Ad evitare variazioni di velocità si è visto che occorre l'uso di un
volano, meno pesante nei motori policilindrici di quello che non sia nei
monocilindrici. Quando le condizioni di una strada su cui marcia un
automobile fossero sempre le medesime, non si presentassero nè
variazioni di pendenza, nè asperità di sorta, l'automobile mosso da un
motore a scoppio potrebbe conservare una velocità costante che sarebbe
quella per la quale la potenza del motore è eguale alla resistenza al
moto da vincere.
In generale però, su qualunque strada, si presentano ad ogni istante
piccole pendenze e asperità per cui la resistenza al moto varia. A voler
mantenere la velocità costante, occorre che il motore possa variare la
sua potenza in corrispondenza delle variazioni della detta resistenza; è
necessario quindi che anche quando si sono disposti gli ingranaggi del
cambio di velocità per la massima, il motore abbia una eccedenza di
potenza per poter mantenere la detta velocità costante anche nel
superare le inevitabili piccole accidentalità di qualunque strada.
Con tale potenza però, quando la strada fosse a fondo buono senza
asperità sensibili e presentasse anche qualche leggera discesa, il
motore, e quindi anche la vettura, aumenterebbero la loro velocità
finchè l'aumento fosse tale da avere eguaglianza fra la resistenza al
moto e la potenza che è capace di sviluppare il motore.
Ne verrebbe adunque che la velocità non potrebbe essere più regolata
(col cambio) dal conduttore, ma varierebbe continuamente dipendentemente
dalle condizioni della strada percorsa; ad evitare un simile
inconveniente è necessario un apparecchio che renda in ogni istante la
potenza sviluppata dal motore eguale alla resistenza al moto.
L'apparecchio in parola può avere un funzionamento automatico e allora
prende il nome di _regolatore_, o essere maneggiato dal conduttore e in
tal caso suolsi chiamare _moderatore_.
Questi dispositivi hanno anche un altro ufficio; quando la vettura è
ferma e il motore in moto, impediscono al motore di raggiungere velocità
eccessive (come si suol dire, di imballarsi) per la sicurezza dei
meccanismi in moto.
_Varie specie di regolatori._ — Un regolatore è dunque un apparecchio
destinato ad impedire che il motore sorpassi una velocità determinata
pur lasciandolo capace di dare in un istante qualsiasi tutta la potenza
per cui è stato costruito.
La regolazione di un motore a scoppio si può ottenere: 1º variando il
punto della corsa nella quale si fa l'accensione della miscela. A questo
sistema di regolazione si presta molto bene l'accensione elettrica, anzi
si può dire che è la sola che si presta con molta precisione all'avanzo
o al ritardo dell'accensione corrispondentemente alle variazioni di
velocità che si desiderano.
Abbiamo già visto come si può produrre meccanicamente questo fatto.
La posizione del punto di accensione per quanto concerne il rendimento
del motore è quella che corrisponde a un poco prima della fine del terzo
tempo, cioè un poco prima del punto morto, perchè in tal modo ha luogo
l'esplosione a volume costante e nel momento della massima compressione
della miscela.
Se si ritarda l'accensione a dopo che lo stantuffo ha oltrepassato il
punto morto si ha l'esplosione, non più a volume costante, di una
miscela ad uno stato di compressione inferiore al massimo e decrescente,
quindi assai poco favorevole alla combustione, tanto che può avvenire
che per ritardo d'accensione molto grande la miscela non sia
suscettibile di accendersi ed esca incombusta in piena perdita; in tal
caso diminuisce la velocità, ed anche il rendimento del combustibile.
Con tutto ciò questo sistema di regolazione è talmente comodo che la
maggior parte delle vetture automobili hanno dispositivi per il ritardo
o per l'avanzo all'accensione.
2º La regolazione del motore si può ottenere variando la qualità o la
quantità della miscela stessa.
Se si varia la qualità si deve modificare la composizione della miscela
diminuendo la proporzione della benzina rispetto alla quantità di aria
aspirata.
Con questo sistema dunque s'impoverisce la miscela e questa può anche
divenire tale da non bruciare o bruciare solo parzialmente, risulta
quindi poco economico e per questo è raramente usato.
Il sistema di variare la quantità della miscela introdotta è invece
ormai adottato da quasi tutti i costruttori di automobili, sebbene
presenti l'inconveniente di variazione nella pressione della miscela che
può portare a scoppi mancati o a combustioni incomplete con relativi
depositi dannosi. Lo strozzamento poi della conduttura, necessario per
diminuire la quantità di miscela introdotta, altera il modo di
funzionare del carburatore e quindi anche la composizione della miscela;
il motore per tali fatti qualche volta prende un'andatura irregolare con
accelerazioni intermittenti, si dice allora che _galoppa_.
