Apri il cofano. Osserva il caos di metallo, plastica e gomma. Sembra un kit per disinnescare una bomba progettato da un artista caotico. Se stai acquistando un’auto e senti termini come “quattro cilindri in linea da 2,5 litri” o “start-stop turbocompresso”, probabilmente non hai idea di cosa significhi effettivamente per la tua guida quotidiana.
La curiosità uccide il gatto. Ma conoscere il tuo motore lo mantiene in vita.
Fondamentalmente, un motore a benzina fa una cosa: trasforma l’energia chimica in movimento meccanico. Brucia il carburante all’interno di una camera sigillata. Ecco perché si chiama motore a combustione interna. La combustione avviene internamente.
Ci sono altre bestie là fuori. Motori diesel. Turbine a gas. Ma condividono tutti lo stesso obiettivo di base. Ci sono anche motori a combustione esterna: i motori a vapore che trainavano i treni. Il carbone brucia all’esterno del cilindro per creare vapore. Il vapore spinge i pistoni. La combustione interna vince in efficienza e dimensioni. È più piccolo. È più stretto. Funziona di più.
Analizziamo il battito del cuore della tua auto.
Il ciclo a quattro tempi
Quasi tutte le auto a benzina utilizzano il ciclo di combustione a quattro tempi. È noto anche come ciclo Otto, dal nome di Nikolaus Otto, che concepì il concetto nel 1867.
Il principio è brutale nella sua semplicità. Prendi un carburante ad alta energia. Mettilo in uno spazio piccolo e chiuso. Accendilo. L’esplosione risultante rilascia una massiccia energia sotto forma di gas in espansione. Sfrutta quell’esplosione centinaia di volte al minuto. Hai movimento.
Il ciclo ha quattro fasi distinte. Assunzione. Compressione. Combustione. Scarico.
- Corsa di aspirazione: Il pistone inizia dalla parte superiore. La valvola di aspirazione si apre. Il pistone si abbassa. Aspira una miscela di aria e una piccola nebbia di benzina. Non hai bisogno di molto carburante. Quanto basta per bruciare.
- Colpo di compressione: il pistone torna verso l’alto. Schiaccia quella miscela aria-carburante. La compressione della miscela rende la successiva esplosione notevolmente più potente.
- Colpo di combustione: Al termine della sua corsa, la candela si accende. Un minuscolo arco elettrico accende la miscela compressa. La benzina esplode. I gas in espansione spingono indietro il pistone con forza.
- Colpo di scarico: il pistone tocca il fondo. La valvola di scarico si apre. I gas combusti vengono spinti fuori dal cilindro e lungo il tubo di scappamento.
Il ciclo si ripristina. Il motore afferra un’altra carica di aria e gas.
Questo movimento lineare avanti e indietro dei pistoni deve diventare un movimento rotatorio. Le tue ruote non girano su e giù. Girano intorno. L’albero motore gestisce questa conversione. Collegato ai pistoni tramite bielle, l’albero motore assorbe la forza rettilinea e la fa ruotare.
L’albero motore è il ponte tra il caos lineare del pistone e l’ordine di rotazione della ruota.
Non si tratta solo di pistoni e bielle, però. Hai bisogno di un blocco per tenere tutto insieme. Una testa per sigillare le camere di combustione. Valvole per l’ingresso e l’uscita dell’aria. Un sistema per gestire il carburante.
Stiamo esaminando le parti base del motore ora. Nello specifico, i cilindri che ospitano questa violenza.
La magia avviene tra il pistone e la parete del cilindro. È qui che l’energia della combustione viene convertita in movimento. Abbastanza semplice. La maggior parte dei tosaerba funziona con un solo cilindro. Macchine? Hanno bisogno di più muscoli. Quattro. Sei. Otto. Addirittura dodici in alcuni angoli esotici del mercato. Ma mettere insieme più cilindri non significa semplicemente impilarli in modo casuale. Riguarda la geometria.
Motori in linea: la semplicità vince
Prendi quel quattro in linea di cui abbiamo parlato prima. Tutti e quattro i cilindri si trovano in linea retta. Uno dopo l’altro. È pulito. Efficiente. Economico da costruire perché il blocco è in fusione unica. La produzione lo adora. Le parti sono standardizzate. La manutenzione è semplice. Se apri il cofano di una berlina compatta o di una potente berlina, è probabile che stai guardando un quattro in linea. Si adattano bene ai motori montati trasversalmente dove lo spazio è limitato nella parte anteriore dell’auto.
Ma sono lunghi. I motori alti possono alzare il baricentro. Non è l’ideale per la gestione. E ad alti regimi, l’ordine di accensione può sembrare un po’ goffo rispetto ad accordi più bilanciati. Tuttavia, per la guida quotidiana e l’efficienza del carburante, il quattro in linea è il cavallo di battaglia. Non sbaglierai.
