IL MOTORE ENDOTERMICO DIESEL A QUATTRO TEMPI

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1 Gamba Francesco Classe 5H Tesina esame di stato 2003/2004 Materia : Meccanica e Macchine IL MOTORE ENDOTERMICO DIESEL A QUATTRO TEMPI Il 23 febbraio del 1892 l ingegner Rudolf Diesel depositava all ufficio brevetti di Berlino il progetto di un singolare motore. Un progetto, come descritto nella domanda per il brevetto, relativo a un processo lavorativo per macchine motrici a combustione interna, caratterizzato dal fatto che in un cilindro l aria viene compressa dal pistone di lavoro con una forza tale che la temperatura risultante è di gran lunga superiore a quella d accensione del carburante da impiegare Con questa semplice quanto efficace descrizione nasceva, giusto 112 anni fa, il cosiddetto motore ad accensione per compressione in contrapposizione al già esistente motore a ciclo Otto o semplicemente a benzina, che veniva e viene tuttora comunemente definito ad accensione per scintilla

2 INDICE 1. LA STORIA 1.1 Le origini del motore Diesel : Rudolf Diesel 1.2 L avvento del motore Diesel 2. ORGANI E CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE 2.1 Schema costruttivo generale 2.2 La testata 2.3 Il basamento 2.4 Il pistone 2.5 Segmenti, bielle e albero motore 2.6 Le canne dei cilindri 2.7 Gli organi della distribuzione 2.8 La pompa di iniezione 2.9 Gli iniettori 2.10 Il turbocompressore 3. INIEZIONE DIRETTA E INIEZIONE INDIRETTA 3.1 La formazione della miscela 3.2 La combustione 3.3 Il Diesel a iniezione diretta 3.4 Il Diesel a iniezione indiretta 4. GRUPPI AUSILIARI 4.1 L alimentazione 4.2 La lubrificazione 4.3 Il raffreddamento 5. CICLO TEORICO E REALE, RENDIMENTI E CALCOLI 5.1 Funzionamento del ciclo a quattro tempi 5.2 Grafico del ciclo e relativa descrizione 5.3 Rendimenti, calcolo della potenza e bilancio termico

3 1. LA STORIA Trattore Bubba UT3 con motore testacalda del 1926

4 1.1 LE ORIGINI DEL MOTORE DIESEL : RUDOLF DIESEL Un uomo di genio, un mistificatore, un affarista. Per i suoi contemporanei fu l una o l altra cosa. Inventore di un motore assolutamente rivoluzionario, poi legato indissolubilmente al suo nome, sarebbe pervenuto quasi per caso alla scoperta che lo rese famoso. Rodolphe, Chrétien, Charles Diesel nacque a Parigi da genitori bavaresi il 18 marzo Già a dodici anni il piccolo Rudolf frequentava assiduamente il Conservatoire des Arte set Métiers dove abbozzava diligentemente in un quaderno le forme delle macchine che vi erano ordinate. Nel 1870 sarebbe dovuto entrare all Ecole Primarie Supérieure e quasi certamente sarebbe divenuto cittadino francese. Lo scoppio della guerra francoprussiana mutò il suo destino. Sebbene la famiglia non fu oggetto di persecuzioni dovette lasciare la Francia in gran fretta. I Diesel si rifugiarono così a Londra, dove Rudolf frequentò una scuola inglese e, come a Parigi, la sua meta preferita furono i musei di tecnica. Nei giorni successivi la città inglese venne accerchiata dai tedeschi così che la famiglia, per permettere al figlio di studiare, fu costretta a mandarlo all estero. Rudolf lasciò così Londra il 1 novembre 1870 diretto ad Augusta in Baviera, dove sarebbe stato accolto in casa del prof. Cristoph Barnickel e sua moglie, che si offrirono di fargli da genitori adottivi e di seguirlo negli studi. Restò in questa cittadina per cinque anni, ebbe così la possibilità di seguire la regia scuola commerciale segnalandosi subito per la serietà e la passione profusa negli studi. Al termine del corso fu il primo