Infine è bene notare che la diminuzione di pressione nella miscela porta
ad un abbassamento nel rendimento termico del motore.
3º Un altro modo di regolazione consiste nel variare l'evacuazione dei
gas combusti agendo sulla valvola di scappamento.
Si può aumentare l'avanzo allo scappamento che abbiamo visto adottato in
quasi tutti i motori; allora i gas di esplosione cominciano ad
espandersi all'esterno prima del tempo normale quando essi potrebbero
ancora produrre lavoro, con ciò si ottiene una diminuzione di potenza
del motore, ma anche un minor rendimento.
Si può anche ottenere la diminuzione di velocità col ritardare
l'apertura della valvola di scappamento. Con questo sistema i gas
trovando chiusa la valvola nel 4º tempo vengono compressi a spese della
potenza del motore.
Si può ottenere lo stesso effetto agendo sullo scappamento in altro
modo, e cioè producendo il sollevamento più o meno grande della valvola
di scappamento, il che porta all'inconveniente di corrosioni nella detta
valvola e nella sua sede; oppure sollevando completamente la detta
valvola, ma variando la durata del sollevamento; quest'ultima maniera
evita la corrosione ed è stata applicata nella vettura dell'Hautier, il
quale ha cercato di ottenere un volume di miscela costante (sebbene
impoverita da gas di scarico) per avere sempre lo stesso grado di
compressione.
4º La regolazione si può finalmente ottenere con un altro sistema
chiamato del “tutto o niente„ agendo sull'ammissione e sullo
scappamento.
Si può tenere la valvola di ammissione chiusa durante alcuni giri del
motore.
Con questo sistema mancano, durante quel tempo, gli scoppi e quindi le
corse motrici e il motore rallenta.
Tenendo chiusa la valvola di scappamento, i gas di scoppio sono
compressi nella camera di compressione a spese della potenza del motore,
il quale è costretto a diminuire la sua velocità anche perchè durante il
tempo in cui la detta valvola è chiusa, lo è pure quella di aspirazione,
la quale non può aprirsi se automatica e viene bloccata se comandata.
Questo modo di regolazione ha il difetto di chiudere nel cilindro una
massa di gas che è ad altissima temperatura e che sovrariscalda le
pareti del cilindro stesso, non che lo stantuffo con conseguente
decomposizione dei lubrificanti e consumo di acqua di raffreddamento in
pura perdita.
Il modo di regolazione a chiusura della valvola di ammissione, si
avvicina a quello che consiste nel far cessare l'iniezione del
combustibile nel motore arrestando ad esempio l'uscita della benzina dal
polverizzatore del carburatore, o facendo uso di carburatori a
distribuzione meccanica.
I sistemi fondati sul “tutto o niente„ hanno poi l'inconveniente che,
durante il tempo nel quale non si producono esplosioni, la circolazione
d'acqua continua a raffreddare il cilindro; se questo raffreddamento è
troppo forte si producono scoppi difettosi, incompleti, anzi qualche
volta non avviene neppure l'accensione della miscela quando
l'alimentazione è di nuovo stabilita dal regolatore.
Al momento poi nel quale le esplosioni ricominciano, la velocità
angolare essendo divenuta molto debole, lo stantuffo e la biella si
trovano sottoposti a urti assai più violenti che in marcia normale.
I regolatori adoperati negli automobili sono del tipo Watt a forza
centrifuga.
Ad un albero orizzontale mosso dall'albero motore, è fissata normalmente
una traversa, alle cui estremità sono articolate due braccia che portano
all'altro estremo due masse metalliche, il più delle volte a forma di
sfera; mediante due piccole bielle e traverse, le due braccia vengono a
trasmettere un movimento lungo l'albero ad un collare. Il movimento del
collare è in un senso o nell'altro a seconda che le masse del regolatore
si allontanano o si avvicinano, il che dipende dalla velocità del
motore. Al collare è unita una leva che agisce mediante altre leve
sull'organo regolatore.
Le fig. 53, 54, 55 sono abbastanza chiare per poter comprendere
prontamente il funzionamento dei regolatori che funzionano
sull'ammissione.
[Illustrazione: Fig. 53.]