Motori V: potenza in uno spazio compatto
Ora passa alla configurazione a V. Due serie di cilindri inclinate l’una rispetto all’altra. Di solito sono distanti 60 o 90 gradi, sebbene esistano altri angoli. Questa configurazione riduce l’ingombro del motore. Più corto di un sei in linea. Profilo inferiore. Ciò semplifica l’inserimento in veicoli più grandi o in auto ad alte prestazioni in cui lo spazio del vano motore è premium.
I V-6 sono ovunque nei SUV e nelle berline di medie dimensioni. I V-8 dominano ancora la scena delle muscle car. Forniscono quel suono profondo e gutturale che gli appassionati desiderano. E sono più fluidi dei sei in linea agli alti regimi grazie ai pistoni opposti che annullano alcune vibrazioni. Ma c’è un problema. Complessità. Più parti. Più collettori di scarico da avvolgere. Costi di produzione più elevati. E il raffreddamento può essere complicato con quella stretta valle tra le sponde.
Motori piatti o boxer: bassi e larghi
Poi c’è il quattro piatto. Sesto piatto. Orizzontalmente opposto. I pistoni si allontanano l’uno dall’altro come i pugili su un ring. Da qui il soprannome. Porsche li usa. Subaru conta su di loro. Perché? Perché la disposizione piatta abbassa notevolmente il baricentro. Migliore distribuzione del peso. Meno rollio in curva. Il motore è posizionato in basso nel telaio. Questo è un vantaggio di manovrabilità che i motori in linea e a V faticano a eguagliare.
Anche i motori piatti vibrano meno dei quattro in linea. I pistoni opposti si bilanciano in modo naturale. Non sono necessari controalberi complessi. Ma sono ampi. Molto ampio. Ciò rende quasi impossibile l’installazione in disposizioni trasversali. Hai bisogno di una configurazione longitudinale. Serve più spazio. E l’accesso per la manutenzione può essere un incubo. Le perdite di olio dalla guarnizione principale posteriore sono una lamentela comune. Tuttavia, per i conducenti che danno priorità alla maneggevolezza e al feedback, il motore piatto è difficile da battere.
Quale layout si adatta alle tue esigenze?
Si tratta di priorità. Desideri riparazioni economiche e un imballaggio semplice? Vai in linea. Hai bisogno di più potenza in un pacchetto più piccolo? Motore a V. Desideri la migliore dinamica di guida e non ti dispiace un vano motore più ampio? Piatto. Non esiste una risposta perfetta. Solo
La candela e la fasatura delle valvole
La combustione non avviene per caso. La candela fornisce la fonte di accensione, sparando la scintilla che accende la miscela aria/carburante. Il tempismo è tutto qui. Se la scintilla scocca troppo presto o troppo tardi, l’efficienza crolla.
Quelle valvole sono altrettanto critiche. Le valvole di aspirazione e scarico si aprono e si chiudono in una sequenza precisa. Permettono l’ingresso della miscela e lasciano uscire lo scarico. Fondamentalmente, entrambe le valvole devono rimanere sigillate durante le fasi di compressione e potenza. Se la camera non è ermetica, si perde pressione. Perdi potere.
Dinamica dei pistoni e guasti agli anelli
Il pistone stesso è un semplice cilindro di metallo, che scorre su e giù all’interno del foro. Ma la vera magia, e la fonte più comune di problemi di manutenzione, risiede nelle fasce elastiche.
Questi anelli creano una tenuta scorrevole tra il bordo esterno del pistone e la parete del cilindro. Hanno due lavori non negoziabili:
- Sigillare la camera di combustione in modo che la miscela carburante/aria e i gas di scarico non fuoriescano dal pistone nella coppa.
- Evitare che l’olio motore nella coppa migri nella camera di combustione.
Quando quegli anelli si consumano, il sigillo si rompe. Questo è il motivo per cui le auto più vecchie spesso sviluppano problemi di consumo di petrolio. Se stai rabboccando un litro ogni 1.000 miglia, è probabile che i tuoi anelli vengano sparati, lasciando bruciare l’olio nella camera. I materiali moderni hanno migliorato significativamente la longevità degli anelli, motivo per cui i motori moderni possono allungare gli intervalli di cambio dell’olio e durare complessivamente più a lungo.
La biella e l’albero motore
La biella colma lo spazio tra il pistone e l’albero motore. Ha bisogno di ruotare su entrambe le estremità. Perché? Perché il pistone si muove in linea retta mentre l’albero motore ruota. L’asta cambia angolazione per assecondare quel movimento, traducendo l’energia lineare in forza rotazionale.
Quella forza finisce all’albero motore. Prende il movimento su e giù del pistone e lo converte in movimento circolare. Pensatela come la manovella di un jack-in-the-box. Spingi verso il basso e l’albero gira. È un semplice principio meccanico, ma è il cuore della potenza del motore.
