Funzionamento del motore a combustione interna

Scopri cos'è e come funziona il motore a combustione interna

Iniziamo dalla definizione di motore a combustione interna: si tratta di una macchina motrice che trasforma l’energia termica posseduta da un flusso aeriforme aria-combustibile, in lavoro meccanico, possibile grazie all’albero motore. Questo viene convertito in corrente elettrica con il generatore oppure viene usato per il movimento.

Questa conversione avviene nella camera di combustione, all’interno della quale i gas combusti generano alta pressione e aumento di volume, tanto da riuscire a spingere il pistone verso il basso. Il pistone a sua volta fa ruotare l’albero motore e trasmette il lavoro all’albero di trasmissione. La miscela è combustibile e l’ossigeno dell’aria funziona come comburente.

Come funzionano i motori a combustione interna

Si basano sulla reazione chimica esotermica della combustione, la reazione di un carburante con l’aria, che funge da comburente. I motori a combustione interna sono costituiti da diversi sistemi che consentono il loro funzionamento:

  • impianto d’accensione, solo sui motori ad accensione comandata, consente l’inizio della combustione;
  • impianto di avviamento;
  • impianto d’alimentazione;
  • impianto di raffreddamento;
  • impianto di scarico.

Oggi vengono usati principalmente carburanti composti da idrocarburi, derivati dal petrolio. Sono stati anche realizzati dei prototipi che possono usare idrogeno (gassoso e liquido). I motori a combustione interna progettati per funzionare a benzina generalmente possono bruciare anche metano o GPL.

La classificazione dei motori

I motori a combustione interna vengono classificati a seconda del sistema di accensione usato per provocare la combustione:

  • ad accensione comandata, l’accensione in genere viene comandata da una scintilla ad alta tensione nella miscela aria-combustibile nel cilindro. La scintilla viene prodotta attraverso un impianto d’accensione. Per l’avvio del motore con temperature esterna e del motore basse, viene usato un sistema per garantire un avvio più facile, lo starter;
  • ad accensione spontanea, detti anche motori Diesel; il combustibile viene iniettato nell’aria compressa nei cilindri del motore e la combustione avviene in maniera spontanea, grazie alle condizioni termo-pressorie favorevoli del comburente.

L’energia che viene prodotta dai gas combusti è maggiore rispetto a quella originale del carburante e dell’aria, questo si manifesta in pressione e temperatura elevate, trasformate dal motore in lavoro meccanico. I gas combusti vengono eliminati una volta che viene recuperata l’energia, escono attraverso una o due valvole di scarico. I gas di scarico espulsi dal cilindro attraversano una turbina a gas che recupera l’energia residua dei prodotti della combustione, per andare ad azionare un compressore centrifugo (calettato sullo stesso albero della turbina), in grado di comprimere l’aria comburente. Una volta terminata questa fase il pistone torna nella posizione di punto morto superiore. Il calore che non viene trasformato in lavoro deve essere eliminato dal motore grazie al sistema di raffreddamento ad aria o a liquido.

Come vengono classificati i motori a combustione interna

I motori vengono suddivisi in queste categorie, a seconda della loro tipologia:

  • motore volumetrico, in cui il fluido motore viene elaborato con cadenza periodica in un volume definito e generato ciclicamente dal moto di alcuni organi meccanici. Può essere a movimento alternativo (il moto alternativo dei pistoni viene trasformato in moto rotatorio con un manovellismo di spinta rotativa) o a movimento rotativo (il pistone ha un movimento rotatorio più o meno costante a seconda del tipo di motore);
  • motore continuo, il fluido motore viene elaborato in maniera continua in una zona a volume non variabile, si configura come un sistema meccanico energetico in deflusso; ne fanno parte la turbina a gas e il motore a reazione come esoreattore e endoreattore.

Il motore a movimento alternativo in base al tipo di ciclo termodinamico può essere ad accensione comandata o ad accensione spontanea (usato nel ciclo Diesel) oppure in base a come viene frazionato il ciclo sul moto alterno può essere un motore a due tempi, a quattro tempi, a sei tempi o a sette tempi.

Il motore volumetrico alternativo a quattro tempi fornisce l’energia meccanica a quasi tutti i veicoli su gomma che conosciamo. Sono esclusi solo alcuni mezzi, come ad esempio dei motocicli a due tempi, le barche a motore e anche alcuni treni.

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