I dettagli del funzionamento dei motori a scoppio e la loro struttura interna

Il motore a combustione interna, conosciuto anche come motore a scoppio, ha rivoluzionato le nostre vite, ma nel complesso è rimasto sostanzialmente lo stesso da quando è stato inventato nel 1876.

Si tratta di un meccanismo che trasforma l’energia chimica dei carburanti in energia meccanica. Prendiamo ad esempio il motore a quattro tempi, il tipo di motore più diffuso che utilizza la benzina.

Questo tipo di motore è rimasto invariato nel suo funzionamento sin dalla sua invenzione, avvenuta nel 1876.

Ora vi spiegherò come avviene il ciclo di funzionamento di un motore a scoppio e come i cilindri riescono a produrre energia meccanica.

Ti racconto come funziona e com’è fatto il motore a scoppio. Abbiate pazienza, cercherò di rendere semplice un concetto complesso.

Le sequenze di funzionamento del motore a scoppio

Il funzionamento di un motore a scoppio è un processo complesso, diviso in quattro fasi fondamentali. La prima fase è l’aspirazione, durante la quale la miscela aria-carburante viene introdotta nei cilindri del motore. Questo avviene grazie al movimento verso il basso del pistone all’interno del cilindro, che crea una pressione negativa consentendo l’ingresso della miscela.

La seconda fase è quella della compressione, in cui il pistone risale all’interno del cilindro comprimendo la miscela aria-carburante. Questo aumento di pressione è cruciale per ottenere una combustione ottimale.

La terza fase è la combustione, durante la quale la miscela aria-carburante viene accesa da una scintilla prodotta dalla candela. Questa reazione chimica genera una forte espansione dei gas, spingendo il pistone verso il basso con grande energia.

Infine, la fase di espulsione permette ai gas di scarico di essere espulsi dal cilindro, preparandosi per un nuovo ciclo.

Questo processo si ripete costantemente all’interno del motore, grazie alla precisa combinazione di componenti come cilindri, pistoni, candele e albero motore. È proprio l’azione sincronizzata di queste componenti che rende possibile il funzionamento di un motore a scoppio.

Aspirazione

Quando ruotiamo la chiave di accensione dell’auto, c’è un piccolo motore elettrico che avvia la prima fase del ciclo di funzionamento, chiamata aspirazione. Durante questa fase, il pistone si sposta dal punto più alto del cilindro, detto punto morto superiore, al punto più basso, chiamato punto morto inferiore, creando così uno spazio vuoto all’interno del cilindro.

In questo momento si apre la valvola di aspirazione, che è essenzialmente un tappo che si apre e si chiude per rendere ermetico o meno il cilindro. Quando questa valvola si apre, la miscela di aria e benzina viene aspirata all’interno del cilindro. Questa miscela può essere introdotta nel cilindro tramite un carburatore, che serve a creare la miscela aria-benzina ed è direttamente collegato al condotto della valvola di aspirazione, oppure tramite un iniettore elettronico, che nebulizza il carburante direttamente nella camera di combustione.

Compressione

Nella seconda fase del motore a quattro tempi, chiamata fase di compressione, il pistone si sposta dal punto morto inferiore al punto morto superiore all’interno del cilindro. Durante questo movimento, il combustibile e l’aria presenti all’interno del cilindro vengono compressi al fine di aumentare la potenza esplosiva del carburante. È importante sottolineare che in questa fase la valvola di aspirazione si chiude, garantendo l’ermeticità del cilindro durante la compressione.

combustione

Nella terza fase del ciclo del motore a combustione interna, avviene la combustione. Qui, la candela d’accensione emette una piccola scintilla che fa esplodere il combustibile presente all’interno del cilindro. La potente forza generata dall’esplosione spinge verso il basso il pistone, trasformando l’energia chimica in energia meccanica, che verrà poi utilizzata per muovere il veicolo. Un processo affascinante che ha reso possibile lo sviluppo dei motori a combustione, che sono alla base del funzionamento di numerose macchine e veicoli che utilizziamo ogni giorno.

Espulsione

La fase finale del ciclo di funzionamento di un motore a combustione interna è l’espulsione. Durante questa fase, il pistone si muove dalla parte inferiore all’estremità superiore del cilindro, espellendo i gas di scarico attraverso la valvola di scarico precedentemente chiusa. Subito dopo, la valvola di aspirazione si riapre, consentendo l’ingresso di nuova miscela aria-combustibile e dando inizio a un nuovo ciclo.

