Che cosa è un motore a combustione interna e come funziona?

Che cosa è motore a combustione interna?

Un motore a combustione interna (ICE) è un motore termico in cui la combustione di un combustibile con un ossidante (solitamente aria) avviene in una camera di combustione che è parte integrante del circuito di flusso del fluido di lavoro.

In un motore a combustione interna, l’espansione dei gas ad alta temperatura e ad alta pressione prodotti dalla combustione esercita una forza diretta su alcuni componenti del motore. La forza viene tipicamente applicata a pistoni, pale della turbina, un rotore o un ugello.

Questa forza sposta il componente su una distanza, converte l’energia chimica in energia cinetica utilizzabile e viene utilizzata per guidare, spostare o spingere qualunque sia il motore a cui è collegato. Questo sostituisce il motore a combustione esterna per applicazioni in cui il peso o le dimensioni del motore sono importanti.

Il termine motore a combustione interna di solito si riferisce a un motore in cui la combustione è intermittente, come i più popolari motori a pistoni a quattro tempi e due tempi, insieme a varianti come il motore a pistoni a sei tempi e il motore rotativo Wankel.

La seconda classe di motori a combustione interna utilizza la combustione continua: turbine a gas, motori a reazione e la maggior parte dei motori a razzo, ognuno dei quali è un motore a combustione interna sullo stesso principio descritto in precedenza. Le armi da fuoco sono anche una forma di un motore a combustione interna, sebbene siano così specializzate che di solito sono trattate come una categoria separata.

al contrario, i motori a combustione esterna, come il vapore o motori di Stirling, l’energia è dato un fluido di lavoro, che non è costituito da prodotti di combustione, viene miscelato con loro, o è contaminato da loro. I fluidi di lavoro per motori a combustione esterna includono aria, acqua calda, acqua pressurizzata o anche sodio liquido riscaldato in una caldaia.

Per saperne di più: Che cosa è motore a combustione esterna?

I CIEM sono solitamente alimentati da combustibili ad alta densità energetica come benzina o gasolio, fluidi ottenuti da combustibili fossili. Mentre ci sono molte applicazioni stazionarie, la maggior parte dei CIEM sono utilizzati in applicazioni mobili e sono l’alimentazione dominante per veicoli come automobili, aerei e barche.

Chi ha inventato il motore a combustione interna?

Nel 1823, Samuel Brown brevettò il primo motore a combustione interna ad essere applicato industrialmente negli Stati Uniti; uno dei suoi motori pompò acqua sul canale di Croydon dal 1830 al 1836.

Il primo motore a combustione interna di successo commerciale fu creato da Étienne Lenoir intorno al 1860 e il primo motore a combustione interna moderno fu creato nel 1876 da Nicolaus Otto. Nel 1872, l’americano George Brayton inventò il primo motore a combustione interna commerciale alimentato a liquido.

Étienne Lenoir nacque a Mussy-la-Ville nel 1822, allora in Lussemburgo, ma ora fa parte del Belgio. Nei primi anni 1850, emigrò a Parigi, in Francia, dove lavorò come ingegnere e sperimentò l’elettricità.

Nel 1860 brevettò un motore a combustione interna monocilindrico a gas, che montò su un carrello a tre ruote. Anche se ha funzionato abbastanza bene, non era a basso consumo di carburante, ha fatto un sacco di rumore, e spesso surriscaldato. Il motore si spegneva completamente se non veniva fornita acqua per raffreddarlo, ed era necessario un serbatoio per contenere il carburante gassoso.

Nel 1863 costruì una carrozza a tre ruote che funzionava a benzina. Durante una dimostrazione a Parigi, l’auto ha coperto una distanza di 11 km in circa 3 ore, che corrisponde a una velocità media di 3 km / h.

Non troppo veloce a tutti! Cosa c’era di così impressionante in una carrozza che muoversi così lentamente? Bene, il fatto che fosse alimentato da un motore, piuttosto che da un cavallo o da un mulo, lo ha reso una vera innovazione. I suoi motori sono stati relativamente successo con un totale di circa 500 motori costruiti, ma ha lasciato spazio libero per molto miglioramento.

Lenoir divenne cittadino francese nel 1870 per aver aiutato i francesi durante la guerra franco-prussiana. Nel 1881 ricevette la Légion d’honneur, un premio per l’eccellenza, per i suoi progressi nella telegrafia. Anche se Lenoir praticamente inventato l’automobile, Lenoir era indigente nei suoi ultimi anni. Morì in Francia nel 1900.

Come funziona un motore a combustione interna?