Attualmente, oltre alla regolazione automatica, nelle vetture automobili
si ha la possibilità di variare l'ammissione anche colla mano o col
piede agendo sulla valvola P con manetta o pedale mediante sistema di
leve, si ha cioè anche il _moderatore_ e l'_acceleratore_.
[Illustrazione: Fig. 54.]
Nelle vetture leggere si usa spesso il solo moderatore e nella fig. 56 è
appunto rappresentato quello usato nelle piccole vetture Darracq che si
aziona mediante una manetta a leva posta sotto al volantino di
direzione.
[Illustrazione: Fig. 55.]
Col moderatore si può rendere nulla l'ammissione e arrestare il motore,
oppure si può limitare l'ammissione in maniera da limitare la velocità
del motore quando questo funziona sulla vettura o ne è distaccato e non
ha quindi da vincere che le resistenze passive che s'oppongono alla sua
rotazione.
[Illustrazione: Fig. 56.]
Dovremmo ora vedere i dispositivi degli altri modi di regolazione; ci
limitiamo a riportare il regolatore Déchamp funzionante a “tutto o
niente„ e precisamente fermando bruscamente l'ammissione. Nella fig. 57
si ha il dispositivo generale e nella 58 i particolari del rubinetto.
La manovra si fa con una leva fissata a D (fig. 58), i gas aspirati dal
tubo A penetrano nel rubinetto dagli orifizi _m_ ed _n_ in forma di lame
sottili; allorché si manovra la leva D di cui la corsa è limitata dagli
arresti F, i seguenti _m'_ ed _n'_ vengono a chiudere gli orifizi _m_ ed
_n_ ed il motore non riceve più miscela.
[Illustrazione: Fig. 57.]
Prima di por termine a questo argomento ricorderemo ancora il sistema di
regolazione della _Fiat_ rappresentato nelle fig. 59 e 59 _bis_.
Il carburatore ha una valvola a cannocchiale sulla quale agisce,
mediante un conveniente sistema di leve, il regolatore a forza
centrifuga.
Il sistema di regolazione è quello a variazione della quantità di
miscela introdotta nel motore; gli è appunto alla valvola a cannocchiale
che è affidato l'ufficio di variare l'ingresso per M della miscela nel
motore proporzionalmente alla potenza che questo sviluppa. La detta
valvola proporziona pure la grandezza della luce PP' dell'aria
supplementare allo scopo di avere una costante composizione a tutte le
velocità.
[Illustrazione: Fig. 58.]
Il carburatore a cui detta valvola è applicata, riceve dal tubo F l'aria
riscaldata in vicinanza del tubo di scappamento[13].
[13] La leva L, manovrata da apposita levetta a portata di mano del
conduttore, agisce sulla vite senza fine I e può regolare l'efflusso
della benzina e moderarne il consumo.
Nelle Vetture _Fiat_ si ha l'_acceleratore_ e il _moderatore_. Esso può
funzionare sia col piede mediante apposito pedalino compreso fra i due
pedali del freno e dell'innesto, sia colla mano per mezzo di manetta
situata sul volante di direzione.
[Illustrazione: Fig. 59 e 59 _bis_.]
Con detto apparecchio si viene ad agire mediante sistema di leve sulla
molla antagonista del regolatore, che come abbiamo visto, funziona sulla
valvola a cannocchiale del carburatore. Si comprende come si possa
variare la sensibilità del regolatore agendo sulla detta molla e come in
conseguenza sia possibile variare la quantità di miscela che va al
motore e quindi la velocità di quest'ultimo che può passare da un minimo
di 300 giri al minuto ad un massimo di 1200 giri.
_Moderatore-Acceleratore._ — Col moderatore abbiamo visto che nelle
piccole vetture _Darracq_ si può benissimo agire colla mano
sull'ammissione della miscela e rallentare come si vuole la marcia del
motore sia nella marcia ordinaria, sia quando si distacca il motore
dalla vettura, sia quando s'incontrano animali che si spaventano per il
rumore del funzionamento, sia infine quando occorra improvvisamente o
per poco tempo rallentare la vettura senza ricorrere al cambiamento di
trasmissione[14].
[14] In generale quando non si sfrutta tutta la potenza del motore,
conviene marciare col cambio in quarta e moderare la velocità col
moderatore.
Quando non esiste il moderatore funzionante direttamente
sull'ammissione, si ha un congegno a disposizione che si maneggia colla
mano, come nella _Fiat_, il quale con un intermediario elastico
controbilancia la molla antagonista della massa del regolatore; ciò
corrisponde in ultima analisi alla modificazione dell'apparecchio di
regolazione che limita la velocità ad un valore minore di quello della
marcia normale. Generalmente si può, con questo organo, anche arrestare
il motore.
