il Motore a Scoppio: approfondiamo il suo funzionamento
Sebbene il mondo stia transitando verso l’elettrificazione, almeno nel settore automobilistico, il motore a scoppio esercita ancora un grande fascino ed è usato su:
- Auto
- Moto
- Trattori
- Barche
- Aerei
- Monopattini
- Biciclette
- Tagliaerba
- Motorini
Per questo motivo genera una forte curiosità, che si esprime anche nel fatto che molti alunni sia delle scuole medie che superiori lo portino come argomento per la tesina di terza media o per la maturità.
Oggi vogliamo capirci di più su questa tipologia di motore, che si declina in diverse varianti, dal ciclo Otto al ciclo Diesel, dai due ai quattro tempi della combustione.
Il Motore a Combustione Interna
Il motore a scoppio, o come più propriamente si dovrebbe chiamare “motore a combustione interna” è un meccanismo in grado di trasformare parte dell’immensa energia termica generata dalla combustione di una miscela di carburante e aria in energia meccanica, attraverso complessi sistemi di funzionamento.
La sua invenzione si deve a due italiani di Lucca, Eugenio Barsanti e Felice Matteucci che lo brevettarono nel 1853. Il suo perfezionamento si deve poi a Nikolas August Otto, con la cooperazione di Gottlieb Daimler (Fondatore della Mercedes) e Wilhelm Maybach nel 1875.
I combustibili usati nel motore a scoppio sono svariati: non dobbiamo infatti pensare solo alla benzina o al diesel, ma anche l’acetone, alcool, cherosene, GPL o il metano.
motore a scoppio macchina
La conversione da energia termica a energia meccanica avviene all’interno della camera di scoppio dove l’enorme pressione generata viene utilizzata per spingere verso il basso il pistone, che a sua volta permette la rotazione dell’albero motore e quindi dell’albero di trasmissione.
Il processo si ripete rapidissimo e a velocità variabili, nelle auto generalmente si parla di range di giri tra gli 800 e gli oltre 7000 nelle supercar.
Proprio a questo serve il contagiri, a darci un’idea del regime di rotazione che sta compiendo il motore in quell’istante.
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Ogni combustibile, come quelli citati poco sopra, ha bisogno di un carburante, in generale l’ossigeno, e la miscela tra queste due componenti deve rispettare un rapporto preciso, detto anche rapporto stechiometrico.
Questo è il rapporto perfetto tra combustibile e comburente per rendere il più efficace possibile la combustione, in modo che avvenga completamente e generi la maggior energia possibile.
In generale:
- per la benzina il rapporto è di 14,7 Kg di ossigeno per kg di benzina,
- mentre per il diesel il rapporto è di 14 Kg di ossigeno per kg di carburante,
- per il GPL si parla di 15,5 Kg di comburente per Kg di GPL,
- mentre infine il metano ha un rapporto di 9,52 Kg di ossigeno per Kg di metano.
Come avviene la Combustione
La combustione è il processo fondamentale per il funzionamento del motore, e, come detto, è possibile solo con un corretto rapporto tra aria e combustibile. In caso di rapporto scorretto, la miscela si può definire magra o grassa e può anche impedire l’accensione del motore, oltre che il suo corretto funzionamento.
Come abbiamo visto, ci sono due principali tipologie di motore a combustione interna:
- il motore a due tempi,
- il motore a quattro tempi.
La forza bruta del Motore 2 tempi
Il motore a due tempi generalmente offre una potenza più bruta, mentre il quattro tempi è un raffinato sistema meccanico.
I vantaggi del motore a due tempi sono di fornire più cavalli a parità di cilindrata e un’accelerazione più bruciante, oltre a manutenzione più semplice e maggior leggerezza.
Combustione interna
Tuttavia vi sono dei contro, prima di tutto la quantità di emissioni: il motore a due tempi è più sporco e inquina di più, anche perché brucia generalmente anche olio, che va aggiunto alla benzina formando la cosiddetta “miscela”.
Inoltre questo tipo di motore consuma di più, e per questi motivi è stato lentamente abbandonato anche dall’industria delle motociclette.
Il motore a due tempi presenta una fase attiva (detta fase di espansione) per ogni giro dell’albero. Non ha valvole per l’immissione di aria ma feritoie che si aprono e chiudono col movimento del pistone.
La meccanica sofisticata del Motore 4 tempi
Dall’altro angolo del ring troviamo il motore a quattro tempi, più complesso e che lavora su quattro fasi (aspirazione, compressione, scoppio e scarico) e compie un ciclo completo ogni due giri dell’albero motore.
Si tratta di un sistema sofisticato con numerosi vantaggi rispetto alla controparte, principalmente in termini di emissioni, consumi e maggior linearità nell’erogazione della potenza.
Anche l’affidabilità è ormai ad altissimi livelli e concorre, se non batte, quella dei motori a due tempi.
Motore a Scoppio 4 tempi: come funziona
Desideriamo brevemente soffermarci brevemente sul funzionamento di un motore quattro tempi a ciclo Otto, alimentato a benzina.
Nella fase di aspirazione, viene appunto aspirata dentro la camera di scoppio la quantità necessaria in rapporto stechiometrico di aria e carburante.
Il pistone si trova sul fondo della camera stessa, pronto a risalire per la fase di compressione, in cui la miscela precedentemente introdotta viene compressa per ottenere la massima efficacia dalla fase successiva.
Le quattro fasi del motore a scoppio
Quando la compressione è al punto corretto, e il pistone si trova in alto alla camera di scoppio, parte la scintilla della candela e inizia la fase di scoppio, subito seguita da quella di scarico, dove si apre la valvola che permette l’uscita dei prodotti della combustione.
Ciclo Diesel
Il motore a ciclo Diesel funziona in maniera simile ma non ha una candela per l’accensione della miscela, gli è difatti sufficiente la compressione per arrivare alla fase di scoppio.
Motore
Inoltre durante la fase di aspirazione viene inizialmente aspirata solo aria, che viene compressa dal pistone a temperature tra i 700 e 900 gradi: è solo a questo punto che viene immesso il carburante, che si accende come detto proprio per l’elevata temperatura raggiunta e non per la presenza di una candela
In conclusione, abbiamo visto le differenze tra i tipi di motore e i diversi carburanti: speriamo di aver alimentato la vostra curiosità.
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