Il regolatore per motore Diesel Sintesi delle funzioni e della struttura dei regolatori centrifughi, pneumatici ed idraulici per motori Diesel di piccola e media cilindrata.

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Il regolatore per motore Diesel

Sintesi delle funzioni e della struttura dei regolatori centrifughi, pneumatici ed idraulici per motori Diesel di piccola e media cilindrata.

Introduzione.

In questa t r a t t a z i o n e si é cercato di riassumere b r e v e m e n t e la situazione odierna nel c a m p o dei regolatori p e r m o t o r i Diesel di piccola e media cilin- d r a t a , sintetizzando in d i a g r a m m i i concetti e gli elementi fondamentali la cui esposizione analitica é conseguente ed avrebbe evidentemente dilungato l ' a r g o m e n t o .

La trattazione é inoltre limitata ai t i p i di regolatori p e r la regolazione di m o t o r i a l i m e n t a t i da p o m p e di iniezione p l u r i c i l i n d r i c h e , che costituiscono il sistema n o r m a l e p i ù l a r g a m e n t e impiegato.

Non si accennerà alle varie soluzioni che sono state studiate e s p e r i m e n t a t e — come ad esempio la valvola di autoregolazione i n c o r p o r a t a nella p o m p a di iniezione e a d a t t a solo a p o m p e monoci- lindriche — in q u a n t o dispositivi di questo t i p o , o che c o m u n q u e si scostino dalla soluzione del regolatore s e p a r a t o , sono da considerarsi, p e r ora, in fase sperimentale o di limitato i m p i e g o , e p e r t a n t o n o n si possono ancora conoscere le loro effettive doti di adattabilità nel n o r m a l e esercizio.

In secondo luogo in questi dispositivi n o n si im- piega un vero e p r o p r i o regolatore s t r u t t u r a l m e n t e definito e caratterizzato dalla funzione regolante che esercita, ma piuttosto un accorgimento costrut- tivo facente p a r t e di u n a p o m p a di iniezione di t i p o p a r t i c o l a r e , la cui s t r u t t u r a meccanica si presta a farle svolgere anche le funzioni di regolazione delle p o r t a t e in relazione al regime di rotazione.

Si ricorda inoltre che sulle caratteristiche di regolazione del m o t o r e , oltre al regolatore, h a n n o influenza sensibile a l t r i elementi e p r i n c i p a l m e n t e : s t r u t t u r a del m o t o r e , caratteristiche della p o m p a d'iniezione e degli i n i e t t o r i , m o m e n t i dinamici del m o t o r e e della macchina o p e r a t r i c e , legge di variazione del m o m e n t o resistente della macchina o p e r a - Fig. 1 - Diagramma dei momenti torcenti e dei regimi in un motore

non regolato.

trice al variare del r e g i m e , ecc. ; p e r cui n o n é sufficiente p r o g e t t a r e un regolatore che teoricamente realizzi un d i a g r a m m a di regolazione v o l u t o , p e r vedere poi senz'altro il complesso m o t o r e - m a c c h i n a o p e r a t r i c e adeguarvisi p e r f e t t a m e n t e .

P e r il progetto di un regolatore occorre invece tenere conto anche dell'influenza reciproca dei vari elementi citati e m i r a r e ad ottenere, con adeguati accorgimenti, un effettivo c o m p o r t a m e n t o che sia il p i ù vicino possibile a quello teoricamente mi- gliore, accettando quelle piccole deviazioni — nei limiti permessi dall'esercizio — che consentano p e r ò di servirsi di un regolatore p i ù economico di co- struzione e p i ù sicuro di funzionamento.

Questa trattazione é p e r ò limitata al solo regolatore che costituisce l ' e l e m e n t o p r e p o n d e r a n t e nel processo di regolazione del m o t o r e , e n o n analizza i criteri di scelta del t i p o di regolatore p i ù oppor- t u n o p e r i vari i m p i e g h i p e r c h è la m a t e r i a é molto vasta. Infatti l'impostazione di un regolatore ed il derivante lavoro p e r la realizzazione é sempre anche funzione di molti elementi pratici quali p r i n - c i p a l m e n t e :

Necessità o m e n o di u n a grande p r o d u z i o n e ; Esigenze funzionali richieste;

Costo di p r o d u z i o n e ; Unificazione.

La via di compromesso da scegliere costituisce perciò il compito tecnico della Casa costruttrice che si vale della p r o p r i a esperienza e capacità di valu- tazione acquisite attraverso lo studio, le prove ed il t e m p o .

Le funzioni.

Il m o t o r e ad iniezione, m e n o rigorosamente vincolato di quello a c a r b u r a z i o n e alla costanza del r a p p o r t o comburente-combustibile, p e r m e t t e u n a p i ù varia dosatura del combustibile, m e d i a n t e la quale si p u ò , e n t r o certi limiti, regolare il dia- f r a m m a del m o m e n t o torcente m o t o r e rispetto al regime di rotazione.

Se n o n si effettua questa regolazione (asta di regolazione p o r t a t e combustibile sulla p o m p a iniezione fissa in u n a data posizione) si ha la curva 1 di fig. 7 del m o m e n t o t o r c e n t e ; effettuando invece u n a o p p o r t u n a regolazione (ossia i m p i e g a n d o un

« regolatore » che sposti a u t o m a t i c a m e n t e l'asta di regolazione al variare dei regimi) si possono otte- n e r e curve che si scostano dalla p r e d e t t a , t r a le quali quella indicata con 2 é la p i ù frequentemente richiesta p e r a u m e n t a r e l'elasticità del m o t o r e .

Il regolatore p e r m o t o r e Diesel n o n é q u i n d i semplicemente un meccanismo che impedisce al m o t o r e di s u p e r a r e regimi di rotazione prestabiliti, esso é altresì un organo che serve a modificare, en- t r o certi limiti, la potenza del m o t o r e ai vari re-

gimi rispetto a quella che si o t t e r r e b b e dal m o t o r e funzionante senza regolatore.

Il regolatore agisce a u t o m a t i c a m e n t e sull'asta di regolazione di p o r t a t a della p o m p a d'iniezione ed esercita u n ' a z i o n e stabilizzante a regimi determi- n a t i q u a l u n q u e sia la riduzione del carico rispetto a quello massimo s o p p o r t a t o dal m o t o r e .

T a l i regimi possono essere fissi (regime massimo e regime m i n i m o ) e q u i n d i i n d i p e n d e n t i dalla vo- lontà ed azione del conduttore sulla leva o p e d a l e dell'acceleratore. In questo caso il regolatore si chiama « regolatore di m i n i m o e limitatore di massimo ». I regimi a cui interviene il regolatore, qua- l u n q u e sia la riduzione del carico, possono essere anche variabili e d e t e r m i n a t i dal c o n d u t t o r e mediante azione sul p e d a l e acceleratore. In questo caso il regolatore si c h i a m a « regolatore a t u t t i i regimi ».

P e r c h i a r i r e il funzionamento del regolatore e il c o m p o r t a m e n t o del m o t o r e sotto l'azione del m e -

Fig. 2 - Curve dei momenti motore e resistente, coincidenti per una gamma di regimi.

desiino é necessario analizzare alcuni casi particolari che sono p e r ò i p i ù frequenti che si riscontrano in pratica.

Analizzando a n z i t u t t o il c o m p o r t a m e n t o del mo- tore senza regolatore si riscontrano d u e casi p a r t i - colari e cioé:

I. - Varia il carico sulla m a c c h i n a di lavoro (fig. 1).

L ' e q u i l i b r i o dinamico esistente t r a m o m e n t o motore Mtm e m o m e n t o resistente originario M t r l é t u r b a t o e si ha q u i n d i u n a decelerazione del mo- tore se il nuovo m o m e n t o resistente Mtr2 é supe- riose ad M t r l , ed u n a accelerazione se M t r 3 é inferiore ad M t r l . Le due curve dei nuovi m o m e n t i resistenti, Mtr2 ed M t r 3 , i n c o n t r a n o l'unica curva del m o m e n t o m o t o r e M t m , r i s p e t t i v a m e n t e nei punti n2 ed n3, corrispondenti ai nuovi regimi di equilibrio. I nuovi regimi possono p e r ò essere no- tevolmente diversi da quello originario, p i ù di quanto la macchina consenta. Nel caso poi di forte diminuzione del m o m e n t o resistente (curva Mtr4) l'equilibrio p o t r e b b e stabilirsi solo ad un ipotetico regime n4, oltre il regime massimo ammissibile n mass., il che p o r t e r e b b e il m o t o r e ad accelerare

Fig. 3 - Curve dei momenti motori e resistenti nella regolazione ideale.

fino ad u n a velocità inammissibile p e r la sua strut- t u r a (il m o t o r e « scappa »).

Nel caso invece di forte a u m e n t o del m o m e n t o resistente, la relativa curva Mtr5 p o t r e b b e avere un a n d a m e n t o tale da n o n i n c o n t r a r e p i ù la curva M t m ( m o m e n t o resistente costantemente superiore al m o m e n t o motore). In questo caso il m o t o r e , d o p o aver c o m p i u t o ancora pochi giri in progressiva decelerazione p e r effetto dell'energia cinetica imma- gazzinata nel suo volano, si arresta.

