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Ing. ALAMANNO DE-MARIA

La Vettura Automobile

Sue parti — Suo funzionamento

Con 121 figure nel testo.

TORINO
S. LATTES & C., Librai-Editori
Via Garibaldi, Num. 3 (piazza Castello)
Firenze: R. Bemporad e Figlio
—
1907

PROPRIETÀ LETTERARIA

Torino — Vincenzo Bona, Tip. di S. M. e dei RR. Principi (10209)

La presente pubblicazione è destinata a quei lettori che desiderano acquistare con facilità e in breve tempo una nozione abbastanza esatta delle varie specie di vetture automobili.

Vi sono molte opere pregevolissime sull'argomento, ma la maggior parte o trattano solo distesamente dei motori, o solamente di un tipo di vettura, oppure sono troppo sviluppate e dettagliate e sono quindi più adatte a quelle persone che dell'automobilismo fanno la parte principale delle loro ordinarie occupazioni.

Ho cercato, il più che mi era possibile, di essere chiaro e breve, senza lasciare di toccare sufficientemente, per lo scopo che mi sono prefisso, i punti più importanti dell'argomento.

Per evitare citazioni nel testo ho riunito alla fine in nota bibliografica le opere delle quali mi sono servito nella compilazione di questo modesto lavoro, alle quali rimando il lettore per maggiori e più complete cognizioni.

L'Autore.

OPERE CONSULTATE

Baudry de Saunier, Les recettes du chauffeur. — Éléments d'Automobile (Paris, Dunod).

Marchis, Les Moteurs à essence pour automobiles (Paris, Dunod).

Marchesi, L'Automobile (Torino, Lattes).

H. Rodier, Automobiles-Vapeur-Pétrole-Électricité.

Manuale dell'automobile, Raccolta delle lezioni dettate alla Scuola per meccanici e conduttori d'automobili in Torino.

Pedretti, L'automobilista (Manuali Hoepli).

Knap, Les secrets de fabrication des moteurs à essence (Troyes).

Witz, Traité théorique et pratique des moteurs à gaz (Paris, Bernard).

Riviste: La Locomotion.

» La Vie Automobile.

» La Locomotion automobile.

INDICE

LA VETTURA AUTOMOBILE

Sue parti — Suo funzionamento.

PREMESSA

L'industria degli automobili ha preso un enorme sviluppo in tutti i paesi, nè ancora si può dire che essa abbia raggiunto il vertice della parabola.

Fino al 1895 l'automobilismo si era mantenuto in un cerchio molto ristretto; fu solamente dopo la corsa Parigi-Bordeaux andata e ritorno (1200 Km.), compiuta dal Levassor conducente una vettura Panhard-Levassor a due posti, in 48 ore e 48 minuti, che l'automobilismo cominciò a svilupparsi con attività febbrile ovunque.

Ingenti capitali furono da quell'epoca impiegati nella costruzione degli automobili, a cui si dedicarono con uno spirito di ricerca ammirabile numerosi e valenti ingegneri non che abilissimi costruttori.

Pare che il primo che abbia costruito un veicolo meccanico per strada ordinaria sia stato Cugnot, ingegnere militare francese.

Verso la fine del secolo XVIII egli infatti, per ordine del ministro della guerra francese, costruì un carro a tre ruote per trasporto di artiglierie; la ruota anteriore era nello stesso tempo direttrice e motrice; era munita di caldaia e motore a vapore. Avvenimenti politici impedirono a questa vettura di perfezionarsi ad onta che anche Bonaparte se ne fosse interessato.

Il tentativo di Cugnot trovò seguito in Inghilterra e negli Stati Uniti.

Evan riuscì a costruire una vettura a vapore che fece circolare per Filadelfia.

Nel 1803 Trevitick costruì una vettura a vapore che percorse nella Contea di Galles 150 Km. e che portava la prima trasmissione di forza mediante ingranaggi.

Trevitick abbandonò lo studio della locomozione su strade ordinarie per dedicarsi a quella su rotaia e fu bene per il mondo, che vide in meno di 25 anni, mercè lo studio di benemeriti costruttori seguaci del Trevitick, fra i quali primeggia lo Stephenson, la prima ferrovia in servizio del pubblico.

Lo studio della locomozione su strada ordinaria, condusse in Inghilterra alla costruzione di locomotive stradali destinate alla trazione a velocità ridotta di carichi rilevanti, mentre nella Francia condusse alle vetture leggere pel trasporto delle persone a grande velocità.

In Inghilterra si tentò ancora per qualche anno la costruzione di vetture automotrici per trasporto di persone.

Hancock aveva stabilito infatti nel 1833 servizi regolari con vetture aventi una caldaia a tubi d'acqua ad alta pressione a tirante forzato con ventilatore, una motrice a due cilindri verticali che comandava l'asse posteriore mediante catena di Galle. Le ruote posteriori motrici avevano una disposizione che permetteva ad una di esse di ruotare di 100 gradi rispetto all'altra, angolo sufficiente per le voltate ordinarie.

Sebbene il servizio in queste vetture procedesse regolarmente, tuttavia la rottura di un asse, per la quale si ebbe qualche ferito, dette luogo a leggi talmente restrittive per parte del governo inglese che la trazione a vapore per trasporto di persone venne completamente abbandonata in Inghilterra.

I costruttori inglesi si dedicarono alla trazione per servizio di merci; quindi si ebbero le locomotive stradali per trainare carri comuni carichi di merci e con velocità non superiore a 8-10 Km. all'ora.

