Orizzonti del Mare


In questa sezione sono stati trattati organicamente i fondamenti di Macchine Marine partendo dai Propulsori per eccellenza - ovvero le ELICHE -, passando per i dispositivi di INVERSIONE e RIDUZIONE del MOTO , fino ad arrivare alla descrizione dei Motori a 2 ed a 4 Tempi .
Argomenti Trattati	Cap. 1: Caratteristiche Geometriche dell'Elica Cap. 2: Idrogetto Cap. 3: Invertitori e Riduttori Cap. 4: Motori endotermici a 4 Tempi Cap. 5: Motori endotermici a 2 Tempi

Motori ENDOTERMICI A 4 TEMPI	Si definiscono "motrici endotermiche" (o "macchine a combustione interna"), quelle macchine termiche nelle quali il calore necessario per ottenere il lavoro meccanico si sviluppa nell'interno della motrice stessa; a questa categoria appartengono i motori alternativi a carburazione (comunemente detti "a scoppio" ), quelli a combustione graduale (o "Diesel") e le Turbine a gas.
	Nella sua forma più schematica, unmotore alternativo a carburazione è costituito da un cilindro C (o più cilindri) entro il quale scorre a tenuta uno stantuffo S, in cui il moto rettilineo alternato è trasformato in moto rotatorio, pressochè uniforme, da un meccanismo biella - manovella
L'uniformita' del regime di rotazione si consegue - anche se non totalmente - sia con l'aumento del numero dei cilindri, sia con l'installazione di un opportuno volano che immagazzina energia cinetica nella corsa utile per restituirla nelle seguenti corse passive dello stantuffo. Cilindrata = Cin il termine Cilindrata si indica il volume generato dallo stantuffo nel suo moto; Camera di Combustione = si intende il residuo volume esistente fra testata del cilindro e cielo dello stantuffo qaundo esso si trova al punto morto superiore. I motori a combustione interna seguono i cicli termodinamici descritti in figura:.
	Il ciclo può essere completato in " quattro corse " dello stantuffo ( si parla allora di " motore a quattro tempi") o in due sole corse ("motore a due tempi"); oltre a ciò può essere attiva solo la camera superiore del cilindro ("motore a semplice effetto") oppure anche quella sottostante ("motore a doppio effetto") ottenuta chiudendo la parte inferiore del cilindro stesso, in modo analogo alle pompe a stantuffo.
Il ciclo teorico che caratterizza il principio di funzionamento di un motore a carburazione a 4 tempi (4T) non è un ciclo termodinamco , in quanto sull'asse delle ascisse non figurano i volumi specifici del fluido operante - che peraltro si rinnovano ad ogni ciclo - ma i volumi generati dallo stantuffo nel suo moto alternato entro il cilindro del motore, volumi che (per la costanza della sezione del cilindro) sono proporzionali agli spostamenti dello stantuffo stesso. Il cilindro è provvisto di due valvole: una "Va" lo pone in comunicazione con il condotto di alimentazione, attraverso il quale perviene ad esso una quantità dosata di combustibile, preventivamente vaporizzato e miscelato conaria in un organo accessorio detto "carburatore"; l'altra valvola "Vs" mette in comunicazione il cilindro con l'ambiente esterno, ove vengono csaricati i prodotti della combustione, dopo aver esaurito la propria energia di pressione;
	Il ciclo teorico si completa in quattro corse dello stantuffo, e precisamente: Durante la prima corsa (0-1) lo stantuffo, muovendosi verso il basso, aspira la miscela attraverso la valvola di aspirazione, mentre e chiusa la valvola di scarico;si suppone che tale aspirazione avvenga a pressione costante (atmosferica). Nella corsa di ritorno (1-2), si chiudono ambedue le valvole e la miscela viene compressa adiabaticamente acquistando pressione e temperatura; al termine della corsa avviene la combustione della miscela (2-3), assimilabile ad una trasformazione a volume costante in virtu' della rapidità con cui si svipluppa. La pressione si innalza fortemente ed i gas combusti esercitano una forte spinta sullo stantuffo. Nella terza corsa (3-4), permangono chiuse le valvole e lo stantuffo si muove in virtù della spinta dei prodotti della combustione che si espandono entro il cilindro in unatrasformazione adiabatica; al termine della corsa, si apre istantaneamente la valvola di scarico e la pressione subisce una improvvisa diminuzione per la fuoriuscita di una parte dei gas combusti (4-1). Nella quarta corsa, infine (1-0), si ottiene la completa espulsione dei prodotti residui attraverso la valvola di scarico che rimane aperta per tutta questa fase , che si suppone avvenga anch'essa a pressione atmosferica.




