Ma come funziona la Vespa?

Questo è un posto work in progress, ovvero è solo una bozza...

A beneficio dei miei 7, dico sette, affezionati lettori vorrei cercare di spiegare come funziona il motore (ed altre parti) dei nostri amati insetti, con tutta una serie di post dove tenterò di illustrare, con parole semplici e disegnini (fatti con paint, siate comprensivi) le varie parti componenti tutto l'accrocco. Ora mi direte voi ma ne vale la pena di tutto sto lavoraccio per soli 7, dico sette, lettori? Ebbene vi rispondo di si, perchè a parte voi sette, ho scoperto che un'altra decina scarsa di utenti a cui, benchè io sia un moderatore, non sono antipatico (strano ),e saltuariamente mi leggono, e se riesco ad arrivare ad otto lettori assidui ne è valsa la pena. Inoltre ho scoperto che a molti utenti, e anche a qualche moderatore cazzuto , non è ben chiaro cosa fa il parastrappi, cosa è e quando c'è battito in testa, che cosa sono e quale differenza c'è tra rapporti primari e secondari etc etc. Sia ben chiaro che non ho nessuna velleità di possesso del dogma, tutt'altro, quindi accetto fin d'ora tutte le critiche (possibilmente costruttive, grazie) e proverò a rispondere a tutte le eventuali domande, anche con il supporto, gradito, dei cazzuti vari e non. Iniziamo quindi col tentare di spiegare com'è fatto e come, sommariamente, funziona il motore, poi se il thread lo riterrete interessante continuerò a spiegare (tenterò di) più in dettaglio il funzionamento. Ci si potrebbe aiutare con uno spaccato tipo questo ma anche se il disegno è bellissimo non è molto chiaro su come interagiscono tra di loro le varie parti,spece per i neofiti, quindi ho fatto io un disegnino con paint, che illustra in modo schematico un motore Vespa, eccolo: Dunque il pezzo N°1 è il volano(blu) che è solidale tramite un accoppiamento conico con l'albero motore 2(rosso); ora gia a questo punto si potrebbero scrivere fiumi di parole su quanto è perchè debba pesare come minimo il volano, ma tralasciamo per ora questo punto, sarà oggetto di successivi post; sappiate che la sua funzione principale, essendo una massa rotante (sostanzialmente un peso che gira )è di aiutare l'albero motore (2) a girare in modo regolare, vedremo poi come. L'albero motore 2 in pratica è una manovella che trasforma il moto lineare del pistone 5 in moto rotatorio; ovvero tramite la biella 6 fa salire e scendere il pistone 5 dentro al cilindro 4, in vero ciò che fa scendere il pistone è lo scoppio (e si è un motore a scoppio) della miscela contenuta nel cilindro, e ciò che lo fa salire è proprio il volano (in gran parte) Ora girando l'albero motore 2 gira anche la frizione 7 (in verde) che ci consente di trasferire la rotazione dell'albero motore alle restanti parti del motore e quindi alla ruota (che poi infine è quello che ci interessa veramente). Dunque quando la frizione è "attaccata" (nel disegno è rappresentata staccata) gira anche il suo ingranaggio ovvero vi è un accoppiamento per frizione (azz perciò si chiama frizione? ) tra la campana (parte esterna) e l'ingranaggio stesso; girando quindi l'insieme della frizione si mette in rotazione anche l'abero primario 8 (arancione); tra l'altro questo albero assume svariati nomi : parastrappi, quadruplo, albero di natale, multiplo, ingranaggio elastico eccetera eccetera, diciamo per ora che è un pezzo che ha diversi ingranaggi tutti solidali tra loro meccanicamente. Gia qui possiamo notare che c'è un primo rapporto di riduzione che si crea tra l'ingranaggio della frizione (verde) e il primo ingranaggio dell'albero 8 (arancione) e questo primo ingranaggio è chiamato corona, quindi se per ipotesi l'ingranaggio verde ha 20 denti e la corona arancione ha 80 denti vorrà dire che affinchè l'albero 8 faccia un giro completo l'albero motore ne dovrà fare ben 4. Avremo un rapporto primario quindi di 4:1 (quattro a uno); è chiaro il concetto? Ebbene, girando quindi l'abero arancione girano ovviamente anche tutti i sui ingranaggi che sono ingranati appunto con gli ingranaggi posti sull'albero secondario, o albero della ruota se preferite, n°9 di colore viola. Questi ingranaggi in viola non sono solidali con il loro albero, bensì girano in folle, ed un solo ingranaggio viola dei quattro viene accoppiato all'albero tramite la crocera 10, che scorre appunto nell'albero (secondo la nostra volontà o quasi) e praticamente rende solidale un solo ingranaggio del secondario con il primario. Quindi, mentre nella prima riduzione il rapporto era fisso, qui in questa seconda riduzione il rapporto è selezionabile e lo sceglie il pilota secondo le esigenze del motore/strada. Quindi ogni coppia arancione/viola avrà il suo preciso rapporto dato dal numero di denti dei due ingranaggi, ad esempio (numeri puramete inventati solo per far capire il concetto) l'ingranaggio viola più a destra nel disegno,che è la prima marcia, avrà 60 denti e il corrispondente arancione ne avrà 12 ovvero un rapporto 5:1 (5 a 1) questo vorrà dire che ad ogni 5 giri dell'arancione ne avremo uno del viola (e della ruota ovviamente) ma siccome prima abbiamo detto che per far compiere un giro all'arancione ne dovevamo fare quattro con l'albero motore 2 vorrà dire che affinche la ruota faccia un giro il motore ne dovrà fare ben 20 (5 X 4 ). A scalare quindi avremo sempre più denti sugli arancioni e meno sui viola; continuo con l'esempio seconda coppia da dx 56 viola e 14 arancione rapporto 4:1, terza coppia 48 viola e 16 arancione rapporto 3:1, quarta coppia 40 viola e 20 arancione rapporto 2:1... Una domanda sorge spontanea: Ma a che servono tutte queste riduzioni? non si potrebbero eliminare e fare si che a ogni giro motore corrisponda un giro ruota? Avremmo cosi una vespa-missile che a 7000 giri del motore faremmo 7000 giri di ruota e le F1 non ci cagherebbero nemmeno di striscio. Metto in palio un ricco premio (e a mio insindacabile giudizio) a chi mi da la risposta del perchè ciò A questo punto dovrebbero essere chiare, almeno ai più smaliziati un paio di cosette: Alla domanda "quanto kmh riesco a fare con questa configurazione?" la risposta corretta è "dipende da quanti giri riesci a far fare al tuo motore" E un altra cosa dovrebbe ora essere chiara la differenza che c'è tra le famose prime corte e/o quarte lunghe... Io, consentitemi, preferisco le quinte

