Motori a 4 Tempi

Il motore a 4 tempi è largamente utilizzato in campo motociclistico ed automobilistico in quanto presenta numerosi vantaggi rispetto al motore a 2 tempi, pur fornendo un rendimento inferiore a parità di cilindrata e di regime di rotazione.

Rispetto al più semplice motore a 2 tempi, qui troviamo alcuni componenti aggiuntivi: la coppa dell'olio, le valvole di aspirazione e di scarico, l'impianto di lubrificazione forzata, l'albero a camme e il sistema di distribuzione.

Il motore a 4 tempi non presenta luci sul cilindro e l'immissione e lo scarico dei gas avviene attraverso le valvole la cui apertura viene controllata da un impianto di distribuzione opportunamente realizzato e calibrato. Le valvole vengono azionate da un bilanciere mosso dallo stelo che viene azionato dall'albero a camme.

Come per tutti gli altri motori alimentati a benzina è presente una candela che serve per innescare la miscela e provocare la combustione.

Le 4 fasi del processo:

Esse portano all'aspirazione della miscela, alla sua compressione, all'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:

Durante la fase di aspirazione nell'interno del cilindro si deve verificare una pressione inferiore a quella atmosferica (depressione) e di tanto inferiore quanto maggiori sono la resistenza che la miscela stessa incontra nelle tubazioni e quanto maggiore è la velocità con cui la miscela è richiamata, cioè in prima approssimazione quanto più elevato è il regime di rotazione del motore. Per fare si che la miscela possa entrare è necessario che la valvola di aspirazione si apra "istantaneamente" quando il pistone si trova al punto morto superiore e resti aperta fino a quando il pistone raggiunge il punto morto inferiore; La valvola quindi si chiude "istantaneamente" quando il pistone raggiunge il punto morto inferiore. La fase di aspirazione avviene a pressione costante (teoricamente) e tale pressione si considera pari a quella atmosferica.

La seconda fase è quella di compressione e avviene quando il pistone passa dal punto morto inferiore al punto morto superiore e le valvole restano chiuse; in questo modo la miscela viene compressa nella camera di combustione e per evitare che vi siano temperature elevate tali da provocare l'autoaccensione della miscela è necessario mantenere un rapporto di compressione adeguato. Nella realtà le valvole si aprono e si chiudono con opportuni anticipi e ritardi;
l'albero a camme che comanda le valvole è azionato dall'albero motore e il rapporto di trasmissione è pari a 2. Ciò significa che nel motore a 4 tempi il ciclo si realizza con 4 corse del pistone e quindi con 2 giri completi dell'albero motore; con un rapporto pari a 2 vediamo che l'albero a camme compie 1 giro ogni 2 giri dell'albero motore.

Gli anticipi e i ritardi di apertura e chiusura vengono definiti distribuzione. L'aspirazione dovrebbe cominciare quando il pistone si trova al punto morto superiore e compiesi con un angolo di 180°; nella realtà si applica un anticipo di aspirazione (A.A.) di 10°-20° e un ritardo di aspirazione (R.A.) di 20°-50°. In questo modo viene immessa una quantità maggiore di miscela e si ha un rendimento superiore.

Anche la scintilla viene innescata con opportuno anticipo prima che il pistone raggiunga il punto morto superiore e termina dopo che il pistone ha lasciato tale punto. La valvola di scarico viene aperta prima che il pistone abbia raggiunto il punto morto inferiore con un opportuno anticipo di scarico (A.S.) di 35°-60°; questo permette ai gas incombusti di uscire spontaneamente per differenza di pressione e di favorire il successivo scarico forzato che richiede meno energia per espellere i gas. La chiusura della valvola di scarico viene poi ritardata con un opportuno ritardo di scarico (R.S.) di 10°-25° che permette di sfruttare l'inerzia del gas combusto per operare un lavaggio migliore, favorito dall'ingresso di miscela fresca.

La valvola di aspirazione e quella di scarico rimangono quindi aperte contemporaneamente per un breve periodo (fase di incrocio).

Importante è anche ridurre la contro pressione di scarico, ossia le perdite di carico, il che si ottiene dimensionando opportunamente le tubazioni, dando al collettore di scarico una forma tale che gli scarichi dei vari cilindri non si disturbino a vicenda, ma possano essere avviati singolarmente per un sufficiente tratto e vengano riuniti solo quando la loro velocità è diminuita e la temperatura abbassata.

Importante è pure il raffreddamento del tubo di scarico. Infatti, come è noto, i gas raffreddandosi diminuiscono di volume e quindi diminuisce la loro velocità nei condotti con la conseguente diminuzione delle perdite di carico.