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Motore a scoppio

 

Motore a scoppio


Tratto da wikipedia : Il motore è una macchina capace di trasformare una sorgente di energia, che può essere in forma chimica (in presenza di un combustibile), elettrica o termica, in una energia meccanica o lavoro meccanico continui (i dispositivi capaci di questa trasformazione in modo impulsivo e discontinuo sono detti attuatori; muscoli piezoelettrici, elettrovalvole, relais ecc.).

Tutti i motori reali fisici, di qualunque genere siano, sono soggetti alle leggi della termodinamica, e dunque tutti forniranno un lavoro totale minore dell'energia contenuta nel combustibile speso per il loro funzionamento. Il rapporto fra il lavoro fornito e l'energia spesa da un particolare motore è il suo rendimento lordo, comprendente la frazione di energia spesa per il funzionamento interno del motore stesso. Esso è sempre inferiore al rendimento termodinamico, il rendimento (non misurato, ma calcolato) per un motore identico considerato "ideale", cioè privo di dissipazione energetica interna. In particolare, il rendimento dei motori termici dipende strettamente dalla temperatura iniziale e finale del loro ciclo, e per un dato salto di temperatura δT sarà comunque minore di quello del ciclo di Carnot allo stesso δT. La gran parte dei motori di uso comune sono alternativi e/o rotativi, e producono lavoro sotto forma di una coppia o una forza su un asse; altri producono soltanto una forza lineare.

Fine articolo da Wikipedia

 

Motore a scoppio

 

Motori

 

Collegamenti utili gratuiti

 

 

• IL MOTORE A SCOPPIO

   

  Il motore a scoppio è costituito da un cilindro entro il quale scorre a tenuta un pistone, munito di biella e manovella, che trasforma il moto rettilineo alternato del pistone nel moto rotatorio dell’albero motore.

   

  Nella parte superiore del cilindro è posta la testata, nella quale si trovano la camera di scoppio ed i condotti di aspirazione e di scarico per le relative valvole; nella camera di scoppio è disposta la candela che serve per l’accensione del combustibile mediante scintilla elettrica fatta scoccare tra gli elettrodi di cui è provvista; la posizione più alta che può raggiungere il pistone durante la sua corsa è detta punto morto superiore, mentre quella più è detta punto morto inferiore; il volume della camera cilindrica tra il punto morto inferiore e quello superiore costituisce la cilindrata che è uguale alla differenza tra il volume della camera cilindrica ed il volume della camera di scoppio.

   

  In questi motori il combustibile impiegato è una miscela di vapori di benzina e di aria, preparata in un apposito dispositivo detto carburatore.

   

  Il ciclo di lavoro di un motore a scoppio comprende la serie delle trasformazioni che subisce il fluido operante dall’istante in cui viene immesso nel cilindro a quello in cui viene espulso; a seconda che il ciclo si svolga in quattro o due corse del pistone, i motori si dicono a quattro tempi o a due tempi.

   

  Nel ciclo teorico di lavoro in quattro tempi, detto ciclo di Beau de Rochas o ciclo otto, avvengono sei trasformazioni.

   

  1. Espansione isobara (aspirazione): man mano che il pistone si abbassa fino al punto morto inferiore, la miscela affluisce nel cilindro attraverso la valvola di aspirazione: il fluido occupa un volume via via crescente, mentre la pressione rimane pressoché costante ed uguale a quella atmosferica.

   

  2. Compressione adiabatica: le valvole sono chiuse ed il pistone, via via che sale, comprime la miscela nella camera di combustione.

   

  3. Esplosione a volume costante (scoppio): poco prima che il pistone termini la sua corsa verso il punto morto superiore si fa scoccare la scintilla fra gli elettrodi della candela: si produce così lo scoppio con rapido aumento della pressione mentre il volume rimane costante.

   

  4. Espansione adiabatica: i gas prodotti dalla combustione si espandono rapidamente spingendo il pistone in basso

   

  5. Espulsione a volume costante (scarico): poco prima che il pistone abbia raggiunto il punto morto inferiore si apre la valvola di scarico ed i gas, trovandosi ancora a pressione abbastanza elevata, vengono espulsi; la pressione scende rapidamente al valore di quella atmosferica mentre il volume rimane costante.