5 della graduatoria. Intendeva proseguire gli studi per conseguire la laurea in ingegneria ma desiderava che i suoi genitori, che non vedeva da tre anni, e che erano rientrati a Parigi, approvassero la sua scelta. Decise pertanto di trascorrere le vacanze nella capitale francese sottoponendosi ad un nuovo, faticoso viaggio. Purtroppo le condizioni familiari erano notevolmente degenerate a causa della morte della sorella, unico sostegno economico della famiglia, così Rudolf preferì rifiutare il peso delle responsabilità che inevitabilmente avrebbe dovuto addossarsi. La certezza di essere ormai in grado di assicurarsi da solo un domani migliore e il convincimento di non poter mai più contare sui genitori lo indussero a rientrare ben presto ad Augusta dove, nell ottobre del 1873 si iscrisse alla scuola industriale frequentando il corso di tecnica e meccanica. Risale a questo periodo il primo contatto di Rudolf con l acciarino che si vuole fosse alla base delle sue scoperte future. Ne fece conoscenza presso la scuola. Si trattava sostanzialmente di una versione dimostrativa dell antico acciarino cinese. Funzionava come una pompa per pneumatici da bicicletta: uno stoppaccio infiammabile veniva inserito nella parte opposta a quella in cui era ancorato lo stantuffo. Con un rapido rinculo si poteva osservare lo stoppaccio prendere fuoco per effetto del calore generato dalla compressione. Ormai Rudolf doveva contare esclusivamente sulle sue forze. Iscrittosi al Politecnico di Monaco tirò avanti con borse di studio e con il ricavato di piccole lezioni private. Era tale la voglia di apprendere da spingerlo a dedicare pochissime ore al sonno. Nel gennaio del 1877, divenuto cittadino tedesco, si presentò al servizio militare ma venne riformato per insufficienza toracica. In questi anni i genitori di Rudolf si trasferirono a Monaco e la famiglia Diesel tornò nuovamente a riunirsi sotto un unico tetto; questo fatto però fu più un motivo di preoccupazione che di gioia per il giovane studioso. Al Politecnico di Monaco Rudolf ebbe la prima grande occasione della vita. Vi insegnava il prof. Karl Linde, un autorità nel campo della termodinamica, fondatore e presidente di una società per impianti frigoriferi. Linde non aveva dubbi sull intelligenza e la fattività di Rudolf Diesel. Era il suo allievo prediletto. Dapprima lo invitò in Svizzera, presso la Sulzer per un periodo di praticantato poi, dopo aver completato gli studi al Politecnico, gli offrì di assumere la direzione di una fabbrica di ghiaccio che Linde stava progettando che sarebbe sorta a Parigi. Egli dunque tornò nella capitale francese ed ebbe successo in questo suo primo lavoro, ma ne era insoddisfatto. Vagheggiava un motore economico particolarmente adatto per la piccola industria, capace di rivaleggiare con quello a vapore. Pervaso da una sorta di frenesia e misticismo, Diesel ne fece anche una questione sociale. Il motore ch egli aveva in mente doveva servire in primo luogo ad affrancare l operaio dalle operazioni più gravose. Forte delle sue esperienze nel campo delle bassissime temperature partì dall idea di sfruttare l ammoniaca come fluido per un motore a vapore a ciclo chiuso. L obbiettivo era di aumentare il rendimento rispetto a un motore a vapore convenzionale. Pensava di riuscirvi elevando sensibilmente la temperatura durante la fase di espansione del ciclo. Sebbene vi dedicasse ogni minuto del tempo libero e tutte le proprie risorse finanziarie non ebbe successo, ma le cognizioni acquisite in questa fallimentare esperienza costituirono la genesi del nuovo motore. Nel 1892 in un manoscritto Diesel affermò che quale fosse il vapore (acqua o ammoniaca) era