La coppa e la gestione dell’olio
Intorno all’albero motore c’è la coppa, o coppa dell’olio. Questo serbatoio contiene l’olio lubrificante che circola attraverso il motore. La gravità trascina l’olio sul fondo della coppa, dove la pompa dell’olio può afferrarlo e rimandarlo ai cuscinetti, ai pistoni e alle valvole.
Senza questo serbatoio, l’attrito distruggerebbe il motore in pochi minuti. La coppa mantiene le parti mobili galleggianti in un film d’olio, riducendo l’usura e dissipando il calore.
Problemi al motore
Giri la chiave. L’antipasto ronza. Il motore gira. Ma non cattura.
Questo è il classico scenario “manovella senza avviamento”. È frustrante, certo. Ma è anche logico. Conosci già le basi della combustione interna. Ora devi solo filtrare il rumore.
Ci sono tre requisiti fondamentali affinché un motore possa accendersi. Se qualcuno di loro fallisce, sei bloccato a spingere.
- Corretta miscela di carburante.
- Compressione corretta.
- Forte scintilla.
Tutto il resto è secondario. Migliaia di piccoli problemi possono causare la mancata partenza, ma questi tre sono i “tre grandi”. Ignorali a tuo rischio e pericolo.
Il problema del mix di carburante
Il tuo motore ha bisogno di carburante e aria nel giusto rapporto. Una miscela troppo magra, troppo ricca o nessuna miscela, e la combustione muore.
Considera prima l’ovvio: potresti semplicemente essere senza benzina. Il motore aspira aria, ma senza carburante non c’è nulla da bruciare.
Ma cosa succede se hai gas?
Una presa d’aria intasata può privare il motore di ossigeno. Ottieni carburante, ma non abbastanza aria. Il mix diventa troppo ricco. Le candele si sporcano. Il motore soffoca.
Al contrario, un sistema di alimentazione difettoso potrebbe pompare troppo o troppo poco carburante. I motori moderni utilizzano sensori per regolarlo, ma i sistemi a carburatore più vecchi? Sono schizzinosi. Se il galleggiante è bloccato o i getti sono intasati la miscela è mancata.
Poi c’è la contaminazione. L’acqua nel serbatoio del gas è un killer. Non brucia. Si trova in fondo. Se il tubo del carburante attira quella morchia, il motore scoppietta e muore. Le impurità interrompono completamente la reazione chimica.
Compressione: il sigillo della vita
La compressione è ciò che rende potente l’esplosione. Se l’aria e il carburante non possono essere compressi saldamente, l’esplosione risultante è debole. O inesistente.
La mancanza di compressione solitamente indica una perdita. Dove?
Fasce elastiche usurate. Questi anelli sigillano lo spazio tra il pistone e la parete del cilindro. Quando si consumano, la miscela aria/carburante fuoriesce oltre il pistone durante la corsa di compressione. Perdi pressione. Perdi potere.
Valvole che perdono. Le valvole di aspirazione e di scarico devono chiudersi ermeticamente. Se le sedi sono bruciate o gli steli sono piegati, il gas fuoriesce nel collettore di scarico o di aspirazione invece di rimanere nel cilindro.
Una guarnizione della testa bruciata. Questo è il guasto strutturale più comune che porta alla perdita di compressione. La testata è fissata al blocco motore. Tra di loro si trova una sottile guarnizione progettata per creare una tenuta perfetta.
Quando quella guarnizione cede, si rompe. Si formano piccoli fori. La guarnizione perde. La compressione perde nel sistema di raffreddamento o nei passaggi dell’olio. Il motore non si avvia perché la pressione non aumenta mai.
Scintilla: il grilletto dell’accensione
Senza scintilla, il carburante è semplicemente liquido. Hai bisogno di una candela per accenderlo.
Se la scintilla è debole, il carburante potrebbe non accendersi. Ciò accade spesso quando la candela stessa è usurata. Gli elettrodi si erodono nel tempo. Il divario si allarga. La scintilla fatica a scoccare.
Oppure il filo è tagliato.
Se il cavo di accensione che porta alla candela è tagliato o mancante, la corrente non può raggiungere la candela. Nessuna scintilla.
Ma non è solo una questione di presenza. È una questione di tempismo.
I Tempi di accensione determinano quando scocca la scintilla rispetto alla posizione del pistone. Se la scintilla arriva troppo presto, contrasta la risalita del pistone. Se spara troppo tardi, il pistone si sta già abbassando. Il carburante si accende, ma l’esplosione non spinge efficacemente il pistone. In entrambi i casi, il motore non si avvia o funziona male.
Altri errori critici
Oltre ai tre grandi, altri guasti sistemici possono fermare istantaneamente un motore.
Batteria scarica. Semplice. Nessuna alimentazione significa nessun motorino di avviamento. Niente avviamento, niente avviamento.
