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Il Motore 4
tempi (Quinta parte)
Articolo numero 23 - 13/12/2009
Nelle scorse parti abbiamo avuto occasione
di trattare alcuni degli organi fondamentali di un motore 4 tempi.
Ora possiamo parlare del funzionamento. Partiamo dallo spiegare il
motivo del nome che questo motore porta: 4 tempi. Il ciclo completo
di questo motore avviene in quattro fasi, appunto, 4 tempi. Queste
fasi sono: -Aspirazione -Compressione -Combustione ed
espansione -Scarico

Immaginiamo che il pistone stia occupando
la sua posizione più alta, ovvero, il punto morto superiore
(PMS). Il pistone, trascinato dalla biella, inizia la propria discesa
verso il punto morto inferiore (PMI), ovvero la posizione più
bassa che il pistone può occupare nel cilindro, mentre la
valvola di aspirazione si apre. L'albero motore sta ruotando
passivamente di mezzo giro, reduce dal precedente ciclo, e impone la
discesa del pistone attraverso la biella. La discesa del pistone e
l'apertura della valvola di aspirazione provocano l'aspirazione
di un certo volume di miscela aria/benzina che dipenderà dalla
cilindrata.
A questo punto, il pistone incomincia a
risalire, grazie ad un altro mezzo giro dell'albero motore, mentre la
valvola di aspirazione si chiude. Questo determina la compressione
della miscela aria combustibile, poiché il pistone in risalita
applica una certa forza ad un gas che non ha possibilità di
sfuggire. L'aria è elastica, quindi può essere
compressa, e infatti, mentre il pistone sale, si riduce di volume. Il
rapporto tra il volume posseduto dall'aria alla fine della fase di
aspirazione e quello posseduto alla fine della fase di compressione
rappresenta il rapporto di compressione (RDC).
Quando il pistone è risalito al
PMS, tra l'anodo e il catodo della candela scocca la scintilla che
accende la miscela aria/benzina. Ha inizio la combustione che
genera il riscaldamento della miscela. A causa delle proprietà
fisiche dei gas, quando un gas è sottoposto a riscaldamento,
questo si espande. L'espansione dei gas in corso di
combustione genera un insieme di forze che determina lo spostamento
del pistone verso il PMI. Le valvole sono chiuse, mentre le pareti
del cilindro e il cielo della testa non hanno possibilità di
assecondare l'espansione dei gas. L'unico elemento mobile è il
pistone che inizia la propria corsa verso il PMI. Durante la discesa,
il pistone spinge sulla biella e provoca una mezza rotazione
dell'albero motore. Questa è l'unica fase in cui non è
il sistema biella-manovella a determinare lo spostamento del pistone,
ma al contrario è il pistone a mettere in movimento questi
organi. Giunto al PMI, il pistone avrà impresso all'albero
motore tutta l'energia necessaria a ottenere trazione e a rendere
possibile un nuovo ciclo.
Nell'ultima fase, quella di scarico,
il pistone risale verso il PMS spinto passivamente dall'albero motore
che esegue un ultimo mezzo giro. Nel frattempo la valvola di scarico
si apre e i prodotti di combustione vengono spinti fuori dalla camera
di combustione.
Ora il motore è tornato allo stato
iniziale ed è pronto per un altro ciclo.
Vediamo qualche numero: -Le fasi di un
intero ciclo sono quattro -In ogni fase l'albero motore ruota di
mezzo giro, per un totale di due giri completi per ogni ciclo di
quattro fasi -Di questi quattro "mezzi giri" dell'albero
motore, solo uno è indotto dal pistone. Gli altri tre sono
passivi e indotti dall'energia immagazzinata dagli elementi
dell'albero motore stesso (soprattutto i bilanceri) durante la spinta
del pistone.
In questo articolo sono state volutamente
trascurate le questioni relative all'anticipo dell'accensione a
all'anticipo e ritardo di apertura e chiusura delle valvole. Notizia
riguardo all'anticipo dell'accensione sono contenute nell'Articolo
numero 7, intitolato "La centralina d'accensione".
di Andrea Pastore
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