I I . - Il carico sulla macchina di lavoro non subi- sce variazioni a p p r e z z a b i l i p e r cause esterne, ma la sua potenziale variazione col regime è sensibilmente uguale alla analoga variazione del m o m e n t o m o t o r e (fig. 2).

In questo caso le curve dei m o m e n t i m o t o r e e resistente ( M t m e Mtr) sono pressochè coincidenti p e r un tratto c o m p r e n d e n t e u n a vasta gamma di regimi e le condizioni di funzionamento, prossime a quelle di un equilibrio indifferente, sconfinano, p e r cause i m p o n d e r a b i l i e di m i n i m a entità, o in quelle di equilibrio instabile (che p u ò p o r t a r e al- l'arresto del m o t o r e o al raggiungimento di regimi inammissibili), o p p u r e in quelle di equilibrio sta- Fig. 4 - Curve dei momenti motori e resistenti nella regolazione reale.

ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 - N. 10 - OTTOBRE 1953

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Fig. 5 - Variazione del regime in funzione del carico in un regolatore semplice.

bile a p e r i o d o molto lungo ( c h e provoca il così detto « p e n d o l a m e n t o » del m o t o r e ) .

Il m o t o r e senza regolatore ha q u i n d i l'inconveniente che al variare della coppia resistente p u ò assumere regimi di rotazione t r o p p o diversi da quelli necessari alla macchina o p e r a t r i c e ; o p p u r e p u ò assumere regimi dannosi al suo funzionamento o a quello della macchina o p e r a t r i c e ; od ancora p u ò assumere un regime instabile e q u i n d i realizzare il

« p e n d o l a m e n t o ».

Non s e m p r e è possibile evitare questi inconve- nienti m e d i a n t e l'azione di u n a persona che regoli c o n t i n u a m e n t e la potenza del m o t o r e m e d i a n t e azione sugli organi di alimentazione del m o t o r e

— azione sull'acceleratore — p e r c h è la cosa non è pratica n e l l ' i m p i e g o e l'azione n o n è s e m p r e così p r o n t a come sarebbe richiesto.

Da q u a n t o sopra esposto deriva subito la neces- sità di dotare il m o t o r e di un organo meccanico, ad azione automatica, che realizzi sempre l ' e q u i l i b r i o fra coppia resistente e coppia motrice ad un regime di giri prestabilito o poco diverso dal prestabilito.

A questo scopo risponde il regolatore il q u a l e , q u a n d o si viene a r o m p e r e l'equilibrio dinamico e q u i n d i il m o t o r e varia di poco il regime di rotazione, interviene a r i p o r t a r e il funzionamento del m o t o r e su un nuovo equilibrio dinamico (cioè u n ' a l t r a entità di eguaglianza fra coppia m o t r i c e

Fig. 6 - Variazioni del regime in funzione del carico in un regolatore compensato (isodromo).

e coppia resistente ma s e m p r e al regime prestabilito, u g u a l e o poco discosto da quello p r e c e d e n t e ) . M e n t r e col funzionamento senza regolatore la curva coppia motrice é unica al variare del regime

— figg. 1 e 2 —-, col regolatore si viene ad avere u n a serie di curve della coppia motrice al variare del regime di rotazione — figg. 3 e 4 — e q u i n d i é sempre possibile realizzare l'incrocio della curva motrice colla curva resistente in un p u n t o che corrisponde al regime p r e d e t e r m i n a t o e necessario p e r il b u o n funzionamento del m o t o r e e macchina ope- r a t r i c e .

Il regolatore inoltre ha il vantaggio di realizzare la variazione di coppia motrice in m o d o automa- tico e quasi istantaneo p e r m o d o che n o n si realiz- zano m a i condizioni di marcia del m o t o r e perico- lose anche se di breve d u r a t a .

In sostanza il regolatore fa corrispondere, ad ogni nuova curva M t r u n a curva Mtm che incontri la M t r in corrispondenza del regime n o m i n a l e sta- bilito n. In fig. 3 é r a p p r e s e n t a t a la regolazione ideale. Come si n o t e r à , n o n vi é p i ù u n ' u n i c a Mtm (come nelle figg. 1 e 2 riferentisi a m o t o r i non regolati) ma p e r ogni M t r vi é la c o r r i s p o n d e n t e M t m . T a l e regolazione ideale é p e r ò irrealizzabile, perchè il p r i n c i p i o della regolazione del regime si basa sulle variazioni del regime stesso e richiede che i movimenti d e t e r m i n a n t i la regolazione siano cau- sati da queste variazioni. E v i d e n t e m e n t e se dette variazioni si riducessero a zero n o n si a v r e b b e nes- sun elemento p e r c o m a n d a r e i m o v i m e n t i determi- n a n t i la regolazione.

é p e r ò possibile ottenere, con regolatori appo- siti e di struttura complessa « Isodromi », il ripri- stino del regime di rotazione p r i m i t i v o (regolazione ideale) p e r ò sempre dopo che si sia verificata u n a variazione (ved. fig. 6).

In pratica si utilizza l'energia ricavabile dalla piccola variazione iniziale di regime p e r compiere il lavoro sufficiente a spostare l'organo che deter- m i n a i movimenti di regolazione in m o d o che si o p p o n g a ad u n a variazione u l t e r i o r e . I regolatori di t i p o corrente contengono queste variazioni in un intervallo del 5 ÷ 1 0 % del regime n o m i n a l e (vedi figg. 4 e 5) p r a t i c a m e n t e tollerabile p e r le n o r m a l i condizioni di esercizio. Con particolari accorgimenti q u e s t ' i n t e r v a l l o , detto « grado d ' i r r e g o l a r i t à », p u ò venire u l t e r i o r m e n t e r i d o t t o .

La regolazione si effettua m e d i a n t e variazioni si- m u l t a n e e della p o r t a t a di combustibile di t u t t i gli elementi p o m p a n t i della p o m p a di iniezione. Que- ste variazioni sono p r o d o t t e dal regolatore che, collegato d i r e t t a m e n t e o i n d i r e t t a m e n t e all'asta di regolazione della p o m p a iniezione, dosa l'iniezione di combustibile nei cilindri del m o t o r e in m o d o da d i m i n u i r e il quantitativo iniettato negli stessi quando il m o t o r e comincia ad accelerare, e da aumen- tarlo nel caso opposto.

Occorre ancora ricordare che nella regolazione del m o t o r e é sempre indispensabile p o t e r interve- n i r e d a l l ' e s t e r n o , ed i n d i p e n d e n t e m e n t e dall'azione del regolatore, p e r effettuare l ' a v v i a m e n t o , l'arresto o la marcia a regimi voluti sia con m o t o r e sotto carico che a vuoto.

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L'azione del regolatore deve p e r ò s e m p r e essere presente p e r garantire il regime voluto del m o t o r e sotto carico, limitare il regime massimo a vuoto, m a n t e n e r e il regime m i n i m o a v u o t o , ed in molte applicazioni stabilizzarne i regimi i n t e r m e d i e q u i n d i le due azioni devono essere concomitanti ed i n d i p e n d e n t i .

I sistemi.

Vi sono diverse forze la cui intensità varia concordemente col regime di rotazione e che q u i n d i possono essere utilizzate p e r la regolazione del m o t o r e .

La regolazione p u ò perciò essere effettuata con diversi sistemi, a seconda della n a t u r a della forza utilizzata. Ciascun sistema sottoelencato richiede un « regolatore » di a p p o s i t a concezione e s t r u t t u r a meccanica.

Regolatore centrifugo - Utilizza le variazioni di intensità di un c a m p o inerziale centrifugo gene- r a t o da masse in rotazione.

Regolatore p n e u m a t i c o - Utilizza le variazioni di pressione in funzione della p o r t a t a del flusso d ' a r i a aspirata dal mo- t o r e .

Regolatore idraulico - Utilizza le variazioni di pressione di un flusso li- q u i d o fatto circolare da u n a p o m p a c o m a n d a t a dal m o t o r e .

N a t u r a l m e n t e vi possono essere regolatori che fruiscono c o n t e m p o r a n e a m e n t e di due o p i ù dei so- vracitati sistemi e perciò vengono d e n o m i n a t i regolatori misti.

P e r ciascun sistema, la regolazione p u ò essere inoltre effettuata in due m o d i diversi, caratterizzati dalla fonte di energia utilizzata p e r compiere il la- voro di spostamento dell'asta di regolazione : rego- lazione diretta e regolazione indiretta.

Nella regolazione diretta il lavoro é compiuto direttamente dal regolatore.

Nella regolazione indiretta il lavoro é invece compiuto da un servocomando che utilizza u n a forza a p p o s i t a m e n t e generata — ad e s e m p i o : pressione d'olio — m e n t r e il regolatore si limita a pi- lotare gli spostamenti del servocomando.

