latemperaturamediadieserciziodellevalvoleè:
a. compresatra1000e1500°C
b. compresatra700e800°C
c. compresatra400e500°C
2. l’albero a camme è sottoposto al trattamentodi:
a. cementazione
b. tempra
c. rinvenimento
3. ipistoniconmiglioricaratteristichesiottengo-no:
a. colmetododellapressofusione
b. colmetododellaforgiatura
c. colmetododellafusioneinterra
4. Quali dei seguenti organi non appartiene allabiella?
a. ilpiede
b. ilcappellotto
c. lospinotto
5. in caso di mancata lubrificazione del motore,quali tra i seguenti organi in genere si rovinaperprimo?
a. ilpistone
b. labiella
c. lebronzine
6. Quale sezione conferisce alla biella maggiorerobustezza?
a. at
b. aU
c. adoppiat
7. icontroalberiruotano:
a. insensocontrariorispettoall’alberomotore
b. uno in senso contrario all’alberomotore el’altronellostessosenso
c. nellostessosensodell’alberomotore
8. il rapporto tra la lunghezza dellamanovella equelladellabiella,neimotoridastradavariaingenere:
a. tra0,22e0,27
b. tra0,5e1
c. tra0,1e0,2
9. Quali tra le seguenti camere di combustioneobbligaautilizzareduealberiacammeperco-mandarelevalvole?
a. cameraacuneo
b. cameraemisferica
c. cameraascatoladisardine
10. Qualepressioneraggiungonoingenereicom-
pressorivolumetrici?
a. da0,5a1bar
b. da2a3bar
c. da1,6a1,7bar
88
cURVE cARATTERISTIcHE E DInAMIcA DEL MOTORE
U4
tutti icorpihannounaloroformageometricacaratteristicae,quandovengonosottopostiall’azionedi forzeesterne,sicomportanodiversa-menteasecondadelpuntodovetaliforzesonoapplicate.Comesappiamo,intuttiicorpiesisteunpuntodettobaricentro;se
questopuntositrovasullarettalungolaqualeagiscelaforza(direzio-ne della forza)applicataalcorpo,l’effettosaràquellodiunmovimentotraslatorionelladirezionedella forzastessa:nonvi saràquindialcunarotazionedelcorpoattornoaqualcheasseproprio,passanteperilcorpostesso.Nonsiavràalcunmovimentotraslatorioseilcorpoèsoggettoaqualchevincolo.Se,invece,laforzaapplicatanonpassaperilbaricentro,ilcorpooltreaunpossibilemovimentotraslatoriosaràanchedotatodiunmotorotatorio.Sidefiniscecoppia(omomento di una forza)
èilprodottodell’intensitàdella forzaapplicataauncorpo,per ladi-stanzadelbaricentrodalpuntodiapplicazionedellaforzastessa.
4.1 Il concetto
di coppia
Figura 4.1Pressionenelcilindroinfunzionedeigradid’angolomotore.
35÷70 bar
1,2 bar
–0,8 bar
aspirazione compressione scoppio scarico
BaricentroChiamatoanchecentro di gravi-
tà,èilpuntoincuisi immagina
concentratatuttalamassadiun
corpoeincuièapplicatalasua
forzapeso.
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
89
lacoppiaviene indicatacon la letteraCemisurata innewtonpermetro (simbolo: Nm), oppure spesso anche in kilogrammi permetro(simbolokgm).Nelcasodiunmotoreacombustioneinterna,lacoppiasaràcalcolata
facendoilprodottodellaforzaagentesulpistone(cheasuavoltasaràugua-lealprodottodellapressionenelcilindro– ilcuiandamento in funzionedeigradid’angolomotoreèillustratonellaFigura4.1–perlasuperficiedelpistone)perilbracciodellamanovella(Figura4.2):poichésialaforza(chedi-pendedallapressione)siailbracciovarianodapuntoapunto,lacoppiasvi-luppatadaunmotoremonocilindricohal’andamentoriportatonellaFigura4.3a.aumentandoilnumerodeicilindri,lacoppiaassumeràunandamentopiùregolare,com’èpossibilevederenelleFigure4.3be4.3c.
Figura 4.3andamentodellacoppiainunmotore:(a)monocilindrico;(b)quattrocilindri;(c)seicilindri.l’andamentodellacoppiadiventapiùregolareall’aumentaredelnumerodicilindri.
Figura 4.2CalcolodellacoppiaCinunmotoreacombustioneinternacomeprodottodellaforzaF´agentesulpistoneperilbracciobdellamanovella.
F = P ×S C = F ×́ b
P
F´
F’
b
S pistone
manovella
cilindro
C (Nm)
250
200
150
100
50
0
–50
720
gradi
coppia media
aspirazione compressione scoppio scarico
a
180 360540 720
C
C
0 120° 360° 540° 720°
M
0
C
C
M
120° 360° 720°
a)
b) c)
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
90
Figura 4.4CoppiaCsviluppatadaunmotoreabenzinainfunzionedelnumerodigiri.
C (Nm)
100
90
80
70
1000 2000 3000 4000 5000 6000
giri/min
CM
ilvolanopoicontribuisceinmododeterminantearenderecostantelacoppiageneratadalmotore,alpuntochesumoltitipibanchiprovanonsenerilevanosignificativevariazioni.l’andamentodellacoppiame-diainfunzionedelnumerodigirièquelloriportatoinFigura4.4.Perchiarirebene ilconcettodicoppia (motrice) sviluppatadaun
motorefacciamounsempliceesempio.
Esempio
Supponiamodiprendereunmotoreaventesull’al-berounapuleggiadidiametrougualea20cmeche,aundeterminatonumerodigiri,sviluppiunacoppiadi80Nm.Ciòsignificacheseattacchiamoaicapidellapuleggiaunacordaconunpeso,ilmo-
torepotràsollevarealmassimo160N,circa16 kg.Se diminuissimo il diametro della puleggia a 10cm,ilmotorepotrebbesollevare32kg,mentreseloraddoppiassimo(portandoloquindia40cm),ilmotoreriuscirebbeasollevaresolo8kg.
il concetto di coppia apparirà meno astratto se lo colleghiamo aquellodienergia. infatti,secalcoliamol’energia (media)che ilmotoresviluppaaognigirod’alberoalla cuipuleggiaè attaccatounpeso, siottiene:
W=FS
dove:
• WindicaillavorosvoltodallaforzaF;• Flaforza(inquestocasoilpesoattaccatoallapuleggia);• Slospostamentodelpeso.
lospostamentoSdelpesoperognigirodialberomotoresaràpariallacirconferenzadellapuleggiadiraggioR,ossia
S=2π R.
Quindi:
W =F(2π R)
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
91
maFR,comeabbiamovisto,èlacoppiasviluppatadalmotore;quin-di:
W =2π C
Quest’ultimorisultatosignificache:
èlacoppia rappresenta,amenodel fattore2π, l’energiaerogatadalmotoreaognigirodell’albero.
Èquestaunadefinizionecheconsentedicomprenderepiùfacilmen-tequali sono iprincipali fattori che influenzano lacoppiaerogatadalmotore, cioè lacilindratae il rendimentovolumetrico;quest’ultimo,asuavolta,dipendenotevolmentedagliangolidiaperturaedichiusuradellevalvole.
• Cilindrata
Maggiore sarà la cilindrata, maggiore sarà la quantità di miscela intro-
dotta e bruciata a ogni ciclo e, quindi, maggiore sarà la coppia.
• Rendimento volumetrico
ilrendimentovolumetrico(ancheselaparolavolumetricopuòtrarreininganno)èdefinitocome
èilrapportotralamassadellamiscelaintrodottaneicilindrialterminedellafased’aspirazioneequellateoricamenteintroducibile(laqualedipendeovviamentedalvolumedelcilindro).
il rendimentovolumetricodipendedalla formaedalledimensionideicondottid’aspirazione,dalledimensionidellevalvoleedalloronumerononchédailoroangolid’apertura;variamoltoalvariaredelnumerodigiridelmotoreedèsempreinferioreall’unitàneimotoriaspiratimentrepuòesseresuperiorea1neimotoriturbocompressiodotatidicompressorevolumetrico. Maggiore sarà il rendimento volumetrico, a parità di cilindrata, mag-
giore sarà la quantità di miscela introdotta e quindi la coppia svilup-
pata.
• Diagramma della distribuzione (Figura4.5)gliangolid’aperturaedichiusuradellevalvoleincidononotevolentesulrendimentovolumetricoequindisullacurvadellacoppiaedellapotenza;il diagramma della distribuzione indica in quali istanti, rispet-
to ai punti morti, le valvole aprono e chiudono.Neicicliidealisièsuppostochel’aperturaelachiusuradellevalvoleavvenissero istantaneamente incorrispondenzadeipuntimorti; inrealtàpermotivichevedremotrabreve,levalvolesiapronoesichiu-donoquandolostantuffoèpiuttostolontanodaipuntimorti.
Anticipo dell’apertura della valvola d’aspirazione rispetto a PMS.
iltempocheimpiegalavalvolaadaprirsièrelativamentelungo.af-finchélavalvolasiacompletamenteapertanelmomentopiùconve-nienteperottenereilmassimoriempimentodelcilindro(valeadirequandolostantufforaggiungelavelocitàpiùelevata),ènecessario
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
92
che l’iniziodell’alzataavvengaprimadelPmS,quando inpraticaèancorainattolafasediscarico.Neimotorivelocil’anticipodevees-
seremaggiorecheinquellilenti.
Posticipo della chiusura valvola aspirazione rispetto a PMI.Èdo-vutoallastessaragionepercuis’inizial’aperturaconanticiporispet-toalPmSe,soprattutto,serveasfruttarel’inerziadelfluidoinmotonelcondottod’immissione.durantelacorsad’aspirazione, infatti, il fluidoassumeunavelocitàelevatae,per inerzia,riesceaentrarenelcilindroanchequandolostantuffohagiàiniziatolacorsadicompressione.Èquindiconvenienteprolungarel’aperturadellavalvoladiaspirazio-neanchedurantelaprimapartediquestafase.Quanto maggiore è
la velocità di rotazione del motore, tanto maggiore è l’energia cinetica
del gas e quindi maggiore è il ritardo da dare alla chiusura della valvola,
rispetto al PMI.
