motore a scoppio: la scoperta che ha rivoluzionato i trasporti

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Il motore a scoppio fu un’invenzione straordinaria che rivoluzionò per sempre la storia dei trasporti. Ripercorriamo l’invenzione e la storia.

Nell’anno 1854, Eugenio Borsanti e il fisico Felice Matteucci, brevettarono e costruirono il primo motore a combustione interna della storia. Fin dall’anno 1851, tra i due studiosi iniziò un grande rapporto di amicizia e una collaborazione professionale nel campo delle scienza e dello studio di nuove tecnologie. I primi studi furono condotti da Borsanti e Matteucci utilizzando un semplice cilindro in ghisa, munito di stantuffo e di valvole; questo semplice strumento permise ai due studiosi italiani di studiare quali fossero gli effetti del miscuglio detonante di ossigeno ed idrogeno, aria e idrogeno e infine aria e gas luce.

Gli esperimenti condotti dai due studiosi, furono determinanti per riuscire a comprendere il comportamento dello stantuffo e il problema dell’espulsione dei gas di scarico che venivano prodotti dalla combustione. La miscela veniva innescata attraverso una scintilla elettrica o attraverso una piccola fiammetta di gas; tuttavia quest’ultima soluzione venne presto abbandonata. La deduzione di questi esperimenti fu che la forza, prodotta da una combustione rapida, generava una forte spinta allo stantuffo che tuttavia non arrivava ancora alla fine della corsa.

I due studiosi notarono che quando lo stantuffo arrivava a fine corsa, esso ritornava poi velocemente e spontaneamente all’indietro. Fu facile per i due studiosi dedurre che ciò avveniva grazie alla condensazione dei gas che producevano un vuoto; la conclusione fu che era la pressione atmosferica a garantire che il pistone tornasse indietro. Questo modello di motore rudimentale studiato era un motore verticale a stantuffo libero. Lo scoppio avveniva all’interno della camera di combustione attraverso una miscela di aria e gas illuminante, che proiettava il pistone in aria.

Definizione

Per motore a scoppio (più propriamente definito motore a combustione esterna), si intende una macchina motrice di tipo endo termico; il funzionamento del motore a scoppio è determinato dalla conversione dell’energia chimica, all’interno di una miscela costituita da combustibile e aria (benzina o diesel), in energia meccanica. Il responsabile di questa traduzione di energia è l’albero motore e generalmente il sistema di combustione.

In un motore a scoppio, all’interno della camera di combustione si genererà un’alta pressione, a causa dei gas combusti, che andranno a generare un aumento di volume, andando a spingere il pistone verso il basso; Il movimento del pistone andrà di conseguenza a generare la rotazione dell’albero motore. La miscela che viene impiegata in un motore a scoppio, per generare la combustione è appunto il combustibile. Esistono diverse tipologie di combustibili impiegati per la combustione dei motori a scoppio; si può utilizzare la benzina, il gasolio, il GPL o altri tipi di derivati del petrolio. L’ossigeno presente nell’aria, avrà la funzione di agire come comburente.

A seconda di quello che sarà il tipo di combustibile impiegato per il funzionamento di un motore a scoppio, andranno di conseguenza a variare le caratteristiche del motore e il suo impiego.

Caratteristiche

Per comprendere le caratteristiche del motore a scoppio, sarà fondamentale comprendere prima di tutto il funzionamento dei pistone. Quest’ultimo scende nel cilindro effettuando una sorta di aspirazione, esattamente come una comune pompa aspirante; la miscela viene nebulizzata e tramutata in una nebbiolina caratterizzata da tante piccole goccioline di benzina sospese nell’aria. L’entrata avverrà attraverso un’apposita valvola, detta appunto valvola di aspirazione. Quest’ultima si aprirà con un comando del motore.

Una volta che il pistone sarà giunto in fondo al cilindro, il pistone verrà spinto verso l’alto della manovella alla quale esso è congiunto. In questa condizione, entrambe la valvole saranno chiuse e il cilindro risulterà chiuso ermeticamente. Il pistone dunque salendo, andrà a comprimere la miscela in un volume 7, 8 volte minore del volume precedente. Quando poi il pistone sarà giunto quasi all’estremità della sua corsa, la candela farà scoccare una scintilla elettrica tra due puntine metalliche. La miscela andrà a bruciare con grande rapidità, trasformandosi in gas; a questo punto, le altissime temperature che si svilupperanno saranno in grado di far espandere i gas che andranno a premere sulla camera di scoppio.

La parete del pistone andrà a cedere, ed esso verrà spinto in basso. Grazie alla biella, il pistone darà luogo alla rotazione dell’albero a gomiti e questo attiverà tutti gli organi della trasmissione. L’albero a gomiti sarà spinto dal volano, e spingerà nuovamente il pistone verso l’alto; nello stesso tempo la valvola di scarico si aprirà; lo stantuffo potrà in questo modo spingere all’esterno tutti i gas bruciati. Una volta giunta all’estremo superiore, la valvola di scarico andrà poi a richiudersi, e allo stesso tempo la valvola di aspirazione si aprirà, dando luogo ad un nuovo ciclo di combustione. La miscela verrà compressa nel cilindro prima di essere bruciata, poiché quando essa sarà incendiata, si trasformerà in gas. Questi ultimi saranno enormemente compressi in poco spazio, andando a premere sul cilindro e il pistone con una grande potenza.

I primi modelli

Il primo modello di motore a scoppio funzionante, fu realizzato da Eugenio Barsanti e Felice Matteucci. Successivamente nell’anno 1860, il francese Lenoir, riuscì a costruire il primo motore a combustione interna, al quale seguì una massiva produzione industriale. Si trattava di un motore definito a doppio effetto, ovvero dotato di una particolare distribuzione a cassetto. In esso, la miscela era costituita da aria e gas illuminante, che veniva aspirata dal pistone all’interno della camera di combustione.

Questo avveniva per circa metà corsa; successivamente una scintilla elettrica si accendeva, andando ad incendiare il combustibile, che a sua volta andava a spingere lo stantuffo per la seconda metà del percorso; in questo modo veniva compiuto un giro utile. Il rendimento di questo motore era del 4 per cento, e per questo motivo la diffusione di questo motore fu particolarmente importante.

Successivamente nell’anno 1886, i tedeschi E. Langen e A. Otto, progetteranno e costruiranno un motore verticale a stantuffo libero, assolutamente analogo a quello degli italiani Barsanti e Matteucci; tuttavia il motore dei tedeschi era leggermente differente, per via di alcuni accessori. In particolare lo speciale innesto tra l’albero motore e il rocchetto, andava a controllare il movimento dello stantuffo.

Ultima modifica: 20 Marzo 2018