MECCANICA DI BASE MOTORE DIESEL

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1 MECCANICA DI BASE MOTORE DIESEL

2 INDICE RICHIAMI DI MECCANICA... 5 ELEMENTI DI BASE DI DISEGNO MECCANICO... 5 Viste... 6 Particolari... 6 Sezioni... 6 DISEGNO MECCANICO - TOLLERANZE DIMENSIONALI... 7 Tolleranza... 7 Accoppiamento di particolari in tolleranza METROLOGIA... 9 Calibro cinquantesimale... 9 Micrometro centesimale per esterni Comparatore fisso a tastatore fisso ELEMENTI DI SERRAGGIO DEGLI ORGANI FILETTATI Serraggio a coppia Serraggio a coppia più angolo Chiave dinamometrica Coppia di serraggio MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA DEFINIZIONI Motori termici Motori a combustione esterna Motori a combustione interna Motori alternativi Ciclo termico Motori a ciclo OTTO e ciclo Diesel GEOMETRIA DEL MOTORE A QUATTRO TEMPI FASI DEL CICLO DIESEL A 4 TEMPI Aspirazione (A) Compressione (C) Combustione ed espansione (e) Scarico (S) Lavoro utile Confronto tra motori a ciclo otto e ciclo diesel RICHIAMO SULLA TEORIA DEI CICLI TERMODINAMICI CICLO IDEALE DEL MOTORE A CICLO DIESEL CICLO INDICATO Ciclo indicato lavoro indicato e lavoro effettivo Pressione media indicata Pressione media effettiva Potenza indicata Potenza effettiva Coppia motrice e pme Rendimento meccanico Relazione tra potenza effettiva e rendimento meccanico PARAGONE TRA CICLO TEORICO E CICLO INDICATO DIAGRAMMA DELLE PRESSIONI IN FUNZIONE DELL ANGOLO DELL ALBERO MOTORE Aspirazione Compressione Combustione ed espansione Scarico RELAZIONE TRA COPPIA, POTENZA E CURVE CARATTERISTICHE BILANCIO TERMICO DIAGRAMMA DELLA DISTRIBUZIONE COMPONENTI DEL MOTORE A CICLO DIESEL BASAMENTO ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE Controllo planarità piano basamento Controllo diametro canne cilindri Controllo conicità ed ovalizzazione ALBERO MOTORE SEMICUSCINETTI ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE

3 Controllo diametro sedi perni di banco Controllo diametro perni di banco e di biella Controllo dei giochi mediante plastigage Gioco assiale albero motore PISTONE ANELLI ELASTICI DISASSAMNETO ASSE DEL CILINDRO E ASSE DEL PISTONE Disassamento del cilindro rispetto all asse dell albero motore Disassamento del pistone rispetto all asse dello spinotto ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE Controllo diametro pistoni Controllo diametro sede spinotto Controllo diametro esterno spinotto Controllo del peso dei pistoni Controllo luce anelli di tenuta Controllo del gioco di accoppiamento degli anelli di tenuta BIELLA ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE Controllo diametro boccola piede di biella Controllo diametro interno testa di biella Controllo del gioco dei perni di biella Controllo del peso delle bielle VOLANO Il VOLANO DVA (doppio volano ammortizzatore) Funzionamento del volano DVA TESTA CILINDRI Guarnizione della testa ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE Controllo planarità piano inferiore Controllo diametro supporti alberi di distribuzione Controllo diametro interno guidavalvole Controllo sedi valvole Controllo di tenuta Scelta della guarnizione (controllo sporgenza pistoni) DISTRIBUZIONE DISTRIBUZIONE A CINGHIA DENTATA Cinghie dentate DISTRIBUZIONE A CATENA Catene a rulli TRASFERIMENTO DEL MOTO NEI MOTORI PLURIVALVOLE MANUTENZIONE ALBERO DELLA DISTRIBUZIONE ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE Controllo gioco assiale albero distribuzione Controllo diametro perni alberi distribuzione Controllo alzata nominale valvole COMANDO DELLE PUNTERIE ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE Controllo gioco valvole PUNTERIE IDRAULICHE PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE Controllo bicchierini VALVOLE ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE Controllo lunghezza molle Controllo dimensionale delle valvole Verifica incasso valvole CIRCUITI CIRCUITO DI LUBRIFICAZIONE CARATTERISTICHE DEI LUBRIFICANTI COMPONENTI DELL IMPIANTO DI LUBRIFICAZIONE DEL MOTORE POMPA OLIO ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE

4 Controlli su pompa olio FILTRO OLIO SCAMBIATORE DI CALORE COPPA MOTORE CIRCUITO DI FAFFREDDAMENTO IMPIANTO DI RAFFREDDAMENTO CON CIRCOLAZIONE FORZATA A CIRCUITO SIGILLATO POMPA ACQUA RADIATORE TERMOSTATO ELETTROVENTILATORE IMPIANTO DI ASPIRAZIONE ARIA FILTRO ARIA CORPO FARFALLATO Funzionamento COLLETTORE DI ASPIRAZIONE Collettore di aspirazione per motori plurivalvole con DPF SOVRALIMENTAZIONE Funzionamento e componenti Gestione del turbocompressore Turbocompressore a geometria variabile Funzionamento ai bassi regimi Funzionamento agli alti regimi

5 RICHIAMI DI MECCANICA In questo capitolo si richiamano i concetti basilari di: disegno meccanico,metrologia e metodologie di serraggio, che possono risultare utili per i capitoli successivi. ELEMENTI DI BASE DI DISEGNO MECCANICO Viste e sezioni

6 Viste Le viste sono ottenute guardando il pezzo secondo una determinata direzione (per la vista 1 tale direzione è indicata dalle frecce 1) e ribaltando ciò che dalla parte opposta a quella verso cui si sta guardando. Particolari Il particolare è una vista od una sezione ingrandita di un particolare del pezzo allo scopo di evidenziarne alcune caratteristiche ( ad esempio la quotatura) altrimenti non visibili nel disegno del pezzo completo. Sezioni La sezione è ottenuta tagliando idealmente il particolare con un piano perpendicolare al piano del disegno: la traccia di tale piano è indicata da una linea a tratto punto. La direzione verso cui si guarda è indicata da due frecce, mentre la sezione che si ottiene è solitamente ribaltata dalla parte opposta, come se si trattasse di una vista ed identificata dalle stesse lettere che identificano il piano di sezione ( es. Sez. A-A); In alcuni casi la sezione non viene ribaltata dalla parte opposta a quella verso cui si guarda, ma, per esigenze di spazio, può essere posizionata nelle vicinanze del piano di sezione ( Sez. A-A) o in una zona libera della tavola (Sez. C-C e Sez D-D).

7 DISEGNO MECCANICO - TOLLERANZE DIMENSIONALI Tolleranza Differenza tra la dimensione nominale di un particolare meccanico ( come riportata nel disegno) e la dimensione effettiva ottenuta dopo la lavorazione del particolare. Legenda 1. Quota riportata sul disegno 2. Errore 3. Misura reale 4. Errore 5. Misura reale 6. Albero 7. Albero E difficile oltre che antieconomico realizzare le dimensioni nominali indicate nel disegno: è necessario accettare degli errori; L entità dell errore deve essere limitata allo scopo di consentire l intercambiabilità dei particolari prodotti: a tale scopo sono state previste le tolleranze.

8 Accoppiamento di particolari in tolleranza. ACCOPPIAMENTO CON GIUOCO Giuoco Interferenza ACCOPPIAMENTO STABILE ì TIPO DI ACCOPPIAMENTO CON GIUOCO STABILE FORO ALBERO SCOPO ESEMPIO Dimensione effettiva maggiore della nominale. Dimensione effettiva minore della nominale. Dimensione effettiva minore della nominale. Dimensione effettiva maggiore della nominale. Garantire lo scorrimento o la rotazione relativa dei due pezzi. Adesione dei due particolari senza movimento relativo. Accoppiame nto biella perno di biella Accoppiame nto anello interno cuscinetto albero rotante.

9 METROLOGIA Calibro cinquantesimale Strumento di misura per rilevare quote esterne ed interne con precisione di 0,02 mm Legenda 1. Corsoio a nonio cinquantesimale 2. Viti di bloccaggio 3. Corsoio piccolo 4. Asta fissa 5. Vite micrometrica 6. Nottolino zigrinato 7. Becchi di misura I due corsoi sono collegati tra loro dalla vite micrometrica con la quale è possibile (dopo aver chiusola vite di bloccaggio del corsoio piccolo) effettuare piccoli spostamenti del corsoio cinquantesimale e quindi stringere il pezzo in esame con un esatta pressione tra i becchi di misura. Dopo la verifica dell efficienza del calibro e l allentamento delle viti di bloccaggio A e B dei due corsoi, si avvicinano i becchi al pezzo da misurare e si blocca la vite A impedendo in questo modo il movimento del corsoio più piccolo.

10 Si ruota quindi il nottolino zigrinato C con il conseguente spostamento micrometrico del corsoio a nonio, sino ad ottenere la pressione desiderata dei becchi sul pezzo. Durante tale operazione è consigliabile far oscillare i becchi del calibro per favorire il loro assestamento sul pezzo, nella figura sottostante viene riportato un esempio di lettura.

11 Micrometro centesimale per esterni. Strumento di misura che permette di rilevare quote esterne con un approssimazione di 0,01 mm Legenda A. Incudine B. Asta mobile C. Ghiera di bloccaggio D. Tamburo graduato E. Frizione F. Gambo cilindrico G. Corpo Il tamburo graduato ruota e scorre sul gambo cilindrico ed è collegato tramite una frizione ad un estremità dell asta mobile; Sull asta mobile è ricavata una filettatura di precisione ( passo p = 0,5mm) collegata ad una madrevite fissata sul gambo cilindrico; Facendo ruotare la frizione, il tamburo graduato e l asta mobile ruotano e si spostano assialmente fino a chiudere il pezzo (con la giusta pressione) tra le superfici di misura dell asta mobile e dell incudine. Legenda A. Incudine B. Asta mobile C. Madrevite D. Frizione E. Tamburo Mobile F. Viti di precisione

12 Lettura dei micrometri centesimali. A ogni divisione I = mm 5 B ogni divisione 0,5 = mm 0,5 C ogni divisione 0,01 =mm 0,27 Totale = mm 5,77 Essendo il tamburo graduato solidale alla vite micrometrica, ad ogni suo giro corrisponde un giro di vite, quindi uno spostamento longitudinale dell asta è uguale al passo della vite stessa ( 0,5mm).

13 Comparatore fisso a tastatore fisso Strumento di precisione atto a fornire la misura delle dimensioni di un oggetto per confronto con un campione Legenda 1. Pomello zigrinato 2. Indice di tolleranza 3. Indice principale 4. Quadrante 5. Totalizzatore 6. Tastatore 7. Canotto di fissaggio 8. Ghiera zigrinata 9. Indice di tolleranza Il campione di confronto può essere un blocchetto pian parallelo o un elemento geometrico qualsiasi, oppure un calibro fisso; Con il comparatore non è quindi possibile rilevare la misura reale della dimensione incognita per lettura diretta, ma soltanto la differenza esistente fra essa e la dimensione campione. Uso del comparatore A comparatore libero B comparatore carico Si azzera il comparatore sul blocchetto pianparallelo avendo cura di caricare il comparatore facendo rientrare il tastatore di 2 3 decimi di mm.

14 A ghiera zigrinata Si azzera il comparatore sul blocchetto pianparallelo avendo cura di caricare il comparatore facendo rientrare il tastatore di 2 3 decimi di mm. Si sposta quindi la base con il comparatore e si va a comparare sul particolare in esame. L indice del comparatore indica un certo valore che è più o in meno rispetto allo zero del quadrante.

15 ELEMENTI DI SERRAGGIO DEGLI ORGANI FILETTATI Serraggio a coppia La vite è serrata imponendo (con l ausilio di chiavi dinamometriche o di avviatori automatici) una certa coppia di serraggio. COPPIA DI SERRAGGIO = F x D La coppia è applicata alla testa della vite, ma in realtà subisce alcune variazioni perciò solo una parte viene utilizzata effettivamente per mettere in tensione la vite; Infatti, una parte della coppia esercitata tramite la chiave viene assorbita dall attrito sottotesta, mentre un altra parte viene assorbita dall attrito della filettatura. Serraggio a coppia più angolo Tale sistema consiste in una prima fase di avvitamento ad una coppia piuttosto bassa (precoppia) seguita da un bloccaggio finale, ottenuto imponendo un determinato angolo di rotazione. Prima fase = PRECOPPIA Seconda fase = ANGOLO Il serraggio a coppia più angolo, imponendo un determinato angolo di rotazione, porta la vite alla sua massima tensione elastica indipendentemente dagli attriti esistenti sottotesta e sul filetto; Nota:Nei motori il fissaggio degli elementi più importanti è affidato al sistema coppia + angolo.

16 Chiave dinamometrica Legenda 1. Bussola d attacco 2. Corsoio 3. Coltello 4. Disinnesto 5. Asse di trazione 6. Tacca di riferimento 7. Scala graduata 8. Indice 9. Asta di flessione E un attrezzo munito di un dispositivo per la misura dello sforzo necessario e sufficiente per il serraggio di alcuni organi di collegamento e fissaggio (viti, bulloni, prigionieri, ecc.); La chiave dinamometria rappresentata in figura si compone essenzialmente di un asta di flessione di lunghezza proporzionale allo sforzo di applicazione. Gli sforzi applicabili possono variare nel campo di valori indicato nella scala graduata, le unità di misura riportate sono in [N m] o [da N m] e generalmente anche in [kg m]. Coppia di serraggio La coppia di serraggio applicata all elemento filettato è data dal prodotto della forza applicata all estremità della chiave per la lunghezza dell asta di flessione. In funzione del valore della coppia di serraggio da applicare si deve impiegare la chiave dinamometria che comprende nella sua scala graduata quel valore.

17 MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA In questo capitolo sono descritte le caratteristiche del motore a combustione interna a ciclo Diesel. Carburante Aria Combustione Gas combusti Pressione Trasformazione in energia meccanica COPPIA & NUMERO DI GIRI

18 DEFINIZIONI Motori termici I motori termici sono macchine che, attraverso la combustione della miscela di aria e combustibile, trasformano l energia chimica contenuta nel combustibile stesso, in energia meccanica (sotto forma di coppia e velocità di rotazione) disponibile all albero di uscita del motore stesso; in questi motori il calore prodotto dalla combustione della miscela di aria e combustibile provoca la trasformazione dell energia chimica del combustibile in energia di pressione dei gas combusti che viene trasformata, a sua volta, in energia meccanica di rotazione attraverso gli organi meccanici del motore. Motori a combustione esterna In questa categoria di motori, il calore prodotto dalla combustione della miscela, viene trasferito ad un secondo fluido che varia le sue caratteristiche fisiche (pressione e temperatura) e che a sua volta trasferisce la sua energia agli organi meccanici del motore; il fluido che compie il lavoro non è direttamente interessato dalla combustione. Motori a combustione interna A differenza della categoria precedente, in questi motori il fluido che compie il lavoro è lo stesso in seno al quale avviene il processo di combustione, quindi il fluido operante subisce trasformazioni sia fisiche che chimiche; questa categoria di motori è quella che viene utilizzata nei motori per autoveicoli, la miscela aria combustibile subisce nel processo di combustibile sia variazioni di carattere chimico (reazioni chimiche che portano alla formazione dei gas combusti) che di carattere fisiche (temperatura e pressione). Motori alternativi I motori utilizzati negli autoveicoli sono motori alternativi: in essi il lavoro è compiuto dal fluido operante che agisce sugli organi mobili che descrivono ciclicamente un volume variabile; in particolare questi motori sono costituiti da un pistone sul quale agisce la pressione dei gas combusti e che è animato di moto alternativo rettilineo all interno di una canna cilindrica; il moto viene trasformato da alternativo in rotativo per mezzo di un sistema biella manovella. Ciclo termico Se una sostanza (fluido operatore)da uno stato iniziale A attraverso una successione di stati fisici ritorna allo stato iniziale si dice che ha compiuto un ciclo di trasformazioni L area colorata e delimitata nel piano, pressione volume, rappresenta il lavoro positivo se il ciclo è stato percorso in senso orario, negativo se percorso in senso antiorario Una trasformazione e un ciclo si dicono reversibili se possono essere realizzati sia in un senso sia che in quello opposto seguendo la stessa line. I cicli reali non sono reversibili e possono avvicinarsi a quelli ideali, solo in maniera approssimativa. Motori a ciclo OTTO e ciclo Diesel Un ulteriore classificazione dei motori termici (ed in particolare quelli alternativi a combustione interna) riguarda la tipologia del ciclo termodinamico realizzato dal motore stesso; in particolare il motore a ciclo Otto (o ad accensione comandata) si distingue per il fatto che l accensione viene comunicata alla miscela nell istante voluto per mezzo di una scintilla elettrica scoccata tra gli elettrodi di una candela; nei motori a ciclo Diesel, la combustione della miscela avviene spontaneamente quando nella camera di combustione vengono raggiunte le condizioni termodinamiche (temperatura e pressione) tali da permettere la autoaccensione della miscela stessa; infatti questi motori sono detti ad accensione per compressione.