Vi è un altro organo sulle vetture, il quale ha un ufficio inverso,
detto _acceleratore._ Con esso si agisce col piede per mezzo di tiranti
e leve sulla molla del regolatore nel senso di aumentarne l'azione fino
a paralizzare addirittura il regolatore stesso. Il motore funziona ad
una velocità superiore alla normale.
Si lavora sull'acceleratore quando si vuole ad esempio percorrere una
strada colla massima velocità che il motore può imprimere
all'automobile, senza curarsi della regolarità della velocità stessa e
senza preoccupazione del deterioramento dei pezzi in movimento.
Si può pure usare l'acceleratore quando, essendo in salita, si vuole
sfruttare una potenza maggiore della normale, oppure quando su qualunque
strada ed a qualunque velocità si trovi, si vuole momentaneamente
accelerarne la marcia senza servirsi del cambio di velocità che obbliga
ad una manovra abbastanza complessa e forse anche più dannosa per i
meccanismi che il semplice uso dell'acceleratore. Giova però notare che
non sarebbe consigliabile usare per lungo tempo l'acceleratore, perchè è
noto che il massimo rendimento dei motori a scoppio si ha alla velocità
di regime.
_Incamminamento._ — Si è tentato con dispositivi speciali di incamminare
il motore a benzina stando seduti sulla vettura, ma con risultato
pratico discutibile.
Crediamo tuttavia di far cosa gradita al lettore riportando
succintamente due sistemi coi quali si può ottenere l'avviamento in tal
maniera.
L'uno consiste in un ingranaggio che fa muovere l'albero del motore
quando per mezzo del piede si agisce sul pedale di disinnesto; un
sistema di leve riunisce il pedale all'ingranaggio.
Di funzionamento più pronto e sicuro è il sistema detto “Cinogène„ del
quale diamo un'idea nella fig. 60. Consiste in un recipiente R di
acciaio contenente acido carbonico a 60 atmosfere.
[Illustrazione: Fig. 60.]
Un rubinetto alla portata del conduttore e da questi maneggiato, lascia
passare, una volta aperto, l'acido carbonico che, sfuggendo dal
recipiente, entra nel cilindro C, contenente uno stantuffo di cui l'asta
è a cremagliera. La cremagliera spostandosi, comunica un rapido
movimento di rotazione ad un ingranaggio che lancia effettivamente il
motore per circa 6 giri. Per aumentare la velocità si hanno tre ruote
dentate invece di una sola.
Alla fine della corsa, il gas sfugge automaticamente e il pistone a
cremagliera è ricondotto alla sua posizione primitiva mediante una molla
a spirale.
Un Kg. di acido carbonico liquido è sufficente per 100 messe in marcia
di un motore a cilindri di 35 cavalli. Il detto apparecchio è disposto
anteriormente alla vettura trasversalmente all'albero del motore.
Il motore si mette in moto avviandolo a mano, facendo fare per mezzo di
una manovella alcuni giri all'albero a gomiti.
Pei motori di potenza rilevante, è necessario talvolta aprire col
“decompressore„, momentaneamente, la valvola di scarico di uno o più
cilindri per evitare la compressione dei gas che si trovano nei cilindri
stessi, la quale opporrebbe una resistenza grande alla rotazione
dell'albero a gomiti per mezzo della manovella.
È necessario, per l'avviamento, almeno un giro completo di manovella,
perchè occorre aspirare la miscela, comprimerla e accenderla.
Giova notare che nell'avviamento deve essere nulla o quasi
l'anticipazione dell'accensione, perchè se questa si produce prima del
passaggio al punto morto, si ha un contraccolpo e il motore non si
avvia.
_Lubrificazione._ — Per la buona lubrificazione del motore, sotto la sua
base, sta una scatola (_carter_) in generale di alluminio, a chiusura
perfetta, contenente olio, nel quale vengono a pescare ad ogni giro le
teste delle bielle, che movendosi, spruzzano olio anche sulle pareti dei
cilindri.
Queste ad ogni modo vengono lubrificate per mezzo di apparecchi speciali
(oleopolimetri, lubrificatori a pressione di gas, oliatori a pressione
d'acqua, ecc.).
_Osservazione._ — Per evitare il congelamento dell'acqua di
raffreddamento e la conseguente rottura della tubazione si può adoperare
acqua mescolata col 20% di glicerina neutralizzata con carbonato di
soda. Tale mescolanza resiste senza congelarsi fino a 9°.
