Il carburatore

I combustibili volatili consentono di miscelarsi con l’aria prima che scocchi la scintilla, mentre per quelli poco volatili, la miscelazione avviene solamente nel cilindro, quando le condizioni di pressione e temperatura sono sufficienti ad innescare la combustione.

Pertanto, il controllo della potenza avviene con modalità differenti in base alla tipologia del motore. Per quanto riguarda il ciclo diesel, la potenza erogata è gestita attraverso il controllo della portata del carburante (gasolio) immesso nella camera di combustione. Il regolatore della portata dei motori diesel, è l’iniettore47.

Nei motori a ciclo otto invece, la regolazione della potenza avviene controllando la portata della miscela (aria + combustibile). L’organo di miscelazione di questi motori è detto carburatore48.

Il carburatore svolge quindi il delicato compito di regolare il rapporto stechiometrico aria/carburante (indicato come A/F air/fuel).

Il rapporto di miscela A/F (Equazione 10) indica il rapporto tra la massa di aria e la massa di carburante contenute nella miscela stessa, successivamente introitata dalla camera di combustione.

A/F = M

/M

Dal punto di vista chimico, il valore A/F stechiometrico, è quello che permette una combustione completa e che non lascia né eccesso d’aria (miscele povere) né di carburante incombusto (miscele ricche). Gli unici prodotti della combustione saranno acqua (H2O) ed anidride carbonica (CO2).

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In un motore Diesel, il posto occupato dalla candela è sostituito da un iniettore. Questo è collegato ad una pompa capace di “imprimere al combustibile una pressione necessaria a polverizzare ed immetterlo nel cilindro pieno di aria ove vige un’elevata contropressione” - Citazione tratta dalle “Dispense di Meccanizzazione Forestale” del Prof.Ing. Danilo Monarca

Il rapporto stechiometrico dipende dal tipo di combustibile; per le benzine commerciali esso varia all’incirca da 14,5÷14,8; ossia occorrono dai 14,5÷14,8 kg di aria per bruciare 1 kg di benzina.

Questo rapporto vale 6,5 per l’alcool metilico e 9 per quello etilico. Pertanto il carburatore svolge essenzialmente queste due funzioni:

1. Dosare la portata di combustibile nel flusso d’aria aspirato, mantenendo il rapporto aria/combustibile entro i valori di cui sopra.

2. Controllare la potenza erogata regolando la portata d’aria aspirata secondo il comando del pilota.

Per quanto concerne gli aspetti della nostra sperimentazione, il carburatore ricopre un’importanza speciale. Infatti la composizione dei gas di scarico dipende quasi esclusivamente dalla dosatura della miscela, che come accennato precedentemente, risulta essere corretta quando il rapporto combustibile/aria è circa dello 0,065 (reciproco dell’Equazione 10). In questa condizione, la composizione del gas di scarico e quella riportata nella Tabella 6, cioè una composizione sostanzialmente priva di elementi chimici pericolosi per l’uomo (come il CO49) e l’ambiente.

Combustibile/aria = 0,065

COMPONENTI FORMULA CHIMICA PERCENTUALE (%)

Azoto N2 72,76 Vapore d’acqua H2O 13,25 Anidride carbonica CO2 11,52 Ossigeno O2 0,98 Ossido di carbonio CO 0,86 Metano CH4 0,48 Idrogeno H2 0,15

Tabella 7 Composizione del gas di scarico con rapporto combustibile aria corretto

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Qualora la miscela diventi ricca, cioè con un eccesso di combustibile, la percentuale di CO2, quella di CO e di H2, aumentano, mentre se la miscela impoverisce, aumenta

rapidamente la percentuale di O2 e diminuisce la percentuale di H2O e di CO2. In entrambi

i casi si ha comunque perdita di calore e di rendimento del motore. Perciò il massimo rendimento termico del motore si ottiene anche, con la giusta dosatura della miscela. Quindi, le analisi dei gas di scarico di un motore endotermico, permettono di controllare l’andamento della combustione nei cilindri. Dal risultato di tale analisi si potrà stabilire quale sia la più adatta regolazione del carburatore o dell’iniettore. Inoltre essa può fornire al progettista utili indicazioni circa la forma più appropriata della camera di combustione e dei condotti di emissione della miscela nei cilindri, sulla posizione della candela o dell’iniettore e sull’efficacia del raffreddamento del motore.

Figura 17 Diagramma della composizione del gas di scarico in funzione del rapporto combustibile/aria

Purtroppo, in linea generale la carburazione dei motori e quindi il rapporto aria combustibile non’è mai perfetta, tanto meno nelle attrezzature portatili, oggetto del nostro studio.

Infatti, oltre alla corretta regolazione del carburatore, le variabili in gioco in un giusto rapporto aria combustibile, sono la pressione e la temperatura atmosferica, le variazione della composizione del carburante (benzina) o del lubrificante, la presenza di impurità nel carburante, le vibrazioni che possono far variare la regolazione degli elementi del carburatore. Tutti questi fattori difficilmente possono essere gestiti e mantenuti costant i durante l’intero arco di tempo, dell’utilizzo della macchina.

Inoltre la carburazione delle motoseghe e dei decespugliatori, non avvalendosi di strumenti sofisticati, come gli analizzatori dei gas di scarico, risulta perciò essere affidata all’esperienza e all’intuizione dell’operatore, elementi che a volte risentono della soggettività dell’individuo e che quindi non danno garanzia di precisione ed omogeneità.

Un ulteriore strumento per la valutazione immediata della corretta carburazione, sta nel controllo visivo del colore e della lunghezza delle fiamme uscenti dai condotti di scarico dei cilindri, i quali a riguardo, forniscono importanti informazioni (Tabella 7).

Fiamme lunghe, rosso chiaro, striate di

azzurro MISCELA CORRETTA

Fiamme rosso scuro, spesso

accompagnate da sbuffi di fumo nerastro MISCELA RICCA Fiamme corte, striate di bianco o

completamente bianche MISCELA POVERA

Fiamme a sbuffo di fumo nero nelle quali compaiono lingue di fuoco rosso

splendente

MOTORE FUNZIONANTE IN REGIME DI DETONAZIONE

Tabella 8 Valutazione visiva del grado di carburazione

Quando si vuole un esame preciso della combustione, si ricorre alle prove termiche e alle prove chimiche sui gas di scarico.

Per quanto riguarda la composizione chimica, come accennato precedentemente, qualora la combustione sia completa, i gas di scarico sono costituiti prevalentemente da CO2 (Anidride Carbonica), H2O (Acqua sotto forma di vapore) e N2 (Azoto). Ma dato che in

pratica la combustione non’è mai completa, allora oltre ai suddetti componenti, nei gas di scarico si trovano percentuali variabili di CO (Monossido di carbonio), di H2 (Idrogeno) ed

anche di CH4 (metano) ed idrocarburi combusti volatili.

Anche la temperatura dei gas di scarico fornisce indicazioni sull’utilizzazione dell’energia dei gas stessi, sulla velocità di propagazione della combustione e sull’anticipo all’accensione. Si riscontra infatti che la temperatura è tanto più alta quanto minore è lo sfruttamento della fase di espansione dei gas, viceversa, quanto più lenta è la combustione e tanto più piccolo è l’anticipo all’accensione o all’iniezione del combustibile. La misura della temperatura viene fatta mediante pirometri o termo-coppie.

Capitolo 3. Categorie di inquinanti aerodispersi ed effetti