19 GEOMETRIA DEL MOTORE A QUATTRO TEMPI Rm = raggio di manovella c = corsa d = alesaggio ω= velocità di rotazione dell albero motore. Vc = volume camera di combustione V = cilindrata unitaria PMS = punto morto superiore PMI = punto morto inferiore I motori alternativi a combustione interna sono caratterizzati dalla presenza di una camera a volume variabile, realizzata tramite il moto alterno di un pistone all interno di un cilindro chiuso all estremità opposta dalla testata; il pistone è collegato tramite una biella all albero motore (anche detto albero a gomiti per la sua forma caratteristica) e si muove di moto alterno tra due posizioni estreme, dette rispettivamente punto morto superiore (PMS) e punto morto inferiore (PMI), in corrispondenza delle quali il volume della camera raggiunge il valore minimo e il valore massimo. Il cilindro è messo in comunicazione con l ambiente esterno da apposite valvole o luci di aspirazione e scarico, che sono aperte ad ogni ciclo e consentono il ricambio del fluido motore: è necessario, infatti, immettere inizialmente all interno della camera di combustione la carica fresca, costituita dal combustibile e dall aria comburente prelevata dall ambiente, ed evacuare poi al termine del ciclo i gas combusti scaricandoli nuovamente nell ambiente. Le principali grandezze geometriche (vedi figura sopra) che caratterizzano un motore alternativo sono pertanto le seguenti: Alesaggio (d):diametro del cilindro entro cui si muove il pistone (è misurato generalmente in mm) Corsa (C): spazio percorso dal pistone nel suo moto alternativo tra le due posizioni estreme corrispondenti al PMS ed al PMI, (è misurato generalmente in mm) Volume spostato dal pistone o cilindrata (V): differenza tra il volume massimo Vmax della camera di combustione (raggiunto con il pistone al PMI) ed il volume minimo Vmin della camera di combustione (raggiunto con il pistone al PMS) (è misurato generalmente in cm 3 ) Volume della camera di combustione (Vc): volume compreso fra la testa e il pistone quando questo è al PMS. (è misurato generalmente in cm 3 ) Rapporto volumetrico di compressione : rapporto tra il volume massimo Vmax ed il volume minimo Vmin della camera di combustione, esso è chiamato più semplicemente rapporto di compressione.

20 FASI DEL CICLO DIESEL A 4 TEMPI Il motore funzionante secondo il ciclo a quattro tempi è caratterizzato dal fatto che il ciclo si compie con quattro corse del pistone (due giri dell albero motore); viene quindi affidato al pistone il compito di espellere i gas combusti, presenti nel cilindro alla fine della fase di espansione, e sostituirli con la nuova miscela di aria e combustibile, necessaria a compiere il ciclo successivo Il ciclo a quattro tempi di un motore funzionante secondo il ciclo Diesel (o ad accensione per compressione) comprende le seguenti sei fasi: Aspirazione di aria nel cilindro motore Compressione dell aria presente nel cilindro. Iniezione del combustibile che, venendo a contatto con l aria ad alta temperatura, dà luogo alla combustione. Espansione dei gas combusti all interno del cilindro. Scarico spontaneo dei gas combusti dal cilindro all apertura della valvola di scarico. Espulsione dei gas combusti Le fasi di un motore a ciclo Diesel differiscono da quelle di un motore a ciclo Otto esclusivamente per l aspirazione di sola aria invece della miscela di aria e combustibile e per le modalità di introduzione e di accensione del combustibile. A B C D Aspirazione (A) Attraverso la valvola di aspirazione aperta entra solamente aria. La valvola si apre con un leggero ritardo rispetto al PMS, ma il riempimento è facilitato dalla alimentazione forzata prodotta dal turbocompressore*. Siccome l alimentazione dei motori Diesel non è a carica premiscelata, ma il gasolio è iniettato nel cilindro separatamente dal processo di alimentazione dell aria, il motore Diesel può regolare la potenza erogata mediante il solo controllo della quantità di combustibile iniettato e non dell aria: pertanto il motore Diesel non richiede la farfalla come elemento di regolazione. *Nota si presuppone che tutti i motori moderni siano sovralimentati nel caso di motori aspirati l apertura della valvola può essere in anticipo. Compressione (C) Il pistone compie la corsa ascendente dal PMI al PMS; l aria introdotta nel cilindro viene compressa nella camera di combustione, raggiungendo valori di pressione e temperatura ben superiori a quelli registrati nei motori Otto, grazie al rapporto di compressione superiore. Sui tipi più aggiornati ad iniezione diretta si raggiungono i 650 C a fine compressione e bar come picco di pressione al termine della combustione. Questo effetto è voluto proprio perché il meccanismo di accensione della carica è diverso; contrariamente al motore Otto, l accensione della miscela aria/combustibile, che si è formata in camera di combustione, avviene spontaneamente grazie agli elevati valori di pressione e di temperatura dell aria presente nel cilindro. Combustione ed espansione (e) Alcuni gradi in anticipo rispetto al PMS l iniettore inietta il combustibile in camera di combustione*. L accensione della miscela genera un brusco innalzamento del valore della pressione nel cilindro che spinge il pistone verso il PMI. Analogamente al motore Otto, è questa la fase utile di lavoro.

21 È evidente che la carica combustibile/aria non è omogenea; troveremo, infatti, solo combustibile in corrispondenza del foro dell iniettore e soltanto aria sul fronte del getto di gasolio**. *Nota: in passato per impieghi automobilistici erano utilizzati motori Diesel a precamera, questi motori sono stati soppiantati dai motori a iniezione diretta con l avvento di sistemi di iniezione Common Rail. **Nota: nelle ultime realizzazioni per la presenza di sistemi EGR si sono adottati dei sistemi di gestione motore e condotti di aspirazione che aumentano le turbolenze interne alla camera di combustione al fine di migliorare l omogeneità della miscela che si crea in camera di combustione. Scarico (S) Poco prima che il pistone giunga al PMI, si apre la valvola di scarico ed i gas combusti, che si trovano ad una pressione maggiore di quella esterna, fuoriescono rapidamente dal cilindro fino a raggiungere una pressione appena superiore a quella atmosferica; nella successiva corsa di salita, il pistone espelle i gas di scarico rimasti nel cilindro, attraverso la valvola di scarico Lavoro utile In questo ciclo, il lavoro utile è prodotto durante una sola delle quattro corse che il pistone compie in un ciclo, precisamente durante la corsa di discesa che corrisponde alla fine della fase di combustione ed alle fasi di espansione e scarico spontaneo. Questa corsa è definita corsa utile, in contrapposizione alle altre tre che sono definite corse passive, poiché esse richiedono lavoro per la loro effettuazione, per questo fatto, in un motore endotermico alternativo si deve sempre avere un dispositivo che permetta di accumulare energia nella corsa utile per renderla disponibile in quelle passive. Tale energia è fornita dal Volano motore,, che ha lo scopo di immagazzinare, sotto forma di energia cinetica, una parte della energia motrice prodotta durante la corsa attiva del ciclo di funzionamento e di restituirla nelle tre corse passive, in modo da rendere quanto più possibile uniforme l erogazione di potenza del motore. Confronto tra motori a ciclo otto e ciclo diesel. Il motore a ciclo Diesel, si differenzia dal motore a ciclo OTTO per le seguenti caratteristiche: Introduzione del combustibile: nel motore a ciclo Oto nella camera di combustione è introdotta la miscela di aria e combustibile che si è formata nel condotto di aspirazione, mentre nei motori Diesel è introdotta solo aria; Rapporto di combustione: l entità del rapporto di combustione nei motori a ciclo Otto varia da 7 a 11, salvo rare eccezioni, mentre nei motori Diesel esso assume valori molto elevati raggiungendo il valore di 24 ( grazie alla maggiore inerzia alla autoaccensione del gasolio). Accensione: I motori a ciclo Otto necessitano di un impianto di accensione che provvede a provocare all istante opportuno l accensione della miscela, nei motori a ciclo Diesel tale impianto non esiste, poiché il combustibile brucia, quando viene a contatto con l aria ad alta temperatura presente nella camera di combustione. Peso: il motore a ciclo Diesel funziona con valori di pressione più elevati rispetto ad un analogo motore a ciclo Otto, per ciò dovendo sopportare sollecitazioni notevolmente superiori, deve avere una struttura più resistente e quindi risulta nettamente più pesante.

22 RICHIAMO SULLA TEORIA DEI CICLI TERMODINAMICI. In questo capitolo sono richiamati i cicli termodinamici le grandezze fisiche e le curve che caratterizzano un motore a ciclo DIESEL CICLO IDEALE DEL MOTORE A CICLO DIESEL Ciclo Ideale del motore a 4 Tempi Diesel. 0-1 aspirazione 1-2 compressione 2-3 combustione 3-4 espansione scarico Fig1 Ciclo Diesel ideale lavoro positivo e lavoro negativo Il ciclo teorico, sviluppato dal fluido all interno del cilindro, è normalmente rappresentato in un diagramma cartesiano al fine di evidenziarne le diverse fasi. In ascissa sono riportati i volumi generati dal pistone, oppure le corse che a questi sono proporzionali, e in ordinata le corrispondenti pressioni raggiunte dal fluido. Il ciclo Diesel a 4 tempi teorico è caratterizzato dalla fase di combustione a pressione costante, Il lavoro teorico sviluppato dal fluido è rappresentato, su piano p-v, dall area racchiusa dal diagramma ( ). Queste rappresentazioni sono utili anche per visualizzare il lavoro estraibile dai cicli. In particolare: In figura. 1, l area rappresenta il lavoro di espansione L 1 (positivo); l area rappresenta il lavoro di compressione L 2 (negativo). Rendimento termico Si definisce rendimento termico ideale il rapporto ηt = (L1-L2) / L1 I rendimenti termici dei cicli teorici aumentano con l aumentare del rapporto di compressione (v. Figura. 2 ).

23 Fig 2 Nota:in figura 2 sono riportati i valori anche del ciclo OTTO al fine di poter confrontare i due cicli. Per un determinato rapporto di compressione ( per es. 22) il ciclo Diesel ha il rendimento maggiore.

24 CICLO INDICATO Ciclo indicato lavoro indicato e lavoro effettivo In contrapposizione al ciclo ideale che abbiamo visto, si definisce ciclo indicato, o ciclo reale, il diagramma pressione-volume effettivamente descritti dai gas durante il funzionamento del motore. Esso ha, rispetto al ciclo ideale, vertici arrotondati ed una seconda area che esprime il lavoro speso per la sostituzione dei fluidi. Esso è chiamato ciclo indicato perché i primi strumenti impiegati per misurare le pressioni all interno del cilindro nelle macchine a vapore erano chiamati indicatori. Si tratta di un diagramma particolarmente importante perché esprime, attraverso la sua area, il lavoro ceduto dal fluido al pistone (A) ed il lavoro negativo speso dal motore durante il ciclo di sostituzione del fluido (B). Si osservi che, la porzione A del ciclo, essendo percorsa in senso orario, produce lavoro positivo, mentre la porzione B, che è percorsa in senso antiorario, assorbe lavoro. L area A è detta lavoro indicato Li, mentre l area B rappresenta il lavoro di pompaggio Lp. La differenza: Liu = Li Lp Rappresenta il lavoro indicato utile compiuto dal fluido operante all interno del cilindro. In pratica, non tutto il lavoro indicato utile Liu può effettivamente essere utilizzato, in quanto una parte (La) di esso viene impiegata per vincere gli attriti degli organi meccanici e per azionare gli accessori (pompa acqua, pompa olio, alternatore, etc.). In conclusione, il lavoro effettivo (Le) che può essere utilizzato all albero motore sarà quindi: Le = Liu La = Li Lp La Dal diagramma pressione volume indicato possono essere estratte ulteriori grandezze, di seguito riportiamo quelle più importanti con equazioni semplificate Pressione media indicata Il rapporto tra il lavoro indicato Li e la cilindrata unitaria del motore ha le dimensioni di una pressione e prende il nome di pressione media indicata: pmi = Li / V La pmi può essere pensata come quella pressione costante che se agisse da sola sul pistone, per l intera corsa, genererebbe un lavoro pari a Li. Pressione media effettiva Il rapporto tra il lavoro effettivo Le e la cilindrata unitaria del motore prende il nome di pressione media effettiva: pme = Le / V

25 La pme rappresenta quella pressione costante che, se agisse da sola sul pistone per un intera corsa, genererebbe un lavoro pari a, Le. Potenza indicata Dal valore del lavoro indicato Li, essendo n la velocità dell albero motore in giri/min, si ricava il valore della potenza indicata Pi: Pi = Li n / 60 ε Dove e rappresenta il n di giri che l albero deve compiere per produrre un ciclo completo; ε = 2 nei motori a 4 tempi, ε = 1 nei motori a due tempi. Naturalmente, la Pi potrà essere scritta anche come: Pi = pmi V n / 60 ε Potenza effettiva La potenza indicata Pi non è totalmente disponibile all albero motore, poiché parte di essa è assorbita, come si è visto, dalle resistenze passive determinate dal lavoro di pompaggio, di attrito e di trascinamento degli accessori. Quindi la potenza effettiva rappresenta la differenza tra la potenza indicata Pi e la potenza perduta per le resistenze passive Pr: Pe = Pi Pr La potenza effettiva Pe è la potenza disponibile all albero motore ed è misurabile al banco prova dinamometrico. Coppia motrice e pme La potenza effettiva Pe si può esprimere come: Pe = Le n /60 ε = pme V n /60 ε Ricordando che tra la Pe e la coppia motrice C sussiste la relazione (esprimendo Pe in kw, C in Nm, n in giri/min) Pe = C 2 π n /60 * 1000 Si può esprimere la pressione media effettiva pme come: pme = C 2 π ε / V * 1000 E, nel caso del motore a 4 tempi (ε = 2 ) pme = C 0,0125 / V Quindi, per ogni valore di regime di rotazione, la coppia motrice risulta proporzionale alla pressione media effettiva. Rendimento meccanico Il rapporto tra la potenza effettiva Pe e la potenza indicata Pi fornisce il valore del rendimento meccanico, o organico: ηm = Pe / Pi = pme / pmi La pme può quindi essere definita anche come prodotto della pressione media indicata pmi per il rendimento meccanico del motore.

26 Relazione tra potenza effettiva e rendimento meccanico Legenda A. potenza indicata B. potenza effettiva C. potenza assorbita Fig3 Come precedentemente esposto la potenza indicata non è totalmente disponibile all albero motore, in quanto parte della potenza è impiegata per vincere le resistenze passive del motore (pompaggio, attriti, trascinamento accessori). Le prove sperimentali hanno dimostrato che le resistenze passive sono in parte, proporzionali alla velocità motore e in parte proporzionali al quadrato della velocità. Per questa ragione, la potenza effettiva si discosta sempre più dalla potenza indicata con l aumentare del n di giri, come indicato sul diagramma illustrato in figura. 3. I rapporti tra i valori della potenza effettiva e i corrispondenti della potenza indicata rappresentano i valori del rendimento meccanico ai vari numeri di giri (rendimento meccanico= Pe/Pi). Il rendimento meccanico assume quindi valori decrescenti all aumentare dei giri motore.

