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Un motore termico o motore a combustione è una macchina termica motrice, cioè usa il calore come vettore energetico per la produzione di lavoro meccanico (eventualmente poi convertito in corrente elettrica), come il gruppo turbogas, motore ad accensione comandata, motore ad accensione spontanea, motore a vapore.
Vi sono due tipologie principali di motori termici:
nel motore a combustione vi sono due tipologie principali di funzionamento:
Quest'ultimo si può ancora dividere in motore a movimento:
Tenendo conto che il mezzo ultimo con cui viene scambiato il calore derivante dal lavoro del motore è sempre l'aria, il raffreddamento del motore termico può essere:
La distribuzione dell'accensione o raggiungimento del punto morto superiore varia a seconda del tipo di configurazione delle unità motore e hanno determinate caratteristiche (di vibrazione e trazione) che si vogliono avere. Questa distinzione viene utilizzata per i Motore pluricilindrico o plurifrazionato, viene preso in considerazione il motore quadricilindrico e influisce sulla costruzione dell'albero motore con le configurazioni:
Il motore del tipo a ciclo termico può avere diversi per la disposizione dei vari elementi:
Il rendimento di primo principio dei motori termici è definito come il rapporto tra l'energia meccanica generata dal motore e l'energia fornita dal combustibile. Uno dei fattori che maggiormente influenzano il rendimento è il rapporto tra la pressione generata dalla combustione e relativo aumento di temperatura della fase attiva del ciclo (espansione) e la pressione della fase passiva del ciclo (compressione). I rendimenti sono molto variabili a seconda del tipo e nei primi anni 2000 si ha:[1]
Questi valori sono una media, infatti esistono motori con valori di rendimento migliori oppure configurazioni differenti come il motore a ciclo Atkinson della Toyota Prius del 2016 che raggiunge lo 0,4, mentre il motore 2T Diesel navale Wärtsilä-Sulzer RTA96-C della Wärtsilä, ha un rendimento superiore al 0,5. Motori termici in assetto cogenerativo possono, invece, lavorare con un rendimento decisamente maggiore, andando a recuperare buona parte del calore generato dal motore.
Nel 2024 il motore termico diesel (puro senza ibridazione) per i mezzi pesanti prodotto dalla Weichai Power è riuscito a raggiungere il 53,09% di rendimento (0,5309), migliorando i valori finora raggiunti del 45-46%, questo nuovo record è stato certificato sia dall'ente tedesco Tüv Süd sia dal China Automotive Technology & Research Center.[2]
Ma l'utilizzo del rendimento di primo principio per un confronto diretto con altre tecnologie deve sempre essere improntato ad un'attenta analisi che preveda l'intero ciclo del sistema; per esempio un motore elettrico ha intrinsecamente un rendimento decisamente superiore al motore termico, ma per la generazione, il trasporto e l'immagazzinamento dell'energetica elettrica necessaria per il suo funzionamento riducono di molto il rendimento complessivo, mentre un motore termico pur avendo un rendimento relativamente basso (ma in aumento con il recupero dell'energia tramite sistemi ibridi) richiede una fonte energetica che subisce meno passaggi e trasformazioni, questo permette un rendimento complessivo paragonabile ai sistemi elettrici[senza fonte].
Con la riduzione dei giacimenti petroliferi, i motori termici sono destinati a essere utilizzati sempre più marginalmente e con combustibili alternativi che dovranno essere economici da produrre, a ridotto impatto sull'ecosistema e disponibili in quantità sufficiente per soddisfare le richieste del mercato mondiale. L'idrogeno è un vettore di energia che è possibile ricavare dall'acqua, è ecologico e inesauribile, ma con le tecnologie attuali (anni 2010) non è possibile produrlo e stoccarlo in quantità elevate a costi convenienti e in modo pulito. Le varietà di biocarburante disponibili sono meno inquinanti della benzina e sono rinnovabili ma spesso non convengono dal punto di vista della resa energetica, ovvero i costi e l'energia impiegati per produrli sono superiori al guadagno che si ottiene dal loro utilizzo.
Dal 1997 sono entrati in produzione di massa[3] veicoli con motore termico e uno o più motori elettrici. Queste unità possono lavorare in sinergia per ottenere il massimo rendimento e il minor consumo di carburante durante funzionamento. Nella maggior parte di questi veicoli il propulsore termico tende a essere utilizzato solo nelle sue condizioni di massimo rendimento (alto carico), venendo sostituito da trazione puramente elettrica se si lavora a basso carico, come ad esempio nel traffico cittadino.
Alcune supercar sfruttano la presenza di un propulsore ibrido per incrementare le performance della vettura, usando contemporaneamente le unità elettriche e termiche per generare coppia motrice. Le autovetture ibride plug-in sono invece pensate per una ricarica alla presa e per una guida prevalentemente in elettrico (soprattutto per automobili di dimensioni ridotte), sfruttando l'unità termica solo per spostamenti oltre il range massimo delle batterie.
Motore ad iniezione d'acqua per aumentare la pressione in camera generata dalla combustione, grazie all'uso dell'acqua, che va a ridurre drasticamente la temperatura della carica, con effetti diretti su preaccensione, detonazione, produzione di gas inquinanti e consumi.
Motore con turbosteamer permette di recuperare parte del calore disperso nello scarico per poter azionare una turbina che lavora assieme al motore.
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