Il sistema di regolazione diretta é il p i ù adot- tato per ragioni di semplicità ed e c o n o m i a ; m e n t r e il sistema di regolazione i n d i r e t t a , più complesso e costoso, é r a r a m e n t e a d o t t a t o e solo q u a n d o sono richiesti sforzi sensibili p e r il c o m a n d o dell'asta di regolazione, o p p u r e q u a n d o sono richieste particolari esigenze sull'esattezza dei regimi.

In casi particolari dove é richiesta l'assoluta costanza dei regimi, in sostituzione dei regolatori semplici vengono a d o t t a t i regolatori compensati

Fig. 7 - Miglioramento del momento a basso regime mediante adeguamento.

(« Isodromi ») che u g u a l m e n t e possono essere ad azione diretta od i n d i r e t t a .

Nel p r i m o caso, fig. 5 ad ogni nuovo carico corrisponde u n a nuova velocità di regime che é poco diversa dalla p r e c e d e n t e , ma che dura p e r t u t t o il t e m p o che il nuovo carico si m a n t i e n e costante.

Nel secondo caso, fig. 6, ad u n a variazione di carico corrisponde u n a variazione di regime che d u r a poco t e m p o , p e r c h è subito d o p o il regime si p o r t a al valore p r e c e d e n t e anche se il nuovo carico si stabilizza su un valore costante diverso dal precedente.

Un elemento aggiuntivo del processo di regolazione é il così detto « a d e g u a m e n t o ».

Ai bassi regimi p e r la maggior d u r a t a nel t e m p o del ciclo si h a , nella fase di aspirazione, un mi- gliore r i e m p i m e n t o d ' a r i a nei cilindri. Questo maggior c o m b u r e n t e p e r m e t t e « u n ' a d e g u a t o arricchi- m e n t o » dell'iniezione di combustibile e q u i n d i u n a maggiore p o r t a t a d'iniezione rispetto a quella massima ammessa p e r gli alti r e g i m i . In conseguenza, effettuando o p p o r t u n a m e n t e questo « a d e g u a m e n - to », si ottiene u n a maggiore elasticità del m o t o r e (vedi fig. 7).

L ' a d e g u a m e n t o é ottenibile o p e r a n d o su due diversi e l e m e n t i :

1) Sfruttando la tendenza d e l l ' a p p a r a t o iniezione ad iniettare maggiori q u a n t i t à q u a n d o la rotazione é p i ù lenta (effetto del polverizzatore), tendenza che p u ò essere a u m e n t a t a con o p p o r t u n i accorgimenti sulle valvole di riflusso, sui polveriz- zatori ecc.

2) Agendo sul regolatore, m e d i a n t e o p p o r t u n i dispositivi, che con il decrescere dei regimi consen- tono all'asta di regolazione di oltrepassare la nor- male posizione di p o r t a t a massima relativa alla potenza massima.

Q u a n d o l ' a d e g u a m e n t o necessario al m o t o r e é ottenibile o p e r a n d o solo sul sistema idraulico ciò é preferibile perchè anche p a r t e n d o da potenze parzializzate v o l o n t a r i a m e n t e (acceleratore non a fondo corsa, cioé asta di regolazione p o r t a t e in posizione di p o r t a t a inferiore alla massima, vedere posizione 2 di fig. 8) é sempre possibile utilizzare la potenza disponibile sulla curva di potenza massima; potenza che il motore sviluppa ai diversi regimi m a n -

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Fig. 8 - Comportamento del motore e degli organi di regolazione con adeguamento realizzato dal sistema idraulico d'iniezione.

t e n e n d o costante la massima p o r t a t a d'iniezione ed a u m e n t a n d o progressivamente il carico (vedere fig. 8 curva A e posizione 3).

Q u a n d o invece l ' a d e g u a m e n t o necessario al motore é di entità rilevante, che n o n p u ò essere ottenibile dal solo sistema i d r a u l i c o , si ricorre all'azione del regolatore.

L ' a d e g u a m e n t o ottenuto dal regolatore p e r m e t t e l'utilizzazione delle potenze disponibili sulla curva di potenza massima solo q u a n d o si inietta nel mo- tore la p o r t a t a massima di combustibile (acceleratore a fondo corsa).

Q u a n d o invece si utilizzano potenze parzializzate (ved. fig. 9 posizione 2) n o n é p i ù possibile, fermo restando il c o m a n d o acceleratore, utilizzare con il decrescere del regime le potenze della curva A con a d e g u a m e n t o ma p o t r a n n o solo essere utilizzate le potenze inferiori della curva B senza a d e g u a m e n t o . Nelle figg. 8 e 9 é illustrata questa diversità di effetto ed é schematizzato a titolo di esempio il com- p o r t a m e n t o di un regolatore centrifugo a t u t t i i regimi.

In fig. 8 é r a p p r e s e n t a t a la legge di introduzione del combustibile nel m o t o r e realizzata nor- m a l m e n t e dal sistema idraulico di iniezione e cioé

senza ricorrere a particolari accorgimenti. Con questa introduzione si realizzerebbe la curva di potenza « B ». O p e r a n d o invece degli accorgimenti

« a d e g u a m e n t o » nel sistema idraulico é possibile ottenere la curva di potenza « A » c h e , come la curva « B » p u ò s e m p r e essere t o t a l m e n t e utilizzata.

Infatti q u a n d o il m o t o r e sviluppa la piena potenza Pmass al regime n3 il regolatore, come schematizzato in fig. 8, avrà la leva di comando esterno in P m a s s , le masse in 3 e l'asta di regolazione in 3 a contatto dell'arresto di p o r t a t a massima. Se al m o t o r e si richiede u n a potenza inferiore Pa al regime n 2 , la leva di comando esterno del regolatore dovrà essere p o r t a t a in posizione P a , le masse del regolatore a s s u m e r a n n o la posizione 2 (corrispondente al regime di rotazione n2 inferiore ad n3) e conseguentemente l'asta di regolazione delle por- tate v e r r à condotta in posizione 2 relativa alla portata di combustibile necessaria p e r la potenza P a ; p o r t a t a che n a t u r a l m e n t e é inferiore a quella per la potenza massima P m a s s . Ora se in queste condizioni il m o t o r e viene sottoposto ad un carico maggiore, il regime di rotazione conseguentemente diminuisce, e ferma restando in Pa la leva di comando esterno del regolatore, senza intervenire q u i n d i con l'acceleratore, le masse p e r la d i m i n u i t a forza centrifuga, a s s u m e r a n n o la posizione 1 p o r t a n d o così l'asta di regolazione in 1 cioé nella primitiva posizione 3 di p o r t a t a massima.

Il m o t o r e p u ò così a u m e n t a r e la potenza fino alla curva di potenza massima a b b a s s a n d o di poco il regime di rotazione p r e c e d e n t e .

In fig. 9 é r a p p r e s e n t a t o l'effetto dell'adegua- m e n t o realizzato dal regolatore che come già detto p a r t e n d o da potenze parzializzate n o n consente l'utilizzazione delle potenze di curva massima « A ».

Infatti q u a n d o il m o t o r e sviluppa la piena potenza Pmass al regime n3 il regolatore avrà la leva di c o m a n d o esterno in P m a s s , le masse in 3 e l'asta di regolazione in posizione 3 relativa alla portata p e r la Pmass a n 3 . Se si m a n t i e n e ferma la leva di c o m a n d o esterno del regolatore e si a u m e n t a progressivamente il carico del m o t o r e il regime di rotazione d i m i n u i r à conseguentemente, le masse del regolatore passeranno perciò dalla posizione 3 alla 1 p o r t a n d o g r a d u a l m e n t e l'asta di regolazione in 1 cioé di tutta la corsa di a d e g u a m e n t o oltre la posizione precedente 3. Si ottiene così la curva di potenza « A » d e b i t a m e n t e adeguata. Se al motore si richiede invece u n a potenza inferiore Pa al regime n 2 , la leva di comando esterno del regolatore dovrà essere p o r t a t a in P a , le masse del regolatore assu- m e r a n n o la posizione 2 e l'asta di regolazione verrà condotta in posizione 2 relativa alla p o r t a t a di combustibile p e r P a ; p o r t a t a inferiore a quella richiesta p e r P m a s s . Ora se in queste condizioni si au- m e n t a il carico al m o t o r e il regime di rotazione diminuisce e ferma restando in Pa la leva di comando esterno, le masse del regolatore assumeranno ancora la posizione 1; p e r ò , in conseguenza dello spostamento da Pmass a Pa del c o m a n d o esterno, non p o t r a n n o p i ù r i p o r t a r e l'asta di regolazione in posizione 1, ma la c o n d u r r a n n o solo in posizione 4

che corrisponde alla 3 cioé senza corsa di adegua- m e n t o .

Il m o t o r e p u ò così a u m e n t a r e la potenza solo fino alla curva B (curva senza adeguamento) e non p o t r à sviluppare la rispettiva potenza della curva A (curva con a d e g u a m e n t o ) .

N a t u r a l m e n t e la stessa cosa avviene a qualsiasi potenza parzializzata ed a qualsiasi regime d'utilizzazione compreso il regime massimo n3 come ad esempio indicato in fig. 9 p e r la potenza P e .