In un motore a combustione interna (ICE), l’accensione e la combustione del carburante avvengono all’interno del motore stesso. La combustione, nota anche come combustione, è il processo chimico di base per il rilascio di energia da una miscela aria-carburante. Il motore converte quindi parte dell’energia dalla combustione in lavoro.

Il motore è costituito da un cilindro fisso e da un pistone mobile. I gas di combustione in espansione spingono il pistone, che a sua volta ruota l’albero motore. Dopo che il pistone comprime la miscela aria-carburante, la scintilla la accende, causando la combustione. L’espansione dei gas di combustione spinge il pistone durante la corsa di potenza.

In definitiva, attraverso un sistema di ingranaggi nel powertrain, questo movimento aziona le ruote del veicolo.

Sono attualmente in produzione due tipi di motori a combustione interna: il motore a benzina con accensione a scintilla e il motore diesel ad accensione spontanea. La maggior parte di loro sono a quattro tempi, il che significa che ci vogliono quattro colpi di pistone per completare un ciclo. Il ciclo comprende quattro diversi processi: aspirazione, compressione, combustione e corsa di potenza e scarico.

Accensione a scintilla i motori diesel a benzina e ad accensione spontanea differiscono nel modo in cui erogano e accendono il carburante. In un motore ad accensione a scintilla, il carburante viene miscelato con l’aria e quindi aspirato nel cilindro durante il processo di aspirazione. Dopo che il pistone comprime la miscela aria-carburante, la scintilla la accende e provoca la combustione.

L’espansione dei gas di combustione spinge il pistone durante la corsa di potenza. In un motore diesel, l’aria viene appena aspirata nel motore e quindi compressa. I motori diesel spruzzano quindi il carburante in una quantità adeguata e misurata nell’aria compressa calda, che lo accende.

Applicazioni dei motori a combustione interna

I motori a combustione interna sono i dispositivi di generazione di energia più ampiamente applicati e ampiamente utilizzati attualmente esistenti. Gli esempi includono motori a benzina, motori diesel, motori a turbina a gas e sistemi di propulsione a razzo.

IC motore ha molte applicazioni, come,

• Motori a Benzina: settore Automobilistico, marittimo, Aereo
• Motori a Gas: Potenza Industriale
• Motori Diesel: Automotive, Ferroviario, Alimentazione, Marino
• Turbine a Gas: Potenza, Aeronautico, Industriale, Marino

Classificazione dei motori a combustione interna

Ci sono due tipi di motori a combustione interna attualmente in produzione: la scintilla di accensione del motore a benzina e l’accensione per compressione del motore diesel. La maggior parte di questi sono motori a ciclo a quattro tempi, il che significa che sono necessari quattro colpi di pistone per completare un ciclo.

I motori IC possono essere classificati in base al carburante utilizzato, al ciclo termodinamico, al tipo di accensione, al tipo di sistema di raffreddamento, alla disposizione dei cilindri, al metodo di ricarica, ecc. Ora lo studiamo in dettaglio.

1) Secondo il ciclo di funzionamento:

Sappiamo che i motori IC convertono l’energia chimica in energia meccanica nel funzionamento ciclico. Ci sono molti cicli termodinamici ad esempio ciclo Carnot, ciclo Otto, ciclo Diesel, ciclo Rankine, ecc. I motori IC funzionano su tre cicli Ciclo Otto e ciclo diesel e ciclo doppio. Quindi, in base ad esso, i motori IC possono essere classificati nei seguenti tipi.

1. Motore a ciclo otto:

È anche noto come motore ad accensione a scintilla o motore a aggiunta di calore a volume costante, motore a benzina, ecc. In questo ciclo l’aggiunta di calore (combustione di carburante) e il rifiuto (scarico) avviene a volume costante e l’espansione e la compressione avvengono a livello isentropico. Questi motori danno bassa potenza ad alta velocità.

2. Motore a ciclo diesel

Questo è noto come motore ad accensione spontanea, motore diesel, motore a pressione costante, ecc. In questo ciclo l’aggiunta di calore (combustione di combustibile) avviene a pressione costante e il rifiuto di calore avviene a volume costante. Questo motore offre un’elevata potenza a bassa velocità.

3. Motore a ciclo Duel:

Il ciclo doppio è una combinazione del ciclo Otto e del ciclo diesel. In questo motore, l’aggiunta di calore avviene sia a volume costante che a pressione costante in un certo rapporto.

Alcuni motori funzionano sul ciclo Stirling e sul ciclo Ericsson ma questi non sono usati commercialmente.