Cuscinetti usurati. L’albero motore ruota su cuscinetti. Se sono usurati o grippati, l’albero motore non può girare. Il motore si blocca.
Problemi di fasatura delle valvole. Se l’albero a camme si guasta o la cinghia di distribuzione si spezza, le valvole non si aprono e si chiudono in sincronia con i pistoni. L’aria non può entrare. I gas di scarico non possono uscire. Il motore soffoca.
Carenza di petrolio. Se finisci il petrolio, perdi la lubrificazione. Picchi di attrito. Il calore aumenta. I pistoni si bloccano contro le pareti del cilindro. Il motore si ferma di colpo. Permanentemente.
La perfezione non è richiesta
Un motore funzionante non deve essere perfetto. Deve solo funzionare entro tolleranze accettabili.
Noterai quando le cose andranno male. Minimo irregolare. Inizio difficile. Perdita di potere. Questi sono i sintomi.
Ma quando il motore non si avvia affatto, hai a che fare con un grave guasto. Uno dei sistemi fondamentali si è rotto.
Abbiamo spiegato il perché. Il passo successivo è osservare il come. Nello specifico, i sottosistemi che gestiscono questi guasti.
Distribuzione valvole motore e sistemi di accensione
La maggior parte dei propulsori moderni si affida a un’architettura specifica per gestire il flusso d’aria, e la scelta della tecnologia in questo caso determina quanta potenza si ottiene da ogni goccia di carburante. Il sistema camma in testa è lo standard per un motivo.
Il luogo in cui vive la videocamera è importante
Il lavoro del treno di valvole è semplice: aprire le valvole, chiudere le valvole. Ripetere. Il meccanismo che lo guida è l’albero a camme, un albero con lobi che spinge le valvole su e giù. Puoi vedere questa azione meccanica nella Figura 5.
I motori moderni utilizzano quasi esclusivamente camme in testa. Questo mette l’albero a camme direttamente sopra le valvole. I lobi colpiscono le valvole direttamente o tramite un collegamento dell’asta di spinta molto corto. Questa configurazione riduce l’inerzia e consente al motore di salire di giri senza che le valvole galleggino.
I modelli più vecchi posizionavano l’albero a camme nella coppa dell’olio, vicino all’albero motore. Ciò richiedeva una lunga catena di sollevatori e aste di spinta per portare il segnale in cima. Ha funzionato. Lo fa ancora in alcune macchine economiche o vintage. Ma il design sopraelevato è più leggero ed efficiente.
Mantieni il tempo sincronizzato
L’albero motore gira due volte per ogni volta che gira l’albero a camme. Questo rapporto 2:1 non è negoziabile. Se i pistoni sono al punto morto superiore e le valvole sono aperte, il motore esplode. Per evitare ciò, una cinghia di distribuzione o una catena di distribuzione collega i due alberi.
Questo collegamento garantisce che le valvole si aprano e si chiudano nell’esatto millisecondo in cui i pistoni sono pronti per loro.
Perché le doppie camme in testa?
I motori ad alte prestazioni non vogliono solo più aria; vogliono più flusso. Una singola valvola per porta rappresenta un collo di bottiglia. I moderni motori ad alto rendimento utilizzano quattro valvole per cilindro: due per l’aspirazione, due per lo scarico.
Non è possibile spostare in modo efficiente quattro valvole indipendenti con un albero a camme. Pertanto, gli ingegneri utilizzano due alberi a camme per bancata di cilindri. Una camma controlla le valvole di aspirazione. L’altro controlla lo scarico. Da qui deriva il termine doppie camme in testa (o DOHC).
Non è solo marketing. È fisica. Più valvole significano una migliore respirazione. Una migliore respirazione significa più potenza. E una maggiore potenza richiede un treno di valvole più complesso. La configurazione della camma in testa rende gestibile questa complessità.
Come il sistema di accensione accende i tuoi cilindri
Il sistema di accensione (Figura 6) non si limita ad accendere l’auto. Genera una carica elettrica ad alta tensione e la invia alle candele. Per arrivarci viaggia attraverso i cavi di accensione.
Innanzitutto, tale addebito colpisce il distributore. Lo troverai nascosto sotto il cofano nella maggior parte dei veicoli. È il fulcro. Un filo entra nel centro. Si staccano quattro, sei o otto fili. Il numero dipende interamente dal numero dei cilindri.
Questi cavi di accensione forniscono la carica a ciascuna candela. I tempi sono stretti. Solo un cilindro alla volta ottiene la scintilla. Questa accensione sfalsata mantiene il motore senza intoppi. Niente cretini. Solo ritmo.
Successivamente parleremo di come la tua auto si avvia, si raffredda e fa circolare l’aria.