In sostanza p a r t e n d o da potenze parzializzate ( p o r t a t a di combustibile inferiore a quella p e r la potenza massima) n o n é sfruttabile l ' a d e g u a m e n t o o t t e n u t o dal regolatore.

P e r sfruttare t u t t o l ' a d e g u a m e n t o ed ottenere la potenza massima, anche in queste condizioni, occorre intervenire con l'acceleratore p o r t a n d o l o in condizioni di potenza massima.

Come già detto p r e c e d e n t e m e n t e , con l'adegua- m e n t o idraulico n o n si ha questo difetto in q u a n t o anche p a r t e n d o da potenze parzializzate si arriva s e m p r e sulla curva di potenza massima senza che si debba intervenire con manovra dell'acceleratore

(ved. fig. 8).

Da t u t t o q u a n t o sopra esposto ne viene come conseguenza che l'impiego di u n a forma o di u n ' a l - tra di a d e g u a m e n t o non é indifferente ma d i p e n d e dal servizio a cui viene adibito il m o t o r e (autoveicoli stradali, trattrici agricole, installazioni fisse, g r u p p i m a r i n i , e c c ) .

Il regolatore centrifugo.

Gli schemi dei regolatori centrifughi p i ù adot- tati in pratica p e r m o t o r i Diesel veloci si possono riassumere come segue :

a) Regolatore di regime m i n i m o e limitatore del regime massimo fig. 10.

b) Regolatore di t u t t i i regimi con comando esterno che agisce elasticamente s u l l ' i n t r o d u z i o n e del combustibile fig. 11.

c) Regolatore di t u t t i i regimi con comando esterno che agisce sulla molla del regolatore fig. 12.

Il regolatore limitatore di massimo fig. 10 ri- chiede u n a disposizione di molle come indicato a n c h e in fig. 16. In questo regolatore la molla E1

avente poco carico serve a regolare il m i n i m o ; essa agisce q u a n d o il p e d a l e acceleratore é a b b a n d o n a t o (arresto A m i n . contro la p e d a n a ) e regola la posizione delle masse M nel t r a t t o di corsa radiale dalla posizione di regolatore fermo fino al regime che può p o r t a r e le masse contro il piattello P, regime questo che é poco superiore a quello di m i n i m o .

La molla di massimo E2 ha un forte carico già a regolatore fermo e serve a limitare il regime massimo. Il carico di questa molla é tale da p e r m e t t e r e alle masse di muoversi (oltre al m o v i m e n t o del minimo che p o r t a le masse contro il piattello) solo quando é raggiunto il regime massimo prestabilito.

Il regime massimo é q u i n d i fisso e non p u ò essere variato dal c o n d u t t o r e m e d i a n t e azione sul pedale acceleratore.

Fra il regime di m i n i m o e il regime di massimo Predetto il m o t o r e p u ò q u i n d i assumere t u t t i i re-

Fig. 9 - Comportamento del motore e degli organi di regolazione con adeguamento realizzato dal regolatore.

gimi i n t e r m e d i senza che p e r questo il regolatore possa muoversi e q u i n d i intervenire a regolare la p o r t a t a di combustibile.

L'azione sul p e d a l e acceleratore provoca diret- t a m e n t e u n a variazione di p o r t a t a della p o m p a e q u i n d i serve a variare la potenza erogata dal m o - tore ed il suo regime di rotazione fino a raggiungere il massimo n u m e r o di giri. D o p o tale valore massimo interviene il regolatore a limitare la p o r t a t a e q u i n d i il regime qualora il m o t o r e dovesse ten- tare di sorpassarlo.

// regolatore di tutti i regimi fig. 11 ha u n a molla sola E che contrasta d i r e t t a m e n t e la massa M e la cui forza é tale da m a n t e n e r e la massa in equilibrio q u a l u n q u e sia il regime del motore (ad ogni posizione radiale corrisponde un dato regime). La massa si muove q u i n d i g r a d u a l m e n t e con l ' a u m e n t o di regime a differenza del caso precedente che la massa, dopo la piccola escursione del m i n i m o , sta ferma al variare del regime e si m u o v e solo q u a n d o si raggiunge il regime massimo.

Vi sono inoltre due molle S1 e S2, in contrasto fra loro e che r e n d o n o elastico il t i r a n t e Ce dell'acceleratore che collega il pedale con la leva Ls di

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fondo p i ù si carica la molla S1 e si scarica la S2

e q u i n d i p i ù g r a n d e diviene lo spostamento possibile del fulcro F p r i m a che esso si fissi sotto l'a- zione delle masse del regolatore. Di conseguenza le masse devono compiere u n o spostamento radiale t a n t o p i ù grande q u a n t o p i ù il p e d a l e acceleratore è spinto a fondo p r i m a che esse d e t e r m i n i n o attraverso la rotazione della leva Ls, la regolazione della p o m p a . Ne viene che il m o t o r e deve raggiungere regimi t a n t o p i ù elevati q u a n t o p i ù il pedale acceleratore è spinto a fondo p r i m a che l ' a u m e n t o di detto regime sia arrestato dalla riduzione di portata effettuata dal regolatore.

Questo t i p o di regolatore di t u t t i i regimi ha il pedale acceleratore che agisce q u i n d i sulla p o r t a t a del combustibile come il regolatore di massima descritto p r e c e d e n t e m e n t e , ma il c o m a n d o è elastico e l'azione del pedale viene a v a r i a r e il carico fra due molle ausiliarie che sono antagoniste t r a loro.

Come n e l caso del regolatore di massima, in questo tipo di regolatore a t u t t i i regimi l'azione sul pedale acceleratore n o n modifica il carico della molla E che contrasta la forza centrifuga.

Poichè le due molle S1 ed S2 h a n n o un carico molto basso si p u ò dire che t a n t o nel regolatore di massima predescritto q u a n t o in questo t i p o a t u t t i i regimi n o n vi è un carico a p p r e z z a b i l e sul p e d a l e acceleratore.

Il regolatore di tutti i regimi di figura 12 ha u n a molla sola che contrasta le masse M; il p e d a l e acceleratore n o n c o m a n d a la leva Ls, collegata col- Fasta delle p o r t a t e , ma col suo m o v i m e n t o provoca la variazione di carico della molla E. Il funziona- m e n t o è molto semplice ed i n t u i t i v o ; infatti spingendo il p e d a l e acceleratore si dà maggior carico alla molla e q u i n d i il m o t o r e raggiunge maggiori regimi p r i m a che il regolatore possa intervenire a r i d u r r e la p o r t a t a della p o m p a e q u i n d i a r i d u r r e il regime al valore voluto e d e t e r m i n a t o di volta in volta dalla posizione del pedale acceleratore. Que- sto t i p o di regolatore, a differenza dei precedenti, ha un rilevante carico sul p e d a l e acceleratore p e r cui viene usato quasi esclusivamente q u a n d o il motore è adibito a lavori che richiedono un regime f i s s o p e r l u n g h i periodi ( m o t o r i f i s s i , t r a t t r i c i agricole, ecc.) dove l'acceleratore viene azionato di r a d o . In questi casi l'acceleratore viene c o m a n d a t o da u n a leva al posto del n o r m a l e p e d a l e .

Pregio di questo regolatore è quello di essere molto semplice e poco costoso.

La realizzazione pratica di un regolatore di massima nella sua forma p i ù generale (fig. 13), è costituita da un complesso rotante e da un dispositivo meccanico di trasmissione.

Il complesso rotante c o m p r e n d e due masse M a scorrimento r a d i a l e , due o p i ù molle elicoidali di contrasto E agenti sulle masse in direzione centri- p e t a , e q u a t t r o leve a s q u a d r a B atte a trasformare gli spostamenti radiali delle masse in spostamenti assiali di un a p p o s i t o « p e r n o di c o m a n d o » P c , vincolato in m o d o da p o t e r scorrere assialmente.

Il complesso di queste p a r t i è m o n t a t o su un organo r u o t a n t e C detto « crociera » atto a soppor- t a r e ciascuna p a r t e ed a vincolarne i m o v i m e n t i nel

Fig. 10 - Schema cinematico del regolatore centrifugo per massimo e minimo.

c o m a n d o dell'asta che regola la p o r t a t a della p o m p a .

Le due molle sono precaricate p e r m o d o che col p e d a l e acceleratore in posizione A m i n esse contra- stano il m o v i m e n t o del t i r a n t e Ce così che i movi- m e n t i delle masse M, a n c h e se piccoli, fanno m u o - vere la leva Ls con rotazione a t t o r n o al fulcro F.

Da ciò si ha la regolazione del m o t o r e al m i n i m o . Spingendo il pedale dell'acceleratore si carica la molla S1 e si scarica la S2 e q u i n d i il t i r a n t e Ce ha maggiore possibilità di spostarsi verso sinistra che non verso destra.