Negli anni, le componenti dei motori hanno subito un’evoluzione significativa nel tentativo di rendere la combustione del carburante più efficiente, al fine di ridurre il consumo di benzina e sfruttare al meglio l’energia chimica del combustibile. Questa evoluzione ha portato ad una migliore efficienza nell’utilizzo dell’energia e a una diminuzione dei consumi. In pratica, le auto più moderne, grazie a tali miglioramenti, hanno oggi motori più potenti e consumano meno carburante rispetto alle loro controparti più datate.

Quanti cilindri sono presenti nei motori a scoppio?

Le cilindrate dei motori sono estremamente varie e vanno dal monocilindrico, con un solo cilindro, come quello che si trova nei moderni scooter, al bicilindrico, con due cilindri, come ad esempio nelle moto Harley-Davidson o Ducati. Oltre a questi, ci sono motori a tre o quattro cilindri, comuni nelle auto che utilizziamo quotidianamente.

Ma le cilindrate non si fermano qui. Esistono anche motori con sei cilindri, come quelli delle macchine da Formula 1, che spesso montano anche un motore elettrico ibrido. E ancora, motori con otto, dieci o addirittura dodici cilindri, come quelli montati sulla Lamborghini Aventador.

Inoltre, spesso sentiamo menzionare la capacità del motore, come ad esempio “un motore da 2 litri” o “mille e sei a benzina”. Cosa significa esattamente? La capacità del motore è la somma del volume di tutti i cilindri che lo compongono. Ad esempio, un motore a 4 cilindri da 2 litri avrà quattro cilindri, ognuno con un volume di 0,5 litri.

Questa varietà di cilindrate e motori ci offre un’ampia gamma di potenze e prestazioni, che rispecchiano le esigenze e le caratteristiche di diversi tipi di veicoli.

Le varie componenti che compongono il motore

I motori, oltre al blocco motore e ai cilindri, sono composti da componenti fondamentali. All’interno dei cilindri si trovano i pistoni, delle parti mobili che si muovono proprio all’interno dei cilindri. I cilindri sono collegati all’albero motore, il quale trasforma il movimento dei pistoni in energia meccanica. Sulla parte superiore del motore c’è la testata, che contiene le valvole responsabili del controllo dell’aspirazione e dello scarico dei gas. Inoltre, le candele d’accensione sono inserite nella testata del cilindro e generano la scintilla che accende il combustibile.

Per garantire il corretto funzionamento di tutte queste parti, i motori sono dotati di cinghie o catene di distribuzione, che collegano il movimento dei pistoni agli alberi a camme. Questi ultimi sono dispositivi che controllano l’apertura e la chiusura delle valvole, regolando l’aspirazione e lo scarico dei gas e mantenendo tutto il sistema sincronizzato.

Approfondimento sulla differenza tra motore a due tempi e motore a quattro tempi

Il motore a due tempi è un tipo di motore a scoppio con un funzionamento più semplice rispetto al motore a quattro tempi. La sua principale differenza risiede nel modo in cui l’energia viene generata. Mentre nel motore a quattro tempi avvengono quattro fasi per ciclo, nel motore a due tempi ne avvengono soltanto due: aspirazione/compressione e espansione/scarico.

Questo tipo di motore è particolarmente diffuso in applicazioni leggere, come motorini, tagliaerba, motoseghe e generatori di corrente. La sua semplicità di costruzione e di funzionamento lo rende ideale per l’uso in piccoli motori destinati a dispositivi portatili o a piccoli macchinari.

Il motore a due tempi ha trovato un ampio impiego grazie alla sua efficienza e alla sua capacità di generare energia in maniera rapida e compatta, rendendolo una soluzione ottimale per molteplici applicazioni.

L’impatto ambientale causato dalle emissioni inquinanti prodotte dal motore a scoppio.

I motori a combustione interna sono stati un’importante innovazione tecnologica che ha permesso una crescita economica senza precedenti e una maggiore mobilità. Tuttavia, la loro impronta ambientale richiede una riflessione sulle loro applicazioni e un’attenzione particolare allo sviluppo di tecnologie più pulite e sostenibili. Negli ultimi anni i motori ibridi, che sono la combinazione di un motore a combustione interna con un motore elettrico, migliorano l’efficienza della combustione riuscendo a ridurre le emissioni. Ma adesso il nostro obiettivo è quello di trovare un equilibrio tra le esigenze di un mondo in continuo movimento e la necessità di proteggere il nostro ambiente per le generazioni future.