   

  6. Espulsione a pressione costante (scarico dei gas residui): il pistone, risalendo sino al punto morto superiore, espelle i gas residui; il volume diminuisce mentre la pressione si mantiene costante. Quest’ultima trasformazione chiude il ciclo.

   

   

   

  LE SEI FASI DESCRITTE VENGONO DIVISE IN QUATTRO TEMPI:

   

  1. Primo tempo: ASPIRAZIONE;    

                          

  1. Secondo tempo: COMPRESSIONE e INIZIO COMBUSTIONE;

                                                  

   

  1. Terzo tempo: FINE COMBUSTIONE, ESPANSIONE e INIZIO SCARICO;

                                                                     

   

  1. Quarto tempo: SCARICO dei GAS RESIDUI.

                                   

   

   

  Il ciclo che abbiamo appena descritto è puramente teorico in quanto le trasformazioni non avvengono mai a pressione costante e a volume costante.

   

   

   

   

   

   

   

   

  Ecco i componenti del motore a scoppio:

   

  
  

  

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

  EOLO, L’AUTO AD ARIA COMPRESSA

   

  Secondo il progettista, un ingegnere francese, sarà venduta dal giugno del 2002 a 18/20 milioni di lire. Eolo ha un motore di 567 cc a iniezione d’aria con 25 CV. Sotto il telaio ci sono delle bombole ad aria compressa che alimentano il motore e vengono riempite in quattro ore grazie ad un compressore elettrico che si attacca ad una normale presa di corrente da 220 V. Con un pieno la macchina dovrebbe percorrere 200 Km in città o viaggiare per dieci ore ininterrottamente.

   

   

   

  L’AUTO AD IDROGENO

   

  DALLO SCARICO SOLO VAPORE ACQUEO

   

  Ecco il cuore dell’auto del futuro: una serie di piastre metalliche (celle a combustibile) al cui interno passano idrogeno e ossigeno. Dalla reazione di questi due elementi fuoriesce vapore acqueo e viene prodotta corrente per far funzionare il motore elettrico. In alcuni prototipi l’idrogeno viene immagazzinato sotto pressione ma è a rischio di esplosione. Altri usano il metanolo o la benzina: non li bruciano, ma ne estraggono l’idrogeno contenuto per inviarlo alle celle a combustibile.

   

  RAFFREDDAMENTO

   

  Per abbassare la temperatura delle celle a combustibile c’è il raffreddamento ad acqua, come sulle auto normali.

   

  SILENZIOSA E PULITA

   

  Il motore elettrico fa poco rumore e soprattutto non emette gas di scarico. Viene alimentato con la corrente prodotta dalle celle ma combustibile.

   

  PRODUCE L’IDROGENO A BORDO

   

  Questo voluminoso dispositivo estrae l’idrogeno dai liquidi in cui è contenuto: ad esempio il metanolo e la benzina.

   

  EMISSIONI

   

  Per i prototipi che usano metanolo e benzina c’è anche una piccola emissione di anidride carbonica, in dosi molto inferiori rispetto ai motori attuali. L’idrogeno sotto pressione, invece, elimina anche questo gas.

   

  SERBATOIO O NO?

   

  I prototipi di Opel Zafira e di Mercedes classe A hanno un serbatoio per la benzina o il metanolo, da cui viene estratto l’idrogeno. Altri (come Ford Focus e Fiat Seicento) hanno più sofisticati contenitori per l’idrogeno che può essere compresso o liquefatto.

   

   

   

  
  

  MOTORE A DUE TEMPI

   

  Il motore a due tempi è composto:

  1. IMPULSO BOBINA
  2. PIPETTA
  3. CAMERA DI SCOPPIO
  4. SPINOTTO
  5. LUCE DI SCARICO
  6. PISTONE
  7. VALVOLA LAMELLARE
  8. BIELLA
  9. MANOVELLA
  10. BASAMENTO

   

  Presenta, rispetto al motore a 4 tempi, alcune differenze.