In queste condizioni, ad un movimento delle masse verso l'esterno, n o n corrisponde subito u n a rotazione della leva Ls a t t o r n o al fulcro F e q u i n d i u n a regolazione della p o r t a t a , m a i n u n p r i m o t e m p o é il fulcro F che si sposta verso sinistra fino a che n o n si é messa in compressione la molla S2 e solo d o p o questo m o v i m e n t o interviene la rotazione della leva Ls e q u i n d i la regolazione della p o r t a t a . Da q u a n t o detto si arguisce che in questo caso il movimento della massa M verso l'esterno deve avere u n a maggiore entità che nel caso precedente descritto e q u i n d i il motore raggiunge un regime p i ù elevato.

In conseguenza del funzionamento di cui sopra é facile capire che l'entità del regime che raggiunge il m o t o r e d i p e n d e dalla posizione del p e d a l e e dalla conseguente differenza di carico fra la m o l l a S1 ed S2.

Infatti p i ù si spinge il p e d a l e acceleratore a Fig. 11 - Schema cinematico del regolatore centrifugo per tutti i regimi con comando esterno agente elasticamente sull'introduzione del combustibile.

m o d o richiesto. Questo complesso é collegato all'al- bero a c a m m e della p o m p a di iniezione e ruota con esso.

Il dispositivo di trasmissione c o m p r e n d e una

« leva di spostamento » Ls, u n a bielletta di colle- gamento della leva con l'asta di regolazione della p o m p a d'iniezione ed un a l b e r i n o con eccentrico Ac collegato alla leva di comando esterna Lc. La leva di spostamento Ls ha la funzione di trasmet- tere all'asta di regolazione i m o v i m e n t i c h e le masse i m p r i m o n o al p e r n o di spostamento, n o n c h è quelli che occorre i m p r i m e r e , alla stessa asta di regolazione, con comandi esterni m e d i a n t e rotazioni an- golari della leva Lc.

Le freccie segnate su ciascun organo mobile in- dicano i m o v i m e n t i p r o d o t t i da u n o spostamento centrifugo delle masse (generato d a l l ' a u m e n t o di regime) che provoca u n o spostamento dell'asta di regolazione verso la posizione di p o r t a t a m i n i m a . Affinché gli spostamenti p r o d o t t i dal regolatore e quelli prodotti da interventi esterni possano tra- smettersi all'asta di regolazione senza che un m o -

Fig. 12 - Schema cinematico del regolatore centrifugo a tutti i regimi con comando esterno agente sulla molla di reazione.

vimento ostacoli l ' a l t r o , la leva di spostamento Ls ruota sul p e r n o i n t e r m e d i o F m o n t a t o eccentrica- mente sull'alberino Ac della leva esterna Lc.

Rispetto agli spostamenti provocati dalle masse e trasmessi dal p e r n o P c , la leva Ls funge da leva di p r i m o genere, con fulcro in F e potenza in F ' . Rispetto invece agli spostamenti provocati dalla leva esterna Lc e trasmessi dal p e r n o eccentrico, la leva Ls funge da leva di 3° genere, con fulcro in F' e potenza in F. In t u t t i i casi la forza applicata in F od in F' genera u n a coppia di braccio F - F ' e p r o - voca q u i n d i la rotazione della leva. Gli spostamenti automatici e quelli m a n u a l i si sommano così alge- bricamente senza vincolarsi l ' u n l ' a l t r o .

La realizzazione pratica di un regolatore a t u t t i i regimi del t i p o a t i r a n t e elastico é indicata dallo schema di fig. 14 ed é caratterizzato essenzialmente d a :

1) un m i n o r braccio F - F ' della coppia di comando della leva Ls, necessario p e r ottenere un maggiore r a p p o r t o di spostamento tra masse e asta di regolazione;

2) un diverso dispositivo di trasmissione dalla

fig. 13 - Schema di realizzazione di regolatore centrifugo per massimo e minimo.

leva di comando esterna Lc alla leva di spostamento Ls, c o m p r e n d e n t e : u n a molla a d o p p i a spirale S1

S2, u n a leva s u p p l e m e n t a r e L' p o r t a n t e il p e r n o F che costituisce il fulcro mobile della leva L s ; due p e r n i P e P' (solidali rispettivamente colle leve Lc ed L') sui quali p r e m o n o da p a r t i opposte le estremità della molla S1 S2 che spinge elasticamente P' a compiere gli spostamenti imposti a P coi co- m a n d i esterni.

I d i a g r a m m i delle figure 15, 16 e 17 r a p p r e s e n - tano la relazione t r a regime e posizione radiale delle masse, d e t e r m i n a t a u n i c a m e n t e dalle molle di reazione (rispettivamente da molle adatte alla regolazione di t u t t i i regimi, del massimo e m i n i m o , del massimo e m i n i m o con a d e g u a m e n t o ) . In altri t e r m i n i , l'area delimitata dalla curva freccia/regime, dall'asse delle ascisse e dalle ascisse relative ai regimi estremi ( m i n i m o e massimo), r a p p r e s e n t a il lavoro interno del regolatore, ossia quello com- p i u t o da d e t e r m i n a t e masse d u r a n t e u n a corsa radiale tra R1 ed R p e r muovere ss stesse, vincendo

Fig. 14 - Schema di realizzazione di regolatore centrifugo per tutti i regimi con comando esterno agente elasticamente sull'introduzione del combustibile.

ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ABCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 - N. 10 - OTTOBRE 1953 ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 1 N. 10 - OTTOBRE 1953

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Campo di regola? regime: minimo intermedio massimo ogrado d'irregolarità"

LI = Lavoro disponibile per la regolazione del minimo L2 = » » » » » di un regime intermedio L3 = » » » » » del massimo

CI = Corsa di regolazione del regime minimo C2 = » » » di un regime intermedio C3 = » » » del regime massimo

Fig. 15 - Diagramma d'impostazione di un regolatore per tutti i regimi.

solo la forza delle m o l l e ; lavoro che viene resti- tuito integralmente nella corsa inversa delle masse.

P e r ricavare, dalla corsa delle masse, il lavoro necessario a spostare il leveraggio di trasmissione e l'asta di regolazione, occorre consumare u n a p a r t e del lavoro i n t e r n o , p a r t e che p e r t a n t o non verrà più Fig. 16 - Diagramma d'impostazione di un regolatore per massimo

e miniino.

R

L1= Lavoro disponibile per la regolazione del minimo L3= » » » » » » massimo C1 = Corsa di regolazione del regime minimo C 3 = » » » » » massimo

restituita alle masse, ma trasformata in energia cinetica p e r variare la p o r t a t a d'iniezione ed in energia termica dissipata dagli a t t r i t i .

Data l'inerzia del complesso degli elementi di regolazione, u n a p a r t e della stessa energia cinetica verrà restituita al regolatore, ma con un certo ri- t a r d o che provocherà delle oscillazioni nelle masse, le quali si r i p e r c u o t e r a n n o a loro volta sulla portata d'iniezione e costituiranno perciò u n a p r i m a sorgente di oscillazioni del regime, oscillazioni di piccola ampiezza e corto p e r i o d o che é facile smorzare r a p i d a m e n t e .

Una seconda e più i m p o r t a n t e sorgente di oscillazioni del regime é quella dovuta al m o m e n t o dinamico del m o t o r e ed alle variazioni di coppia motrice p r o d o t t e dallo stesso regolatore t r a m i t e la regolazione dell'iniezione.

A p a r i t à di coppia motrice p e r le accelerazioni, e di resistenze passive p e r le decelerazioni, i t e m p i di variazione del regime sono d i r e t t a m e n t e p r o p o r - zionali alla radice q u a d r a t a del m o m e n t o dinamico.

Quindi la regolazione p i ù delicata é quella dei motori a piccolo m o m e n t o d i n a m i c o .

A p a r i t à poi di m o m e n t o d i n a m i c o , le forze di regolazione di un regolatore centrifugo sono inver- samente proporzionali al q u a d r a t o del regime.

Q u i n d i ai bassi regimi, e p a r t i c o l a r m e n t e al m i n i m o , si h a n n o le massime difficoltà di regolazione.

P e r realizzare la regolazione occorre evidente- m e n t e che le forze di correzione del regime varino p i ù r a p i d a m e n t e del regime stesso, ed in misura tale da limitare l'ampiezza ed il p e r i o d o delle inevitabili oscillazioni ( p r o p r i e di ogni equilibrio sta- bile) a valori tali da poterle smorzare r a p i d a m e n t e . Conviene perciò, u n a volta stabilito il massimo peso e la massima corsa radiale possibile p e r le masse, d e t e r m i n a r e o p p o r t u n a m e n t e la rigidezza delle molle p e r ottenere il risultato sopra detto, li- m i t a n d o se necessario il c a m p o dei regimi regolati, p u r di ottenere u n a efficace regolazione al m i n i m o ed una adeguata regolazione nel c a m p o dei regimi p a r t i c o l a r m e n t e interessato in esercizio.

In conclusione, il c o m p o r t a m e n t o reale di un regolatore risulta da un complesso di fattori dina- mici, funzioni del t e m p o . I d i a g r a m m i delle figg. 15, 16 e 17 sono invece limitati alle posizioni di equilibrio delle forze centrifughe e delle forze elastiche di r e a z i o n e : in essi il t e m p o non c o m p a r e .

