11 Motore e sistemi di raffreddamento

1. Motori a combustione interna, elettrici e rotativi

Il motore trasforma l'energia in movimento e, nei veicoli a combustione interna, utilizza la combustione del carburante per produrre lavoro meccanico. Questa categoria riunisce la struttura fondamentale del motore, la distribuzione, l'alimentazione e il raffreddamento, mantenendo soltanto i dettagli che il file considera utili per comprendere funzionamento, controlli e principali anomalie.

Nel motore a combustione interna il carburante brucia all'interno del motore e l'energia prodotta viene trasformata in movimento meccanico. La maggior parte dei motori automobilistici tradizionali descritti nel file è di tipo alternativo: i pistoni si muovono nei cilindri e, attraverso le bielle, mettono in rotazione l'albero motore.

Il motore rotativo non utilizza il classico movimento alternativo dei pistoni; il file cita il Wankel come esempio poco diffuso. Il motore elettrico trasforma invece l'energia elettrica della batteria di trazione in energia meccanica e non utilizza il ciclo tradizionale di aspirazione, compressione, combustione e scarico.

2. Benzina e diesel

Nel motore a benzina la combustione viene avviata dalla scintilla prodotta dalla candela: si parla quindi di accensione comandata.

Nel motore diesel il gasolio viene nebulizzato in aria fortemente compressa e riscaldata. L'elevata temperatura dell'aria provoca l'accensione del carburante senza la scintilla di una candela, perciò si parla di accensione spontanea. L'iniettore introduce il carburante, mentre la candeletta, nei motori che ne sono dotati, facilita l'avviamento a freddo e non sostituisce l'iniettore.

3. Motore a due tempi e a quattro tempi

Il motore a due tempi completa il ciclo con due corse del pistone e un giro dell'albero motore. Nel motore a quattro tempi il ciclo richiede quattro corse del pistone e due giri dell'albero motore.

Le quattro fasi sono aspirazione, compressione, combustione ed espansione, scarico. Durante l'aspirazione il pistone scende e la valvola di aspirazione è aperta; nel diesel entra normalmente aria. Durante la compressione il pistone risale con entrambe le valvole chiuse e pressione e temperatura aumentano.

Nella fase di combustione ed espansione, che è la fase attiva, la pressione spinge il pistone verso il basso e produce lavoro. Durante lo scarico il pistone risale e i gas combusti vengono espulsi attraverso la valvola di scarico aperta.

4. Monoblocco, cilindri, pistoni e bielle

Il monoblocco o basamento rappresenta la struttura principale del motore. Ospita o sostiene cilindri, albero motore, pistoni, bielle, passaggi dell'olio e intercapedini del liquido di raffreddamento.

I cilindri sono le cavità nelle quali scorrono i pistoni. Il pistone si muove tra punto morto superiore, PMS, e punto morto inferiore, PMI; la distanza tra i due punti è la corsa.

La biella collega pistone e albero motore. Lo spinotto realizza il collegamento superiore con il pistone, mentre la parte inferiore lavora sul perno di biella. Il movimento lineare del pistone viene così trasformato in rotazione.

5. Albero motore, bronzine e volano

L'albero motore, chiamato anche albero a gomiti, riceve la forza dalle bielle e trasforma il moto alternativo dei pistoni in movimento rotatorio. È sostenuto da supporti dotati di bronzine, elementi antifrizione che devono ricevere una lubrificazione sufficiente.

Il volano è collegato all'albero motore. Accumula energia durante la fase attiva e la restituisce nelle fasi passive, rendendo più regolare la rotazione. Il motorino di avviamento agisce sulla corona dentata del volano per mettere inizialmente in rotazione il motore, mentre sulla superficie del volano lavora anche il disco della frizione.

