Un motore a combustione interna (ICE) è un motore termico in cui la combustione di un carburante 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 in genere applicata a pistoni, pale di turbine, 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 qualsiasi cosa a cui sia collegato il motore. 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 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 secondo lo stesso principio descritto in precedenza. Anche le armi da fuoco sono una forma di motore a combustione interna, sebbene siano così specializzate da essere generalmente trattate come una categoria separata.
Al contrario, nei motori a combustione esterna, come i motori a vapore o Stirling, l'energia viene ceduta a un fluido di lavoro che non è costituito da prodotti della combustione, è miscelato con essi o da essi contaminato. I fluidi di lavoro per i motori a combustione esterna includono aria, acqua calda, acqua pressurizzata o persino sodio liquido riscaldato in una caldaia.
Ulteriori informazioni:che cos'è il motore a combustione esterna?
Gli ICE sono generalmente alimentati da combustibili ad alta densità energetica come benzina o gasolio, fluidi prodotti da combustibili fossili. Sebbene esistano molte applicazioni fisse, la maggior parte degli ICE viene utilizzata in applicazioni mobili e sono l'alimentazione dominante per veicoli come automobili, aerei e barche.
Nel 1823 Samuel Brown brevettò il primo motore a combustione interna da applicare industrialmente negli Stati Uniti; uno dei suoi motori pompava acqua sul canale 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 moderno motore a combustione interna 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 è nato a Mussy-la-Ville nel 1822, che allora era in Lussemburgo, ma ora fa parte del Belgio. All'inizio degli anni Cinquanta dell'Ottocento 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 carro a tre ruote. Sebbene funzionasse abbastanza bene, non era efficiente nei consumi, faceva molto rumore e spesso si surriscaldava. Il motore si spegnerebbe completamente se l'acqua non fosse fornita per raffreddarlo e fosse necessario un serbatoio per trattenere il carburante gassoso.
Nel 1863 costruì una carrozza a tre ruote che funzionava a benzina. Durante una manifestazione a Parigi, l'auto ha percorso una distanza di 11 km in circa 3 ore, che corrisponde a una velocità media di 3 km/h.
Non troppo veloce! Cosa c'era di così impressionante in una carrozza che muoversi così lentamente? Ebbene, il fatto che fosse azionato da un motore, piuttosto che da un cavallo o da un mulo, ne fece una vera innovazione. I suoi motori hanno avuto un discreto successo con un totale di circa 500 motori costruiti, ma hanno lasciato spazio a molti miglioramenti.
Lenoir divenne cittadino francese nel 1870 per aver aiutato i francesi durante la guerra franco-prussiana. Nel 1881 ricevette la Legion d'Onore, un premio per l'eccellenza, per i suoi progressi nella telegrafia. Sebbene Lenoir abbia praticamente inventato l'automobile, Lenoir era indigente nei suoi ultimi anni. Morì in Francia nel 1900.
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 della combustione in lavoro.
Il motore è costituito da un cilindro fisso e un pistone mobile. I gas di combustione in espansione spingono il pistone, che a sua volta fa ruotare l'albero motore. Dopo che il pistone ha compresso la miscela aria-carburante, la scintilla la accende, provocando la combustione. L'espansione dei gas di combustione spinge il pistone durante la corsa di potenza.
In definitiva, attraverso un sistema di ingranaggi nel gruppo propulsore, questo movimento aziona le ruote del veicolo.
Attualmente sono in produzione due tipi di motori a combustione interna:il motore a benzina ad accensione comandata e il motore diesel ad accensione spontanea. La maggior parte di loro sono a quattro tempi, il che significa che sono necessarie quattro corse del pistone per completare un ciclo. Il ciclo comprende quattro diversi processi:aspirazione, compressione, combustione e corsa di potenza e scarico.
I motori a benzina con accensione a scintilla e i motori diesel con accensione per compressione differiscono nel modo in cui erogano e accendono il carburante. In un motore ad accensione comandata, il carburante viene miscelato con l'aria e quindi aspirato nel cilindro durante il processo di aspirazione. Dopo che il pistone ha compresso 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 semplicemente aspirata nel motore e quindi compressa. I motori diesel quindi spruzzano il carburante in una quantità adeguata e dosata nell'aria compressa calda, che lo accende.
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.
Il motore IC ha molte applicazioni come,
Ci sono due tipi di motori a combustione interna attualmente in produzione:il motore a benzina con accensione a scintilla e il motore diesel con accensione per compressione. La maggior parte di questi sono motori a ciclo a quattro tempi, il che significa che sono necessari quattro tempi 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 carica, ecc. Ora lo studiamo nel dettaglio.