La risultante del complesso delle numerose resistenze passive (inerziali e di attrito) e delle loro leggi di variazione, costituisce un elemento di no- tevole influenza nella regolazione, la cui determinazione analitica é piuttosto laboriosa, e non sem- p r e corrisponde con sufficiente approssimazione alla realtà, a causa della difficoltà di determinazione esatta delle stesse singole resistenze.

In pratica i risultati ottenuti analiticamente do- vranno sempre essere verificati ed eventualmente corretti servendosi di dati dedotti da rilievi diret- t a m e n t e eseguiti su diversi tipi di complessi fun- z i o n a n t i : dati che solo la specializzazione nel campo p e r m e t t e di avere a disposizione.

Carattere c o m u n e di t u t t i i regolatori centrifu-

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ghi é l ' i n d i p e n d e n z a dalle condizioni a m b i e n t a l i ( t e m p e r a t u r a , pressione d ' a r i a , o caratteristiche di fluidi come densità, viscosità, ecc.) che invece possono costituire cause p e r t u r b a n t i p e r il funziona- m e n t o degli altri sistemi di regolatori ( p n e u m a t i c o ed idraulico).

Il regolatore pneumatico.

E costituito sostanzialmente (ved. fig. 18) da una camera a tenuta d ' a r i a C, separata d a l l ' a r i a esterna m e d i a n t e u n a p a r e t e mobile M e collegata, t r a m i t e apposita tubazione T, al collettore d'aspirazione del m o t o r e foggiato a tubo di V e n t u r i V e m u n i t o di u n a farfalla F c o m a n d a t a dall'acceleratore.

La p a r e t e mobile é collegata all'asta di regolazione della p o m p a iniezione e spinta elasticamente verso la posizione di massima p o r t a t a .

Come p a r e t e mobile si usa solitamente u n a mem- b r a n a di cuoio; come forza elastica p e r spingerla nella posizione di massima p o r t a t a si usano una o più molle elicoidali E.

Il complesso di questi elementi funziona nel modo seguente.

Con farfalla fissa in u n a posizione qualsiasi, il flusso d ' a r i a aspirata dal m o t o r e genera u n a depressione che varia concordemente col regime. In conseguenza se il regime a u m e n t a , l ' a u m e n t a t a depressione n e l l ' i n t e r n o della camera C fa sì che la pressione esterna, non più e q u i l i b r a t a , spinga la mem- b r a n a s u p e r a n d o il precarico della molla E : perciò diminuisce la p o r t a t a di iniezione.

Ogni variazione di a p e r t u r a della farfalla provoca invece una variazione contraria della depressione i n t e r n a , p e r cui, ad esempio, un a u m e n t o d ' a p e r t u r a genera u n a diminuzione della depressione, p e r m e t t e n d o alla molla di respingere mem- b r a n a e asta di regolazione verso le p o r t a t e più alte.

In tale m o d o l ' e l e m e n t o de regolazione esterna (farfalla) e quello di regolazione automatica (flusso d'aria attraverso il collettore) esercitano azioni che si integrano a vicenda, aventi p e r effetto risultante la stabilizzazione automatica di tutti i regimi coman- dati dall'esterno m e d i a n t e la farfalla.

In pratica accade che, i m p i e g a n d o u n a sola molla a caratteristica lineare (molla elicoidale ci- lindrica), ai bassi regimi il regolatore risulterebbe t r o p p o sensibile : in altre p a r o l e , a piccole variazioni del regime, c o r r i s p o n d e r e b b e r o a m p i spostamenti della m e m b r a n a ; si avrebbe allora un eccesso di correzione che p o r t e r e b b e al « p e n d o l a m e n t o » del m o t o r e . ( N o t i a m o che un tale c o m p o r t a m e n t o é opposto a quello del regolatore centrifugo, nel quale invece i bassi valori della forza centrifuga ai bassi regimi o p e r a n o u n a correzione ridotta).

P e r stabilizzare il regime m i n i m o si adottano perciò diversi m e t o d i .

a) Applicazione di u n a molla s u p p l e m e n t a r e di rigidezza adeguata e superiore a quella della molla di regolazione, che agisce solo nel c a m p o della regolazione del m i n i m o (ved. fig. 33).

b) Adozione di un circuito p n e u m a t i c o con o p p o r t u n a valvola di stabilizzazione la cvii azione viene esclusa agli alti regimi. Infatti, come schematizzato in fig. 19, con farfalla quasi chiusa (posi-

zione di regime m i n i m o ) la m e m b r a n a M effettua il contatto con la valvola S c h e , a sua volta, regola il passaggio della pressione esistente nel condotto T1

alla camera C tenuta in depressione dal condotto T.

Si ottiene così nel sistema p n e u m a t i c o u n a azione automatica che contrasta, e q u i n d i stabilizza, i movimenti che la m e m b r a n a effettuerebbe p e r effetto della sola depressione trasmessa dal condotto T.

Con farfalla t o t a l m e n t e a p e r t a (posizione di regime massimo) n o n esiste p i ù u n a sensibile differenza di pressione fra i condotti T e T1 p e r cui la valvola non opera alcun effetto.

c) Applicazione di u n a molla s u p p l e m e n t a r e come in a), p e r ò o p p o r t u n a m e n t e comandata mediante u n a apposita c a m m a (vedi fig. 34).

Carneo di regolazione del : minimo adeguamento

LI Lavoro disponibile per la regolazione del minimo Lad » » » » » di adeguamento L3 » » » » » del massimo CI Corsa di regolazione del regime minimo

Cad » » » dell'adeguamento C3 » » » del regime massimo

Fig. 17 - Diagramma d'impostazione di un regolatore per massimo e minimo con adeguamento.

Il sistema a) p u ò in certi t i p i di motore presen- tare l'inconveniente di un elevato scarto di regime massimo del m o t o r e a vuoto p e r effetto dell'azione contrastante della molla di stabilizzazione del minimo che ostacola eventuali riduzioni di p o r t a t a . I sistemi b) e c) ovviano a detto inconveniente ma richiedono u n a evidente complicazione meccanica.

C o m p l e t a n o il regolatore un comando p e r l'arresto del m o t o r e che, forzando le molle, p u ò por- tare la m e m b r a n a e quindi l'asta di regolazione in posizione di p o r t a t a nulla anche in assenza di depressione.

Inoltre lo stesso comando azionato in senso in- verso p e r m e t t e alla m e m b r a n a di oltrepassare la posizione di p o r t a t a massima relativa alla potenza massima del m o t o r e , ed in tal m o d o opera un ulte- riore a u m e n t o di p o r t a t a , n o r m a l m e n t e necessario p e r l'avviamento del m o t o r e a freddo (ved. fig. 33).

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(6)

Fig. 18 - Schema di regolatore pneumatico.

Un V e n t u r i s u p p l e m e n t a r e di piccolo d i a m e t r o V1 (ved. fig. 18) é generalmente applicati nel Ven- t u r i p r i n c i p a l e V. Esso viene inserito in un taglio o p p o r t u n o praticato nella farfalla, ed ha lo scopo di costituire u n a sicurezza nell'eventualità di acci- dentali contro-rotazioni del m o t o r e ( e s e m p i o : av- v i a m e n t o dei m o t o r i con eccessivo anticipo di iniezione) provocanti l'uscita dei gas di scarico dal collettore d'aspirazione. In tali casi il violento flusso dei gas di scarico provoca, attraverso il V e n t u r i s u p p l e m e n t a r e V1, u n a accentuata depressione che p o r t a l'asta di regolazione in posizione di « stop ».

Vi sono inoltre regolatori p n e u m a t i c i a « pressione differenziale » caratterizzati p e r avere stagna e comunicante con la sezione del collettore d'aspirazione a m o n t e della farfalla, la camera che nor- m a l m e n t e é a pressione atmosferica. In tal m o d o la forza di regolazione é costituita dalla differenza t r a le pressioni a m o n t e ed a valle della farfalla anzichè tra la pressione atmosferica e quella a valle della farfalla.

Fig. 19 - Schema di regolatore pneumatico con regolazione del minimo a pressione differenziale.

Come già il regolatore centrifugo, a n c h e il regolatore p n e u m a t i c o si presta a l l ' a d o z i o n e di u n a molla s u p p l e m e n t a r e di a d e g u a m e n t o , la cui disposizione é evidente nella fig. 20.

Essa viene disposta t r a la m e m b r a n a e l'arresto di p o r t a t a massima ed esercita la sua pressione sulla faccia esterna della m e m b r a n a in senso contrario alle altre molle, sicchè la sua azione si sottrae. La molla p r i n c i p a l e ha forza sufficiente da c o m p r i m e r e a fondo la molla di a d e g u a m e n t o , m a n t e n e n d o così

— fino a che la depressione n o n raggiunga un certo valore — la p o r t a t a di a d e g u a m e n t o che é superiore a quella richiesta p e r la potenza massima. Sul diaframma agisce perciò, nel percorso di adegua- m e n t o , solo la differenza della forza delle due m o l l e . L ' e n t i t à d e l l ' a d e g u a m e n t o p u ò essere preventi- vamente d e t e r m i n a t a in funzione d e l l ' a u m e n t o di corsa consentito all'asta di regolazione, m e n t r e la d u r a t a dello stesso é funzione della flessibilità della molla di a d e g u a m e n t o . Il regime di inizio dell'adeguamento é invece funzione del precarico dato alla relativa molla.