Anticipo apertura valvola di scarico rispetto al PMI. Serveper ab-bassarelapressionedeigascombustiaunvaloreprossimoaquelloatmosferico,facilitandoinquestomodolafasediscaricoeriducendoillavoropassivocheilpistonedovrebbecompiereperespellerli.tuttoquestofortunatamentenonriduceinmodosensibileillavorod’espan-sione,poichéquandolostantuffosiavvicinaalPmiagiscesull’alberoagomiticonunbracciodilevapiccolochetendeadannullarsi.
Posticipo chiusura valvola di scarico rispetto al PMS.Serveacon-sentirelacompletaespulsionedeigasdiscaricoresidui,che,serima-nessero nel cilindro, diluirebbero lamiscela aria/benzina entrante.inoltreselavelocitàdeigasdiscaricoèelevata,sicreanelcilindroun’ulterioredepressionecherichiamal’entratadellamiscelastessa.
Rendimento termico.Com’ènotodalsecondoprincipiodellatermo-dinamica,èimpossibiletrasformaretuttoilcaloredisponibileinlavo-routile;inoltre,leperditedicalorecheavvengonoinevitabilmentenelmotorehannocomeconseguenzalaperditad’energiaequindiunacoppiaminoredelprevisto:a bassi regimi le perdite di calore sa-
Figura 4.5diagrammadelladistribuzione.a anticipoaperturadellavalvoladiaspirazione
B Posticipochiusuradellavalvoladiaspirazione
C Posticipochiusuradellavalvoladiscarico
d anticipoaperturadellavalvoladiscarico
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
93
ranno elevate poiché l’espansione del gas avviene in un tempo relativa-
mente lungo, tale da consentire una notevole dispersione attraverso le
pareti dei cilindri.
Rendimento meccanico. anchegli attriti interni delmotore, com-portando una perdita d’energia utile, comportano la diminuzionedellacoppia.
Comeabbiamovisto,lacoppiaerogatadalmotoredipendedadiversifattori, iqualiaumentanoodiminuiscono la loro influenzaalvariaredelnumerodigiri;sicomprende,quindi,comela coppia non possa ri-
manere costante a tutti i regimi,maanzidebbavariare inpraticagiropergiro.dalgraficodellaFigura4.4sinotachelacoppiaerogataèpratica-
mente nullaaldisottodiuncertonumerodigiri,acausadellegrandidispersioni termiche che rendono l’energia erogata per ogni giro dalmotoreinsufficienteavinceregliattritiinterniel’inerziadegliorganiinmovimento.Superatouncertonumerominimodigiri,lacoppiacominciaadau-
mentare come conseguenza dell’aumento del rendimento termico, ilqualeèingradodicompensareladiminuzionedelrendimentovolume-trico.invece,leperditeperattritiinternialmotore(perditemeccaniche)sonopraticamentecostantiatuttiiregimie,quindi,purfacendodimi-nuireilvaloredellacoppiaerogata,nonprovocanoalcunasignificativavariazionedellaformadellacurvaaivariregimi.ilmassimo della coppiasiavrànelpuntoincuiilprodottodelren-
dimento termicoperquellovolumetrico saràmassimo,dopodi che,con l’aumentare del numero di giri, la diminuzione del rendimentovolumetrico non sarà più compensata dall’aumento del rendimentotermicoe,quindi,lacoppiacominceràadiminuirecostantementefinoaraggiungerepiuttostobruscamenteilminimoaundeterminatonu-merodigiri.Perquantoriguardailgraficodellacoppiainfunzionedelnumerodi
giri(Figura4.4),occorrefaredue importanti considerazioni:
èstabilitalacilindratadelmotoreedeventualmenteilnumerodeici-lindri, nonèpossibile incrementare indefinitamente il valoredellacoppiamassima;
ènonèpraticamentepossibilemantenereilvaloredellacoppiaeleva-toperampiregimidifunzionamento.
laconseguenzadituttoquestoèchel’unicosistemaperincremen-tarelapotenzadelmotoreèquellodielevareilpiùpossibileilregimedirotazione,facendoinmododiconservareunacoppiasufficientemen-teelevataaqueiregimi,marinunciando,diconseguenza,adavereunacoppiaairegimipiùbassi.Bisognainoltresottolinearecheilmotore,purerogandounacoppia
sufficientementeelevataperunintervallodigiripiùomenoampio,haunfunzionamentostabilesolamenteapartiredalpuntoincuilacoppiaèmassima.infatti,seilmotoresitrovasseafunzionareaunregimedigiriasini-
stradiquellocorrispondenteallacoppiamassima(sifacciariferimentosempreallaFigura4.4),unimprovvisoaumentodelcaricodovuto,per
4.2 Analisi della
curva della coppia
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
94
esempio,aunasalitalungolastradadipercorrenzaoppureauncolpodivento,farebbediminuireilnumerodigiridelmotoreconconseguenteulterioreriduzionedellacoppiaerogata.l’ulteriore riduzionedellacoppiaprovocherebbeun’ulterioredimi-
nuzionedelnumerodigiriesiinnescherebbeuncircoloviziosochepor-terebbeallospegnimentodelmotore,amenoche il conducentenonintervengascalando lamarciaoaccelerando*, senonsi trovagiàconl’acceleratoretuttopremuto.Viceversa,unadiminuzionedelcaricoporterebbeaunincremento
delnumerodigiriconulterioreaumentodellacoppia, laquale fareb-beancoraaumentareigiridelmotorefinoaraggiungerel’equilibriotracoppiaerogataecaricoaldilàdelnumerodigiricorrispondentealpun-toCm(Figura4.4),dovelacoppiacominciaacalare.oltrequestopuntoilmotorehaunfunzionamentostabile:infatti,un
aumentodelcaricoprovocherebbeunadiminuzionedelnumerodigirichefarebbeperò,inquestocaso,aumentarelacoppiaerogataequindiilmotoreriuscirebbeavincerequestoaumentosenzaalcuninterventodelconducente,amenocheilcaricononsiasuperioreallacoppiamas-simaerogabiledalmotore.dalla coppia massima erogabile è possibile calcolare la massima
pendenzachel’automobileèingradodisuperare.Supponiamocheunavetturadebbasuperareunasalitapartendoda
ferma (Figura4.6): aognigirodella ruota (il cui raggioèR), essaper-correràuntrattodistradaparia2UR.Selapendenzadellasalitaè,peresempio,del10%, lavettura subiràunospostamentoverticalepari al10%dellacirconferenzadellaruotael’energiaEspesadurantequestospostamentoè:
E=mgh
dove:
• mèlamassatotaledellavettura,caricocompreso;• gèl’accelerazionedigravità,paria9,81m/s2;• hèlospostamentoverticaledellavetturache,inquestocaso,èparial10%dellacirconferenzadellaruota.
taleenergiadeveessereovviamentefornitadalmotoree,poichéaognigirod’alberoagomiti,l’energiamassimacheilmotoreèingradodisvilupparecorrisponde,comeabbiamovisto,a2UC
M,aognigirodella
ruotaènecessarioche ilmotore facciaunnumerodigirisufficienteasvilupparealmenolaquantitàd’energia2UC
M,altrimentilavetturanon
potràmaisuperarelapendenzadellasalita.ilnumerodigiricompiutodalmotoreaognigirodiruotadipende
quindidalrapporto di trasmissione,cioèdalrapporto tra il numero di
giri della ruota e quello del motore.il rapporto di trasmissione dipende dal rapporto tra il numero di
dentidellacoronaedelpignonedeldifferenzialeedaquellotragliin-granaggidelprimarioedel secondariodel cambio;quest’ultimopuòesserevariatocambiandomarciaeil rapporto di trasmissione più elevato
possibile si avrà ovviamente inserendo la prima marcia.Riusciamoaeseguiretalicalcoliutilizzandolaseguenteformulage-
nerale:
*lecurvecaratteristichedituttelefiguredellibro,cosìcomequelleriportatesuivarimanuali,sonoottenuteconlafarfalladell’acceleratorecompletamenteapertao,seilmotoreèdiesel,conlapompadiiniezioneamassimaportata.Conl’acceleratoreparzialmentepremuto,lacoppiaelapotenzaerogatedalmotoreaivariregimihannounvalorepiùbasso.
Figura 4.6Vetturainsalita.
pendenza %
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
95
2URmgp=2UCMT
dove:
• pèlapendenzadellasalitaespressainpercentuale;
• Tèilrapportoditrasmissionetramotoreeruota;
• R,m,g,CMsonograndezzegiàintrodotteinprecedenza.
Eliminando il fattore2U da entrambi imembridell’uguaglianza, si
ricavachelapendenzamassimasuperabile(trascurandogliattriti,che
sonobassi,dalmomentochelavelocitàdellavetturainfasediparten-
zaèbassa,elaforzadiinerziaanch’essabassapoichébassoèilvalore
dell’accelerazioneiniziale)èparia:
p =CMT
Rmg
EsempioUna vettura di massa a pieno carico (compresaquindianchequelladelconducenteedieventualipasseggeri)di1300kg,montapneumaticideltipo165/65R-14”;ilraggio*ditalipneumatici,gonfiatiallapressionecorretta,èdi285mm,ilrapportoditrasmissioneèpari15,634inprimamarcia.ilmo-toredi1600ccsviluppaunacoppiamassimaparia130Nm(acirca3500giri/min).Sicalcolilamassi-mapendenzasuperabiledallavetturatrascurandogliattritivarielaforzadiinerzia.
applicando la formula che fornisce il valoredip,siricava:
p =130Nm×15,634
0,285m×1300kg× 9,8m/s2= 0,56, ossia56%
*Nelcodicechecontraddistingueilpneumaticolapri-
ma cifra (in questo caso 165) indica la larghezzamas-
simadelpneumatico inmillimetri.lasecondacifra (in
questocaso65)indicalapercentualerispettoallaprima
cifradellasporgenzadalcerchiodelpneumatico(nell’e-
sempio,sporgerà–inaltezza–del65%di165mmossia
107,25mm).laterzacifra(14)indicaildiametrodelcer-
chioneinternoespressoinpollici.
