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Motori · Come funziona

Il motore, pezzo per pezzo

Un cilindro tagliato a metà che gira davanti a te: lo fermi, lo fai andare piano, tocchi un pezzo e ti dico come si chiama, a cosa serve e quale legge c'è dietro.

Scegli un pezzo: lo vedi illuminato nel disegno, in 3D e spiegato

Sto montando il motore…

Quattro fasi, due giri dell'albero: 720 gradi in tutto. Una sola fase su quattro spinge; le altre tre le paga il volano.

I confronti

Benzina o diesel, aspirato o turbo

Cambia il motore con i pulsanti sopra il disegno, oppure qui. Il disegno si aggiorna subito.

Fai i conti

I numeri del motore

Sposta i cursori: cilindrata, rapporto di compressione e potenza si ricalcolano da soli.

Cilindrata e compressione

Cilindrata di un cilindro
Cilindrata totale
Rapporto di compressione

Cilindrata = π ÷ 4 × alesaggio² × corsa × numero di cilindri

Rapporto di compressione = (cilindrata di un cilindro + volume della camera) ÷ volume della camera

Coppia e potenza

Potenza in chilowatt
Potenza in cavalli

Potenza = coppia × velocità di rotazione (P = C × ω)In pratica: kW = N·m × giri/min ÷ 9549 · 1 kW = 1,36 CV

La coppia è quanto forte il motore gira l'albero; la potenza è quanto lavoro fa ogni secondo. La stessa coppia, al doppio dei giri, dà il doppio della potenza.

La fisica

Le leggi dietro

Poche idee, sempre le stesse, spiegano quasi tutto quello che fa un motore.

Ciclo Otto e ciclo Diesel

aspirazionecompressionescoppioscarico

Il grafico mette sull'asse orizzontale il volume del cilindro e su quello verticale la pressione. Il pallino segue il motore qui sopra: mentre il pistone sale e scende il punto disegna un anello. L'area dentro l'anello grande è il lavoro che il gas regala al pistone a ogni ciclo.

Ciclo Otto:

Il ciclo Otto è il modello del motore a benzina, il ciclo Diesel quello del motore a gasolio. A parità di rapporto di compressione il ciclo Diesel ideale rende un po' meno dell'Otto, ma il diesel può usare rapporti molto più alti: è uno dei motivi per cui consuma meno.

È un andamento qualitativo: la forma è quella giusta, i valori non sono in scala. Cambia con Benzina/Diesel e Aspirato/Turbo.

Rapporto di compressione e rendimento

Più si comprime prima di bruciare, più lavoro si ricava dallo stesso carburante. Per il ciclo Otto ideale il rendimento dipende solo dal rapporto di compressione r.

η = 1 − 1 ÷ r(γ − 1)   con γ ≈ 1,4 per l'aria

È il valore ideale, senza attriti e senza perdite di calore: un motore vero fa molto meno.

La legge dei gas

Pressione, volume e temperatura di un gas sono legati. Se schiacci l'aria in fretta in uno spazio piccolo, sale la pressione e sale anche la temperatura: è quello che succede nella fase di compressione.

p × V = n × R × T

Nel diesel l'aria compressa diventa così calda da accendere il gasolio da sola. Nel turbo vale lo stesso: l'aria compressa esce calda, e per questo serve l'intercooler.

Quanta aria per bruciare

Per bruciare del tutto un chilo di benzina servono circa 14,7 chili di aria: è il rapporto «stechiometrico». Per il gasolio è circa 14,5.

aria ÷ benzina ≈ 14,7 a 1 (in massa)

Il motore a benzina lavora vicino a questo valore, perché è lì che il catalizzatore funziona bene. Il diesel lavora sempre con aria in più del necessario.

Coppia e potenza

La coppia è una forza per un braccio: quanto «torce» il motore. La potenza dice quanto in fretta quel lavoro viene fatto.

P = C × ω  ·  kW = N·m × giri/min ÷ 9549

In salita con una marcia lunga senti la coppia; in velocità massima conta la potenza.

Velocità media del pistone

A ogni giro il pistone percorre due volte la corsa, una in giù e una in su. Più corsa e più giri vogliono dire un pistone più veloce, con più attrito e più sforzo sui pezzi.

v = 2 × corsa × giri ÷ 60

Dove va l'energia

In un motore a benzina tipico, dell'energia che c'è nel carburante:

Sono numeri indicativi: cambiano da motore a motore e con come lo si usa. I motori moderni migliori fanno meglio di così.

Il resto dell'auto

Le parti che non si vedono nel cilindro

Intorno al cilindro c'è tutto quello che lo fa lavorare. Apri le voci che ti interessano.