6 imperativo aumentarne la temperatura onde ottenere l accensione spontanea del combustibile. Quando gettò le basi del suo motore Rudolf Diesel viveva a Berlino. Il primo brevetto Diesel è del 28 febbraio Reca il n e il titolo Progetto e funzionamento di un motore a gas povero. L inventore si preoccupò subito di trovare il modo di farlo costruire, ma il primo tentativo con la tedesca MAN andò male. Le difficoltà di esecuzione, cioè la mancanza di tecnologie di lavorazione adatte allo scopo non consentirono di passare alla fase pratica. Temendo che il tempo volgesse a suo sfavore, Diesel raccolse in un libro, apparso nel 1893, le sue teorie esprimendo fra l altro l avviso che il suo motore fosse in grado di funzionare con qualsiasi combustibile, anche solido come il carbone, oltre che con i combustibili liquidi come gli oli minerali o vegetali, gassosi come l acetilene o il gas di città o illuminante. Il libro servì a chiarire molti dei dubbi che esistevano sull invenzione di Diesel e a convincere la MAN che valeva la pena di affrontare la costruzione di quel motore, ma quando esso venne realizzato sollevò le critiche di alcuni scienziati fra i quali il francese Capitaine che accusò Diesel di aver fatto costruire un motore a petrolio e non uno a polvere di carbone, e che comunque non era riuscito a dimostrare nulla di nuovo. Diesel si difese replicando che nel suo libro aveva espresso solo delle teorie. Modifiche e correzioni erano, dunque, più che normali. La decisione della MAN e della Krupp, consorziatesi allo scopo, fu un primo passo di grande importanza, ma la gioia di Rudolf Diesel fu di breve durata. L atto pratico della costruzione del primo motore (era altro tre metri e pesava più di

7 due tonnellate) fu piena di contrattempi e di battute d arresto. Non era dotato, in effetti, di alcun sistema di raffreddamento. A mettere in moto il meccanismo provvedeva un motore a vapore posto di fianco. Le pressioni volute non poterono mai essere raggiunte a causa della precaria tenuta del pistone. Si procedette così a singhiozzo facendo e disfacendo. Completato nel luglio del 1893, il primo motore, in pratica, non riuscì mai a funzionare o per pochissimo, in ogni caso con l ausilio di una cinghia che faceva ruotare il grosso volano. L enorme quantità di problemi, tuttavia, non intaccarono il principio su cui si fondava il motore di Diesel e cioè che una certa quantità di combustibile, iniettata alla fine della fase di compressione, poteva essere innescata dal calore generato dalla compressione. L insoddisfacente funzionamento del primo motore che provocò, tra l altro, una violenta esplosione, non fece nascere alcun tentennamento nel geniale inventore il quale non si perse d animo e penso subito al modo di brevettarlo all estero. Ecco rappresentato l enorme motore realizzato da Diesel nel 1893 Se i diritti di sfruttamento per la Germania erano stati ceduti alla MAN e alla Krupp, il resto del mondo gli apparteneva. Diesel raddoppiò i suoi sforzi, viaggiò da un capo all altro dell Europa, tenne conferenze, ebbe abboccamenti con industriali e governanti, ma a prezzo di un grande dispendio fisico. La prosecuzione dei test con il primo motore fu davvero frustrante, finché nel febbraio del 1894 si riuscì a farlo funzionare per un minuto intero a 88 giri/min. La potenza che se ne ricavò fu di 13,2 CV. Nel 1896 venne posto allo studio un motore completamente nuovo; e l anno seguente si ottennero dei risultati talmente soddisfacenti (potenza 17,8 CV a 154

