Il Motore 

Un motore è una macchina capace di trasformare una sorgente di energia, che può essere in forma chimica (in presenza di un combustibile), elettrica o termica, in una energia meccanica o lavoro meccanico.

In senso filosofico, un motore è l'ente che causa il movimento o il cambiamento di altri enti ad esso collegati: Aristotele parlava di "motore immobile", termine ripreso anche da altri filosofi, per indicare la causa prima dell'universo, cioè l'oggetto o il soggetto che (secondo la sua filosofia) stava al principio della catena di cause ed effetti che muoveva il mondo.

 

Principi generali

La gran parte dei motori di uso comune sono alternativi e/o rotativi, e producono questo lavoro sotto forma di una coppia o una forza su un asse; altri producono soltanto una forza lineare.
Gli unici esempi di motori esclusivamente rotativi sono il motore elettrico e il motore Wankel.

 

Storia

Uno dei primi motori come viene inteso oggi fu la macchina a vapore, in cui viene prodotto del vapore d'acqua surriscaldato in una caldaia, capace poi, espandendosi entro un cilindro, di produrre una spinta alternativa su un pistone. Tale moto può essere trasferito a una ruota o ad un volano attraverso un meccanismo biella-manovella.
Sul finire del XIX secolo, lo sviluppo del motore a scoppio rese possibile il grande sviluppo dell'industria automobilistica e, in seguito, la nascita dell'industria aeronautica.
Dopo la seconda guerra mondiale, le esigenze del volo richiesero lo sviluppo dei motori a getto, mentre la nascita del volo spaziale permise il grande sviluppo dei motori a razzo e, in particolare del motore a razzo chimico.
Negli ultimi anni, le esigenze del volo interplanetario stanno imponendo la ricerca verso nuove soluzioni, in particolare nel campo dei motori a razzo a propulsione non chimica.

Nel campo dei motori per applicazioni automobilistiche, la ricerca è invece fortemente orientata verso soluzioni che riducano i consumi e le emissioni di sostanze inquinanti nell'ambiente.

 

Classificazione dei motori

 

Motore elettrico

 

Motore termico

motore a combustione interna

 

motore a combustione esterna

 

Altri tipi di motori

 

 

 

Motore alternativo a combustione interna

 

 

Animazione

 

Il motore alternativo a combustione interna (detto anche motore a scoppio) è un particolare tipo di motore a combustione interna di tipo "volumetrico" in cui una miscela di aria e carburante (generalmente benzina o altro) viene incendiata e bruciata in un cilindro. Utilizzando la forza di espansione data dalla combustione viene spinto un pistone, che perciò si sposta.

Nei motori alternativi il movimento del pistone si trasferisce a un complesso biella - albero motore, trasformandosi in movimento rotatorio.

Vi sono una pluralità di motori a scoppio, in tutti vi è però il ripetersi di un ciclo termodinamico simile:

1.      aspirazione

2.    compressione e combustione

3.    espansione (fase utile)

4.    scarico

L'aspirazione e lo scarico servono per lo scambio dei gas e per preparare il nuovo ciclo, mentre la compressione ed espansione producono la trasformazione chimica attraverso energia termica (calore) ed energia potenziale (pressione) in energia meccanica (potenza).

Queste sono le quattro fasi di un pistone.

1. La fase di aspirazione: il pistone scende verso il punto morto inferiore (PMI). La valvola di aspirazione e' aperta per permettere l'ingresso della miscela aria benzina.

2. La fase di compressione: il pistone sale verso il punto morto superiore (PMS). Le due valvole, d'aspierazione e di scarico, sono chiuse.

3. La fase di scoppio: dall'elettrodo della candela, scocca la scintilla che innesca la fase di combustione.

4. La fase di espansione: lo scoppio spinge il pistone verso il PMI.

5. La fase di scarico: il pistone sale verso il PMS, la valvola di scarico si apre e i gas vengono spinti fuori.

 

 

 

Motore a combustione interna

 

 

Il motore a combustione interna, è un particolare motore termico nel quale, attraverso la combustione di carburante all'interno di un fluido (generalmente aria), si produce lavoro meccanico. Il fluido che produce questo lavoro (fluido motore) è lo stesso in cui avviene la combustione per questo motivo il motore viene definito a combustione interna.

 

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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 gas di petrolio liquefatto. La maggior parte dei motori a combustione interna progettati per funzionare a benzina possono bruciare anche metano o gas di petrolio liquefatto (GPL) senza modifiche a parte quelle necessarie per l'impianto di alimentazione.

I motori a combusione interna vengono classificati in base al sistema di accensione utilizzato per provocare la combustione in motori ad accensione comandata o ad accensione per compressione. Nei motori ad accensione comandata di solito l'accensione viene comandata attraverso una scintilla ad alta tensione che scocca nella miscela della 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. Nei motori ad accensione per compressione (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 calore 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). 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 raffredamento ad aria o a liquido.

 

 

Pistone

 

 

Il pistone è una parte mobile di un motore alternativo.

Nell'uso corrente, il pistone scorre all'interno di una cavità a sezione (generalmente circolare) regolare, detta cilindro grazie alla differenza di pressione esistente tra le due facce del pistone stesso.

    

 

Biella

 

La biella è un elemento meccanico dotato di moto roto-traslatorio che trova la sua tipica applicazione nel meccanismo biella-manovella, ovvero nel meccanismo che generalmente permette di trasformare un moto rettilineo alterno in un moto rotatorio continuo e viceversa.

In un motore la biella, in corrispondenza delle sue estremità, è collegata al pistone ed alla manovella dell'albero motore. In particolare, la biella può ruotare rispetto al pistone ed alla manovella, così che la sua posizione angolare può variare allo scorrere del pistone e al ruotare della manovella. La parte collegata alla manovella viene detta testa di biella mentre l'estremità opposta, quella vincolata al pistone, è detta piede di biella. La parte tra le due si chiama fusto.

Nei motori detti a 4 tempi, la testa di biella è scomponibile a metà e il semicerchio che ne deriva viene chiamato cappello. Esso permette di vincolare la biella alla manovella mediante l'utilizzo di 2 bulloni (vite più dado).

Nei motori, invece, detti a 2 tempi la testa di biella non è scomponibile e per vincolarla alla manovella dell'albero motore, quest'ultimo deve essere scomposto e poi ricomposto.

In tutti e due questi tipi di motori, il piede di biella non è scomponibile e viene vincolato al pistone utilizzando uno spinotto passante che rimane in sede grazie a due anelli di tenuta (denominati anelli Seeger) inseriti in cave presenti nel foro di alloggiamento dello spinotto nel pistone.

 

 

 

 

Albero

 

L'albero meccanico è generalmente costruito in acciaio e di forma cilindrica, tutti i tipi di alberi meccanici sono adibiti alla trasmissione, e sono classificati in funzione del loro impiego e della loro forma.

Esistono tre tipi di albero meccanico: il primo è l'albero di trasmissione semplice, il secondo è l'albero flessibile e il terzo è l'albero a gomiti o eccentrico.

 

                       

 

L'albero (meccanico) all'interno del motore, più precisamente l'albero motore, è adibito alla trasmissione del movimento rotatorio impresso dal sistema pistone-biella-manovella

 verso il cambio di velocità.

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Esso è formato da due perni di banco e una manovella, a sua volta formata da dei bracci di forma semicircolare e del bottone di manovella, dove appoggia il piede della biella.