Motori a combustione interna

Motore a scoppio a 4 tempi

Funzionamento di un motore a scoppio a 4 tempi

Animazione 3D sulla struttura e il principio di funzionamento di un motore a 4 tempi

Filmato che mostra la successione delle 4 fasi nella camera di scoppio

Motore a scoppio a 2 tempi

Funzionamento di un motore a scoppio a 2 tempi

Candela di accensione: arco elettrico ("scintilla") tra gli elettrodi

Motore diesel

Fasi di funzionamento di un motore diesel

Calcolo della cilindrata di un motore a combustione interna

Bisogna calcolare il volume di un cilindro e poi moltiplicarlo per il numero dei cilindri del motore. Il diametro interno del cilindro viene chiamato alesaggio, mentre l'altezza viene detta corsa. La corsa misura la distanza tra il PMS (punto morto superiore) e il PMI (punto morto inferiore). Sia l'alesaggio che la corsa vengono tipicamente espressi in mm. Ecco quindi la formula per il calcolo della cilindrata:

Esercizio
Calcolare la cilindrata di un motore a 4 cilindri con alesaggio di 80mm e corsa di 100mm.

Motore a reazione

I motori degli aerei moderni basano il loro funzionamento sulle turbine (che abbiamo incontrato parlando delle centrali elettriche). Il principio di funzionamento è molto simile a quello di un motore diesel:

aspirazione del comburente, l'aria incontrata dall'aereo durante il volo: fase di aspirazione
l'aria viene compressa attraverso un sistema di palette rotanti, il compressore: fase di compressione
nella camera di combustione viene iniettato il combustibile, cherosene: fase di iniezione
l'accensione della miscela aria-cherosene ne aumenta la temperatura e si ha un'espansione del gas attraverso la turbina che viene messa così in rotazione (è questa la fase dove si genera lavoro meccanico): fase di combustione-espansione
i gas combusti vengono espulsi a forte velocità dall'ugello di scarico posteriore: fase di scarico.

N.B. Nel motore diesel queste cinque fasi hanno luogo in tempi diversi all'interno della stessa struttura (il cilindro), mentre nel motore a reazione le fasi avvengono contemporaneamente ma in punti diversi.

La figura seguente mostra lo schema delle varie parti di un motore a reazione, e illustra in modo chiaro l'analogia che abbiamo appena descritto (per semplicità il confronto è stato fatto con un motore a benzina dotato di sistema di accensione a candele che, naturalmente, nel motore a reazione non è presente).

Funzionamento del sistema

Il compressore consiste di un certo numero di stadi ciascuno composto da un "rotore" e da uno "statore", cioè delle palette rotanti alternate a palette fisse. Ad ogni stadio si ha un aumento di pressione del flusso d'aria aspirato dalla bocca d'ingresso del motore durante il volo dell'aereo. Notate che il compressore è posto in rotazione dalla turbina (mossa dai gas in forte espansione), tramite un apposito albero di trasmissione. Alla fine del compressore si ha la camera dove viene iniettato il combustibile. Questo, entrando in contatto con l'aria compressa ad alta temperatura, dà luogo alla combustione. L'ulteriore innalzamento della temperatura dovuto alla combustione, fa espandere il gas mettendo così in movimento la turbina. Infine i gas combusti, espulsi violentemente dall'ugello di scarico, generano una spinta sull'aria esterna (azione), a cui corrisponde una spinta di uguale intensità ma contraria dell'aereo in avanti (reazione).

In questo consiste il principio di azione e reazione, che consente all'aereo di muoversi a grande velocità in aria. Il principio di azione e reazione è uno dei principi fondamentali della meccanica, quella parte della fisica che studia le relazioni tra le forze agenti su un corpo e il suo movimento.

Immagine di un motore turbojet degli anni 70 (guerra del Vietnam)