27 PARAGONE TRA CICLO TEORICO E CICLO INDICATO Legenda C1. ciclo teorico C2 ciclo indicato F. scarico G. apertura valvola di scarico H. aspirazione I. iniezione del carburante P. pressione Pa. Pressione V. volume Fra il ciclo indicato ed il ciclo ideale corrispondente esistono differenze sostanziali sia nella forma del diagramma sia nei valori delle temperature e delle pressioni. Le differenze di forma del ciclo indicato rispetto a quello ideale consistono in un diverso andamento delle curve di espansione e compressione, nella sostituzione dei tratti rettilinei di introduzione e sottrazione di calore con tratti curvi e nella sostituzione degli spigoli con curve di raccordo (A,B,C). Come nel caso del ciclo Otto, fra il ciclo indicato ed il ciclo ideale Diesel si rilevano differenze di forma e differenze nei valori delle pressioni e temperature. Alcune di queste differenze corrispondono a quelle del ciclo Otto: sono quelle dovute alla variazione dei calori specifici, alle perdite di calore, al tempo di apertura della valvola di scarico. Altre differiscono come quelle dovute alle perdite per pompaggio. Infine, una è peculiare del motore Diesel, e si riferisce alla combustione che, nel caso del ciclo reale, non avviene a pressione costante. In definitiva si può notare quanto segue:

28 Combustione a pressione costante. Come si evidenzia dal diagramma indicato, la combustione avviene, in pratica, in condizioni tali per cui la pressione varia durante il processo, mentre nel ciclo teorico, si era supposto che si mantenesse costante. La combustione ha quindi luogo, in parte a volume costante ed in parte a pressione costante, come nel ciclo Otto reale. Perdite per pompaggio. Le perdite per pompaggio non sono molto diverse da quelle del ciclo Otto alla massima prestazione. Riducendo la prestazione, poiché non vi è parzializzazione dell aria all aspirazione, tali perdite non aumentano come accade invece nel ciclo Otto; non esiste, infatti, la valvola a farfalla, perciò l area D negativa del ciclo Diesel indicato è minore di quella del ciclo Otto, nelle condizioni prevalenti d uso di motore parzializzato.

29 DIAGRAMMA DELLE PRESSIONI IN FUNZIONE DELL ANGOLO DELL ALBERO MOTORE Conoscendo il ciclo indicato può essere utile considerare il grafico delle pressioni in funzione dello spostamento angolare dell albero motore. Questo grafico può essere utile per comprendere meglio il ciclo indicato, e generalmente viene usato per il calcolo di carichi sui cuscinetti di banco in fase di progettazione. Legenda A. corse B. fasi del ciclo C. immissione D. compressione E. combustione ed espansione F. scarico C. aspirazione D. compressione E. combustione ed espansione F. scarico P. pressione atmosferica Fig 1 Nel ciclo reale le trasformazioni non avvengono, come nel ciclo teorico, entro i limiti rappresentati dai punti morti, le fasi del ciclo si compiono durante spostamenti angolari della manovella che sono diversi tra loro e da quelli che corrispondono alle corse totali del pistone Prendendo ad esempio un ciclo ipotetico rappresentato in figura 1 possiamo notare come le pressioni variano durante l intero ciclo. Aspirazione. All inizio della corsa di aspirazione 1-2 l interno del cilindro si trova ad una pressione leggermente superiore a quella atmosferica perché non è ancora terminata la fase di scarico. In corrispondenza del punto 2 il pistone, nella sua corsa verso il PMI, richiama aria o miscela gassosa attraverso la valvola di aspirazione aperta a tempo opportuno. Per effetto delle resistenze incontrate dal gas nei condotti si ha nella maggior parte di questa fase una pressione minore di quella esterna (depressione all aspirazione). La depressione è tanto maggiore quanto maggiore è la velocità del gas nei condotti perché maggiori risultano le resistenze al suo passaggio. Questa fase rappresenta lavoro passivo. Quando in 3 il pistone inizia la corsa verso il PMS, l interno del cilindro si trova ancora in depressione perciò, nonostante il movimento contrario del pistone, l introduzione di fluido procede finché in 4 si verifica l uguaglianza fra la pressione interna e quella atmosferica. A questo punto si deve chiudere la valvola di aspirazione. Se i condotti di aspirazione sono lunghi si può utilizzare l effetto dell inerzia della colonna gassosa per prolungare l introduzione anche dopo il punto 4 ritardando ulteriormente la chiusura della valvola. Al punto 4 ha dunque inizio la fase di vera e propria compressione. Compressione La compressione della carica avviene per effetto del moto del pistone nella corsa 4-6.

30 Tenendo conto del fatto che la combustione per completarsi richiede un certo tempo, per consentire lo svolgimento più soddisfacente della fase utile (combustione ed espansione) si fa avvenire l accensione prima del PMS Il punto 6 fornisce il valore massimo della pressione nel caso di assenza dell accensione. Combustione ed espansione Con l accensione, in corrispondenza del punto 5, poco prima della fine della corsa di compressione, ha inizio la combustione; questa genera un repentino innalzamento di temperatura e di pressione che raggiunge il suo valore massimo al punto 7. La combustione termina, quando il pistone ha già percorso un primo tratto della corsa. Terminata la combustione, si svolge l espansione. Il volume aumenta e la pressione subisce una rapida caduta dovuta, in parte, anche alla cessione di calore alle pareti del cilindro. L espansione dovrebbe essere prolungata il più possibile, onde sfruttare al massimo la fase utile e cioè fino al raggiungimento del PMI, ma in pratica, per facilitare l espulsione dei gas combusti, essa viene interrotta con L apertura anticipata rispetto al PMI, della valvola di scarico al punto 8. Scarico I gas che al momento dell apertura della valvola di scarico si trovano a pressione superiore a quella atmosferica, si scaricano violentemente all esterno. In questo primo periodo della fase, che avviene quasi a volume costante (scarico spontaneo), la pressione si abbassa rapidamente e in 9, quando inizia la corsa di scarico, supera di poco la pressione atmosferica, con tendenza ad abbassarsi ancora durante il primo tratto di questa corsa. Talvolta, se i condotti di scarico sono lunghi, per effetto dell inerzia della colonna gassosa si può addirittura avere in 10 una rapida punta di depressione. In 11 inizia il secondo periodo della fase: il pistone spostandosi verso il PMS espelle i gas che occupano ancora il cilindro. Questo periodo si svolge a pressione leggermente superiore all atmosferica (sovrapressione allo scarico) per effetto della resistenza che i gas incontrano attraversando la valvola e la tubazione di scarico, e rappresenta lavoro passivo. Il pistone non può però espellere completamente i gas combusti poiché una parte di essi resta ad occupare il volume della camera di combustione (Vc). In 1, alla fine della corsa di scarico, la pressione ha ancora un valore leggermente superiore all atmosferica, perciò la fase è utilmente prolungata fino al punto 2. Nel frattempo ha cominciato a riaprirsi in 12 la valvola di aspirazione in modo che in 2 essa si trova già completamente aperta ed offra la massima sezione di passaggio per la nuova fase di aspirazione: così un nuovo ciclo incomincia per continuare a ripetersi regolarmente. Nella figura le aree tratteggiate rappresentano lavoro utile, quelle quadrettate lavoro passivo, e la linea a tratti rappresenta l andamento delle pressioni, quando la combustione viene a mancare.

31 RELAZIONE TRA COPPIA, POTENZA E CURVE CARATTERISTICHE Legenda P = Potenza (kw) C = Coppia (Nm) ω = Velocità angolare (rad/sec) n = Velocità angolare (giri/min) P = C ω / 1000 = C 2 π n / = 0,1047 C n / 1000 Fig 1 In funzione della velocità di rotazione del motore (n), cambia il valore della coppia motrice (C) disponibile all albero. La coppia, misurata in Nm, esprime idealmente la capacità del motore di sollevare un peso (espresso in N) appeso ad una fune avvolta su di una puleggia di diametro pari a 1 m. Il diagramma rappresenta l andamento qualitativo della coppia nel campo di giri di funzionamento: dal minimo ( giri/min) al regime di potenza massima ( giri/min). Il diagramma presentato caratterizza il motore e ne esprime le prestazioni; è ottenuto al banco prova dinamometrico, al massimo della portata della pompa di iniezione (caso dei motori diesel)variando il carico* e riportando per ogni valore di velocità angolare la coppia utile erogata dal motore. Il massimo valore di tale diagramma è detto coppia massima del motore. A. Acceleratore tutto aperto M. Motore V. Velocità del motore C. Carico Funzionamento a piena apertura e velocità variabile in funzione del carico. Si ricordi che, come visto precedentemente, la coppia motrice è proporzionale alla pressione media effettiva pme. Per questa ragione, la curva caratteristica della coppia motrice è talvolta espressa come curva caratteristica della pme.

32 Il prodotto C n della coppia per la velocità di rotazione dell albero motore (con l opportuno coefficiente di proporzionalità) è la potenza (P) disponibile ed esprime nell esempio della puleggia il lavoro di sollevamento compiuto nell unità di tempo. La potenza effettiva, dopo una crescita quasi lineare, con l aumentare del regime di rotazione, riduce il suo incremento, fino a diminuire il valore massimo, in quanto la potenza assorbita dal lavoro di pompaggio e dagli attriti aumenta circa con il quadrato dei giri. Le espressioni matematiche che calcolano le due grandezze fanno sì che la retta tracciata dall origine degli assi verso la curva di potenza sia tangente a quest ultima proprio in corrispondenza dei giri di coppia massima. Infatti, la relazione: C = cost. P/n = cost. tg α dimostra che la coppia C è massima per il massimo valore di α. Anche per la potenza esiste un valore massimo, qui indicato con A, posizionato a regimi superiori a quello di massima coppia. Il limitatore dei giri, presente nei motori Diesel ad iniezione, fa sì che il motore non possa mai superare il regime C, che assume il significato di velocità massima oltre la quale il motore può presentare anomalie meccaniche. La potenza del punto C è normalmente inferiore a quella del punto A, ma talvolta i punti A e C possono coincidere. Il regime corrispondente al punto B è quello di marcia al minimo. Per regimi inferiori, il funzionamento del motore diventa irregolare ed instabile a causa della variabilità nel tempo della coppia motrice erogata *Carico motore Le forze che fanno ruotare l albero motore dipendono dalla pressione dei gas e quindi essenzialmente dalla quantità di combustibile bruciato in ogni ciclo, mentre quelle che si oppongono alla sua rotazione sono date dagli attriti interni del motore e dalla resistenza esterna la cui entità è chiamata CARICO. Questa resistenza consiste in una coppia applicata all uscita dell albero motore in opposizione alla coppia motrice.

33 BILANCIO TERMICO Fig1 In virtù del fatto che il rendimento del ciclo di lavoro è sempre minore di uno, solo una parte dell energia chimica del combustibile (1), bruciando, viene trasformata in lavoro utile (2). La parte rimanente, costituita dal contenuto energetico dei gas di scarico, calore trasmesso alle pareti, resistenze d attrito e perdite di pompaggio, è perduta attraverso tre diverse forme: Gas di scarico (3) Raffreddamento (4) Irraggiamento (5) Nell energia persa nel raffreddamento e per irraggiamento compaiono anche, in parti non note, le perdite di attrito. Mediamente, la parte utile di energia che viene trasformata in lavoro rappresenta il 35% del totale. I numeri riportati in figura.1 si riferiscono ad un motore Diesel e sono da considerarsi indicativi, in quanto ogni motore ha le proprie caratteristiche.

34 DIAGRAMMA DELLA DISTRIBUZIONE Legenda A: inizio apertura valvola di aspirazione B: fine chiusura valvola di aspirazione C: inizio apertura valvola di scarico D: fine chiusura valvola di scarico E: anticipo iniezione combustibile Fig 1 Nello studio dei cicli ideali, si suppone che l apertura e la chiusura delle valvole avvengano istantaneamente in corrispondenza dei punti morti. Nella pratica, le valvole si aprono e si chiudono in un tempo finito (dovuto all esigenza di fare in modo che la velocità ed accelerazione della valvola non superino valori limite per un funzionamento regolare, quando il pistone è piuttosto lontano dai punti morti. I dati riguardanti i tempi di apertura delle valvole possono essere riassunti in uno speciale diagramma polare riportato in Figura 1, nel quale si riportano le posizioni angolari dell albero motore in corrispondenza delle quali si incominciano ad aprire le valvole e quelle in cui si chiudono, facendo riferimento ai punti morti. In particolare, l anticipo con il quale è aperta la valvola di scarico rispetto al PMI ha lo scopo di abbassare la pressione dei gas combusti, prima dell inizio della corsa di scarico, avvicinandola a quella dell ambiente esterno, senza però ridurre sensibilmente il lavoro di espansione. È possibile determinare per tentativi un valore di anticipo ottimale tale perciò il lavoro perso nella fase di espansione sia inferiore a quello risparmiato all inizio della fase di scarico, per la riduzione della contropressione. Il ritardo o l anticipo nella chiusura della valvola di scarico rispetto al PMS deriva dalla gradualità con la quale si chiude la valvola e dall opportunità o meno di sfruttare l inerzia dei gas combusti uscenti per richiamare la carica fresca nel cilindro, grazie alla contemporanea apertura delle due valvole. L anticipo o il ritardo dell apertura della valvola di aspirazione rispetto al PMS è anch esso una conseguenza della velocità dell apertura della valvola. Infine il suo ritardo alla chiusura rispetto al PMI serve principalmente a sfruttare l energia cinetica dei gas in moto nel condotto di aspirazione per favorire il riempimento del cilindro. Infatti, durante la prima parte della corsa di aspirazione, la carica assume una velocità che si mantiene per inerzia ancora elevata, quando il pistone rallenta, avvicinandosi al P.M.I. Essa perciò continua per un certo tempo ad entrare nel cilindro anche quando il pistone ha già iniziato la corsa di compressione. Siccome nelle soluzioni adottate tradizionalmente per il comando delle valvole, la fasatura non varia con il regime di rotazione, ne deriva che alti valori di ritardo di chiusura aspirazione migliorano il riempimento alle alte velocità, ma comportano maggiori riflussi della carica fresca dal cilindro verso il condotto alle basse. Tutto questo è illustrato nel diagramma (figura. 2), che riporta i valori del coefficiente di riempimento in funzione del regime di rotazione, per tre diversi tipici valori di ritardi di chiusura valvola di aspirazione.

35 Il coefficiente di riempimento (λv) indica la massa di miscela effettivamente introdotta nel cilindro rispetto a quella che teoricamente lo potrebbe riempire λv=me/mt). Legenda R. rendimento volumetrico n. numero di giri RCA. Ritardo chiusura valvola di aspirazione Fig 2 Nota: l esempio di 2 si riferisce a un motore a ciclo Otto. A parità di altre condizioni, quindi, aumentando il ritardo alla chiusura della valvola di aspirazione, si trasla il massimo del coefficiente di riempimento verso i regimi più elevati. I valori degli angoli di anticipo o ritardo di apertura e di ritardo di chiusura della valvola di aspirazione, e l anticipo di apertura e il ritardo o l anticipo della chiusura della valvola discarico sono ottenuti sperimentalmente mediante ricerche di ottimizzazione. Fig. 3 In figura.3 è riportato un esempio di una fasatura motore (motore V Mjt) dove si può notare che: La valvola di aspirazione apre 12 dopo il punto morto superiore e chiude a 6 i dopo il punto morto inferiore. La valvola di scarico apre 40 prima del punto morto inferiore, e chiude 12 prima del punto morto superiore

36 COMPONENTI DEL MOTORE A CICLO DIESEL In questo capitolo sono descritti in dettaglio i principali componenti di un motore a ciclo otto, inoltre, per ogni componente sono proposte le operazioni di verifica presenti nelle procedure di riparazione descritte nei manuali assistenziali. I valori e le procedure riportati in questo documento sono a titolo di esempio e si rifanno alla procedura di revisione del motore V MultiJET, dove non sono presenti i valori significa che non sono disponibili o tali controlli non sono previsti per questo tipo di motore, ma si è scelto comunque di menzionarli per completezza. Gli organi meccanici che compongono un motore possono essere classificati nel seguente modo: Organi principali Gli organi principali comprendono il basamento con le canne cilindri, gli stantuffi completi di bielle, l albero motore e gli eventuali alberi di equilibratura, la testa cilindri, il cinematismo della distribuzione e le valvole; Organi ausiliari: Gli organi ausiliari sono quegli organi che, a differenza di quelli principali, non sono direttamente coinvolti nello svolgimento del ciclo di funzionamento del motore, ma la cui presenza è fondamentale per il corretto funzionamento del motore e per la sua durata: essi comprendono gli impianti di raffreddamento e di lubrificazione, gli impianti di alimentazione e di scarico, il motorino di avviamento, il generatore e le pompe per i servizi (servofreno, servosterzo, condizionatore). L insieme di questi organi è variamente assemblato tramite collegamenti realizzati per lo più con viti e bulloni: nel caso in cui tra i differenti organi vi sia un passaggio di fluido, con esigenze di tenuta, è generalmente interposta una guarnizione.

