Patente Nautica – 3 – Il motore delle unità navali e da diporto

Il Motore delle unità navali e da diporto rappresenta il cuore delle unità navali e delle imbarcazioni da diporto, determinando prestazioni, consumi, autonomia e sicurezza in navigazione. Dalla scelta tra motori fuoribordo, entrofuoribordo ed entrobordo fino alla valutazione di potenza, efficienza e manutenzione, conoscere il funzionamento e le caratteristiche dei sistemi di propulsione è fondamentale per ogni diportista. Una corretta configurazione del motore consente di ottimizzare velocità, autonomia e affidabilità, riducendo i costi di esercizio e migliorando l’esperienza in mare, sia per uscite giornaliere che per navigazioni più impegnative.

• Guarda anche Patente Nautica – 3 – Il motore delle unità navali e da diporto – TEST

Motore delle unità navali e da diporto elenco degli argomenti:

Il motore è l’organo energetico dell’unità navale.

Rispetto alla posizione nello scafo esistono tre tipi di motore:

• motore entrobordo
• motore fuoribordo
• motore entro-fuoribordo

Rispetto al luogo della combustione esistono due tipi di motore:

• motore endotermico → benzina e diesel
• motore esotermico → macchina a vapore

** In meccanica esistono oltre al motore esotermico, anche quelli elettrici, idraulici, pneumatici e quelli a combustione esterna.

Il motore a scoppio

Nelle unità navali moderne si usa un motore endotermico che dalla combustione interna di sostanza chimica e aria, produce energia. Questo tipo di motore si chiama “motore a scoppio”, anche se tecnicamente la combustione non è un’esplosione ma un processo controllato.

SOSTANZA CHIMICA + ARIA = BENZINA/GASOLIO + ARIA = CARBURANTE + ARIA 

Il motore trasforma praticamente
l’energia termica in energia meccanica

Le parti del motore coinvolte nella combustione

Le parti del motore direttamente interessate dalla combustione sono: il pistone, il cilindro e la camera di scoppio (o più propriamente “camera di combustione”).

• ✔ pistone → riceve direttamente la pressione dei gas

• ✔ cilindro → contiene il pistone e i gas in combustione

• ✔ camera di scoppio → sede della combustione

La produzione di energia (versione semplice)

La dinamica che porta la sostanza chimica e l’aria a bruciare per produrre energia è costituita dalla corsa del pistone dentro il cilindro. Dopo che all’interno del cilindro è stata riversata una quantità di carburante e di aria, il pistone muovendosi dal basso verso l’alto va a “schiacciare” o “comprimere” lo spazio che ospita le due sostanze. La pressione prodotta dalla compressione di spazio porta ad un aumento di temperatura tale che innesca un incendio. L’incendio produce poi una sua pressione che spinge di nuovo il pistone verso il basso, il quale, collegato a sua volta all’albero motore, genera il movimento che poi a catena – attraverso un sistema di collegamenti meccanici – viene trasferito all’organo di propulsione che, nel caso della imbarcazione è l’elica.

La produzione di energia (versione tecnica)

Nel motore endotermico la combustione controllata della miscela aria-carburante genera gas in espansione che spingono il pistone. Il movimento del pistone viene trasformato in moto rotatorio dall’albero motore e trasmesso all’elica, che consente la propulsione dell’imbarcazione.

Trasformazione di energia

Il motore trasforma praticamente l’energia termica in energia meccanica

• Il carburante brucia → si sviluppa energia termica (calore)

• Il calore produce gas ad alta pressione

• La pressione spinge il pistone

• Il movimento del pistone viene trasmesso all’albero motore

• L’albero motore genera il movimento meccanico (es. rotazione dell’elica)

Il ciclo di lavoro

I motori endotermici a seconda del tempo che impiegano a compiere un ciclo di lavoro per la produzione di energia si classificano in due categorie: motore a 2 tempi e motore a 4 tempi.

Il ciclo di lavoro è la sequenza di operazioni che avviene all’interno del cilindro, dall’ingresso della miscela aria-carburante fino alla produzione della spinta che muove il pistone.

