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:

Primo tempo:
ASPIRAZIONE

Secondo tempo:
COMPRESSIONE e INIZIO COMBUSTIONE

Terzo tempo:
FINE COMBUSTIONE, ESPANSIONE e INIZIO SCARICO

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.

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.