- Il motore a 4 tempi trasforma carburante in energia meccanica.
- Fasi principali: aspirazione, compressione, combustione ed espansione producono potenza.
- Componenti chiave: pistone, cilindro, valvole, albero a gomiti, candela o iniettore.
Il motore a 4 tempi costituisce la base della maggior parte dei veicoli moderni. Si tratta di un sistema ingegnoso che trasforma l’energia chimica del carburante in energia meccanica mediante quattro fasi distinte. Questo ciclo di funzionamento, noto anche come ciclo Otto per i motori a benzina o ciclo Diesel per i motori diesel, si ripete costantemente per fornire la potenza necessaria al movimento del veicolo.
I motori a combustione interna si classificano in due grandi categorie: motori ad accensione tramite compressione (Diesel) e motori ad accensione tramite scintilla (benzina). Entrambi i tipi utilizzano lo stesso principio di base dei 4 tempi, con differenze nel modo di accensione della miscela carburante-aria.
Struttura e componenti essenziali
In seguito si elencano le principali componenti:
- Pistone: elemento mobile che si muove all’interno del cilindro
- Cilindro: spazio in cui avviene il processo di combustione
- Valvole di aspirazione e scarico: controllano l’ingresso e la fuoriuscita dei fluidi
- Albero a gomiti: trasforma il movimento lineare del pistone in movimento rotatorio
- Candela di accensione (benzina) o iniettore (diesel): assicurano l’accensione del carburante
Fase 1: Aspirazione - introduzione della miscela
Il pistone si muove verso il basso, verso l’albero a gomiti, creando un vuoto parziale nel cilindro che permette l’aspirazione della miscela aria-carburante. In questa fase cruciale:
- Le valvole di aspirazione sono completamente aperte
- Le valvole di scarico rimangono chiuse ermeticamente
- Nei motori a benzina, la miscela aria-carburante è preparata in anticipo
- Nei motori diesel, entra solo aria pulita
L’efficienza di questa fase influenza direttamente la potenza finale del motore. Un aspirazione difettosa può ridurre significativamente le prestazioni del veicolo.
Fase 2: Compressione - preparazione per la combustione
In questa fase, sia la valvola di scarico sia quella di aspirazione sono chiuse, creando uno spazio completamente sigillato. Il pistone inizia a muoversi verso l’alto nel cilindro, comprimendo la miscela a una frazione del volume iniziale.
Parametri importanti della compressione:
- Rapporto di compressione: varia tra 8:1–12:1 per benzina e 14:1–23:1 per diesel
- Aumento della temperatura: l’aria si riscalda con la compressione fino a 300–500°C
- Pressione: aumenta a 12–20 bar per benzina e 30–55 bar per diesel
Nei motori diesel, la temperatura elevata raggiunta dalla compressione esterna è sufficiente per l’autocombustione del carburante iniettato nella fase successiva.
Fase 3: Combustione ed espansione - generazione di potenza
Questo è il momento in cui l’energia chimica si trasforma in energia meccanica. La miscela di carburante all’interno del cilindro viene accesa:
- La benzina: tramite la scintilla generata dalla candela di accensione
- Il diesel: tramite autocombustione dovuta all’alta temperatura di compressione
Parametri estremi della combustione:
- Pressione: arriva a 30–40 bar per benzina e fino a 150 bar per diesel
- Temperatura: supera i 2200°C, potendo toccare i 2500°C
- Durata: la combustione completa dura solo pochi millisecondi
Grazie a questa pressione enorme, il pistone viene spinto verso il basso all’interno del cilindro, trasmettendo le forze generate dall’esplosione all’albero a gomiti tramite la biella.
Fase 4: Espulsione - eliminazione dei gas di scarto
Nell’ultima fase del ciclo, la valvola di aspirazione rimane chiusa, mentre la valvola di scarico si apre per permettere l’eliminazione dei gas di combustione.
Dettagli tecnici importanti:
- La valvola di scarico si apre prima che il pistone raggiunga il punto morto inferiore
- Questa apertura anticipata garantisce un’eliminazione ottimale dei gas di scarico
- I gas di scarico hanno temperature tra 400–900°C
- La pressione di scarico varia tra 1,2–1,8 bar
Sincronizzazione e ripetizione del ciclo
I quattro tempi si svolgono durante due giri completi dell’albero a gomiti (720 gradi). La sincronizzazione perfetta è assicurata da:
- Albero a camme: controlla l’apertura e la chiusura delle valvole
- Sistema di distribuzione: cinghia o catena di distribuzione
- Volante: mantiene l’inerzia tra i cicli
In un motore che opera a 3000 giri/min, questo ciclo si ripete 1500 volte al minuto per ogni cilindro, dimostrando la precisione necessaria per un funzionamento corretto.
Efficienza e ottimizzazioni moderne
I motori moderni a 4 tempi beneficiano di numerose ottimizzazioni:
- iniezione diretta: migliora l’efficienza della combustione
- turbocompressore: aumenta la potenza aumentando la densità dell’aria
- distribuzione variabile: ottimizza l’apertura delle valvole in base al regime
- sistemi di ricircolo dei gas: riducono le emissioni inquinanti
La comprensione di questi quattro tempi fondamentali fornisce una base solida per comprendere il funzionamento di qualsiasi motore a combustione interna, rendendola utile sia agli appassionati di auto sia a chi desidera capire meglio il veicolo che guida.