Esempio

Nel motore a 4 tempi il ciclo di lavoro comprende:

1. Aspirazione – entra aria e carburante

2. Compressione – la miscela viene compressa

3. Combustione / espansione – l’esplosione spinge il pistone

4. Scarico – escono i gas combusti

Quando queste fasi sono completate, il ciclo di lavoro è terminato e il processo ricomincia.

Motore a 4 tempi e a 2 tempi

Nel motore a 4 tempi ogni fase avviene in una corsa distinta del pistone: una corsa per aspirare, una per comprimere, una per la combustione e una per lo scarico.

Nel motore a 2 tempi, invece, più fasi avvengono contemporaneamente durante la stessa corsa del pistone.
Per questo si dice che le fasi non sono separate.

• Quando il pistone sale, nello stesso tempo:

  • comprime la miscela nel cilindro

  • aspira nuova miscela nel basamento

• Quando il pistone scende, nello stesso tempo:

  • avviene la combustione che spinge il pistone

  • si aprono le luci di scarico ed entrata e avvengono scarico (escono i gas combusti) e riempimento (entra nuova miscela aria-carburante) insieme

Questo è uno dei motivi per cui il 2 tempi è più semplice ma anche meno efficiente: una piccola parte della miscela fresca può uscire insieme ai gas di scarico.

Motore 2 tempi

• Salita → compressione nel cilindro + aspirazione nel carter

• Discesa → combustione + scarico + travaso

Motore 4 tempi

1. Aspirazione

2. Compressione

3. Combustione-espansione

4. Scarico

Nel motore a due tempi le quattro fasi del ciclo si svolgono in due corse del pistone sovrapponendosi tra loro, mentre nel motore a quattro tempi le fasi sono separate e richiedono quattro corse del pistone.

Nel motore a 2 tempi, quando il pistone scende:

• la luce di scarico è aperta → i gas combusti stanno uscendo

• quasi nello stesso momento si apre la luce di travaso → entra la nuova miscela aria-carburante

Per un breve intervallo quindi scarico e riempimento (aspirazione nel cilindro) avvengono insieme.
Non sono perfettamente simultanei per tutta la corsa, ma si sovrappongono parzialmente, ed è proprio questo che si intende quando si dice che nel 2 tempi le fasi non sono separate.

“Nel motore a due tempi scarico e riempimento del cilindro avvengono parzialmente contemporaneamente perché le luci di scarico e di travaso si aprono nello stesso intervallo di corsa del pistone.”

Definizione di tempo 

Un tempo è costituito dallo spostamento del pistone dal Punto Morto Superiore (PMS) al Punto Morto Inferiore (PMI) o viceversa.

Spostamento o corsa del pistone

Lo spostamento da PMS a PMI (o viceversa) genera la mezza rotazione (180°) dell’albero motore.

• Nel motore a 4 tempi si fanno due rotazioni complete dell’albero motore: 360×2 = 720° – pari a 4 corse del pistone
• Nel motore a 2 tempi si fa una rotazione completa dell’albero motore: 360×1 = 360°  – pari a 2 corse del pistone

Differenza tra motore a 2 tempi e motore a 4 tempi

Nel motore a 2 tempi le fasi non sono separate: aspirazione e scarico avvengono insieme

Pistone che sale (dal PMI al PMS)

• Compressione della miscela nel cilindro

• Aspirazione della nuova miscela nel carter (basamento)

Pistone che scende (dal PMS al PMI)

• Combustione ed espansione (la spinta che produce lavoro)

• Scarico dei gas combusti

• Travaso / riempimento del cilindro con nuova miscela

Quindi la formulazione corretta è:

“Nel motore a due tempi, durante la salita del pistone avvengono compressione e aspirazione nel carter; durante la discesa avvengono combustione-espansione, scarico e riempimento del cilindro con nuova miscela.”

L’Aspirazione

L’aspirazione è la fase del ciclo di lavoro in cui nel motore entra aria (nei diesel) oppure miscela aria-carburante (nei motori a benzina).