Impieghi delle locomotive stradali negli eserciti. — Nella campagna di Crimea l'esercito inglese fece uso di una locomotiva stradale rudimentale, tipo Boydell, che rese tuttavia qualche servizio rimorchiando altri carri.

Nel 1870 i Tedeschi impiegarono due locomotive del sistema Fowler e nel 1877 nella guerra russo-turca, i Russi fecero uso di questo sistema con risultati pratici positivi.

Nel 1899 e 1900 gl'Inglesi nella guerra del Transwal impiegarono locomotive stradali blindate e non blindate, che a detta dei critici militari, fecero buona prova. Con tutto ciò, questo genere di locomozione non ha preso grande sviluppo sebbene sia stato oggetto di esperienze sistematiche. L'avvenire sorriderà probabilmente alle vetture automotrici con motori a scoppio,

Vetture con motore a scoppio. — Anche in Francia la trazione con locomotive stradali, sebbene avesse destato qualche speranza, fu di poi abbandonata.

Nel primo periodo, e cioè fino al 1860, il motore a scoppio ad essenza non era ancora conosciuto; l'unico fluido impiegato era il vapore. Questa è una delle ragioni per le quali non si ebbe il progresso nelle vetture leggere; la necessità della caldaia, del motore a vapore, delle pompe d'alimentazione, non permetteva una soluzione della questione quale la permette il motore a scoppio più leggero e più semplice.

La ragione però principale noi la vediamo specialmente nelle condizioni alle quali deve soddisfare una vettura automobile pel trasporto di persone. Alla necessità di una grande leggerezza e semplicità fa contrasto il bisogno di meccanismi numerosi e complessi per regolare la marcia e per avere un funzionamento scevro d'inconvenienti; da ciò consegue che nella costruzione occorre materiale di qualità superiore e una lavorazione accurata di ogni parte, quale non si sarebbe potuto ottenere nel periodo di sviluppo della locomotiva stradale, quando la metallurgia dell'acciaio e la lavorazione meccanica dei metalli erano ancora nel loro nascere.

Portiamo opinione che le vetture automobili pratiche non potevano nascere prima, perchè desse, piuttosto che frutto di un'idea geniale e dell'uso dei motori a scoppio, è il risultato naturale e immediato del progresso e dello sviluppo meraviglioso della metallurgia e della lavorazione meccanica dei metalli.

Oggi infatti anche l'automobile a vapore ha trovato nella soluzione del Serpollet una pratica attuazione.

La prima vettura con motore a gas è dovuta a Lenoir francese, il quale non solamente è l'inventore del motore a gas, ma precursore fortunato; nel 1862 costruì una vettura munita di motore a gas che circolò su strada; la sua vettura era munita di un serbatoio di gas d'illuminazione compresso a 10 atmosfere.

Però, essendo il peso relativamente grande, e piccolo il numero dei colpi del pistone (100 circa) per minuto, e quindi la potenza insufficiente, il tentativo non ebbe seguito.

Nel 1877 si ha il primo tentativo d'impiego del petrolio per opera di Siegfried Marcus.

Si può dire però che solo nel 1883 l'impiego della gazzolina è un fatto compiuto per opera specialmente di Delamarre Debouteville a Parigi e di Daimler a Camstatt che applicarono il primo carburatore all'ordinario motore a gas Otto, detto a quattro tempi.

Il motore a petrolio o a benzina, ecc., applicabile alla locomozione, leggero, robusto, era così trovato.

Il Delamarre si dette allo studio di motori per impianti fissi, il Daimler invece abbandonò la ditta Otto e Langen per dedicarsi interamente al motore leggero nella sua officina di Camstatt.

Nel 1886 Daimler costrusse la prima macchina per strada a due ruote una di seguito all'altra, delle quali quella posteriore era azionata da un motore di potenza di mezzo cavallo.

Subito dopo costrusse un char à bancs con motore a benzina e all'esposizione di Parigi (1889) espose un piccolo tramway azionato da un motore a un cilindro.

Nel 1890 si hanno le prime vetture; così il Daimler si afferma come il vero inventore pratico dell'automobilismo.

Panhard e Levassor acquistarono quindi il brevetto Daimler e costrussero il primo motore a due cilindri inclinati a V, disposizione questa che fu poi abbandonata.

Nel 1891 essi costruirono poi una vettura di indiscutibile praticità.

Il Peugeot nello stesso anno si dette alla costruzione di vetture leggere con motore brevetto Daimler. Contemporaneamente il Serpollet perfezionava il motore a vapore per vetture automotrici togliendo gran parte dei difetti dovuti all'impiego del vapore e costruiva vetture che potevano competere con quelle munite di motore a scoppio.

La Francia in questo genere d'industria ha precorso le altre nazioni e già nel 1894 si avevano in servizio vetture pratiche automotrici a vapore, a benzina ed anche elettriche.

Ad invogliare i compratori occorse un esperimento che mettesse in evidenza le qualità del nuovo sistema di locomozione.

La corsa Parigi-Bordeaux andata e ritorno (1200 Km.) che fece seguito a quella Parigi-Rouen indetta dal Petit Journal, impressionò favorevolmente il mondo sportivo e da quell'avvenimento, l'industria automobilistica ha trovato in una richiesta sempre crescente il mezzo di svilupparsi grandemente. A detta gara 46 veicoli concorsero, di cui 29 a petrolio, 15 a vapore e 2 elettrici.

Le vetture a petrolio vinsero sulle altre con molto vantaggio.

