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Motore del trattore

I motori applicati ai trattori agricoli almeno fino agli anni ’20 erano “ad accensione per scintilla”, e per tale motivo i combustibili utilizzati solitamente erano il kerosene o la benzina: si preferiva il motore a scoppio, e questo probabilmente si doveva al fatto che la maggior parte delle trattrici veniva prodotta in America. Successivamente, verso il 1925, alcune case produttrici come l’americana Caterpillar o la Landini in Europa cominciarono ad applicare motori diesel o semidiesel.

Il primo trattore in Europa dal motore diesel a 2 tempi fu infatti il Cassani da 40 HP. Il diesel a 4 tempi risale invece al 1931, quando la Caterpillar per prima installò un motore di questo tipo su un mezzo ancora americano.

Il motore del trattore

I trattori moderni utilizzano quasi esclusivamente motori di tipo “diesel”, ossia il cui funzionamento è basato sul ciclo Diesel, alimentati a gasolio. Questa scelta è stata dettata dalle caratteristiche specifiche di questo tipo di propulsore, che meglio si adattano al tipo di impiego del trattore. La conoscenza del motore del trattore e delle sue componenti non è solo una questione di cultura e di approfondimento, ma rappresenta un prezioso vantaggio per chi deve impiegare queste macchine, sia al momento della scelta, sia durante il normale utilizzo.

Conoscere quali sono gli elementi meccanici del motore del trattore, come lavorano, a cosa servono permette di capire meglio quale sia il modello più adatto alle nostre esigenze, ma anche di usarlo in maniera adeguata, e di poter fare prevenzione guasti e manutenzione con maggiore consapevolezza.

Motore del trattore

Componenti di un motore del trattore diesel

I principali elementi meccanici costituenti del motore del trattore diesel sono:

  • Cilindro
    (o monoblocco). Rappresenta il corpo del motore del trattore che contiene le sedi dove scorrono i pistoni, le cavità per il sistema di raffreddamento e tutti quegli elementi che consentono la giusta connessione con i vari componenti, come la testata o la coppa dell’olio, ed con i diversi apparati, come quello di alimentazione o quello di raffreddamento.
  • Testata
    la testata chiude superiormente il monoblocco, e tramite l’impiego di opportune guarnizioni che consentono la tenuta dei gas, nonché dell’aria e dell’acqua, garantisce la sigillatura del motore.
  • Pistone
    scorrendo nel cilindro dal PMI al PMS e poi dal PMS al PMI muovendosi di solito verticalmente, da atto al moto della biella che avvia conseguentemente l’albero motore. Gli “anelli”, che trovano alloggiamento in predeterminate scanalature, assicurano una tenuta di pressione perfetta tra pistone e cilindro, mentre la “raschia olio” che rappresenta la fascia inferiore asporta l’eventuale eccesso d’olio che si deposita sulle pareti del cilindro quando il pistone scorre verso il PMI.
  • Biella
    la biella trasmette il moto generato dai pistoni all’albero motore, quando a combustione avvenuta scendono verso il basso in modo violento.
  • Albero motore
    questo organo è connesso al monoblocco attraverso i perni di banco e riceve il movimento generato dai pistoni nel sali-scendi; da sottolineare che l’albero motore risulta avere un numero di gomiti (anche chiamati perni di biella) pari al numero di pistoni, e che la sua parte terminale è detta “Volano”.
  • Volano
    si appoggiano a questo disco pesante sia il motorino d’avviamento che la frizione, e questa trasmette il movimento agli organi costituenti l’apparato di trasmissione. La funzione del volano è quella di rendere più lineare la rotazione dell’albero motore, soprattutto nei punti morti (ovvero le fasi passive, quali l’aspirazione, la compressione e lo scarico), dal momento che è studiato per immagazzinare energia nella fase attiva del motore, ovvero durante la combustione.
  • Coppa dell’olio
    contiene l’olio che lubrifica e raffredda il motore, il quale è ovviamente sottoposto al surriscaldamento per le alte velocità di regime e per gli attriti che si creano nel moto dei componenti e degli organi vari.
  • Albero di distribuzione
    connesso all’albero motore mediante una catena oppure una cinghia dentata, l’albero di distribuzione ruota per aprire e chiudere al momento opportuno le valvole, sia quelle di “aspirazione” che quelle di “scarico”; le camme (anche dette eccentrici) sono in numero pari alle valvole stesse.