In pratica:

• il pistone si muove creando una depressione (vuoto) nel cilindro o nel carter

• questa depressione richiama aria o miscela dall’esterno

• il cilindro (o il carter nel 2 tempi) si riempie del fluido necessario alla combustione

Il carter

Il carter è l’involucro metallico inferiore del motore che racchiude e protegge gli organi meccanici interni, in particolare:

• albero motore

• biella

• parte inferiore del pistone

Nei motori a 4 tempi il carter contiene soprattutto l’olio lubrificante e gli organi della manovella.
Nei motori a 2 tempi, invece, il carter ha anche un ruolo attivo nel funzionamento del motore, perché ospita temporaneamente la miscela aria-carburante aspirata, che poi viene inviata al cilindro attraverso i travasi.

Aspirazione e travaso nel motore a 2 tempi

due aspirazioni diverse nel motore a 2 tempi.

Nel 2 tempi esistono infatti due momenti differenti:

1. Aspirazione nel carter

Quando il pistone sale:

• nel carter si crea depressione

• entra nuova miscela aria-carburante nel carter

• questa è la vera fase di aspirazione

2. Riempimento del cilindro (travaso)

Quando il pistone scende:

• si apre la luce di scarico → escono i gas combusti

• si aprono i travasi

• la miscela che era stata aspirata nel carter sale nel cilindro

Questo non si chiama propriamente “aspirazione”, ma travaso o riempimento del cilindro.

Aspirazione

È l’ingresso della miscela aria-carburante dall’esterno del motore.

• avviene quando si crea una depressione

• nel 2 tempi entra nel carter

• nel 4 tempi entra direttamente nel cilindro

Aspirazione = miscela che entra nel motore dall’esterno

Travaso

È il passaggio della miscela già aspirata dal carter al cilindro (solo nei motori a 2 tempi).

• la miscela non entra dall’esterno

• si sposta dall’interno del motore (carter) al cilindro

• avviene quando si aprono i travasi

Travaso = miscela che passa dal carter al cilindro

Da ricordare

• Aspirazione → esterno → motore

• Travaso → carter → cilindro

Fine del ciclo precedente

Quando il pistone scende:

• si aprono scarico e travasi

• la miscela che era nel carter entra nel cilindro

• il cilindro si riempie di miscela fresca

Inizio del ciclo successivo

Quando il pistone risale:

• chiude travasi e scarico

• la miscela che è già nel cilindro viene compressa

• nello stesso tempo nel carter entra nuova miscela (aspirazione)

Quindi:

la miscela presente nel cilindro durante la salita del pistone è quella introdotta nei travasi alla fine del ciclo precedente.

La miscela entra prima nel carter, poi durante la discesa del pistone passa nel cilindro attraverso i travasi; nella successiva salita del pistone questa miscela viene compressa.

Confronto delle fasi

Motore 2 tempi

• Salita → compressione nel cilindro + aspirazione nel carter

• Discesa → combustione + scarico + travaso

• Il ciclo completo richiede 2 corse del pistone

• e 2 giro dell’albero motore.

Nel motore a due tempi abbiamo che quando il pistone sale entra miscela nel carter (aspirazione) e avviene la compressione della miscela già presente nel cilindro; quando il pistone scende avviene la combustione, lo scarico dei gas combusti attraverso le luci e il travaso della miscela dal carter al cilindro.

Motore 4 tempi

1. Aspirazione

2. Compressione

3. Combustione-espansione

4. Scarico

Nel motore a 4 tempi abbiamo l’aspirazione che avviene quando il pistone scende, la compressione quando sale, la combustione quando scende di nuovo e lo scarico quando sale ancora.

• Il ciclo completo richiede 4 corse del pistone

• e 2 giri dell’albero motore.

Nel motore a due tempi le quattro fasi del ciclo si svolgono in due corse del pistone sovrapponendosi tra loro, mentre nel motore a quattro tempi le fasi sono separate e richiedono quattro corse del pistone.

Valvole e luci

Nel motore a 4 tempi ci sono due tipi di valvole.