8 g/min, rendimento del 26,2%) per cui venne deciso di fare una prova dimostrativa davanti a un osservatore neutrale. Ciò servì a confermare che Rudolf Diesel aveva concepito il più efficiente motore termico esistente, il cui rendimento era circa doppio rispetto a un motore a olio pesante del tempo ( 30%). L eco della raggiunta affidabilità ed efficienza del motore aveva varcato i confini e per Diesel iniziò un periodo di continue vendite di licenze a fabbriche motoristiche di tutto il mondo, dalla Deutz tedesca alla Watson & Varyan scozzese, fino agli Stati Uniti d America ed il Canada con la Diesel Motor Company of America. In totale, prima del 1900, erano già state rilasciate 51 licenze di fabbricazione. Rudolf Diesel poteva dire così di aver raggiunto fama e ricchezza; ma non fu così, fama a parte. La salute lo stava progressivamente abbandonando e speculazioni azzardate avevano paurosamente assottigliato i suoi risparmi. Eppure tutto sembrava ormai volgere al meglio. Nel giugno del 1898 ben tre suoi motori costruiti da fabbriche diverse figuravano ad un esposizione di Monaco: la prova inconfutabile che il futuro del Diesel era assicurato. Il destino volle che Rudolf Diesel concludesse la sua vita in modo tragico. Dopo essersi imbarcato verso l Inghilterra, si persero letteralmente le sue tracce: a bordo della nave si rinvennero una mattina il cappello ed il soprabito dello scomparso presso il parapetto. Suicidio o disgrazia? Quello che è certo è che la moglie ed i figli compresero di essere diventati improvvisamente poveri. Tutte le sostanze di Rudolf Diesel si erano volatilizzate per una serie di speculazioni sbagliate, ma questo lo sapevano soltanto lui e il direttore della sua banca.

9 1.2 L AVVENTO DEL MOTORE DIESEL Sino al 1908 il Diesel fu un motore per impianti fissi. Lo condannavano essenzialmente a quest impiego il peso rilevante e il sistema di alimentazione a portata costante del combustibile. Esso si dimostrò molto promettente come motore marino e la Fiat ne iniziò la produzione con questa destinazione sin dal Rispetto al motore a vapore era meno ingombrante, non richiedeva una caldaia e chi la alimentasse e, ovviamente, nemmeno uno spazio per lo stivaggio del carbone. Lo scoppio della Prima Guerra Mondiale doveva dare grande impulso alla costruzione di motori Diesel per uso marino. Così già nel la Fiat costruiva motori Diesel della potenza di CV che venivano poi utilizzati dalle diverse marine europee, da quella italiana a quella tedesca, dalla inglese alla danese e così via. Le ottime premesse spinsero la Fiat alla costruzione di diversi motori, realizzando nel 1914 il più potente Diesel marino al mondo: 2300 cavalli vapore. Nel 1922 un motore Diesel Fiat venne applicato su di una locomotiva italiana, era un due tempi da 440 CV. Nel 1929 venne invece realizzato (sempre dalla Fiat) il primo e unico Diesel da aviazione che abbia volato in Italia, della potenza di CV a g/min. In questo periodo cominciarono ad essere costruiti dei particolari motori Diesel a due tempi, i cosiddetti a testa calda. In questi motori il combustibile veniva iniettato in una precamera del cilindro con un notevole anticipo rispetto al PMS, talvolta anche di 180, ed il carburante si incendiava spontaneamente a causa dell elevata temperatura della precamera, che veniva preriscaldata prima dell avviamento e non veniva raffreddata durante il funzionamento. Disegno di un motore due tempi testacalda Questi motori vennero costruiti principalmente per installazioni fisse ed ebbero un discreto successo in agricoltura, in quanto marche come la Landini e la Orsi costruirono dagli inizi degli anni 30 fino ai primi anni 60 solamente trattori a testa calda ed ebbero un successo a dir poco strepitoso.