Individuate le parti fondamentali del motore del trattore, ad esse si legano alcuni importanti concetti che è bene conoscere:

  • PMS/PMI
    rispettivamente, punto morto superiore e punto morto inferiore; rappresentano l’altezza massima e minima raggiunta dal pistone nel moto di scorrimento nel cilindro
  • Alesaggio
    misura del diametro del vuoto circolare interno del cilindro
  • Corsa
    distanza misurata tra il PMS ed il PMI, ovvero la differenza tra l’altezza massima e quella minima raggiunta dal pistone in fase di corsa nel cilindro
  • Cilindrata
    volume del cilindro compreso tra le due quote PMS e PMI
  • Camera di scoppio
    si determina quando il pistone è nel PMS e non è altro che lo spazio tra la parte superiore del pistone stesso, la testa, e la testata del motore
  • Rapporto di compressione
    valore dato dal rapporto tra la somma della cilindrata (volume dal PMS al PMI) più quello della camera di combustione a numeratore diviso il volume di quest’ultima.

Il motore del trattore quattro tempi

Il motore viene definito a “quattro tempi” proprio perché il pistone deve realizzare quattro tempi (o quattro corse) per compiere un ciclo completo di lavoro. È fondamentale evidenziare che sebbene “l’albero motore” compia due giri completi durante le quattro fasi, “l’albero della distribuzione” (conosciuto anche come “albero a camme”), realizza un solo giro, in quanto sui quattro tempi (aspirazione, compressione, combustione e scarico) deve far aprire una volta soltanto sia le valvole di aspirazione che quelle di scarico.

Quattro tempi del motore a scoppio

Come noto, i quattro tempi o “fasi” sono:

  • ASPIRAZIONE
    è una delle tre fasi passive del motore, dal momento che l’albero motore non viene posto in rotazione; in pratica il pistone scende a partire dal PMS fino a giungere al PMI, e attraverso la valvola di aspirazione (che è aperta, mentre quella di scarico è necessariamente chiusa) aspira aria
  • COMPRESSIONE
    giunto al PMI, il pistone inizia a risalire e allo stesso tempo comprime l’aria precedentemente introdotta con l’aspirazione (anche questa è una fase passiva del motore, dal momento che non è provocata la rotazione dell’albero motore)
  • COMBUSTIONE
    l’aria compressa nel cilindro trovandosi ad una temperatura elevatissima provoca la combustione del gasolio che viene introdotto: la pressione interna al cilindro aumenta e siamo dunque nella fase attiva del ciclo a quattro tempi, poiché a questo punto la spinta del pistone mosso dallo scoppio della miscela aria-gasolio provoca la rotazione dell’albero motore
  • SCARICO
    ultima fase del ciclo, anche questa passiva, consiste nel ritorno del pistone dal PMI al PMS: in questa fase il pistone spinge fuori attraverso la valvola di scarico (che risulta a questo punto aperta) i gas prodotti dalla combustione (mentre ovviamente chiusa la valvola di aspirazione risulta chiusa).

Da quanto finora illustrato, si evince che due sono le sostanze che alimentano un motore diesel: l’aria e il gasolio. Nella fase della compressione, l’aria subisce una riduzione di volume di 18-20 volte e conseguentemente la sua temperatura aumenta fino a raggiungere gli 800°-1000° Celsius. Quando viene introdotto il gasolio nei cilindri si innesca la combustione, e la pressione che si innalza in modo incredibile spinge il pistone in basso avviando così il moto rotatorio dell’albero motore.

Circuiti del motore diesel

Per questo motivo, i circuiti più importanti nel motore diesel risultano essere quello dell’aria e quello del gasolio:

Il circuito dell’aria è costituito da:

  • Prefiltro
    che filtra e blocca le particelle di polvere dalle dimensioni più grosse
  • Filtro
    che trattiene invece quelle più piccole
  • Collettore di aspirazione
    attraverso cui l’aria pulita e filtrata giunge ai cilindri;

Mentre il circuito del gasolio è comosto di:

  • Iniettori
    che polverizzano il gasolio e lo iniettano all’interno dei cilindri
  • Pompa di iniezione
    che in modo sincronizzato invia a forte pressione il gasolio agli iniettori
  • Filtro del gasolio
    che filtra il gasolio eliminando scorie e impurità
  • Pompa di alimentazione
    la quale prelevando dal serbatoio il gasolio, lo conduce alla pompa di iniezione con una minima pressione
  • Serbatoio del combustibile
    ossia il contenitore del gasolio.

Raffreddamento del motore del trattore

Due sono le principali tipologie di sistemi di raffreddamento del motore del trattore: ad aria e ad acqua.

  • raffreddamento ad aria
    la testa del motore del trattore è dotata di numerose alette che hanno la funzione di far affluire e circolare quanta più aria possibile; l’aria è prodotta da una apposita ventola che è collegata all’albero motore e viene indirizzata da un convogliatore verso la testata.
  • raffreddamento a liquido
    in questo caso, è necessario un apposito circuito composto da diversi elementi (in breve: radiatore, pompa, ventola, intercapedini, valvola termostatica e manicotti). Il liquido, una volta in circolazione, riempie le intercapedini e avvolge così sia i cilindri che le testate assorbendo il calore che successivamente viene ceduto al radiatore, dove si raffredda e rientra in circolo.

