INVENZIONI

Motori marini

Fino a poco più di due secoli fa il sostantivo motore apparteneva più alla filosofia che alla meccanica, mentre l'aggettivo, complemento di specificazione, era necessariamente femminile anche quando il soggetto, macchina, fosse sottinteso. Il nome sostantivato fu usato la prima volta per il motore a gas illuminante brevettato nel 1854 e costruito nel 1857 dagli italiani Barsanti e Matteucci ( Otto), mentre alla prima motrice a gas suscettibile di impiego industriale, costruita ne! 1860 dal francese Lenoir, fu ancora data la qualifica di macchina.
Oggi per motore marino si intende un motore a combustione interna per la propulsione navale i motori usati a bordo per scopi diversi dalla propusione non sono necessariamente motori marini; le turbine, sia a vapore sia a gas, e le macchine alternative a vapore non devono essere mai chiamate motori, ma motrici. Non ha senso l'espressione motore nucleare: negli apparati motori a energia nucleare questa agisce nell'impianto generatore, mentre la macchina motrice deve essere definita per quello che è, turbina a vapore, motore elettrico.
Esistono due tipi di motori a combustione interna sostanzialrnente distinti a seconda del ciclo di funzionamento, che può essere a combustione sotto volume costante, o a scoppio (ciclo Beau de Rochas-Otto), oppure a cornbustione graduale a pressione costante (ciclo Diesel).
Come avvenne per le prime macchine a vapore ( Piroscafo), anche i primi motori a combustione interna erano di tipo atmosferico verticale: prevedevano, cioè, l'utilizzazione della pressione atmosferica per spingere uno stantuffo dopo che, all'esplosione che b aveva portato al punto morto superiore, succedeva, per un giuoco di va!vole, nella camera del cilindro in cui l'esplosione era avvenuta, un'intensa rarefazione. Motori del genere ebbero origine dai tentativi compiuti nel 1678, servendosi di polvere da sparo, daIl'abate de Hautefeuille e ne! 1688 dal medico ugonotto Denis Papin.
Ma la concezione definitiva del motore a scoppio è contenuta
in una memoria autografata in 300 copie nel 1861 dall'ingegnere francese Alphonse Beau de Rochas. Egli enunciò anzitutto le condizioni per ottenere il più alto rendimento:

  • 1° massimo volume del cilindro e minima superficie di dispersione del calore;
  • 2° - massima rapidità di espansione;
  • 3° - massimo rapporto di espansione;
  • 4° massima pressione all'accensione.

Dopo queste premesse, veniva descritta la sequenza delle fasi di funzionamento del motore:

  • 1°: aspirazione, durante la 1° corsa dello stantuffo, della miscela di aria e combustibile gassoso;
  • 2°: compressione, durante la 2° corsa, della miscela;
  • 3°: accensione della miscela e sua espansione durante la 3° corsa;
  • 4° espulsione dei gas combusti fino al punto morto della 4° corsa.

Per il fatto di essere svolto in quattro successive corse dello stantuffo il ciclo fu detto a 4 tempi.
Nel 1867 gli ingegneri tedeschi Otto e Langen avevano costruito nella loro officina di Deutz (Colonia) dci motori atmosferici del tipo di quello di Barsanti e Matteucci, composti di un cilindro verticale, aperto superiormente, con un pesante stantuffo sotto il quale era la camera di combustione. Durante la corsa di sauta, una miscela di gas illuminante e aria era introdotta e quindi accesa da una fiammella a gas: aIl'esplosione e allo scarico dei gas combusti seguiva una rapida depressione, per cui lo stantuffo, che era stato spinto al punto morto superiore, scendeva sotto l'effetto della pressione atmosferica: il suo movimento e la spinta che lo produceva erano raccolti e trasmessi ad un grosso volano attraverso un innesto a cremagliera. I principali difetti di quel motore, che nella versione originale di Barsanti e Matteucci aveva l'accensione elettrica, oltre ad un secondo stantuffo a corsa ridotta per l'aspirazione della miscela e il superamento dei punti morti, erano il rumore, le scosse e le vibrazioni nella fase di scoppio. Nel 1876 Otto e Langen applicarono i principi di Beau de Rochas a un motore che è senz'altro da considerare il prototipo del moderno motore a scoppio a 4 tempi e che ebbe subito enorme successo e diffusione.
Nel 1878 l'ingegnere scozzese Sir Dugald Clark produsse un nuovo motore a gas funzionante secondo il ciclo Beau de Rochas modificato a 2 tempi. Il motore Clark comprendeva un cilindro-pompa, con la manovella avanti di 90° a quella principale, in cui avevano luogo le fasi di aspirazione e precompressione: al termine della corsa di espansione, la miscela, leggermente compressa dalla pompa, passava nel cilindro motore e ne spingeva fuori, attraverso delle luci scoperte dallo stantuffo, i gas combusti. Si trattava, in breve, di una pompa di lavaggio: essa ebbe vita breve nei motori a scoppio, nei quali il ciclo a 2 tempi fu presto realizzato utilizzando come cilindro di lavaggio il carter stesso del motore, ma i suoi derivati sono tuttora in uso nei motori a 2 tempi a ciclo Diesel. Fra i pionieri del motore a scoppio a 2 tempi furono, oltre al Clark, i fratelli Koerting (1882) e Benz (1884).