Sistemi di raffreddamento, aspirazione aria e avviamento del motore
Meccanica del raffreddamento e dell’aspirazione dell’aria
La maggior parte delle auto moderne si affida a un sistema di raffreddamento a base liquida per evitare che il motore si fonda. Il radiatore e la pompa dell’acqua sono i punti di forza qui. Il liquido refrigerante circola attraverso passaggi praticati attorno ai cilindri, assorbe il calore e quindi lo scarica nel radiatore prima di tornare indietro. È un circuito chiuso.
Ma non tutti i motori rispettano queste regole. Troverai configurazioni raffreddate ad aria nelle macchine più vecchie come i Maggiolini Volkswagen precedenti al 1999, oltre alla maggior parte delle motociclette e dei tosaerba. Puoi individuarli immediatamente. Guarda l’esterno dei cilindri. Se vedi le pinne, significa raffreddamento ad aria. Le alette aumentano la superficie per dissipare il calore nel flusso d’aria. Questa configurazione mantiene il motore più leggero. Lo fa anche diventare più caldo. E più caldo di solito significa durata più breve e prestazioni inferiori. È un compromesso.
Ora che abbiamo visto come esce il calore, parliamo di cosa entra. La circolazione dell’aria non è solo rumore di fondo. È il carburante per il fuoco.
La maggior parte delle auto stradali sono normalmente aspirate. È un modo elegante per dire che il motore respira in modo naturale. L’aria passa attraverso un filtro e cade direttamente nei cilindri. Semplice. Efficace. Ma se vuoi più potenza, hai bisogno di più aria.
È qui che l’induzione forzata cambia le regole del gioco. I motori moderni ed efficienti ad alte prestazioni sono turbocompressi o sovralimentati. Invece del flusso d’aria naturale, questi sistemi pressurizzano l’aria in entrata. Una maggiore pressione significa che è possibile riempire più aria e carburante in ciascun cilindro durante la corsa di aspirazione. Questa pressurizzazione si chiama boost.
Come si genera quella spinta? Due diversi metodi meccanici.
Un turbocompressore utilizza l’energia di scarto. Si trova nel tubo di scarico. I gas di scarico caldi fanno girare una turbina. Quella turbina è collegata da un albero ad una girante del compressore nel tratto di aspirazione. È efficiente. Ricicla l’energia che altrimenti scomparirebbe nel tubo di scappamento. Un compressore, invece, è azionato meccanicamente. È imbullonato direttamente al motore, solitamente tramite una cinghia o ingranaggi, e fa girare il compressore indipendentemente dal flusso di scarico.
Poiché il turbocompressore essenzialmente elimina il calore e la pressione dallo scarico, libera la potenza dai motori più piccoli. Pensa a un piccolo motore a quattro cilindri. Aggiungete un turbo e potrete produrre valori di potenza solitamente riservati a un sei cilindri più grande. Il kicker? Ottieni un risparmio di carburante migliore dal 10 al 30%. Ottieni più lavoro con meno carburante.
Approfondimento sul sistema di avvio
Aumentare le prestazioni è una cosa. Far muovere il motore in primo luogo è un altro. Cosa succede quando giri la chiave?
Il sistema di avviamento è composto da due componenti principali: il motorino di avviamento elettrico e il solenoide di avviamento. È un’operazione di forza bruta. Il motorino di avviamento deve far girare fisicamente il motore per diversi giri. Perché? Perché la combustione non inizierà finché i pistoni non si saranno mossi. Il motore ha bisogno di slancio per completare le fasi di aspirazione, compressione, potenza e scarico.
Far girare un motore freddo è un lavoro duro. Il motorino di avviamento deve superare una resistenza significativa.
- Attrito interno : le fasce elastiche del pistone che sfregano contro le pareti del cilindro creano resistenza.
- Pressione di compressione : se un pistone si trova vicino al punto morto superiore, la miscela aria-carburante compressa lo spinge indietro.
- Energia del treno di valvole : l’albero a camme deve spingere l’apertura e la chiusura delle valvole. Ciò richiede forza.
- Carico accessorio : tutto ciò che è imbullonato al motore lo trascina giù. La pompa dell’acqua, la pompa dell’olio e l’alternatore sono tutti collegati. Anche lo starter deve farli girare.
Questa resistenza richiede una corrente massiccia. Gli impianti elettrici dell’auto funzionano a 12 volt. Per muovere quel pesante volano, il motorino di avviamento assorbe centinaia di ampere. Non è possibile ottenere quel tipo di corrente attraverso un interruttore di accensione standard senza fondere i contatti. Ecco perché abbiamo bisogno del solenoide di avviamento.
Pensa al solenoide come a un interruttore elettronico per carichi pesanti. Quando giri la chiave, invii un piccolo segnale al solenoide. Chiude il circuito ad alta corrente, consentendo alla piena potenza della batteria di inondare il motorino di avviamento. Clic. Ronzio. Il motore gira.
