La stragrande maggioranza dei veicoli (autovetture e veicoli commerciali) che vengono venduti oggi sono dotati di motori a combustione interna. In questo articolo descriveremo come funziona un motore a combustione interna a quattro tempi.
Un motore a combustione interna è classificato come motore termico. Si chiama interno perché la combustione della miscela aria-carburante avviene all’interno del motore, in una camera di combustione, e alcuni dei gas bruciati fanno parte del nuovo ciclo di combustione.
Fondamentalmente, un motore a combustione interna trasforma l’energia termica della miscela aria-carburante che brucia in energia meccanica. Si chiama 4 colpi perché ci vogliono 4 colpi per il pistone per eseguire un ciclo di combustione completo. Il nome completo per un motore che alimenta un’autovettura è: motore a combustione interna a pistone a 4 tempi, abbreviato ICE (motore a combustione interna).
Ora esaminiamo quali sono i componenti principali di un ICE.
Immagine: Parti del motore a combustione interna (DOHC) |
Legenda:
PMS – Top Dead Center BDC – punto Morto Inferiore |
La testa del cilindro (8) contiene, di solito, albero a camme(s), valvole, secchi, valvole, molle di ritorno, scintilla/candelette e iniettori (diretta motori ad iniezione). Attraverso la testata scorre il liquido di raffreddamento del motore.
All’interno del blocco motore (12) troviamo il pistone, la biella e l’albero motore. Per quanto riguarda la testata, attraverso il blocco motore scorre refrigerante per aiutare a controllare la temperatura del motore.
Il pistone si muove all’interno del cilindro da BDC a PMS. La camera di combustione è il volume creato tra pistone, testata e blocco motore quando il pistone è vicino al PMS.
In Figura 1 possiamo esaminare il set completo di componenti meccanici di un GHIACCIO. Alcuni dei componenti sono fissi (ad esempio testata, blocco cilindri) e alcuni di essi sono in movimento. Nella figura seguente daremo un’occhiata alla parte mobile principale di un GHIACCIO, che trasforma la pressione del gas all’interno del cilindro in potenza meccanica.
Immagine: Parti mobili per motori a combustione interna
Legenda:
- pignone albero a camme
- pistone
- albero
- biella
- valve
- valvola secchio
- albero a camme
La rotazione dell’albero a camme è sincronizzato con la rotazione dell’albero motore tramite una cinghia dentata o catena. La posizione delle valvole di aspirazione e di scarico deve essere precisamente sincronizzata con la posizione del pistone, in modo da consentire il corretto svolgimento dei cicli di combustione.
Un ciclo motore completo per un ICE a 4 tempi ha le seguenti fasi (corse):
- aspirazione
- compressione
- potenza (espansione)
- scarico
Una corsa è il movimento del pistone tra i due centri morti (inferiore e superiore).
Ora, che sappiamo quali sono i componenti di un ICE, possiamo esaminare ciò che sta accadendo in ogni corsa del ciclo del motore. Nella tabella sottostante si vedrà la posizione del pistone all’inizio di ogni corsa e i dettagli riguardanti gli eventi che si svolgono nel cilindro.
Corsa 1-ASPIRAZIONE
Corsa aspirazione motore a combustione interna |
All’inizio della corsa di aspirazione il pistone è vicino al PMS. La valvola di aspirazione viene aperta, il pistone inizia a muoversi verso il BDC. L’aria (o la miscela aria-carburante) viene aspirata nel cilindro. Questa corsa è chiamata ASPIRAZIONE perché l’aria fresca / miscela viene presa nel motore. La corsa di aspirazione termina quando il pistone è al BDC.
Durante la corsa di aspirazione, il motore consuma energia (l’albero motore ruota a causa dell’inerzia dei componenti). |
Corsa 2 – COMPRESSIONE
motore a combustione Interna della corsa di compressione |
La corsa di compressione inizia con il pistone al pmi, dopo la corsa di aspirazione è finito. Durante la corsa di compressione entrambe le valvole, aspirazione e scarico, sono chiuse e i pistoni si muovono verso il PMS. Con entrambe le valvole chiuse, l’aria / miscela viene compressa, raggiungendo la massima pressione quando il pistone è vicino al PMS.
Prima che il pistone raggiunga il PMS (ma molto vicino ad esso), durante la corsa di compressione:
Durante la corsa di compressione, il motore consuma energia (l’albero motore è in rotazione a causa dell’inerzia dei componenti), più che la corsa di aspirazione. |
Corsa 3-POTENZA
Potenza motore a combustione interna corsa |
La corsa di potenza inizia con il pistone al PMS. Entrambe le valvole, aspirazione e scarico, sono ancora chiuse. La combustione della miscela aria-carburante è iniziata alla fine della corsa di compressione, causando un significativo aumento della pressione all’interno del cilindro. La pressione all’interno del cilindro spinge il pistone verso il basso, verso il BDC.
Solo durante la corsa di potenza il motore produce energia. |
Corsa 4-SCARICO
Corsa di scarico del motore a combustione interna |
La corsa di scarico inizia con il pistone al BDC, dopo la corsa di potenza finito. Durante questa corsa, la valvola di scarico è aperta. Il movimento del pistone dal BDC verso il PMS spinge la maggior parte dei gas di scarico fuori dal cilindro, nei tubi di scarico.
Durante la corsa di scarico, il motore consuma energia (l’albero motore ruota a causa dell’inerzia dei componenti). |
Come puoi vedere, per avere un ciclo completo di combustione (motore) il pistone deve eseguire 4 colpi. Ciò significa che un ciclo del motore richiede due rotazioni complete dell’albero motore (720°).
L’unica corsa che produce coppia (energia) è la corsa di potenza, tutti gli altri consumano energia.
Il movimento lineare del pistone viene trasformato in movimento rotatorio dell’albero motore attraverso la biella.
Per una migliore comprensione, stiamo riassumendo la posizione iniziale del pistone, la posizione della valvola e il bilancio energetico per ogni corsa.
| Tratto ordine | Corsa di nome | Pistone posizione iniziale | valvola di Aspirazione stato | valvola di Scarico di stato | bilancio Energetico |
| 1 | Assunzione | PMS | Open | Chiuso | Consuma |
| 2 | Compressione | BDC | Chiuso | Chiuso | Consuma |
| 3 | Alimentazione | PMS | Chiuso | Chiuso | Produce |
| 4 | Scarico | BDC | Chiuso | Aperto | Consuma |
Nell’animazione qui sotto puoi vedere chiaramente come funziona il motore a combustione interna. Prestare attenzione alla posizione del pistone, alla posizione della valvola, al momento in cui si verifica l’accensione e alla successione delle corse.
Animazione motore a combustione interna