Analizziamo adesso le quattro fasi di un motore ad
accensione comandata. Con il nome di ciclo motore si indica il complesso
delle trasformazioni subite dalla miscela di aria e benzina all'interno del
cilindro e che si ripetono periodicamente o ciclicamente.
Riprendendo quanto genericamente già detto, vediamo, più da vicino, come vengono
suddivise e come si susseguono le fasi in un motore a scoppio a 4 tempi.
Esse portano alla aspirazione della miscela, alla sua compressione,
alla accensione ed espansione ed infine allo scarico dei gas combusti
che, a ciclo di lavoro compiuto vengono allontanati dal motore per dar modo di
rinnovare nell'interno del cilindro il ciclo stesso sopra descritto. Le fasi che
compongono il ciclo motore sono quattro e precisamente, nell'ordine di
successione:
1° Tempo: Ammissione
All'inizio dell'aspirazione lo stantuffo si muove verso il p.m.i. (punto morto inferiore), mentre la valvola di aspirazione inizia l'alzata o apertura. La valvola di scarico in questa fase rimane chiusa.
2° Tempo: Compressione
Il
pistone alla fine della fase di aspirazione risale dal p.m.i. al p.m.s. ed
inizia la fase di compressione. In questa fase le valvole sono chiuse. Per
effetto della corsa ascendente del pistone, la miscela che al termine della fase
di aspirazione occupava tutto il cilindro, viene progressivamente spinta verso
l'alto in guisa che, quando il pistone giunge al p.m.s. tutta la miscela viene a
trovarsi compressa tra stantuffo e testata, in quello spazio che viene chiamato
camera di scoppio.
Affinché si abbia un'idea della pressione raggiunta dalla miscela compressa, si
tenga conto che per motori normali, con rapporti di compressione variabili da 5
a 8, essa raggiunge le 8-10 atmosfere. Si ricorda che un'atmosfera è uguale alla
pressione esercitata da circa 1 kg sulla superficie di 1 cm2.
Durante questa fase anche la temperatura della miscela aumenta per effetto della
compressione raggiungendo, sempre per motori normali, i 250-300 °C. Al termine
di questa fase la miscela carburata viene a trovarsi nelle migliori condizioni
perché una scintilla possa rapidamente provocarne l'accensione.
3° Tempo: Accensione ed espansione
Giunto il pistone al p.m.s., al termine della fase di compressione, si effettua,
mediante una scintilla che scocca tra gli elettrodi della candela,
l'accensione e la combustione repentina della miscela.
L'innalzamento di temperatura che ne consegue (circa 2000° C) è tale da creare,
nella camera di scoppio, una forte pressione ( 30-35 atmosfere ) e sullo
stantuffo, una forte spinta verso il p.m.i. .
Evidentemente durante la fase di espansione le valvole di aspirazione e di
scarico restano chiuse.
4° Tempo: Scarico
Al termine dell'espansione il cilindro resta pieno di gas
combusti, ormai inerti, che devono essere espulsi dal cilindro stesso. Questa
operazione avviene appunto nella fase di scarico, in cui lo stantuffo
risalendo dal p.m.i. verso il p.m.s. spinge attraverso la luce di scarico,
che contemporaneamente si apre, i gas combusti nell'atmosfera esterna.
Quando lo stantuffo ha raggiunto il p.m.s. lo scarico si chiude: ci si ritrova
così con lo stantuffo e le valvole nelle condizioni già individuate all'inizio
della fase di aspirazione ed il motore è in grado di ripetere periodicamente una
sequenza di fasi del tutto uguali a quelle sopra descritte.
Poiché ad ogni passaggio dello stantuffo dal p.m.s. al p.m.i.
corrisponde un mezzo giro dell'albero a gomiti, l'intero ciclo avviene in due
giri dell'albero motore.
Da quanto sopra descritto appare subito evidente che, delle quattro fasi svolte
nell'interno del cilindro, una sola è attiva (l'espansione) mentre le
altre 3 fasi (ammissione, compressione e scarico) non solo non producono
lavoro utile, ma ne assorbono per:
vincere l'attrito delle diverse parti in movimento;
superare le resistenze che la miscela incontra nel collettore e nel passaggio attraverso la luce di ammissione;
effettuare la compressione della miscela;
scaricare all'esterno i gas combusti.
La valvola di ammissione è chiusa, quella di scarico aperta da dove salgono i gas incandescenti residui della combustione, il pistone sale verso il p.m.s. aiutando la loro espulsione.