  Le luci di ammissione e di scarico vengono aperte e chiuse non da valvole ma dal pistone stesso:

  le fasi di aspirazione e di compressione si verificano durante la corsa discendente del pistone, quelle di combustione, espansione e scarico durante la corsa ascendente.

  Non esiste coppa dell’olio, ma la lubrificazione viene effettuata da olio aggiunto al carburante.

  Leggeri, poco ingombranti e di funzionamento molto semplice, questi motori trovano largo impiego nei motoveicoli di piccole cilindrate, nei ciclomotori, nelle piccole imbarcazioni e nelle piccole macchine agricole.

   

  Nel motore a due tempi le operazioni di aspirazione e di compressione avvengono in una stessa fase:    

                      

   

   

   

   

   

  Ed è la stessa cosa per le operazioni di espansione e di scarico:

   

                            

   

   

   

  Il motore a scoppio

   

  

   

  Il motore a scoppio

  Tra coloro che fin dal 1678 avevano studiato la possibilità di sfruttare l'accensione di miscele gassose per dare alla meccanica una forza motrice, il milanese Luigi Cristoforis ideò nel 1841 una macchina igneo-pneumatica per il sollevamento dell'acqua

   

  De Cristoforis, coi risultati sperimentali ottenuti, auspicava che si potesse giungere ad applicare come motore la forza esplosiva dei gas.

  Barsanti, con povertà di mezzi, bersaglio dell'altrui ignoranza, dopo un decennio di studi, nel 1852, utilizzò l'esplosione per generare il moto e rendere operativa la pressione atmosferica. Evitando urti improvvisi e risparmiando gas, elaborò un meccanismo che non solo rinnovasse, con molta frequenza e nelle dovute quantità, l’introduzione e l’accensione della miscela detonante, ma espellesse i residui e i prodotti della combustione, svincolasse gli stantuffi nella corsa di andata, collegandoli con prontezza e stabilità all’asse motore nella corsa di ritorno.

  Barsanti, arrivato a tali dati positivi, si associa all’amico Felice Matteucci, esperto fisico e idraulico, figlio del Cav. Luigi da Lucca e di Angiola Tomei Albiani da Pietrasanta, e, ne volle il nome sempre associato al suo, dicendo di aver lavorato insieme al motore dalla sua origine e nel suo sviluppo.

  Nell’Adunanza della Accademia dei Georgofili di Firenze del 5 giugno 1853, i nostri depositarono un plico suggellato (3 sigilli dall’impronta di uno scudo, con aquila a due teste, cinto da ghirlanda e sormontato da corona ed elmo quello del mezzo; di un compasso e di una squadra, egualmente cinti da ghirlanda, quelli laterali) e con scritta l’identificazione "rapporto risguardante alcuni nuovi esperimenti dei Signori Eugenio Barsanti e Felice Matteucci". Il plico ricevuto dall’Accademia fu firmato dal Segretario agli Atti Raffaello Busacca . Il 15 Maggio 1854 il Governo Granducale Toscano concesse la prima patente o brevetto.

  Nel 1858 gli inventori ebbero notizie di tentativi fatti da altri che confermavano quanto essi ritenevano impossibile ottenere direttamente ed immediatamente un moto regolare continuo da una forza violenta ed istantanea.

  Assai più tardi collabora con Barsanti e Matteucci il fiorentino Giovan Battista Babacci. Altre patenti o brevetti, in relazione alle modifiche ed ai miglioramenti apportati, furono ottenuti nel 1858 e nel 1861 e ne ebbero pure in Francia, in Belgio, in Gran Bretagna, in Austria, nella Venezia e negli Stati di Re Vittorio Emanuele 2° nel 1857-58 .