37 BASAMENTO Basamento per motori con cilindri in linea Basamento per motori con cilindri a V Il compito del basamento e quello di supporto ai gruppi mobili presenti nel motore (stantuffi, bielle, albero motore, albero della distribuzione, ecc.) ed agli elementi fissi riportati (testa cilindri, coppa olio, scatola distribuzione). Il basamento motore può essere di diverse tipologie, quali: Con cilindri in linea, col quale i cilindri sono allineati; Con cilindri a V, tecnica che riduce l ingombro longitudinale del motore. Il materiale impiegato per la realizzazione del basamento è solitamente la ghisa (di tipo sferoidale), ad elevata resistenza meccanica. In alcuni casi, generalmente per motori ad elevate prestazioni, oppure per esigenze di contenimento del peso sono realizzati basamenti in lega leggera di alluminio e silicio di elevata resistenza meccanica e conducibilità termica. Il basamento deve poter resistere alle sollecitazioni derivanti dalla combustione e deve permettere, al suo interno, la circolazione dei vari fluidi di lubrificazione e di raffreddamento.

38 Fig 1 Le canne cilindro all interno del basamento possono essere realizzate in diverse maniere, In figura.1, sono rappresentate schematicamente le soluzioni più utilizzate delle canne cilindro nel monoblocco. In a) è indicata la canna integrale, in b) la canna riportata a secco ed in c) è indicata la canna con montaggio cosiddetto in umido. In questo caso l acqua lambisce direttamente la parte calda della canna, migliorando così l azione di raffreddamento.

39 ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE. Nota i valori riportati sono puramente indicativi. Controllo planarità piano basamento ATTREZZATURA DI MISURA SQUADRA / SPESSIMETRO VALORI PRESCRITTI ERRORE DI PLANARITA AMMESSO: < 0,1 mm PROCEDURA DI MISURA Dopo aver smontato la testa del motore è possibile controllare la planarità del piano di appoggio della testa sul basamento. Se si riscontrano degli errori di planarità maggiori del limite previsto è necessario procedere ad una spianatura del piano rispettando i limiti di tolleranza sull altezza del basamento.

40 Controllo diametro canne cilindri ATTREZZATURA DI MISURA ALESAMETRO VALORI PRESCRITTI DIAMETRO INTERNO CANNA Classe Valori i [mm] A B C PROCEDURA DI MISURA Il diametro delle canne cilindri deve rientrare nella fascia di tolleranza prevista. Inoltre bisogna tener presente che per ogni motore sono previste più classi sia di canne che di pistoni, quindi si devono eseguire tutte le misurazioni previste per scegliere il pistone e la canna con l abbinamento corretto.

41 Controllo conicità ed ovalizzazione ATTREZZATURA DI MISURA ALESAMETRO VALORI PRESCRITTI MISURA CONICITA CANNE [mm] M N +/- 0,005 MISURA OVALIZZAZIONE CANNE [mm] X Y +/- 0,05 MAGGIORAZIONE DIAMETRO INTERNO CANNE CILINDRI [mm] 0,1 PROCEDURA DI MISURA Oltre al diametro (d) delle canne bisogna anche verificarne la massima conicità ed ovalizzazione secondo lo schema delle misure indicate in figura.

42 ALBERO MOTORE Legenda A perno di biella B perno di banco C contrappeso D semicuscinetti di banco L albero motore ha il compito di: Trasmettere agli organi della trasmissione la coppia motrice risultante dalla spinta dei gas. Comandare gli altri organi rotanti del motore ed i vari accessori. Esso è costituito da: Perni di banco, in numero variabile secondo i motori, sostenuti dai sopporti di banco del basamento mediante cuscinetti; Perni di biella, sui quali sono articolate le teste di biella; Bracci di manovella che collegano i perni di banco a quelli di biella; i bracci portano delle masse d equilibratura che possono essere fucinate in blocco con l albero o riportate. Il materiale usato normalmente per la costruzione degli alberi motori è l acciaio al cromo nichel o al cromo nichel vanadio, si realizzano alberi motori anche in ghisa sferoidale; i perni dell albero sono induriti superficialmente con cementazione o con nitrurazione. Il parametro numero di giri albero motore è fondamentale per il funzionamento della centralina gestione motore, questa informazione è acquisita tramite un sensore, generalmente di tipo induttivo, in alcuni casi ad effetto Hall, il quale è affacciato ad una ruota fonica costituita da una ruota dotata di denti di riferimento, la soluzione più adottata è quella detta dei sessanta denti meno due, la mancanza dei due denti fornisce il segnale di punto morto superiore della copia 1-4 (per un motore a 4 cilindri)con 114 gradi di anticipo. La ruota fonica può essere realizzata in lamiera e montata direttamente sull albero motore, più raramente ricavata direttamente sull albero stesso con opportune lavorazioni, oppure può essere integrata in altri componenti, per esempio nel volano, come per il motore 1.3 MJT

43 Esempi di applicazione della ruota fonica Fiat motore V MJT Legenda 1. Ruota fonica 2. Albero motore SEMICUSCINETTI L albero motore ruota su bronzine costituite da semigusci d acciaio rivestiti internamente con speciali leghe antifrizione. Esse hanno le seguenti proprietà: Elevata resistenza meccanica; Resistenza alla corrosione (inquinamento chimico dell olio motore); Eccellente capacità di incorporare / assorbire piccole impurità solide; Ottimo potere lubrificante, per supplire a brevi periodi di funzionamento senza velo d olio (ad esempio: all avviamento); Buona conducibilità termica (evacuazione motore); I tipi principali di LEGHE ANTIFRIZIONE sono: Metalli bianchi, è la classe più nota e diffusa di materiali per cuscinetti di strisciamento e sono costituiti da leghe di Sn, Pb, Sb; hanno un piccolo coefficiente di attrito, una buona capacità di rodaggio, una buona resistenza all usura ed una media durezza, che però diminuisce col crescere della temperatura. Leghe al cadmio: sono leghe di Cd (~97 %) con aggiunta di Ni, Cu e Ag; hanno le stesse caratteristiche dei metalli bianchi ma sono meno usati a causa della rarità e quindi dell alto costo del cadmio. Leghe di zinco: sono leghe di Zn (~ 85%) con piccole quantità di Al e Cu; hanno comportamento analogo a quello dei metalli bianchi e delle leghe di cadmio, ma con discreto coefficiente di dilatazione, il quale comporta, in un accoppiamento eseguito con pezzi sostituiti da dette leghe, una non sempre accettabile variazione di gioco tra il funzionamento a freddo e quello a caldo.

44 ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE. Nota i valori riportati sono puramente indicativi. Controllo diametro sedi perni di banco ATTREZZATURA DI MISURA ALESAMETRO VALORI PRESCRITTI MISURA DIAMETRO PERNO DI BANCO [ mm ] 63,705 63,718 MINORAZIONE MASSIMA [ mm ] PROCEDURA DI MISURA Per la verifica dei giochi sui perni di banco può essere necessario controllare il diametro interno delle sedi dei supporti di banco. Per effettuare tale controllo occorre serrare alla coppia prescritta i cappelli di banco nelle loro posizioni corrette, individuabili da stampigliature o rilievi di fusione.

45 Controllo diametro perni di banco e di biella ATTREZZATURA DI MISURA MICROMETRO VALORI PRESCRITTI MISURA DIAMETRO PERNO DI BANCO: Classe Dimensioni [mm] A (colore Rosso) 59,994 60,000 B(colore Blu) C(colore Giallo) Minorazione massima Classe Dimensioni [mm] D (colore Marrone) 59,867 59,873 E(colore Verde) 59,861 59,867 F(colore Nero) 59,855 59,861 VALORI PRESCRITTI MISURA DIAMETRO PERNO DI BIELLA: Classe Dimensioni [mm] A B C Minorazione massima PROCEDURA DI MISURA I perni di banco dell albero motore possono avere dei valori di tolleranza diversi secondo la classe cui l albero appartiene. Nel caso in cui il valore non rientri nei valori prescritti è possibile eseguire una rettifica secondo la minorazione massima prescritta. I perni di biella dell albero motore possono avere dei valori di tolleranza diversi secondo la classe cui l albero appartiene. Nel caso in cui il valore non rientri nei valori prescritti è possibile eseguire una rettifica secondo la minorazione massima prescritta.

46 Controllo dei giochi mediante plastigage ATTREZZATURA DI MISURA PLASTICAGE VALORI PRESCRITTI GIOCO CUSCINETTI DI BANCO-PERNI DI BANCO ALBERO MOTORE [ mm] PROCEDURA DI MISURA Controllo dei giochi I giochi tra i perni di biella e le boccole di biella e tra i perni di banco e i supporti di banco possono essere calcolati per differenza tra le misure descritte prima oppure rilevati con l apposito filo calibrato PLASTIGAGE. Rilevazione con il plastigage. Per la rilevazione con il filo è necessario appoggiare un tratto di filo sul perno in esame di lunghezza pari alla larghezza del perno facendo attenzione a non appoggiarlo su fori di lubrificazione. Dopo di ciò si monta il cuscinetto e il relativo cappello serrando le viti alla coppia prevista. Per la pressione il filo in materiale plastico viene schiacciato. Rimuovendo il cappello ed il cuscinetto è possibile eseguire la rilevazione del gioco misurando con l apposita scala graduata (vedi figura) la larghezza del filo schiacciato. Nota: Nel caso in cui il gioco sia eccessivo, generalmente è possibili sostituire il cuscinetto con uno di diametro interno minorato. Questi cuscinetti a volte sono distinti dalla diversa colorazione.

47 Gioco assiale albero motore ATTREZZATURA DI MISURA COMPARATORE VALORI PRESCRITTI GIOCO ASSIALE ALBERO MOTORE PROCEDURA DI MISURA Verificare con un comparatore che il gioco assiale dell albero motore rientri nei valori prescritti. In caso il valore del gioco assiale dell albero motore non rientri nei valori prescritti, al rimontaggio rettificare le sedi sul basamento motore ed utilizzare il semicuscinetto di banco centrale che incorpora i semianelli di spallamento dell albero motore opportunamente maggiorato.

48 PISTONE Legenda 1. Cava per anello elastico di tenuta 2. Cava per anello elastico di tenuta 3. Cava per anello raschia olio 4. Mozzo per perno o spinotto 5. Mantello 6. Piastrine d acciaio 7. Scanalatura per anello elastico di ritegno. 8. Intaglio per estrazione anello elastico 9. Sede per perno 10. Cielo o testa del pistone Il pistone e gli anelli elastici hanno il compito di: Trasmettere alla biella la forza motrice fornita dalla pressione dei gas combusti. Fare da guida al piede di biella Impedire che i gas combusti presenti nella camera di combustione, possano trafilare lungo la superficie laterale di accoppiamento tra pistone e canna cilindri. Normalmente sono costruiti in lega leggera al fine di ridurre le sollecitazioni dovute alla inerzia del pistone stesso; è tuttavia necessario che la sua temperatura non superi i 300 C, per evitare il pericolo di ingranamento o di deterioramento della superficie cilindrica. Il pistone è composto di quattro parti principali: La testa o cielo, che riceve gli sforzi dovuti ai gas e presenta un vano di forma variabile detto camera di combustione, viene costruita con un diametro inferiore a quello della canna del cilindro, per evitare il grippaggio a caldo del pistone nel cilindro La fascia porta anelli, che tramite gli anelli elastici garantisce la tenuta e dissipa una parte del calore; I mozzi per i perni, nei quali è sistemato un perno, o spinotto, che serve a rendere il pistone solidale alla biella. Questi mozzi devono essere molto rigidi per evitare deformazioni per effetto delle sollecitazioni e delle variazioni di temperature. Il mantello, che generalmente è serigrafato per migliorare lo scorrimento del pistone nella canna cilindri. Nei motori sovralimentati o comunque nei motori che forniscono alte prestazioni la testa del pistone viene raffreddata nella parte interna dall olio lubrificante in pressione che esce da appositi spruzzatori, montati nel basamento, e in alcuni casi l olio proveniente dagli spruzzatori viene fatto circolare in una piccola camera posta sotto il cielo del pistone come nella figura di seguito riportata

49 ANELLI ELASTICI La tenuta tra pistone e cilindro deve essere garantita dagli anelli elastici, non essendo possibile ridurre il gioco di funzionamento tra i due elementi oltre un certo valore per pericoli di grippaggio. Gli anelli sono fasce elastiche spaccate, di ghisa, sistemate in apposite sedi ricavate nella fascia porta anelli. Data la loro elasticità, gli anelli aderiscono alle pareti della camicia, garantendo così la tenuta su tutto il percorso del pistone. Esistono due tipi di anelli elastici: Gli anelli di tenuta, il primo dei quali, quello sistemato più in alto che riceve direttamente i gas combusti, è generalmente cromato per poter resistere alle alte temperature ed alle alte pressioni. Per ridurre gli effetti del martellamento dell anello, la relativa sede è lavorata in un inserto di ghisa annegato nel pistone. Gli anelli, essendo a contatto del pistone, tramite le relative sedi, e con le pareti della camicia, permettono il passaggio verso la camicia del calore ricevuto dal pistone. L anello raschia - olio, sistemato nella parte inferiore, avente più lo scopo di raschiare l olio che di trasmettere il calore; una serie di fori praticati sul pistone, nella sede dell anello raschia olio, permette che il lubrificante raccolto dall anello stesso, passi all interno del pistone e ritorni nella coppa del motore.

50 DISASSAMNETO ASSE DEL CILINDRO E ASSE DEL PISTONE Nei motori moderni si può avere l asse del cilindro e l asse del pistone disassato. Di seguito sono illustrati i motivi per cui si adottano queste soluzioni Disassamento del cilindro rispetto all asse dell albero motore. La forza agente lungo l asse del manovellismo F pari alla forza esercitata dai gas della combustione per la geometria dell accoppiamento pistone, biella e albero motore si scompone in due forze, una, agente lungo lo biella Fb, e una trasversale al pistone Fa figura 1. Quest ultima forza tende a provocare perdite di potenza per attrito e usura, con la conseguente difettosità di tenuta tra pistone e canna cilindro nonché l insorgere di rumorosità. Fig1 Al fine di limitare queste problematiche si può ridurre la forza Fa facendo traslare l asse del cilindro rispetto al piano verticale passante per l asse dell albero motore nel senso di rotazione del motore. Infatti, come si può notare nella figura 2 spostando l asse del cilindro a parità di angolo di manovella si riduce l angolo β, e quindi si riduce la forza Fa. Nota. L intensità della forza Fa è in funzione dell angolo β in quanto la sua relazione è Fa= F x tg β dove tg β è la tangente dell angolo definito dalla biella e dall asse verticale del manovellismo. Fig. 2 Peraltro il disassamento provoca alcune anomalie, per esempio: I punti morti del pistone non corrispondono angolarmente con i punti morti del manovellismo. La corsa del pistone risulta lievemente maggiore del valore normale

51 Disassamento del pistone rispetto all asse dello spinotto. Legenda A asse dello spinotto B asse del pistone Particolare importanza riveste il valore del gioco tra cilindro è pistone, in quanto valori molto ristretti possono provocare fenomeni di grippaggio, al contrario, valori eccessivi, possono generare rumorosità di battito dovuto allo spostamento del pistone da una parte all altra del cilindro per effetto della inversione del carico laterale agente sul pistone stesso Il battito si percepisce, quando il gioco supera un valore critico ed il rumore aumenta quanto più il gioco aumenta, perciò è più forte con motore freddo, quando il gioco è massimo, e diminuisce man mano che la temperatura del motore si avvicina al valore di regime. Il battito diminuisce anche con l aumentare della velocità angolare del motore. Il fenomeno è dovuto sostanzialmente alla rottura del velo d olio tra pistone e canna del cilindro, questo fa si che si crei un urto tra pareti metalliche nude che generano un forte rumore. Per ovviare alla rottura del velo d olio è stato escogitato l accorgimento di spostare l asse dello spinotto con l asse del pistone. Da prove sperimentali si può affermare che disossando lo spinotto di circa il 3% dell alesaggio in senso opposto a quello di rotazione dell albero motore si elimina quasi sempre il battito del pistone, e che disossandolo invece nel verso di rotazione dell albero a meno che non si adottino valori notevoli del disassamento, il miglioramento è meno sentito. Il disassamento dello spinotto, implica che i pistoni e le bielle assumono tra loro un preciso verso di montaggio individuabile da punti di riferimento o da misure da effettuarsi tra pistone e biella, come nelle figure sottoripotate. Inoltre il complessivo delle bielle e pistoni ha un verso di montaggio rispetto all albero motore, generalmente individuato da una freccia rivolta verso la distribuzione posta sul cielo del pistone o sulla testa di biella.

