Ciclo otto: storia e funzionamento

996 0
996 0

Si parla di ciclo Otto, o meglio conosciuto come ciclo Beau de Rochas: che cos’è e come funziona? Vediamolo in questa guida.

Il ciclo Otto è un ciclo termodinamico impiegato nei motori a combustione interna (specie in quelli alimentati a benzina). Il funzionamento del Ciclo Otto è ancora alla base della quasi totalità dei motori a benzina delle auto, nonostante l’invenzione risalga alla fine del XX secolo. Vediamo di capire meglio il funzionamento e l’evoluzione storica del Ciclo Otto.

Cosa è un Ciclo Otto?

Come già anticipato in premessa il Ciclo Otto o Ciclo Beau de Rochas non è altro che il ciclo “principe” che rimane alla base del funzionamento della maggior parte dei propulsori a combustione interna, alimentati dalla benzina.

Alla base dei motori a scoppio, il Ciclo Otto consente funzionamento dei motori che sono alimentati da un impianto costruito ad hoc e scaricano i gas di scarico mediante un impianto di scarico.

Il Ciclo Otto è un’invenzione oltre secolare, ben 130 anni dalla sua invenzione e, tuttavia, si continua a distanza di anni ad utilizzarlo sebbene l’innovazione tecnologica ed ingegneristica.

Quello che è effettivamente cambiato da 130 anni fa ad oggi è il fatto di aver introdotto: compressori, elettronica, sensori, marmitte etc.

Diverse sono le fasi descrittive che costituiscono il Ciclo Otto: durante la fase di aspirazione, l’aria viene aspirata e si miscela con la benzina nel carburatore e la miscela di aria-carburante viene compressa.

La miscela viene accesa da una scintilla e l’elevata pressione di compressione che agisce sul pistone crea il vero lavoro del propulsore. Successivamente, i gas di scarico sono scaricati verso il terminale di scarico per poi ricominciare con un altro ciclo.

Chi ha inventato il ciclo a otto?

Come si può intuire dalla denominazione del ciclo, deve il nome Nicolaus Otto, l’inventore di questo famoso ciclo ancora utilizzato e, fin dalla sua invenzione nell’anno 1876, il ciclo a Otto è stato continuamente sviluppato e si è evoluto nel corso del tempo.

Nikolaus August Otto è il fondatore di questo famoso ciclo termodinamico; nato a Holzhausen an der Haide nel 1832 è stato un ingegnere tedesco e inventore del primo motore a combustione interna, nonostante le rivendicazioni legali sulla paternità.

Dopo aver espletato diverse ricerche sul funzionamento dei motori di Lenoir, l’ingegnere tedesco iniziò a dedicarsi alla realizzazione di esperimenti sui motori a combustione interna.

Nel 1862 Otto iniziò a brevettare un primo prototipo a quattro tempi e, decorsi due anni, assieme all’ingegner Eugen Langen, fondò l’impresa N. A. Otto & Cie che mise in prodizione il primo modello di motore a basso consumo. Ciò consentì ai due ingegneri di aggiudicarsi la Medaglia d’Oro per l’invenzione.

Dalla fondazione del motore, Otto ebbe il tempo di apportare migliorie funzionali e lo rese molto più compatto e leggero. In effetti, sulla vicenda dell’invenzione vi furono delle dispute brevettuali.

Il propulsore a quattro tempi venne inventato nel 1860 da Christian Reithmann e da Alphonse Beau de Rochas che promosse un’azione giudiziaria.

L’ingegnere tedesco Nicolaus Otto divenne l’inventore del motore a quattro tempi e Christian Reithmann rinunciò per iscritto a rivendicare il primato dell’inventore Otto come padre del motore a quattro tempi.

I Fisici toscani Felice Matteucci con Eugenio Barsanti presero parte allo sviluppo del motore a ciclo Otto: si trattava di un motore verticale a stantuffo libero, il cui scoppio avveniva attraverso una miscela di aria e gas.

Descrizione del ciclo Otto

Come già anticipato, il motore a combustione interna, utilizzato nella maggior parte dei motors, è un esempio di motore termico, che trasforma in energia meccanica l’energia che si propaga dalla combustione di un combustibile liquido o gassoso.

Il motore a quattro tempi ideato da Otto era composto da due parti principali: un carburatore, dove si creava una miscela esplosiva di aria e combustibile (benzina), e un cilindro chiuso da un pistone.

Dal punto di vista descrittivo, le fasi che costituiscono il famoso ciclo di Otto sono ascrivibili alle seguenti:

  • fase di aspirazione
  • fase di compressione
  • fase di combustione (scintilla)
  • fase di espansione o scoppio
  • fase di scarico

Il funzionamento del Ciclo Otto è relativamente semplice e lo si può descrivere in questo modo seguente:

1) Aspirazione: il pistone “transita” da un punto morto superiore ad un punto morto inferiore. La valvola di aspirazione si apre e la miscela (benzina) viene immessa all’interno della camera di combustione.

2) Compressione: la valvola di aspirazione si chiude e il pistone si risposta in fase iniziale al punto morto superiore.

3) Combustione (Scintilla): mediante la scintilla, la benzina si incendia e il calore generato dalla combustione interna provoca un incremento di pressione.

4) Scoppio (Espansione): l’incremento della pressione cagiona nuovamente il “transito” del pistone dal punto morto superiore al punto morto inferiore.

5) Scarico: il pistone è fermo sul punto morto inferiore, la valvola di scarico si riapre e i gas di combustione vengono espulsi attraverso il condotto di scarico. Alla fine di questa fase di espulsione dei gas di scarico, la valvola di scarico si richiude e potrà ripetere un nuovo ciclo.

Come si evince dalla spiegazione, è molto semplice comprendere il funzionamento del Ciclo Otto: il tutto si basa sulla combustione di una miscela di combustibile-aria e riguarda in particolare i motori a benzina.

Attenzione si parla di ciclo di un motore a pistoni nel senso che vi è un susseguirsi, durante la fase di funzionamento, di trasformazioni che il fluido subisce all’interno di un cilindro.

Legato al ciclo Otto è il motore a ciclo Atkinson, un tipo di propulsore alternativo a combustione interna inventato da James Atkinson nel 1882.

Esso un comune motore a ciclo Otto con un manovellismo o una rotazione dell’albero motore revisionato in modo tale da ottenere una maggiore efficienza. La finalità era quella di competere col ciclo Otto.

Nella sua versione originale, il motore a ciclo Atkinson richiede una sola rotazione dell’albero motore mantenendo del tutto inalterate le fasi del motore a ciclo Otto.

Proprio per il manovellismo dell’albero motore, la fase di espansione (cifrare descrizione del Ciclo Otto) è maggiore di quella di compressione.

In questo modo Atkinson è riuscito nel suo intento di ottenere un maggiore rendimento rispetto al ciclo Otto, senza violare il brevetto dello stesso. Una mossa davvero ingegnosa e strategica.

Ultima modifica: 12 ottobre 2017