Motore a scoppio

« Senti che botta che arriva »

(Pistone alla Biella)

Tipico esempio di applicazione di motore a scoppio

Il motore a scoppio è un motore con attivazione a 4 tempi funzionante tramite un carburante di cui la macchina deve esserne costantemente rifornita.

Storia

Nel 1854 Eugenio Barsanti e Felice Matteucci ( fisico ) brevettarono e costruirono il primo motore a combustione interna che abbia mai funzionato. Fin dal 1851 tra i due studiosi inizia, oltre che un rapporto di amicizia, una collaborazione professionale nel campo tecnico scientifico. Le prime esperienze furono eseguite con un cilindro in ghisa munito di stantuffo e di valvole che permise di studiare gli effetti del miscuglio detonante di ossigeno e idrogeno, aria e idrogeno, aria e gas luce. Questi esperimenti servirono anche a capire, oltre al comportamento dello stantuffo, il problema dell'espulsione dei gas di scarico prodotti dalla combustione. L'accensione della miscela avveniva o con scintilla elettrica o piccola fiammella di gas, soluzione quest'ultima presto abbandonata a favore della prima. Da tali esperimenti dedussero che la forza prodotta dalla rapida combustione dava una forte spinta allo stantuffo, che non arrivava però alla fine della corsa se non in due casi:

         Carica di gas molto elevata

         Stantuffo il più possibile libero durante la corsa di andata

Notarono inoltre che quando lo stantuffo arrivava a "fine corsa" ritornava poi spontaneamente e velocemente indietro. Dedussero quindi che ciò era dovuta alla condensazione dei gas che producevano un vuoto e conclusero che era la pressione atmosferica a far si che il pistone tornasse indietro. Si trattava di un motore verticale a stantuffo libero: lo scoppio, all’interno della camera di combustione, avveniva attraverso una miscela di aria e gas illuminante; ciò, proiettava il pistone in aria e per effetto, della depressione che si generava all’interno del cilindro,lo stantuffo ridiscendeva con un movimento controllato da uno speciale dispositivo a dentiera. Attraverso questi procedimenti, si compiva la così detta corsa motrice.

Sotto è riportata una immagine del motore di Eugenio Barsanti e Felice Matteucci.

Successivamente, nel 1860,il francese Lenoir costruì il primo motore a combustione interna che ebbe applicazioni industriali. Era un motore detto a doppio effetto cioè con distribuzione a cassetto in cui la miscela , costituita da aria e gas illuminante, veniva aspirata dal pistone ( all’interno della camera di combustione ) per circa metà corsa, successivamente, si accendeva una scintilla elettrica la quale incendiava il combustibile che a sua volta spingeva lo stantuffo per la seconda metà della corsa compiendo così un giro utile.Il suo rendimento era del 4% e ciò rese notevole la diffusione di tale motore.

Nel 1866 i tedeschi E. Langen e A. Otto costruirono un motore verticale a stantuffo libero, analogo a quello di Barsanti e Matteucci, ma alquanto differente per alcuni accessori come lo speciale innesto tra l’albero motore ed il rocchetto il quale controllava il movimento dello stantuffo.

Questo motore Sostituì ben presto il motore inventato da Lenoir per il minor consumo di combustibile ed un rendimento pari al 12% nonostante le enormi dimensioni di ingombro e le violente vibrazioni che trasmetteva alle strutture di sostegno. Nel 1860 il francese Beau de Rochas ideò il il ciclo a quattro tempi secondo il quale in quattro corse del pistone, all’interno del cilindro si dovevano effettuare le seguenti operazioni:

* 1° cosa: aspirazione della miscela

* 2° corsa: compressione

* 3° corsa: accensione al punto morto e successiva espanzione dei prodotti di combustione                    ( scoppio )              