Motori ENDOTERMICI A 2 TEMPI	Un motore alternativo viene classificato "a due tempi" quando compie il ciclo termodinamico in due sole corse di stantuffo, equivalenti ad un giro dell'albero principale; esso rappresenta quindi un semplificazione del motore a quattro tempi, essendo capace - per le ipotesi fatte - di produrre teoricamente una potenza doppia di quest'ultimo, a parità di altre caratteristiche. Da un esame del ciclo teorico del quattro tempi ci si rende conto come per ottenere lo stesso lavoro ( e quindi un ciclo della stessa conformazione ) eliminando due corse di stantuffo, sia necessario abolire le due trasformazioni 0-1 e 1-0 che avevamo supposte coincidenti.
E' chiaro che, operando in tal senso, le due fasi di aspirazione e di scarico non possono verificarsi con la semplicità dei quattro tempi: lo scarico infatti non può più avvenire sotto la spinta del pistone in moto verso l'alto, né può ottenersi l'aspirazione in seguito alla depressione conseguente al moto di ritorno del pistone stesso. La miscela deve pertanto penetrare "spontaneamente" nel cilindro in virtù di una leggera pressione ( di poco superiore a quella atmosferica ) ad essa conferita da un organo esterno (Pompa di Lavaggio);
	Si raggiunge così anche lo scopo di espellere quasi totalmente - sotto la spinta della miscela entrante - i residui gas della combustione, completando anche la fase di scarico . Le fasi di aspirazione e di scarico , in un motore a due tempi, risultano così parzialmente sovrapposte e nel loro complesso costituiscono la "fase di lavaggio".
Nei piccoli motori a due tempi ( per lo più monocilindrici), la pompa di lavaggio è costituita dal carter stesso del motore che è a perfetta tenuta, mentre nei grandi motori si preferisce installare , all'estremità dell'albero, un cilindro-pompa la cui funzione è di alimentare i cilindri motori.
	Motori con aspirazione dal carter Sono di costruizione semplicissima perchè le valvole di aspirazione e di scarico sono sostituite da apposite feritoie, di forma allungata , praticate nelle pareti del cilindro e dette "luci". Le luci di aspirazione sono più basse di quelle di scarico e comunicano con il carter il quale, a sua volta, può essere messo in comunicazione con il carburante mediante altre luci. L'apertura e la chiusura delle feritoie viene effettuata direttamente dallo stantuffo nel suo movimento alternato. Il funzionamento di un motore di questo tipo è illustrato in figura:
	analizziamo le varie fasi tenendo presente che nel ciclo precedente il carter ha già aspirato, e compresso nella corsa di ritorno, la miscela proveniente dal carburatore: fase di aspirazione: lo stantuffo , nel suo moto discendente, scopre dapprima le luci di scarico ed i gas combustiperdendo rapidamente - ma non istantaneamente - di pressione, poichè l'apertura della luce è progressiva; qualche istante dopo, si apre anche la luce di aspirazione, che mette in comunicazione il cilindro con il carter, nel quale la miscela pura e in lieve pressione. Essa penetra perciò nel cilindro, scacciando innanzi a sé i residui prodotti della combustione. Attenzione un'abbondante affluenza di miscela pura , se da un lato garantisce un perfetto lavaggio, dall'altro comporta una perdita, giacchè parte di essa affluisce dalla luce di scarico; di contro, una scarsa alimentazione di miscela non può consentire un lavaggio efficace ed il cilindro, nel ciclo successivo, produrrà un lavoro minore per difetto di alimentazione. Per rendere più efficace il lavaggio, la sommità dello stantuffo non è piana , ma provvista di un rialzo che costringe la miscela a deviare verso l'alto compiendo un percorso sinuoso, in modo da completare l'espulsione dei gas combusti, evitando che parte di essi rimanga nel cilindro; fase di compressione: lo stantuffo, risalendo ,chiude progressivamente prima le luci di aspirazione e poi quelle di scarico, iniziando la compressione della miscela e provocando di conseguenza una depressione nel carter; prima che termini la corsa ascendente, il lembo inferiore dello stantuffo scopre la luce di ammissione al carter, nel quale penetra nuova miscela fresca proveniente dal carburatore.