6. Fasce elastiche, raschiaolio, testata e guarnizione

Le fasce elastiche contribuiscono alla tenuta dei gas, limitano il passaggio dei prodotti della combustione, trasferiscono parte del calore e aiutano a controllare l'olio. L'anello raschiaolio rimuove l'olio in eccesso dalle pareti del cilindro, impedendo che una quantità eccessiva raggiunga la camera di combustione.

La testata chiude superiormente il monoblocco e può contenere valvole, albero a camme, bilancieri, candele o iniettori, candelette e condotti di aspirazione e scarico.

La guarnizione della testata deve garantire la separazione tra camera di combustione, circuito dell'olio e circuito del refrigerante. Se si danneggia può causare perdita di compressione, passaggio di liquido nei cilindri, contaminazione dell'olio, surriscaldamento, fumo anomalo e consumo di refrigerante.

7. Impianto di distribuzione

La distribuzione sincronizza il movimento delle valvole con quello dei pistoni. La valvola di aspirazione permette l'ingresso dell'aria o della miscela, mentre quella di scarico consente l'uscita dei gas combusti.

L'albero a camme comanda l'apertura delle valvole attraverso le camme e, secondo la configurazione, può lavorare con bilancieri e altri organi. La sincronizzazione con l'albero motore deve essere precisa.

Nel ciclo a quattro tempi la valvola di aspirazione è aperta durante l'aspirazione, entrambe le valvole sono chiuse durante compressione e combustione-espansione, mentre la valvola di scarico è aperta durante lo scarico.

La trasmissione del moto alla distribuzione può avvenire tramite cinghia o catena. Una perdita di sincronizzazione può provocare funzionamento irregolare e, nei casi più gravi, danni meccanici.

8. Impianto di alimentazione

L'impianto di alimentazione porta al motore aria e carburante nelle condizioni necessarie alla combustione.

Nei motori a benzina il file distingue sistemi più tradizionali a carburatore e sistemi a iniezione elettronica. Nell'iniezione la quantità di carburante viene gestita con maggiore precisione attraverso componenti comandati elettronicamente.

Nel diesel l'impianto comprende pompa di alimentazione, pompa ad alta pressione e iniettori. Nel sistema Common Rail il carburante viene mantenuto ad alta pressione in un condotto comune e distribuito agli iniettori. Il filtro del carburante trattiene impurità e, nei sistemi diesel, può avere un ruolo importante nella separazione dell'acqua.

Difetti dell'alimentazione possono causare difficoltà di avviamento, perdita di potenza, funzionamento irregolare o fumosità anomala.

9. Sistema di raffreddamento

Il funzionamento del motore genera molto calore. Se la temperatura supera i valori corretti possono danneggiarsi lubrificante, guarnizioni e organi meccanici.

Il file distingue raffreddamento ad aria e a liquido. Nel sistema a liquido, il refrigerante assorbe calore dal motore e lo trasporta al radiatore, dove il calore viene ceduto all'aria.

I principali componenti comprendono radiatore, pompa del liquido, termostato, ventola, tubazioni e serbatoio di espansione. Il termostato regola il passaggio del refrigerante in funzione della temperatura, mentre la ventola aumenta il flusso d'aria attraverso il radiatore quando necessario.

10. Controllo della temperatura e surriscaldamento

Il conducente deve osservare l'indicatore o la spia della temperatura. Un surriscaldamento può essere provocato da livello insufficiente del liquido, perdite, termostato difettoso, ventola non funzionante, radiatore ostruito o altri guasti del circuito.

Il tappo del circuito non deve essere aperto con motore caldo. Il refrigerante deve essere mantenuto al livello corretto e con caratteristiche adatte anche alla protezione dal gelo.

11. Errori comuni

• Confondere albero motore e albero a camme: il primo trasforma il moto dei pistoni in rotazione, il secondo comanda le valvole.
• Attribuire alla candeletta la funzione della candela o dell'iniettore.
• Pensare che il raffreddamento serva a mantenere il motore freddo: il sistema deve mantenerlo nella corretta temperatura di funzionamento.