10 Esempio di un motore stazionario testacalda Nel frattempo Rudolf Diesel, con la collaborazione di Henri Dechamps, stava tentando in ogni modo di destinare il suo motore ad un applicazione terrestre, in particolare su di una automobile. L unico problema era relativo all iniezione, che Rudolf non voleva che fosse pneumatica (secondo lui questa doveva essere utilizzata solamente come soluzione d emergenza) ma bensì meccanico-idraulica. Tuttavia a causa di diversi problemi finanziari il motore non venne mai costruito e Diesel pochi giorni prima di morire dichiarò che la costruzione di un motore Diesel per mezzi terrestri è fallita per l imprecisione della pompa d iniezione. A partire dal 1909 cominciarono ad essere realizzati i cosiddetti motori ad iniezione indiretta, che Prosper L Orange descrisse nel brevetto sotto il titolo Metodo di combustione per combustibili liquidi. All atto pratico derivarono dal fatto che l impiego prolungato del motore provocava la carbonizzazione dell iniettore sebbene si riuscisse a farlo funzionare continuamente per 8 giorni e 8 notti. Contemporaneamente all avvio dell attività sperimentale relativa ai motori a precamera, la Benz si dedicò alla sviluppo di quelli basati sul brevetto del tecnico svedese Hesselman. Il perfezionamento delle pompe d iniezione e degli iniettori procedette di pari passo con quello del motore a precamera, cosicché nel 1922 venne realizzato un bicilindrico di 25 CV a 800 giri in sostituzione di un pari potenza del tipo a ciclo Otto. L accensione iniziale, con l ausilio della cartina al salnitro e, successivamente, con la candela a incandescenza si rivelò vantaggiosa rispetto al motore a benzina poiché l accensione dipendeva soltanto dalla temperatura nella precamera con le sue pareti relativamente piccole; il motore poteva funzionare subito a pieno carico, il che costituiva un fattore molto importante. Ai motori di prova del 1922 seguì un 4 cilindri (45 CV a 1000 giri) del peso di 520 kg, la cui precamera era situata nella testata e che venne ben presto installato su di un autocarro. Questo motore venne esaltato da un comunicato ufficiale che ne descriveva il funzionamento come uniforme e ne metteva in risalto l elasticità e l elevato valore della coppia motrice.

11 Ecco il famoso Diesel 4 cilindri 45 CV costruito dalla Benz nel 1923 Il contributo risolutivo alla diffusione del motore Diesel fu l invenzione della pompa meccanica da parte di Robert Bosch. Com era avvenuto per l accensione Bosch riuscì nel 1927 a offrire pompe d iniezione affidabili mettendo in condizione i costruttori di come far affluire il combustibile dal serbatoio al motore e del processo d iniezione in sé sia sui motori stazionari sia su quelli per autotrazione. La diffusione del Diesel, proprio in Germania che ne fu il paese natale, non fu del tutto facile anche se non mancarono sin dall inizio menti illuminate affatto preoccupate degli inevitabili contrattempi determinati dalla novità in sé. La critica più consistente, riguardava ovviamente il motore la cui pressione molto elevata, a detta di molti, avrebbe finito per incidere sulla sua durata. Si riteneva anche che le emissioni allo scarico avrebbero avuto effetti nocivi sulle derrate alimentari trasportate a bordo e che il peso rilevante degli organi meccanici sarebbe stato pure un handicap. Ma le nebbie dell incertezza vennero ben presto diradate e in breve volgere di tempo la Diamler Benz raggiunse accordi con parecchi costruttori anche esteri fra i quali la Bianchi di Milano. Il Diesel per autocarri ebbe una notevole diffusione negli Stati Uniti dove, dopo il 1931, sorsero molte iniziative a riguardo al punto che rapidamente la produzione di quel motore superò quantitativamente quello della Germania. I decisivi risultati raggiunti nello sviluppo del Diesel ad alto regime di rotazione emersero in un momento caratterizzato da condizioni economiche fortemente precarie. La particolare economia d esercizio del Diesel venne altamente apprezzata. La storia doveva ripetersi anche decine di anni più tardi, quando, prima ancora della crisi energetica, il Diesel era sembrato valido anche per ridurre l inquinamento atmosferico.

12 2. ORGANI E CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE Motore Iveco turbointercooler da 227 CV

