Campi di applicazione

Andiamo ora ad analizzare alcune differenze tra le varie tipologie di motori che abbiamo visto.

Otto vs Diesel

1. La prima grande differenza tra un motore Otto ed uno Diesel risiede nel peso. Il motore Diesel infatti, in rapporto alla potenza sviluppata, risulta essere molto più pesante del motore Otto. Questo è dovuto principalmente ai rapporti di compressione più elevati che sono necessari per poter portare alla combustione la miscela aria-combustibile.
   A causa delle pressioni più elevate, tutti gli organi del motore devono essere dimensionati per resistere a sollecitazioni maggiori rispetto a quelle di un motore a ciclo Otto.
   Come è possibile vedere dalla Tabella 1 il rapporto peso/potenza dei motori Diesel è più del doppio di quello dei motori a ciclo Otto.

2. Un'altra differenza tra i motori Otto e Diesel è la maggiore lentezza del processo di combustione del ciclo Diesel. Questo fattore, unito alla maggiore massa degli organi in movimento, impedisce ai motori Diesel di raggiungere alti regimi di rotazione. La conseguenza è che la potenza specifica per unità di cilindrata è molto più bassa di quella di un motore Otto.
   Tutto questo si traduce nel fatto che per raggiungere potenze equivalenti ad un motore ad accensione comandata l'ingombro del motore Diesel è notevolmente maggiore.

3. Il motore Diesel presenta il vantaggio di avere un migliore rendimento globale a causa delle pressioni più elevate raggiunte in fase di compressione.

4. Il rendimento di un motore Diesel, inoltre, risulta più uniforme al variare del carico. Questo vantaggio deriva dalla possibilità di regolare il rapporto aria/combustibile al variare del carico. In particolare il rapporto aria/combustibile aumenta quando il carico diminuisce.

5. Il motore diesel utilizza combustibili meno pregiati (gasolio, olio combustibile) che richiedono minore dispendio di energia per essere raffinati e che quindi risultano più economici.

Dalle considerazioni precedenti emerge che il motore Diesel risulta avere minori costi di esercizio, ma ingombri e pesi più elevati.
Come conseguenza il motore Diesel trova largo impiego per potenze medio-alte e risulta più indicato per: trasporti industriali su strada, mezzi agricoli, macchine per il movimento terra, mezzi ferroviari e navali, generatori di potenza in impianti fissi.

Il motore Otto invece, grazie all'elevata potenza specifica, alla leggerezza ed alle dimensioni contenute, risulta particolarmente indicato per: mezzi di trasporto leggeri e impianti mobili di bassa potenza.

4Tempi vs 2Tempi

1. Il motore a 2 tempi presenta una potenza specifica più elevata rispetto al 4 tempi. Teoricamente, visto che il due tempi effettua le stesse fasi del 4 tempi in metà del tempo, ed essendo la potenza data dall'energia nell'unità di tempo (kW=kJ/s), il motore 2 tempi dovrebbe sviluppare una potenza doppia rispetto al 4 tempi. Nella realtà il processo di sostituzione della carica fresca nel motore a 2 tempi è meno efficiente di quello del 4 tempi e quindi la potenza non è doppia, ma comunque molto maggiore.

2. Il motore a 2 tempi ha una maggiore semplicità costruttiva data dall'assenza di valvole, camme ed altri organi che regolano l'aspirazione e lo scarico.

3. Il rendimento del motore a 2 tempi è più basso perchè una parte dell'espansione viene sacrificata al fine di consentire lo scarico dei gas combusti e l'introduzione della carica fresca.

4. Nel motore a 2 tempi le sollecitazioni termiche e meccaniche sono più elevate a causa della frequenza doppia (a parità di numero di giri) rispetto al motore 4 tempi.

Il motore 2 tempi a ciclo Otto, grazie all'elevata potenza specifica ed alla semplicità costruttiva, risulta particolarmente indicato per: motocicli, piccoli fuoribordo, attrezzi agricoli.

Il motore 2 tempi Diesel, invece, si è imposto nel campo delle potenze molto grandi: propulsione di grosse navi, generatori fissi di potenza, locomotive e autocarri.

Abbiamo già definito in precedenza alcuni dei parametri riportati nella Tabella 1, vediamo ora le definizioni di velocità media del pistone, di rapporto di compressione ed di rendimento globale:

r = RAPPORTO VOLUMETRICO DI COMPRESSIONE = Vtot/VC , dove Vtot rappresenta il volume massimo del cilindro (quando il pistone si trova al PMI) e Vc è il volume minimo (quando il pistone si trova al PMS, volume della camera di combustione).
Vtot=V+Vc, il volume totale è dato dalla somma della cilindrata unitaria (V) e del volume della camera di combustione (vedi Figura 1).

ūp = VELOCITA' MEDIA DEL PISTONE = 2Cn , relativa ad un giro completo dell'albero motore (due corse).

ηg = RENDIMENTO GLOBALE: misura l'efficienza con la quale l'energia contenuta nel combustibile viene convertita in lavoro meccanico.