1. Valvola di aspirazione

• Si apre durante la fase di aspirazione

• Permette l’ingresso di:

  • miscela aria-carburante nei motori a benzina

  • solo aria nei motori diesel

2. Valvola di scarico

• Si apre durante la fase di scarico

• Permette l’uscita dei gas combusti

Il ruolo del carburatore

La valvola di aspirazione non fa entrare carburante e aria separatamente (nei motori a benzina):

• la miscela è già preparata dal carburatore o dal sistema di iniezione

• la valvola fa entrare la miscela già pronta

“Nel motore a quattro tempi sono presenti due tipi di valvole: la valvola di aspirazione, che consente l’ingresso della miscela aria-carburante (o dell’aria nei diesel), e la valvola di scarico, che permette l’uscita dei gas combusti.”

Nota utile:

• 2 tempi → luci (no valvole)

• 4 tempi → valvole di aspirazione e scarico

Se vuoi, possiamo fare ora lo schema finale completo del ciclo 4 tempi con le valvole aperte/chiuse, che spesso chiedono all’orale.

Le principali luci del motore a 2 tempi

Nel motore a 2 tempi abbiamo 3 tipi di luce: luce di aspirazione, luce di travaso e luce di scarico.

Luce di aspirazione (verso il carter)

• Permette l’ingresso della miscela aria-carburante nel carter

• Si apre quando il pistone sale e crea depressione nel carter

Luce di scarico

• Permette l’uscita dei gas combusti

• Si apre durante la discesa del pistone

Luci di travaso

• Consentono il passaggio della miscela dal carter al cilindro

• Si aprono poco dopo la luce di scarico, sempre durante la discesa

Come funzionano

Il pistone fa da “valvola”:

• salendo o scendendo copre o scopre le luci

• così regola automaticamente aspirazione, scarico e travaso

Frasi sintetiche

“Nel motore a due tempi le luci sono aperture nel cilindro che, scoperte o chiuse dal movimento del pistone, permettono l’aspirazione della miscela nel carter, lo scarico dei gas combusti e il travaso della miscela dal carter al cilindro.”

“Nel motore a quattro tempi sono presenti valvole di aspirazione, che consentono l’ingresso della miscela aria-carburante (o della sola aria nei motori diesel), e valvole di scarico, che permettono l’uscita dei gas combusti. Nei motori a benzina la miscela viene preparata dal carburatore o dal sistema di iniezione.”

Nota:

• Carburatore → tecnologia tradizionale

• Iniezione → tecnologia moderna

Il motore diesel

Benzina
Carburante liquido derivato dal petrolio, facilmente infiammabile, utilizzato nei motori ad accensione comandata, nei quali la combustione avviene tramite la scintilla della candela.

Gasolio
Carburante liquido derivato dal petrolio, meno volatile della benzina, utilizzato nei motori diesel ad accensione spontanea, nei quali la combustione avviene per effetto dell’elevata compressione, senza candela.

In sintesi:

• Benzina → accensione con candela

• Gasolio → accensione per compressione

Il ciclo di lavoro del motore Diesel (4 tempi)

Il motore Diesel funziona quasi sempre a 4 tempi:

** Nel motore Diesel l’accensione del carburante avviene per autoaccensione alla fine della fase di compressione; la terza fase resta la combustione con espansione del pistone.

⚓ COLLEGAMENTO AI MOTORI MARINI DIESEL

Il Diesel è il motore marino per eccellenza, perché:

✅ Vantaggi in ambito nautico

• Elevata coppia ai bassi regimi

• Consumi ridotti

• Grande affidabilità

• Adatto a lavoro continuo

• Maggiore sicurezza (gasolio meno volatile)

📌 Tipico utilizzo

• Motori entrobordo

• Navi e imbarcazioni da lavoro

• Yacht da crociera

⚠️ Differenza fondamentale tra diesel e il 2 tempi benzina

La coppia 

Il motore diesel sviluppa una maggiore coppia ai bassi regimi rispetto al motore a benzina. Questo avviene perché lavora con rapporti di compressione più elevati e quindi con pressioni di combustione maggiori, che generano una forza più intensa sul pistone.

Nel motore diesel la combustione è progressiva, poiché il carburante viene iniettato e brucia gradualmente durante la fase di espansione. Questo produce una spinta più continua e duratura sul pistone.

