IL MOTORE

Ricerca a cura di: Claudio Siminelli

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Cenni Storici

•1854: E.Bersanti e F.Matteucci brevettano il primo motore a scoppio;

•1860-66:E.Langen e A.Otto costruiscono un motore a scoppio a 4 tempi (rendimento pari al 12%);

•1879: D.Cleck inventa il motore a due tempi;•1882: E.Bernardi elabora il primo motore che utilizza benzina;

•1893: R.Diesel inventa il motore ad accensione spontanea (senza candele, con un nuovo combustibile, il gasolio. Il rendimento sale

al 24%);•1921: M.Guillame brevetta il primo motore a getto;•1939: primo volo con un aereo a motore a turbina;

•Anni 50: F.Wankel inventa il motore rotativo.

MOTORE A BENZINA

Con motore a benzina viene inteso un tipo di motore a scoppio ad accensione comandata che trasforma energia chimica in energia meccanica. La fase utile, ovvero lo scoppio, è possibile grazie alla scintilla elettrica prodotta da una candela posta al centro della testata del cilindro.

4 TEMPI

IL CICLO DI OTTOIl ciclo di Otto (dall’inventore del motore a scoppio a 4 tempi) esemplifica ciò che fisicamente avviene all’interno della camera di scoppio di un cilindro di un motore ad accensione comandata a 4 tempi.

MOTORE A BENZINA2 TEMPI

Il motore a 2 tempi riduce le fasi di lavoro dei cilindri. Ad ogni ciclo corrisponde quindi un giro dell’albero motore e, conseguentemente, v’è un vantaggio in termini prestazionali. Non vi sono le valvole di aspirazione e scarico, sostituite con feritoie laterali che permettono la sovrapposizione di alcune delle fasi già descritte.

Alcuni pregi del motore a 2 tempi: è reversibile, si verificano pochi grippaggi, è inclinabile.

Alcuni difetti: emette gas molto tossici, ha minor rendimento termodinamico, alti costi per manutenzione e consumi elevati.

MOTORE DIESELCon motore diesel si intende un motore a scoppio ad accensione spontanea che utilizza un carburante particolare, detto gasolio (o Diesel dal nome dell’inventore), il quale scoppia senza bisogno dell’ausilio di una scintilla elettrica (come nel caso del motore a benzina). L’accensione avviene facendo riscaldare il combustibile ed iniettandolo nella camera di scoppio direttamente (iniezione diretta, common rail, multijet) o indirettamente (iniezione indiretta). Nel motore diesel la fase utile non viene chiamata scoppio, bensì combustione. In un motore di questo tipo il rendimento è del 24%, i consumi contenuti ma il tasso di inquinamento è maggiore rispetto ad un motore a benzina.

CICLO DIESEL

•0-1: aspirazione•1-2: compressione adiabatica•2-3: isobara (combustione)•3-4: espansione adiabatica•4-1: isocora (breve fuoriuscita spontanea di gas all’apertura della valvola di scarico•1-0: fase di scarico

MOTORE STELLARE

Il motore stellare (o radiale) è un particolare tipo di motore a scoppio (può essere, in teoria, utilizzato sia con combustione a benzina sia a gasolio) nato per equipaggiare aeroplani. Fu sviluppato da U.S.A. e Germania nel periodo compreso fra le due guerre mondiali e divenne in breve tempo lo standard per l’aeronautica dell’epoca fino all’avvento del motore a reazione.Questo motore, grazie alla sua conformazione, è particolarmente adatto agli aeromobili.I pistoni sono collegati tramite delle piccole bielle ad una più grande, che a sua volta fa da tramite fra un pistone e l’albero motore.

MOTORE WANKELIl motore Wankel è un motore a combustione interna, inventato da Felix Wankel nel 1950, di tipo rotativo, ovvero un motore dove il pistone non si muove di moto alternato ma ruota intorno a un asse.Il pistone viene detto “a tre lobi” ed ha una sezione pressoché triangolare, mentre il cilindro è ovale.

In questo tipo di motore il pistone non è collegato all’albero motore tramite una biella, bensì è l’albero stesso a “passare” nel pistone.