  Il brevetto francese del 9 Gennaio-21 Febbraio 1858 N.35009 tra le varie applicazioni dice:

  "s’ agit d’ appliquer cette novelle force à une locomotive". La domanda avanzata il 13 Maggio 1854 al Regno Unito di Gran Bretagna non ebbe seguito immediato, avendo precedentemente concesso brevetti del genere, ma verificato che questi erano per motori atmosferici da pompe, non motori da sostituire la macchina a vapore, dopo nuovi esami, fu concesso un brevetto nel 1854 ed altro nel 1857. Nella domanda del 1854 si accenna ad un’azione indiretta per navi, spinte da un sistema di pale agenti solo durante la corsa attiva dei cilindri nel motore. Per comodità, relativa al tempo ed ai mezzi di cui disponeva, il Barsanti alimentava il motore, predisposto anche per l’uso di liquidi, col gas illuminante, che, aspirato misto ad aria, veniva acceso dalla scintilla elettrica.

  COME FUNZIONAVA IL MOTORE DI BARSANTI

   

  Posizione iniziale

  Motore Barsanti - Matteucci con stantuffo ausiliario

  brevetto francese del 1858

  Era un motore a tre tempi.

   

     

   

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• Fase di aspirazione

  In questa fase si muove solo lo stantuffo ausiliario "G", che scende aspirando aria e gas combustibile, rispettivamente dalle luci "a" e "d".

  

   

  Fase di scoppio

  Questa è la fase di accensione della miscela detonante mediante una scintilla elettrica. Lo scoppio provoca la rapida ascesa dello stantuffo principale "B", che fa girare la ruota "C" in modo tale che il nottolino "E" scorra sui denti del rocchetto "F" senza farlo ruotare.

  Per questo motivo la resistenza, durante l'ascesa dello stantuffo principale, era minima, riducendo lo sforzo sulle pareti del cilindro e permettendo un alto valore del rapporto volumetrico di espansione (cioé, un'espansione dei gas più prolungata).

   

   

    

   

   

   

   

   

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• Fase di scarico

  Nella terza ed ultima fase lo stantuffo principale discende, mentre quello ausiliario risale. In questa fase, il movimento della ruota "C" fa incastrare il nottolino con i denti della ruota, trasmettendo quindi il movimento anche all'albero motore "D".

  Lo stantuffo ausiliario, risalendo, scopre le luci "c", "e" ed "f", che consentono ai gas combusti, spinti da "B", di fuoriuscire dalle valvole "i".

  Queste ultime si aprono verso l'esterno, quando i gas combusti raggiungono e superano la pressione atmosferica.

   

   

   

   

   

   

   

  Motori a combustione interna

   

  Tipo di macchina in grado di trasformare in energia meccanica energia termica prodotta durante la combustione di una sostanza che brucia in una camera a volume variabile, facente parte integrante del motore stesso. Esistono quattro tipi principali di motore a combustione interna: i motori alternativi diesel e benzina, i motori rotativi, le turbine a gas e i motori a reazione. Il motore a benzina detto anche motore a ciclo Otto, viene normalmente utilizzato sulle autovetture e su alcuni velivoli: il motore diesel, che in base a un ciclo termodinamico differente, utilizza invece gasolio e viene usato soprattutto nella propulsione navale, per autobus e autocarri, ma è frequente anche su autovetture. Sia i motori a benzina, sia quelli diesel vengono prodotti in modelli a due e quattro tempi.

   

  Componenti dei motori

   

  I motori diesel e benzina hanno gli stessi componenti essenziali. La camera di combustione è costituita da un cilindro, solitamente fisso e chiuso a un'estremità, in cui si muove un pistone (o stantuffo) ad accoppiamento preciso. Il moto alterno del pistone determina una variazione di volume della camera, tra la testa del pistone stesso e l'estremità chiusa del cilindro. La faccia esterna del pistone è collegata all'albero a gomiti tramite una biella, che costituisce il meccanismo di trasmissione e di trasformazione del moto alterno in moto rotatorio. Nei motori policilindrici l' albero a gomiti presenta una parte a sbalzo - detta bottone della manovella - per ogni biella, in modo che la potenza dei singoli cilindri venga applicata all' albero a gomiti nel punto più adatto durante la rotazione. Gli alberi a gomiti sono dotati di pesanti volani e contrappesi che, grazie alla loro inerzia, riducono al minimo le irregolarità nel movimento dell'albero.

