Motori a combustione interna: funzionamento e rendimento

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Si definisce motore a combustione interna qualsiasi macchina motrice in grado di convertire un carburante in lavoro meccanico attraverso un albero motore.

Il motore a combustione interna permette di convertire l’energia chimica di una miscela aria-combustibile come, ad esempio, la benzina, il diesel, il cherosene, il GPL, il metano o i biocarburanti in energia meccanica grazie al sistema di trasmissione.

Cosa è un motore a combustione interna?

Il motore a combustione interna viene comunemente abbreviato con MCI. Tecnicamente, si tratta di una macchina motrice endo-termica. Per funzionare, ha bisogno di un combustibile, che può essere di vario tipo. Per quanto riguarda il mondo dei motori i carburanti più comuni sono la benzina, il GPL e il metano. Gli aerei, invece, necessitano assolutamente del cherosene. Oggi, però, l’utilizzo dei biocarburanti sta diventando sempre più comune. La salvaguardia dell’ambiente che ci circonda, infatti, sta diventando una tematica molto delicata, a cui si presta sempre più attenzione.

Come funziona il motore a combustione interna?

La conversione dell’energia chimica in lavoro avviene nella camera di combustione. I gas combusti, di qualsiasi tipo essi siano, generano una maggiore pressione e aumento di volume così forte da spingere il pistone verso il basso. A sua volta, il pistone, abbassandosi, produce una rotazione dell’albero motore.

Ogni motore a combustione interna ha bisogno di miscelare un combustibile, che può andare dalla benzina all’alcol, ma sono compresi anche molti altri derivati del petrolio, con un comburente.

I motori sono differenziati in base ai diversi tipi di combustibile, che vengono impiegati a seconda delle esigenze del veicolo.

L’invenzione del primo motore a combustione interna risale al 1853 e viene comunemente attribuita agli italiani Eugenio Barsanti e Felice Matteucci. 

L’anno seguente, nel 1854, furono proprio i due inventori a impiegare un motore a combustione interna per azionare delle macchine utensili.

Giustamente gelosi della loro innovazione, Barsanti e Matteucci depositarono i brevetti contemporaneamente in Regno Unito, Francia, Italia e Germania.

Bisogna sottolineare che i primi modelli erano piuttosto scarsi, perché privi della fase di compressione. Un altro difetto, più grave, era costituito dal fatto che non poteva partire da fermo. Proprio per questa ragione le prime applicazioni pratiche del motore a combustione interna non furono utilizzate su veicoli terrestri, bensì su quelli marini visto che le eliche sono esenti da un momento di inerzia.

Come si raffredda il motore a combustione interna?

Dopo quasi 40 anni di sperimentazioni, solo all’alba del Novecento vennero impiegate delle frizioni in grado di muovere un veicolo terrestre da fermo. Poter azionare un motore a combustione interna senza doverlo spingere ha dato un impulso allo sviluppo dell’automobile che non si più mai più fermato.

Oggi esiste una gamma molto vasta di motori a combustione interna che comprende motori volumetrici, motori a movimento alternativo, motori a movimento rotativo e motori continui. Per non parlare delle turbine a gas, dei motori a reazione o persino degli endoreattore, più comunemente detti motori razzo. Il motore a combustione interna più famoso è, senz’altro, il motore a scoppio.

Oggi la maggior parte dell’energia nel carburante, con percentuali intorno al 70 – 80%, viene convertita in calore e i sistemi di raffreddamento servono a dissipare quel calore. L’operazione di raffreddamento è indispensabile, innanzitutto occorre evitare il surriscaldamento del motore, trasferendo questo calore all’aria. Un motore freddo, inoltre, si usura di meno, è più efficiente e inquina di meno.

Normalmente le automobili montano nel radiatore un circuito separato per il raffreddamento del liquido. L’olio dalla trasmissione viene pompato dalla trasmissione attraverso un secondo scambiatore di calore. Una parte importante è svolta dalla valvola termostatica, ovvero un dispositivo sensibile alla variazione di temperatura. Essa è in grado di aprirsi gradualmente fino a permettere il passaggio completo del fluido giunto alla temperatura giusta per quell’impianto.

Il termostato serve, quindi, a fare in modo che il motore si riscaldi rapidamente, ma che giunto a una determinata temperatura sia in grado di mantenerla costante, evitando che superi il limite massimo. Il termostato agisce, quindi, regolando la quantità di acqua che passa tramite il radiatore. Il processo di base è sostanzialmente meccanico, ma vi è anche necessità di un elemento elettrico, ovvero quello che aziona la ventola di raffreddamento.

Rendimento del motore a combustione interna

L’energia prodotta dalla combustione, ovvero quella dei gas combusti, è superiore all’energia originale dell’aria e del carburante. Ciò spiega l’elevata temperatura e pressione che vengono trasformate in lavoro meccanico dal motore. Nei cosiddetti motori alternativi, la pressione dei gas combusti spinge i pistoni all’interno dei cilindri.

Una volta recuperata questa energia, i gas combusti vengono eliminati, passano attraverso una valvola di scarico. Questo processo può variare in base ai modelli, ma il più delle volte i gas combusti vengono eliminati dopo essere passati attraverso la turbina a gas. Quest’ultima ha il compito di recuperare una determinata parte di quantità di energia che possa comprimere l’aria del comburente.

La fase si conclude con il ritorno nella posizione originaria del pistone. Quest’ultimo momento del processo è detto in termini tecnici “posizione di punto morto superiore”.

Invece, come abbiamo già detto prima, tutto il calore che non è stato trasformato in lavoro deve comunque essere esposto dal motore attraverso un sistema di raffreddamento. Tutti i motori a combustione interna necessitano assolutamente di essere dotati di appositi sistemi di raffreddamento ad aria oppure a liquido.

Ultima modifica: 11 ottobre 2017