Ricordando cheunpollice equivale a circa 25,4mm il
diametrointernodelcerchioneèdi355,6mmeilraggio
èquindi177,8mm.
aggiungendoaquestacifra lasporgenzadelpneuma-
tico (107,25mm) si ottiene che il raggio della ruota è
285,05mm.
lapotenza P erogata dal motoresicalcolaconlaformula:
P=2UCn
dove:
• Cèlacoppia;
• nèilnumerodigirialsecondodelmotore.
Se la coppia è espressa inNm, lapotenzaè espressa inwatt (W).
Essendoilwattun’unitàpiuttostopiccolaincampoautomobilistico,si
utilizzanormalmenteunsuomultiplocheèilkilowatt(kW),equivalen-
4.3 Analisi della
curva della potenza
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
96
tea1000watt;siutilizzaspessoancheilcavallo vapore(o,piùsinteti-camente“cavallo”),ilcuisimboloèCVoHp(dall’inglesehorsepower).ilcavallovaporecorrispondea735watt.
osservandolacurvadellapotenza(Figura4.7),sinotacomequestagrandezzacrescafinoaundeterminatoregimeancheselacoppiadimi-nuisce;ciòèdovutoalfattochel’aumentodelnumerodigiricompensaladiminuzionedellacoppia.La potenza erogata dal motore è massima
quando è massimo il prodotto della coppia per il numero di giri.
giuntiperòaundeterminatoregime(chedipendedaltipodimo-tore),ladiminuzionedellacoppia,acausadelladiminuzionedelrendi-mentovolumetrico,saràtalmentebruscachenemmenol’aumentodeigiri saràpiù ingradodicompensarla, così che lapotenzaerogatadal
motorediminuirà.
Effetti degli anticipi e posticipi della chiusura delle val-
vole sulla curva della coppia e della potenza
l’aperturaechiusuradellevalvoleècomandatadall’alberoacammee,diconseguenza,anchegliangolidianticipoeritardodellalorochiusurasonostabilitidalprofilodellecamme.inrealtà,comeèintuibile,gliangolidiaperturaechiusuradovrebbe-
roesserevariatiinfunzionedelregimedelmotore,poiché,cambiandola velocitàdeipistoni, così comequelladeigas inentratae inuscita,vannoinevitabilmentemodificatiancheitempidiaperturaechiusuraalfinediconsentireilmassimoriempimentodeicilindri.ilsistemapiùefficaceèquellodicomandarelevalvoleelettricamen-
teattraversosolenoidielettromagneticichericevonotensionedauna
Figura 4.7Confrontotragliandamentidellacoppiaedellapotenzasviluppatada unmotoreinfunzionedelnumerodigiri.lapotenzaaumentafinoaunvaloremassimoanchequandolacoppiadiminuisce.
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
Kw
1000 2000 3000 4000 5000 6000
giri/min
Nm100
9080
70
pote
nza
(Kw
)
copp
ia (N
m)
potenza
coppia
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
97
centralinaelettronicachecalcolaitempidiaperturaechiusurainfun-zionedeivariparametridelmotore.Purtroppo,però,nonsièancorariuscitiarealizzarequestasituazio-
ne(anchese,comesembra,lasoluzionenondovrebbeesserelontana);attualmentequindi,quandosirealizzaunmotore,ènecessariocalcolareiritardieglianticipidiaperturaechiusuravalvole,realizzandodeicom-promessiinfunzionedellecaratteristichechesivoglionodarealmotore,salvopoiutilizzaredispositivi(chedescriveremotrabreve)ingradodivariare,seppurlimitatamente,l’aperturaelachiusuradellevalvole.Conangoli di apertura ampisiriesceaottenereunaumentodel
numeromassimodigirimassimiraggiungibiledalmotoree,diconse-guenza,unapotenzaelevataadalti regimi(equindiunagrandepo-tenzaassoluta); abassi regimiperò ilmotoreavràunacoppiaeunapotenza assaimodeste, soprattutto a causadel fatto chedurante lafasediincrocio,ossiaquandolevalvolediaspirazioneescaricosonoentrambeaperte,lamiscelaentranteneicilindri,nonavendosufficien-tevelocità(cioèbasseenergiacineticaeinerzia),vienerespintaindie-trodaigasdiscaricoancorainpressione,gaschesitrovanoall’internodelcilindroechepoifinisconoaddiritturanelcollettorediaspirazionediluendolamiscela.anchedurantel’iniziodellafasedicompressione,ilprolungatoposticipodellachiusuradellavalvoladiaspirazionehacomeconseguenzailriflussodellamisceladalcilindroversoilcolletto-rediaspirazione;questosempreacausadellabassavelocità(einerzia)conlaqualeessaentranelcilindro.abassiregimi,inoltre,quandolavalvoladiscaricoapretroppoanticipatamenterispettoalPmi,laspintadeigas si riducenotevolmentee,quindi, si riduceanche lapotenzateoricaerogabile.adimostrazionediquantoabbiamosinquiaffermato,inFigura4.8,
riportiamolecurvecaratteristichediunmotorediFormula1,dicostru-zioneabbastanzarecente:sivedechiaramentecomealdisottodi 8000giri(regimechesolopochevetturedastradasonoingradodiraggiun-gere),lacoppiaelapotenzaerogatesonopressochénulle.Conangoli di apertura bassisiottienel’effettocontrario,ossiauna
Nn
680
600
520
440
360
280
200
120160
240
320
400
480
560
640
40
0 4 6 8 10 12 14 16 18
19171513119753
20
40
120
200
280
360
480
560
600
520
440
320
240
160
80
Kw
giri/min x 1000
potenza
coppia
Figura 4.8CoppiaepotenzadiunmotoredaFormula1.aldisottodi8000giri/minlacoppiaelapotenzasonopraticamentenulle.
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
98
diminuzionedellacoppiaedellapotenzaaelevatiregimi(equindidellapotenzaassoluta)avantaggiodiquellaabassiregimi.moltecaseautomobilistichehannomessoapuntosistemiingrado
divariarealmenoparzialmentegli angolidi aperturaechiusuradellevalvole infunzionedelregimedelmotore, inmododaampliare ilpiùpossibile l’intervallodigiri in cui la coppiae lapotenza sonoelevate.Naturalmente questi sistemi, di cui adesso parleremo, sono piuttostocostosiequindisolopochevetturenefannouso.
Variatore di fase (brevetto Alfa Romeo)
ilvariatore di fase Alfa Romeoèun’elettrovalvola,montatainprossi-mitàdell’alberoacammediaspirazione,chehailcompitodianticiparemeccanicamentel’aperturadellavalvola,inmodochesiaaspirataunamaggiorequantitàdimiscelaaria/benzina.inbasealcaricodelmotore,lacentralinadell’iniezioneelettronica,comandaunrelèchemandaunimpulsoelettricoaun’elettrovalvolacheconsentel’aperturaolachiusu-radelpassaggiodell’olioall’internodelgruppoidraulico.lapressionedell’oliovince laresistenzadiunamollaconsentendo
aunpistoncinointernodiscorreredallapartesuperioreversolaparteinferioredeidentielicoidali,permettendolarotazionedell’alberoacam-mediunvalorestabilito.taledispositivoentrainazionedopocheilmotorehasuperatoi1600
giri/mineilcaricositrovaal30%diquellomassimo.descriviamo,facendori-ferimentoallaFigura4.9,lesuefasidifunzionamento.Quando l’elettrovalvola non è eccitata dalla centralina (posizione
FC), il suopernetto (2) rimane sollevato,nonconsentendoall’oliomo-tore,chearrivaattraversoun’appositacanalizzazione,diraggiungereilvariatore.Quando l’elettrovalvola viene eccitata (Fa), il pernetto si solleva,
consentendoall’oliodi raggiungere ilvariatoreattraverso ilcanale (d)eraggiungerelacamera(g):l’oliopremecontroilpistoneidraulico(4),spingendolonelladirezioneversol’alberoacamme.
Figura 4.9VariatoredifasealfaRomeo.1 Elettrovalvoladiinserimento2 Pernettovalvola3 mollaantagonistapernettovalvola
4 Pistoneidraulicovariatore5 Pignonedicollegamentoalberoacamme
6 alberoacamme7 molllaantagonistapistoneidraulico
8 dentaturaelicoidalepistoneidraulico
9 dentidelpignonedicollegamento
Fa Faseaperta(elettrovalvolaeccitata)
FC Fasechiusa(l’elettrovalvolanonèeccitatadallacentralina)
a Canalizzazionedacuiprovienel’olioinfasediapertura
B Cameradelpistoncinoincuientral’olioprovenientedaa
C Canalericavatonelpistoncinoincuivieneavviatol’oliouscentedaattraversounforo
d Condottodimandataolioalvariatore
E Condottodiscaricoodrenaggio
F Canaleattraversocuil’oliogiungenellacamerag
g Cameraincuil’oliospostaassialmenteilpistoneversoilmotore
H Cameradell’elettromagnete.diquil’oliosiscaricaattraversoEl Canalizzazionechepermettelalubrificazionedelpernodell’alberodistribuzione
1
FC
FA6
5
8 9
4
72
3
23
A
H D
A
L
FD
G
C
B
E
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
99
ilpistonecheèdotatoesternamentedidentielicoidali(8),spostan-dosiècostrettoaruotaresusestessodicirca25°e lasuarotazioneètrasmessaalpignone(5)aventedentidiritti (9);asuavolta ilpignonetrasmette la rotazione all’albero a camme che comanda le valvole diaspirazione.