      * 4°corsa: scarico dei gas combusti

 Tale ciclo  di funzionamento è ancora oggi usato nei motori a quattro tempi.Nel 1877 il tedesco A.Otto costruì il primo motore a quattro tempi che ebbe un notevole successo, segnalando l’inizio della moderna costruzione industriale dei motori a combustione interna. Successivamente, nel 1879, l’inglese D. Clerk ideò e costruì il primo motore in cui venne realizzato il ciclo a due tempi, così detto perché si svolge in due sole corse del pistone. Quasi al termine della corsa motrice, il pistone, scopre una serie di feritoie praticate sulla superficie del cilindro attraverso le quali si scarica la maggior parte dei gas combusti prima che il pistone arrivi al punto morto inferiore. Nel frattempo, da altre  feritoie,  entra nel cilindro un getto di miscela che, prendendo il posto dei gas combusti residui, effettua il lavaggio del pistone e riempie il cilindro che così è pronto per compiere un nuovo ciclo.  

Prof. Enrico Bernardi

Successivamente, nel 1882 , il Prof. Enrico Bernardi, anticipò di ben due mesi a Karl Benz e Gottlied Dailmer l'invenzione del motore a scoppio che sfruttava come combustibile la benzina, un derivato del petrolio. La " Motrice Pia ", dal nome nome della figlia del Bernardi, è l'anello di congiunzione tra le macchine a vapore( esotermiche )ed i motori a scoppio( endotermici ) ove, letteralmente, il fuoco è portato nel cilindro motore per ottenere la trasformazione del calore in lavoro. Il motore di Bernardi è un motore alternativo di tipo atmosferico in quanto non è prevista la fase di compressione e funziona a ciclo Etienne Lenoir a due tempi.Le tre fasi di aspirazione, scoppio e scarico vengono effettuate in due corse del pistone, in un solo giro dell'albero a manovella. La distribuzione avviene con valvole a cassetto, come nelle locomobili a vapore (da qui la parentela) e accensione a fiamma viva. Il suo funzionamento, esemplificando, inizia con la prima fase di aspirazione, quando il pistone allontanandosi dal PMS crea una depressione nel cilindro che aspira la miscela aria-benzina solo sino a meta' corsa. Seconda fase: scoppio; a metà corsa, verso il PMI la carica esplosiva aspirata, viene accesa dalla fiamma attraverso la bocca d'accensione e ne provoca lo scoppio. Terza fase: scarico; superato il PMI il pistone espelle, nella corsa di ritorno al PMS, i gas inerti. Il carburatore e' parte integrante del motore e fa da supporto di base. E' un carburatore a superficie ove l'evaporazione e' attivata dal calore del tubo di scarico, compensando automaticamente il raffreddamento della miscela. La "motrice Pia" ha un alesaggio di 44mm ed una corsa di 80,5mm pari ad una cilindrata di 122,402cc a 200 giri al minuto con 0,024 CV. Venne usata per azionare macchine da cucire e piccole operatrici e, cosa molto importante, per motorizzare il triciclo giocattolo del figlio Lauro nell'anno 1884. E' il primo veicolo semovente al mondo con motore a benzina.

Nel 1885, Bernardi, costruì un motore a quattro tempi denominato " Lauro " dal nome di suo figlio.La concezione di tale motore e' così avanzata che le sue caratteristiche sono oggi ancora attuali: e' un monocilindrico orizzontale con alesaggio e corsa di 85x110 mm, pari alla cilindrata di 624,195 cc. Ha una potenza di 2,5 hp a 800 giri al minuto, con distribuzione a valvole in testa comandate da un'asta con bilanciere doppio e valvola d'aspirazione ad alzata variabile. L'accensione sfrutta un "accenditore" a rete di platino che utilizza la proprietà catalitica di arroventarsi in presenza dell'idrogeno contenuto nella miscela carburata. All'atto della messa in moto viene utilizzata una peretta di gomma per attivare il flusso della miscela prima dell'effetto pompante del pistone. Il prof. Bernardi preferì tale accensione a quella elettrica a mezzo del rocchetto di Ruhmkorff , data la scarsa autonomia delle pile dell'epoca. Il raffreddamento è a liquido con radiatore a tubetti e circolazione attivata dai gas di scarico. La lubrificazione viene assicurata a tutte le parti in movimento da un distributore rotativo d'olio. Il motore inoltre è dotato di filtro per la benzina e per l'aria, ha un silenziatore allo scarico ed un regolatore centrifugo della velocità di rotazione. Il motore "Lauro" è il più vicino alla realizzazione pratica del ciclo termico a volume costante con elevato rendimento e contenuto consumo di benzina, paragonabile a quello dei motori odierni.