Dal 1895 in poi le corse sono venute ripetendosi e ad esse si debbono in gran parte i maggiori perfezionamenti portati a questo genere di locomozione.

Le velocità sono sempre venute accrescendosi e dai 24 Km. all'ora del 1895 si è giunti alla velocità di 170 Km.

Impiego dei motori a scoppio. — Oltre che alle vetture da corsa e da viaggio per turismo, il motore a scoppio ha trovato utile applicazione alla locomozione per scopi industriali. Il servizio di corriere e di posta lo troviamo già in molti casi affidato ad omnibus con motori a benzina; nelle città il servizio merci è fatto sovente con camions a motore a benzina.

Giova notare che una vettura automotrice ha sempre un motore al quale si può domandare un lavoro supplementare quando la vettura è ferma, staccandola dal comando delle ruote, e facendogli mettere in azione un altro meccanismo.

Così nelle pompe per incendi, dopo aver compiuto il trasporto delle pompe col motore, si può, una volta sul luogo dell'incendio, comandare l'aspirazione e compressione dell'acqua.

Due altre applicazioni sull'automobilismo che datano appena dal 1900 e che hanno già preso una grande estensione, sono quelle alla piccola navigazione e all'areonautica.

Il motore a esplosione rende utili servizi non solo nei piccoli canotti, ma anche nei piccoli battelli da pesca e nei battelli per navigazione interna.

Si pensa già di applicare il motore a scoppio anche nelle torpediniere, mentre è già adottato per i battelli sottomarini quando navigano in emersione.

Nella navigazione aerea il motore a scoppio ha pure trovato un'applicazione importante.

Gli esperimenti di Santos Dumont e di Lebaudy e quelli con gli aeroplani dei fratelli Wright, non sarebbero stati possibili senza i motori a scoppio leggerissimi coi quali si ha il cavallo-vapore con 3 o 4 kg. di peso[1].

Uno dei dirigibili Lebaudy, che ha dato risultati soddisfacenti, era mosso da un motore a scoppio di 40 cavalli. Il pallone Santos Dumont Nº 6 portava un motore di 20 cavalli Clément.

Tuttavia il pericolo di scoppio del gas, le trepidazioni proprie di tal genere di motore, le variazioni di peso per il consumo del combustibile, ne limitano alquanto l'impiego all'areonautica e alcuni fra i migliori areonauti danno ancora la preferenza al motore elettrico ad onta dell'enorme peso da sollevare corrispondente al cavallo-ora, perchè più facilmente regolabile e perchè evita tutti gli inconvenienti accennati.

Automobilismo militare.

Negli eserciti dei paesi più civili, si seguono continuamente per trarne profitto i progressi di tutte le applicazioni scientifiche, di tutte le industrie, di tutte le arti dalla chimica alla fotografia, dall'addestramento dei cani alla telegrafia senza fili, dall'allevamento dei piccioni viaggiatori all'areonautica, ecc.

Era quindi naturale che la bicicletta e l'automobile, questi due importanti mezzi di locomozione meccanica sopra strade ordinarie, attirassero in modo particolare l'attenzione dell'elemento militare.

La bicicletta è già usata presso tutti gli eserciti e reparti di ciclisti sono destinati ad operare colla cavalleria nel servizio di avanscoperta. Nel servizio di staffetta la bicicletta pure può dare ottimi risultati. L'obbiezione maggiore che si fa ai reparti ciclisti è che essi sono troppo legati alla strada e quindi soggetti a sorprese sui fianchi. Si ritengono meglio utilizzabili in unione alla cavalleria e come scorta all'artiglieria piuttosto che isolati nel servizio di esplorazione. La motocicletta non ha potuto ancora sostituire la bicicletta; sono però in corso esperimenti presso tutti gli Stati.

Dato l'enorme sviluppo degli eserciti moderni, la fugacità delle situazioni in guerra, i fronti di battaglia estesissimi, le profondità enormi delle colonne, è facile intuire quanto difficile sia ai comandanti dei grandi reparti di trovarsi laddove la loro presenza sarebbe necessaria in determinati momenti e quanto pregevole potrebbe essere un mezzo di locomozione atto a trasportarli rapidamente.

L'automobile ha già dato prova nella guerra d'Oriente delle sue ottime qualità come mezzo di trasporto pei comandanti dei grandi reparti e anche da noi, nelle grandi manovre, si è cercato di studiare la questione; ovunque, gli automobili si mostrano di grande utilità e sopratutto d'impiego sicuro, quando siano ben tenuti.

Nè solo nel trasporto delle persone hanno trovato utile impiego gli automobili nella guerra d'Oriente, ma anche nel servizio di rifornimento delle munizioni, non che in quello viveri.

Non tarderà molto che questo mezzo di trasporto veloce entrerà anche nel nostro esercito per il servizio di vettovagliamento, data specialmente la deficienza delle nostre razze equine.

Per fortuna, in Italia, l'industria automobilistica ha saputo prontamente porsi alla testa e gareggiare per bontà di prodotti colle migliori marche straniere; d'altra parte la passione per l'automobilismo è grande; gli stessi industriali e commercianti e varie società hanno cominciato ad usare carri con motori a benzina per trasporti pesanti, omnibus pel trasporto dei passeggeri, ecc.; è evidente quindi che in caso di mobilitazione si potranno requisire molte vetture automobili con che ne verranno molto avvantaggiati i servizi logistici in guerra.

Nelle ultime grandi manovre si è fatto un esperimento assai interessante di reclutamento di varie vetture private coi relativi proprietari e chauffeurs.