Bene, abbiamo visto per sommi capi come girano gli ingranaggi e cosa sono i rapporti...
Ma come fanno a girare questi ingranaggi? Quale è la forza che li spinge a ruotare? Il motore ovviamente, ovvero il lavoro compiuto dal motore. E come fa a funzionare questo motore? Sfuttando la combustione di un combustibile , o meglio incendiando un combustibile (benzina, gasolio, metano, gpl etc etc) si sviluppano dei gas che espandendosi spingono il pistone, che essendo collegato tramite un manovellismo ad un albero viene trasformato il moto lineare (il pistone o sale o scende, al limite sta fermo) in moto rotatorio... Forse non è il massimo della chiarezza, allora ci arriviamo per gradi.

Cominciamo col dire che un normale motore endotermico (che parolona, sarebbe un motore a combustione interna) funziona secondo una legge fisica la quale dice che incendiando un gas questo si espande, quindi se noi sfruttiamo questa espansione, che altro non è un aumento di volume del gas stesso possiamo sfruttare la spinta che questa espansione genera. Quindi se questa espansione la creaiamo in un volume chiuso la pressione che si genera tenterà con la sua forza di aumentare questo volume, oppure se c'è un tappo la pressione tenterà di fare saltare via questo tappo; Ora basta associare il tutto al nostro motore, il volume chiuso è il nostro cilindro e il tappo, o meglio i tappi, visto che il cilindro per sua natura a due buchi (il primo che afferma che anche le donne sono cilindri lo banno a vita) dicevo i tappi sono la testata ed il pistone. La testata è saldamente inbullonata al cilindro e quindi non si muove, il pistone invece è libero di scorrere, quindi la pressione che crea questo gas in espansione spinge il cilindro nella direzione opposta alla testata (perchè questo tappo è fisso).

