Motore a quattro tempi: come funziona e quali sono i suoi vantaggi
Un motore a quattro tempi, o colloquialmente a quattro tempi, è un motore a combustione a pistoni che funziona a quattro tempi. Ciò significa che il ciclo di lavoro del motore avverrà durante quattro corse del pistone e due giri dell'albero motore.
I cicli di lavoro sono leggermente diversi per motori a scintilla e motori diesel a seconda di come viene accesa la miscela. Quindi diamo un'occhiata a come funzionano un motore a quattro tempi a benzina e un motore a quattro tempi diesel.
Sommario
Funzione motore a quattro tempi
Poiché i cicli di lavoro dei motori benzina e diesel sono leggermente diversi, parleremo di entrambi separatamente.
Motore a benzina a quattro tempi
1. Colpo di aspirazione
Man mano che il pistone si sposta verso il basso, lo spazio sopra il pistone aumenta e, contemporaneamente, si aprono anche le valvole di aspirazione. Ciò provoca una caduta di pressione sopra il pistone (la pressione sopra il pistone è inferiore alla pressione atmosferica). Questa differenza di pressione consentirà al motore di aspirare l'aria necessaria nei cilindri attraverso il tubo di aspirazione.
Pistoni motore: come funzionano?
Tuttavia, oltre all'aria stessa, entra anche il carburante nei cilindri. Aria e carburante insieme formano una miscela infiammabile. La miscela di accensione si forma nei canali di aspirazione, nel collettore di aspirazione o nel cilindro, a seconda della tecnologia di iniezione del carburante.
2. Compressione
Dopo che il pistone raggiunge il suo punto morto inferiore e termina la fase di aspirazione, inizia a muoversi verso l'alto. Il pistone comprime la miscela con il suo movimento verso l'alto, che di conseguenza si riscalda e, poiché non può espandersi, aumenta anche la pressione.
Rapporto di compressione: che effetto ha sul motore?
L'elevata temperatura e pressione favoriscono la vaporizzazione del carburante e la sua miscelazione con l'aria, rendendo la miscela più esplosiva. Tuttavia, la miscela non deve essere compressa troppo durante la compressione in modo che non raggiunga la temperatura di autoaccensione del carburante (combustione per detonazione). Durante la compressione, le valvole di aspirazione e scarico sono chiuse.
3. Espansione
Durante questa fase inizia il processo di combustione. Una scintilla salta sulla candela e accende la miscela compressa. Dopo l'accensione, la miscela inizia ad espandersi, spingendo il pistone e spostandolo verso il basso fino al suo punto morto inferiore, convertendo l'energia termica in lavoro meccanico.
4. Scarico
Durante questa fase le valvole di scarico si aprono per consentire l'uscita dei gas di scarico dal cilindro. Al termine dell'espansione, la pressione nel cilindro è superiore alla pressione atmosferica, a causa della quale i gas di scarico vengono espulsi dal cilindro. Il pistone spinge fuori i gas di scarico rimanenti mentre si sposta verso il suo punto morto superiore.
Tuttavia, per migliorare lo svuotamento del cilindro, le valvole di scarico si chiudono solo dopo che il pistone ha raggiunto il suo punto morto superiore e le valvole di aspirazione sono già aperte.
Dopo che tutti e quattro i cicli sono terminati, il ciclo di lavoro del motore ricomincia.
Motore diesel a quattro tempi:
Il principio di funzionamento di un motore diesel a quattro tempi è molto simile al funzionamento di un motore a benzina a quattro tempi. La differenza principale è che nei cilindri viene aspirata solo aria pulita. Dopo essere stato compresso e riscaldato, il gasolio viene iniettato e la miscela risultante viene incendiata dal calore di compressione.
1. Colpo di aspirazione
Il pistone si sposta dal punto morto superiore verso il basso fino al punto morto inferiore, aumentando lo spazio sopra il pistone e aprendo le valvole di aspirazione. Ciò fa entrare la quantità d'aria necessaria nei cilindri attraverso il tubo di aspirazione.
2. Compressione
Dopo che il pistone raggiunge il suo punto morto inferiore e termina la fase di aspirazione, inizia a muoversi verso l'alto. Il pistone viaggia così dal suo punto morto inferiore al suo punto morto superiore mentre il suo movimento verso l'alto comprime l'aria, che di conseguenza si riscalda ma ne aumenta anche la pressione.
Appena prima che il pistone raggiunga il suo punto morto superiore, il carburante viene iniettato nella camera di combustione, che viene miscelato, vaporizzato e acceso, provocando l'espansione.
3. Espansione
Dopo l'accensione della miscela, l'energia termica del carburante viene rilasciata dalla combustione, che si manifesta con un aumento della pressione del gas nel cilindro. Pertanto, la pressione del gas agisce sul pistone del motore, che converte l'energia termica del carburante in lavoro meccanico del motore. Durante l'espansione, il pistone del motore si sposta dal punto morto superiore al punto morto inferiore.
4. Scarico
Durante l'ultima parte del ciclo di lavoro di un motore diesel a quattro tempi, il pistone si sposta dal punto morto inferiore al punto morto superiore con le valvole di scarico aperte. Ciò significa che il pistone spinge i gas di scarico attraverso il sistema di scarico nell'aria con un movimento verso l'alto. Le valvole di scarico vengono chiuse appena prima che il pistone raggiunga il suo punto morto superiore.
Sistema di scarico: quali sono i suoi componenti principali?
Lo stesso vale per un motore diesel a quattro tempi e un motore a benzina a quattro tempi. Dopo che tutti e quattro i cicli sono terminati, il ciclo di lavoro del motore ricomincia.
Un turbocompressore viene spesso utilizzato per i motori a quattro tempi per creare pressione di sovralimentazione. In passato, tuttavia, la turbocompressione dei motori mediante un compressore era relativamente diffusa. Ma diamo un'occhiata ai vantaggi e agli svantaggi di un motore a quattro tempi rispetto a un motore a due tempi.
Vantaggi di un motore a quattro tempi:
- Minor consumo di carburante
- Funzionamento più equilibrato e raffinato
- Potenza sufficiente anche a regimi inferiori
- Migliore sistema di lubrificazione
- Basso consumo di olio motore
- Minori emissioni
- Migliore raffreddamento del motore
- Maggiore durata vita
Svantaggi di un motore a quattro tempi:
- Peso maggiore
- Design più complesso
- Riparazioni più costose in caso di guasto
- Per un ciclo di lavoro del motore sono necessari due giri dell'albero motore e quattro corse del pistone