Tutte le nazioni del resto si sono poste su questo cammino.

Gli eserciti di Germania, Francia, Inghilterra, ecc., hanno in servizio automobili per il trasporto di personale e fanno uso di camions speciali automotori per trasporto di materiali di artiglieria, di derrate e per servizi varî dell'arma del Genio.

Nel Portogallo, per armare prontamente fronti di difesa, si sono esperimentate vetture automotrici con motore a scoppio capace di trainare una batteria di obici da 120[2].

Dovendo superare grandi pendenze, si ancorava il carro automotore alla cima della salita e si trainavano gli obici mediante fune avvolgentesi attorno ad un verricello azionato dal motore della vettura motrice.

Le applicazioni e gli esperimenti con automobili hanno preso grande sviluppo in tutti gli eserciti ed a questo genere di locomozione è riserbato un grande avvenire negli usi militari, specialmente quando sarà creato il carro automobile veramente pratico.

I sistemi finora esperimentati si sono dimostrati di praticità molto discutibile e certamente inferiori al sistema con motore a scoppio.

Le locomotive stradali hanno avuto brevissima esistenza negli eserciti. Vennero sostituite coi così detti automobili a vapore, destinati, come le prime, al traino di una serie di carri collegati tra loro.

Difetto principale di questo sistema è quello della necessità di una grande aderenza della vettura motrice, aderenza che manca, sia quando si tratta di pendenze rilevanti, sia quando la strada è bagnata. La necessità dell'aderenza porta ad un aumento considerevole del peso della vettura motrice, e quindi a facili affondamenti in strade a fondo non troppo solido e alla necessità di costruire sui corsi d'acqua passaggi improvvisati di maggior resistenza.

Nell'industria privata, tali generi di automobili a vapore non hanno avuto alcun sviluppo; quindi, in caso di mobilitazione, non sarebbe possibile requisirne per sopperire anche in minima parte ai bisogni dell'esercito.

Pel nostro paese poi, a frontiere montuose, sembra non vi sia molto da attendere dall'impiego delle ferrovie da campo, che potrà convenire solamente per alcuni casi speciali.

Il nuovo sistema adunque a camioni con motori a benzina s'impone per l'esercito; riguardo alla modalità dell'adozione, noi diamo la preferenza alle vetture automotrici isolate o trainanti al massimo un solo carro.

Il motore a scoppio ha un funzionamento che non si presta al rimorchio, specialmente di un numero ragguardevole di vetture; lo sforzo che deve fare il motore è troppo variabile quando si abbiano a rimorchiare molti carri, dipendendo il detto sforzo dalle condizioni diverse delle strade anche in brevi tratti; il motore a scoppio manca di elasticità sufficiente per il rimorchio e questo abbiamo potuto constatarlo in uno esperimento di traino con una sola vettura rimorchiata.

Non vogliamo lasciare questo argomento senza ricordare un sistema di locomozione speciale che ha lo scopo di sfruttare l'aderenza di tutte le vetture collegate con la vettura di testa, nella quale si ha la sorgente dell'energia.

Questo sistema ha avuto due soluzioni; l'una in Francia per opera del fu colonnello Renard e l'altra in Italia per opera del capitano Douhet di Stato Maggiore.

Colla prima, si ha su un carro di testa un motore a benzina, che dà l'energia motrice necessaria alla propulsione e che viene trasmessa alle singole vetture mediante un lungo albero di acciaio a snodi cardanici che corre sotto le vetture stesse. I singoli elementi del treno seguono nei risvolti lo stesso percorso della prima vettura.

Colla seconda soluzione, si ha sul carro di testa, oltre che un motore a benzina, una dinamo la cui corrente viene mandata mediante conduttura flessibile ai motori elettrici situati su ciascuna vettura. Per lo sterzo ogni vettura necessita di un conduttore.

Varie obbiezioni sono state mosse a questo sistema; noi attenderemo i risultati dell'esperienza che si faranno pare fra non molto, per giudicare.

Il treno Renard, negli esperimenti fatti a Berlino, pare non abbia fatto troppo buona prova.

AUTOMOBILI

PARTE PRIMA

Generalità.

Scelta di un corpo produttore di energia.

Fin ora, gli agenti impiegati praticamente nell'automobilismo, sono la benzina (petrolio e derivati), l'alcool, il vapore e l'elettricità.

La scelta di un corpo produttore di energia per automobili dipende dalle seguenti considerazioni:

1º Il corpo deve avere una potenza specifica la più grande possibile, vale a dire un chilogrammo di questo corpo deve contenere il più grande numero di calorie (motore termico) o produrre il più grande numero possibile di watts (motore elettrico);

2º Il corpo deve essere di facile rifornimento, scevro di pericoli, poco costoso e poco voluminoso. Un corpo, anche ottimo dal punto di vista dell'energia che tiene immagazzinata, ma di difficile rifornimento, sarebbe da scartarsi; anche un esplosivo per i pericoli che presenta non è da impiegarsi; il carbone pure è da scartarsi perchè occupa molto posto;

3º Se il corpo non è produttore di energia, ma ne è solo un accumulatore deve avere un grande rendimento.

Quindi non sarà conveniente ricorrere a molle per il movimento degli automobili, perchè il lavoro fornito nella distensione è di molto inferiore a quello fornito per porle in tensione.

Nè l'aria liquida si potrebbe impiegare praticamente, perchè il lavoro che può dare è piccolissimo rispetto a quello fornito per la compressione.