52 ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE. Nota: i valori riportati sono puramente indicativi. Controllo diametro pistoni ATTREZZATURA DI MISURA MICROMETRO CENTESIMALE VALORI PRESCRITTI DIAMETRO PISTONE Classe Valori in [mm] A B C GIOCO PISTONE CANNA CILINDRI PROCEDURA DI MISURA Come già visto a proposito delle canne anche per i pistoni esistono più classi con diverse caratteristiche dimensionali. La misura va eseguita perpendicolarmente al foro dello spinotto biella. NOTA: ciò che veramente è importante è il gioco calcolato tra canna e pistone. Nel caso in cui il gioco non è nei valori corretti, per alcuni tipi di canne, è possibile eseguire una maggiorazione.

53 Controllo diametro sede spinotto ATTREZZATURA DI MISURA ALESAMETRO VALORI PRESCRITTI MISURA DIAMETRO FORO: [ mm ] PROCEDURA DI MISURA Il diametro interno del foro di alloggiamento dello spinotto per il collegamento tra pistone e biella deve avere un valore entro la tolleranza prevista. In caso contrario bisogna sostituire il pistone. Controllo diametro esterno spinotto ATTREZZATURA DI MISURA MICROMETRO VALORI PRESCRITTI MISURA DIAMETRO SPINOTTO [mm] PROCEDURA DI MISURA Controllando il diametro dello spinotto di fissaggio del pistone alla biella è possibile calcolare il gioco tra la boccola della biella e lo spinotto stesso.

54 Controllo del peso dei pistoni DIFFERENZA DI PESO MASSIMA ATTREZZATURA DI MISURA BILANCIA A DUE PIATTI VALORI PRESCRITTI PROCEDURA DI MISURA ± 5g Per un corretto bilanciamento delle masse è necessario che non vi sia una differenza di peso tra i singoli pistoni. Nel caso in cui si rilevi una differenza di peso maggiore del massimo previsto è possibile eseguire un intervento per eliminare materiale nei punti predisposti sotto al pistone. Le frecce indicano i punti per l asportazione del materiale in eccesso. Controllo luce anelli di tenuta ATTREZZATURA DI MISURA SPESSIMETRO VALORI PRESCRITTI ANELLO DIMENSIONE [mm] Tra il 1 anello e la sede Tra il secondo anello e la sede Tra l anello raschia olio e la sede PROCEDURA DI MISURA Per controllare gli anelli di tenuta tra il pistone e la canna è necessario inserirli all interno della canna e verificare con uno spessimetro che il valore della luce rientri nelle tolleranze previste. Controllo del gioco di accoppiamento degli anelli di tenuta. ATTREZZATURA DI MISURA MICROMETRO/SPESSIMETRO

55 VALORI PRESCRITTI SPESSORE ANELLI DI TENUTA Dimensione (mm) Spessore 1 anello di tenuta compressione cilindri Spessore 2 anello di tenuta compressione cilindri Spessore 3 anello di tenuta compressione cilindri (raschiaolio) SEDE ANELLI DI TENUTA Dimensione (mm) Sede 1 anello di tenuta compressione cilindri Sede 2 anello di tenuta compressione cilindri Sede 3 anello di tenuta compressione cilindri (raschiaolio) GIOCO ASSIALE ANELLI DI TENUTA Dimensione (mm) Gioco assiale 1 anello di tenuta compressione cilindri [mm] Gioco assiale 2 anello di tenuta compressione cilindri [mm] Gioco assiale 3 anello di tenuta compressione cilindri (raschiaolio) [mm] PROCEDURA DI MISURA Con l ausilio di un micrometro si misura lo spessore degli anelli di tenuta, in seguito con lo spessimetro (1a) è possibile controllare il gioco tra l anello (1b) e la sede dell anello sul pistone (1c).

56 BIELLA Legenda 1. Piede di biella. 2. Semicuscinetti 3. Boccola 4. Fusto 5. Testa di biella 6. Cappello di biella La biella è l organo di collegamento fra il pistone e l albero motore; ha lo scopo di trasformare il moto rettilineo alternativo del pistone in moto circolare dell albero motore. Generalmente per la realizzazione dei motori automobilistici è costruita con la tecnica della fusione in ghisa speciale, ma possono essere costruite anche in acciaio fucinato, e raramente in duralluminio stampato. Essa è costituita da tre parti principali: Il piede di biella, munito quasi sempre di una boccola antifrizione di bronzo nella quale gira liberamente il perno del pistone; Il fusto, avente generalmente una sezione ad I per poter meglio resistere alle sollecitazioni alle quali è sottoposta. Per impieghi automobilistici la superficie del fusto è lasciata generalmente grezza. La testa di biella, che si articola sul perno di biella dell albero motore. In alcune realizzazioni il cappello di biella è ottenuto per frattura.

57 ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE. Nota i valori riportati sono puramente indicativi. Controllo diametro boccola piede di biella. ATTREZZATURA DI MISURA ALESAMETRO VALORI PRESCRITTI MISURA DIAMETRO BOCCOLA [mm] PROCEDURA DI MISURA Il diametro boccola è importante per un corretto accoppiamento tra la boccola e lo spinotto di collegamento con il pistone. Nel caso in cui il valore è fuori tolleranza è possibile rettificarlo oppure sostituire la boccola in rame. Controllo diametro interno testa di biella. ATTREZZATURA DI MISURA ALESAMETRO VALORI PRESCRITTI MISURA DIAMETRO TESTA DI BIELLA [mm] PROCEDURA DI MISURA Per questo controllo non bisogna alloggiare i semicuscinetti di biella nella testa di biella e sul relativo cappello, e assemblarli serrando le viti alla coppia prescritta.

58 Controllo del gioco dei perni di biella ATTREZZATURA DI MISURA PLASTIGAGE VALORI PRESCRITTI GIOCO CUSCINETTI DI BIELLA/PERNI DI BIELLA ALBERO MOTORE [mm] PROCEDURA DI MISURA Controllo dei giochi I giochi tra i perni di biella e i cappelli di biella possono essere calcolati per differenza tra le misure descritte oppure rilevati con l apposito filo calibrato PLASTIGAGE, come per i perni e i cappelli di banco. Controllo del peso delle bielle ATTREZZATURA DI MISURA BILANCIA A DUE PIATTI VALORI PRESCRITTI DIFFERENZA DI PESO MASSIMA +/- 2,5g PROCEDURA DI MISURA. Per un corretto bilanciamento delle masse è necessario che non vi sia una differenza di peso tra i singoli pistoni. Nel caso in cui si rilevi una differenza di peso maggiore del massimo previsto è possibile eseguire un intervento per eliminare materiale nei punti predisposti sotto al pistone. Le frecce indicano i punti per l asportazione del materiale in eccesso.

59 VOLANO Legenda 1. Volano 2. Ruota fonica 3. Spine per centraggio frizione Il volano ha la funzione di regolarizzare il funzionamento del motore; come è stato già spiegato un motore a quattro tempi presenta tre fasi passive durante le quali il motore assorbe potenza ed una sola attiva durante la quale, invece, eroga potenza. Il volano svolge proprio la funzione di serbatoio, infatti, esso assorbe energia durante la fase attiva del funzionamento del motore, restituendola durante le tre fasi passive, in questo modo è garantito un funzionamento più regolare del motore, in quanto la potenza erogata dal motore è livellata dal volano stesso. L effetto di regolarizzazione del volano si riferisce al funzionamento del motore al minimo con frizione aperta; in tutte le altre condizioni la massa del veicolo rende trascurabile il contributo del volano. L altezza media del diagramma della coppia rappresenta la coppia media erogata dal motore al minimo. Per definizione, le aree al di sopra della coppia media sono uguali a quelle al di sotto. L area tratteggiata al di sopra della linea della coppia media è proporzionale all energia immagazzinata dal volano e l area al di sotto della linea media rappresenta l energia che è restituita dal volano nel corso di un ciclo. Legenda C. Coppia Cm. Coppia media AMan. Angolo di manovella V Mot. Velocità motore Vm. velocità media I. Fase di aspirazione II. Fase di compressione III. Fase di espansione IV. Fase di scarico Nota: il diagramma sopra riportato si riferisce a un motore monocilindrico Il VOLANO DVA (doppio volano ammortizzatore)

60 Legenda 1. Massa solidale con albero motore. 2. Massa solidale con albero primario del cambio. 3. Sistema elastico torsionale di smorzamento. 4. Corona dentata. Questa tipologia di volano consente di ridurre ulteriormente le vibrazioni dovute alla irregolarità di funzionamento del motore, esso è costituito da due masse, una solidale con l albero motore ed una solidale con l albero primario del cambio con interposto un elemento smorzante, questo elemento assorbe e dissipa le vibrazioni (torsionali) indotte dal motore contribuendo a migliorare il comfort di marcia; mentre le due masse svolgono la funzione di volano. Funzionamento del volano DVA Con riferimento alla figura sopra riportata, la massa solidale all albero motore contribuisce alla inerzia del motore, mentre l altra massa solidale al cambio aumenta l inerzia della trasmissione; avendo perciò una riduzione della inerzia del motore ed un aumento di quella della trasmissione, a parità di massa (e quindi di inerzia del volano), grazie anche al collegamento tra le due masse, realizzato da molle, si ottiene una forte riduzione delle vibrazioni indotte dal motore alla trasmissione specialmente a basso numero di giri motore, quando maggiori sono le vibrazioni. Questo consente di aumentare il comfort di guida, specialmente ai bassi regimi (vedi figura in basso).

61 Legenda A. Volano convenzionale B. Volano DVA D. Numero di giri durante il rilievo delle vibrazioni torsionali (fase di guida della vettura) E. Motore T. Trasmissione 1. Motore 2. Trasmissione 3. Volano tradizionale 4. Disco della frizione con molle torsionali 5. Volano primario (prima massa) 6. Molle torsionali 7. Volano secondario (seconda massa) 8. Disco della frizione senza molle torsionali Rpm. Fluttuazione dei giri t. Tempo

62 TESTA CILINDRI La testa cilindri è l elemento che, assieme al pistone e alla canna cilindro, delimita la camera entro cui avviene la successione delle fasi del ciclo termodinamico; la totalità degli attuali motori è munita di una testa cilindri riportata che è collegata al basamento per mezzo di viti prigioniere e dadi opportunamente disposti in modo da assicurare la tenuta tra testa cilindri e gruppo cilindri ed impedire deformazioni sotto l azione del calore e della pressione. Nella testa cilindri sono ricavati di fusione e di seguito finiti con lavorazioni meccaniche i seguenti particolari: Le sedi per le candele di preriscaldo I vani per la circolazione del liquido refrigerante ed i condotti per l olio lubrificante Le sedi per i cuscinetti di supporto dell albero di distribuzione Le sedi per le guide valvola Le sedi valvola I condotti di aspirazione e di scarico I fori dei prigionieri per il collegamento della testa al basamento. Le sedi valvole ed in particolare quelle per le valvole di scarico, sono soggette ad un forte logorio, data l elevata temperatura cui sono sottoposte perciò, sono spesso costruite in materiali speciali. La testa cilindri è fissata al basamento mediante viti che sono serrate con la tecnica della coppia più angolo. Generalmente la testa cilindri contiene gli alberi della distribuzione, ma, nelle ultime generazioni di motori, specialmente motori plurivalvole, questa soluzione è stata abbandonata, infatti, si predilige la soluzione testa cilindri e sovratesta, dove gli alberi a camme sono contenuti in quest ultima Legenda A. Testa cilindri B. Sovratesta

63 Guarnizione della testa Legenda 1. Testa cilindri 2. Guarnizione della testa cilindri Al fine di garantire la massima planarità possibile alle superfici di accoppiamento della testa al basamento, le stesse sono lavorate di rettifica. Un esame al microscopio della superficie metterebbe, però, in evidenza due principali forme d irregolarità: Ondulazioni, quando il profilo della superficie contiene numerosi avvallamenti e picchi provocati dalla flessione e dalla vibrazione del mandrino della macchina utensile; Rugosità sovrapposta al profilo ondulato, consistente in un infinito numero di piccolissimi avvallamenti e picchi ripidi, provocati dall azione di strappamento del materiale nei processi di rettifica. Quindi, se le superfici fossero accoppiate direttamente, il contatto avverrebbe solo fra i picchi delle irregolarità. La funzione della guarnizione della testa cilindri è, pertanto, quella di ovviare a questi inconvenienti, mantenendo la tenuta dei fluidi e dei gas in tutte le condizioni operative, mediante la ridistribuzione del carico di serraggio su di una superficie la più ampia possibile ed in modo uniforme. Inoltre, durante il funzionamento, gli organi di fissaggio tesi tendono a rilassarsi, con perdita di tiro; l elasticità della guarnizione deve prendersi carico anche di questo problema. I principali requisiti della guarnizione della testa cilindri sono: Predisposizione di varie aperture per: Cilindri e camere di combustione Passaggi dell olio Passaggi per il liquido di raffreddamento Fori per prigionieri e bulloni Fori per comando delle punterie (quando l asse a camme è nel basamento) Resistenza all attacco chimico da: Carburanti e prodotti della combustione Liquidi di raffreddamento e additivi Olio motore e additivo Resistenza alle condizioni operative a causa di: Pressioni interne ad ampia fluttuazione, comprese quelle prodotte in condizioni di detonazione. Temperature ad ampia fluttuazione ed esposizione alla fiamma. Stabilità in condizioni di compressione per evitare un assestamento eccessivo. Le guarnizioni della testa cilindri possono essere realizzate in resina armata con fibre sintetiche (Kevlar, Aramid) resistenti ad alta temperatura, o in lamiera di acciaio. In entrambi i casi sono presenti inserti in elastomero per assicurare la tenuta nei passaggi dei fluidi (olio, acqua) fra testa e basamento.

64 ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE. Nota i valori riportati sono puramente indicativi. Controllo planarità piano inferiore ATTREZZATURA DI MISURA SQUADRA SPESSIMETRO VALORI PRESCRITTI ERRORE DI PLANARITA [mm] < 0.1 ALTEZZA DELLA TESTA [mm] 107 +/-0.05 MASSIMO VALORE ASPORTABILE IN SPIANATURA [mm] 0.1 PROCEDURA DI MISURA Dopo aver eseguito le procedure di smontaggio è possibile eseguire i controlli di planarità del piano inferiore della testa. Se i valori rilevati non rientrano nella tolleranza prevista è possibile eseguire una spianatura tenendo presente i valori di altezza minima ammessa e/o di profondità.

65 Controllo diametro supporti alberi di distribuzione. ATTREZZATURA DI MISURA ALESAMETRO VALORI PRESCRITTI DIAMETRO SUPPORTI ALBERI DISTRIBUZIONE Diametro primo supporto albero distribuzione [mm] Diametro secondo supporto albero distribuzione. [mm] Diametro terzo supporto albero distribuzione. [mm] Diametro quarto supporto albero distribuzione. [mm] Diametro quinto supporto albero distribuzione. [mm] PROCEDURA DI MISURA Dopo aver smontato l albero di distribuzione, rimontando i cappelli con le viti serrate alla coppia indicata in figura, è possibile misurare il diametro interno dei supporti.

66 Controllo diametro interno guidavalvole ATTREZZATURA DI MISURA ALESAMETRO VALORI PRESCRITTI DIAMETRO ESTERNO GUIDAVALVOLE. [mm] MAGGIORAZIONE DIAMETRO ESTERNO GUIDAVALVOLE. [mm] DIAMETRO INTERNO GUIDAVALVOLE. [mm] PROCEDURA DI MISURA Misurando il diametro interno del guidavalvole e conoscendo il diametro dello stelo valvola è possibile verificarne il gioco relativo. Quando questo non rientra nei valori previsti bisogna sostituire il guidavalvole. Nel caso in cui, dopo la sostituzione del guidavalvole, la misura del diametro interno non rientri nella tolleranza prevista è possibile eseguirne l alesaggio con l apposito strumento.