   

  Il sistema di alimentazione del combustibile è costituito da una pompa del carburante e da un dispositivo per la vaporizzazione o la polverizzazione del carburante liquido che nei motori a carburazione viene detto carburatore. Nella maggior parte dei motori pluricilindrici il carburante vaporizzato viene trasferito ai cilindri attraverso opportuni condotti d'aspirazione, e in molti motori è previsto anche un analogo collettore di scarico per l'eliminazione dei gas prodotti dalla combustione. Il carburante viene iniettato nei singoli cilindri e i gas combusti vengono aspirati attraverso valvole a sollevamento o valvole a fodero ad azionamento meccanico. Le valvole vengono normalmente mantenute chiuse da un sistema di molle elicoidali, e l' apertura viene ottenuta al momento opportuno del ciclo di funzionamento per mezzo di un albero a canne o a eccentrici, collegato tramite ingranaggi all'albero a gomiti. A partire dagli anni Novanta alcuni sistemi di  iniezione più sofisticati, adottati anche sui motori diesel, hanno quasi completamente soppiantato questo metodo tradizionale di distribuzione della miscela d'aria e carburante.

   

  In tutti i motori devono essere previsti sistemi di accensione del carburante. Il sistema d'accensione dei motori a benzina comporta una sorgente d'elettricità a bassa tensione e corrente continua, collegata all'avvolgimento primario di un trasformatore detto bobina d'accensione. La corrente viene interrotta diverse volte al secondo da un interruttore automatico (timer) e lepulsazioni prodotte nell'avvolgimento primario inducono una corrente pulsante ad alta tensione nell'avvolgimento secondario. Questa corrente ad alta tensione viene portata alternativamente ai singoli cilindri tramite un commutatore rotante (distributore). Il dispositivo d'accensione vero e proprio è la candela, un conduttore isolato posto sulla parete o nella parte superiore dei cilindri. All'estremità inferiore della candela si trova un leggero traferro tra due fili, nel quale la corrente ad alta tensione innesca un arco che fa scoccare la scintilla, determinando l' accensione della miscela di carburante nel cilindro.

  Per via del calore prodotto durante il processo di combustione, tutti i motori devono essere dotati di sistemi di raffreddamento. Alcuni motori aerei e automobilistici, i piccoli motori stazionari e i motori fuoribordo delle imbarcazioni sono raffreddati ad aria. In questo caso le superfici esterne del cilindro hanno la forma in una serie di alette radianti ad ampia superficie adatta per disperdere il calore dal cilindro. Nei motori raffreddati ad acqua i cilindri sono circondati da una camicia d'acqua esterna; negli autoveicoli la circolazione del liquido refrigerante viene ottenuta per mezzo di una pompa e il raffreddamento è prodotto da un radiatore. Alcuni motori di autoveicoli sono dotati anche di raffreddamento ad aria; nei motori marini, invece, viene utilizzata acqua di mare come liquido refrigerante.

   

  Diversamente dai motori e dalle turbine a vapore, i motori a combustione interna non producono alcuna coppia d'

  avviamento, per cui devono essere previsti appositi sistemi per azionare l' albero a gomiti e dare così inizio al ciclo di funzionamento. Solitamente i motori degli autoveicoli vengono avviati per mezzo di un motorino elettrico che è collegato attraverso ingranaggi all'albero a gomiti e che viene “staccato” automaticamente una volta avviato il motore. Alcuni motori più piccoli vengono avviati manualmente tramite una manovella oppure tirando una funicella avvolta per alcuni giri attorno al volano. Tra i metodi utilizzati per l'avviamento dei motori di grandi dimensioni figurano gli starter a inerzia, costituiti da un volano che viene fatto ruotare a mano, o mediante un motorino elettrico, sino a quando l' energia cinetica non è sufficiente a far girare l'albero a gomiti, e gli starter a esplosione, che utilizzano l'esplosione di una cartuccia a salve per azionare il volano di una turbina accoppiata al motore. Gli starter a inerzia e quelli a esplosione vengono utilizzati principalmente per l'avviamento dei motori aerei.

