Articoli tecnici Il motore a scoppio

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Nei motori a scoppio, l'energia termica è sviluppata dalla combustione della miscela carburante-aria che provoca un aumento di energia elastica degli stessi prodotti della combustione che agiscono direttamente sugli organi del motore trasformandola in energia meccanica.
Il motore a scoppio quindi dovrà rappresentare la possibilità di alimentare una camera di combustione, di provocare la combustione della miscela aria carburante e di trasformare l'energia elastica dei gas combusti in energia meccanica.
Nel motore a scoppio quindi potremo individuare:
1) un sistema di alimentazione e distribuzione che fornisce la miscela carburante-aria in dosi appropriate e la distribuisce a tempo debito;
2) un sistema di accensione che provoca la combustione della miscela;
3) una camera di combustione o di scoppio in cui avviene la combustione;
4) un sistema meccanico che sia atto a ricevere l'energia elastica dei gas a moto rettilineo ed a trasformarla in energia meccanica a moto rotativo;
5) un sistema di scarico che allontani i gas combusti che hanno ceduto parte della loro energia elastica e permetta quindi di rinnovare nel motore le fasi anzidette.

Sistema biella manovella

Tale sistema è composto di uno stantuffo o pistone che scorre linearmente entro un cilindro, essendo articolato ad una asta rigida, biella, che a sua volta è collegata alla manovella. Lo spostamento del pistone, provocato dalla pressione dei gas nella camera di scoppio, determina, una rotazione dell'albero a gomiti.
Tale rotazione cesserebbe al punto morto inferiore se l'inerzia del sistema non facesse continuare nella sua rotazione l'albero a gomiti e non riportasse il pistone al punto morto superiore, cioè in posizione tale da poter ricominciare, spinto dai gas combusti, la sua discesa verso il basso.
Abbiamo innanzi accennato a due particolari posizioni del pistone: il punto morto superiore (PMS ) e punto morto inferiore (PMI ). Tale denominazione deriva dal fatto che il pistone, giunto al termine della sua corsa di discesa o salita, prima di invertire il moto per risalire ( o discendere ) lungo la canna del cilindro, è per un brevissimo tempo fermo ( morto ): la specificazione inferiore o superiore sta ad indicare rispettivamente la posizione del pistone più vicina all'asse geometrico dell'albero a gomiti e la più lontana.

Motore a quattro tempi

Le fasi che compongono il ciclo motore sono quattro e precisamente, nell'ordine di successione:

Aspirazione
Compressione
Accensione ed espansione
Scarico

1a FASE - ASPIRAZIONE
Il pistone è al PMS, all'inizio dell'aspirazione il pistone si muove verso il PMI, mentre la valvola di aspirazione inizia l'alzata o apertura, mettendo così in comunicazione l'interno del cilindro col carburatore al quale è collegato il collettore di immissione. La valvola di scarico in questa fase rimane chiusa. Nella corsa discendente verso il PMI il pistone, che corre a perfetta tenuta nrl cilindro, provoca un vuoto ( depressione ) tale da richiamare attraverso l'unica apertura che mette in comunicaione il cilindro con l'ambiente esterno, una forte corrente d'aria che, passando attraverso il carburatore si miscela con la benzina che si trova nel carburatore stesso.
Il passaggio di miscela dal carburatore al cilindro si effettua per tutta la durata dell'aspirazione ( cioè per tutto il tempo che impiega il pistone a muoversi dal PMS al PMI ) dimodochè al termine della fase il cilindro si trova pieno di miscela.
Quando il pistone si trova al PMI, la valvola di aspirazione si chiude.
aspirazionemotore4tempiwe3.jpg


2a FASE - COMPRESSIONE
Il pistone alla fine della fase di aspirazione risale dal PMI al PMS ed inizia la fase di compressione. In questa fase entrambe le valvole sono chiuse. Per effetto della corsa ascendente del pistone, la miscela che al termine della fase di aspirazione occupava tutto il cilindro, viene progressivamente spinta verso l'alto in guisa che, quando il pistone giunge al PMS tutta la miscela viene a trovarsi compressa tra pistone e testata, in quello spazio che viene chiamato camera di scoppio.
Al termine di questa fase la miscela viene a trovarsi nelle migliori condizioni perchè una scintilla che scocchi nella candela possa rapidamente provocarne l'accensione,.
Come conseguenza dello scoppio, si ha un repentino aumento della pressione e una spinta che fa compiere al pistone il lavoro richiesto.
Le condizioni ottime di pressione e temperatura, variano col variare della benzina usata per cui, l'aumento del rapporto di compressione ( quindi della pressione e della temperatura raggiunte nella fase di compressione della miscela ottenuta con un dato tipo di benzina ) non può e non deve superare ben determinati limiti senza incorrere in un irregolare funzionamento del motore con una conseguente perdita di potenza.
compressionemotore4tempvv2.jpg



3a FASE - SCOPPIO ED ESPANSIONE
Giunto il pistone al PMS, al termine della fase di compressione, si effettua, mediante una scintilla scoccante tra gli elettrodidella candela, l'accensione e la combustion repentina della miscela.
L'innalzamento di temperatura che ne conseguen è tale da creare, nella camera di scoppio, una forte pressione ( 30-35 atmosfere ) e sul pistone, una forte spinta verso il PMI.
I gas combusti, espandendosi, diminuiscono di pressione e di temperatura, talchè, giunto il pistone al PMI, hanno trasmesso una parte della energia posseduta all'atto dell'accensione.
Evidentemente durante la fase di espansione, dovendosi evitare ogni fuoriuscita di gas dal cilindro per sfruttare il lavoro di espansione, entrambe le valvole di aspirazione e di scarico restano chiuse.
scoppiomotore4tempiyp5.jpg


4a FASE - SCARICO
Al termine dell'espansione il cilindro resta pieno di gas combusti, ormai inerti, che devono essere espulsi dal cilindro stesso.
Questa operazione avviene appunto nella fase di scarico, in cui il pistone risalendo dal PMI verso il PMS spinge attraverso la luce di scarico, che contemporaneamente si apre, i gas combusti nell'atmosfera esterna.
Quando il pistone ha raggiunto il PMS la valvola di scarico si chiude: ci ritroviamo così col pistone e le valvole nelle condizioni già individuate all'inizio della fase di aspirazione ed il motore è in grado di ripetere periodicamente una sequenza di fasi del tutto uguali a quelle sopra descritte.
Poichè ad ogni passaggio del pistone dal PMS al PMI corrisponde un mezzo giro dell'albero a gomiti, l'intero ciclo avviene in due giri dell'albero motore.
scaricomotore4tempipv0.jpg
 
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