Il motore a scoppio (tesina per esame orale terza media)

Discussioni sul motore e sui suoi componenti
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Messaggio da leggereInviato: 27/05/2011, 8:28
I motori a scoppio sono delle macchine che trasformano l’energia termica (cioè il calore), che producono al loro interno, in energia meccanica (cioè in movimento).
Per produrre l’energia termica questi motori bruciano del combustibile. Il combustibile è composto da una parte di carburante (i più comuni sono benzina e gasolio) e da una parte di aria. Se non ci fosse aria ad apportare ossigeno, il carburante non potrebbe bruciare. La velocità con cui brucia il combustibile è molto elevata e questo produce un suono simile ad uno scoppio (da qui il termine motore a scoppio).

L’energia termica viene trasformata in energia meccanica grazie al rapido aumento di volume del combustibile quando questo brucia. Questa combustione viene provocata all’interno di un cilindro, chiuso da un’estremità, entro il quale scorre un pistone che, spinto dalla pressione, utilizza il sistema della manovella per trasformare il moto orizzontale in moto circolare.

Prendendo il nome da coloro che hanno sviluppato i diversi modi di incendiare il combustibile, questi motori vengono detti “a ciclo Otto” oppure “a ciclo Diesel”. Il motore a ciclo Otto, nato nel 1862 in piena rivoluzione industriale, incendia il combustibile utilizzando una scintilla. Il motore Diesel, nato circa trent’anni dopo, per incendiare il combustibile lo comprime a tal punto che il calore prodotto da questa operazione è sufficiente a provocarne l’accensione.
A seconda poi del loro sistema di funzionamento, i motori vengono suddivisi in due categorie, motori a 2 tempi e motori a 4 tempi, prendendo il nome dal numero di operazioni (dette fasi) che questi compiono per ottenere una combustione.

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Funzionamento del motore a 4 tempi
Nella testata del motore a 4 tempi (la parte del cilindro opposta al pistone) sono presenti delle valvole. Le valvole dette “di aspirazione” permettono al combustibile di entrare nel cilindro, mentre le valvole “di scarico” permettono la fuoriuscita dei fumi prodotti dalla combustione.
Nei motori a ciclo otto a 4 tempi le fasi che si susseguono sono:
Aspirazione: il pistone, trascinato dalla rotazione dell’albero motore (provocata da un motorino di avviamento o perché il motore è già in funzione) scende nel cilindro mentre la valvola di aspirazione è aperta, e questo provoca l’ingresso del combustibile. Quando il pistone ha terminato la sua discesa e quindi non è più in grado di aspirare il combustibile, la valvola viene chiusa.
Compressione: l’albero motore, mentre continua nel suo movimento rotatorio, fa risalire il pistone. Poiché le valvole sono chiuse, il pistone comprime il combustibile presente nel cilindro predisponendolo così ad essere facilmente incendiato.
Scoppio: quando il pistone ha terminato la sua salita viene scoccata una scintilla (da un componente chiamato candela) e il combustibile inizia a bruciare. L’aumento di pressione spinge con forza il pistone verso il basso, costringendo l’albero motore a continuare la sua rotazione e generando quindi l’energia meccanica.
Scarico: La combustione ormai è già terminata e nel cilindro rimangono solo gas combusti. Ancora una volta la rotazione dell’albero motore fa risalire il pistone che, attraverso la valvola di scarico che nel frattempo è stata aperta, spinge all’esterno i gasi di scarico. Terminata questa fase, la valvola si richiude e il ciclo ricomincia.

Le fasi di un motore a 4 tempi

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Nei motori Diesel le fasi sono le stesse, la differenza è che durante la fase di aspirazione nel cilindro viene introdotta soltanto aria. Al termine della fase di compressione, tramite uno spruzzatore detto “iniettore”, viene introdotto il carburante che, mescolandosi con l’aria molto compressa e con temperatura molto elevata, si incendia. Non è necessario utilizzare una scintilla, quindi questi motori non hanno la candela.

Funzionamento del motore a 2 tempi
Nel motore a due tempi le fasi sono sempre quattro, ma avvengono a due a due contemporaneamente.
Per fare entrare il combustibile e per far uscire i gasi di scarico non vengono utilizzate delle valvole ma si sfruttano dei fori (chiamati luci) posti lungo il cilindro. Le luci vengono aperte e chiuse dal pistone con il suo passaggio di fronte ad esse.
Aspirazione/compressione: in questa fase il pistone, salendo verso la testata mosso sempre dalla rotazione dell’albero motore, si trova davanti alle luci che quindi sono chiuse. Sotto di sé si crea una depressione che provoca l’ingresso del combustibile tramite un apposito condotto detto “di aspirazione”. Contemporaneamente, come nel 4 tempi, comprime nella testata il combustibile (si suppone che già ce ne sia) che viene incendiato sempre con una scintilla. Al termine di questa fase avviene quindi anche lo scoppio.
Scarico/travaso: sempre grazie all’espansione dovuta allo scoppio, il pistone scende nel cilindro imprimendo la rotazione all’albero motore. Ad un certo punto, durante la sua discesa, il pistone scopre le luci presenti nel cilindro. Attraverso la luce di scarico i gas combusti trovano la strada per uscire. Nel frattempo, attraverso le luci di aspirazione, il combustibile aspirato in precedenza (che si trovava accumulato sotto al pistone) viene costretto ad essere travasato nel cilindro. Il pistone poi risale, richiude le luci ed il ciclo ricomincia.

Le fasi nel motore a 2 tempi

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Diversamente dai 4 tempi, i motori a due tempi di tipo Diesel non vengono utilizzati perché la loro potenza, rispetto al consumo, è molto inferiore.

4 tempi e 2 tempi: pro e contro
A parità di cilindrata (cioè di volume interno del cilindro) il motore a due tempi sviluppa quasi il doppio della potenza rispetto al 4 tempi perché impiega un solo giro dell’albero per compiere un ciclo completo. Per lo stesso motivo però consuma quasi il doppio.
Il 4 tempi è molto più costoso e complicato da costruire rispetto al 2 tempi. Il più semplice dei motori a 4 tempi deve utilizzare almeno due valvole e a causa dei componenti necessari al loro funzionamento ha più del doppio dei componenti rispetto al due tempi. Per questo motivo risulta anche molto più pesante.
I motori a due tempi inquinano di più rispetto a quelli a 4 tempi perché bruciano il loro combustibile con meno efficacia e anche perché, per motivi legati alla lubrificazione, bruciano assieme alla benzina una piccola parte di olio.
A causa del loro consumo e dell’inquinamento prodotto e grazie alla loro leggerezza rispetto ai 4 tempi, i motori a due tempi vengono utilizzati solo per muovere veicoli piccoli e leggeri (motorini e moto di piccola cilindrata), dove non serve una grande potenza e dove i costi di produzione devono restare bassi.

Benzina o gasolio?
Il gasolio costa meno della benzina, e un tempo questa differenza era anche maggiore. Il quattro tempi di tipo Diesel funziona a gasolio ma veniva utilizzato solo per veicoli molto pesanti (autocarri e furgoni) che richiedevano motori particolarmente grandi e quindi dal consumo molto elevato. La potenza però era sempre inferiore rispetto ad un motore a benzina.
Con i progressi compiuti negli ultimi anni, le prestazoni dei motori Diesel sonoi migliorate molto. La potenza è ormai paragonabile a quella di un motore a benzina, mentre il consumo rimane inferiore. Per questo motivo trova largo impiego anche nelle automobili.

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