In linea di massima si p u ò ancora dire che il d i m e n s i o n a m e n t o di un regolatore p n e u m a t i c o é funzione del lavoro che lo stesso deve compiere p e r c o m a n d a r e il dispositivo di regolazione analoga- m e n t e come p e r i regolatori centrifughi, m e n t r e il dimensionamento del V e n t u r i con farfalla é funzione della p o r t a t a del flusso d ' a r i a aspirata dal m o t o r e (cioé della cilindrata e del regime massimo).

Bisogna ancora t e n e r presente che l'impiego del regolatore p n e u m a t i c o esige la frequente pulizia del filtro d'aria del m o t o r e p e r evitare c h e , con la sua progressiva ostruzione, si p r o d u c a n o variazioni di pressione d e l l ' a r i a nel condotto di aspirazione, che si r i p e r c u o t e r e b b e r o , attraverso le t u b a z i o n i di col- legamento, sulla depressione nella camera del rego- l a t o r e ; variazioni che alterano così il funzionamento del regolatore stesso (riduzione di potenza e marcia irregolare del m o t o r e al m i n i m o ) .

Il filtro d ' a r i a del m o t o r e deve, inoltre essere p a r t i c o l a r m e n t e studiato (limitata resistenza al passaggio dell'aria) e così p u r e il condotto dal filtro al V e n t u r i con farfalla, e ciò p e r c h é detti elementi costituiscono un fattore di sensibile i m p o r t a n z a p e r il regolatore p n e u m a t i c o .

Caratteristiche distintive dei regolatori p n e u m a - tici sono la grande semplicità e la forte influenza- bilità p e r i fattori atmosferici ( t e m p e r a t u r a e pressione dell'aria) p e r cui il loro impiego, conveniente specie n e l caso di m o t o r i ad iniezione piccoli e veloci, é limitato p e r ò ai casi di esercizio che non c o m p o r t i n o forti variazioni di quota o di latitudine e che non richiedano grande esattezza di regolazione.

I n o l t r e i regolatori p n e u m a t i c i , nelle forme de- scritte, sono u n i c a m e n t e regolatori di t u t t i i regimi.

Si p o t r e b b e r o anche realizzare dei regolatori pneumatici di m i n i m o e massimo, come p e r i centrifughi, p e r ò a scapito della semplicità che costituisce la caratteristica f o n d a m e n t a l e che fà accettare il loro impiego.

Il regolatore idraulico.

é costituito nella sua forma p i ù generale (vedi figg. 21 e 22) da due p a r t i funzionalmente d i s t i n t e : u n a p a r t e sensibile o regolatrice e un servomotore.

La p a r t e sensibile c o m p r e n d e : u n a p o m p a volu- metrica, azionata dal m o t o r e ; u n a successione di condotti formanti circuito c h i u s o ; u n a serie di

« strozzature » interposte nel circuito, a sezione fissa o variabile.

Il servomotore c o m p r e n d e un cilindro conte- n e n t e u n o stantuffo u n i t o meccanicamente all'asta di regolazione della p o m p a d'iniezione ed u n o o due condotti ciechi derivati dal circuito e sfocianti nel cilindro.

L'insieme dei condotti e la p o m p a sono mante- nuti sempre pieni di un liquido — olio o nafta — e collegati al serbatoio del liquido che funge da serbatoio di compensazione.

Nella p a r t e sensibile il liquido è m a n t e n u t o in continua circolazione dalla p o m p a q u a n d o il motore ruota. Nel servomotore e nei condotti ciechi che lo collegano i d r a u l i c a m e n t e alla p a r t e sensibile, il liquido invece non circola, e compie degli spostamenti nei due sensi solo d u r a n t e il lavoro di regolazione.

Il p r i n c i p i o di funzionamento è in generale il seguente:

Le varie strozzature costituiscono delle resistenze alla circolazione del liquido, resistenze che causano una pressione nei condotti a m o n t e delle singole strozzature.

È evidente che v a r i a n d o la luce di tutte o di alcune delle strozzature, si possono p r o d u r r e variazioni di pressione tra diversi t r a t t i del circuito disposti fra loro in parallelo od in serie.

Le pressioni vengono trasmesse, m e d i a n t e co- lonne di liquido n o n circolante, al cilindro servomotore (nei tipi a d o p p i o effetto su e n t r a m b e le faccie dello stantuffo) e le variazioni delle pressioni agenti sulle due faccie (nei tipi a d o p p i o effetto) o della pressione agente su di u n a sola faccia q u a n d o l'altra riceva la spinta di u n a molla (nei tipi a semplice effetto) m u t a n o le condizioni d ' e q u i l i b r i o e spostano lo stantuffo e l'asta di regolazione.

P e r ottenere la regolazione automatica bisogna che, a p a r i posizione dell'acceleratore, la spinta verso la p o r t a t a massima diminuisca al crescere del r e g i m e ; inoltre la stessa spinta deve p o t e r variare per effetto di un comando esterno in m o d o da au- m e n t a r e q u a n d o il comando viene p o r t a t o nelle posizioni di maggior p o r t a t a ( a d esempio negli autoveicoli q u a n d o viene p r e m u t o l'acceleratore).

Questo si ottiene in pratica con due sistemi fondamentali corrispondenti agli schemi in figg. 21 e 22.

In fig. 21 è r a p p r e s e n t a t o u n o schema di regolatore con servomotore a d o p p i o effetto. Esso com- p r e n d e , nella p a r t e sensibile, un circuito suddiviso in tre t r a t t i delimitati da strozzature che causano diverse pressioni.

Il p r i m o t r a t t o va d a l l ' u s c i t a della p o m p a ad ingranaggi E ad u n a o p i ù forature F p r a t i c a t a nello stantuffo P1.

II secondo t r a t t o va dalla f o r a t u r a F alla val-

Fig. 20 - Disposizione della molla di adeguamento in un regolatore pneumatico.

vola V, t e n u t a a contatto con lo stantuffo P1 e spinta verso la posizione di chiusura dalla molla M1 , Una leva L, collegata all'acceleratore, a u m e n t a il carico di chiusura della valvola q u a n t o più l'acceleratore é p r e m u t o . La valvola V costituisce per- ciò u n a strozzatura a luce variabile con l'alzata dello stantuffo. Il liquido circolante nei tratti 1° e 2°

fluisce in t u t t o od in p a r t e attraverso la valvola V1. Il terzo tratto va dalla valvola V alla valvola V2. Le valvole V1 e V2, o p p o r t u n a m e n t e t a r a t e , deter- m i n a n o le pressioni massime rispettivamente nel

Fig. 21 - Schema di regolatore idraulico con servomotore a doppio effetto.

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Fig. 22 - Schema di regolatore idraulico con servomotore a semplice effetto.

secondo e terzo t r a t t o . Q u a n d o la valvola V é com- p l e t a m e n t e chiusa, il liquido n o n circola nel terzo t r a t t o , che r i m a n e perciò escluso dal circuito.

Le pressioni nei tre t r a t t i variano in funzione del regime e della alzata della valvola V : esse sono in ogni caso decrescenti d a l p r i m o al terzo t r a t t o . Il servomotore é costituito dallo stantuffo P, a d o p p i o effetto, spinto verso il basso (corrispondente a p o r t a t a nulla) dalla molla M2. La camera superiore é collegata al terzo t r a t t o del circuito, l'inferiore al secondo. La valvola V2 deve essere t a r a t a con m i n o r precarico della relativa molla rispetto alla V1 .

Il funzionamento del complesso é il seguente.

Con m o t o r e al m i n i m o (acceleratore a b b a n d o - nato) la molla M1 esercita u n a spinta molto ridotta sulla valvola V p e r cui le pressioni nei t r a t t i 2° e 3°

sono quasi u g u a l i : il liquido fluisce t o t a l m e n t e attraverso la valvola V2. Lo stantuffo P2 m a n t i e n e una posizione di equilibrio tra la spinta della molla M2 e la spinta opposta, risultante dalla differenza di superficie t r a le due faccie dello stantuffo ( p e r la presenza, sulla faccia s u p e r i o r e , dello stelo por- tante il m o v i m e n t o all'esterno) e del sia p u r piccolo salto di pressione generato dalla valvola V. Il regime é stabilizzato p e r c h è ogni suo eventuale au- mento ha come effetto p r e p o n d e r a n t e u n a maggior alzata della valvola V, dato che la strozzatura co- stituita dai fori F, essendo a luce costante, é p i ù sensibile alle variazioni di p o r t a t a di quella dovuta alla valvola V la q u a l e , essendo spinta da u n a forza

elastica, reagisce ad un a u m e n t o di p o r t a t a aumen- t a n d o la luce di deflusso. In conseguenza le variazioni di pressione sono p i ù forti fra il 1° ed 2° t r a t t o che tra il 2° ed il 3° q u a l u n q u e sia il r e g i m e .