2) A seconda del tipo di carburante utilizzato:

La maggior parte di noi conosce questi motori. Questi sono motori a benzina e motori diesel. Al giorno d’oggi combustibile gassoso come GPL, METANO, idrogeno, ecc. viene utilizzato anche nei motori IC. Questi motori sono chiamati motori non tradizionali.

3) Secondo il Metodo di ricarica:

La ricarica significa come avviene l’ammissione della miscela aria-carburante. Questo può essere classificato come segue.

1. Motore aspirato naturale:

In questo motore, l’ammissione della miscela aria-carburante (motore SI) o dell’aria da sola (motore CI) avviene a causa della differenza di pressione all’interno del cilindro e della pressione atmosferica.

2. Motori sovralimentati:

In questo motore, un compressore separato viene utilizzato per l’ammissione di carica all’interno del cilindro. Questo compressore viene eseguito utilizzando la potenza del motore (collegato all’albero motore con trasmissione a cinghia).

3. Motore turbocompresso:

Questo motore utilizza una turbina che aspira aria nel cilindro e funziona utilizzando la potenza dei gas di scarico. È anche come sovralimentare, ma il compressore è gestito da una turbina che viene ruotata dai gas di scarico.

4) In base all’accensione:

In IC l’accensione della carica del motore può avvenire in due modi. Nel primo, una candela separata o qualsiasi altro dispositivo viene utilizzato per accendere il carburante (motore ad accensione comandata) e l’altro è combustibile ignite a causa del calore generato durante la compressione o carburante (motore ad accensione comandata).

Quindi, secondo questi metodi, sono disponibili due motori motore ad accensione comandata o motore SI (motore a benzina) e motore ad accensione spontanea o motore CI (motore diesel).

5) Secondo un tipo di sistema di accensione:

Nei motori a benzina, abbiamo usato una candela per accendere il carburante. Questa scintilla alla candela, produce da un sistema di accensione. Secondo il sistema di accensione, ci sono due tipi di motori. Il primo è il motore ad accensione a batteria (utilizzare una batteria per generare scintilla) e un altro è un motore ad accensione magnetica (utilizzare un piccolo generatore per generare scintilla).

6) Secondo la progettazione del motore:

1. Motore alternativo:

In questo tipo di motore, viene utilizzato un pistone che si muove in movimento alternativo utilizzando la forza di pressione generata dalla combustione del carburante. L’albero motore converte questo movimento alternativo in movimento rotatorio. La maggior parte dei motori di automobili sono di tipo alternativo.

Per saperne di più: Che cosa è Alternativo motore?

2. Motore rotativo:

In un motore rotativo, viene utilizzato un rotore. La forza di pressione generata dalla combustione del carburante viene esercitata su questo rotore, che ruota ulteriormente la ruota. Il motore Wankel è un tipo di motore rotativo. Questi motori non sono attualmente utilizzati nei motori di automobili.

7) In base al raffreddamento:

Due tipi di raffreddamento sono utilizzati nei motori IC, raffreddamento ad aria e raffreddamento ad acqua. Quindi i motori sono motori raffreddati ad aria o motori raffreddati ad acqua. Entrambi questi sistemi di raffreddamento hanno i loro vantaggi, di cui parleremo più avanti. L’olio motore serve anche come mezzo di raffreddamento.

8) In base alla corsa del motore:

Sappiamo che la corsa è la distanza massima che un pistone può percorrere all’interno di un cilindro o tra PMS e BDC. Se un motore si sposta da PMS a BDC, viene chiamato one stroke. Se ritorna a BDC viene chiamato due colpi. Un albero motore effettua una rotazione in due tempi. Secondo esso, sono stati inventati tre tipi di motori.

1. Motore a due tempi:

In questo motore, l’albero motore effettua una rotazione in una sola corsa di potenza. Questo motore dà più potenza rispetto ad altri. È usato in tiratori, navi, generatori, ecc.

Per saperne di più: Che cosa è il motore a due tempi? e cos’è un motore a quattro tempi?

2. Motori a quattro tempi:

Questo motore offre due rotazioni dell’albero motore in una sola corsa di potenza. Danno bassa potenza ma alta efficienza. Viene utilizzato in auto, camion, biciclette,ecc.

3. Motori a sei tempi:

Questi motori sono in fase di sviluppo. Come suggerisce il nome, darà tre alberi motore rotazione in un colpo di potenza.

9) Secondo una disposizione del motore:

Questi motori possono essere meglio compresi dai diagrammi rispetto alle parole.

DOMANDE frequenti.