Motore a scoppio - Caratteristiche

Poniamo sul fuoco una pentola piena di acqua,ben chiusa da un apposito coperchio;il calore del fuoco riscalda l'acqua,che si mette a bollire,si trasforma in vapore,il quale è capace di sollevare il coperchio.Il calore,cioè,ha compiuto un lavoro.
La capacità di compiere un lavoro si chiama energia, perciò il calore è una forma di energia. Per riassumere, diciamo che il calore è una forma di energia e per questo è capace di compiere un lavoro.
L'uomo, da più di due secoli ha scoperto questa possibilità di lavoro del calore e,come è naturale,si è applicato a sfruttarla.In altre parole,ha cercato di far si che il calore producesse un lavoro a suo vantaggio.Questo poteva ottenerlo costruendo un meccanismo in grado di trasformare il calore in energia e quindi in lavoro.
Questi meccanismi "trasformatori" sono le macchine termiche, cioè la macchina a vapore,il motore a scoppio,la turbina a vapore e la turbina a gas:in esse l'energia termica,cioè calorifica,è sviluppata da un combustibile e utilizzata per la produzione di energia meccanica, cioè di movimento.

Se vogliamo indicare ciò con un semplice schema,abbiamo:
combustibile-calore-energia meccanica.
I più diffusi fra i motori termici,almeno per ora,sono i motori a combustione interna,cioè il motore a scoppio e il motore Diesel.Vengono chiamati a combustione interna perché in essi la combustione avviene nell'interno del motore stesso,mentre nella macchina a vapore, per esempio,avviene all'esterno. Il principio del funzionamento del motore a scoppio è molto semplice:
1)si fa bruciare in un cilindro,nel quale scorre uno stantuffo,una miscela di benzina e aria;
2)la miscela bruciando genera dei gas i quali,espandendosi per il calore,esercitano una pressione contro lo stantuffo;
3)lo stantuffo,scorrendo nel cilindro,trasmette il suo movimento alla parte che si vuole fare muovere o ruotare.
Il motore a scoppio si fonda sul principio della forza espansiva dei gas riscaldati (come,del resto,la macchina a vapore).Il motore a scoppio,se si eccettuano i motori cosiddetti 2a due tempi", funziona in quattro stadi o "tempi" principali:

Il primo tempo è l'aspirazione.
Il pistone scende nel cilindro e scendendo aspira, come una normale pompa aspirante,la miscela nebulizzata,ossia ridotta in una nebbia formata di minutissime goccioline di benzina sospese nell'aria. L'entrata avviene attraverso l'apposita valvola,detta di aspirazione, che si apre comandata dal motore stesso.

Il secondo tempo è la compressione.
Giunto in fondo al cilindro (punto morto inferiore), il pistone viene spinto verso l'alto della manovella a cui è congiunto. In questa fase,entrambe le valvole sono chiuse e il cilindro è quindi chiuso ermeticamente.Il pistone perciò,salendo,comprime la miscela in un volume 7-8 volte minore del volume di prima.

Il terzo tempo è la combustione (scoppio).
Quando il pistone è giunto quasi all'estremità della sua corsa (punto morto superiore) la candela fa scoccare una scintilla elettrica fra due puntine metalliche. La miscela brucia con rapidità (propagazione di fiamma),e si trasforma in gas. L'altissima temperatura sviluppata fa istantaneamente espandere i gas,i quali premono contro le pareti della camera di scoppio.L'unica parete che cede è quella del pistone che viene spinto in basso:per mezzo della biella,fa ruotare l'albero a gomiti e questo gli organi della trasmissione.

Il quarto tempo è lo scarico.
L'albero a gomiti,sospinto dal volano spinge nuovamente il pistone verso l'alto e contemporaneamente la valvola di scarico si apre.Lo stantuffo in tal modo può spingere via i gas bruciati.Giunto all'estremo superiore,la valvola di scarico si chiude,nel contempo quella di aspirazione si apre e comincia il nuovo ciclo.

Perché la miscela viene compressa nel cilindro prima di essere incendiata? Perché,quando la miscela viene incendiata e si trasforma in gas,i gas stessi si trovano enormemente compressi in poco spazio;perciò premono contro il cilindro e il pistone con una grande potenza:premono per potersi dilatare.Di conseguenza sviluppano potenza.
Di dove viene l'energia che spinge il pistone a scaricare i gas,poi ad aspirare la miscela e infine a comprimerla?(poiché il pistone riceve una spinta effettiva solo durante la espansione dei gas).
Si ricorre a un volano,cioè ad una pesante ruota fissata all'albero motore.Il volano viene fatto ruotare dallo stantuffo durante la fase di espansione e, poiché è pesante,continua a girare per inerzia,cioè per la spinta ricevuta:fa andare lo stantuffo in su (scarico),in giù (aspirazione),ancora in su (compressione), finché avviene una nuova esplosione. Le quattro fasi, scarico, aspirazione, compressione e scoppio avvengono una dopo l'altra nei vari cilindri:quando nel primo avviene l'aspirazione, nel secondo si ha la compressione,nel terzo lo scarico,nel quarto lo scoppio e cosi via. Cosi, c'è sempre un cilindro che produce effettivamente il movimento dell'albero e degli altri cilindri.
Il secondo grande tipo di motore a combustione interna è il motore ideato dall'ingegnere tedesco Rodolfo Diesel nell'anno 1982. Il motore Diesel usa come combustibili gli oli pesanti,cioè nafta e gasolio,che sono meno costosi della benzina.