67 Controllo sedi valvole ATTREZZATURA DI MISURA CALIBRO VALORI PRESCRITTI Diametro esterno sedi valvole di aspirazione [mm] Diametro esterno sedi valvole di scarico [mm] Angolo fascia sedi valvole in contato con le valvole /- 1 Larghezza fascia di contatto (L) [mm] 2 PROCEDURA DI MISURA Le sedi valvole hanno il profilo tipico indicato in figura. Come si può notare anche dai dati dimensionali caratteristici vi sono tre fasce con tre angolazioni diverse. Di queste tre fasce solo quella centrale è quella che si ritrova a contatto con la valvola. Generalmente si eseguono le seguenti operazioni: Rettificare la sede valvola con mola a 45 30''. Ridurre la sede valvola in alto con mola a 20 e in basso con mola a 75, fino ad ottenere la larghezza della fascia di contatto con valvole prescritta. Nota bisogna rettificare le sedi delle valvole ogni qual volta si sostituiscono le valvole o i guidavalvole. Nota. Le operazioni di rettifica delle valvole e adattamento valvola (smerigliatura delle valvole) con la rispettiva sede vengono svolte attraverso apparecchiature apposite che permettono di raggiungere i valori angolari durante la lavorazione stessa.

68 Controllo di tenuta ATTREZZATURA DI MISURA ATTREZZO SPECIFICO PER LA TENUTA (ES ) / LEVA (ES ) PROCEDURA DI MISURA Dopo aver eseguito l eventuale rettifica della sede delle valvole bisogna controllare la linea di battuta di ciascuna valvola con la relativa sede. Montare provvisoriamente le valvole e le candele di accensione e effettuare la prova di tenuta delle valvole alla compressione con gli attrezzi (1a) e (1b). Scelta della guarnizione (controllo sporgenza pistoni) ATTREZZATURA DI MISURA COMPARATORE MUNITO DI BASE MAGNETICA VALORI PRESCRITTI MISURA SPORGENZA MASSIMA PISTONI SCELTA GUARNIZIONE [mm] / [mm] (nessun foro) [mm] / [mm] (un foro) [mm] / [mm] (due fori) PROCEDURA DI MISURA Per controllare la sporgenza dei pistoni (ovviamente al PMS) rispetto al piano del basamento, azzerare il comparatore con base magnetica sul piano del basamento e poi accostandolo al pistone rilevare la sporgenza in almeno due punti. Rilevata la sporgenza media dei pistoni è possibile dimensionare la guarnizione selezionandola tra le tre misure disponibili e identificabili dal numero di tacche presenti sulla guarnizione stessa.

69 DISTRIBUZIONE Con il termine distribuzione si definisce l insieme degli organi meccanici (albero della distribuzione, punterie, aste e bilancieri) che permettono l apertura e la chiusura delle valvole di aspirazione e di scarico in base al diagramma della distribuzione. Il movimento degli alberi della distribuzione, solitamente montati nella testa o in una sovratesta fissata alla testa cilindri vera e propria, è ottenuto tramite il collegamento all albero motore mediante una cinghia dentata in gomma, oppure tramite una catena. DISTRIBUZIONE A CINGHIA DENTATA La distribuzione a cinghia dentata si ottiene tramite una cinghia realizzata in gomma, (7) che unisce una puleggia fissata all albero motore (1) e una o due pulegge fissate agli alberi della distribuzione (3) secondo lo schema di progetto del motore, con un rapporto di trasmissione di 2 a1, cioè due giri albero motore equivalgono a un giro albero della distribuzione. La cinghia dentata è messa in tensione da uno o più tendicinghia che possono essere di tipo fisso (2), a molla (5), oppure idraulico, questi ultimi sono utilizzati per regolare la tensione della cinghia di distribuzione. La cinghia oltre all albero della distribuzione può trasmettere il moto anche ad altri componenti, nei Diesel la pompa di alta pressione (4) e la pompa del liquido di raffreddamento(5), come si vede in figura. Cinghie dentate

70 Le cinghie, come precedentemente accennato sono realizzate in gomma, e sono dentate (2) internamente ed ogni dente è profilato in modo tale da accoppiarsi con il dente esterno dell ingranaggio della puleggia dell albero della distribuzione e dell albero motore. La cinghia è realizzata con uno strato di fibra di vetro che sopporta il carico di trazione o con cordoncini 1 di materiale simile. Queste corde, o trefoli, sono resistenti, flessibili e non danno luogo a stiramenti permanenti. I denti formati in neoprene sono collegati nella parte interna dell armatura che sostiene il carico per permettere che sia mantenuta una presa continua e positiva fra la cinghia ed il dente della puleggia. Il supporto di gomma sintetica è morbido sulla parte esterna ed è collegato al trefolo. Questo mantiene in posizione lo strato di trefoli continuamente soggetti a flessione. Inoltre, lo strato di sostegno esercita il contatto con il tendicinghia. Per allungare la vita utile, è fissato sul dente interno della cinghia un rivestimento di tessuto di nylon robusto e resistente all usura. Le cinghie posseggono i vantaggi seguenti: Presentano un costo inferiore al sistema a catena; non necessitano di lubrificazione, per cui si eliminano carter a tenuta, circuiti di lubrificazione e relativa manutenzione; Risultano notevolmente silenziose per l assenza di parti metalliche a contatto. Per contro, presentano dei limiti che ne rendono talvolta critica la situazione: Proprio perché l avvolgimento sulle pulegge avviene per flessione, la cinghia è sottoposta continuamente a cicli di affaticamento e pertanto presenta una durata sensibilmente inferiore alle catene; L accoppiamento cinghia-puleggia è particolarmente sensibile allo sporco e, quindi richiede, come la catena, protezioni stagne, anche se di costo minore;

71 DISTRIBUZIONE A CATENA Legenda 1. Puleggia albero della distribuzione 2. Puleggia albero motore 3. Pattino tenditore catena 4. Pattino guida catena 5. Catena di distribuzione 6. Tenditore idraulico La distribuzione a catena à identiche caratteristiche funzionali della distribuzione a cinghia dentata, tranne per il mezzo con cui si realizza il moto delle pulegge degli alberi di distribuzione. Le distribuzioni realizzate con le catene hanno il pregio di essere più robuste, precise, e con maggior durata rispetto a quelle a cinghia dentata. D altro canto devono essere lubrificate, con conseguente adozione di carter stagni e passaggi di olio specifici, e possono diventare, col tempo, molto rumorose, causa l allungamento stesso della catena. Per compensare il naturale l allungamento della catena, conseguente alle dilatazioni termiche di testa e basamento, e l usura della ruota dentata, si utilizzano dei tensionatori automatici idraulici che, combinando la pressione dell olio con la spinta di una molla, mantengono il livello ottimale di tensione della catena. Essi applicano la loro azione sul ramo non traente. Sia i pattini tenditori sia le relative guide sono realizzate in materiale plastico con elevate caratteristiche di resistenza all usura. Catene a rulli Legenda 1. Lamella esterna 2. Perno 3. Boccola 4. Rullo 5. Lamella interna Le catene a rulli sono costituite da numerose coppie di lamelle di collegamento interne ed esterne. Le estremità delle lamelle interne presentano un largo foro che supporta una boccola cilindrica in acciaio; ogni coppia di lamelle esterne è collegata con un perno che ha gioco rispetto alla bussola, ma è piantato con interferenza nei fori delle lamelle esterne.

72 Infine, per ridurre l usura da attrito, su ogni boccola è montato libero un rullo cilindrico che ingrana con la ruota dentata, condividendone gli sforzi della trasmissione. TRASFERIMENTO DEL MOTO NEI MOTORI PLURIVALVOLE Come precedentemente accennato la catena o la cinghia di distribuzione agisce sulle pulegge della distribuzione, che possono essere, una per albero di distribuzione oppure una puleggia per entrambi gli alberi. Questa ultima soluzione è quella più adottata nei motor Diesel come illustrato nella figura seguente. Legenda 1. Albero conduttore 2. Albero condotto Gli ingranaggi 1 e 2 hanno il compito di trasferire il moto dall albero dotato di puleggia (albero conduttore) all albero libero (albero condotto). MANUTENZIONE Sia per la distribuzione a cinghia sia per quella a catena, in caso di sostituzione per rottura o per manutenzione, occorre eseguire la procedura di messa in fase della distribuzione. Per eseguire questa procedura bisogna posizionare gli alberi della distribuzione e l albero motore in un determinato punto. Questo punto è definito dal costruttore, secondo la geometria del manovellismo e la fase di accensione. Solitamente per determinare la posizione sono ricavati dei punti di riferimento che vengono stampigliati sui carter e sulle pulegge motore e distribuzione. Ultimamente, per rispondere alla richiesta di maggior precisione delle centraline controllo motore e per facilitare il montaggio delle cinghie o delle catene sono utilizzate delle dime di posizionamento per l albero motore figura 1 e per gli alberi a camme figura2. Nel posizionamento delle dime l albero motore si può trovare al punto morto superiore o con i pistoni allineati a metà corsa. In questo caso generalmente il pistone numero 1 è in fase di discesa. Negli esempi proposti si possono vedere le soluzioni adottate per il motore Fiat v MJT, e per il motore Fiat V MJT

73 Motore 1.3 MJT Fig1 Figura 1 1. Foro sul volano 2. Attrezzo per al messa in fase dell albero motore Figura 2 1. Attrezzi per la messa in fase degli alberi a camme 2. Sedi perr il montaggio degli attrezzi ricavati sulla sovratesta Fig2 Motore V MJT Fig1 Fig2 Figura 1 1. Vite coperchio lato distribuzione da togliere per il fissaggio dell attrezzo di messa in fase. 2. Attrezzo per la messa in fase dell albero motore Figura 2 1. Attrezzi per la messa in fase degli alberi a camme. 2. Tappi delle sedi per il montaggio degli attrezzi ricavati sulla sovratesta Un altra caratteristica dei motori che adottano le dime di posizionamento è quello di non avere le pulegge della distribuzione vincolate con chiavette agli alberi della distribuzione (in alcuni casi anche la puleggia dell albero motore non è dotata di chiavetta), questo permette il tensionamento delle cinghie di distribuzione con le pulegge allentate, consentendo una migliore distribuzione della tensione sulla cinghia stessa, ed evitando l insorgere di leggeri fuori fase, che possono creare anomalie di funzionamento del motore.

74 ALBERO DELLA DISTRIBUZIONE Legenda 1. Eccentrici 2. Supporti L albero della distribuzione o albero degli eccentrici ha il compito di agire tramite i propri eccentrici (camme) al fine di aprire le valvole di aspirazione e di scarico secondo il diagramma della distribuzione voluto. Gli eccentrici hanno un profilo caratteristico che determina la legge di apertura e di chiusura. Legenda A diametro primitivo B cuspide della camma C Profilo Il comando delle valvole si realizza o direttamente per il mezzo delle punterie, oppure indirettamente per mezzo di leve dette bilancieri. Per la costruzione è utilizzato in genere acciaio a basso tenore di carbonio, fucinato o cementato per carburazione in corrispondenza degli eccentrici, oppure in ghisa speciale fisa in conchiglia in corrispondenza degli eccentrici, o temprata in seguito a riscaldamento degli eccentrici con getti di gas. Oggi giorno gli alberi della distribuzione sono montati nella testa cilindri oppure in una sovratesta in modo da risultare intubati in essa. Possono essere dotati di apposite scanalature per consentire l operazione di messa in fase della distribuzione. I sistemi di gestione motore attuali necessitano per le loro funzioni del segnale detto di FASE, che abbinato al segnale di GIRI e PMS permettono alla centralina controllo motore il riconoscimento della esatta posizione dei cilindri. La tipologia del sensore è di tipo ad effetto Hall, esso è affacciato a lavorazioni apposite realizzate direttamente sull albero, oppure sono sfruttate le tacche per le dime utilizzate per la procedura di messa in fase

75 Esempio di tacca di riferimento Legenda A. tacca di riferimento realizzata sull albero della distribuzione di aspirazione del motore 1,9 16 V MJET. 1. tacche di riferimento segnale di fase.

76 ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE. Nota i valori riportati sono puramente indicativi. Controllo gioco assiale albero distribuzione. ATTREZZATURA DI MISURA COMPARATORE MUNITO DI BASE MAGNETICA VALORI PRESCRITTI GIOCO ASSIALE ALBERI DISTRIBUZIONE [mm] PROCEDURA DI MISURA Prima di smontare l albero di distribuzione dal corpo testa motore è possibile eseguire la verifica del gioco assiale. Montando il comparatore come indicato in figura ed esercitando una forza longitudinalmente all asse di distribuzione si devono rilevare i valori di esempio indicati in tabella.

77 Controllo diametro perni alberi distribuzione. ATTREZZATURA DI MISURA MICROMETRO VALORI PRESCRITTI DIAMETRO PERNI ALBERI DISTRIBUZIONE Diametro primo perno albero distribuzione [mm] Diametro secondo perno albero distribuzione [mm] Diametro terzo perno albero distribuzione [mm] Diametro quarto perno albero distribuzione [mm] Diametro quinto perno albero distribuzione [mm] PROCEDURA DI MISURA La differenza tra il diametro interno dei supporti e il diametro dei perni definisce il gioco trasversale dell albero che deve rientrare nella fascia prevista per esempio ( mm) In caso di gioco fuori tolleranza bisogna cambiare la testa del motore. Controllo alzata nominale valvole ATTREZZATURA DI MISURA COMPARATORE CON BASE MAGNETICA / SQUADRI A V VALORI PRESCRITTI ALZATA NOMINALE DELLA CAMMA DI ASPIRAZIONE [mm] 8 ALZATA NOMINALE DELLA CAMMA DI SCARICO [mm] 8 PROCEDURA DI MISURA Montando il comparatore come indicato in figura è possibile rilevare l alzata nominale delle camme. In caso di alzata fuori tolleranza cambiare l albero distribuzione. Nota:questa non corrisponde con l alzata delle valvole perché bisogna ancora considerare il gioco delle punterie (nel caso di punterie non idrauliche).

78 COMANDO DELLE PUNTERIE L azione dell albero a camme sulla punteria può essere realizzato seguendo diversi schemi, i più utilizzati nei motori fiat sono principalmente due: Comando diretto, dove la camma agisce direttamente sul bicchierino Legenda 1. Albero a camme 2. Piattello di registro 3. Punteria Comando tramite bilanciere a dito Legenda 1. Punteria 2. Punteria 3. Albero a camme

79 ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE. Nota i valori riportati sono puramente indicativi. Controllo gioco valvole ATTREZZATURA DI MISURA SPESSIMETRO VALORI PRESCRITTI GIOCO DELLE VALVOLE IN POSIZIONE DI CHIUSURA ASPIRAZIONE [mm] 0.30 GIOCO DELLE VALVOLE IN POSIZIONE DI CHIUSURA SCARICO [mm] 0.35 PROCEDURA DI MISURA Svitare le viti (1a) e rimuovere il coperchio punterie (1b) completo di relativa guarnizione. 2. Utilizzando uno spessimetro misurare il gioco presente tra l albero distribuzione ed il piattello punteria. Ruotare l albero distribuzione agendo sul dado della puleggia conduttrice distribuzione e controllare il gioco su tutte le punterie. Riporre nella sua sede il coperchio punterie completo di guarnizione e fissarlo con le relative viti alla coppia prescritta. Nota. Procedura riferita al motore 1.9 8V MJT

80 PUNTERIE IDRAULICHE Legenda 1. Bicchierino 2. pistoncino 3. Manicotto 4. Valvola a sfera 5. Molla principale 6. Camera dell olio L utilizzo delle punterie idrauliche in luogo di quelle tradizionali come elemento di tramite tra albero a camme e le valvole, ha lo scopo di permettere la registrazione automatica del gioco di funzionamento tra punteria e camma stessa; il loro funzionamento si basa sull azione della pressione dell olio lubrificante. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO Quando la valvola è chiusa, nella camera racchiusa tra la parte mobile e la parte fissa della punteria esiste la stessa pressione del circuito di lubrificazione con la quale tale camera è in comunicazione attraverso una valvola a sfera di non ritorno, in queste condizioni la parte mobile è a contatto con l eccentrico, annullando il gioco; quando l eccentrico inizia ad esercitare una certa pressione sulla punteria, la valvola a sfera si chiude e, grazie alla incomprimibilità del lubrificante contenuto nella camera, è impedito lo schiacciamento della punteria, che in pratica diventa un pezzo unico permettendo l apertura della valvola. Il vantaggio che si ottiene nell adottare le punterie idrauliche, deriva dal fatto che si annulla automaticamente il gioco valvole, garantendo, durante il funzionamento del motore una minore rumorosità ed una riduzione degli interventi di manutenzione; questi vantaggi si fanno sentire maggiormente nei motori plurivalvole. Dentro il bicchierino è alloggiato un pistoncino che è a diretto contatto con lo stelo della valvola e che scorre su un cilindretto solidale con il bicchierino. A valvola chiusa, una molla interna al pistoncino spinge quest'ultimo e il bicchierino sia contro la valvola che contro la camma, causando un allungamento della dimensione della punteria stessa fino a recuperare tutti i giochi esistenti durante la fase di riposo della valvola. La spinta della molla interna al pistoncino è di molto inferiore a quella della molla di richiamo della valvola, la quale non è disturbata nella sua funzione che è quella di tenere la valvola in posizione di chiusura. All'interno del pistoncino c'è una piccola camera (cosiddetta "camera di pressione") che si riempie d'olio attraverso una valvola sferica che si apre durante l'allungamento della punteria (cioè, a valvola chiusa), per effetto della depressione conseguente.