13 2.1 SCHEMA COSTRUTTIVO GENERALE Un tipico motore diesel per autotrazione è costituito da un basamento, nel quale sono alloggiati l albero a gomiti (o albero motore), che ruota sui cuscinetti di banco, le bielle (articolate sui perni di manovella dell albero per mezzo di cuscinetti) e i cilindri. Questi ultimi possono essere ricavati direttamente nella fusione del basamento (detto anche monoblocco) o essere costituiti da canne riportate. I pistoni, ciascuno dei quali è vincolato alla relativa biella per mezzo di un perno di acciaio detto spinotto, scorrono nei cilindri; la tenuta è assicurata da alcuni anelli elastici (detti comunemente fasce o segmenti) che sono alloggiati in apposite cave praticate nei pistoni. La parte inferiore del basamento è chiusa da una coppa nella quale è contenuto l olio lubrificante. Superiormente al monoblocco è fissata, mediante viti, la testata, nella quale sono alloggiate le valvole, con le relative molle, guide e sedi (se queste sono, come di norme accade, di tipo riportato). L albero a camme (che impartisce il moto alle valvole) viene azionato dall albero motore tramite catena, ingranaggi o cinghia dentata. Quando esso è alloggiato nel basamento, il moto viene trasmesso alle valvole per mezzo di punterie, aste e bilancieri; quando invece esso si trova nella testata, le camme agiscono su bilancieri o punterie a bicchiere, che trasmettono il moto direttamente all estremità dello stelo delle valvole. La testata può essere unica ma, specialmente nei motori di grossa cilindrata, si adottano talvolta più testate per ogni linea di cilindri (in certi casi vi è addirittura una testata per ogni cilindro). I motori con un solo cilindro sono molto comuni in unità destinate ad uso industriale o agricolo, mentre praticamente non hanno applicazioni nel campo dell autotrazione; questo vale ormai anche per i bicilindrici e tricilindrici.

14 Esempio di motore Diesel ad iniezione indiretta per impiego agricolo 1 Dado per regolazione gioco delle valvole; 2 Asse del bilancere; 3 Albero della leva della decompressione; 4 Coperchio della testa del cilindro; 5 Tubo di scarico dell acqua; 6 Collettore di aspirazione; 7 Valvola di scarico; 8 Monoblocco; 9 Spinotto; 10 Tappo di scarico dell acqua; 11 Pistone; 12 Albero a camme; 13 Cuscinetto a rulli dell albero a gomiti; 14 Corona dentata del volano; 15 Volano; 16 Pestello della valvola; 17 Vite di scarico dell olio; 18 Coperchio laterale di sinistra; 19 Vite dilatatrice; 20 Scatola del motore; 21 Ruota a denti elicoidali per pompa dell olio; 22 Alberino trasmissione moto a pompa dell olio; 23 Coperchio anteriore; 24 Scatola della pompa dell olio; 25 Coperchio della pompa dell olio; 26 Cuscinetto a rulli dell albero a gomiti; 27 Albero motore; 28 Ruota a denti elicoidali dell albero a gomiti; 29 Puleggia per trasmissione moto; 30 Cinghia trapezoidale; 31 Ruota dentata dell albero a camme; 32 Coperchio del regolatore; 33 Biella; 34 Pompa dell acqua; 35 Puleggia sull albero della pompa dell acqua; 36 Tubo d introduzione dell olio; 37 Ventola; 38 Valvola di aspirazione; 39 Testa; 40 Molla di richiamo; 41 Bilancere

15 Esempio dello stesso motore precedente, sezionato trasversalmente 1 Paraurti; 2 Controdado della vite per regolazione gioco valvola; 3 Vite di collegamento della testa; 4 Asse del bilancere; 5 Bilancere; 6 Albero della decompressione; 7 Coperchio della testa del cilindro; 8 Collettore di aspirazione; 9 Valvola di aspirazione; 10 Spinotto; 11 Stantuffo; 12 Camicia; 13 Tappo di scarico dell acqua; 14 Guarnizione della camicia; 15 Biella; 16 Cappello di biella; 17 Albero a gomiti; 18 Vite di collegamento; 19 Coperchio laterale di sinistra; 20 Scatola del motore; 21 Tappo di scarico dell olio; 22 Coperchio inferiore; 23 Asta del livello dell olio; 24 Motorino d avviamento; 25 Interruttore dell avviatore; 26 Cuscinetto a sfere dell albero a camme; 27 Albero a camme; 28 Conduttura esterna dell olio; 29 Coperchio laterale di destra; 30 Pompa d iniezione; 31 Bruciatore; 32 Conduttura d iniezione; 33 Candeletta incandescente; 34 Camera di combustione; 35 Raccordo dell iniettore; 36 Iniettore

