Cos’è e come funziona un motore a combustione interna?
Lo utilizziamo tutti i giorni, ma non ne conosciamo probabilmente né la storia né, tantomeno, il funzionamento: si tratta del motore a combustione interna.
Con questa espressione si indica qualsiasi macchina motrice in grado di convertire l’energia chimica prodotta dalla combustione di una miscela di aria e combustibile, in lavoro meccanico attraverso un albero motore.
La miscela in questione è il carburante e il combustibile può essere la benzina, il gasolio, il GPL, il metano o un biocarburante. Nel caso degli aerei, il carburante utilizzato è, invece, il cherosene.
Esistono decine di applicazioni del motore a combustione interna in molti campi, ma quella che più ci riguarda da vicino è relativa al motore dell’automobile, che è possibile far durare nel tempo grazie ad un’accurata pulizia.
Un po’ di storia
Il primo motore a combustione interna risale a ben 165 anni fa e la sua prima versione venne realizzata da due italiani, Eugenio Barsanti e Felice Matteucci, che, nel 1853, depositarono il loro brevetto nel Regno Unito, in Francia, Italia e Germania.
Per la sua prima applicazione pratica, fu sufficiente attendere l’anno successivo, quando vennero realizzate le prime macchine utensili a motore.
Non si trattava ovviamente di modelli evoluti ma ancora molto basilari che, ad esempio, non prevedevano la fase di compressione. I motori degli inizi, inoltre, non potevano partire da fermi e, quindi, il loro utilizzo su veicoli terrestri era impossibile (mentre erano adatti ai natanti, dato che le eliche sono esenti da un momento di inerzia).
Perché il motore a combustione interna fosse applicato a veicoli terrestri, consentendone il movimento anche da fermo, fu necessario attendere dapprima l’invenzione del motore a quattro tempi, opera di un ingegnere tedesco (N. Otto, nel 1877) e poi, all’inizio del XX secolo, l’utilizzo delle frizioni, che diede quell’impulso allo sviluppo dell’automobile e del relativo mercato che conosciamo ancora oggi.
Le componenti fondamentali del motore a combustione interna
Vi sono alcune componenti essenziali.
- Il carburatore (sostituito dagli iniettori nei motori diesel), consente la realizzazione della miscela del combustibile con l’aria in proporzioni ben precise;
- Il cilindro, chiuso a tenuta stagna da un pistone (nella maggior parte dei motori delle auto i cilindri sono quattro, anche se molte utilitarie, oggi, sono realizzate a tre cilindri; le moto possono essere, in genere, monocilindriche o bicilindriche);
- Una candela, che darà la scintilla necessaria alla combustione/esplosione della miscela;
- Una o più valvole di ammissione, attraverso cui la miscela, dal carburatore, entra nel cilindro;
- Una o più valvole di scarico, per rendere possibile l’uscita dei gas combusti;
- Una biella per ogni pistone che trasmette il movimento che il pistone riceve a seguito dell’esplosione, all’albero motore o albero di trasmissione (a sua volta collegato alle ruote motrici).
Le quattro fasi del motore a ciclo Otto
Qual è il funzionamento del motore a quattro tempi?
Vi sono quattro fasi diverse (da cui il nome di “motore a quattro tempi”):
- La fase di aspirazione: nel cilindro entra il fluido combustibile, portando il pistone dalla posizione di volume minimo alla posizione di volume massimo; l’aspirazione della miscela attraverso le valvole di ammissione è resa possibile dalla depressione che si viene a creare all’interno del cilindro;
- La fase di compressione: tutte le valvole (di ammissione e di scarico) sono chiuse, il pistone ritorna alla posizione di minimo volume e la miscela viene compressa fino al punto massimo, nel piccolo volume a disposizione;
- La fase di combustione e di espansione: la candela scocca una scintilla, che innesca la combustione della miscela compressa; l’esplosione che ne segue produce calore e libera una massa di gas; questi gas si espandono (per l’aumento del volume e della pressione cui sono soggetti tutti i gas combusti) e spingono il pistone fino alla posizione di massimo volume;
- La fase di scarico: la valvola di scarico è aperta e i gas vengono espulsi verso l’esterno.