Cosa verrà dopo
Abbiamo spiegato come il motore rimane freddo, come respira e come si avvia. Ma un motore è una macchina che consuma risorse e crea rifiuti. Ha bisogno del petrolio per sopravvivere. Ha bisogno di carburante per bruciare. E ha bisogno di un modo per espellere i sottoprodotti della combustione senza soffocarsi.
Successivamente, analizzeremo i sottosistemi che gestiscono la lubrificazione, l’erogazione del carburante, la gestione degli scarichi e
Riempi il serbatoio. Controlli l’olio. Ma come fa effettivamente quel gas a far girare le ruote? Si inizia con il sistema di alimentazione.
Il tuo motore non brucia solo liquidi. Brucia una nebbia. Il sistema di alimentazione pompa la benzina dal serbatoio e la miscela con l’aria. L’obiettivo è un preciso rapporto aria/carburante. Questa miscela scorre nei cilindri. Senza il giusto mix non ottieni energia. O peggio, danni al motore.
Le auto moderne utilizzano due metodi principali per fornire questo carburante. Iniezione di carburante in porto e iniezione diretta di carburante.
Nell’iniezione di carburante a babordo, il carburante viene spruzzato proprio sopra la valvola di aspirazione. Si mescola con l’aria prima di entrare nel cilindro. L’iniezione diretta è più aggressiva. Il carburante viene spruzzato direttamente nella camera di combustione. L’alta pressione consente una nebulizzazione più fine. Ciò porta ad una migliore efficienza.
Le auto più vecchie utilizzavano i carburatori. Mescolavano meccanicamente carburante e aria mentre l’aria scorreva dentro. Erano semplici. Ma mancavano di precisione. L’iniezione moderna è controllata dal computer. Si regola millisecondo per millisecondo.
La lubrificazione mantiene le cose in movimento
Il gas crea energia. L’olio previene l’attrito.
Il sistema di lubrificazione è la linfa vitale del motore. Riveste le parti in movimento. Senza di esso, il metallo sfrega contro il metallo. Picchi di calore. Sequestro di parti.
Due aree richiedono la massima attenzione. Pistoni e cuscinetti. I pistoni scorrono su e giù nei cilindri. Hanno bisogno di una superficie liscia. I cuscinetti consentono la rotazione dell’albero motore e degli alberi a camme. Trasportano carichi pesanti.
Ecco il ciclo.
- L’olio si trova nella coppa dell’olio (coppa) sul fondo.
- La pompa dell’olio lo aspira.
- Passa attraverso il filtro dell’olio. Sabbia e trucioli metallici rimangono intrappolati.
- L’alta pressione spinge l’olio attraverso le gallerie.
- Spruzza sui cuscinetti e sulle pareti dei cilindri.
- La gravità lo riporta giù nella coppa.
Questo ciclo si ripete migliaia di volte al minuto. Se la pompa si guasta, il motore muore. Se il filtro si intasa, la pressione diminuisce. Controlla il tuo olio. Sempre.
Domare il rumore e i fumi
Hai messo il carburante. Hai lubrificato le parti mobili. Adesso avvengono le esplosioni.
Queste esplosioni creano pressione. Creano rumore. Migliaia di piccole detonazioni al minuto. Senza un sistema di scarico, sentiresti tutti. Sarebbe assordante.
Il sistema di scarico cattura questi gas. Li canalizza fuori dal retro. La marmitta è fondamentale qui. Smorza il suono. Trasforma uno sparo in un ronzio.
Ma il fumo non è solo rumore. È uno spreco.
Entra nel sistema di controllo delle emissioni. Le auto moderne sono laboratori complessi. Monitorano ogni respiro di scarico.
Il cuore di questo sistema è il convertitore catalitico. Utilizza catalizzatori e ossigeno. Brucia il carburante inutilizzato. Decompone le sostanze chimiche nocive. Trasforma gli inquinanti in gas meno nocivi.
I sensori di ossigeno monitorano il flusso di scarico. Dicono al computer quanto ossigeno è presente. Il computer regola la miscela di carburante in tempo reale. Ciò garantisce che il catalizzatore funzioni in modo efficiente. Meno rifiuti. Aria più pulita.
La spina dorsale elettrica
Il gas alimenta i pistoni. L’elettricità alimenta tutto il resto.
La tua auto ha una batteria. Fornisce alimentazione CC a 12 volt. Avvia il motore. Gestisce la radio, i fari, i finestrini e i computer. Ma la batteria non è un generatore. È un dispositivo di archiviazione.
Ha bisogno di essere ricaricato.
Questo è l’alternatore.
Collegato al motore tramite una cinghia, l’alternatore gira. Genera elettricità. Restituisce l’energia alla batteria. Alimenta anche i carichi elettrici mentre il motore è in funzione.
Se la cinghia si spezza l’alternatore si ferma. La batteria si scarica. Il motore si spegne. Sei bloccato.