Sappiamo che i motori IC convertono l'energia chimica in energia meccanica nel funzionamento ciclico. Esistono molti cicli termodinamici, ad es. Ciclo di Carnot, Ciclo Otto, Ciclo Diesel, Ciclo Rankine, ecc. I motori IC funzionano su tre cicli Ciclo Otto e Ciclo Diesel e Ciclo Doppio. Quindi, secondo esso, i motori IC possono essere classificati nei seguenti tipi.
È anche noto come motore ad accensione comandata o motore ad aggiunta di calore a volume costante, motore a benzina, ecc. In questo ciclo l'aggiunta di calore (combustione di carburante) e il rifiuto (scarico) avvengono a volume costante e l'espansione e la compressione avvengono a isoentropico. Questi motori forniscono bassa potenza ad alta velocità.
Questo è noto come motore ad accensione per compressione, motore diesel, motore a pressione costante, ecc. In questo ciclo l'aggiunta di calore (combustione di carburante) avviene a pressione costante e la dispersione del calore avviene a volume costante. Questo motore fornisce un'elevata potenza a bassa velocità.
Il doppio ciclo 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 vengono utilizzati in commercio.
La maggior parte di noi conosce questi motori. Questi sono motori a benzina e motori diesel. Al giorno d'oggi carburante gassoso come GPL, CNG, idrogeno, ecc. Viene utilizzato anche nei motori IC. Questi motori sono chiamati motori non tradizionali.
La carica indica come avviene l'immissione della miscela aria-carburante. Questo può essere classificato come segue.
In questo motore, l'immissione della miscela aria-carburante (motore SI) o della sola aria (motore CI) avviene a causa della differenza di pressione all'interno del cilindro e della pressione atmosferica.
In questo motore viene utilizzato un compressore separato per l'immissione della carica all'interno del cilindro. Questo compressore viene azionato utilizzando la potenza del motore (collegato all'albero motore con trasmissione a cinghia).
Questo motore utilizza una turbina che aspira l'aria nel cilindro e funziona utilizzando la potenza dei gas di scarico. È anche come la sovralimentazione, ma il compressore è azionato da una turbina che viene fatta ruotare dai gas di scarico.
Nel motore IC l'accensione della carica può avvenire in due modi. Nella prima viene utilizzata una candela separata o qualsiasi altro dispositivo per accendere il carburante (Spark Ignition Engine) e l'altro è l'accensione del carburante a causa del calore generato durante la compressione o del carburante (Compression Ignition Engine).
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).
Nei motori a benzina, usavamo una candela per accendere il carburante. Questa scintilla alla candela, prodotta da un sistema di accensione. Secondo il sistema di accensione, ci sono due tipi di motori. Il primo è il motore di accensione della batteria (usa una batteria per generare la scintilla) e un altro è un motore di accensione a magnete (usa un piccolo generatore per generare la scintilla).
In questo tipo di motore viene utilizzato un pistone che si muove in moto alternativo sfruttando la forza di pressione generata dalla combustione del carburante. L'albero a gomiti converte questo movimento alternativo in movimento rotatorio. La maggior parte dei motori automobilistici sono di tipo alternativo.
Leggi di più: Che cos'è il motore alternativo?
In un motore rotativo, viene utilizzato un rotore. La forza di pressione generata dalla combustione del carburante viene esercitata su questo rotore, che fa ruotare ulteriormente la ruota. Il motore Wankel è un tipo di motore rotativo. Questi motori non sono attualmente utilizzati nei motori delle automobili.
Nei motori IC vengono utilizzati due tipi di raffreddamento, il raffreddamento ad aria e il 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 funge anche da mezzo di raffreddamento.
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 un colpo. Se ritorna a BDC viene chiamato due tratti. Un albero a gomiti compie una rotazione in due tempi. Secondo esso, sono stati inventati tre tipi di motori.
In questo motore, l'albero a gomiti effettua una rotazione in una corsa di potenza. Questo motore dà più potenza rispetto ad altri. Viene utilizzato in sparatutto, navi, generatori, ecc.
Leggi di più: Cos'è il motore a due tempi? e che cos'è un motore a quattro tempi?
Questo motore fornisce due rotazioni dell'albero motore in una corsa di potenza. Danno bassa potenza ma alta efficienza. Viene utilizzato in auto, camion, biciclette, ecc.
