Motore a scoppio, tesina

Motore rotativo o Wankel

Il motore Wankel è un motore a combustione

interna rotativo perché il pistone non si muove di

moto rettilineo alternato ma ruota intorno a un asse.

Motore alternativo

Il motore alternativo è un motore a

combustione interna nel quale

il pistone si muove di moto rettilineo

alternato. 7

Oggi tratterò solo del motore alternativo che è

quello più utilizzato 8

Come ho già detto, il motore a

combustione interna è una macchina

termica e il suo funzionamento dipende

dai principi della termodinamica 9

Termodinamica

La termodinamica è la parte della fisica che si occupa di studiare le leggi

con cui i corpi scambiano (ricevono e cedono) calore e lavoro con

l’ambiente che li circonda.

In particolare, la termodinamica si occupa delle trasformazioni di calore in

lavoro che hanno luogo in tutte le macchine termiche. 10

La termodinamica si basa

principalmente su due principi. Oggi

parlerò soltanto del primo in quanto

spiega come appunto funziona una

macchina termica, e il secondo ne è PRIMO

solo una conseguenza. PRINCIPIO

Alla base del primo principio della termodinamica ci sono le diverse

trasformazioni termodinamiche:

 Trasformazione isòbara: è la trasformazione del gas che

avviene a pressione costante, variano volume e temperatura

 Trasformazione isòcora: avviene a volume costante , variano

quindi pressione e temperatura

 Trasformazione isotérma: avviene a temperatura costante e

variano pressione e volume

 Trasformazione adiabatica: variano tutte e tre le

caratteristiche del gas 11

La trasformazione che avviene dentro il motore a scoppio e la

trasformazione ciclica 12

Nella trasformazione ciclica , se lo stato iniziale è uguale

a quello finale, la variazione di energia è nulla,

∆Ĕ

quindi uguale a zero .

Applicando a questa trasformazione l’enunciato del

primo principio per il quale la variazione di energia

interna di un sistema è uguale alla differenza tra il calore

Q assorbito e il lavoro L compiuto dal sistema ( ∆Ĕ =Đ – ċ )

ne consegue che:

∆Đ = 0 Đ – ċ = 0 Đ

= ċ

Il lavoro assorbito complessivamente è uguale al lavoro

compiuto 13

Prima di verificare l’applicazione del primo principio sul

motore endotermico ne spiego le caratteristiche 14

Il motore è costituito da un cilindro entro

cui scorre uno stantuffo (pistone) al quale

sono collegati biella ed albero motore,

incaricati di trasformare il moto alternato

in moto circolare. Cinematismo del funzionamento di un

motore a scoppio. Composto da quattro

cilindri in linea. 15

Il motore a combustione interna più utilizzato al

giorno di oggi è il così detto motore a 4 tempi o fasi.

1

ASPIRAZIONE

2

COMPRESSIONE

3 SCOPPIO E COMBUSTIONE

ESPANSIONE L’ animazione mostra dettagliatamente

come si compie un ciclo in un motore a

quattro tempi.

4 USCITA DEI GAS

SCARICO DI SCARICO 16

1 ASPIRAZIONE

La valvola di aspirazione è aperta

facendo entrare gas combustibile

espandendo il volume. Questa fase è

rappresentata dalla

TRASFORMAZIONE ISOBARA 17

2 COMPRESSIONE

La valvola di aspirazione si chiude e la miscela

subisce una compressone causata dalla risalita

del pistone. La compressione è rappresentata

dalla TRASFORMAZIONE ADIABATICA 18

3 SCOPPIO E ESPANSIONE

Sempre a valvole chiuse , la candela scocca la

scintilla e fa aumentare notevolmente la

temperatura e la pressione della miscela, che si

incendia (TRASFORMAZIONE ISOCORA).La

pressione spinge giù il pistone attraverso una

TRASFORMAZIONE ADIABATICA del gas

creando al tal modo il lavoro utile al movimento. 19

4 SCARICO

Si apre la valvola di scarico che mette in

equilibrio il gas attraverso una

TRASFORMAZIONE ISOCORA e il

pistone per inerzia sale, grazie anche

all’aiuto del bilanciere. Il ciclo può cosi

ricominciare 20

MA DOVE HA ORIGINE IL MOTORE A

SCOPPIO? 21

Nascita del motore a scoppio

L'origine del Motore a scoppio risale alla metà del XIX secolo, quando in

diverse regioni europee iniziarono i primi esperimenti nel tentativo di

produrre energia meccanica dal calore.

Ma il primo motore funzionante con regolarità fu quello di Barsanti e

Matteucci, del quale furono depositati i disegni ed una precisa descrizione

nel 1853 e al quale fanno riferimento diversi brevetti in Inghilterra,

Francia, Belgio e Italia.