Maggiore potenza del motore
Sai come funziona il motore di serie. Carburante, aria, olio, gas di scarico, elettricità. È un ecosistema equilibrato. Ma gli appassionati raramente si accontentano delle azioni.
Vogliono più potere.
Come lo ottieni? Rompi l’equilibrio. O meglio, lo ottimizzi.
Esistono tre modi principali per aumentare potenza e coppia.
- Aumenta il flusso d’aria : più aria significa più ossigeno. Più ossigeno consente di bruciare più carburante. Collettori di aspirazione più grandi. Filtri dell’aria ad alto flusso. Meno restrizioni.
- Aumenta carburante : non è possibile aggiungere aria senza aggiungere carburante. Iniettori più grandi. Pompe ad alta pressione. Sintonizzazione dell’ECU per supportare
La meccanica della potenza: come funzionano effettivamente i motori
Puoi iniziare a vedere che non esiste un solo modo per spremere più potenza da un motore. I produttori di automobili modificano costantemente le variabili per aumentare le prestazioni o migliorare l’efficienza del carburante.
Aumenta la cilindrata. Una maggiore cilindrata significa più potenza perché si brucia più carburante ad ogni giro. Puoi arrivarci ingrandendo i cilindri o aggiungendo più cilindri. Dodici cilindri sono generalmente considerati il limite pratico.
Aumenta il rapporto di compressione. Rapporti di compressione più alti producono più potenza, fino a un certo punto. Quanto più si comprime la miscela aria/carburante, tanto più è probabile che prenda fuoco spontaneamente prima ancora che la candela si accenda. La benzina ad alto numero di ottano impedisce questa combustione anticipata. Ecco perché le auto ad alte prestazioni necessitano di carburante di prima qualità: i loro motori utilizzano rapporti di compressione più elevati per ottenere più potenza.
Inserisci di più in ciascun cilindro. Se riesci a riempire più aria (e quindi carburante) in un cilindro di una determinata dimensione, otterrai più potenza senza aumentare il carburante richiesto per la combustione. Turbocompressori e compressori pressurizzano l’aria in entrata per forzare efficacemente più aria nel cilindro.
Raffreddare l’aria in ingresso. La compressione dell’aria aumenta la sua temperatura. Desideri l’aria più fresca possibile nel cilindro perché l’aria più calda si espande meno durante la combustione. Molte auto turbocompresse e sovralimentate utilizzano un intercooler. Si tratta di uno speciale radiatore attraverso il quale passa l’aria compressa per raffreddarsi prima di entrare nel cilindro.
Lascia entrare l’aria più facilmente. Quando un pistone si abbassa nella corsa di aspirazione, la resistenza dell’aria diminuisce la potenza. Puoi ridurlo inserendo due valvole di aspirazione in ciascun cilindro. Alcune auto più recenti utilizzano collettori di aspirazione lucidati per eliminare la resistenza lì. Filtri dell’aria più grandi migliorano anche il flusso d’aria.
Lascia che lo scarico esca più facilmente. Se la resistenza dell’aria rende difficile l’uscita dello scarico dal cilindro, si perde potenza. La resistenza diminuisce quando si aggiunge una seconda valvola di scarico. Un’auto con due valvole di aspirazione e due di scarico ha quattro valvole per cilindro, il che migliora le prestazioni. Quando la pubblicità di un’auto dice che ha quattro cilindri e 16 valvole, significa quattro valvole per cilindro.
Se il tubo di scarico è troppo piccolo o la marmitta ha un’elevata resistenza, si crea una contropressione che ha lo stesso effetto. I sistemi di scarico ad alte prestazioni utilizzano collettori, tubi di scarico di grandi dimensioni e silenziatori a flusso libero per eliminare la contropressione. “Doppio scarico” significa due tubi invece di uno per migliorare il flusso.
Rendi tutto più leggero. Le parti leggere aiutano il motore a funzionare meglio. Ogni volta che un pistone cambia direzione, utilizza energia per interrompere una corsa e avviarne un’altra. I pistoni più leggeri richiedono meno energia. Ciò si traduce in una migliore efficienza del carburante e prestazioni.
Iniettare il carburante. L’iniezione di carburante consente il dosaggio preciso del carburante in ciascun cilindro. Ciò migliora le prestazioni e il risparmio di carburante.
Nelle prossime sezioni risponderemo ad alcune domande comuni relative al motore inviate dai lettori.
Domande e risposte sul motore
Qual è la differenza tra un motore a benzina e un motore diesel?
In un motore diesel non è presente la candela. Il carburante diesel viene iniettato nel cilindro e il calore e la pressione della corsa di compressione provocano l’accensione del carburante. Il carburante diesel ha una densità energetica maggiore rispetto alla benzina, quindi un motore diesel ottiene un chilometraggio migliore.
Qual è la differenza tra un motore a due tempi e uno a quattro tempi?