In molti motori diesel la corsa del pistone è più lunga, aumentando il braccio della manovella e contribuendo ad aumentare la coppia.

Per queste caratteristiche il motore diesel è adatto a:

• lavori pesanti

• carichi elevati

• funzionamento a bassi regimi

Il motore a benzina, invece, sviluppa meno coppia ai bassi giri ma può raggiungere regimi più elevati, risultando più adatto per velocità e leggerezza.

Cos’è la coppia nel motore

La coppia è dunque la forza di rotazione che il motore genera per far girare l’albero motore.

Nasce così:

• la combustione crea pressione sui pistoni

• la forza del pistone agisce sulla manovella dell’albero

• questa forza diventa rotazione → coppia

In breve:
Coppia = forza sul pistone trasformata in rotazione dell’albero motore

Più coppia = più capacità di spinta (utile per carichi, elica, bassi giri).

Perché il diesel ha più coppia

Il motore diesel sviluppa più coppia perché:

• ha un rapporto di compressione più alto

• la combustione avviene a pressioni più elevate

• la spinta sul pistone è maggiore e più duratura

• quindi l’albero motore riceve più forza di rotazione, soprattutto ai bassi regimi

Sintesi

La coppia è la forza di rotazione prodotta dal motore. Il diesel sviluppa più coppia perché l’elevata compressione genera pressioni di combustione maggiori, che producono una spinta più forte sul pistone e quindi una maggiore forza sull’albero motore.

Il momento in fisica

Nel motore la forza lineare del pistone, applicata tramite la biella alla manovella dell’albero motore, genera un momento (coppia) che trasforma il moto rettilineo in moto rotatorio.

Il momento di una forza è la grandezza che misura la capacità di una forza di far ruotare un corpo attorno a un asse o a un punto.

In altre parole:

• Il momento indica quanto una forza tende a far girare qualcosa.

Il rapporto di compressione

Il rapporto di compressione è il rapporto tra il volume del cilindro con pistone al PMI e quello con pistone al PMS e indica quanto l’aria o la miscela viene compressa.

Il rapporto di compressione indica di quante volte si riduce il volume del cilindro quando il pistone passa dal PMI al PMS.

Il rapporto di compressione è:

Volume al PMI ÷ Volume al PMS

Nel motore a benzina il rapporto di compressione è più basso rispetto al diesel.

Valori tipici

• Motori a benzina tradizionali: 8:1 – 10:1

• Motori a benzina moderni: 10:1 – 12:1

• Alcuni motori ad alte prestazioni: fino a 13:1 – 14:1

Perché è più basso?

Perché la miscela aria-benzina:

• se compressa troppo

• potrebbe autoaccendersi prima della scintilla

Questo fenomeno si chiama detonazione o battito in testa.

Confronto rapido

• Benzina: circa 8:1 – 12:1

• Diesel: circa 14:1 – 25:1

Il motore a benzina ha un rapporto di compressione più basso del diesel per evitare l’autoaccensione della miscela prima della scintilla della candela.

Cosa vuol dire il rapporto

Un rapporto di compressione 25:1 significa che:

Il volume del cilindro quando il pistone è al PMI è 25 volte più grande del volume quando è al PMS.

In altre parole:

• Volume massimo (PMI) = 25

• Volume minimo (PMS, camera di combustione) = 1

Quindi:
25 unità di volume vengono compresse fino a 1 unità

Formula

Rapporto di compressione =
Volume al PMI ÷ Volume al PMS

Esempio reale

Se:

• Volume al PMI = 500 cm³

• Volume al PMS = 20 cm³

→ 500 ÷ 20 = 25:1

Sintesi

Un rapporto di compressione di 25:1 significa che il volume del cilindro viene ridotto a un venticinquesimo quando il pistone passa dal PMI al PMS.