   

   

  Funzionamento del motore

  Aspirazione , compressione , scoppio , espansione e scarico ... queste sono le parole della formula magica che fa funzionare un motore! Infatti un 4Tempi, come quello di cui mi accingo a spiegarvi, compie queste quattro fasi ogni due giri dell'albero a gomiti e ripete queste quattro fasi di continuo molte decine di volte al secondo. Cioè ogni volta che il motore compie queste quattro fasi torna nelle condizioni di partenza e può ricominciare. Tutto quello che succede tra l'inizio e il momento in cui il motore torna nelle stesso condizioni di partenza si chiama, nel complesso, CICLO. E' ovvio che le fasi principali del ciclo siano proprio aspirazione, compressione, scoppio, espansine e scarico.E' importante accennare al fatto che il motore a scoppio è una macchina che serve a realizzare proprio questo ciclo. Per i motori a benzina esiste un ciclo di riferimento teorico noto col nome di OTTO, mentre nei motori a gasolio il ciclo di riferimento è quello DIESEL. I cicli OTTO e DIESEL sono due tipi particolari di cicli termodinamici , che prendono il nome dagli studiosi che li idearono. Ovviamente un motore è tanto migliore quanto più riesce ad avvicinarsi alla teoria, cioè quanto più riesce ad avvicinarsi ad un ciclo OTTO o DIESEL.

  Per cominciare si può pensare di partire nel momento in cui il pistone è nel punto morto superiore e le valvole sono chiuse. In pratica, siamo nell'istante in cui il pistone è salito fino al suo massimo e sta per scendere. Se le valvole rimanessero ferme, è ovvio che il pistone scenderebbe facendo solo espandere quel poco gas che rimane nella parte superiore del cilindro e continuando in questo modo, l'unico effetto sarebbe quello di frullare il gas senza generare nemmeno un Cv, anzi si fermerebbe subito. Con riferimento alle immagini, possiamo per semplicità immaginare che l'albero a gomiti e quelli a camme, girino in senso antiorario. La loro velocità è differente, in particolare ogni due giri dell'albero a gomiti le camme ne compiono uno solo. ASPIRAZIONE La prima cosa che deve succedere nel motore è quella di far entrare l'aria e la benzina, cioè la fonte dell'energia del motore. Quindi è necessario che si apra la valvola di aspirazione e che il pistone scendendo richiami dal condotto di aspirazione la miscela. Così accade e il pistone percorre tutto il tragitto dal Pms al Pmi, con la valvola del condotto di aspirazione completamente aperto, riempiendo completamente di miscela fresca. COMPRESSIONE Appena il pistone raggiunge il punto morto inferiore, il pistone si ferma di nuovo, e ricomincia a salire e comprime i gas. Per evitare che la miscela appena entrata riesca dal condotto di aspirazione, è necessario che la valvola di aspirazione si chiuda. Il pistone quindi comprime tutto il volume di gas che era presente nel cilidro,  schicciandolo in quella piccola parte di spazio rimasta libera tra il cielo del pistone e la testa del cilindro. In genere , il rapporto di compressione, cioè il rapporto tra il volume iniziale e quello finale della compressione, è intorno a 1:10 , con valori che arrivano vicini a 1:20 per i motori più prestazionali. SCOPPIO Una volta raggiunto il punto morto superiore, la benzina e l'aria sono al massimo della compressione e sono tutte contenute in un piccolo spazio intorno alla candela. E' facile immaginare che se si fa passare corrente sulla candela, si genera una scintilla che fa prendere fuoco al gas. Precisamente si dovrebbe dire che esplode, cioè il volume dei gas incrementano di migliaia di volte generando una pressione incredibile che va a spingere il pistone verso il basso, ed è questa pressione che tramite la biella e l'albero a gomiti si trasforma nella potenza utile che fa avanzare il veicolo. ESPANSIONE Immediatamente dopo lo scoppio, la pressione dei gas spingono il pistone verso il basso fino a che il pistone è nel Pmi in cui tutta l'energia dei gas si è convertita in potenza utile.  E' importante far notare come di tutto il motore l'unica fase utile sia questa. Tutto il resto è al traino cioè tutte le altri fasi usano parte di questa energia per funzionare e non la rendono disponibile per spostare il veicolo. SCARICO A questo punto il pistone ha raggiunto il Pmi, l'energia rilasciata dall'esplosione ha quasi esaurito la sua energia e il pistone è pronto a risalire. Inizia così la fase di scarico. Lo scopo di questa fase è quella di espellere i gas combusti per poter riportare il motore nelle condizioni iniziali, cioè di chiudere il ciclo, per poi ricominciare da capo. Per far questo si apre la valvola di scarico, e il pistone nella sua risalita spinge fuori il gas combusto, che così si dirigono verso la marmitta. Quando il pistone arriva al Pms, tutti i gas sono stati espulsi, si chiude la valvola di scarico, si apre quella di aspirazione e siamo pronti a ricominciare a immettere nuova miscela fresca.