Alla diffusione del motore a scoppio negli impianti fissi contribuì l'introduzione, come carburante, del « gas povero » - prodotto dall'ossidazione incompleta del carbone -, molto più economico del gas illuminante e di facile produzione autonoma. Ma l'estensione ai mezzi di trasporto fu determinata dall'impiego della benzina, che dura tuttora.

I primi motori a scoppio marini, istallati su quelli che erano chiamati « autoscafi » o « canotti automobili », erano di derivazione automobilistica: la loro conversione al servizio della propulsione navale consisteva nell'applicazionedi un meccanismo di innesto einversione con cuscinetto reggispinta per l'albero portaelica, nell'adattamento dell'impianto di refrigerazione al funzionamento con acqua di mare e nella coibentazione o refrigerazione del condotto di scarico dci gas combusti.

Le prime applicazioni importanti di motori marini furono fatte sui sommergibili. Il primo sommergibile italiano, il « Delfino » (1895), costruito su progetto del generaie ispettore del Genio Navale Giacinto Puilino, ebbe un motore a benzina da 130 CV: sui battelli della classe « Glauco » (1905-1909) furono montate coppie di motori F.I.A.T. e Thornycroft da 300 CV. Tuttavia l'impiego di motori a scoppio sui sommergibili non fu di lunga durata, anche se i primi motori diesel che li sostituirono non avevano ancora superato gii inconvenienti dei prototipi. Rapida, e fino a pochi anni fa incontrastata, fu invece la diffusione dci motori marini a scoppio sul naviglio miiitare ad alla velocità e su quello da diporto. Il grande numero di motobarche offensive costruite cd impegnate nell'ultimo conflitto fu condizionato solo dalla disponibilità di motori. Fra questi, particolarmente notevoli il celebre ( "Asso Mille", ASM 185 Isotta Fraschini e ii Rolls-Royce " Merlin ", da 1 100 CV, di derivazione aeronautica, e, più tardi, gli americani Packard sovralimentati e passati da 900 a 1400 CV. Il consumo di benzina variava dai 190 gr/CVh alla potenza normale a 210 gr/CVh alla potenza massima e 210 gr/CVh e più alle andature ridotte.

La particoiarità del motore a scoppio, oltre che nellacombustione istantanea a volume costante, consiste anchenella carburazione, ossia nella miscela fra aria e combustibile (gas o vapore) che avviene in un apposito organo carburatore prima dell'aspirazione rid cilindro. Questi motori sono, perciô, anche detti a carburazione e i combustibili a ciô aaatti per la loro volatilità sono detti carburanti Il principio fondamentale esposto dall'ingegnere tedesco Rudolf Diesel nella sua "Teoria e costruzione di un motore lermico razionale in sostituzione delle macchine a vapore e dei motori a combustione oggi noti", pubblicata nel 1893, era di « comprimere forternente l'aria nel cilindro motore, fino a raggiungere una temperatura tale che un combustibile finemente suddiviso, introdotto nel cilindro stesso, si accenda spontaneamente e quindi fatta espandere a temperatura e pressione costante mentre ha luogo la combustione, in modo che la maggior parte del cabre sviluppato dalla combustione si trasformi in lavoro ». Non esiste, quindi, carburazione nel motore Diesel, né il genere di combustione sopra descritto potrebbe realizzarsi con una miscela carburata. E rozzo errore il chiamare carburante il combustibile impiegato per qualunque altro scopo che non sia l'alimentazione di motori a carburazione.
Questi cenni spiegano l'ansioso interesse con cul tutti i progettisti di naviglio ad alta velocità seguirono per molti anni il lento sviluppo dci motori Diesel veloci leggeri: il divario di peso fra questi e i motori a benzina rimase a lungo assai grave. L'industria tedesca riuscI, con notevole anticipo, a realizzare una soluzione soddisfacente col motore Daimler Benz MB 518 da 2500 CV, che conferì
agli "Schnellboote", pur con tutti i difetti della loro concezione, un notevole elemento di superiorità tattica sulle unità avversarie. Due esempi notevoli di motori diesel leggeri sono oggi prodotti dall'industria italiana: il 560 F.I.A.T. a X da 3600 CV, del peso secco di circa 1,4 kg/CV e il CRM 18 D da 1350, meno di 1,4 kg/CV compreso invertitore e avviamento elettrico.
Oltre che alla riduzione del peso, l'evoluzione del motore diesel per il naviglio militare, sommergibile e di superficie, è volta ad una sempre maggiore versatilità. Il consumo, che nei primi esemplari prodotti fra le due guerre, andava da un minimo di 190 gr/CVh a poco meno di 400 gr/CVh nelle andature ridotte, ha oggi minimi sui 170 gr/CVh e massimi sui 200 gr/CVh.

Nel 1971 la potenza totale degli apparati motori in costruzione oltre 40 milioni di cavalli escluse U.R.S.S. e Cina - era coperta per più del 64% da motori diesel da 4000 a 40 000 CV, nella quasi totalità del tipo lento, intorno a 105-110 gin/mm. La potenza per cilindro ha superato i 4000 CV e già qualche fabbrica ha sut banco cilindri sperimentali da 5000 CV. Ma, negli ultimi anni, anche l'evoluzione dci motori a media velocità, molto spesso a V, sui400-600 gin/mm., segna un continuo aumento della potenza per cilindro, che ha già raggiunto i 1000-1250 CV e non sembra debba fermarvisi. L'interesse per questi motori, prima circoscritto aile navi che per la iimitata altezza di costruzione non potevano contenere i monumentali motori lenti (di altezza fino a 14 m circa), è in crescente estensione.