STEP #04 - IL PRINCIPIO FISICO

 IL MECCANISMO DI FUNZIONAMENTO

 

Il motore di Otto è un motore a quattro tempi costituito principalmente da due parti: un carburatore nel quale si crea una miscela di aria e benzina (il combustibile), e un cilindro chiuso da un pistone.

Riguardo la sua collocazione, il motore ideato da Otto appartiene all’ambito specifico dei motori termici a combustione interna, utilizzati nella maggior parte dei motori odierni, i quali trasformano l’energia che si propaga dalla combustione di un combustibile liquido o gassoso in energia meccanica.

All’interno del motore, in modo che funzioni correttamente, deve essere compiuto un determinato ciclo termodinamico, nel nostro caso il ciclo di Otto.

Il ciclo di Otto è diviso in diverse fasi:

-         Aspirazione

-         Compressione

-         Combustione

-         Espansione (o scoppio)

-         Scarico

 

1° ASPIRAZIONE: il pistone si sposta dal punto morto superiore al punto morto inferiore, in questo modo la valvola di aspirazione si apre e lascia entrare la miscela (aria e benzina) all’interno della camera di combustione.

2° COMPRESSIONE: la valvola di aspirazione si chiude e il pistone ritorna al punto morto superiore come nella fase iniziale.

3° COMBUSTIONE: la miscela viene incendiata tramite una scintilla e la quantità di calore che si crea provoca un considerevole incremento di pressione.

4° ESPANSIONE: l’incremento della pressione innesca nuovamente lo spostamento del pistone dal punto morto superiore al punto morto inferiore.

5° SCARICO: il posizionamento del pistone nel punto morto inferiore rende possibile l’apertura della valvola di scarico che permette l’espulsione dei gas di combustione; infine, la valvola di scarico si richiude e può ripartire un nuovo ciclo.

 

Per riuscire a rappresentare il ciclo di Otto nel piano di Clapeyron (volume-pressione) in modo più ordinato, prendiamo in considerazione il ciclo teorico (o ideale) e quindi assumiamo che il gas che sottoponiamo al ciclo (la miscela di aria e benzina) sia un gas ideale bi-atomico, e ipotizziamo che la macchina termica che realizza il ciclo sia reversibile.

Il grafico che schematizza il ciclo è dunque questo:

 

 

TRATTO OA à ASPIRAZIONE ISOBARA (la pressione è costante);

TRATTO AB à COMPRESSIONE ADIABATICA (non c’è scambio di calore tra il sistema e l’ambiente esterno);

TRATTO BC à COMBUSTIONE ISOCORA (il volume è costante; in questa fase la miscela assorbe calore dall’ambiente esterno);

TRATTO CD à ESPANSIONE ADIABATICA (non c’è scambio di calore tra il sistema e l’ambiente esterno);

TRATTO DA à DECOMPRESSIONE ISOCORA (il volume è costante; in questa fase il gas cede calore all’ambiente esterno);

TRATTO AO à SCARICO ISOBARO (la pressione è costante).

 

Il ciclo vero e proprio è però quello che parte da A e finisce in A (ABCD), e comprende dunque 4 trasformazioni, da questo deriva il nome di “motore a scoppio a 4 tempi”.

 

FONTI WEB: https://www.youmath.it/lezioni/fisica/termodinamica/3629-ciclo-otto-macchina-a-scoppio.html , http://motori.quotidiano.net/comefare/ciclo-otto-storia-funzionamento.htm , https://www.edutecnica.it/macchine/otto/otto.htm