81 Quando la camma inizia a spingere sulla punteria, la valvola sferica si chiude impedendo l'afflusso dell'olio che, essendo incomprimibile, trasmette la spinta della camma al pistoncino. A sua volta, il pistoncino, non potendo arretrare (sempre a causa dell incoprimibilità dell'olio), trasmette la spinta alla valvola che così si apre.

82 ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE. Nota i valori riportati sono puramente indicativi. Controllo bicchierini ATTREZZATURA DI MISURA ALESAMETRO (controllo diametro sede bicchierini)/micrometro (diametro esterno bicchierini) VALORI PRESCRITTI DIAMETRO SEDE BICCHIERINI [mm] DIAMETRO ESTERNO BICCHIERINI [mm] PROCEDURA DI MISURA Con il comparatore è possibile rilevare il diametro interno della sede bicchierini punteria idraulica. Se i valori sono fuori tolleranza bisogna cambiare la testa del motore. Utilizzando il micrometro rilevare il diametro esterno bicchierini. Dalla differenza tra il diametro sede e il diametro bicchierini si ha il gioco dei bicchierini che deve rientrare nella tolleranza prevista.

83 VALVOLE Legenda 1. Semiconi 2. Piattello superiore 3. Molla 4. Piattello inferiore 5. Valvola di aspirazione 6. Valvola di scarico Le valvole hanno lo scopo di permettere (al momento opportuno) l apertura e la chiusura dei condotti di aspirazione e di scarico presenti nella testa cilindri; garantire la tenuta della camera di combustione nei riguardi di detti condotti. Una valvola è costituita da due parti: Lo stelo che scorre in una guida di ghisa forzata nella testa cilindri oppure ricavata direttamente nella testa cilindri e che trasmette il moto alla relativa testa; La testa che serve a garantire, assieme alla sede della valvola, la tenuta. La valvola si apre spostandosi verso l interno della camera di combustione sotto la spinta delle camme dell albero della distribuzione, mentre il loro ritorno è solitamente affidato ad una molla elicoidale; l apertura della valvola verso l interno favorisce la tenuta, poiché la pressione interna del fluido si oppone alla apertura. Dal punto di vista funzionale, le valvole devono resistere alle elevate sollecitazioni meccaniche, causate dagli urti sulle sedi, e non devono deformarsi sotto l azione dell alta temperatura cui sono soggette, la valvola di scarico può facilmente raggiungere i 750 C, lo smaltimento del calore avviene attraverso il contatto fra il gambo e la sua guida e fra la testa e la sua sede; al fine di favorire lo smaltimento di calore si preferisce utilizzare valvole di scarico di diametro contenuto (se non due valvole in luogo di una) per la minore superficie esposta ai gas di scarico e con gambi lunghi e di grosso diametro (essendo maggiore la superficie attraverso la quale è smaltito il calore).

84 ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE. Nota i valori riportati sono puramente indicativi. Controllo lunghezza molle ATTREZZATURA DI MISURA CALIBRO CINQUANTESIMALE / PRESSA CON DINAMOMETRO VALORI PRESCRITTI LUNGHEZZA LIBERA MOLLE [mm] 44.1 LUNGHEZZA MOLLE CARICATE Carico [dan] Lunghezza molle caricate [mm] PROCEDURA DI MISURA La lunghezza delle molle sottoposte ai carichi indicati con l ausilio di una pressa dotata di dinamometro deve rientrare nei limiti di tolleranza previsti La lunghezza delle molle senza carico, misurata con un calibro cinquantesimale, deve rientrare nei limiti di tolleranza previsti.

85 Controllo dimensionale delle valvole ATTREZZATURA DI MISURA MICROMETRO VALORI PRESCRITTI DIAMETRO STELO VALVOLA DI ASPIRAZIONE [mm] DIAMETRO STELO VALVOLA DI SCARICO [mm] DIAMETRO ESTERNO DEL FUNGO VALVOLA DI SPIRAZIONE [mm] DIAMETRO ESTERNO DEL FUNGO VALVOLA DI SCARICO [mm] PROCEDURA DI MISURA Prima di controllare qualsiasi parametro dimensionale delle valvole è sempre buona norma eseguire una disincrostazione per eliminare i depositi carbonici. Dopo aver controllato che le valvole non presentino rigature o segni di ingranamento è possibile controllarne le caratteristiche dimensionali. Rettifica valvole Se la tenuta tra sede e valvola non è corretta, nei motori dove è previsto, è possibile eseguire una rettifica del profilo di tenuta della valvola ed una spianatura. Per operare la rettifica del profilo di contatto impostare l apposito strumento di rettifica con un angolo di Verifica Dopo la rettifica controllare che lo spessore X indicato in figura non sia inferiore ad 1mm. In caso contrario sarà necessario sostituire la valvola.

86 Verifica incasso valvole ATTREZZATURA DI MISURA COMPARATORE CON BASE MAGNETICA VALORI PRESCRITTI INCASSO VALVOLE [mm] PROCEDURA DI MISURA Sui motori DIESEL, dopo le operazioni di smerigliatura sedi valvole e/o di rettifica valvole, è necessario verificare l incasso della valvola rispetto al piano della testa. Questo controllo è importante in quanto le valvole potrebbero sporgere in modo eccessivo e variare sensibilmente il rapporto di compressione generando possibili malfunzionamenti.

87 CIRCUITI In questo capitolo sono descritti i seguenti circuiti e impianti: Circuito di lubrificazione Circuito di raffreddamento Impianto di aspirazione aria Impianto di scarico Impianto di alimentazione carburante Impianto di ricircolo gas dal basamento motore Impianto antievaporativo. Nota: alcuni impianti sono deserti in sommariamente in quanto saranno oggetto di ulteriori corsi di formazione. CIRCUITO DI LUBRIFICAZIONE Legenda 1. Tromba aspirazione olio 2. Pompa olio 3. Cartuccia filtro olio 4. Scambiatore di calore acqua olio 5. Canalizzazione longitudinale principale 6. Spruzzatori di raffreddamento del mantello dei pistoni. 7. Canalizzazione verticale (lubrificazione supporti alberi distribuzione). 8. Ricaduta olio in coppa 9. Interruttore per spia pressione olio motore. 10. Tubazioni lubrificazione turbocompressore La lubrificazione nei motori endotermici ha lo scopo di impedire il contatto diretto tra le parti che hanno un moto relativo, diminuendo il lavoro perduto per attrito e trasformato in calore; infatti, è sostituito l attrito di strisciamento tra i due corpi, quello di scorrimento interno del liquido lubrificante che, risultando di molto inferiore, produce un minore riscaldamento, con la lubrificazione si crea tra gli organi meccanici accoppiati e dotati di movimento, una pellicola di lubrificante capace di resistere alle pressioni esterne senza rompersi, infine la lubrificazione provvede ad asportare calore dalle parti più sollecitate dal ciclo termodinamico (stantuffi, valvole) contribuendo al raffreddamento del motore. CARATTERISTICHE DEI LUBRIFICANTI Le principali caratteristiche che devono contraddistinguere un lubrificante sono: Viscosità: è la caratteristica principale di un buon lubrificante e rappresenta la resistenza interna che l olio offre allo scorrimento delle singole particelle una sull altra;

88 Punto di infiammabilità: il punto di infiammabilità indica la temperatura alla quale il lubrificante incomincia ad emettere vapori infiammabili; Punto di congelamento: rappresenta la temperatura alla quale il lubrificante incomincia a perdere le sue caratteristiche di fluidità; Acidità: il lubrificante non deve essere acido per non attaccare le parti metalliche con le quali viene a contatto. COMPONENTI DELL IMPIANTO DI LUBRIFICAZIONE DEL MOTORE I componenti principali che costituiscono l impianto di lubrificazione del motore sono i seguenti: Coppa dell olio in lamiera o lega leggera: funge da serbatoio dell olio e permette, in parte, il raffreddamento dell olio stesso; Pompa volumetrica: aspira l olio nella coppa mediante una tubazione con filtro e lo manda pressurizzato (5 7 bar) in circuito; Filtri: destinati a depurare l olio, prima che esso giunga ai vari punti da lubrificare; durante il funzionamento del motore, l olio viene inquinato da: Particelle solide provenienti dall aria esterna. Particelle metalliche dovute all usura degli organi in movimento. Depositi carboniosi dovuti ad una combustione incompleta, che formano delle morchie e della fuliggine. Gas della combustione Zolfo contenuto nel combustibile E quindi necessario trattenere gli elementi nocivi in sospensione nell olio, onde evitare l intasamento dei vari condotti di lubrificazione e l avaria dei perni di banco e di biella, come pure dei relativi cuscinetti. Condotti forati nel basamento: convogliano l olio ai supporti dell albero motore e dell albero di distribuzione; l olio ritorna poi verso la coppa per gravità, Scambiatore di calore acqua olio: nel circuito tra la pompa ed i filtri è incorporato uno scambiatore di calore con la funzione di permettere il raffreddamento dell olio. Apparecchi di controllo: che hanno la funzione di rilevare e segnalare eventuali anomalie nel circuito di lubrificazione. POMPA OLIO Legenda 1. Camera di bassa pressione 2. Paratia di separazione 3. Camera di pressione 4. Condotto di mandata olio 5. Valvola limitatrice di pressione La pompa dell olio ha la funzione di generare la portata di olio in pressione necessaria alla corretta lubrificazione di tutti i componenti del motore; tale portata di olio serve anche al funzionamento delle punterie idrauliche e del variatore di fase. Nei motori per applicazioni automobilistiche, generalmente la pompa è del tipo ad ingranaggi interni, è montata direttamente ad un estremità dell albero motore, eliminando così l albero supplementare ed il relativo rinvio, è dotata di una valvola limitatrice della pressione. Il funzionamento della pompa si basa sul principio volumetrico, la valvola limitatrice di pressione interviene, quando la pressione dell olio supera il valore di taratura scaricando l olio verso la camera di bassa pressione. A Posizione di chiusura della valvola limitatrice. B Posizione di intervento della valvola limitatrice.

89 B A

90 ESEMPI DI MISURE TIPICHE PER LA REVISIONE DEL MOTORE. Nota i valori riportati sono puramente indicativi. Controlli su pompa olio ATTREZZATURA DI MISURA SPESSIMETRO / SQUADRA / PRESSA CON DINAMOMETRO / CALIBRO CINQUANTESIMALE VALORI PRESCRITTI MISURA GIOCO TRA INGRANAGGI E CORPO POMPA MISURA GIOCO TRA INGRANAGGI E COPERCHIO ALTEZZA MOLLA LIMITATRICE PRESSIONE OLIO MOTORE LIBERA ALTEZZA MOLLA LIMITATRICE PRESSIONE OLIO MOTORE AL CARICO DI dan PROCEDURA DI MISURA [mm] [mm] 49.8 [mm] 36.0 [mm] Le verifiche normalmente eseguite sono la misura del gioco tra gli ingranaggi e la pompa, e la sporgenza degli ingranaggi. In alcuni casi sono fornite le misure della molla limitatrice. Questo dipende da generalmente dai ricambi disponibili.

91 FILTRO OLIO Legenda 1. Elemento filtrante 2. Valvola di sicurezza 3. Fori ingresso olio 4. Condotto uscita olio I filtri oggi utilizzati sulle vetture sono del tipo a cartuccia, la cartuccia è costituita fa una massa di fili di cotone ritorti impregnati di un reagente chimico, oppure da dischi di carta sovrapposti gli uni agli altri; la cartuccia è contenuta generalmente in un involucro cilindrico di lamiera, oltre alla azione meccanica di arresto delle impurità fisiche del lubrificante, essa possiede anche un potere rigeneratore in quanto neutralizza l acidità e la trattiene al suo interno, per impedire che l intasamento del filtro arresti la circolazione dell olio, è applicata una valvola che, aprendosi, esclude il filtro mediante un corto circuito. Nelle ultime applicazioni si utilizzano sistemi integrati filtro olio e scambiatore di calore, dove il filtro dell olio è contenuto in una specie di tazza. Questi sistemi pur a complicando in alcuni casi l operazione di sostituzione permettono di sostituire solo la parte filtrante, e possono essere adattati alle varie esigenze di progettazione es. motori sovralimentati senza intervenire pesantemente sui componenti del motore, per es. il basamento o la testa cilindri per creare nuovi condotti di lubrificazione. SCAMBIATORE DI CALORE Legenda 1. Piastre refrigeranti 2. Distributore entrata lubrificante. 3. Distributrice uscita lubrificante Quando la coppa del motore non è sufficiente a smaltire il calore ed ottenere pertanto un conveniente raffreddamento del lubrificante, è adottato uno scambiatore di calore, solitamente tale scambiatore di calore è del tipo acqua olio, dove l olio cede il suo calore all acqua di raffreddamento; Il lubrificante che proviene dal motore entra nello scambiatore e scorre in parallelo attraverso le piastre interconnesse, uscendo poi verso il filtro, dopo il filtraggio il lubrificante ritorna al motore attraverso il raccordo al centro dello scambiatore, il refrigerante entra nella camicia e circola attorno alle piastre sottraendo il calore dal lubrificante per poi ritornare all impianto di refrigerazione del motore, una valvola limitatrice posta nello scambiatore consente di cortocircuitare le piastre in caso di sovrapressioni. COPPA MOTORE

92 Legenda 1. Basamento 2. Coppa olio E' una parte strutturale del motore che oltre alla funzione principale di contenimento dell'olio motore, può avere anche funzioni meccaniche, per esempio come collegamento del supporto albero di trasmissione intermedio, oppure come punto di ancoraggio di elementi della tubazione di scarico. La coppa olio può essere in lega di alluminio o in lamiera e presenta all'interno delle apposite paratie che evitano l'eccessivo sbattimento dell'olio motore con possibile pescaggio a vuoto della pompa. All interno della coppa può essere presente un sensore di livello olio. La coppa dell olio è munita di un tappo di scarico per le operazioni di manutenzione,

93 CIRCUITO DI FAFFREDDAMENTO Legenda 1. Pompa acqua 2. Sensore temperatura acqua 3. Termostato 4. Radiatore 5. Elettroventilatore 6. Serbatoio alimentazione impianto 7. Tubo rigido ritorno alla pompa acqua 8. Scambiatore di calore acqua-olio motore 9. Riscaldatore 10. Scambiatore di calore gas di scarico per E.G.R. 11. Tubazione di degasaggio 12. Tubazione alimento impianto Durante la combustione sono raggiunte all interno della camera di combustione temperature dell ordine dei C, una larga parte del calore generato dalla combustione non è trasformato in lavoro, ma è sottratto dal sistema di raffreddamento attraverso le pareti del cilindro, del pistone e della testa cilindri; queste parti devono essere adeguatamente raffreddate in modo da conservare il potere lubrificante dell olio e, nello stesso tempo, non compromettere le caratteristiche di resistenza meccanica dei metalli impiegati nella loro costruzione. A titolo di esempio si riportano i valori indicativi delle temperature di esercizio dei vari organi coinvolti nella combustione della miscela: Pareti del cilindro: 150 _ 200 C Pistone: 300 C al centro del cielo Pareti della camera di combustione: 250 C Valvole di scarico: C Occorre osservare che, se da una parte occorre raffreddare il motore durante il suo regolare funzionamento, dall altra è necessario che il raffreddamento non sia eccessivo, infatti, se la temperatura non raggiunge determinati valori di esercizio, il combustibile vaporizza con difficoltà e la combustione non è regolare (marcia a freddo) con maggiore consumo; inoltre il lubrificante risulta troppo viscoso ed, in generale, risultano maggiori le usure delle parti meccaniche.