La descrizione di questa fase mette in evidenza una particolarità costruttiva dei motori a due tempi; la dimensione assiale dello stantuffo non può essere arbitraria ma è condizionata dalla posizione delle luci in modo che l'alternanza di chiusure e di aperture possa verificarsi nel modo già descritto:
	fase di scoppio: avviene come nei motori a 4 tempi; fase di espansione: lo stantuffo, spinto dai gas combusti inizia la corsa discendente, compiendo lavoro utile e contemporaneamente comprimendo - dopo la chiusura della luce - la miscela fresca immessa precedentemente nel carter. Prima del termine della corsa, si apre progressivamente la luce di scarico e la pressione nel cilindro diminuisce fortemente fino all'apertura della luce di aspirazione; a questo punto l'introduzione di nuova miscela fa si che l'abbassamento di pressione risulti meno sensibile fino a raggiungere l'equilibrio con l'ambiente esterno; fase di scarico : praticamente è stata gia descritta in quanto avviene in virtù della spinta esercitata dalla miscela fresca sui prodotti della combustione.
	Il ciclo teorico di un motore a due tempi assume l'aspetto rappresentato in figura, dalla quale si rileva facilmente la perdita dell'area tratteggiata in nero, rispetto ad un quattro tempi di uguali caratteristiche. Tale perdita, che riduce l'ampiezza della corsa ad un valore effettivo (sc) minore di quello nominale (so), è dovuta all'apertura progressiva delle luci che interessano la parte inferiore del cilindro. Non si deve inoltre trascurare il lavoro assorbito dalla pompa di lavaggio (carter), lavoro che è rappresentato dal ciclo tratteggiato, percorso ovviamente in senso antiorario. Per questi motivi, e per l'imperfetto lavaggio del cilindro, la potenza di un motore a scoppio a due tempi risulta non doppia, come si potrebbe prevedere teoricamente, ma superiore solo del 30% o 50 % rispetto di un uguale motore a quattro tempi.
	Motori con pompa di lavaggio separata Si tratta in fenere di motori policilindrici di media ed alta potenza, tali comunque da giustificare la maggior complicazione costruttiva conseguente all'istallazione della pompa. Pompa di lavaggio Essa è costituita da un cilindro, azionato dall'albero principale, che aspira la miscela dal carburatore e la invia - nell'istante dovuto - ai vari cilindri motori che, in tal caso, non sono provvisti di carter stagno. L'immissione ai cilindri motori è regplata da una serie di valvole comandate, mentre permane il sstema di scarico mediante luci praticate nelle pareti dei cilindri. La miscela, in leggera pressione, viene unviata ad un collettore e l'introduzione nei vari cilindri è consentita solo dopo la completa apertura delle luci di scarico , in modo tale che la pressione nell'interno del cilindro non superi molto quella ambiente. Sovente la fase di lavaggio viene migliorata ricorrendo ad un artificio: la pompa di lavaggio aspira in un primo tempo la miscela combustibile e, nell'ultimo tratto della corsa , solo aria pura; in fase di mandata , immetterà quindi nel cilindro motore prima l'aria, che potrà compiere un efficace lavaggio preventivo, ed infine la miscela di ricarica. Il sistema non è peraltro molto diffuso a causa delle complicazioni e dei pericoli di eventuali preaccensioni dovute alla mescolanza dei due fluidi. La pompa di lavaggio è in genere a doppio effetto in modo da poter fornire ad ogni ciclo un volume di fluido superiore alla cilindrata complessiva del motore.