Con il passare degli anni, Rudolf Diesel, nel tentativo di evitare e superare i problemi di accensione del motore a combustione interna, brevettò nel 1893 un suo motore nel quale l' accensione, invece che determinata da una scintilla, veniva provocata aumentandone la pressione.Per prima cosa Diesel dovette eliminare la benzina e passare a combustibili meno volatili e più facilmente accendibili come i distillati più pesanti del petrolio ( oggi chiamati gasolio ), gli oli vegetali ( compreso quello di oliva ) e, infine, la polvere di carbone. Anzi, fu proprio quest'ultima che gli permise di costruire e far funzionare il suo motore, poichè all'epoca non erano disponibili pompe di iniezione capaci di polverizzare i combustibili liquidi che, per poter bruciare uniformemente, dovevano essere polverizzati in maniera fine. Con la polvere di carbone, invece, Diesel impiegò in sistema pneumatico, una specie di pompa per bicicletta, che soffiava all'interno del cilindro una nuvola di carbone già finemente polverizzato. Ovviamente il rapporto di compressione dovette salire fino al punto di provocare, nell'aria, una temperatura ed un pressione tali da innestare la combutisione spontanea. Rudolf Diesel non sapeva di avere inventato il motore che, in seguito, sarebbe diventato un campione di economia, grazie al suo elevato rapporto di compressione. Non sapeva neppure che Bosch, avrebbe inventato, nel 1927, una pompa meccanica per poter iniettare un combustibile liquido, il gasolio, e trasformare il diesel da motore pesante e lento, atto solo per navi e locomotive, a propulsore principe per i veicoli industriali.

Diesel, da questo motore, ottenne un rendimento 24% e rese possibili le più importanti applicazioni di motori a combustione interna della tecnica moderna. Non immaginava neppure che, dopo 107 anni dal suo brevetto, il diesel si sarebbe affermato in campo automobilistico al punto di poter effettuare il sorpasso sul motore a benzina.

Successivamente, negli anni Cinquanta, l’inventore tedesco Felix Wankel ideò un motore a combustione interna radicalmente nuovo, in cui il pistone e il cilindro venivano sostituiti da un rotore a tre lobi, rotante in una camera pressoché ovale. La miscela aria-carburante viene aspirata attraverso una luce di ammissione e intrappolata tra una faccia del rotore in rotazione e la parete della camera ovale. Il rotore comprime la miscela e l'accensione viene ottenuta per mezzo di una candela. I gas di combustione vengono quindi espulsi attraverso una luce di scarico per effetto della rotazione. Il ciclo si ripete in corrispondenza di ognuno dei lobi del rotore, producendo così tre corse attive a ogni rotazione. Le dimensioni ridotte del motore Wankel, e il conseguente minor peso rispetto ai motori alternativi, sembravano prospettare a questa soluzione un grande avvenire, anche alla luce dell’aumento dei prezzi del petrolio che caratterizzò gli anni Settanta e Ottanta. I motori Wankel sono praticamente privi di vibrazioni, la loro semplicità meccanica comporta bassi costi di produzione, hanno limitate necessità di raffreddamento e centro di gravità molto basso, che contribuisce alla sicurezza del funzionamento. Nonostante questi vantaggi, la produzione di tali motori, iniziata in Giappone e negli Stati Uniti nei primi anni Settanta, è stata sospesa a causa dell’elevato consumo di carburante e del notevole inquinamento prodotto.