94 IMPIANTO DI RAFFREDDAMENTO CON CIRCOLAZIONE FORZATA A CIRCUITO SIGILLATO. L impianto a circuito sigillato e pressurizzato è ormai di uso generalizzato sugli autoveicoli, in questo tipo di impianto la pressione di esercizi dipende dalla taratura di opportune valvole di sicurezza, mentre il radiatore è in comunicazione con un serbatoio di espansione per compensare le variazioni di volume del liquido dovute alla temperatura, ciò consente di mantenere temperature del liquido mediamente di 5 7 C superiori a quelle ottenibili nel sistema a circuito aperto, con vantaggio nei riguardi del rendimento del motore, l altra caratteristica di questo impianto è il fatto che la circolazione del liquido di raffreddamento è di tipo forzato; un a pompa dell acqua provvede ad accelerare la circolazione del liquido refrigerante all interno del motore. L impianto di raffreddamento del motore, del tipo a circolazione forzata a circuito chiuso, è costituito dai seguenti componenti: Serbatoio di espansione il cui tappo incorpora due valvole: una di scarico e una di aspirazione, che regolano la pressione dell impianto; Radiatore, che ha il compito di dissipare il calore sottratto al motore dal liquido di raffreddamento; Elettroventilatore; Uno scambiatore di calore per raffreddare l olio di lubrificazione Una pompa acqua del tipo centrifugo alloggiata nella parte anteriore del basamento motore; Un termostato che regola la circolazione del liquido di raffreddamento. POMPA ACQUA La pompa è generalmente di tipo centrifugo ed è inserita in modo da aspirare l acqua fredda dalla parte inferiore del radiatore ed inviarla al motore, essa è posta in rotazione dalla cinghia di comando dell alternatore, oppure dalla cinghia di distribuzione secondo le soluzioni adottate, la tenuta all acqua è garantita da una speciale guarnizione con anello frontale, si vanno diffondendo anche pompe integrate con cuscinetti a rotolamento di sostegno.

95 RADIATORE Il radiatore è uno scambiatore di calore acqua aria, nel quale l acqua cede il suo calore all aria raffreddandosi. I radiatori comunemente utilizzati negli autoveicoli sono di tipo a tubi d acqua; questi sono formati da un gran numero di tubicini di rame o di alluminio attraverso i quali, fluisce il liquido refrigerante; i tubi sono tenuti in posizione per mezzo di numerosi lamierini sottili i quali aumentano ulteriormente la superficie esterna di contatto con l aria L aria di raffreddamento lambisce i diversi tubi nei quali scorre il liquido di raffreddamento, sottraendogli calore. Negli impianti a circuito sigillato è presente un vaso di espansione collegato al radiatore in modo da costituire un vero e proprio polmone di compensazione in grado di neutralizzare gli effetti della dilatazione del liquido di raffreddamento.

96 TERMOSTATO Legenda A. posizione di apertura (motore freddo) B. posizione di miscelazione C. posizione di chiusura (motore a regime) 1. Valvola inferiore del termostato 2. Valvola superiore del termostato 3. Raccordo del tubo invio liquido refrigerante al radiatore. 4. Bocchettone arrivo liquido refrigerante dal motore. 5. Raccordo per tubo aspirazione pompa 6. Raccordo per tubo arrivo liquido refrigerante dal radiatore. Il termostato ha la funzione di portare, nel minor tempo possibile, il liquido di raffreddamento a temperatura di regime e conservare tale valore inalterato indipendentemente dalle condizioni climatiche, di carico e di regime motore; inoltre il termostato regola la sua apertura, non solo in funzione della temperatura del liquido di raffreddamento del motore, ma anche di quella del liquido contenuto nel radiatore. Temperatura inferiore alla taratura Quando il motore è appena avviato e la temperatura del liquido di raffreddamento è bassa, la valvola superiore è aperta e il termostato esclude completamente la circolazione dal motore al radiatore; in questo modo il liquido refrigerante, circolando solo nel motore senza essere raffreddato, aumenta rapidamente di temperatura. Temperatura superiore alla taratura Non appena la temperatura raggiunge quella di taratura del termostato, l elemento sensibile della valvola dilatandosi, incomincia a chiudere la valvola superiore e ad aprire quella inferiore, permettendo una graduale miscelazione del liquido freddo proveniente dal radiatore e di quello caldo proveniente dal motore; il mantenimento della temperatura di regime si ottiene appunto per diverse posizioni di equilibrio della valvola termostatica.

97 ELETTROVENTILATORE Legenda 1. Radiatore 2. Ventilatore 3. Motore elettrico Il ventilatore ha lo scopo di assicurare un passaggio di aria attraverso il radiatore anche con vettura ferma o con bassa velocità, quando manca la corrente di aria prodotta dall avanzamento del veicolo. Nelle vetture di moderna concezione, il ventilatore non è mosso direttamente dal motore endotermico per mezzo di cinghia, ma è mosso direttamente da una motore elettrico che riceve il consenso dal sensore di temperatura, vincolando la posizione dell elettroventilatore da quella del motore è possibile posizionare il gruppo ventilatore radiatore nella posizione più favorevole, inoltre il ventilatore può continuare a funzionare anche quando il motore è fermo, impedendo al liquido refrigerante di raggiungere temperature elevate prima di raffreddarsi.

98 IMPIANTO DI ASPIRAZIONE ARIA Legenda 1. Presa aria fredda 2. Filtro aria completa 3. Debimetro 4. Turbocompressore 5. Scambiatore calore aria-aria (intercooler) 6. Corpo farfallato 7. Cassoncino di aspirazione 8. Risuonatore L impianto di alimentazione aria di un motore a Diesel è costituito da una presa di aria che conduce ad un filtro, avente lo scopo di trattenere le impurità eventualmente aspirate. Sulle tubazioni che portano l aria dal filtro al corpo farfallato si possono trovare dei risuonatori, che hanno lo scopo di ridurre le rumorosità dovute ai contraccolpi della colonna d aria. Tra il turbocompressore e i collettori di aspirazione è posto l intercooler per raffreddare l aria compressa. Nell impianto può essere presente un misuratore di portata di aria aspirata secondo il tipo di impianto che gestisce il motore. Tra le tubazioni di aspirazione e il collettore di aspirazione, può essere presente un corpo farfallato, sulle tubazioni di aspirazione vi sono le tubazioni collegate al sistema di recupero vapori olio dal basamento. FILTRO ARIA I filtri dell aria trattengono le impurità contenute nell aria aspirata dal motore, diminuendo quindi l usura degli organi interni del motore. Il contenuto medio di polvere dell aria, su strade asfaltate, ammonta a circa 0,001 g/m3; sulle strade non asfaltate o in cantiere il contenuto di polvere può aumentare fino a 0,04 g/m3. Un motore di media grandezza (12 l/100 km di consumo di carburante) aspirerebbe, di conseguenza, in 1000 km, secondo le condizioni stradali o del tipo di impiego, da 1 a 50 g di polvere. Se, infatti, la polvere, od in genere qualsiasi altra impurità, contenuta nell aria aspirata dal motore, riuscisse a penetrare all interno del motore stesso, verrebbe ad agire, depositandosi sulle pareti delle canne e mescolandosi con la miscela aspirata, come un abrasivo, accrescendo rapidamente l usura delle varie parti del motore. I tipi di elementi filtranti oggi impiegati sono: il filtro a cartuccia ed il filtro a bagno d olio. Quest ultimo è impiegato sui veicoli industriali e sulle vetture destinate alla circolazione in zone particolarmente polverose.

99 CORPO FARFALLATO Legenda 1. Serbatoio del vuoto 2. Elettrovalvola 3. Attuatore comando corpo farfallato 4. Corpo farfallato 5. Centralina di iniezione Al fine di limitare lo scuotimento motore in fase di spegnimento, è stata introdotto a monte del cassoncino capacità aria un corpo farfallato che ha il compito di chiudere il passaggio dell''aria ai cilindri. In tutte le altre condizioni di funzionamento il corpo farfallato rimane aperto. Funzionamento A motore spento, la farfalla risulta aperta in quanto non vi è depressione. A motore in moto, la farfalla risulta aperta in quanto l'elettrovalvola, non essendo alimentata, chiude il passaggio della depressione verso l'attuatore pneumatico del corpo farfallato. Durante il funzionamento del motore nel serbatoio si accumula depressione. Durante la fase di spegnimento del motore (quando si gira la chiave su STOP), la centralina di iniezione mantiene alimentato ancora per 4 o 5 secondi il relè di alimentazione attuatori e contemporaneamente mette a massa l''elettrovalvola, la quale aprendosi manda la depressione, accumulatasi nel serbatoio del vuoto, sull''attuatore pneumatico che va a chiudere la farfalla interrompendo l''afflusso di aria ai cilindri. COLLETTORE DI ASPIRAZIONE Il collettore di aspirazione ha il compito di convogliare l aria alle valvole di aspirazione del motore. Per meglio comprendere le problematiche relative alla configurazione del collettore di aspirazione, prendiamo in esame un motore monocilindrico a 4 tempi. Durante la corsa di aspirazione, la colonna di fluido che riempie il condotto acquista un moto accelerato e quindi, per inerzia, prosegue il moto durante il primo tratto della corsa di compressione e continua a penetrare nel cilindro fino a che la pressione interna uguaglia quella corrispondente all inerzia del fluido entrante. L effetto sopra descritto aumenta di intensità quanto più è lungo il condotto di aspirazione. Se la valvola di aspirazione si chiude, quando l effetto dell inerzia è ancora in atto, il fluido in moto blocca contro la valvola stessa e conseguentemente nasce un onda di contropressione che è causa di un abbassamento del rendimento volumetrico. Se invece la valvola si chiude nell istante in cui termina l effetto di riempimento dato dall inerzia della colonna fluida, il rendimento volumetrico assume il suo valore massimo. Ecco perché il collettore di aspirazione prende forme diverse secondo il motore cui è accoppiato, inoltre la forma e la sezione stessa del collettore permette di agevolare effetti di turbolenza in camera di scoppio.

100 Collettore di aspirazione per motori plurivalvole con DPF Legenda 1. Cassoncino capacità aria 2. Farfalle swirl 3. Attuatore Nei motori plurivalvole dotati di filtro DPF, sono state inserite opportune valvole che permettono di migliorare le turbolenze in camera di scoppio come di seguito descritto. Nel collettore di aspirazione aria, all interno di quattro canali supplementari di aspirazione sono integrate delle valvole swirl a regolazione continua. L azionamento delle valvole swirl avviene per mezzo di un attuatore a comando elettronico, l attuatore muove un albero di regolazione, che tramite un rinvio agisce sulle valvole swirl. Grazie alla forma geometrica dei quattro canali di aspirazione supplementari e delle valvole swirl, i gas freschi, creando un vortice, sono condotti in modo ottimale nella camera di combustione. In tal modo si ottiene un riempimento ottimale dei cilindri. La regolazione continua delle valvole swirl consente di ottenere la turbolenza ottimale per ogni campo di giri motore, e carico. Tramite la regolazione delle valvole swirl è possibile adattare la turbolenza dei gas freschi all interno delle camere di combustione alle rispettive condizioni di carico del motore. L alta turbolenza, che si crea nella camera di combustione chiudendo le valvole swirl, consente di ottenere una miscelazione ottimale del carburante iniettato, con un basso numero di giri. Grazie a questa miscelazione ottimale del combustibile con i gas freschi, si riducono notevolmente le emissioni di sostanze inquinanti. Con un numero di giri motore più alto, le valvole swirl vengono aperte completamente. Per cui si riduce la turbolenza dei gas freschi ed aumenta il grado di riempimento. Un grado di riempimento più alto dei cilindri comporta un aumento della potenza del motore.

101 SOVRALIMENTAZIONE La potenza di un motore è direttamente proporzionale alla massa d aria ed alla corrispondente quantità di combustibile che possono essere introdotte nei cilindri; è possibile quindi aumentare la potenza del motore immettendo, ad ogni ciclo, un quantitativo di aria maggiore di quello che il motore può aspirare autonomamente, tramite il movimento degli stantuffi. La maggior quantità di aria immessa, permette di bruciare un più elevato quantitativo di combustibile, che produce un aumento di pressione, di lavoro e di potenza sviluppata dal motore. La tecnica della sovralimentazione ha antiche origini; veniva, infatti, impiegata nei motori d aereo a pistoni, per ripristinare in quota le condizioni di aspirazione che si avevano a terra e per le quali era fatta la messa a punto della carburazione. Ovviamente, mano a mano che l aereo saliva di quota, la densità dell aria esterna diminuiva e quindi, a parità di cilindrata del motore, la massa d aria effettivamente aspirata nel cilindro diminuiva conseguentemente. Questa tecnica è stata successivamente applicata ai motori per vettura. I motori a ciclo Diesel sovralimentati adottano di norma un turbocompressore a gas di scarico costituito da una turbina e da un compressore, calettati sullo stesso albero, la prima investita dai gas di scarico e il secondo che, trascinato in rotazione dalla turbina, comprime l aria. Funzionamento e componenti Il turbocompressore a gas di scarico è costituito da quattro componenti fondamentali: La turbina, Il compressore, L albero di collegamento Le chiocciole che contengono i suddetti elementi. La turbina è costituita da una serie di palette calettate su un albero, messe in rotazione dai gas di scarico provenienti dal condotto di scarico del motore, tali gas, che fluiscono ad alta velocità, trasferiscono la loro energia cinetica alle palette della turbina provocando la rotazione di quest ultima Il compressore, messo in rotazione dalla turbina, aspira l aria dal condotto di aspirazione e la accelera, per inviarla, attraverso la chiocciola al collettore di aspirazione del motore L albero di collegamento tra turbina e compressore ha lo scopo di trasferire il moto della turbina alla girante del compressore, questo viene lubrificato dall olio motore prelevato con apposite tubazioni di collegamento al sistema di lubrificazione del motore, inoltre l olio ha anche il compito raffreddare il turbocompressore stesso. A questo proposito alcuni turbocompressori sono raffreddati da una circolazione del liquido di raffreddamento motore, generalmente non forzata ma spontanea, al fine di evitare la bruciatura dell olio sull albero di collegamento quando il motore viene fermato e il turbocompressore è soggetto al normale colpo di calore. Questa bruciatura può compromettere lo strato di olio alla messa in moto successiva del motore, e quindi può danneggiare il turbocompressore stesso. Le due chiocciole che contengono la girante della turbina e del compressore, hanno le seguenti funzioni:

102 La chiocciola della turbina ha la funzione di distribuire la portata di gas di carico, proveniente dal collettore di scarico alle palette della turbina; La chiocciola della girante ha la funzione di rallentare la portata di aria messa in movimento dal compressore, trasformando l energia cinetica posseduta dalla corrente di aria in energia di pressione e di inviare tale portata di aria in pressione ai condotti di aspirazione del motore. Il sistema di sovralimentazione è solitamente completato da un radiatore aria-aria, detto intercooler, che ha la funzione di aumentare la densità dell aria compressa, abbassandone la temperatura, utilizzando quale fluido refrigerante l aria esterna. In figura è indicato l ordine di grandezza delle temperature in gioco. Gestione del turbocompressore Legenda 1. Turbocompressore 2. Waste gate 3. Derivazione del circuito di lubrificazione. 4. Attuatore pneumatico Il turbo compressore è una macchina la cui caratteristica peculiare è quella di avere una grande resa agli alti regimi motore, dovuto al fatto che la pressione dell aria all uscita del compressore varia in proporzione al quadrato della velocità della girante, quindi se si adotta un turbocompressore per la potenza massima, và da sé che ai bassi regimi l apporto del turbocompressore risulta trascurabile. Per ovviare a questo inconveniente si sceglie di sovradimensionare il turbocompressore in modo da avere una grande pressione già ai bassi regimi, e per evitare che ci sia un valore troppo elevato di pressione agli alti regimi, tale da danneggiare lo stesso motore, è inserita una valvola chiamata Waste Gate, che permette di scaricare a valle della girante della turbina la pressione dei gas di scarico. La valvola è comandata da un attuatore costituito da una membrana che sente la pressione generata dal turbocompressore.

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