Il sistema VTECH (Honda)
Questosistemadifasatura variabileèstatoideatodallaHondaevieneutilizzatosugranpartedeimodellidellacasagiapponese.descriveremoquiilsistemautilizzatosumotorimonoalbero,sottoli-
neandocheesisteancheunsistemapermotoribialbero,lacuirealizza-zione,tral’altro,èantecedente.descriviamoconl’aiutodellaFigura4.10ilfunzionamentodeldispo-
sitivo.leduevalvolediaspirazionevengonopremutedaunbilancieredoppioecomandatodaduecammedifferenti:sumoltimotori,leduevalvolehannoalzateeangolidichiusuradiversi,conloscopodiaumen-tarelaturbolenzanellacameradiscoppio.traleduecamme(1)checomandanoleduevalvolesitrovaunater-
zacamma(2),piùgrossadellealtredue,chequindiconferirebbealleval-voleangolidiaperturapiùampi,maessa,aldisottodiuncertoregime,lavorasuunbilanciere(4)chenonècollegatonéallevalvolenéaglialtriduebilancieri(Figura4.10a).Superato un certo regime, la centralina dell’iniezione invia un se-
gnaleelettricoaun’elettrovalvolache,aprendosi,permetteilpassaggiodell’olioinunappositocilindrettointernoalsistemabilanciere.l’olio inpressioneall’internodelcilindretto, spostaunooduepi-
stoncini(6e7)(Figura4.10b),iqualicalettanoilbilancieredellacam-
Figura 4.10ilsistemaVtECHdellaHonda.a Posizionediriposo1 Cammechecomandano l’aperturadellevalvoledi aspirazione2 Cammacentrale3,5Bilancieridellevalvolediaspirazione
4 BilancierenoncollegatoallevalvoleconilsistemaVtECHnon in funzione
6,7Pistonciniidraulicidicollegamentotrailbilancierecentrale(4)eglialtridue(3,5)
B Posizionedifunzionamento
Calettaturaaccoppiamento che fissa tra di
lorodueopiùorganimeccanici.
comando valvole comando valvole
pressione olio
flusso olio
bilanciere
pistoncini
elettrovalvola
1
2
3
6 67 7
4
5
A B
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
100
ma centrale con gli altri due: in questo modo entrambe le valvoleseguiranno il diagramma della distribuzione imposto dalla cammacentrale,chepresentaangolidiaperturaealzatesuperioririspettoaquellidellealtredue.
Variatore di fase a palette
Questovariatorechevieneusatonellesuevariantisumoltitipidimotorididiversemarche,èingradodivariarel’istantediaperturaechiusuradellevalvoleinmodogradualemigliorandosensibilmenteilrendimen-todelmotoreaivariregimieriducendoleemissioniinquinanti.origina-riamenteivariatoridifasevenivanoutilizzatisolosullevalvolediaspira-zione;oraperòsonosemprepiùutilizzatianchesullevalvolediscaricoinmododaottimizzareilrendimentodelmotorerispettando,tral’altro,lesemprepiùseverenormeantinquinamento.inoltresuimotoridieselobenzinaa iniezionedirettapossono,va-
riandol’istantedichiusuradellavalvoladiscarico,trattenerenelcilindrounapartedeigasesausticonloscopodidiminuirelaformazionedegliossididiazoto,rendendononpiùnecessariol’utilizzodellavalvolaEgR(vediUnità9).
inFigura4.11èvisibileunodiquestivariatorisenzailcoperchiocheneimpediscelafuoriuscitadioliopermostrarelepaletteinterne.ilmozzocentraleviene fissatoall’alberoa cammementre laparte
esternadelvariatore,dettaanchestatore,vienefissataall’internodellapuleggiadidistribuzione.ai latidi ciascunapaletta si trovanodue foridipassaggiodell’olio
chegiungenellecanalizzazioniinterneall’alberoacammeechetendeariempireleduecamereailatidellepalettestesse.Sullatestatadelmotoresitrovaun’elettrovalvolacomandatainRCo*
dalcalcolatoremotore;essaregolailpassaggiodiolioinpressionenellecanalizzazionidell’alberoacammeequindinelleduecamerechesitro-vanoaiduelatidellepalette.ladifferentequantitàdioliocheriempieleduecamerecreaunadif-
ferenzadipressionechetendeafarruotareilmozzochesitrovacaletta-toconl’alberoacammediunangoloprestabilito.Unsensorepostosull’alberoacammeinformailcalcolatoredellasua
effettivaposizioneangolareinmodochequestapossaessereregolatavariandoilpassaggiodiolionelleduecamere.Vediamo,attraversolefigure,comeciòavviene.Sel’elettrovalvolanonvienealimentata(Figura4.12a)essapermette
all’olioinpressionedientrarenellacanalizzazionedell’alberoacammecheportal’olioall’internodellaprimacamera(C1–Figura4.12b)econ-temporaneamentepermetteall’oliochesitrovanellasecondacamera(C2–Figura4.12b)difuoriuscire.inquestocasol’anticipodiaperturadellavalvolaèminimo,mentreil
ritardodichiusuraèmassimo.Quandosivuoleottenereunanticipointermedio(Figura4.12b),ilcal-
colatorealimentaafasialternel’elettrovalvola,laqualeinvertemoltorapi-damenteilpassaggiodell’oliocheentrainentrambelecamereeruotapiùomenolosfasatoreasecondadelladuratadell’impulsoinRCo.alimentando completamente l’elettrovalvola (Figura 4.12 c), l’olio
entranellasecondacamera(C2–Figura412b)efuoriescedallaprima
*RCo=RapportCycliqueouverture(vediUnità9,Figura9.60).
Figura 4.11Variatoredifaseapalette.
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
101
(C1–Figura4.12b)ruotandocompletamentelosfasatorenellaposizio-nedianticipomassimodiaperturaeritardominimodichiusura.Unpernoidraulicodisicurezzabloccalosfasatoreinposizionedimini-
moanticipodiaperturaquandolapressionedell’olioèinferiorea0,5bar.
Il VALVETRONIC (realizzazione BMW)*
Questosistemaèstato realizzatocon lo scopodivariare l’alzatadellevalvoledaunvaloreminimodicirca0,2-0,3mmfinoaunmassimodicirca9-10mmeinminimaparteinfluenzagliangolidiapertura,anchesequestoèuneffettosecondariocheproducevantaggiimpercettibilialmotore,tant’èchetalesistemavienespessoutilizzatoassiemeavariato-ridifasesimiliaquellidescrittiprecedentemente.
Regolandol’alzatadellevalvolee,diconseguenza,laquantitàdimi-scelaaria-benzina(osoloariaseutilizziamol’iniezionediretta)introdot-taneicilindri,talesistemaèingradodiregolarelapotenzadelmotoreaivariregimiepermettecosìdieliminarelavalvolaafarfallaequindiladepressionechequestacausavanelcollettorediaspirazionequandoeraparzialmentechiusa,iltuttoavantaggiodelrendimentovolumetri-cochevienenotevolmenteincrementato.
il sistemaè illustratonellaFigura4.13.l’alberoacammeagiscesuunrulloscorrevolechesitrovaalcentrodiunalevaintermedia,monta-taorizzontalmente rispettoall’alberostesso.l’estremità inferioredellalevaintermediapremesullevalvole,permezzodiunbilancieredotatoanch’essodirullomentre,inalto,èsostenutadaunsecondoalberoec-centrico,ilqualeappoggiasudiessamedianteunsecondorullino.Quandol’alberoacammeèinrotazione,lalevaintermediasimuo-
veavantieindietro.lasuaformaparticolareconferisceallalevaancheunmovimentoverticale,permettendoledipremeresuibilancieridellevalvole,aprendoleechiudendole.l’alberodeglieccentrici,chesitrovasullapartesuperioredellaleva,ruotandoèingradodiinvertirneilmotoverticale, facendopassarelavalvoladacompletamenteapertaacom-pletamentechiusa.ComesivededallaFigura4.13a,l’alberoaeccentriciècollegatome-
dianteunavitesenzafineaunmotorinoelettrico,comandatomedianteunacentralinaelettronicadinotevoliprestazioni.
*talesistemavieneutilizzatoanchesualcunimotorirealizzatidalgruppoPSa(Peugeot-Citroën)incollaborazioneconBmW.
Figura 4.12 Funzionamentodelvariatoredi faseapalette.
1
2
2
1
1 - 2
2 - 1
C1 C2
a) b) c)
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
102
Figura 4.13ilsistemaValVEtRoNiC.a) ilmotorinoelettricodiazionamentodell’alberoeccentricoconvitesenzafine
b)Sezionealbero/valvolecon motorinoelettrico
a) b)
ibeneficichetalesistemaapportaalmotorecheloutilizzasonoevi-
dentiesipossonoriassumerein:
1. consuminotevolmentepiùbassi;
2. maggioreprontezzainaccelerazione,propriograzieall’assenzadella
farfallacheelimina i tempinecessarial riempimentodelcollettore
neicambidiregime;
3. eccellentecomportamentoamotorefreddo,dovutoallamaggiore
velocitàdiafflussodell’ariainprossimitàdellevalvole;
4. maggiore silenziosità delmotore a bassi regimi, grazie al limitato
movimentodellevalvolediaspirazione.
adimostrazionedell’efficaciadiquestosistema,riportiamoinFigura
4.14lacurvadellacoppiaerogatadaunmotorecheloutilizza.Notiamo
chelacoppiasimantieneelevata(90%diquellamassima)perunregime
fra2000e5000giri.
l’unicosvantaggiocheha talesistema,oltrealcosto,è ilnotevole
ingombrosopralatestatachecreaostacoliallarealizzazionedimotori
conpiùvalvolepercilindroeainiezionediretta,speciesequestisonodi
piccolacilindrataunitaria.
inrealtàquasituttiimotoricheloutilizzanosonodotatianchediuna
valvolaa farfallache intervieneperòsolo incasodiemergenza rego-
landolapotenzadelmotoreseilsistemaperqualsiasimotivodovesse
andareintilt.