Condizioni di funzionamento di un motore d'automobile a quattro tempi.
Noi sappiamo ormai in che consista un motore d'automobile a quattro
tempi; vediamo di studiare alcune condizioni del suo funzionamento.
La miscela gassosa portata ad un'alta temperatura dall'esplosione, cede,
durante l'espansione alle pareti del cilindro, una quantità di calore
tanto più grande quanto più l'espansione stessa si compie in più lungo
tempo, ossia quanto minore è la velocità del motore.
Ora questa quantità di calore ceduta alle pareti, non solo è spesa in
pura perdita, ma può anche essere dannosa sotto altri riguardi se non si
ha cura di raffreddare artificialmente il cilindro.
Il Witz ha dato le leggi seguenti:
1º Il rendimento termico indicato d'un motore cresce colla velocità
lineare dello stantuffo, ossia col numero dei giri al minuto del
volante;
2º La combustione della miscela introdotta nel cilindro si fa in un
tempo tanto più breve quanto maggiore è la velocità lineare dello
stantuffo.
Oltre a questi vantaggi il motore a grande velocità a pari potenza è
molto più leggero di quello a piccola velocità.
In pratica però vi è un limite della velocità lineare dello stantuffo
che non bisogna oltrepassare, limite imposto dalla conservazione degli
organi in moto e anche dalla necessità di ottenere l'infiammazione di
tutta la massa gassosa durante il terzo tempo. La detta velocità lineare
dev'essere di non molto superiore ai quattro metri.
Vi è un altro elemento da considerare legato alla velocità ed è la
compressione della miscela.
Un aumento di compressione della miscela ne favorisce l'esplosione. Una
miscela gassosa che non esplode a una certa temperatura alla pressione
atmosferica, può scoppiare nelle stesse condizioni se si eleva la
pressione.
In un motore a petrolio, o benzina, ecc., la miscela può infiammarsi
spontaneamente qualora la pressione arrivi a un determinato limite, alla
temperatura raggiunta dopo la compressione.
Un aumento di pressione della miscela diminuisce il tempo durante il
quale si produce l'esplosione e aumenta la pressione alla fine della
esplosione stessa.
Con compressione di 2,7 Kg., 4,25 Kg. e 5,4 Kg. si sono ottenute
rispettivamente le pressioni massime alla fine dell'espansione di 11,9
Kg., 14,35 Kg., 19,70 Kg.
In corrispondenza degli aumenti della pressione di scoppio si hanno
aumenti del lavoro indicato.
Possiamo dunque dire che un motore che marcia a una determinata
velocità, ha una potenza tanto più grande e funziona più economicamente
quanto maggiore è la compressione.
Siccome poi l'aumento di compressione della miscela diminuisce la durata
dello scoppio, così è possibile aumentare la velocità dello stantuffo e
far fare un numero di giri più grande al motore aumentando in tal
maniera anche la potenza.
Nei motori attuali si potrebbe giungere impunemente e con grande
vantaggio a compressioni che diano una pressione della miscela di 6 ed
anche 8 Kg. per cm^2.
Per aumentare la compressione della miscela si cerca innanzi tutto che
la tenuta sia il più che possibile perfetta, poi si diminuisce il volume
della camera di esplosione.
Con questa diminuzione si diminuisce pure la quantità di gas bruciati,
che alla fine dello scappamento restano nel cilindro; si aumenta la
depressione del primo tempo e per conseguenza si aumenta il volume di
miscela fresca introdotta; infine si comprime in una camera più piccola
una più grande quantità di miscela.
Giova notare però che l'aumento di compressione porta i suoi
inconvenienti, fra i quali principale è l'eccessivo riscaldamento del
motore, che bisogna evitare con una più attiva circolazione d'acqua di
raffreddamento facilitando l'espulsione dei gas bruciati.
Si è pensato da alcuni, di scacciare i gas bruciati completamente,
facendo arrivare un getto d'aria nella camera di esplosione prima di
introdurre la miscela; ma con questo sistema, se si otteneva lo scopo
dell'eliminazione dei gas combusti, si veniva ad avere però una miscela
eterogenea nel cilindro a strati di aria pura e aria mescolata a benzina
e quindi di difficile esplosione.
Charles Caillé pensò di evitare anche questo inconveniente
coll'introdurre, invece di un getto di aria pura, un getto supplementare
di miscela; si comprende però che la costruzione del motore in tal caso
diventa più complessa.