I normali motori delle autovetture cioè i famosi motori a 4 tempi, compiono il proprio lavoro in quattro fasi, ovvero le famose aspirazione, compressione, scoppio (è più corretto espansione, non è mica una bomba che scoppia) e scarico. Quindi il motore prima aspira il gas da incendiare, poi lo comprime, indi lo fa espandere incendiandolo e infine lo scarica. E noi che montiamo il motore a due tempi allora quante fasi abbiamo? Fatemi riflettere.... mumble mumble (topolino docet) dunque nella mia vespa la benzina che metto nel serbatoio si consuma, quindi o ho il serbatoio bucato o da qualche cosa viene succhiata (o aspirata), poi la compressione c'è, se tolgo la candela la pedivella scende senza sforzo, altrimenti no quindi qualcosa va in compressione; a scoppiare scoppia, almeno io sento il famoso ram tam tam e scaricare scarica, visto che dalla marmitta esce del fumo...

Ma allora quante fasi ha un motore a 2 tempi?

Voi sapreste rispondere? Uno poco attento risponderebbe 'due', la persona preparata risponderebbe 'quattro', io invece per far schiattare i semicazzuti e cazzuti vari vi rispondo 'sei'! Apriti cielo, ora si scateneranno commenti a profusione, gia immagino le centinaia di MP, mail e telefonatine varie, e ironiche tra i vari sapienti e non che bazzicano questo rispettabile forum e probabilmente verrò preso in giro su tutti i forum d'Italia e oltre.

Vista la semplicità costruttiva di un motore a 2 tempi, tutti i meccanici e anche i cazzuti a vario titolo sono portati a credere di conoscere tutto o quasi su questi motori, ma in vero(ho copiato poeta, embè?) sono pochi quelli che li conoscono a fondo. Il loro funzionamento, nonché i problemi di messa a punto, sono lontani anni luce da un motore a 4 tempi, e sono ben poche le analogie che si possono fare tra questi due mondi.

Tanto per cominciare manca completamente il complesso della distribuzione (albero a camme, valvole, bilancieri, ecc.), che viene sostituito dalle cosiddette 'luci' che non son altro che feritoie ricavate sul cilindro, le quali vengono aperte e/o chiuse dal moto alternativo del pistone. Quindi non esistono valvole, è il pistone stessoi a fare da valvola.
Inoltre non esiste un sistema vero e proprio di lubrificazione, ma la stessa avviene per lavaggio e a perdere, in quanto l'olio viene immesso direttamente sul collettore di aspirazione e accompagna la miscela di carburante in tutte le sue fasi. 
Infine mentre nel motore a 4 tempi abbiamo una fase attiva ogni due giri dell'albero motore, nel 2 tempi si ha una fase attiva ogni giro.
Fase attiva? cos'è? La fase attiva è l'unica fase utile, ovvero è quella che ci fornisce energia, mentre a tutte le altre siamo noi che gli dobbiamo cedere energia in qualche modo e quindi sono fasi passive.


Analizziamo allora il ciclo (teorico) di un motore a 2 tempi 
Abbiamo le seguenti fasi:

Aspirazione
Nella corsa di salita, il pistone crea una depressione nel carter, la quale "aspira"la miscela aria/benzina dalla 'luce' 'A' per tutto il tempo per il quale rimane scoperta dal pistone; NB. abbiamo fin'ora parlato di incendiare un gas, la benzina non è un gas e tra le altre cose sarebbe incomprimibile, quindi abbiamo bisogno di prepare un gas partendo dalla benzina, di questo se ne occupa il carburatore(forse poi ne parleremo se fate i bravi) miscelando la benzina con della semplice aria secondo un preciso rapporto stechiometrico ( e questo ora che minkia è????? bhè ne parleremo più avanti)






Precompressione/Travaso
Nella fase di discesa, dopo la chiusura della luce di 'A', il pistone crea una pressione nel carter che determina il successivo travaso della miscela nel momento che si apre la luce di travaso 'T'






Compressione
Durante la risalita, e dopo la chiusura della luce 'T' e 'S', avviene la vera compressione, che raggiunge il massimo nel punto massimo superiore o meglio, allo scoccare della scintilla sulla candela.