16 2.2 LA TESTATA La testata dei motori diesel va suddivisa principalmente in due categorie: la testata per motori ad iniezione indiretta e la testata per motori ad iniezione diretta. Nei motori diesel a iniezione indiretta la testa si differenzia da quella adottata negli altri motori principalmente per la presenza della camera ausiliaria, con relativo iniettore e candeletta a incandescenza. Essa è generalmente ricavata da fusioni in lega di alluminio o in ghisa. Come possiamo notare dalla figura sottostante, la testa sezionata trasversalmente presenta una camera ausiliaria di turbolenza e il moto alterno delle valvole è assicurato da un albero a camme in testa. Le sedi e le guide delle relative valvole sono riportate (cioè installate con una precisa interferenza nei loro alloggiamenti) così come la parte inferiore della camera ausiliaria. Sono inoltre ben visibili i passaggi per il liquido di raffreddamento e la disposizione dell iniettore e della candeletta incandescente. Esempio di testata per motore a iniezione indiretta

17 I motori diesel a iniezione diretta sono privi di camera ausiliaria e di conseguenza la testa risulta molto più semplice. In motori di rilevanti dimensioni si usano molto spesso teste singole (una per cilindro); come materiale di norma si impiega la ghisa. Le valvole generalmente sono almeno due per cilindro, anche se ultimamente ne vengono utilizzate quattro. Le teste vengono fissate al basamento per mezzo di viti che devono essere serrate uniformemente secondo un valore prestabilito dalla casa costruttrice, il quale impedisce di variare il volume della camera di combustione e garantisce un funzionamento ottimale del motore. Esempio di testata per motore ad iniezione diretta

18 2.3 IL BASAMENTO Il basamento o monoblocco del motore è chiuso inferiormente dalla coppa dell olio e superiormente dalla testa, alloggia al suo interno l albero motore, con relativi cuscinetti, bielle, pistoni completi di fasce elastiche e spinotti, e infine le canne dei cilindri. Possono inoltre essere presenti l albero a camme e le punterie nel caso che la distribuzione sia del tipo ad aste e bilancieri. Esso è ricavato da una fusione in ghisa o, più raramente, in lega di alluminio (maggiormente diffusa nei motori ad accensione comandata); internamente sono ricavate intercapedini per il passaggio del liquido di raffreddamento e canalizzazioni per il passaggio dell olio del circuito di lubrificazione. Nella figura soprastante possiamo vedere un basamento di un motore diesel a quattro cilindri in linea, mentre nella fotografia sottostante la parte superiore del monoblocco di un motore diesel monocilindrico a iniezione indiretta. Sono visibili le quattro viti per il serraggio della testa e i raccordi per il passaggio del liquido di raffreddamento. Si può inoltre vedere il cielo dello stantuffo che si trova al punto morto superiore.

19 2.4 IL PISTONE I pistoni impiegati nei motori diesel sono abbastanza simili, tutto sommato, a quelli che si usano nei motori a benzina, ma sono da questi immediatamente riconoscibili per la particolare forma del cielo. Nei diesel a iniezione diretta infatti la camera di combustione è ricavata completamente nel cielo del pistone, ovvero sulla testa, mentre in quelli a iniezione indiretta solitamente la camera principale è praticamente costituita da una fresatura rettilinea e da due circolari praticate nel cielo. I pistoni, tralasciando quelli dei primi motori che erano in ghisa, sono sempre in lega di alluminio e vengono generalmente ricavati mediante fusione in conchiglia (non mancano però casi i cui essi sono ottenuti per stampaggio a caldo) e successiva lavorazione alle macchine utensili. La forma apparentemente cilindrica è in realtà molto complessa: a freddo il diametro maggiore si ha infatti in prossimità della base del mantello, in direzione perpendicolare all asse dello spinotto. Il pistone scorre nella canna del cilindro con un lieve gioco diametrale, indispensabile per consentire il mantenimento, in qualunque condizione di funzionamento, di un sottile velo di olio lubrificante che, interponendosi tra le due superfici di lavoro impedisce il contatto metallico diretto. Per abbreviare il periodo di adattamento iniziale (rodaggio) e per diminuire il pericolo di grippaggio, durante tale periodo si ricorre talvolta all applicazione di un sottilissimo riporto superficiale sul mantello (stagnatura, piombatura, grafitatura). Nel disegno sottostante è rappresentato un pistone per motore diesel con camera ausiliaria ad alta turbolenza. 1 cielo; 2 deflettore; 3 testa; 4 mantello.