A tutti gli effetti questo deve essere riconosciuto come il primo motore a

combustione interna. Eugenio Barsanti e Felice

Matteucci 22

grazie anche al supporto del governo

Un motore Barsanti-

Matteucci francese, questo motore ebbe un

notevole successo: fu il primo motore a

combustione interna ad essere

impiegato nel settore industriale. 23

Nel 1876 i tedeschi A. Otto ed E. Langen realizzarono un motore

basato su un ciclo di 6 fasi

(aspirazione, compressione, scoppio, combustione, espansione,

scarico) che ebbe un tale successo che oggi indichiamo col

“ciclo Otto". Questo

nome di ciclo però, nell’applicazione odierna

è un ciclo ideale in quanto le tre fasi scoppio, combustione ed

espansione avvengono senza alcun movimento all’interno della

macchina e in quanto avviene pressoché nel solito istante

Negli anni che seguirono, l'impiego dei motori a scoppio ebbe

una notevole diffusione ed il loro sviluppo fu portato avanti da

molte persone sia in Europa che in America. 24

Il motore Otto-Langen del

L'invenzione del motore a due tempi, per il

quale aspirazione e compressione

avvengono in una sola fase e scoppio e

scarico avvengono in una seconda fase, è

ad opera di Clerk nel 1879. Daimler e

Benz

Negli anni compresi tra il 1885 ed il 1890 i tedeschi

Daimler e Benz, in maniera indipendente tra di loro,

apportano diverse migliorie ai motori esistenti fino a

renderli leggeri e potenti a tal punto da poter essere

montati su una automobile, la cui invenzione viene

accreditata contemporaneamente ai due studiosi nel

1885.

Nel 1893 il tedesco Rudolf Diesel realizza il primo

motore ad accensione spontanea, nel quale

Rudolf l’accensione della miscela non è determinata da una

Diesel scintilla bensì da una maggior compressione, che

25

Anche se oggi il motore a combustione interna è

completamente diverso, in termini di aspetto,

materiali e prestazioni, dalle versioni presenti alla

fine dell'800, i principi del suo funzionamento sono

rimasti immutati e non vi sono state innovazioni

paragonabili a quelle introdotte nella seconda metà

del XIX secolo. 26

Il contesto storico: la seconda rivoluzione

industriale Proprio il motore a scoppio, unito alla diffusione dell’energia

elettrica, fu una delle principali caratteristiche del periodo di

profonda trasformazione economica che venne chiamato

“Seconda rivoluzione industriale”, che ebbe inizio con

un’improvvisa crisi di sovrapproduzione, scoppiata nel 1873,

che durò per circa un ventennio.

Questo provocò un notevole rallentamento dello sviluppo ed

una prolungata caduta dei prezzi, prodotto delle

trasformazioni organizzative e delle innovazioni

tecnologiche che permisero di ridurre i costi di produzione.

Molti furono i fattori, tra cui il crollo dei prezzi e la crisi della libera

concorrenza, che portarono allo sviluppo di grandi concentrazioni

finanziarie e strette compenetrazioni tra banche e imprese.

Si sviluppava contemporaneamente nei vari stati, una politica

protezionistica di appoggio all’economia nazionale e una maggiore

aggressività sul piano dell’economia estera,che fu la base delle

politiche di espansione coloniale delle maggiori potenze. 27

La conseguenza più grave della caduta dei prezzi fu certamente lo

svilupparsi di una grave crisi agraria che interessò l’Europa negli

ultimi decenni dell’ottocento, ma non colpì i paesi più sviluppati,

nei quali i progressi portarono ad una vera e propria rivoluzione

agricola.

La concorrenza spietata dei prodotti agricoli statunitensi, sempre

più a buon mercato, produsse gravi conseguenze come

l’inasprimento della conflittualità sociale e la forte emigrazione

transoceanica.

Il calo dell’agricoltura in rapporto alle attività economiche fu

comune a tutti i paesi industrializzati.

Caratteristica saliente di questo periodo fu la stretta correlazione tra scienza,

tecnologia e produzione, e il rinnovamento tecnologico si concentrò

principalmente sulle industrie giovani: chimica, elettrica e dell’acciaio, aprendo

nuove prospettive un po’ in tutti i settori produttivi.

Come abbiamo già detto, la produzione di energia elettrica (soprattutto con

l’illuminazione) e l’invenzione del motore a scoppio rivoluzionarono la vita

quotidiana, insieme alla trasformazione scientifica e ai progressi della medicina

e dell’igiene.

Questi ultimi due aspetti, uniti al notevole sviluppo dell’industria alimentare,

determinarono in Europa un calo della mortalità, che fu la causa di un sensibile

aumento della popolazione, nonostante la diffusione dei metodi contraccettivi.

28

Henry Ford

Henry Ford was born in 1863 in Michigan.

In 1879 Ford moved to the nearby city of Detroit to work

as an apprentice machinist.

In 1891 Ford became an engineer with the Edison

Illuminating Company in Detroit. This event signified a

conscious decision to dedicate his life to industrial

pursuits. His promotion to Chief Engineer in 1893 gave

him enough time and money to devote attention

to his personal experiments on internal

combustion engines.

These experiments culminated with the creation

of his own self-propelled vehicle, the

Quadricycle. Ford was not the first to build a self-

The propelled vehicle with a gasoline engine, but

29

Quadricycle Industrial success

The Ford Motor Company was realized in 1903 with

Henry Ford as vice-president and chief engineer. At

the Ford factory in Detroit at first the company

produced only a few cars a day, where groups of two

or three men worked on each car.

Ford satisfied his dream of producing a car that was

cheap and reliable with the introduction of the Model

T in 1908. This vehicle started a new era in personal transportation.

It was so easy to handle and maintain that immediately

became a huge success.

In 1918, half of all cars in America were Model T. To meet

The twenty millionth Model the growing demand for the Model T, the company

T Ford opened a larger factory in Michigan. Here Henry Ford used

the famous continuo