Nelfunzionamentonormaleessarimanesempreinposizionediqua-
sitotaleapertura;vienechiusacioèdallacentralinadicontrollomotore
dipochissimigradi(5-10)inmododacrearenelcollettorediaspirazione
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
103
unaminimadepressione(attornoai50millibar)necessariaperaspirare
ivaporidiolioprodottidalmotoreeivaporidibenzinaaccumulatinel
serbatoiodelcanister(vediUnità7).
Poichépotrebbeanchesuccederecheilsistemasiblocchimentreil
motoregiraalminimo,quandocioèlevalvolesiapronosolodicirca0,3
mmnonconsentendocosìalmotoredierogareunaminimapotenza
necessariaafarmuoverelavettura,sulretrodiquasituttiimotoriniche
regolano l’alzataè statapostaunavite abrugola chepermettedi far
girareamanoilmotorinoqueltantochebastaperfareapriredipiùle
valvoleinmododaconsentirealmotoredifunzionare.
Viceversa,seilsistemadovessebloccarsiconlevalvoleparzialmente
ocompletamenteaperte,lafarfallacomandatadallacentralinasichiu-
derebbequel tantochebastada impedirealmotoredisaliredigirio
erogareunapotenzaeccessivanonrichiestadalconducente,ilmotore
cioèverrebbeafunzionaresupergiùcomeunnormalemotoredotato
diunsistemadialzatevalvoleconvenzionale.
Sistema multiair (FIAT)
Realizzaanch’esso l’alzatavariabiledellevalvolediaspirazioneesatta-
mentecomeilvalvevotronic,mailcomandodellevalvoleavvieneme-
dianteunsistemaelettroidraulicocheandremooraaillustrareconl’aiu-
todelleFigure4.15,4.16e4.17.
lacammediaspirazione,medianteunsistemaarullo,azionaunpi-
stoneidraulicochecomprimel’olioeloinviainpressioneallacameraad
altapressionechecomanda idraulicamente l’alzatadelle valvole (due
percilindro).
interpostatrapistoneidraulicoecameraadaltapressione,sitrova
unaelettrovalvolaasolenoidenormalmenteapertachefaconfluirel’o-
lioinunappositoaccumulatore.
Figura 4.15Sistemamultiair.a CameraolioadaltapressioneB ValvolediaspirazioneC Valvolediscaricod CammediscaricoE CammediaspirazioneF Rullocammeg PistonedicompressioneolioH Elettrovalvola
HG
F E
A
B
C
D
175
160
120
80
40
0
0 2000 5000 giri/min
copp
ia (N
m)
Figura 4.14CoppiamotoreconilsistemaValVEtRoNiC.
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
104
Quandol’olioconfluiscenell’accumulatore,sihaunacadutadipres-sionenellacameraadaltapressione,quindilevalvolenonpotrannoes-serecomandate,inquantolaforzadellemolledirichiamodellevalvoleprevarràsullaforzageneratadallabassapressionedell’olio.Viceversa,quandol’elettrovalvolavienecomandataelettricamente,
essa si chiuderà impedendoall’oliodi confluirenell’accumulatoree lapressionedell’oliosipropagherànellacameraadaltapressionegene-randounaforzaingradodivincerequelladellemolledirichiamodellevalvole,permettendoaquestediaprirsi.Poichélapressionedipenderàdalprofilodellacammeel’olioèincom-
primibile,inquestafaseessosicomportacomeuncorposolidoaprendolevalvolecomesequestefosseromossedirettamentedallacamme.laregolazionedellacorsadellevalvoleavvienequindicontrollando
gliistantidichiusuraeaperturadell’elettrovalvolainfunzionedelregi-medelmotoreedellapotenzarichiesta.
Quandoèrichiestalamassima potenzalavalvolasolenoideèsem-prechiusa,quindituttalapressionedell’oliocreatadallacammesitra-smetterà nella camera ad alta pressione, consentendo alle valvole diaprirsiseguendointeramenteilprofilodellacamme.
A bassi regimi di rotazione ma a pieno carico,lacentralinainter-romperàl’alimentazionedellavalvolasolenoide,facendolaaprirevicinoall’estremitàdelprofilodellacamme,provocandocosìunachiusuraan-ticipatadellavalvolacheeliminailreflussoindesideratonelcollettorediaspirazionequandoinizialafasedicompressionechefarebbediminuirelacoppiadelmotore.Nellecondizionidicarico parziale,lavalvolasolenoidepuòessere
comandataadaprirsiinanticipo,facendochiuderelevalvoleprimadelprevisto, inmododaregolare laquantitàdimiscela introdotta in fun-zionedellacoppiarichiesta,oppureèpossibilefarerimanereapertalavalvolasolenoideperuncerto lassodi temposcaricando lapressionegeneratadallacamme,perpoichiuderlaritardandocosìl’aperturadellavalvoladiaspirazione.
Figura 4.16aperturavalvola(a)echiusuravalvola(b).
Figura 4.17Recuperogioco.
a) b)
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
105
inquestomodo,lamiscelaentrerànelcilindroconunamaggioreve-
locitàgrazieallamaggioredepressioneformatasinelcilindrostesso,au-
mentandocosìlaturbolenzaemigliorandolavelocitàdicombustione.
abbiamoparlatodimiscelamapotremoparlareanchediariasola,
perché il sistemanascesumotoria iniezione indirettacausadifficoltà
atrovaresullatestataspaziopermetteregliiniettori(cosìcomeèperil
ValVEtRoNiC)maèstatodirecenteapplicatoanchesumotoriainie-
zionedirettaedèprevistal’applicazionefuturaanchesumotoridiesel.
Vediamoinfinechecosasuccedequandol’azionedellacammesul
pistoncinoidraulicocessa.
lamolladirichiamofaràchiuderelevalvole,checreerannonellaca-
meraadaltapressioneunaleggeracontropressionechefaràarretrareil
pistoncinoidraulicoelacontropressionechesicreavienesfruttatada
unappositofrenoidraulicorealizzatoperrallentarelavelocitàdiimpat-
totravalvolaesede,evitandol’usuraprecocedeicomponenti.
Selevalvoleinveceeranogiàchiuse,saràl’accumulatoredipressio-
necheèdotatoanch’essodiunamolladi richiamo (tarataconmeno
forza rispettoaquelladellevalvole) che,premendosuunpistoncino,
creaunapressionetaledaspingerel’olioaccumulatoversoilpompante
quandol’elettrovalvolasolenoideèaperta,consentendoalpompantedi
riprenderelasuaposizionediiniziociclo.
Effetti del frazionamento del numero dei cilindri sulla
potenza del motore
Sappiamoche,aumentandoilnumerodeicilindriinunmotore,aparità
dicilindrata,siriesceaottenereunapotenzamaggiore,perchél’aumen-
todicilindrataunitariaprovocaunaseriediconseguenzenegativeche
oraanalizziamo.
1. aumentandoilvolumedelcilindrodiminuisceilrapportosuperficie/
volume,quindidiminuiscelacapacitàdidisperderecalore.Sedaun
latoquestopuòessereunfattorepositivo,perchépuòaumentareil
rendimentodelmotore,oltrecerti limitisiottengonotemperature
intollerabiliperglistantuffielatestata.inoltre,comeconseguenza
delleminoridispersionidi calore,durante la fasedi compressione
si raggiungepiù facilmente la temperaturadiautoaccensione;per
evitarlosarebbenecessariodiminuireirapportidicompressionecon
diminuzionedelrendimentodelmotore.
2. aumentandoilvolume,equindiledimensionideicilindri,lafiamma
chepartedallacandela,impiegapiùtempoapropagarsi.l’aumento
deltempodicombustione,oltrearallentareilmotore,fainsorgere
piùfacilmenteilfenomenodelladetonazione,perevitareilqualeoc-
correrebbediminuireirapportidicompressione.
3. aumentando le dimensioni, e quindi i pesi degli stantuffi e delle
bielle,aumentanoiproblemirelativiall’equilibratura.inoltre,anche
ivaricuscinettidibancoedibielladevonoesseredimensionatiper
sopportarecarichimaggiori:tuttoquestoimpediscediraggiungere
elevatiregimidifunzionamento.
inbaseaquantoabbiamofinoradetto,lapreferenzavaamotoricon
unnumeroelevatodicilindriconbassacilindrataunitaria.Conquesta
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
106
soluzione,inoltre,comeabbiamogiàvistonelParagrafo4.1,siriescea
ottenereunacoppiapiùuniforme.
l’aumentodel frazionamentoperò – ne abbiamogià accennato –
comporta, oltre che l’aumentodei costi e degli ingombri, anche l’au-
mentodegliattritiinternialmotore,maggioridispersionitermiche,che
fannodiminuireilrendimentodelmotorestesso,aumentandoneicon-
sumispecifici.