Motore a benzina (accensione comandata)

1. Aspirazione → entra miscela aria + benzina

2. Compressione → compressione moderata

3. Fine compressione → scintilla della candela

4. Combustione → aumento di pressione

5. Spinta sul pistone → potenza sviluppata soprattutto ad alti giri

Caratteristiche

• Rapporto di compressione: 8:1 – 12:1

• Coppia più bassa ai bassi regimi

• Motore più veloce e leggero

Motore diesel (accensione spontanea)

1. Aspirazione → entra solo aria

2. Compressione → compressione molto elevata

3. L’aria si scalda molto (alta temperatura)

4. Iniezione del gasolio → autoaccensione

5. Pressione molto elevata → forte spinta sul pistone → alta coppia ai bassi regimi

Caratteristiche

• Rapporto di compressione: 14:1 – 25:1

• Maggiore forza (coppia)

• Ideale per carichi e lavoro continuo

Sintesi

Benzina: miscela + candela + giri alti
Diesel: aria compressa + iniezione + più pressione + più coppia ai bassi giri

Catena logica del diesel

Alta compressione → alta temperatura → autoaccensione → alta pressione → maggiore forza sul pistone → maggiore coppia.

La carburazione a iniezione

Il motore Diesel utilizza esclusivamente un sistema di alimentazione a iniezione, mentre il motore a benzina può essere alimentato sia a carburatore sia a iniezione.

L’iniezione nel motore a diesel 

Nel motore Diesel:

• non esiste carburatore

• non esiste miscela aria-carburante in aspirazione

• entra solo aria

• il gasolio viene iniettato direttamente nel cilindro

• l’accensione avviene per autoaccensione

👉 Senza iniezione il Diesel non può funzionare.

Quindi:

✔ Diesel = sempre a iniezione

L’iniezione nel motore a benzina 

Nel motore a benzina invece possono esistere due sistemi:

🔹 Carburatore (vecchi motori)

• Miscela aria-benzina prima del cilindro

• Sistema semplice ma meno preciso

🔹 Iniezione (motori moderni)

• La benzina viene dosata da iniettori

• Più efficienza, meno consumi, meno emissioni

• Può essere:

  • indiretta (nel collettore)

  • diretta (nel cilindro)

👉 Quindi:
✔ Benzina = carburatore oppure iniezione

Concetto di iniezione

Iniezione = introduzione del carburante sotto pressione direttamente nel cilindro (o camera di combustione).

Il carburante:

• entra polverizzato (a gocce finissime)

• ad alta pressione

• nel momento preciso necessario alla combustione

Sintesi

Nel motore diesel l’iniezione è l’immissione del gasolio, ad alta pressione e finemente polverizzato, direttamente nella camera di combustione alla fine della fase di compressione.

Il collettore di aspirazione

Il collettore di aspirazione è il componente che distribuisce l’aria (o la miscela aria-carburante) ai vari cilindri del motore.

Come funziona

1. L’aria entra dal filtro e dal corpo farfallato

2. Passa nel collettore di aspirazione

3. Il collettore la distribuisce in modo uniforme a ciascun cilindro

Nei motori a benzina a iniezione

Dipende dal tipo di iniezione:

• Iniezione indiretta

  • Gli iniettori spruzzano il carburante nel collettore

  • Qui si forma la miscela aria-benzina

  • La miscela entra poi nel cilindro

• Iniezione diretta

  • Nel collettore passa solo aria

  • Il carburante viene iniettato direttamente nel cilindro

Sintesi

Il collettore di aspirazione è il condotto che distribuisce l’aria, o la miscela aria-carburante nei sistemi a iniezione indiretta, ai cilindri del motore.

Il collettore di aspirazione e il collettore di scarico

Il collettore è presente sia nei motori a benzina sia nei diesel; quello di aspirazione distribuisce l’aria (o la miscela nei benzina a iniezione indiretta), mentre quello di scarico convoglia i gas combusti verso l’esterno.

L’Alimentazione e lo Scarico

Impianto di alimentazione

L’impianto di alimentazione è l’insieme dei componenti che hanno il compito di:
portare al motore l’aria e il carburante nella giusta quantità e al momento giusto.

Comprende, a seconda del tipo di motore:

• serbatoio carburante

• pompa carburante

• filtro carburante

• carburatore (motori vecchi) oppure iniettori (motori moderni)

• filtro aria

• collettore di aspirazione

Funzione: fornire la miscela aria-carburante (benzina) oppure aria e poi carburante (diesel).