Questi motori sono in fase di sviluppo. Come suggerisce il nome, darà la rotazione di tre alberi a gomiti in una corsa di potenza.
Questi motori possono essere meglio compresi dai diagrammi rispetto alle parole.
Un motore a combustione interna (motore ICE o IC) è un motore termico in cui la combustione di un carburante avviene con un ossidante (solitamente aria) in una camera di combustione che è parte integrante del circuito di flusso del fluido di lavoro.
Nel 1823 Samuel Brown brevettò il primo motore a combustione interna da applicare industrialmente negli Stati Uniti; uno dei suoi motori pompava acqua sul canale Croydon dal 1830 al 1836.
Il primo motore a combustione interna di successo commerciale è stato creato da Étienne Lenoir intorno al 1860 e il primo motore a combustione interna moderno è stato creato nel 1876 da Nicolaus Otto. Nel 1872, l'americano George Brayton inventò il primo motore a combustione interna commerciale alimentato a liquido .
Il motore è costituito da un cilindro fisso e un pistone mobile. I gas di combustione in espansione spingono il pistone, che a sua volta fa ruotare l'albero motore. Dopo che il pistone ha compresso la miscela aria-carburante, la scintilla la accende, provocando la combustione. L'espansione dei gas di combustione spinge il pistone durante la corsa di potenza.
Il motore IC ha molte applicazioni come:
Ci sono tre tipi principali di motori a combustione interna in uso oggi:
Lo sviluppo del motore a combustione interna ha aiutato a liberare gli uomini dal lavoro manuale più duro, ha reso possibile l'aereo e altri mezzi di trasporto e ha contribuito a rivoluzionare la produzione di energia.
Il motore Si è un motore a combustione interna che funziona secondo il principio dell'accensione a scintilla. Utilizza benzina e utilizza il ciclo Otto. Il motore diesel (Ci) è anche un motore a combustione interna, che utilizza carburante diesel e funziona a ciclo diesel.
I motori a combustione interna (ICE) sono la forma più comune di motori termici, poiché vengono utilizzati in veicoli, barche, navi, aerei e treni. Sono chiamati come tali perché il carburante viene acceso per lavorare all'interno del motore. La stessa miscela di carburante e aria viene quindi emessa come scarico.
L'AFR è il rapporto di massa tra aria e carburante presente in un motore a combustione interna. Per i motori a benzina, il rapporto stechiometrico A/F è 14,7:1, il che significa 14,7 parti di aria per una parte di carburante. Dipende dal tipo di carburante.
La temperatura dei gas in combustione nel cilindro del motore raggiunge fino a 1500-2000°C, che è al di sopra del punto di fusione del materiale del corpo del cilindro e della testata del motore. (Il platino, un metallo che ha uno dei punti di fusione più alti, fonde a 1750°C, il ferro a 1530°C e l'alluminio a 657°C.)
La differenza fondamentale tra miscela di carburante magra e ricca è che utilizziamo una miscela magra per la massima efficienza mentre utilizziamo una miscela ricca per la massima potenza in un motore. Utilizziamo i termini miscele di combustibili magre e ricche per descrivere i processi di combustione nei motori e nei forni industriali.
Una miscela ricca è una miscela carburante/aria contenente una proporzione eccessiva di carburante. Una miscela ricca fornisce carburante sufficiente per consumare tutto l'ossigeno nel cilindro. Una miscela ricca ha troppa benzina e non abbastanza aria.
La benzina è salita alla ribalta nel 1892, mentre il diesel ha impiegato un po' più di tempo con alcune fonti che puntano al 1893 quando è stato utilizzato per la prima volta e riconosciuto come fonte di carburante. Quindi, con questo in mente, la benzina è stata tecnicamente la prima, poiché ha guadagnato popolarità e successo commerciale più velocemente della sua controparte diesel.
Il pistone è una parte fondamentale dei motori a combustione interna. Ha un movimento alternativo e converte l'energia termica in potenza meccanica. Viaggia su e giù all'interno di un cilindro quando il motore produce potenza. Lo scopo del pistone è quello di sopportare l'espansione dei gas e inviarlo all'albero motore.
Veicolo ICE indica un veicolo convenzionale alimentato esclusivamente da un motore a combustione interna.
Il motore a combustione interna ha un rendimento di circa il 35-45%. Rispetto al motore a combustione esterna ha un rendimento di circa il 15-25%. Il costo del carburante del motore a combustione interna è relativamente alto. Rispetto al costo del carburante del motore a combustione esterna è relativamente basso.