Principali vantaggi del motore Wankel:

• Minor numero di componenti e facilità di assemblaggio;• Minore rumorosità;• Meno vibrazioni;• Maggiore leggerezza e alto rapporto potenza/massa;• Minori emissioni inquinanti;• Maggiore potenza a parità di cilindrata con un motore tradizionale;• Assenza di forze d’inerzia del secondo ordine (difficili da bilanciare);• Mancanza del volano (sostituito dallo stesso rotore) e conseguente aumento dell’accelerazione.

Principali svantaggi:

• Elevate escursioni termiche (fino a 900°C) e conseguente deterioramento dei pezzi;• Difficoltà di realizzazione del rotore e del cilindro (leghe costose e macchinari rari e costosi);• Difficoltà nelle fasi di raffreddamento e lubrificazione;• Accensione difficoltosa per la distanza fra candele e punti opposti del pistone (nonostante twin spark);• Aspirazione difficoltosa ai bassi regimi.

Curiosità:

• La Mazda 787B fu l’unica auto dotata di motore Wankel a vincere la 24h di Le Mans;• Fra i primi ad utilizzare auto con questo motore furono gli agenti del KGB;• La Mazda RX-8 sviluppa 231 cv con un 1.3l Wankel contro i 70-80 cv di un motore tradizionale.

TURBINA A GAS E MOTORE A REAZIONE

La turbina a gas è un particolare tipo di motore a combustione interna continuo che sfrutta l’energia di un gas per produrre energia meccanica. Il processo è descritto dal ciclo di Brayton-Joule.

Il motore a reazione segue lo stesso principio della turbina a gas, ma trasforma l’energia del gas combustibile in una spinta con il fine di generare energia cinetica e, quindi, movimento.Esempi classici di motore a reazione sono gli aeroplani costruiti negli ultimi sessant’anni.

Il motore a reazione può essere di due diversi tipi:

• Esoreattore: motore per cui viene immagazzinato solo il combustibile (come nei normali motori a scoppio), mentre il comburente viene preso dall’esterno (aria);

• Endoreattore: motore per cui vengono immagazzinati in due distinti serbatoi sia il combustibile sia il comburente. È un motore che può essere usato in assenza o comunque rarefazione di ossigeno (alta quota, spazio aperto).

IL CICLO BRAYTON-JOULE

1. Compressione adiabatica2. Riscaldamento isobaro3. Espansione adiabatica4. Raffreddamento isobaro

MOTORE NAPIER-DELTIC

MOTORE A 6 TEMPIÈ definito a sei tempi un motore a combustione interna alternativo in cui è presente un riutilizzo dei gas di scarico in altre camere di scoppio per altre combustioni.

MOTORE WOLFHARTAltro esempio di motore rotativo, questa volta sferico, di efficienza superiore al Wankel, ma mai sviluppato. Nasce negli anni ‘70 nella Germania dell’Est, ma l’inventore viene incarcerato dalla STASI (la polizia segreta).

TURBOCOMPRESSIONEIl turbocompressore, noto semplicemente come “turbo”, è il più famoso sistema di sovralimentazione per la automobili dotate di motore benzina o diesel.Il turbo consiste in una turbina che ha il compito di mandare aria a pressione maggiore di quella aspirata dall’esterno nelle camere di scoppio dei cilindri.Grazie a questo meccanismo i motori possono incrementare la potenza generata fino al 60-70% (lampante il caso della Lancia Delta S4 Rally del 1985).L’installazione del turbo, però, comporta un aumento del tempo di risposta nella ripresa dai bassi regimi o con marce alte inserite (specialmente nei motori a benzina); per ovviare a questo problema sono state introdotte due soluzioni:

• Doppia turbina: una turbina classica affiancata da una di dimensioni ridotte che agisce sui bassi regimi;

• Turbina a geometria variabile: turbina che, imitando il meccanismo dei postbruciatori sugli aerei da caccia, modifica la variazione dell'angolo d'incidenza della parte finale della turbina.

Sitografia

• It.wikipedia.org• staff.nt2.it/michele/• web.tiscali.it/acciarriparide/nascita_ed_invenzione_del_motore.htm• www.scuolaelettrica.it/primaria/classe4/tecnologia/tecnologia4.shtml• www.aereimilitari.org/forum/topic/4800-motore-ciclo-bortone/page__st__40• www.alfonsomartone.itb.it/vglavh.html • www.ilpistone.com