Come viene impiegata la potenza sviluppata dal motoreSenonesistesserogliattritidell’ariaedelleruotesull’asfalto(oltreche
gliattriti internidegliorgani inmovimentosullavettura)nonsarebbe
necessariospendereenergiapermantenereinmovimentol’automobi-
le.Peròquestiattritiesistonoeilmotoredevecontinuamentebruciare
benzinaperprodurreillavoronecessarioavincerli.
l’attrito dell’ariaècircaproporzionalealquadratodellavelocitàdel
veicolo,mentre l’attrito tra asfalto e pneumaticonondipendedalla
velocità*masolodallanaturadelpneumatico,daltipodiasfaltoedal
pesodellavettura.
infasediaccelerazionecompareanche la forzadi inerzia,datadal
prodottodellamassadelveicoloperl’accelerazione;inoltre,selastrada
èinsalita,occorrevincereanchelagravità.Supponendoperorachela
stradasiainpiano,esprimiamoledescrizioniprecedentiinformule:
Fp=Kv2 F
a=γ mg F
i=ma
dove:
• Fpèlaforzadiresistenzadell’ariaallapenetrazionedelveicolo;
• Kèunacostantechedipendedallasuperficietotaledellavetturae
dallasuaformaaerodinamica,nonchédalladensitàdell’aria;
• vèlavelocitàdellavettura;
• Faèlaforzadiattritotrapneumaticoeasfalto;
• γèilcoefficientediattritotrapneumaticoeasfalto;
• mèlamassadelveicolo;
• Fièlaforzadiinerzia;
• al’accelerazionedelveicoloinfasediripresa;
• gl’accelerazionedigravità.
lapotenzadelmotoreconsentiràdivincerequesteforzeresistenti
conunadeterminatavelocità,calcolabileconlaformulaseguente:
P=Ftv
ossia:
èlapotenzaPèugualealprodottotraforzatotaleFtagentesullavet-
turapervelocitàvdellavetturastessa.
laforza totale agente sulla vetturaèlasommadelletreforzede-
scrittesopra:Fp,F
a,F
i;quindi:
P=Fp + F
a + F
i = (Kv2 + γ m + ma) v
*inrealtàvariaconlavelocitàdelveicolo,soprattuttoacausadelladeformazionedelpneumaticoindottadallaforzacentrifuga.Unaformulaempiricastabilisceche
γ=γ0+Cv2
doveCèunacostanteilcuivaloreèdell’ordinedi10–6.StabilireperòcomevariaesattamentelaFainfunzionedellavelocitàdelveicolononèsemplice,inquantointervengonoanchefenomeniaerodinamicidiportanza,chefannovariareilcaricodellavetturasulleruote.laportanzaèlaspintaverticale(versol’altooversoilbasso)chelavetturariceveacausadelladifferenzadipressionechesiinstaura(quandolavetturaèinmovimento)tralasuapartesuperiore,cheèbombata,elasuaparteinferiore,cheèpiatta.lavetturainsommahalostessoprofilodell’aladiunaeroplanoequinditendeasollevarsidaterraquandoviaggia.icosiddetti“alettoni”e“musetti”adottatisullevetturedaFormula1sonoinrealtàalirovesciateehannolafunzionedischiacciareaterrailpiùpossibilelavettura,impedendolepraticamentedivolare,vistal’elevatavelocitàallaqualeviaggia.
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
107
Nonappenalavetturasimetteinmovimento,leforzed’attritosaran-noridotteacausadellabassavelocitàequindituttalapotenzasaràim-piegatapervincerelaforzad’inerzia,l’accelerazionesaràquindielevata.manmanoche lavelocitàaumenta,aumenteranno le forzed’attritoequindil’accelerazioneandràgradualmentediminuendofinoallaveloci-tàdiregimeovelocitàmassima,incorrispondenzaallaqualel’accelera-zioneènullaetuttalapotenzadelmotoredovràessereimpiegatapervincereleforzed’attrito.Unmotorepotenteconsentiràinfasediripresadiaveregrandiac-
celerazionie,terminatalafasediripresa,saràingradodidareallavet-turaunabuonavelocitàmassima.Sesitienecontocheallavelocitàdiregime,l’accelerazioneènulla,equindinonvièpiùforzad’inerzia,sesiconsiderache,adaltavelocità,laforzadiattritotrapneumaticoeasfal-todivienetrascurabilerispettoallaresistenzadipenetrazionedell’aria,possiamoscrivere:
P=Kv3 quindi v =P
K
3
lavelocitàmassimadellavettura,quindi,dipendedallaradicecubi-cadellapotenza:questosignificache,sesivuoleraddoppiarelavelocità,occorreunmotoreottovoltepiùpotenteeunaumentodellapotenzadelmotoredicircail50%permettediincrementarelavelocitàmassimadi solo il 14%.Quindi, ancheaumenti considerevolidellapotenzadeimotorinonportanograndiincrementidellavelocitàmassimadellevet-ture,mavannosoprattuttoamigliorarnelaripresa.lavelocitàmassimacalcolatainprecedenzanonènecessariamente
quellachelavetturaraggiungenellarealtà:infatti,perchésipossarag-giungeretalevelocità,ènecessariousarerapportiditrasmissione(ossiadelcambioedeldifferenziale)adeguati,inmodocheilnumerodigirialsecondodelleruote,moltiplicatoperlalorocirconferenza,coincidaconlavelocitàmassimacalcolatasopra;contemporaneamente,ilnumerodigiridelmotoredeveesserequelloalqualecorrispondelamassimapo-tenzaerogata.Unesempiopraticochiariràquestoconcetto.
Esempio
Supponiamo che unmotore sviluppi la potenzamassimadi90kWa5500giri/minechelavetturasullaqualeessoèmontatoabbiauncoefficientedipenetrazioneaerodinamicaparia1,4×10–5kWh3/km3(okg/m).inbaseallaformulaintrodotta,lavelocitàmassimaraggiungibilesaràdi185,9km/h,selavetturausapneumaticitipo175/70,lacuicirconferenzacorri-spondea1820mm.atalevelocitàlaruotadovràcompiere1702,3giri/min.Pertanto il rapportoditrasmissionetrailmotoreelaruota(datodalrap-
portotragliingranaggidelcambioinquintamar-cia e dal rapporto sul differenziale) dovrà essere(5500/1702,3)=3,23.a ogni giro del motore dovranno corrisponderequindi1/3,23=0,3giridellaruota;talerapporto,però,avoltepuòrisultareeccessivamentelungoepenalizzarelaripresa;inoltre,neitrattiautostradaliilconducentepocoravvedutopotrebbeviaggiareperlunghiperiodicolmotoreapienapotenzape-nalizzandoiconsumiedeventualmente,seilmo-toreèspinto,anchelasuadurata.
Calcolare esattamente i rapporti di trasmissione, come nell’esem-pio,nonèfacilepoichéilcoefficientedipenetrazionedell’ariaèsempre
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
108
abbastanzaincertoevariainfunzionedimoltifattori,comeladensitàelatemperaturadell’ariastessa.lestradepoinonpossonomaiessereperfettamenteinpianoequindièsufficiente,peresempio,unaleggerasalitaperinvalidaretuttiicalcolisvoltiinprecedenza.Sipreferiscequindi,avolte,diminuireleggermenteirapportiruota/
motore, così che lavelocitàmassimadellavettura rimangaminore ri-spettoaquellachelapotenzadelmotoreconsentirebbe,avantaggiodiunamaggioreaccelerazione.Sullevetturedacompetizioneirapportidelcambiovengonovariatigarapergaraasecondadelcircuitoodelpercorsoelastessavetturarapportataperunagarasuuncircuitoveloceoperunagarasustrada(rally)puòaveredifferenzedivelocitàdipuntaanchedell’ordinedei100km/h.lavelocitàelaripresanonsonogliuniciparametripresiinconsidera-
zioneperdeterminareirapportiditrasmissione,masitienecontoanchedeiconsumi,cercando,peresempio,rapporticheconsentanomagaridiraggiungerevelocitàsufficientementeelevatearegimidelmotoreviciniaquellidicoppiamassima,checonsentonounrendimentoottimale.Normalmenteilcampo di utilizzazione del motoreècompresotra
il punto di coppia massima e quello di massima potenza(Figura4.18)eirapportitragliingranaggidelprimarioedelsecondariodelcambiovengonocalcolatitenendocontodiquestocampodiutilizzo.
Coppia, potenza e consumiSidefinisceconsumo specifico
èilrapportotralaquantitàdicarburanteconsumatodalmotoreel’ener-gia(cheequivalealprodotto“potenzapertempo”)daessoerogata.
ilconsumospecificoinognimotore,variainfunzionedelregimedirotazione.lacurvacheindicailconsumospecificodiunmotorevienespessoaf-
fiancataallecurvedellacoppiaedellapotenza(Figura4.18)poichéessadi-
nMaxn2n1nmin
a
b
c
Kg/Kwh
giri/min
Kw
Nm
Figura 4.18Curvecaratteristichediunmotore.a Curvadellapotenzab Curvadellacoppiac Curvadelconsumospecificonmin Regimedelminimo
n1 Regimealqualecorrispondelamassimacoppiaerogatadal motore
n2 Regimealqualecorrispondeil minimoconsumospecifico
nmax Regimedelmassimo
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
109
pendefortementedallealtredue:infatti,ilconsumospecificodelmotoreèminimoinprossimitàdelnumerodigiriincuiilmotoresviluppalacoppiamassimae,viceversa,saràmassimoinprossimitàdeipuntidovelacoppiasaràminima.avràquindiunandamentocomequellorappresentatoinFi-gura4.18c,perchécomeabbiamovisto,lacoppiaèinfluenzatadalrendi-mentovolumetricoetermicoesattamentecomeilconsumospecifico.ladiminuzionedelrendimentovolumetrico,infatti,abbassailrendimentodelmotorepoiché,diminuendolaquantitàdimiscelaintrodottaneicilindri,leperditemeccaniche–inpraticacostanticonognicarico–sonorelativamen-temaggioriseconfrontateconlaminorequantitàd’energiasviluppata.
Non bisogna assolutamente confondere il consumo specifico (chenormalmentevienemisuratoinlitri/cavallooraoppureinkilogrammi/kolowattorao litri/kilowattorae chenonvienequasimai indicato suimanuali o riviste d’automobili) con il consumo per kilometro, ossia,quello che normalmente viene indicato in km/l e che, interessandodirettamente l’automobilista (per ragionieconomiche), vienegeneral-mentecitato.
ilconsumoperkilometro,infatti,dipendesoloinpartedalconsumospecificodelmotore,essendomaggiormentecondizionatodallapoten-zasfruttata,quindidallavelocitàallaqualesiviaggia,dalleaccelerazioni,oltrechedalpesodellavetturaedallasuaformaaerodinamica.ilcon-sumokilometrico infunzionedeivariparametricitatièespressodallaseguenteformula:
Wc=PSt
η
dove:
• Wcèl’energiaconsumatadalmotoreneltempot;
• PSèlapotenzasviluppatadalmotore;
• Mèilrendimentototaledelmotore.
lapotenzacheilmotoresviluppa(avelocitàcostante)è,comeab-biamovisto,pariaKv3eiltempod’impiegodelmotoreèparialladistan-zadpercorsadivisoperlavelocitàdipercorrenza:
Wc=Kv
2d
η
E,quindi,ilconsumokilometricoèparia:
d
Wc
=η
Kv2
Ricordandocheunlitrodibenzinaequivaleacirca31.000kJ,possia-mocalcolareilconsumoinkilometriperlitro.
dallaformulasivedechiaramentechelapercorrenzakilometricadi-minuiscecolquadratodellavelocità,mentreaumentalinearmentecol
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
110
rendimentodelmotore, ilqualevaria comeabbiamovistocolnume-rodigiri, seguendocioè lo stessoandamentodel consumospecifico.Quest’ultimo parametro, quindi, influenza il consumo chilometrico inmodomenodecisivorispettoallavelocità,anchequandoquestaèab-bastanzamodesta.
Equilibrare un motore significa progettarlo e realizzarlo in modo che
non produca o comunque riduca al minimo le proprie vibrazioni interne,che, oltre a renderlo fastidiosamente rumoroso, potrebbero divenirecausadirottureperaffaticamentodiqualchesuoorgano.talivibrazioni,inoltre,tendonoaconferireunmovimentooscillatorioal
motorestessosuisuoisupportie,seppurammortizzatedaquesti,siposso-notrasmettereancheallascocca.Sottoquestopuntodivista,ilmotoreacombustioneinternaèsvan-
taggiatorispetto,peresempio,aimotorielettricioalleturbineeciòèdovuto alla particolare forma geometrica degli organi inmovimento,che,essendopiuttostoasimmetrici–equindinonpresentandoomo-geneadistribuzionedellemasseinmovimento–,sonosoggettiaforzecentrifugheche, variandocontinuamente in intensità, causanoparec-chievibrazioni.inoltre,poichéinpraticagliorganidiunmotorenonsimuovonomai
dimotouniforme,sioriginanoancheleforzediinerziachenonsonosolodi tipocentrifugoechesono–almenoalcune–didifficileo impossibile
equilibratura.
Equilibrio dell’albero motore
descrivendol’alberomotorenelprecedentecapitolo,abbiamosottoli-neatol’importanzadiunasuaperfettaequilibratura,essendo,tratuttigliorganiinmovimentodelmotore,quellodotatodimaggioremassa.Cerchiamooradiapprofondirel’argomento.
Unalberosidiceequilibrato staticamentese,appoggiatoorizzon-talmentesudueappoggiacoltelloconcoefficientediattritotrascurabi-le,essosimantienefermoinqualsiasiposizioneangolarevengaposto.
4.4 L’equilibratura
di un motore
Figura 4.19Schemadiequilibraturadiunalberomotoremonocilindrico(a);bicilindricoinlinea(b);bicilindricocontrapposto(c).
a) b) c)
massa perno
di biella
contrappeso
perni di bianco
(asse di rotazione)
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
111
l’equilibrio statico è legato quindi all’omogenea distribuzione di
massarispettoall’assedirotazionedell’albero,elosipuòotteneresfal-
sandoopportunamentelevariemanovelle,maancheponendooppor-
tunicontrappesidallaparteoppostarispettoall’asse(Figura4.19).
inunalberostaticamenteequilibratoanchelarisultantedituttele
forzecentrifughechesimanifestanodurantelasuarotazioneènulla.
ComesivedeinFigura4.19,tantounmotoremonocilindricoquanto
unbicilindrico in lineadevonoessere ingenereequilibratiutilizzando
icontrappesi,mentreunbicilindricoacilindricontrappostipuòessere
equilibratosfasandodi180°leduemanovelle.
Unalberostaticamenteequilibratopuòanchenonessereequilibra-
todinamicamente.
Unalberosidiceequilibrato dinamicamente se le forzecentrifu-
gheacuièsottopostononcreanoalcunmomentorispettoall’assedi
rotazione;ciòsignificache,ruotando,ilmotorenondovrebbetrasmet-
terealcuncaricoaisupportisenonquellodovutoalpropriopeso.Per
chiarirequestoconcetto,facciamoriferimentoallaFigura4.20.
l’albero inFigura4.20aèdinamicamente squilibrato inquanto le
dueforzecentrifughedellemanovellenonsonoallineateecreanoquin-
diunacoppiachetendeafareruotarel’alberostesso.talecoppiadeve
essereannullatadaisupportidibancochequindivengonomeccanica-
mentecaricati.
l’alberoinFigura4.20b,invece,èdinamicamenteequilibrato,inquan-
toilmomentochesigeneratralaprimaesecondamanovellavieneequi-
libratodaquellochesigeneratralaterzaelaquarta.inquestocasoperò
siottienel’equilibriodinamicosolosesivincolal’alberotraiduesupporti
estremi;sesiutilizzanosupportiintermedi,comed’altronderisulteràin-
dispensabile fare,alcunidiquestiverranno inevitabilmentecaricati;per
evitarequestasituazione,allorasidovrannoutilizzaredeicontrappesi.
tuttiglialbericonpiùdiduemanovellepossonoesseredinamica-
mente equilibrati, purché si rispettino determinate simmetrie, anche
sel’esempiodelquattrocilindrimostrachel’equilibriodinamicodiun
albero,speciequellodimotoriveloci,èmoltopiùdifficiledarealizzare
rispettoaquello statico. l’albero, infatti, può risultaredinamicamente
equilibrato nel suo complesso,mapuònon esserlo all’internodi due
supportiqualsiasi.
Figura 4.20alberodinamicamentesquilibrato(a)edinamicamenteequilibrato(b).
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
112
Ordine di scoppio dei cilindri
daquantoabbiamoillustratoprecedentementesicapiscecomeneimo-tori pluricilindrici l’ordinedi scoppiononpossa essere assolutamentecasuale,madebbarispettaredeterminateregole,siaperdarealmotoreunacoppiailpiùpossibileregolare,maancheperevitareilpiùpossibilelevibrazioni, letorsionidell’albero, ilsovraccaricodeicuscinettiealtrieffettiindesideratideiqualiparleremotrabreve.occorre infatti tenerepresentechenelcollettorediaspirazione, in
prossimitàdelcilindrochesièriempito,sicreaunacertadepressione:seilcilindrocontiguocominciasselapropriafasediaspirazioneimme-diatamentedopo,essoinevitabilmenteaspirerebbeunaquantitàdimi-scelainferioreaquellateoricamenteaspirabile,facendocosìdiminuirelapotenzadelmotore.Èquindiopportunoevitare ilpiùpossibile lo scoppio in sequenza
deivaricilindri,amenochenonsiutilizzino,peresempio,collettoridiaspirazioneseparati.loscoppiodiduecilindricontigui,inoltre,puòsovraccaricareilsup-
portodibancochequestihanno in comune, inquanto lo sforzoe levibrazioniindottedalprimoscoppiopossonoromperelacontinuitàdelvelod’oliodi lubrificazione che si forma tra alberoebronzina;quindiunimmediatosforzoprimachecessinocompletamenteoinpartetalivibrazionisarebbeabbastanzanegativo.
Motore quattro cilindri in lineadatalaformadellemanovelle,vistochegliscoppidevonosusseguirsiogni180°(cioè720°/4),inunmotoreaquattrocilindriinlineavisonoduepossibiliordinidiscoppiorazionali:1-3-4-2oppure1-2-4-3.lastra-grandemaggioranzadeimotoriutilizzailprimoordine,anchesenonhanessunvantaggioeffettivorispettoalsecondo.
Motore sei cilindri in lineagliordinipossibilisono:1-5-3-6-2-4,1-2-4-6-5-3,1-2-3-6-5-4,1-5-4-6-2-3:ilprimoèquellopiùutilizzatoancheperchérispettoaglialtrioffreivan-taggimaggiori,perimotivicheabbiamoelencatoprecedentemente.
Riportiamonellatabella4.1iprincipaliordinidiscoppiodeivaritipidimotore.
Tabella 4.1 Principaliordinidiscoppiodeivaritipidimotore
Numero dei cilindri Disposizione Ordine di scoppio
3 inlinea 1–3–2
4 contrapposti(boxer)
1–3–2–4
5 inlinea 1–2–4–5–3
6 aV 1–4–3–6–5–2
8 inlinea 1–6–2–5–8–3–7–4
8 aV 1–5–4–8–7–2–6–3
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
113
Equilibratura forze di inerzia alternate
Pistone,spinottoegranpartedellabiellasonodotatidimotoalterna-tivoegeneranoquindiforze di inerziaricavabilisemplicementeattra-versolaclassicaformuladelladinamica:
F=ma
dove:
• Fèlaforza;• mlamassadell’organo;• alasuaaccelerazione.
Questeforzesigeneranosempre,anchenelcasocheilmotoregiriaregimecostante,inquantoilmotodiquestiorganinonpuòmaiessereuniformeacausadellasuainversioneinprossimitàdeipuntimorti;diconseguenza, ilpistoneeilpiededibiellasubirannopuntoperpuntoaccelerazionicalcolabilimediantelaformula:
a=\2r(cosG+Qcos2G)
dove:
• \ è lavelocitàangolaredell’alberomotore (ricavabiledividendo ilfattore2Uperiltempochel’alberoimpiegaafareungiro);
• rèilraggiodellamanovella;• Qèilrapportotrailraggiodellamanovellaelalunghezzadellabiella;• Gèl’angoloindicatoinFigura4.21.
diconseguenza,laforzadiinerziasitrovamoltiplicandol’espressionedell’accelerazioneperlamassadelpistoneedelpiededibiella.dall’espres-sioneprecedentesipuòanchevederecomel’accelerazione,equindilafor-zadiinerzia,sipuòdividereinduecomponenti.laprima,lacuiespressioneè:
F’ =\2rmcosG
dipendedall’angoloGedalraggiordellamanovellaevienechiamataforza alterna del primo ordine.laseconda,lacuiespressioneè:
F’’ =\2rmQcos2G
dipendedaldoppiodell’angoloGedalfattoreQevienechiamataforza alterna del secondo ordine,lacuiintensitàècircaunquartorispettoaquelladelprimoordine.leforzediinerzia,siadelprimosiadelsecondoordine,generano
anch’esse vibrazioni abbastanza fastidiose e dannose per il motore;devonoperciòessereilpiùpossibileattenuateedeventualmentean-nullate.