A questo c o m p o r t a m e n t o é dovuta la regolazione automatica a t u t t i i regimi.

Se invece si vuol far a u m e n t a r e il regime, si p r e m e l'acceleratore, a u m e n t a n d o il carico di chiusura della valvola V. In tal caso si accentua imme- d i a t a m e n t e il salto di pressione tra secondo e terzo tratto e lo stantuffo P2, spinto con forza aumen- tata dal basso, si sposta a u m e n t a n d o la p o r t a t a d'iniezione.

In conclusione:

a p a r i posizione dell'acceleratore, l ' a u m e n t o di regime p r o d u c e l ' a b b a s s a m e n t o dello stantuffo servo- m o t o r e (riduzione di p o r t a t a ) ;

a p a r i t à di regime, la pressione sull'acceleratore p r o d u c e l ' i n n a l z a m e n t o dello stantuffo servomotore ( a u m e n t o di p o r t a t a ) .

In fig. 22 é r a p p r e s e n t a t o u n o schema di regolatore con servomotore a semplice effetto.

Esso c o m p r e n d e , nella p a r t e sensibile, un circuito suddiviso in due tratti successivi m e d i a n t e due strozzature in serie.

Il p r i m o tratto va dall'uscita della p o m p a ad ingranaggi E alla valvola V, collegata rigidamente all'acceleratore.

Il secondo t r a t t o va dalla valvola V alla luce di trafilamento della valvola a stantuffo V P , azionata dalla pressione del p r i m o t r a t t o .

Questa valvola a stantuffo é sottoposta a tre spinte : la pressione idraulica del p r i m o t r a t t o , agente sulla testa dello stantuffo; la pressione idraulica del secondo t r a t t o , agente in senso opposto sullo stantuffo, contro la superficie di t e n u t a e la p a r t e cava, q u i n d i su superficie m a g g i o r e ; e la molla M, t e n d e n t e ad a p r i r e la valvola.

Nel circuito è posta in derivazione u n a valvola di sicurezza V1 che n o r m a l m e n t e resta chiusa.

Il servomotore é costituito da u n o stantuffo P a semplice effetto, contrastato da u n a molla M2 e collegato i d r a u l i c a m e n t e , m e d i a n t e un condotto cieco, al secondo t r a t t o del circuito.

C o n t r a r i a m e n t e al t i p o descritto in precedenza, in questo la molla M2 spinge lo stantuffo motore verso la posizione di p o r t a t a massima, e l'accelera- t o r e , rigidamente collegato alla valvola V, q u a n d o viene azionato p e r ottenere l ' a u m e n t o di regime, ne a u m e n t a la luce di efflusso.

Lo scopo di tali differenze a p p a r i r à chiaro dal- l'esposizione del f u n z i o n a m e n t o , ma é senz'altro intuibile che, essendo i due tratti di circuito in serie anzichè in p a r a l l e l o , certe variabili d e b b a n o essere invertite. Il funzionamento é il seguente.

A p a r i posizione dell'acceleratore la luce di trafilamento della valvola V é fissa, perciò genera forti variazioni di pressione nel p r i m o t r a t t o ad ogni variazione di regime. In conseguenza, l'effetto pre- p o n d e r a n t e di un a u m e n t o di regime é u n a maggior pressione nel condotto cieco derivato sul primo t r a t t o , che genera u n a spinta sulla testa della valvola a stantuffo e ne diminuisce la luce di trafila- m e n t o . La d i m i n u i t a luce fa a u m e n t a r e la pressione

nel secondo tratto e q u i n d i nella camera del cilindro m o t o r e , spingendo lo stantuffo P e l'asta di regolazione A verso la p o r t a t a m i n i m a .

Si noti che l ' a u m e n t a t a pressione nel secondo t r a t t o , agente sulla maggiore superficie della valvola VP ed in concomitanza con la molla M1 genera p u r e u n a spinta opposta t e n d e n t e a r i a p r i r l a ; tuttavia il salto di pressione tra p r i m o e secondo tratto (causato dalla strozzatura V) é p r e p o n d e r a n t e e l'effetto risultante é di chiusura della valvola con l ' a u m e n t a r e del regime.

Q u a n d o invece si vuole a u m e n t a r e il regime lo spostamento dell'acceleratore provoca u n a maggiore a p e r t u r a della valvola V: l ' a u m e n t a t a luce di efflusso diminuisce fortemente il salto di pressione tra p r i m o e secondo tratto : le pressioni t e n d o n o ad eguagliarsi.

In tale caso la spinta idraulica contro la maggior superficie della valvola-stantuffo affacciata al secondo t r a t t o , sommandosi con quella della molla M1, diviene p r e p o n d e r a n t e su quella generata dalla pressione idraulica del p r i m o t r a t t o , sulla testa della valvola-stantuffo stessa, e genera una maggiore a p e r t u r a della valvola. In seguito a ciò il li- q u i d o , fluendo con resistenze d i m i n u i t e n e l l ' i n t e r o circuito, esercita u n a m i n o r pressione sullo stantuffo servomotore c h e , spinto dalla molla verso la massima p o r t a t a , raggiunge u n a posizione di equilibrio corrispondente a p o r t a t a a u m e n t a t a .

N a t u r a l m e n t e , l ' a u m e n t a t a luce della valvola V tende p u r e ad a u m e n t a r e la pressione nel secondo t r a t t o , ma tale effetto é inferiore a quello dovuto a l l ' a u m e n t o della luce della valvola V P .

In pratica, nei regolatori viene inserita u n a valvola s u p p l e m e n t a r e p e r a u m e n t a r e la sensibilità al m i n i m o , come si vedrà nelle descrizioni dei modelli esistenti.

Caratteri distintivi dei regolatori idraulici sono:

La prontezza di regolazione dovuta all'assenza di forti masse di inerzia e di giochi nella trasmissione (rispetto ai regolatri centrifughi);

II costo più elevato;

La sensibilità alla qualità del liquido impiegato ed alla t e m p e r a t u r a che ne varia la viscosità, alte- r a n d o le caratteristiche di regolazione, p e r ò in misura m i n o r e che nei regolatori p n e u m a t i c i .

I n o l t r e u n a caratteristica distintiva che é di im- portanza trascurabile in p r a t i c a , ma essenziale in linea di p r i n c i p i o , è che il regolatore idraulico, il cui funzionamento è basato sulla variazione di resistenza opposta alla circolazione di un liquido, as- sorbe potenza trasformandola in calore in misura maggiore degli altri sistemi ( p e r vincere la visco- sità del liquido) a differenza dei regolatori mecca- nici e p n e u m a t i c i i quali, escluse le p e r d i t e p e r attrito inevitabili in q u a l u n q u e m a c c h i n a , assorbono l'energia di lavoro solo q u a n d o effettuano i movimenti di regolazione.

In conseguenza, il regolatore idraulico, che in teoria p o t r e b b e funzionare in circuito chiuso con un piccolo serbatorio di compensazione, deve essere collegato col serbatoio p r i n c i p a l e (della nafta o del- l'olio, a seconda del l i q u i d o impiegato in esso) p e r poter disperdere il calore generato in u n a grande

massa di liquido, con forte superficie i r r a d i a n t e ; a l t r i m e n t i lo sviluppo di calore p o r t e r e b b e ben presto il liquido e l'intero complesso a t e m p e r a t u r e inammissibili p e r il suo funzionamento.

I regolatori idraulici sono generalmente del t i p o a tutti i regimi. Regolatori di m i n i m o e massimo p o t r e b b e r o anche essere realizzati; evidentemente p e r ò non risulterebbero convenienti.

I modelli

Regola tori centrifughi.

Riferimenti generali : M Masse di regolazione E Molle di reazione Pc Perno di comando Ls Leva di spostamento F Fulcro intermedio F1 Fulcro d'estremità Lc Leva di comando esterna A Asta di regolazione

Fig. 23. — Regolatore tipo Bosch per minimo e massimo.

È del tipo semplice ad azione diretta, particolarmente studiato per una grande produzione e con possibilità di in- stallazione e di comando sia sul lato destro che sul lato sinistro del motore. Funzionamento indipendente dal senso di rotazione.

Viene largamente impiegato sugli autoveicoli stradali.

Fig. 24. — Regolatore tipo Bosch per minimo e mas- simo, con rapporto variabile (« a coulisse »).

Struttura e caratteristiche generali analoghe al precedente.

Si differenzia per il dispositivo di trasmissione e di co-

ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 - N. 10 - OTTOBRE 1953 ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - A. 7 - N. 10 - OTTOBRE 1953

Il regolatore per motore Diesel Sintesi delle funzioni e della struttura dei regolatori centrifughi, pneumatici ed idraulici per motori Diesel di piccola e media cilindrata.