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 cm2.
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.
PARTE SECONDA