Le forze del primo ordine possono essere equilibrate con opportuni con-
trappesi sull’albero motore; i motori pluricilindrici equilibrano natural-
Figura 4.21angolodimanovellaG;rèilraggiodellamanovella.
`
r
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
114
mentequestotipodiforzeelecoppiedaessegenerate,quandol’alberomotorerisultastaticamenteedinamicamenteequilibrato.
Le forze di inerzia del secondo ordine, invece, non possono essere equi-
librate mediante i contrappesi; l’unicosistemaefficaceperpoterleatte-nuaresonoicontroalberirotantidescrittinell’Unità3.Poiché tale soluzione è piuttosto costosa, buonaparte deimotori
nonlautilizza,rinunciandodifattoaequilibrarequesteforzecheinognicasononproduconograndivibrazioni:utilizzandopoibiellelunghe,siriescea ridurle,anchese,comeabbiamovisto, il rapportomanovella/biellanonvieneingenerespintosottolo0,22.tratuttiimotori,ilquattrocilindriinlineaèquelloincuil’azionedi
questitipidiforzeèpiùintensacheinognialtro.Utilizzandocontroalbericonmassaappropriata,ediversarispettoa
quelliusatiperleforzedelsecondoordine,èpossibilebilanciareanchequelledelprimo;questasoluzionenonvienepraticamenteutilizzatasenon in casi eccezionali (motoremonocilindrico applicato allemotoci-clette),datoche,comeabbiamovisto,esistonometodimoltopiùsem-pliciedeconomiciperraggiungeretalescopo.
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U4Test di verifica
Quesiti a risposta aperta
4.2 Rispondi alle seguenti domande.
1. dailadefinizionefisicadellacoppia.
2. Qualisonoiprincipalifattorieparametricheinfluenzanolacoppiaerogatadaunmotore?
3. Checos’èilrendimentovolumetrico?
4. Cherelazioneintercorretralacoppiael’energiacheunmotoreeroga?
Quesiti vero o falso
4.1 Indica con la crocetta se le seguenti affermazioni sono vere (V) o false (F).
1. la coppiamedia che unmotoresviluppadipendedalraggiodellamanovella
2. la coppiamedia che unmotoresviluppadipendedal diametro edallacorsadelpistone
3. aumentando il numerodei cilin-dri, la coppia sviluppata dalmo-tore assume un andamento piùregolare
4. ilvolanoservearenderepiùuni-formelacoppiaerogata
5. l’aumentodelnumerodeicilindriinunmotorefadiminuireiconsu-mispecifici
6. l’attrito tra asfalto e pneumaticidipende dalla velocità della vet-tura
7. lavelocitàmassimadiunavettu-radipendedalsuopeso
8. Neimotoriaquattrocilindri in li-neal’ordinediscoppio1-3-4-2of-fredeivantaggirispettoall’ordine1-2-4-3
9. Neimotoriaseicilindri in lineailmigliorordinediscoppiopossibi-leè1-5-3-6-2-4
10. i gradi di anticipo e posticipodell’aperturaechiusuradelleval-voleandrebberomodificatiaognivariazionediregimedelmotore
11. i motori che utilizzano il ValVE-tRoNiC non hanno la valvola afarfalla
12. il ValVEtRoNiC può variare l’an-golodiaperturaochiusuradellevalvoledicirca20gradi
13. il regolatore di fase a paletteutilizzadueelettrovalvoledi co-mando
14. a determinati regimi di funzio-namentoigasdiscaricopossonofinirenelcollettorediaspirazione
15. appiattendolacurvadellacoppiaaumentalastabilitàdinamicadelmotore ed è possibile utilizzaremenoilcambiodivelocità
16. aumentando il potere caloricodellabenzinaaumentalacoppia
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
V F
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
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Esercizi a risposta multipla
4.3 Delle tre risposte una sola è corretta: indicala con una crocetta.
1. Qualitraiseguentifattori,piùdiognialtro,fasìchelacoppiaabassiregimisiabassa?
a. perditemeccaniche
b. perditedicalore
c. bassorendimentovolumetrico
2. ilrendimentovolumetricopuòesseresuperioreauno?
a. no,mai
b. sì,intuttiimotori
c. sì,masoloneimotorisovralimentati
3. Nelpuntoincuilacoppiaerogatadaunmotoreèmassima:
a. èmassimoilrendimentovolumetrico
b. èmassimoilrendimentotermico
c. èmassimoilprodottotrailrendimentoter-micoequellovolumetrico
4. Neidiagrammidelladistribuzione(quidisegui-to),lafasediincrocioèparia:
a. 13°
b. 4°
c. 9°
scarico
PMS
PMI
C
9°
aspirazione
PMS
PMI
B
4°
5. Checosaèildiagrammadelladistribuzioneecomevengonovariatigliangolidiaperturaechiusuradellevalvole?
6. Perchéènecessarioritardarelachiusuradellavalvoladiaspirazione?
7. Checosasiintendeperincrocio?
8. Checosasiintendeperfunzionamentostabileeinstabilediunmotore?
9. Unavetturaaventepeso(massa)avuotoparia800kg,haunmotorecheerogaunacoppiamassimaparia85Nm;inprimamarciahaunrapportoditrasmissioneparia14,6emontapneumaticideltipo175/70R13aventiraggioparia287,6mm.
10. Considerandochelavetturadevesuperareunasalitaconunapendenzadel25%,calcolareilmassimopeso(compresoipasseggeri)chelavetturapuòcaricare.
11. Checosadeterminailcalodellapotenzaerogatadalmotoreaelevatiregimi?
12. Checos’èilvariatoredifaseecomefunziona?Comefunzionailvariatoredifaseapalette?
13. Checos’èilsistemaValVEtRoNiCequalicaratteristicheha?
14. Qualisonoivantaggieglisvantaggidell’aumentodelnumerodeicilindriinunmotore?
15. Qualisonoleforzecheostacolanoilmotodiunavettura?
16. Checosaoccorreconoscerepercalcolarelavelocitàmassimaraggiungibileteoricamentedaunavet-tura?
17. Checos’èilconsumospecifico?
18. Checosasignificaequilibrareunmotore?
19. Chedifferenzac’ètraequilibriostaticoedequilibriodinamico?
20. Conqualicriterivienedeterminatol’ordinediscoppiodeicilindri?
21. Checosasonoleforzediinerziaalternate?
Curvecaratteristichee dinamicadelmotore U4
117
5. Cherelazioneintercorretralacoppiaerogatadaunmotoreelasuapotenza?
a. C=2π Pn
b. P=2π Cn
c. C=2π P
6. datalacurvadellacoppiainfigura,inqualedeitrepuntisegnatiilmotorehaunfunzionamen-todinamicamentestabile?
a b c
a cb
n
C
7. Qualedeiseguentirendimentiinfluenzamenodeglialtrilaformadellacurvadellacoppia?
a. volumetrico
b. termico
c. meccanico
8. Qualedeimotorichepresentanolecurvedellecoppiecomequellenelletrefigurediseguitoèattualmenteirrealizzabile?
a b c
C
0 14.000 n
a
C
6000 n 14.000 n
b
C
0 6000 n
c
9. Uncavallodipotenzaequivalea:
a. 1kilowatt
b. 4186watt
c. 735watt
10. motoriingradodierogareunagrossapotenzaassolutadevonoavere:
a. angolidiaperturadellevalvoleampi
b. angolidiaperturadellevalvolebassi
c. angolidiaperturadellavalvoladiaspirazio-nealtieangolidiaperturadiquelladiscari-cobassi
11. imotoridaformulaunohanno:
a. regimi di rotazione compresi tra 2000 e10.000giri
b. regimi di rotazione compresi tra 1000 e15.000giri
c. regimi di rotazione compresi tra 8000 e18.000giri
12. Perraddoppiarelavelocitàmassimadiunavet-tura,occorrerebbeunmotore:
a. duevoltepiùpotente
b. quattrovoltepiùpotente
c. ottovoltepiùpotente
13. ilconsumospecificodiunmotoreèminimoa:
a. bassiregimi
b. inprossimitàdelregimedicoppiamassima
c. inprossimitàdelregimedipotenzamassima
14. ilconsumospecificosimisurain:
a. cavalli/litro
b. kilogrammiolitri/kilovattora
c. kilometri/litro
M2 Principiditermodinamica,organiprincipalidelmotore,dinamicadelmotore
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15. Qualitraleseguentiforzealternediinerziadi-pendonodalrapportotraraggiodimanovellaelunghezzadellabiella?
a. quelledelprimoordine
b. quelledelsecondoordine
c. entrambe
16. tratuttiitipidimotore,qualepresentalemag-giorivibrazionidovutealleforzealternediiner-ziadelsecondoordine?
a. monocilindrico
b. quattrocilindriinlinea
c. seicilindriinlinea
17. Comesipossonoequilibrareleforzealternediinerziadelsecondoordine?
a. coicontrappesisull’alberomotore
b. nonsipossonoeliminare
c. conicontroalberirotanti
18. ilvariatoredifaseinfiguraèdeltipo:
a. apalette
b. ValVEtRoNiC
c. alfaRomeo
19. lavalvolaafarfallaneimotoridotatidiValVE-tRoNiC:
a. servesoloincasodiemergenzaenelfunzio-namento normale rimane sempre comple-tamenteaperta
b. rimane parzialmente chiusa solo in avvia-mentoafreddo,poisiaprecompletamente
c. serve solo in casodi emergenzaenel fun-zionamentonormalesichiudedipochissimigradi
20. Sestacchiamol’elettrovalvolachemandal’olioinpressionealregolatoredifaseapalette:
a. l’anticipodiaperturadellavalvolasaràmas-simo
b. l’anticipodi aperturadella valvola saràmi-nimo
c. l’anticipo di apertura della valvola sarà ametàtrailminimoeilmassimo