Funzionamento

Il motore a scoppio si basa sull'esplosione di benzina, aria, olio, saliva e criceti tagliati a listarelle sottili (sennò si bloccano nel carburatore).

Inutile cercare di capire cosa succede realmente dentro a quei cilindri. Pier Paolo Pasolini sostiene di averci visto uscire un pinguino che puzzava di Brandy con due belle marmottone a fianco. I Ricercatori Oral-B, tuttavia, smentiscono la validità di questa ipotesi.

Com'è fatto

Il "motore a scoppio" è fatto (non si sa bene di quali sostanze, ma è fatto almeno quanto Tonio Cartonio™) di cilindri, bielle, muesli e frattaglie di DNA. Ci delizia ogni giorno con un trionfo di gas vari (compreso il monossido di carbonio) tali da dover essere tagliati da coltelli Miracle Blade III Serie Perfetta. Come livello di comparazione per la tossicità dei gas di scarico si fa ricorso a uno strumento chiamato petomane campione. La petomania infatti simula le condizioni allo scarico del motore; la lista dei più qualificati collaudatori è posta all'omonima voce di Nonciclopedia.

Rendimento

Il motore ha un rendimento medio pari a 6, tendente al 7. La media è alta e anche il comportamento è buono, però i professori dicono che se volesse, potrebbe impegnarsi di più. Lui dice che tanto gli basta prendersi il suo "pezzo di carta", che tanto certe cose te le insegna l'esperienza. Ma anche no.

Sviluppo e utilizzi

Motore a scoppio che ha deciso di finirla

Il motore a scoppio non si è sviluppato molto, dal momento che all'età di 5 anni vide per la prima volta un accoppiamento tra un antifurto, un fabbro e Platinette, fatto che ne bloccò la crescita.

Le applicazioni del motore a scoppio sono molteplici, vanno dal fermaporta allo schiaccianoci fino alla stufetta a kerosene, generando continui dibattiti tra ecologisti, capitalisti e ginecologi.

Al recente e famosissimo salone di Mazzalasino, è stata presentata l'ultima applicazione di un motore a scoppio: alcuni ingegneri megalomani e aracnofobici hanno creato, in un giorno qualunque, una motosdraia sottovuoto motorizzata, utilissima per andare in fiume la domenica, assieme al vostro salumiere di fiducia. E Bruce Willis.

Sono in sviluppo nuove varianti del motore a scoppio, dopo il fallito esperimento sul motore a peto ispirato da Giuliano Ferrara (purtroppo il motore moriva asfissiato dopo il primo utilizzo). Gli scienziati hanno creato altri due tipi di motori: il motore a gatto imburrato e il motore cricetodinamico. Tuttavia l'ultimo è stato un fallimento poiché occorrevano circa ottocento criceti per spostare un veicolo (e si sa, i criceti non sono esseri piccoli come i cavalli e non possono stare tutti insieme in un motore); il motore a gatto imburrato è ancora in via di perfezionamento, ma presto sarà in commercio: una preparatissima equipe di cinesi si sta prodigando appunto per rendere reale quello che oggi è solo un progetto. Perciò non temete: molto presto le auto a gatto imburrato saranno in commercio e forse proprio tu potresti riceverne un campioncino gratuito.

Tuttora esistono 4 diversi tipi di motore:

• Motore a scoppio
• Motore a gatto imburrato (trattato in precedenza)
• Motore a figa imburrata
• Motore a curvatura

Curiosità

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• Secondo fonti certe presso l'Area 51 si sta progettando un tipo di motore analogo a quello a idrogeno. Difatti usa il comunissimo gas Zyklon B. Il problema è che se si rompe il serbatoio si rischia la scadenza prematura della tua vita.