La maggior parte delle motoseghe e dei motori per barche utilizzano motori a due tempi. Un motore a due tempi non ha valvole mobili e la candela si accende ogni volta che il pistone raggiunge la fine del ciclo. Un foro nella parte inferiore della parete del cilindro lascia entrare gas e aria. Quando il pistone si muove verso l’alto, viene compresso, la candela accende la combustione e lo scarico esce attraverso un altro foro nel cilindro. In un motore a due tempi è necessario mescolare l’olio al gas perché i fori nella parete del cilindro impediscono l’uso di anelli per sigillare la camera di combustione. Generalmente, un motore a due tempi produce molta potenza per le sue dimensioni perché per ogni rotazione si verificano il doppio dei cicli di combustione. Tuttavia, un motore a due tempi utilizza più benzina e brucia molto olio, quindi è molto più inquinante.
Ci sono vantaggi rispetto ai motori a vapore?
Il vantaggio principale di un motore a vapore è che puoi utilizzare tutto ciò che brucia come combustibile. Ad esempio, un motore a vapore può utilizzare carbone, giornali o legna come combustibile, mentre un motore a combustione interna necessita di combustibile liquido o gassoso puro e di alta qualità.
Perché un motore ha otto cilindri? Perché non avere un cilindro grande della stessa cilindrata?
Ci sono un paio di ragioni per cui un grande motore da 4,0 litri ha otto cilindri da mezzo litro anziché un grande cilindro da 4 litri. Il motivo principale è la scorrevolezza. Un motore V-8 è molto più fluido perché ha otto esplosioni equidistanti invece di una grande esplosione. Un altro motivo è la coppia di spunto. Quando avvii un motore V-8, stai guidando solo due cilindri (1 litro) attraverso le loro corse di compressione, ma con un cilindro grande dovresti invece comprimere 4 litri.
In linea contro forma a V
Il numero dei cilindri determina la personalità di un motore. Ogni cilindro ospita un pistone. Quei pistoni fanno girare l’albero motore. Più pistoni pompati significano più eventi di combustione al secondo. L’energia viene generata più velocemente. Questa è la fisica di base.
I motori a quattro cilindri di solito si trovano in linea retta. In linea. Semplice. I sei cilindri spesso sono disposti a “V”. Quella forma compatta consente blocchi più corti. Le case automobilistiche americane adoravano i motori V6. Erano potenti. Erano silenziosi. Ma il mercato è cambiato. La turbocompressione ha cambiato il gioco.
Il cambiamento della percezione americana
La storia conta qui. I consumatori erano soliti rifiutare la potenza dei quattro cilindri. Pensavano che questi motori fossero lenti. Debole. Squilibrato. Mancanza di accelerazione. Poi sono arrivate le importazioni giapponesi. Honda e Toyota iniziarono a installare efficienti quattro cilindri negli anni ’80 e ’90. Gli americani si sono svegliati. La Toyota Camry ha superato le rivali americane. Il motore compatto ha guadagnato rispetto.
Trucchi di ingegneria moderna
Oggi, un 4 cilindri può imitare le prestazioni del V6. Guarda l’EcoBoost di Ford. Usano il turbocompressore per forzare più aria in una cilindrata minore. Mazda utilizza la tecnologia SKYACTIV per l’aerodinamica e l’efficienza. Meno stress sul motore. Prestazioni migliori. Anche i materiali più leggeri aiutano. Il divario tra i due tipi di motore si sta riducendo.
Quando hai ancora bisogno di un V6
La disparità si è attenuata. Ma i motori V6 hanno ancora del lavoro da fare. Non sono solo per le auto ad alte prestazioni. I camion ne hanno bisogno. Se traini un rimorchio o trasporti carichi pesanti, hai bisogno di coppia. Hai bisogno di potenza pura. L’efficienza passa in secondo piano in questi scenari. Un turbo-quattro potrebbe avere difficoltà con il carico sostenuto. Il V6 offre.
Come funzionano effettivamente i motori
Le persone spesso chiedono informazioni di base. Cosa c’è dentro quella scatola di metallo?
I componenti principali
Il cuore del motore è il cilindro. Al suo interno un pistone si muove su e giù. Le parti principali includono:
– Candele
– Valvole
– Fasce elastiche
– Bielle
– Albero a gomiti
– La coppa
Il ciclo a quattro tempi
Quasi tutti i motori a benzina utilizzano un ciclo di combustione a quattro tempi. Converte il carburante in movimento.
1. Corsa di aspirazione
2. Corsa di compressione
3. Corsa di combustione
4. Corsa di scarico
Perché non inizia?
Se la tua macchina non si avvia, controlla i “tre grandi”.
1. Miscela di carburante errata
2. Mancanza di compressione
3. Mancanza di scintilla
Migliaia di problemi minori possono causare problemi. Ma questi tre sono i fondamenti.
