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Il motore termico ed i suoi cicli
Il motore termico ed i suoi cicli

Il motore termico ed i suoi cicli

Agosto 31, 2021
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Come funziona il motore termico?

Partendo dalle primissime fasi, inserendo e girando la chiave, verrà inviato un impulso elettrico al motorino di avviamento, ossia un componente che permetterà al motore di raggiungere un numero di giri sufficienti per il suo sostentamento. 

Un motore a quattro tempi rappresenta un esempio di efficienza e perfetta sincronizzazione. Tutto si svolge nel cilindro, mentre il pistone si muove verso l’alto ed il basso. Sul fondo, l’albero a gomiti sfrutterà la spinta dei pistoni per alimentare l’auto.

Il termine a quattro tempi deriva dal fatto che la combustione avviene durante quatto fasi:

  • Aspirazione: la valvola d’aspirazione si apre, il pistone si abbassa ed un misto di aria e benzina viene iniettata nel cilindro.  
  • Compressione: la valvola di aspirazione si chiude rendendo ermetica la camera di combustione. Il pistone iniziando la fase di salita diminuisce il volume di 10 volte, aumentando la temperatura e la pressione all’interno del cilindro. 
  • Combustione: quando il pistone raggiunge il punto superiore, una scintilla generata dalle candele incendia la miscela provocando un’esplosione che rilascia energia termica, permettendo al pistone di essere proiettato verso il basso. 
  • Scarico: le valvole di scarico si aprono ed il pistone inizia la fase di risalita, comprime i gas esausti ed i fumi fuoriescono dal motore.

L’unica fase utile è quella di espansione, le altre tre sono di lavoro di perso. Per tale ragione la fase dell’espansione è quella da massimizzare. 

La sequenza conclusa non si arresta, bensì si ripete per tutto il funzionamento del motore. 

Le fasi descritte avvengono in tutti i cicli, ma con una sostanziale differenza nella corsa del pistone ed il rapporto di compressione.  

Il ciclo Otto

Nel ciclo Otto,  la corsa che il pistone percorre è uguale a tutte le fasi. Tale sistema per la prima volta funzionante nel 1872, risulta ancora oggi la base del funzionamento dei moderni motori a benzina. 

Il ciclo Atkinson

Il ciclo Atkinsons grazie ad un raffinato e complesso sistema di manovellismi, implementa una corsa lunga durante l’espansione, così da sfruttare buona parte dell’energia sprigionata, ed una corsa corta per la fase di compressione. Grazie a questo sistema il motore fa meno lavoro durante quest’ultima fase, in quanto viene diminuito il rapporto di compressione all’interno del cilindro. Questo sistema non è molto performante, tuttavia è molto efficiente e garantisce ottimi consumi.  

Il ciclo Miller

Nel ciclo Miller si ottiene la medesima condizione che si trova nel ciclo Atkinson, tuttavia con una diversa modalità. L’ingegner Miller  ottenne un risultato molto simile lavorando sui tempi di chiusura della valvola di aspirazione. 

Ritardando la chiusura della valvola di aspirazione, si diminuisce il rapporto di compressione all’interno del cilindro. Così facendo un po’ di aria inspirata refluisce nel condotto. C’è meno aria in meno spazio. Introdurre meno aria comporta introdurre meno benzina.  Tradizionalmente durante la fase di compressione il pistone rallenta perché inizia a comprimere i gas presenti nel cilindro; col ciclo Miller l’effettiva fase di compressione avviene quando il pistone durante la salita raggiunge circa il 30% della corsa, ossia quando la valvola di aspirazione si chiude. In questo modo, durante la compressione non perde energia data dalla spinta di espansione, in quanto la corsa continua anche nella fase successiva durante la risalita.

A parità di cilindrata quindi questi motori (rispetto a quelli che utilizzano il ciclo Otto) sviluppano il 30% potenza in meno, ma con un vantaggio di circa il 10% nei consumi. 

Questo motore necessità dell’ignizione diretta, perché altrimenti insieme all’aria refluirebbe anche una parte di benzina nel condotto, che andrebbe sprecata. L’ignizione diretta inoltre riduce i consumi.

Erroneamente si definiscono gli attuali motori Miller come Atkinsons, perché di fatto impiegano lo stesso principio.  

I motori Miller (quelli Atkinsons a causa della maggior complessità nel sistema di manovellismi non si usano)  sono particolarmente adatti per equipaggiare auto ibride, soprattutto Full Hybrid e Plug In Hybrid. 

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