20 I pistoni per i motori diesel a iniezione diretta sono caratterizzati da una testa piuttosto alta (in essa è infatti ricavata la camera di combustione, che spesso è notevolmente profonda). Nel disegno sottostante è raffigurato un classico pistone per motore a iniezione diretta; si possono osservare le quattro cave per i segmenti (quella per il raschiaolio è dotata di numerosi fori, praticati anche subito sotto di essa, per consentire il passaggio dell olio lubrificante asportato dalla parete del cilindro), la camera di combustione toroidale (Saurer) e le due svasature per evitare qualsiasi rischio di contatto con le valvole durante la fase di incrocio.

21 2.5 SEGMENTI, BIELLE E ALBERO MOTORE Le bielle sono di norma realizzate in acciaio forgiato; la loro superficie esterna è talvolta sottoposta a pallinatura per migliorarne la resistenza a fatica. L estremità più piccola viene detta piede di biella; in essa è praticato un foro cilindrico in cui, generalmente tramite interposizione di una boccola, lavora lo spinotto. L altra estremità, collegata alla prima tramite il fusto, prende il nome di testa di biella. Nei diesel per autotrazione attualmente in commercio quest ultima è di tipo composito, ovvero è dotata di un cappello che viene fissato a valori precisi mediante viti o bulloni. In questo modo le bielle, con relativi cuscinetti speciali antifrizione chiamati comunemente bronzine, possono essere installate sui perni di manovella dell albero a gomiti. Quest ultimo, detto anche albero motore, è in genere in acciaio forgiato; non mancano comunque esempi, su alcuni motori a iniezione indiretta per impieghi automobilistici, si alberi in ghisa speciale ottenuti da fusione. I perni di banco e di biella, i cui primi lavorano generalmente su cuscinetti a rulli o a sfere e meno frequentemente sulle bronzine, sono rettificati. L albero a gomiti ruota quindi su dei cuscinetti alloggiati nei supporti di banco; di norma ciascuno di questi è dotato di un cappello amovibile che viene fissato al basamento per mezzo di due viti (talvolta, per

22 assicurare la massima rigidità, le viti di fissaggio sono quattro). I cuscinetti vengono installati nei loro alloggiamenti con una certa interferenza che impedisce loro qualunque possibilità di spostamento; sono inoltre dotati di un nasello che ne assicura il corretto posizionamento. La figura sottostante mostra un albero a gomiti di un motore a quattro cilindri, con cinque perni di banco e contrappesi integrali. Varie canalizzazioni interne rendono possibile il passaggio dell olio lubrificante dai cuscinetti di banco a quelli di biella. 1 perni di banco; 2 perni di biella; 3 contrappesi per equilibratura Nella figura, che rappresenta un gruppo pistone-biella di un motore diesel a iniezione diretta, si possono osservare le sezioni dei due segmenti di tenuta e del raschiaolio; quest ultimo è dotato di una molla che lo preme contro la parete del cilindro migliorandone l efficacia. La superficie di lavoro dei segmenti, ovvero quella che entra in diretto contatto con la parete del cilindro, assai spesso viene ricoperta con un sottile strato di cromo o di molibdeno. In questo modo si ottiene una grande durata ed un eccellente resistenza delle fasce alle alte pressioni e temperature ed all attacco chimico causato da composti acidi che si formano all interno del cilindro in determinate condizioni di esercizio. I segmenti, detti anche fasce elastiche o anelli del pistone, sono generalmente in ghisa o meno frequentemente, in acciaio. La biella raffigurata nel disegno è dotata di una canalizzazione che, partendo dal cuscinetto installato nella testa, la percorre per tutta la lunghezza permettendo così all olio in pressione di raggiungere lo spinotto. Questo nei motori diesel a iniezione diretta è dotato in genere di un diametro piuttosto rilevante.

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