Sul mercato esistono anche altri sistemi di raffreddamento, che comunque hanno avuto da sempre una diffusione relativamente ridotta. È il caso ad esempio del raffreddamento “ad olio”, “ad aria-olio” o del raffreddamento “ad acqua-olio”.

Turbocompressore

Il turbocompressore è un organo meccanico composto da due ventole a palette posizionate in modo coassiale: una fa da turbina (per il gas in uscita) e l’altra funge da compressore (per l’aria in entrata). Per la particolarità della conformazione di questo organo, quando la girante che si trova nel collettore di scarico è posta in rotazione dai gas in uscita, anche l’altra, pur essendo inserita nel collettore di aspirazione, comincia a girare: in questo modo l’aria non soltanto viene aspirata per la depressione che si crea, ma viene contemporaneamente spinta nel cilindro.

Se da un lato, il turbocompressore apporta numerosi vantaggi, quali l’aumento della potenza specifica del motore riducendone allo stesso tempo le dimensioni, un miglioramento significativo della qualità di combustione e una notevole riduzione del rapporto di compressione, dall’altro introduce diversi svantaggi: per le sue peculiarità infatti necessita di una maggiore lubrificazione dei componenti nonché di un miglior sistema di raffreddamento del motore, ed i generale una manutenzione più frequente e attenta dell’intero motore.

Rispetto ad un motore di tipo Aspirato, la sovralimentazione apportata dal Turbocompressore consente di ottenere fino a 0,7 bar o 0,8 bar di pressione in più, e quindi un incremento di potenza che può variare tra il 20% ed il 25%.

Intercooler

L ’Intercooler ha lo scopo di raffreddare l’aria compressa in precedenza dal turbocompressore, essendo infatti uno scambiatore di calore. Dopo la fase della compressione, l’aria ha un volume maggiore essendo stata scaldata fino ad elevate temperature: con il raffreddamento occupa quindi meno spazio, e in questo modo è possibile introdurre nel cilindro una maggiore quantità sia di aria che di gasolio, ed è basandosi su questo che la tecnologia Intercooler consente un notevole incremento della potenza del motore. Con un motore dotato di sistema Turbo Intercooler si arriva ad incrementi di potenza del 20-25% rispetto ai motori di tipo Turbocompresso.

Valvola Wastegate

La valvola Wastegate regola il flusso dei gas generati dallo scarico dal momento che questi azionano il turbocompressore: infatti, soprattutto ad alti regimi, questa valvola ha lo scopo di evitare che si generi una pressione troppo elevata. Quando il motore invece gira a bassi-medi regimi, la valvola Wastegate rimane chiusa affinché l’intero volume dei gas di scarico in circolo agiscano sul girante, ossia la turbina.

Nel caso in cui il motore sia ad alti giri oppure al massimo, la marmitta viene messa in comunicazione con il collettore di scarico proprio da questa valvola, allo scopo di scaricare le quantità di gas in eccesso che potrebbero altrimenti danneggiare il motore.

La Wastegate può anche servire ai bassi regimi per ottenere un immediato incremento di potenza del motore: in tali condizioni di regime infatti, se la valvola viene chiusa, l’intero volume dei gas di scarico va ad alimentare la turbina, sfruttando in questo modo tutta la potenza del motore a bassi regimi.

Freni e impianti di frenatura

Negli ultimi anni l’impianto di frenatura ha acquistato una grande importanza, soprattutto da quando, a partire da 10-15 anni fa, l’uso dei trattori su strada è incrementato notevolmente e la necessità di realizzare veicoli sicuri, dedicando una particolare attenzione ai meccanismi di frenatura, è diventata prioritaria sin dalle prime fasi della progettazione.

Se fino agli anni ’80 infatti non si superavano i 30 Km/h, ad oggi le trattrici moderne arrivano ai 50 Km/h, e per questo motivo anche l’impianto di frenatura ha dovuto subire modifiche e miglioramenti sempre ai fini della sicurezza.

L’innovativo sistema multidisco di tipo a bagno d’olio, introdotto negli ultimi anni, si è rivelato molto più efficace ed estremamente più sicuro rispetto ai freni a nastro oppure a tamburo (impianti di frenatura che nel tempo sono stati abbandonati); inoltre, con la diffusione delle quattro ruote motrici, la frenatura è stata resa integrale: con questo accorgimento sono stati ridotti gli spazi di frenatura ed è stata incrementata l’aderenza del mezzo al suolo in fase di frenata.

In alcuni moderni modelli di trattori si trova addirittura già installato un sistema di frenatura che consente una frenata efficace e sicura anche nel caso di traino di carichi pesanti: le case costruttrici che hanno fatto la scelta di dotare le loro trattrici di questo tipo di impianto hanno in pratica reso automatico l’inserimento della trazione anteriore in fase di frenata, così da incrementare l’azione frenante del veicolo, soprattutto nelle operazioni di traino.

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