Motore a combustione interna

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Sezione di un motore Wankel
Vista completa di un propulsore a combustione interna, ad eccezione del sistema d'accensione
Spaccato di un turbogetto General Electric J85-GE-17A

Il motore a combustione interna (MCI) o motore endotermico, generalmente definito motore a scoppio, è un particolare motore termico nel quale avviene la combustione di una miscela composta da un carburante (benzina) o un combustibile (gasolio, metano, GPL, cherosene ...) e un comburente (aria) all'interno di una camera di combustione, i quali vengono immessi tramite un impianto d'alimentazione. Il calore prodotto è trasformato in lavoro meccanico, mentre il prodotto della combustione è espulso attraverso un impianto di scarico.

L'invenzione può essere ricondotta ad Eugenio Barsanti e Felice Matteucci che già nel 1853 ne dettagliarono il funzionamento e la costruzione in documenti e brevetti depositati in diversi paesi europei (Gran Bretagna, Francia, Italia e Germania)[1].

Indice

[modifica] Classificazione

La classe dei motori a combustione interna comprende una grande varietà di tipologie diverse. In particolare:

Nonostante ciò, è oggi consuetudine non considerare all'interno della classe dei motori a combustione interna i motori a reazione, per esigenze di semplificazione della classificazione.

I motori alternativi si suddividono in base al tipo di ciclo termodinamico in

oppure in base a come viene frazionato il ciclo sul moto alterno in motori

È la tipologia di motore che fornisce l'energia a quasi tutti i mezzi di trasporto su gomma, alla maggior parte delle navi ed ad alcuni treni. Viene usato anche su piccoli aerei ad elica e per produrre energia elettrica a bassa tensione.

[modifica] Principi di funzionamento

Tutti i motori a combustione interna si basano sul processo chimico esotermico della combustione: la reazione di un carburante con un comburente, normalmente aria. Vedi anche stechiometria.

I carburanti più utilizzati oggi sono composti da idrocarburi e sono derivati dal petrolio. I più noti sono benzina, gasolio, metano e GPL. Recentemente sono stati sviluppati prototipi che possono utilizzare anche idrogeno (sia gassoso, sia liquido). La maggior parte dei motori a combustione interna progettati per funzionare a benzina possono bruciare anche metano o GPL senza modifiche a parte quelle necessarie per l'impianto di alimentazione.

I motori a combustione interna vengono classificati in base al sistema di accensione utilizzato per provocare la combustione in motori ad accensione comandata o ad accensione spontanea.

Nei motori ad accensione comandata di solito l'accensione viene comandata attraverso una scintilla ad alta tensione che scocca nella miscela aria-combustibile all'interno del cilindro. La scintilla viene prodotta attraverso una bobina alimentata da una batteria che può essere ricaricata durante il funzionamento attraverso un alternatore trascinato dal motore. Inoltre per l'avvio del motore in condizioni di temperatura esterna e del motore stesso relativamente basse, si utilizza un sistema che serve a garantire un avvio piu facile, chiamato starter.

Nei motori ad accensione spontanea (detti anche motori Diesel) il combustibile viene iniettato nell'aria compressa nei cilindri del motore e la combustione si innesca a causa delle condizioni di pressione e di temperatura dell'aria stessa.

L'energia dei prodotti di combustione, i gas combusti, è superiore all'energia originale dell'aria e del carburante (che avevano una maggiore energia chimica) e si manifesta attraverso un'elevata temperatura e pressione che vengono trasformate in lavoro meccanico dal motore. Nei motori alternativi, è la pressione dei gas combusti a spingere i pistoni all'interno dei cilindri del motore.

Recuperata l'energia, i gas combusti vengono eliminati (spesso attraverso una valvola di scarico) talvolta dopo essere passati attraverso una turbina a gas che recupera una piccola quantità di energia, comunque sufficiente a comprimere l'aria comburente. Al termine di questa fase il pistone torna nella posizione di punto morto superiore. Tutto il calore non trasformato in lavoro deve essere eliminato dal motore attraverso un sistema di raffreddamento ad aria o a liquido.

[modifica] Potenza

La potenza effettiva o potenza meccanica di un motore è la potenza disponibile sull'albero motore considerate tutte le dispersioni. Una delle sue formule è la potenza «per via termica» esprimibile con la formula:

P_{eff} = \rho_a \, \frac{V K^*}{\lambda} \, \lambda_v \, \eta_{cc} \, \eta_{th} \, \eta_i \, \eta_m \, \frac{n}{{\tau \over 2}}

Dove le variabili della formula rappresentano:

ρa è la densità dell'aria, circa pari, ma sempre inferiroe a quella atmosferica nei motori aspirati, più elevata nei motori sovralimentati (generalmente del 20-30%)
V è la cilindrata
K * è la tonalità termica
λ è l'indice d'aria (maggiore di uno per miscele magre, inferiore per miscele grasse)
λv a volte anche detto ηv è il coefficiente di riempimento.
ηcc è il rendimento in camera di combustione
ηth è il rendimento ideale
ηi è il rendimento indicato
ηm è il rendimento meccanico
n è il numero di giri al secondo dell'albero motore
τ è il numero di tempi del motore (quattro, due)

[modifica] Note

  1. ^ Storia del motore a combustione interna

[modifica] Voci correlate

[modifica] Altri progetti


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