Frizione e cambio

La frizione stacca e riattacca il motore dalle ruote: serve per partire da fermi e per cambiare marcia senza strappi.

Il cambio, in una riga: sceglie quanti giri fa il motore per ogni giro delle ruote, così il motore lavora nella zona di giri dove spinge meglio.

Distribuzione: cinghia o catena

La distribuzione collega l'albero motore agli alberi a camme, che girano a metà della sua velocità. Può essere una cinghia dentata di gomma, silenziosa e leggera, oppure una catena di metallo, lubrificata dall'olio del motore e pensata per durare di più.

La cinghia invecchia anche se l'auto resta ferma: per questo va cambiata alla scadenza indicata dal costruttore, in chilometri o in anni, quella che arriva prima. Spesso si cambiano insieme anche il tendicinghia e la pompa dell'acqua.

In un motore «interferente» le valvole aperte e il pistone passano, in momenti diversi, nello stesso spazio. Se la cinghia si rompe le valvole restano ferme e il pistone le colpisce: valvole piegate e un conto molto salato.

Lubrificazione

La pompa pesca l'olio dalla coppa, lo fa passare dal filtro e lo manda in pressione dove due metalli strisciano: bronzine dell'albero, camme, pareti dei cilindri. L'olio tiene separati i pezzi, porta via calore e raccoglie lo sporco.

Con il tempo l'olio si rovina e si carica di residui: per questo si cambia, insieme al filtro, alle scadenze previste. La spia rossa dell'olio vuol dire «spegni subito».

Raffreddamento

Un liquido, acqua con antigelo, gira spinto dalla pompa dell'acqua intorno ai cilindri e nella testata, poi va nel radiatore dove l'aria lo raffredda. Il termostato tiene chiuso il giro verso il radiatore finché il motore è freddo, così si scalda prima.

Un motore troppo freddo consuma e si usura di più; uno troppo caldo rischia la guarnizione della testata. Se la lancetta della temperatura sale verso il rosso, ci si ferma.

Alimentazione: iniezione indiretta e diretta

Nell'iniezione indiretta la benzina viene spruzzata nel condotto di aspirazione, prima della valvola: aria e benzina entrano già mescolate. È lo schema del disegno in alto.

Nell'iniezione diretta l'iniettore spruzza dentro il cilindro, a pressione molto più alta. Permette di dosare meglio il carburante. I diesel di oggi sono a iniezione diretta.

Accensione

Nel motore a benzina la bobina alza la tensione della batteria fino a decine di migliaia di volt e la candela fa scoccare la scintilla. La centralina decide l'istante: un po' prima del punto morto superiore, e tanto prima quanto più veloce gira il motore. Si chiama «anticipo».

Il diesel non ha accensione: il gasolio si accende da solo nell'aria calda. Le candelette servono solo a scaldare la camera quando il motore è freddo.

Scarico e catalizzatore

I gas escono dal collettore, passano dal catalizzatore e poi dal silenziatore, che abbassa il rumore.

Nel benzina il catalizzatore trasforma i tre inquinanti principali, monossido di carbonio, idrocarburi non bruciati e ossidi di azoto, in anidride carbonica, acqua e azoto. Funziona bene solo se la miscela è quella giusta: la sonda lambda misura l'ossigeno nello scarico e avvisa la centralina. I diesel hanno in più il filtro antiparticolato, che trattiene la fuliggine.

Mini gioco

Trova il pezzo

Ti dico il nome di un pezzo, tu lo tocchi sul disegno. Sei domande, il punteggio alla fine.

Continua da qui

Altre cose sui motori

Nota: questo è uno schema semplificato di un motore generico, non di un modello in particolare. Nella realtà le valvole si aprono un po' prima e si chiudono un po' dopo rispetto al disegno, e i valori che ho scritto sono tipici e indicativi: cambiano da motore a motore.

Prendersene cura

La manutenzione dell'auto

Ogni pezzo che hai visto sopra si consuma. Scrivi i chilometri e l'età della tua auto: ti dico cosa probabilmente è il momento di controllare.

La tua auto

Il calcolo usa valori tipici: per la tua auto fa fede il libretto di uso e manutenzione.

Da controllare

    Revisione: la regola in Italia

    La prima revisione si fa 4 anni dopo l'immatricolazione, poi ogni 2 anni, entro la fine del mese in cui scade. Si fa alla Motorizzazione o in un centro autorizzato e controlla freni, luci, gomme, sterzo, sospensioni ed emissioni. Senza revisione valida l'auto non può circolare.