Espansione (fase attiva finalmente)
A seguito dello scoccare della scintilla sulla candela, si incendia la miscela e avviene l'espansione dei gas (e non lo scoppio, non è un candelotto di dinamite), e la successiva onda di pressione esercitata sul pistone (ma nche su tutta la camera di combustione che è lo spazio dove avviene l'espansione ed è composta sostanzialmente dalle pareti del cilindro, dalla testata e dal cielo del pistone) spinge il pistone stesso e tramite il manovellismo della biella si trasforma in moto rotatorio sull'albero motore.





Scarico
Durante la discesa viene scoperta la luce di scarico 'S', termina quindi la fase espansione ed inizia quella di scarico. Sfruttando ancora l'energia dei gas, gli stessi vengono espulsi dalla camera di combustione verso l'esterno.






Ora i cattivi, si i maligni, si gli infami, si i supercazzuti stanno gia sogghiagnando sotto i baffi e stanno pensando: ahahahahaha Mimmo ha sbagliato, ha detto che ci sono ben sei fasi e ne ha descritto, e anche male, solo cinque!
E invece io vi rispondo che c'è anche una fase di incrocio tra travaso e scarico tiè!

Ma come disse in mio amico cinese: non ti culal di lolo ma gualda e passa e infatti io non me ne culo e continuo quidi, imperterrito, nella mia farraginosa disamina,
Come è possibile notare, da questa breve descrizione, rispetto ad un motore a quattro tempi, dove le fasi sono ben definite, qui abbiamo un vero accavallamento: la fase di aspirazione è contrapposta alla compressione, il travaso all'espansione ecc.
Quindi non abbiamo fasi ben distinte come in un motore a quattro tempi bensi avremo le varie fasi disposte secondo questo diagramma:



dove in verde scuro è la fase teorica di aspirazione, in verde chiaro invece è la fase reale di aspirazione; in grigio scuro è la fase teorica di scarico ed in grigio chiaro è la fase reale di scarico.

Dato che abbiamo detto che una fase attiva per ogni giro dell'albero motore, qualcuno potrebbe pensare di poter ricavare una potenza specifica doppia rispetto a quella ottenuta da un analogo motore con ciclo a 4 tempi.
Le cose purtroppo non sono così semplici, anzi i problemi di rendimento che pone questo motore sono notevoli, tanto da limitare considerevolmente la sua potenza utile, e vero tallone di Achille, il famoso incrocio tra la miscela e i gas di scarico. In tale situazione, come è ovvio immaginare, una parte dei gas di scarico rimane nella camera e parte della miscela fresca in arrivo dai travasi fuoriesce dallo scarico.
Senza contare poi il problema legato alla cosidetta simmetria della distribuzione delle fasi di aspirazione e scarico. Come è possibile notare nell'esempio sopraesposto, la fasatura imposta dalle luci di aspirazione e scarico è ruotata di 90° rispetto alle relative fasi teoriche, inoltre l'inizio e la fine delle rispettive fasi risulta simmetrico rispetto al piano orizzontale. Non è possibile ottimizzare l'angolo di anticipo dell'inizio (Oddio e ora che caspita è quest'altra cosa? Angolo DI Anticipo? Bhoooo), senza penalizzarne la fine.

Nel corso dello sviluppo del motore a due tempi, i costruttori hanno cercato di ottimizzarne le prestazioni dello schema sopraesposto, con varie soluzioni più o meno efficienti, arrivando ai giorni nostri ad uniformarsi in ulteriori due tipologie che si differenziano per il tipo di aspirazione adottato: a disco rotante(o valvola rotante) e a valvole lamellari.

Prendiamo in considearzione solo (per ora) la Valvola rotante che è poi il sistema di ammissione (aspirazione) adottato sulle nostre vespe






In questo modo, il collettore di aspirazione è direttamente connesso al carter e pertanto la fase di aspirazione viene controllata appunto dalla 'valvola rotante'. In pratica tale valvola assume la forma di un disco solidale all'albero motore, che con un opportuno profilo controlla la fase di aspirazione. Tale disco è stato ricavato direttamente in una semimanovella dell'albero motore, e tale tipologia di distribuzione permette un controllo pressoché completo dell'aspirazione. Il progettista è libero di scegliere l'angolo di apertura e chiusura più ottimale, senza essere vincolato alla posizione del pistone


Dai, ora scatenatevi con le critiche ed i commenti 

Bene, vedo che tutto sommato qualche lettore ci sta

Allora forse è il caso di parlare del carburatore e della carburazione

Una volta un amico, con fare molto serio, mi disse: ma sei eccessivamente magro! 
E io pensai: ti pigliasse un accidente secco, peso 113 kg, c@zzo dici
Rimasi zitto, lui pesava molto più di me (150 kg circa) e pensai quindi che il suo metro per giudicare se una persona era magra o grassa era fuori dai valori canonici, probabilmente lui si riteneva in perfetta forma

Poi facendo mente locale capii che si riferiva alla carburazione della mia Vespa

Ma secondo voi, cosa intendeva? chi mi sa rispondere?

Vabbè, prima che vi si consumino troppo le meningi ci provo io a darvi una spiegazione e quindi prima di parlare di spilli, Venturi, getti e ghigliottine,condotti e circuiti cerchiamo di chiarire il concetto di magro o grasso.

Ma in fondo su otto lettori, almeno un paio di "brillanti" ci sono e probabilmente qualcuno avrà gia risposto: è tutta colpa del rapporto stechiometrico!

Giusto, esatto, quoto!

E allora parliamo di questo famigerato rapporto stechiometrico


il rapporto stechiometrico lo si ha nella combustione nei motori termici (tutti)dove si ha sia una determinata quantità d'aria che di combustibile;in sostanza non è altro che un numero che identifica la quantità di aria miscelata al combustibile (nel nostro caso benzina) 

In condizioni di funzionamento normale il valore ideale è di 14.7:1, ovvero 14,7 parti di aria per ogni parte di benzina, o se preferite 14,7Kg di aria ogni Kg di benzina. Comunque i valori limite di funzionamento del motore della vespa vanno da 8:1 (miscela estremamente grassa) e 20:1 (miscela estremamente magra), nel caso si verifichi una situazione al di fuori di questo intervallo il motore non riesce a funzionare per eccesso di benzina o di aria.

Quindi per "grasso" intendiamo troppa benzina o troppo poca aria e per "magro" intendiamo viceversa troppo poca benzina o troppa aria.

Il rapporto stechiometrico influisce molto anche sulla pressione media effettiva generata dalla combustione (a cui è legata la coppia e quindi la potenza erogata dal motore),a temperature di combustioni normali (a regime) il migliore rapporto è compreso tra quello stechiometrico e leggermente ricco di combustibile (circa 13:1, quando si richiede la massima potenza), ma come ci si allontana da questi valori l'efficienza del motore decade velocemente. 
Quindi ora abbiamo capito (almeno lo spero) cosa caspita è sto rapporto del menga, e che dobbiamo fare in modo che al nostro motorello arrivi la giusta quantità di aria/benzina

Chi si occupa di questo ingrato compito è il carburatore (evviva,finalmente)
Avevamo detto che per far girare il motore gli dovevamo fornire un carburante da incendiare, e nel nostro caso una miscela di aria e benzina (anche olio, ma questo per ora non interessa) secondo un preciso rapporto tra i due elementi.
A creare questa miscela se ne occupa il carburatore lo sappiamo tutti (o quasi) SI, ma come fà?????