Finalmente potremo anche dire che un corpo, sia pure ricco in energia, sarà da scartarsi quando la sua utilizzazione richieda complicazioni.

Così l'acetilene, che dà circa 4000 calorie per chilogrammo, non è impiegato perchè le miscele prodotte da questo gas sono esplosive e dilaniatrici. Non mancano tuttavia i tentativi d'impiego di questo composto carburato negli automobili.

Il corpo impiegato di preferenza nei motori a scoppio applicati agli automobili è la benzina, più di rado s'impiega il petrolio e l'alcool. Con essa si forma un gas tonante, cioè un miscuglio di corpi gassosi suscettibili di scomporsi in elementi capaci di combinarsi e aventi in determinate condizioni una grande affinità. La trasformazione è accompagnata da grande quantità di calore utilizzata industrialmente nei motori a scoppio.

Nel commercio si hanno due qualità di benzina, l'una derivata dal catrame ottenuto nella fabbricazione del gas illuminante, l'altra ottenuta distillando i petroli naturali a temperatura fra i 70° e i 150°.

Entrambe le qualità sono adoperate nell'automobilismo. Il potere calorifico della benzina è di 11.500 calorie circa.

Il petrolio del commercio, che proviene dalla distillazione del petrolio naturale fatta alla temperatura da 150° ai 300°, comincia ad essere usato, sebbene presenti qualche inconveniente, per il suo prezzo relativamente moderato e per la facilità di ritrovarlo ovunque. Anche gli oli pesanti, ottenuti nella distillazione del petrolio, tendono a sostituire il petrolio nei motori per impianti fissi.

L'alcool è pure adoperato nell'automobilismo, il più delle volte e con maggior vantaggio mescolato in parti eguali con la benzina; richiede però l'avviamento del motore con benzina.

Il gas di benzina, mescolato coll'aria in proporzione conveniente, forma un miscuglio tonante; il detto miscuglio deve essere tale da contenere l'ossigeno necessario alla completa combustione degli idrocarburi.

Lo scoppio può avvenire, sia per la presenza di un corpo scaldato ad alta temperatura, sia per effetto di scintilla elettrica, sia per effetto dell'elevata temperatura prodotta per compressione molto spinta della miscela.

Nella combustione si produce vapore acqueo e anche acido carbonico, i quali si dilatano bruscamente per la elevata temperatura, producendosi ciò che comunemente si dice lo scoppio.

Il maggior effetto del miscuglio tonante si ottiene colla proporzione di una parte in volume di gas di benzina e 14 parti d'aria.

Nei motori a scoppio, onde avere un andamento economico, è conveniente avere esuberanza d'aria, non deficienza, a ciò non avvenga che parte del combustibile non trovi ossigeno sufficente alla combustione e vada in pura perdita con tutti gli inconvenienti che ne derivano, quali deposito di carbonio sulle pareti del motore, sulle sedi delle valvole, sulla candela di accensione, scoppi nel silenziatore, ecc.

D'altra parte un eccesso d'aria esporta parte delle calorie di combustione e talvolta la miscela resta povera di combustibile a tal punto che non si accende e va in pura perdita per lo scappamento.

Dunque in entrambi i casi si ha una perdita nel rendimento; conviene quindi cercare di ottenere un dosamento esatto costante della miscela, ciò che è sommamente difficile alle varie velocità.

In alcuni automobili si ha la libertà di variare la miscela; per dosarla però, occorre molta pratica. Si può, col modificare la sua composizione, variare il numero dei giri in limiti molto estesi, però sempre a scapito del rendimento.

Le combustioni incomplete danno luogo ad inconvenienti più gravi nei motori ad alcool causa ai prodotti acidi che deteriorano le valvole e le loro sedi.

CARBURAZIONE

Varie specie di carburatori.

La carburazione, è l'operazione compiuta per opera di un apparecchio speciale detto carburatore, facente parte dei motori a scoppio per automobili, per la quale si viene ad ottenere la miscela della benzina allo stato volatile coll'aria atmosferica nella proporzione voluta per ottenere la completa combustione del combustibile.

È dal carburatore che il motore aspira continuamente miscela indispensabile al suo funzionamento.

La benzina racchiusa in un apposito recipiente va, per mezzo di un tubo, al carburatore dove si volatilizza e si mescola all'aria che vi è introdotta da apposita apertura; mediante poi tubazione speciale, la miscela viene aspirata nel cilindro del motore.

I carburatori più usati si possono raggruppare in tre categorie:

1º Il combustibile contenuto in un recipiente a livello costante va ad un tubo verticale da cui lo stantuffo del motore, aspirando, lo fa uscire fuori con veemenza e lo conduce ad urtare, e quindi a polverizzarsi in minutissime particelle, contro un cono rovesciato, oppure reticella di metallo o di amianto, posti sopra al foro di uscita; mentre succede questa polverizzazione, una corrente d'aria, in generale calda, vi si mescola, producendone l'evaporazione.

Questo tipo di carburatore, che ormai è quello più usato, è detto a polverizzazione;

Fig. 1.

2º Il combustibile è disposto sopra sottile strato in ampio recipiente; su di esso si ha una lamina; una forte corrente d'aria aspirata dal motore lambisce la superfice della benzina e ne produce l'evaporazione. Tale tipo è detto a lambimento (fig. 1);

3º Il combustibile viene attraversato da una corrente d'aria calda aspirata dal motore che entra per un tubo che pesca fino quasi al fondo; in contatto di questa aria la benzina si evapora, la miscela così formata va al motore (fig. 2). Tale tipo è detto a gorgoglio.

