Introduzione Rapida
I motori a combustione interna (IC) a quattro tempi sono stati utilizzati per oltre 100 anni e il loro design non è cambiato significativamente da allora. Ciascuna delle fasi di un motore a quattro tempi è dedicata a una fase del ciclo di combustione, ovvero c'è una fase per ciascuna delle fasi di aspirazione, compressione, espansione e scarico. Si chiama motore a combustione a quattro tempi perché ci sono quattro fasi in un ciclo di combustione. Una fase è definita come la distanza massima che un pistone percorre quando si sposta dalla parte superiore del cilindro alla parte inferiore del cilindro, o viceversa. Ad esempio, quando il pistone si sposta dal fondo del cilindro alla parte superiore, questa è chiamata fase. Allo stesso modo, se il pistone si sposta dalla parte superiore del cilindro alla parte inferiore, anche questa è chiamata fase.
Rispetto ai motori a due tempi, i motori a quattro tempi hanno più componenti e pesano di più, ma sono più efficienti. I motori a quattro tempi possono funzionare con molti combustibili diversi, tra cui benzina, diesel, gas (metano) e bio-oli (per citare alcuni tipi di combustibili).
Animazione del Motore a Quattro Tempi
Componenti del Motore a Quattro Tempi
I design dei motori a quattro tempi variano, quindi anche il numero e il tipo di componenti utilizzati per design variano. Ad esempio, i motori common rail impiegano parti del motore diverse rispetto ai motori non common rail.
Componenti del Motore a Quattro Tempi
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Componenti
I componenti comuni del motore a quattro tempi includono:
- Pistone
- Biella
- Cuscinetti Lisci
- Albero a Gomiti
- Albero a Camme
- Camicia del Cilindro
- Valvole di Aspirazione e Valvole di Scarico
- Aste di Spinta
- Bracci Oscillanti
- Iniettori di Carburante
Accedi al modello 3D qui sotto se desideri conoscere tutti i componenti principali di un motore e alcuni termini tecnici del motore.
Componenti del Motore e Terminologia
Nota: Il tipo di motore mostrato in questo modello 3D utilizza iniezione diretta di carburante con iniettori di carburante common rail.
Il video qui sotto è un estratto dal nostro Corso Online sui Fondamenti dei Motori a Combustione Interna.
Come Funzionano i Motori a Quattro Tempi
Un motore a quattro tempi richiede quattro fasi per completare un ciclo di combustione. Le fasi sono:
- Aspirazione
- Compressione
- Espansione
- Scarico
Un altro modo per ricordare le fasi e il loro ordine è cambiare le parole in:
Fase 1 = Aspirazione (succhia)
Fase 2 = Compressione (spremi)
Fase 3 = Espansione (bang!)
Fase 4 = Scarico (soffia)
Di seguito è riportato un breve riassunto di ciò che avviene in ciascuna fase del ciclo di combustione:
Fase di Aspirazione: Conosciuta anche come fase di induzione o aspirazione. Il pistone si muove verso il basso, aspirando aria nel cilindro attraverso le valvole di aspirazione.
Fase di Compressione: Le valvole di aspirazione si chiudono e il pistone si muove verso l'alto comprimendo l'aria all'interno del cilindro. Il carburante viene iniettato poco prima che il pistone raggiunga la parte superiore del cilindro.
Fase di Espansione: Conosciuta anche come fase di potenza o combustione. Il carburante viene acceso causando un'esplosione controllata. La combustione del carburante provoca un aumento della pressione e della temperatura all'interno del cilindro, che spinge il pistone lontano dalla parte superiore del cilindro.
Fase di Scarico: I gas di scarico vengono espulsi dal cilindro mentre il pistone si muove verso l'alto, dal fondo alla parte superiore del cilindro.
Come Funzionano i Motori a Quattro Tempi - Dettagliato
Di seguito è fornita una descrizione più dettagliata di ciò che avviene in ciascuna fase del ciclo di combustione.
Fase di Aspirazione
La fase di aspirazione aspira aria nel cilindro (spazio di combustione) mentre il pistone si muove verso il punto morto inferiore (PMI). Quando il pistone raggiunge il PMI, le valvole di aspirazione si chiudono e il pistone torna verso l'alto verso il punto morto superiore (PMS); questa è la fase di compressione.
Motore a Quattro Tempi con PMS e PMI Indicati
Fase di Compressione
Quando il pistone si muove verso il PMS, l'aria nel cilindro viene compressa (volume ridotto) e la sua temperatura e pressione aumentano. Poco prima del PMS, il carburante viene iniettato nello spazio di combustione. Il carburante si accende e si verifica un'esplosione controllata.
Grafico di Pressione e Volume
Fase di Espansione
Una volta che l'accensione avviene, inizia la fase di espansione. L'aumento di pressione e temperatura creato dalla combustione spinge il pistone verso il PMI. Una volta al PMI, tutto il carburante all'interno dello spazio di combustione è stato bruciato e la fase finale del motore è pronta per iniziare. Un altro termine per la 'fase di espansione' è la 'fase di accensione'.
Fase di Scarico
La fase di scarico è la quarta e ultima fase. Il pistone si muove dal PMI al PMS ed espelle i gas di scarico dallo spazio di combustione attraverso le valvole di scarico. Una volta che il pistone raggiunge il PMS, le valvole di aspirazione si aprono e le valvole di scarico si chiudono poco dopo (c'è una certa sovrapposizione delle valvole per garantire che tutti i gas di scarico siano stati rimossi dallo spazio di combustione). Il ciclo di combustione è ora completo poiché tutte e quattro le fasi sono avvenute.
Motori ad Accensione a Scintilla e ad Accensione per Compressione
I motori a benzina utilizzano candele per l'accensione, mentre i motori diesel utilizzano solo il calore generato dalla compressione. Per questo motivo, i motori a benzina sono conosciuti come motori ad accensione a scintilla e i motori diesel sono conosciuti come motori ad accensione per compressione.
Dettagli del Modello 3D
Questo modello 3D mostra ciascuna fase del ciclo del motore a quattro tempi. Il blu indica aspirazione e compressione mentre il rosso indica espansione (potenza) e scarico. Le valvole e gli altri componenti sono tutti correttamente sincronizzati per mostrare l'intero processo a quattro tempi.
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Risorse Aggiuntive
http://www.animatedengines.com/otto.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Four-stroke_engine
https://www.merchantnavydecoded.com/four-stroke-engine/