Semplice, il nostro carburatore praticamente sfrutta l'effetto Venturi, e ora senza stare a citare formule o altro cerchiamo di spiegare in parole semplici di cosa si tratta: Se una colonna d’aria in movimento all’interno di un condotto trova un restringimento di sezione dello stesso, la sua velocità di percorrenza aumenta mantenendo in questo modo la medesima portata in volume. Se all’altezza della strozzatura pratichiamo un foro e lo colleghiamo con un recipiente contenente del liquido, la depressione provocata dal transito “accelerato” dell’aria ne risucchia una parte che prende la stessa via di percorrenza dell’aria.



quindi, in blu è l' aria, in giallo la benzina, e in verde il nostro combustibile composto da una miscela di aria e benzina


Ora se troviamo un modo per regolare la quantità di miscela che arriverà al motore, di fatto riusciremo a regolare la potenza e la velocità del motore stesso. Quindi se nel condotto inseriamo qualche accrocco che in qualche modo ne varia l'apertura riusciremo a dosare la quantità di aria e di riflesso di benzina che entra nel motore

il disegno successivo mostra (mooooooolto schematicamente) quanto detto

Abbiamo detto però che la quantità di benzina deve essere in una percentuale stabilita rispetto all'aria, come facciamo a regolarla?
Semplicemente la benzina che viene succhiata dalla vaschetta passa attraverso un foro calibrato e quindi variando opportunamente questo foro possiamo calibrare la quantità di benzina aspirata. Il diametro di questo foro è ovviamente funzione del diametro del venturi e della cilindrata, ovvero della quantità di aria/benzina che riesce ad aspirare il nostro motore. Questo foro non è altro che il famoso getto, spruzzo, cicler, gioleur, gigolò e quanti altri nomi di fantasia che può assumere. In verità il getto non è unico, ma ne sono presenti diversi in un carburatore,almeno 3 e cioè c'è quello del massimo, quello del minimo, lo starter ma ne parlemo più avanti


La freccia in figura indica quinti il nostro getto (in rosso)

Abbiamo detto anche che per effetto venturi la benzina viene succhiata da una vaschetta... ma chi si occupa di tenere piena questa vaschetta ovvero al giusto livello? Se fosse collegata direttamente al serbatoio la benzina la riempirebbe certamente, ma una volta piena la benzina continuerebbe ad entrare e poi ne uscirebbe attraverso i vari getti per capillarità e gravità in quanto il serbatoio è posto comunque più in alto rispetto alla vaschetta. Abbiamo quindi la necessità di aprire e chiudere un rubinetto in modo automatico per regolare l'afflusso di benzina nella vaschetta. Di ciò se ne occupano il galleggiante e il famoso spillo.



Il galleggiante (in blu) galleggia appunto sulla benzina contenuta nella vaschetta e man mano che aumenta il livello della benzina nella stessa spingerà lo spillo (in rosso) verso l'alto fino a chiudere completamente l'orifizio(parolona) da cui entra la benzina nella vaschetta, consumandosi poi la benzina nella vaschetta il galleggiante scenderà e tirerà giù lo spillo permettendo quindi l'afflusso della benzina nella vaschetta...
credo che sia abbastanza chiaro, no?

Vediamo ora lo schema di un carburatore vero, il SI 20/20 et similia montato su tutte(quasi) le vespe large ed è comunque da tener presente che anche il carburatore delle small è identico schematicamente parlando.
Iniziamo col dire che i due numeri che identificano il carburatore (20/20 ndr) non sono altro che il diametro delle due aperture del venturi espresse in millimetri, in questo caso avremo 20mm ingresso aria e 20mm uscita miscela, quindi se già variamo queste due aperture varieremo di fatto la quantità di miscela che può arrivare al nostro motore.




Sono già evidenti nello schema i vari elementi, condotti e circuiti che compongono il nostro carburatore. Comunque in questa discussionesono evidenti i vari componenti al vero
Cerchiamo di analizzarli nei dettagli, cominciamo dal galleggiante e spillo




in rosso è evidenziato il percorso della benzina, come si può notare essendo la vaschetta piena il galleggiante 2 è alto, quindi spinge lo spillo 1 e chiude di fatto l'accesso alla benzina nella vaschetta



Vuotandosi poi la vaschetta, il galleggiante scende,parimenti scende lo spillo e la benzina affluisce alla vaschetta...


in questa immagine, tratta dalla discussione linkata sopra è evidente il funzionamento del galleggiante e spillo dal vero

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