  Ecco un'altro modo per visualizzare tutte insieme le fasi che compie il motore ogni due giri dell'albero motore.

  Approfondimento :  L'avviamento Da come vi ho messo le cose, sembra che sia l'albero, spinto da una forza immaginaria, a trascinare il motore nel suo movimento, invece è il motore che fornisce l'energia. In realtà, come noto, che il motore a scoppio ha bisogno di essere messo in moto dall'esterno e che solo quando è partito riesce ad auto sostentarsi. Le macchine di inizio secolo avevano la manovella che usciva dal cofano e dovevano essere azionate a mano, oggi tutte le vetture di serie hanno un motorino elettrico, quelle da corsa per risparmiare sul peso sono messe in moto dall'esterno con un altro motore o spinte (come le moto da Gp). Quando poi i motori sono stati avviati è l'inerzia del motore stesso che fa andare avanti le cose ... in pratica nella fase di scoppio parte dell'energia sviluppata fa accelerare gli organi meccanici, che poi rallentano nelle altre fasi e permettono che tutto funzioni . In più per aumentare l'inerzia del motore e per rendere le fasi più regolari (meno vibrazioni) si aggiunge un volano cioè un pesante disco che ruota insieme all'albero a gomiti.       Approfondimento : Gli anticipi delle valvole Vorrei introdurre un aspetto importante sul reale funzionamento dell'aspirazione e scarico, che è presente in ogni motore. Voglio parlare degli anticipi delle valvole. E' facile immaginare come qualsiasi azione non avvenga perfettamente istantaneamente, cioè richieda un certo tempo magari breve ma non nullo. Anche aprire e chiudere le valvole richiede un tempo non nullo. Dalla spiegazione che vi ho scritto sopra, sembra che le valvole rimangano chiuse, poi improvvisamente nel momento in cui il pistone passa dal Pms o Pmi le valvole istantaneamente percorrono tutto il loro spostamento posizionandosi nella posizione di apertura e rimangano in tale condizione fino alla fine della fase nella quale tornano in posizione di chiusura. Questo nella realtà non può avvenire e quello che si riesce a fare è di far muovere la valvola in un tempo che è paragonabile con il tempo di una fase, cioè significa che in un quarto del ciclo. Quindi se si fa cominciare l'alzata della valvola nel Pms e si impone la chiusura nel Pmi si ha che la valvola non è perfettamente aperta durante la fase ma all'inizio sarà socchiusa, sarà completamente spalancata solo intorno alla metà della fase e sarà socchiusa alla fine della fase. Questo complica molto il flusso dei gas nei condotti di aspirazione e scarico perchè come detto durante la fase la valvola sta più tempo nella posizione di quasi chiusa che in quella di aperta. Per compensare questo problema è necessario anticipare il momento in cui le valvole si aprono e ritardare il momento in cui si chiudono, rispetto al momento ideale, in modo che al raggiungimento di questo, la valvola sia sufficientemente aperta o chiusa per far bene il suo compito. Questo però significa anche che ad esempio nella prima parte della compressione, la valvola di aspirazione sia ancora aperta, col rischio che parte della miscela sia respinta fuori invece di essere compressa, oppure che nell'ultima fase di espansione dopo lo scoppio parte della spinta vada persa perchè i gas combusti escono dalla valvola di scarico che si sta aprendo. Curioso, e fondamentale è il momento dell'incrocio, quello in cui finisce la fase di scarico