Motore a pistoni opposti: storia e tecnologia

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Il motore a pistoni rappresenta il principio cardine del motore moderno. Si è andato sempre più evolvendo nel corso della sua storia.

Analizziamo insieme tutte le caratteristiche tecniche del motore a pistoni, la sua storia, e perché le sue proprietà determinano emissioni e consumi delle auto. Aspetti centrali per ogni automobilista.

Come funziona

 

Il funzionamento dei motori a pistoni si basa su un principio molto semplice: l’uso dei cilindri. I  modi in cui si dispongono i cilindri all’interno dei motori a pistoni a sua volta crea diverse tipologie di motori a pistoni. Le più diffuse geometrie riguardanti la disposizione dei cilindri sono: stellare, in linea, a V, e contrapposta su file orizzontali. Quest’ ultima risulta essere in assoluto quella più utilizzata.

I motori con configurazione stellare offrono molti vantaggi in termini di rapporto peso-potenza. Si usano soprattutto nell’aeronautica. Nascono dall’esigenza di dover alleggerire un veicolo fatto per volare, dal momento che i primi aerei risultavano molto pesanti. Ben presto l’albero motore venne sostituito dall’albero stellare rotativo, molto utilizzato in entrambe le guerre mondiali. In questo tipo di motore, cilindri, pistoni, bielle sono montati sul muso dell’areo. Il movimento dei pistoni è del tutto simile a quello che avviene nell’albero motore tradizionale, ma in questo caso la diversa disposizione dei cilindri genera una diversa erogazione di energia.

Nei motori in linea invece i cilindri venivano disposti in maniera lineare. In questo genere di motori, a differenza dei motori classici, l’albero motore è disposto sopra i cilindri e non sotto, di conseguenza i cilindri esercitano la loro pressione verso il basso.

L’evoluzione dei motori in linea sono i motori a V. I cilindri vengono disposti su una doppia fila. Il ricorso a motori a V nasce dalla necessità di sviluppare potenze e riprese sempre più prestazionali. Nei motori a V i cilindri posti su linee diverse sono collegati tra loro da particolari bielle, che per l’appunto, fanno interagire entrambe le file di cilindri.

I motori in assoluto più economici in termini di potenza e di spazio occupato all’interno di un veicolo sono i motori contrapposti orizzontalmente. Attualmente sono anche i più utilizzati. I motori contrapposti orizzontalmente sono nella maggior parte dei casi a 4 o a 6 cilindri.

Storia

 

I primi brevetti del motore  a pistoni risalgono al 1853. Essi si ritrovano in Francia, Germania, Italia. I loro inventori sono Eugenio Barsanti e Felice Matteucci. Ai primissimi motori mancava la fase di compressione, se ne deduce il perché della presenza della caratteristica scintilla che usciva dal tubo di scarico, conseguente alla pressione del pistone all’interno dei cilindri. Le prime applicazioni di questo motore riguardano l’ambito marittimo, in quanto il motore a pistoni non poteva partire da veicolo fermo. Un problema che le navi  non avevano. I primi veicoli terrestri in grado di partire da fermi si ritroveranno nel 1899, in seguito all’invenzione di frizioni che permetteranno l’avviamento del motore senza che sia necessario spingere il veicolo manualmente. Tutto ciò diede l’impulso al successivo sviluppo dell’automobile.

Ad oggi, ogni auto possiede tipologie di pistoni diversi. Un automobilista non deve sapere necessariamente come funziona un pistone, ma ha l’obbligo di sapere qual è il pistone che meglio si adatta al motore della sua auto. I pistoni si caratterizzano gli uni dagli altri per le canne, i materiali dei quali sono fatti, le geometrie, le strategie utilizzate per garantire un attrito minimo tra di loro. Tutti aspetti che influenzano in maniera determinante i consumi, che bisogna tenere sempre in considerazione. Dal 1920 ad oggi i pistoni si sono andati sempre più evolvendo e si sono sempre più adattati alle esigenze del mercato, proprio per economizzare in termini di emissioni e consumi.

Tecnologia

 

La tecnologia alla base del motore a pistoni si basa su una reazione esotermica, che avviene all’interno della cosiddetta camera di combustione, tra un carburante e l’aria. Questa reazione genera un effetto  a catena grazie al quale si attivano tutte le componenti del motore. Il principale problema di tutti i motori a pistoni è rappresentato dal carburante e dal sistema di consumi. Gli impianti che permettono il funzionamento del motore a pistoni sono: impianto di accensione; impianto d’avviamento; impianto d’alimentazione; impianto di raffreddamento; impianto di scarico. In riferimento all’impianto di accensione, va ricordato che questo sistema è presente solo nei motori ad accensione comandata e permette l’inizio della combustione

La maggior parte dei carburanti utilizzati per i motori  a pistoni sono formati da idrocarburi, e sono: benzina, GPL, gasolio, metano. In epoca moderna sono stati creati dei motori che funzionano grazie all’idrogeno. I sistemi di accensione che innescano la reazione nella camera di combustione si suddividono in due grandi categorie: i motori ad accensione comandata, e i motori ad accensione spontanea. L’accensione comandata avviene attraverso una scintilla ,viene fatta scoccare attraverso un cilindro al’interno della camera di combustione tramite il sistema d’accensione dell’ auto. L’accensione spontanea avviene nei motori a diesel. In pratica il combustibile viene iniettato direttamente nell’aria compressa dai cilindri, facendo innescare spontaneamente la reazione che attiva il motore.

Una volta avvenuta la formazione di gas combusti, che rappresentano l’energia del motore, quelli in più vengono scaricati dall’auto attraverso dei canali di scarico. Nelle auto moderne ci sono particolari strumenti nel motore che permettono il recupero di tali gas e dell’energia residua, affinché venga riutilizzarla. L’energia del motore è espressa in calore e pressione. Tutto il calore non utilizzato viene eliminato dal sistema di raffreddamento, che può essere a liquido o ad aria.

Ultima modifica: 3 Luglio 2018