Come funziona un motore a scoppio?
Un motore a scoppio trasforma l’energia rilasciata durante la combustione del carburante in energia meccanica. Il principio di funzionamento è fondamentalmente lo stesso per qualsiasi motore: il combustibile viene bruciato ad alta pressione come una miscela combustibile-aria infiammabile in un’esplosione. L’improvvisa espansione mette in moto un pistone. Questo movimento viene poi veicolato agli organi di trasmissione del veicolo. Nella maggior parte delle auto, un motore a pistoni alternativi si trova tipicamente sotto il cofano in combinazione con una biella e un albero a gomiti. Altre varianti come il Wankel o il motore radiale sono più rare.
La camera di combustione di un motore contiene principalmente l’ossigeno dell’aria e il carburante. La miscela carburante-aria può essere costituita da benzina, gas o gasolio finemente nebulizzati. Oltre a questo, nient’altro può entrare nella camera di combustione. Una soluzione di progettazione speciale è il sistema di depurazione dei gas di scarico attraverso la valvola EGR (ricircolo dei gas di scarico): qui i gas di scarico vengono reimmessi nelle camere di combustione per ridurre la temperatura di combustione e quindi le emissioni di ossido di azoto.
Il design a doppia parete dei motori moderni fa sì che altri combustibili si trovino nelle immediate vicinanze delle camere di combustione. Tuttavia, acqua, oli e una miscela carburante-aria troppo “ricca” (cioè troppa benzina o diesel) non devono mai entrare nei cicli di lavoro del motore, in quanto potrebbero causare danni. Il problema si riconosce dal fatto che lo scarico inizia a fumare. Anche la polvere e le altre particelle dell’aria aspirata non devono entrare nel motore, perché entrerebbero nell’olio e causerebbero l’usura del motore.
Cosa succede durante il processo di combustione in un motore?
Esistono due diversi tipi di motori a pistoni: a due tempi e a quattro tempi. Questi si differenziano ancora per i motori a benzina e diesel. La tabella seguente mostra le principali differenze in base al motore a quattro tempi.
Motore a benzina | Motore diesel | |
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Carburazione | formazione di miscela esterna (eccetto l’iniezione diretta) | generazione di miscela interna |
Accensione (o ignizione) | Accensione a scintilla (candela) | Autoaccensione |
Compressione | da 8 a 18 bar | da 30 a 50 bar |
Temperatura massima in compressione | da 400 a 600 °C | da 700 a 900 °C |
I motori a quattro tempi funzionano in quattro fasi:
- Aspirazione
- Compressione
- Funzionamento (accensione/scoppio)
- Espulsione
Con il motore a benzina – tranne che per l’iniezione diretta – viene aspirata una miscela carburante-aria e con il motore diesel è aria pura. Ciascuna delle quattro fasi di lavoro si svolge in un unico ciclo (corsa del pistone con movimento verso l’alto e verso il basso, detto anche punto morto superiore e punto morto inferiore). Durante un ciclo di lavoro con i suoi quattro tempi, l’albero motore ruota così due volte. I gas freschi e i gas di scarico sono completamente separati l’uno dall’altro.
Quattro tempi del motore a benzina | Quattro tempi del motore diesel | |
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(1) aspirazione | La benzina viene miscelata con l’aria, la valvola di ingresso si apre, il pistone va dal punto morto superiore (PMS) al punto morto inferiore (PMI) | La valvola di ingresso si apre, l’aria fluisce all’interno, il pistone va al PMi |
(2) Compressione | Il pistone passa dal PMI al PMS, la miscela aria-carburante viene compressa non appena la valvola di ingresso viene chiusa | Il pistone sale, l’aria viene compressa non appena la valvola di ingresso viene chiusa, e quindi fortemente riscaldata |
(3) Benzina: Ciclo di accensione Diesel: ciclo di combustione | La miscela aria-benzina viene accesa tramite la candela, il pistone passa da PMS a PMI | Il diesel viene iniettato, si accende e il pistone si sposta da PMS a PMI |
(4) Scarico | Il pistone va da PMI a PMS e spinge i gas di scarico attraverso la valvola di scarico | Il pistone va da PMI a PMS e spinge i gas di scarico attraverso la valvola di scarico |
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