    Tagliando: cosa si fa davvero

    Cambio dell'olio e del filtro olio, controllo di tutti i liquidi, di freni, gomme, luci, cinghie e batteria, e la sostituzione dei pezzi in scadenza secondo il piano del costruttore. Si può fare anche fuori dalla rete ufficiale senza perdere la garanzia, purché si seguano il piano e i ricambi corretti.

    Tutte le voci, una per una

    Tagliando con cambio olio e filtro oliocirca 15.000 km o ogni anno

    Tra 15.000 e 30.000 km, o una volta l'anno: dipende dall'olio (alcuni costruttori usano intervalli «long life» fino a 30.000 km o 2 anni). L'olio si consuma e perde le sue proprietà anche se l'auto gira poco.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Filtro dell'aria del motorecirca 30.000 km o ogni 2 anni

    Circa ogni 30.000-60.000 km. Un filtro sporco fa respirare male il motore: meno potenza e più consumi.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Filtro dell'abitacolo (antipolline)circa 15.000 km o ogni anno

    Una volta l'anno: filtra l'aria che respiri in auto e aiuta il condizionatore a non fare cattivi odori.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Filtro del carburante (soprattutto diesel)circa 30.000 km o ogni 2 anni

    Sui diesel di solito ogni 30.000-60.000 km: trattiene acqua e impurità che rovinerebbero iniettori e pompa.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Candele (motori a benzina)circa 60.000 km o ogni 6 anni

    Le candele normali ogni 30.000-60.000 km, quelle all'iridio o al platino anche 90.000-120.000 km. Candele consumate = accensione incerta e più consumi.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Cinghia di distribuzionecirca 120.000 km o ogni 6 anni

    Tipicamente tra 60.000 e 180.000 km, oppure dopo 5-10 anni, quello che arriva prima. Se si rompe, su molti motori pistoni e valvole si scontrano: danno grave. Si cambia insieme a tenditore e spesso pompa dell'acqua. Le catene di distribuzione di norma durano molto di più, ma vanno controllate se fanno rumore.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Cinghia dei servizi (alternatore, clima)circa 90.000 km o ogni 6 anni

    Va controllata a ogni tagliando e cambiata se è crepata o fischia, in genere tra 60.000 e 120.000 km.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Liquido dei freniogni 2 anni

    Ogni 2 anni, indipendentemente dai km: assorbe umidità dall'aria e con l'acqua dentro bolle prima, e i freni possono diventare spugnosi proprio quando servono.

    Liquido di raffreddamentoogni 4 anni

    Ogni 4-5 anni (alcuni «long life» anche di più): protegge il motore da gelo, surriscaldamento e corrosione.

    Pastiglie dei frenicirca 40.000 km

    Durano in media 30.000-60.000 km, molto meno se si guida in città. Si controllano a ogni tagliando: se fischiano o sono sotto i 3 mm si cambiano.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Dischi dei frenicirca 80.000 km

    In genere ogni 60.000-100.000 km, o quando sono sotto lo spessore minimo scritto sul disco.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Olio del cambio automaticocirca 60.000 km o ogni 6 anni

    Molti costruttori dicono «a vita», ma in pratica cambiarlo tra 60.000 e 100.000 km allunga molto la vita del cambio. I cambi a doppia frizione (DSG e simili) spesso hanno un intervallo preciso, intorno ai 60.000 km.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Olio del cambio manualecirca 120.000 km

    Spesso non è previsto, ma un cambio olio verso i 100.000-150.000 km rende le cambiate più morbide.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Frizione (cambio manuale)circa 150.000 km

    Dura di solito tra 100.000 e 200.000 km: dipende moltissimo da come si guida. Se «slitta» (i giri salgono ma l'auto non accelera) è da cambiare.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Batteriaogni 5 anni

    Dura in media 4-6 anni. Se l'auto fatica ad accendersi al freddo, è il momento di farla controllare.

    Pneumaticicirca 40.000 km o ogni 5 anni

    Il minimo di legge è 1,6 mm di battistrada, ma sotto i 3 mm la frenata sul bagnato peggiora molto. Anche se sono buoni, dopo 5-6 anni la gomma invecchia e si indurisce.

    Il pubblico: nessuna risposta ancora

    Ricarica e igienizzazione del climatizzatoreogni 2 anni

    Il gas cala piano piano: ogni 2-3 anni si controlla e si ricarica, e si igienizza per evitare cattivi odori.

    Valori indicativi per auto moderne a benzina e diesel. Ogni modello ha il suo piano: consulta sempre il libretto, e nel dubbio chiedi a un meccanico di fiducia.

    Gioco in 3D

    Indovina il pezzo

    Il pezzo gira davanti a te: puoi girarlo anche tu. Come si chiama?

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