ed inizia la fase di aspirazione in cui entrambe le valvole sono parzialmente aperte, con ovvie conseguenze. Questo che sembra un problema, in realtà non è così drammatico. Anzi nei motori moderni e ancor più in quelli più prestazionali gli anticipi e l'incrocio sono veramente notevoli, perché si riesce grazie agli effetti dinamici, non solo a far funzionare tutto come se fossimo nel caso ideale in cui le valvole si aprono e chiudono nei Punti morti, ma addirittura si migliora, riuscendo ad esempio ad incamerare più miscela di quella teorica. Questo fatto è ancora più spinto nei motori 2t ad alte prestazioni, dove pur funzionando tutto in modo diverso, l'incrocio dura quasi metà ciclo. Ovviamente ci sono degli aspetti negativi come l'incremento di emissioni inquinanti e il peggioramento nel consumo di carburante, aspetti essenziali in un motore stradale, ed assolutamente inutili in un motore da corsa. Di seguito vi riporto il grafico degli andamenti reali delle aree di passaggio delle valvole di aspirazione e scarico di un generico motore a 4T. Su questo grafico è riportata l'area geometrica o efficace (dipende da come si calcola) rispetto a quella totale, che dipendono dalla posizione della valvola a fungo. Quindi l'andamento dell'area è analoga a quella dell'alzata, ed infatti è analogo a quelli che vi ho disegnato sopra. Spero siano evidenti gli anticipi dell'apertura e il ritardo di chiusura, e come intorno al Pms si abbia un ampio incrocio di ben 120 gradi di manovella (180 è una fase intera).         Diagramma della Alzate di un motore reale     AAS = Anticipo Alsata Scarico AAA = Anticipo Alsata Aspirazione RCS = Ritardo Chiusura Scarico RCA = Ritardo Chiusura Aspirazione Un'altro modo per visualizzare le fasi, e gli anticipi è rappresentato dai diagrammi polari, o circolari. Nel primo, un cerchio rappresenta lo scarico e un'altro l'aspirazione. Nel secondo invece è tutto rappresentato tramite una spirale. Cmq siano fatti sono evidenti gli anticipi e l'incrocio che si estendono molto al dilà dei punti morti       Approfondimento : L'anticipo della candela Anche la scintilla della candela che innesca la combustione ha un certo anticipo rispetto al Pms. Perchè anche in questo caso il fronte di fiamma ci mette alcuni istanti per propagarsi. Se si calcola l'anticipo con esattezza si riesce a far arrivare l'onda di pressione sul cielo del pistone esattamente quando questo ha raggiunto il pms. Se si facesse innescare la miscela quando il pistone è al pms, avremo lo strano effetto che il fronte di fiamma deve inseguire il pistone nella sua discesa, con il non desiderato effetto di perdere la spinta per tutto quel tempo che il fronte di fiamma non ha raggiunto il pistone.       Approfondimento : Regolazione degli anticipi Questi anticipi dipendono dalla forma delle camme e sono calcolati in fase di progetto ad un preciso regime di rotazione, che normalmente è quello di potenza o coppia massima. E' ovvio che man mano che ci si allontana da questo regime di rotazione preso di riferimento le cose vanno via via peggiorando , fino ad essere persino controproducenti. E' per questo che i motori più moderni hanno sistemi di fasatura variabile in modo da variare gli anticipi ad ogni regime di rotazione, ottimizzando le prestazioni del motore su tutto l'arco di funzionamento.

   

   

   

 

Motore a scoppio

 

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