Impianto di scarico

L’impianto di scarico è l’insieme dei componenti che hanno il compito di:
espellere i gas prodotti dalla combustione e ridurre rumore e inquinamento.

Comprende:

• collettore di scarico

• tubazioni di scarico

• silenziatore (marmitta)

• catalizzatore (nei motori moderni)

Funzione: allontanare i gas combusti dal motore in modo sicuro ed efficiente.

Sintesi

L’impianto di alimentazione fornisce al motore aria e carburante, mentre l’impianto di scarico provvede all’espulsione dei gas combusti prodotti dalla combustione.

Confronto sintetico benzina / Diesel

1) Iniezione indiretta (la più tradizionale tra i motori moderni)

• L’aria entra nel collettore di aspirazione

• Gli iniettori spruzzano la benzina nel collettore, vicino alla valvola di aspirazione

• La miscela aria + benzina si forma nel collettore

• Poi entra nel cilindro

👉 Qui si può dire che la miscela viene preparata prima di entrare nel cilindro

2) Iniezione diretta (motori più moderni)

• Nel cilindro entra solo aria

• Gli iniettori spruzzano la benzina direttamente nel cilindro

• La miscela si forma dentro la camera di combustione

Iniezione diretta → Gli iniettori spruzzano la benzina direttamente nel cilindro

Iniezione indiretta → Gli iniettori spruzzano la benzina nel collettore

Motore Diesel

🔧 Tipo di raffreddamento

Il principio è lo stesso del benzina, ma:

• le temperature e pressioni sono più elevate

• l’impianto è più robusto

• spesso è presente:

  • raffreddatore dell’olio

  • intercooler (nei turbodiesel)

👉 Il Diesel produce più calore e lo concentra maggiormente.

L’intercooler

L’intercooler è uno scambiatore di calore che raffredda l’aria compressa dal turbocompressore prima che entri nel motore.

La parola intercooler deriva dall’inglese ed è composta da due parti:

• inter = “tra”, “in mezzo”
• cooler = “raffreddatore” (da to cool = raffreddare)

👉 Significato letterale: “raffreddatore intermedio” oppure “raffreddatore posto tra due fasi”

Nel motore turbo, l’intercooler è chiamato così perché si trova tra due passaggi dell’aria:

1. Compressore del turbo → aria compressa e calda
2. Intercooler → raffredda l’aria
3. Motore → aria più fredda e densa entra nei cilindri

Quindi è un raffreddamento intermedio nel percorso dell’aria.

Definizione tecnica di intercooler

L’intercooler è uno scambiatore di calore simile al radiatore nella struttura e nel funzionamento, ma raffredda l’aria compressa dal turbocompressore anziché il liquido di raffreddamento del motore.

Radiatore e intercooler

L’intercooler assomiglia molto al radiatore nella forma e la funzione è simile, ma lavorano su fluidi diversi e in parti diverse del motore.

Struttura

• Entrambi sono scambiatori di calore

• Hanno:

  • tubi interni

  • alette metalliche (in alluminio)

• Sono posizionati nella parte anteriore del veicolo

• Si raffreddano grazie al passaggio dell’aria

👉 Dal punto di vista costruttivo, sono molto simili.

Differenze principali

Funzione: simile ma con obiettivi diversi

Radiatore → Protegge il motore dal surriscaldamento

Intercooler → Migliora:

• potenza
• rendimento
• efficienza della combustione

Entrambi però lavorano con lo stesso principio fisico: trasferire calore dal fluido all’aria esterna

Nel motore diesel

In un motore turbo diesel sono normalmente presenti sia il radiatore sia l’intercooler, perché svolgono funzioni diverse e complementari.

Radiatore

Fa parte del circuito di raffreddamento del motore.

• Raffredda il liquido refrigerante

• Mantiene il motore alla temperatura di esercizio

• Evita il surriscaldamento

👉 Senza radiatore, il motore si danneggerebbe rapidamente.

Intercooler

Fa parte del sistema di sovralimentazione.

• