Il motore a combustione interna (MCI) è una meraviglia dell’ingegneria che ha trasformato il mondo dei trasporti. Nonostante l’ascesa dei veicoli elettrici, l’MCI rimane il propulsore dominante nelle nostre strade, alimentando la maggior parte delle automobili, motociclette, camion e persino alcune imbarcazioni. Ma come funziona esattamente questa macchina che converte il carburante in movimento? Scopriamolo insieme.
Indice
L’energia della combustione
Al cuore del funzionamento dell’MCI c’è il processo di combustione. In parole semplici, la combustione è una reazione chimica in cui il carburante (come la benzina o il diesel) si combina con l’ossigeno dell’aria. Questa reazione rilascia una grande quantità di energia sotto forma di calore e gas in rapida espansione. È proprio questa espansione che fornisce la forza motrice all’interno del motore.
Immaginatela come una piccola esplosione, la forza generata spinge un pistone, che a sua volta è collegato a un albero motore (detto anche albero a gomiti). Detta semplicemente, quest’ultimo trasforma il movimento lineare in movimento rotatorio, che viene poi trasmesso alle ruote attraverso una serie di ingranaggi e trasmissioni.
Tipologia di motori a combustione
Esistono due principali tipologie di motori a combustione, ognuno con le sue peculiarità e vantaggi specifici:
- motori ad accensione comandata: in questa categoria rientrano i motori alimentati a benzina, ma anche quelli che utilizzano combustibili alternativi come il GPL (Gas di Petrolio Liquefatto) e il metano. In tutti questi motori, una scintilla elettrica generata dalla candela innesca la combustione della miscela aria-carburante all’interno del cilindro. Questi motori sono apprezzati per la loro risposta pronta all’acceleratore, la loro silenziosità e, nel caso di GPL e metano, per le ridotte emissioni inquinanti;
- motori ad accensione spontanea (diesel): qui, l’aria viene compressa a pressioni molto elevate all’interno del cilindro, facendo sì che il carburante diesel iniettato si accenda spontaneamente per effetto del calore generato dalla compressione. I motori diesel sono noti per la loro elevata efficienza termica, che si traduce in un consumo di carburante inferiore rispetto ai motori a benzina a parità di potenza. Inoltre, sono in grado di generare una coppia elevata anche a bassi regimi, rendendoli ideali per veicoli pesanti, come camion e SUV, o per chi necessita di una grande capacità di traino.
Il motore a 4 tempi
La maggior parte dei motori a combustione interna opera secondo il ciclo a quattro tempi, un movimento meccanico preciso che si svolge all’interno dei cilindri. Ogni ciclo completo richiede due giri dell’albero motore e comprende quattro fasi distinte:
- aspirazione: in questa fase, il pistone si muove verso il basso, come un polmone che si espande per inalare aria. La valvola di aspirazione si apre, permettendo alla miscela aria-carburante di entrare nel cilindro. Questa miscela, accuratamente dosata, è essenziale per la successiva fase di combustione. Pensate a questa fase come a preparare il combustibile per il fuoco;
- compressione: una volta che la miscela è entrata nel cilindro, la valvola di aspirazione si chiude e il pistone inizia a risalire. Questo movimento comprime la miscela aria-carburante, riducendo il volume e aumentando notevolmente la sua pressione e temperatura. Immaginate di comprimere una molla: più la comprimete, più energia immagazzinate. Allo stesso modo, comprimendo la miscela, si prepara il terreno per una combustione più potente ed efficiente;
- combustione ed espansione: questa è la fase cruciale, il momento in cui l’energia chimica del carburante viene liberata e trasformata in movimento. Nei motori a benzina, una scintilla scocca dalla candela, accendendo la miscela compressa. Nei motori diesel, l’elevata temperatura e pressione dell’aria compressa sono sufficienti a far sì che il carburante iniettato si accenda spontaneamente. L’esplosione risultante spinge il pistone verso il basso con una forza considerevole, come un’onda d’urto controllata. Questo è il momento in cui l’energia chimica si trasforma in energia meccanica, pronta a muovere l’automobile;
- scarico: dopo l’esplosione, i gas combusti rimangono nel cilindro. La valvola di scarico si apre e il pistone risale, spingendo questi gas fuori dal cilindro e nel sistema di scarico. È come svuotare il camino dopo un fuoco, facendo spazio per nuova legna e una nuova fiamma. Una volta completata questa fase, il ciclo ricomincia con l’aspirazione di una nuova carica di miscela aria-carburante.
Questo ciclo a quattro tempi, ripetuto migliaia di volte al minuto in ogni cilindro del motore, è ciò che alimenta la nostra mobilità.
I componenti fondamentali
Un propulsore a combustione interna è un insieme complesso di componenti, ognuno con un ruolo specifico nel garantire il suo funzionamento:
- sistema di alimentazione: fornisce il carburante e l’aria necessaria alla combustione. Include il serbatoio del carburante, la pompa del carburante, gli iniettori, il condotto aspirazione e il filtro dell’aria (nei motori a iniezione) o il carburatore (nei motori più vecchi);
- sistema di accensione (solo nei motori a benzina): genera la scintilla che innesca la combustione. Comprende la batteria, la bobina di accensione, il distributore (nei motori più vecchi) e le candele;
- sistema di raffreddamento: mantiene la temperatura del motore entro limiti operativi sicuri, prevenendo il surriscaldamento che potrebbe danneggiare i componenti. Può essere a liquido, con radiatore e pompa dell’acqua, o ad aria, con alette di raffreddamento sul motore nei motori più datati;
- sistema di lubrificazione: riduce l’attrito e l’usura delle parti in movimento, garantendo la longevità del motore. Include la pompa dell’olio, il filtro dell’olio e i condotti di lubrificazione che portano l’olio alle varie parti del motore;
- sistema di scarico: la via d’uscita per i gas combusti, il sistema di scarico comprende il collettore, che raccoglie i gas da ciascun cilindro, e la marmitta, che riduce il rumore. Nei motori moderni, include anche il catalizzatore per ridurre le emissioni nocive e, nei motori diesel, il filtro antiparticolato (FAP o DPF) per intrappolare le particelle di fuliggine.
Innovazioni tecnologiche più efficienti e sostenibili
L’industria automobilistica è costantemente impegnata nello sviluppo di tecnologie innovative per migliorare l’efficienza e ridurre l’impatto ambientale dei motori a combustione interna. Alcune di queste innovazioni includono:
- iniezione diretta: inietta il carburante direttamente nella camera di combustione, migliorando la combustione e riducendo le emissioni;
- sovralimentazione: utilizza un turbocompressore o un compressore volumetrico per aumentare la quantità di aria immessa nel motore, migliorando la potenza e l’efficienza;
- ibridazione: combina un motore a combustione con un motore elettrico, consentendo di recuperare energia durante la frenata e di utilizzare il motore elettrico in determinate condizioni di guida, riducendo il consumo di carburante e le emissioni.
Queste sono solo alcune delle tecnologie che stanno plasmando il futuro del MCI, spingendolo verso una nuova era di efficienza e sostenibilità.
