Fasi del motore

Fasi del motore

A)   ASPIRAZIONE

B)   COMPRESSIONE

ESPANSIONE

SCARICO

ASPIRAZIONE

Il ciclo reale che si compie nel motore a benzina inizia con la fase d'aspirazione, ossia con l'introduzione della carica fresca nel cilindro. Il pistone si muove dal pms al pmi, con conseguente incremento della camera di lavoro. La pressione all'interno del cilindro scende a circa 0.1 - 0.2 bar, richiamando la miscela dal carburatore (o dal sistema d'iniezione) all'interno del condotto d'aspirazione.

L'introduzione della carica è resa possibile grazie all'apertura della valvola d'aspirazione, che si verifica con un certo anticipo rispetto al pms (fino a 45 gradi, quindi ben prima che sia terminata la precedente fase di scarico). Ciò consente di sfruttare l'effetto estrattore che i gas di scarico esercitano sulla colonna dei gas freschi, aiutando il pistone a richiamarli nel cilindro.

La valvola d'aspirazione si chiude con un certo ritardo rispetto al pmi (35 - 94 gradi) onde migliorare il riempimento del cilindro sfruttando l'inerzia che i gas freschi hanno acquistato. Quando il motore ha raggiunto la sua normale temperatura di funzionamento, la carica fresca all'interno del cilindro acquisisce una temperatura prossima ai 100 gradi.

COMPRESSIONE

Una volta chiusa la valvola d'aspirazione, il pistone, che ha già superato il pmi, continua la sua corsa verso il pms comprimendo la carica.

La pressione finale raggiunge valori compresi fra gli 8 e 18 bar, legati al rapporto di compressione adottato dal costruttore. Il conseguente incremento della temperatura (che avviene a spese dell'energia cinetica accumulata dal volano e dall'albero motore) porta la miscela a 400-500 gradi. Il rendimento del motore può essere sensibilmente migliorato aumentando il rapporto di compressione (di solito compreso fra 7 e 12). Occorre tuttavia evitare di superare, a fine compressione, la temperatura d'infiammazione della miscela onde escludere la possibilità che si verifichi l'accensione spontanea. La camera di combustione dovrà inoltre essere studiata in modo tale da impedire il verificarsi della detonazione.

ESPANSIONE

Prima che il pistone raggiunga il pms (con un anticipo di circa 10-40 gradi, a seconda del regime di rotazione) viene innescata la combustione per mezzo di una scintilla fatta scoccare fra gli elettrodi della candela. Il fronte di fiamma si propaga in tutte le direzioni (la velocità media è compresa fra i 10 - 30 m/s), lasciando dietro di se i prodotti combusti.

La temperatura raggiunge valori istantanei anche superiori a 2500 gradi, mentre la pressione sale rapidamente a 40-70 bar (questi valori forniti,dipendono dal tipo di motore).

Questa fase, l'unica attiva nell'intero bilancio del ciclo, costituisce la trasformazione dell'energia chimica contenuta nel combustibile in energia termica e quindi meccanica. L'efficienza di questo processo dipende da molteplici fattori, la cui rilevanza è spesso difficilmente ponderabile. Essenziali risultano, infine il disegno della camera di combustione, la qualità del carburante, la turbolenza impressa alla carica e la sua omogeneità. È estremamente importante anche il valore d'anticipo e l'efficienza dell'accensione.

SCARICO

Il pistone ha superato il pms e riprende la sua corsa verso il pmi. La combustione si è completata e, nel corso dell'espansione (aumento del volume della camera di lavoro), la temperatura dei gas è progressivamente diminuita. Prima di raggiungere il pmi la valvola di scarico inizia ad aprirsi (anticipo da 40 a 85 gradi): si preferisce rinunciare alla poca pressione residua nella camera di lavoro (da 3 a 5 bar), per migliorare l'evacuazione dei prodotti della combustione che, altrimenti, diluirebbero la carica fresca richiamata nella successiva fase d'aspirazione, con conseguente peggioramento del rendimento.

La velocità che i gas acquistano all'apertura della valvola di scarico può raggiungere valori prossimi alla velocità del suono. Rapidamente la pressione nel cilindro diminuisce stabilizzandosi a pochi decimi di bar al di sopra di quella atmosferica. I gas combusti continuano ad essere evacuati per tutta la corsa del pistone fino al pms e oltre (ritardo di chiusura può arrivare ad oltre 50 gradi dopo il pms). La valvola d'aspirazione è già aperta: il deflusso dei gas di scarico (la cui temperatura raggiunge 700- 900 gradi0 richiama i gas freschi e il motore (ci si riferisce ad un monocilindrico) è pronto ad un nuovo ciclo. L'albero a questo punto ha compiuto due giri completi.