Fig. 2.

Queste due ultime categorie sono quasi del tutto abbandonate, perchè se il liquido non è omogeneo si ha il trasporto nella miscela dei prodotti più volatili sicché non resta nel recipiente che la parte più densa, onde la carburazione diviene sempre più difettosa.

D'altronde, mentre la pressione atmosferica, la temperatura-ambiente e dell'aria che entra nel carburatore, il grado igrometrico della stessa, possono modificare il potere evaporante di quest'aria, influiscono invece assai poco sul potere comburente, quindi è assai più facile che il titolo della miscela sia costante quando è prodotta col carburatore a polverizzazione che non con gli altri due tipi.

Nel tipo a polverizzazione (fig. 3) si ha:

1º Un recipiente a livello costante o camera del galleggiante;

2º Una camera di miscela o di carburazione, nella quale arriva il tubetto della polverizzazione detto polverizzatore, spruzzatore (gicleur) e nella quale entra per apposita bocca una corrente d'aria;

3º Una camera di riscaldamento;

4º L'apparecchio che regola la qualità o quantità di miscela aspirata dal motore.

Fig. 3.

Nella camera a livello costante una spina solidale ad un galleggiante, o sulla quale poggia un galleggiante contrappesato e munito di una punta conica, chiude più o meno il foro per il quale entra nel carburatore la benzina proveniente dal serbatoio, in modo da mantenere il livello costante.

La benzina passa dalla camera a livello costante in quella di carburazione per un tubetto il cui orifizio è di qualche millimetro più alto del livello della benzina nella prima camera affinchè il passaggio avvenga per aspirazione.

Da apposita apertura laterale entra nella camera di miscela aria riscaldata, la quale si mescola alla benzina che esce dall'orifizio e si polverizza battendo contro la parete rugosa di un cono rovesciato che si suole chiamare fungo. Nel tipo rappresentato nella fig. 3, la mescolanza intima dell'aria colla benzina avviene per effetto della suddivisione prodotta nell'incontro di diverse reticelle poste superiormente al gicleur[3].

Giova notare che il liquido, prima di giungere alla camera a galleggiante, ha attraversato una reticella che funziona da filtro, che lo libera da materie diverse.

Il tubetto che serve da polverizzatore (gicleur) porta alla estremità un foro molto piccolo calcolato in modo che la quantità di benzina che esso può dare sia quella corrispondente alla massima potenza del motore.

Questo sistema di carburatore ha il vantaggio di dare rapidamente tutte le quantità di gas che gli si domandano; però ha il difetto di dare troppa benzina a piccole velocità, quindi si ha uno spreco di combustibile.

Detto carburatore è facilmente smontabile e si può assai rapidamente ripulire.

Alcuni costruttori, fra i quali Longuemare, per ottenere una facile polverizzazione hanno adottato un polverizzatore a fungo, la cui testa è munita di finissime scanalature che producono nella corrente d'aria piccoli getti.

In altri carburatori come in quello Sthénos, l'orificio del polverizzatore è otturato mediante un cono che si solleva solo ad ogni aspirazione del motore lasciando un passaggio anulare conveniente per il passaggio del combustibile liquido; si ha cioè, invece di un getto unico di essenza, una serie di getti e quindi una più facile polverizzazione.

Nel carburatore Gillet Forest adottato dalla Fiat, il polverizzatore è regolabile a volontà[4] da un ago, l'altezza del quale può essere variata convenientemente.

Fig. 4.

Il Richard Brasier e qualche altro, fanno uso di polverizzatori doppi (fig. 4), che producono getti fra loro inclinati e urtantisi in modo da avere una polverizzazione più efficace.

Aria necessaria alla carburazione. — Per ottenere adunque la carburazione, occorre far entrare dell'aria per apposita apertura alla quale in genere si danno dimensioni sufficienti per la carburazione quando il motore gira a piccola velocità.

Quest'aria può entrare con direzioni differenti da quelle del getto di benzina; è difficile scegliere la più conveniente.

Alcuni poi preferiscono usare aria riscaldata o mediante i gas di scarico o col calore abbandonato dalle pareti del motore. Attualmente si preferisce scaldare il carburatore coll'acqua di circolazione pel raffreddamento dei cilindri.

Un difetto grave dei carburatori a polverizzazione è che la composizione della miscela, che conviene alla migliore combustione dell'essenza, non resta costante col cambiare della velocità del motore.

In detti carburatori l'uscita dell'essenza dal polverizzatore e l'entrata dell'aria sono provocate dalla depressione prodottasi nel movimento del pistone nel cilindro.

Questa depressione varia colla velocità ed è tanto maggiore quanto la seconda è più grande. Coll'aumento della depressione viene alterata la proporzione dell'essenza aspirata rispetto alla quantità d'aria pure aspirata e precisamente aumenta la prima (perchè di maggior densità), che viene a trovarsi così in eccedenza rispetto alla seconda.

Conviene quindi, per avere una composizione della miscela il più che possibile costante, aumentare la quantità d'aria coll'aumentare della velocità; la regolazione della detta quantità d'aria addizionale è in alcuni carburatori ottenuta automaticamente.

Nel carburatore Krebs è affidata ad una valvola a stantuffo speciale, il cui sollevamento dipende appunto dalla depressione del carburatore, ossia dalla velocità del motore.

Esso è caratterizzato dal fatto che il gambo della valvola per l'aria addizionale portante una specie di stantuffo K, è unito alle pareti mediante una lamina elastica ubbidiente alla depressione.

Un piccolo foro S mette in comunicazione la camera formata dalle pareti e dallo stantuffo mobile coll'atmosfera. L'aria che può uscire ed entrare dal foro S è sufficiente ad impedire brusche variazioni nel funzionamento.

Nella fig. 5 è indicato in sezione il detto carburatore: D è il polverizzatore, per A entra la quantità d'aria invariabile conveniente per circa 200 giri al minuto.

I due organi che permettono di modificare da un lato la quantità di miscela introdotta nel cilindro e dall'altro di regolare la carburazione, sono due pistoni senza fondo che ostruiscono o scoprono appositi orifici. Il primo F è comandato dal regolatore a forza centrifuga; esso porta su uno dei suoi bordi degli intagli a forma di V onde si abbia un'aspirazione graduale.

La regolazione si fa aprendo o chiudendo completamente l'entrata della miscela nel cilindro.

Fig. 5.

Il conduttore può agire su di esso col ritardatore (o moderatore), o coll'acceleratore che impareremo a conoscere più avanti.

L'aria addizionale è regolata dallo stantuffo K verticale e che secondo la depressione più o meno grande, chiude più o meno gli orifici di entrata M. Perchè lo stantuffo obbedisca alla variazione della depressione nel carburatore, si munisce il suo gambo nella parte superiore d'una lamina elastica Q che è unita al coperchio della scatola O e fissato da un pezzo di caoutchouc circolare. Una molla R mantiene sollevato lo stantuffo.

Il funzionamento del carburatore si comprende dalla figura.

Altri carburatori, come quello Mors e Clément, sono muniti di questa valvola semplificata.

Nel carburatore Fiat (1906), l'entrata d'aria addizionale è regolata dal regolatore a forza centrifuga, il quale agisce su una valvola a cannocchiale che varia contemporaneamente anche l'ammissione della miscela che va al motore.

Per variare la velocità del motore da 300 giri a circa 1200, si agisce col moderatore (che è anche acceleratore) col piede o colla manetta posta sul volante di direzione che non fa che agire sulla molla del regolatore a forza centrifuga (vedi regolazione).

Nel carburatore Fiat si può pure, mediante apposita leva, agire su di una spina che chiude più o meno l'uscita della benzina dal gicleur e marciare con consumo minimo di benzina. La detta spina funziona anche automaticamente.

Nei carburatori a valvola automatica è difficile regolare la tensione della molla.

Si è cercato pure da alcuni costruttori di regolare nello stesso tempo la quantità d'aria contenuta nella miscela e la quantità di miscela mandata nei cilindri mediante valvole a farfalla collegate fra loro[5].

Camera di carburazione. — Per impedire che quando aumenta la velocità del motore si produca una miscela troppo ricca di combustibile, invece delle reticelle che si ponevano sul cammino della miscela, quando non si usano carburatori automatici del genere di quelli del Krebs, si preferisce dare conveniente forma alla camera di carburazione.

Quando una miscela gazosa passa in un tubo conico, nell'attraversare la sezione ristretta, si contrae, dimodochè la vena gazosa ha un massimo di velocità in corrispondenza della contrazione; se in tal punto si fa arrivare la benzina dallo gicleur, si ha una mescolanza molto intima; oltre a ciò, in seguito ad una serie di esperimenti, fu trovato che se si pone il gicleur al disopra della luce minore, ad una distanza da questa eguale al terzo del suo diametro, l'orificio di uscita della benzina viene a trovarsi in una regione nella quale la depressione che dà luogo alla sortita della benzina stessa varia proporzionalmente alla velocità dell'efflusso dell'aria, cosicché può ottenersi, per tutte le diverse velocità del motore, una miscela combustibile di composizione presso a poco costante. L'esperienza dimostra che la forma a tronco di cono, colle generatrici inclinate a 7° coll'asse e colla base minore rivolta sul polverizzatore, è la più conveniente.

Col carburatore Sthénos (fig. 6), variando il foro d'uscita dal polverizzatore e il tronco di cono, si può avere una miscela costante col variare della velocità per motori di differente potenza.

Fig. 6.

Regolatori della quantità di miscela. — Nel carburatore Krebs abbiamo visto affidato allo stantuffo F (fig. 5) l'ufficio di variare la quantità di miscela alimentante il motore.

Altri per regolare la detta quantità di miscela fanno uso di valvole a farfalla di forma elittica che permette un'apertura più graduale che la circolare.

Questo sistema ha l'inconveniente di variare la compressione iniziale della miscela nei cilindri, con che resta diminuito il rendimento termico come vedremo.

MOTORE

I motori usati nell'automobilismo appartengono alla categoria dei motori a scoppio con compressione.

Essi possono essere a due, a quattro o a sei fasi.

Di uso generale sono quelli a quattro fasi e rappresentano un'applicazione del così detto ciclo di Otto.

Le quattro fasi sono:

1ª Aspirazione della miscela;

2ª Compressione della miscela tonante;

3ª Scoppio della miscela tonante ed espansione dei prodotti della combustione;

4ª Scarico dei prodotti della combustione.

Il ciclo si sviluppa in un cilindro chiuso ad un'estremità del quale si muove uno stantuffo aderente alle sue pareti; lo stantuffo nella sua corsa non va a toccare il fondo del cilindro, ma lascia uno spazio interno libero che costituisce la camera di scoppio.

Ad ogni corsa dello stantuffo corrisponde una fase del ciclo.

Le quattro figure seguenti indicano le varie fasi.

Primo tempo. — Aspirazione della miscela. — Il pistone P crea una depressione (fig. 7) nel cilindro C e sollecita la valvola di ammissione A ad aprirsi; la miscela arriva dall'apertura E e si spande nel cilindro.

Fig. 7. Fig. 8.

Secondo tempo. — Compressione della miscela. — Alla fine della corsa di aspirazione, il pistone ritorna indietro, spinge in avanti i gas contenuti nel cilindro che vanno a chiudere la valvola A (fig. 8) e li comprime.

La compressione prodotta nella camera si eleva fino al limite calcolato dal costruttore.

Fig. 9. Fig. 10.

Terzo tempo. — Esplosione ed espansione. — Alla fine della seconda corsa, la miscela compressa nella camera K è infiammata in T da una scintilla elettrica.

L'esplosione dei gas esercita una pressione sul pistone che è lanciato in basso, l'espansione dei gas di scoppio si produce e la loro pressione diminuisce.

Quarto tempo (fig. 10). — Alla fine del terzo tempo, la biella B lavorando sopra la manovella M, le ha già fatto descrivere un giro e mezzo. Sopra l'albero della manovella è calettata una ruota dentata C che ne comanda un'altra H di diametro doppio calettata sopra un albero secondario.

Questo albero secondario porta un eccentrico (camma) D; l'azione di questa sporgenza sopra il gambo della valvola si manifesta ogni due giri.

Ora, quest'azione si produce appunto nel momento che il pistone è al fondo della corsa; nell'istante in cui il pistone ritorna, l'asta solleva la valvola O spingendo il gambo e i gas bruciati sfuggono nell'atmosfera per l'apertura S.

L'eccentrico è calcolato in modo che alla fine della corsa esso non agisce più sopra la valvola O, la quale è richiamata nella sua sede da una molla. Di poi si ripetono le stesse fasi.

Ciclo teorico. — Se OV e OP sono gli assi coordinati cui si riferiscono i volumi e le pressioni, il diagramma teorico di un ciclo a 4 tempi può essere rappresentato dalla fig. 11, in cui AB è l'aspirazione della miscela tonante (aumento di volume a pressione costante); BC è la compressione della miscela (diminuzione di volume con aumento di pressione); CD è lo scoppio e DE l'espansione dei prodotti della combustione (aumento rapido di pressione, poi aumento di volume con diminuzione di pressione); EA è lo scarico dei prodotti della combustione (diminuzione di volume a pressione sensibilmente costante).

Fig. 11.

Questo è il così detto ciclo teorico pel quale si suppone che, durante la compressione e l'espansione, non vi siano disperdimenti di calore e che quindi avvengano adiabaticamente. In realtà però, durante la compressione, le pareti del cilindro, calde per gli scoppi precedenti, cedono calore al miscuglio gassoso e durante l'espansione, dopo lo scoppio, ne assorbono.

Così pure l'esplosione non è istantanea e quindi il punto D viene ad essere spostato verso destra e tanto più quanto è stato più grande il tempo durante il quale l'esplosione si è propagata a tutta la massa.

Fig. 12.

Ciclo reale. — In realtà quindi il ciclo è quello rappresentato in fig. 12.

In questo diagramma si è anche tenuto conto del così detto avanzo allo scappamento per evitare il lavoro resistente di compressione dei gas già combusti al principio del quarto tempo; ed infatti il pistone non è arrivato ancora alla fine del terzo tempo quando comincia lo scappamento in e[6]. Siccome nei motori di automobili si fa anche molto uso dell'avanzo all'accensione per avere una completa combustione della miscela, così nelle figure 13, 14 sono indicati i diagrammi reali nel caso di avanzo più o meno grande.

Fig. 13.

Fig. 14.

Indichiamo anche il diagramma con ritardo (fig. 15) all'accensione, dal quale si vede come il lavoro indicato è più piccolo che con avanzo[7].

Fig. 15.

Come si è già visto, nel cilindro si ha una sola corsa motrice su quattro; e se allo stantuffo è aggiunta una biella con manovella, si ha una sola corsa motrice ogni due giri della manovella. Per regolare la velocità del motore è necessario quindi unire all'albero motore un volante sufficentemente grande e pesante.

La terza fase nella quale si ha la produzione di gas con forte pressione e forte sviluppo di calore succede nel cilindro stesso anzichè nella caldaia come nelle macchine a vapore, e succede con trasformazione quasi istantanea e quindi con una perdita piccolissima di calore.

Per rendere possibile la lubrificazione e anche perchè non avvengano dilatazioni troppo grandi delle pareti del motore, si è costretti a raffreddare le pareti del cilindro, onde gran parte delle calorie sviluppate nello scoppio, circa metà, va perduta; un'altra parte considerevole di calore va perduta perchè i gas sono a temperatura elevata anche quando la loro pressione differisce di poco da quella atmosferica al momento dello scappamento.

Sommando a queste due perdite principali di calore quelle che avvengono per radiazione, conducibilità, ecc., si trova che più dei 3⁄4 dell'energia disponibile va perduta. Pare infatti che la parte utilizzata sia dal 15 al 20%. Risulterebbe che su 100 calorie prodotte dalla combustione dei gas solo 16 sono usufruite per il lavoro esterno.

Dell'energia corrispondente alle calorie utilizzate, parte viene consumata nel vincere le resistenze interne della vettura, il resto è quello che va impiegato a vincere lo sforzo di traslazione e in parte consumato nella forza viva delle trepidazioni.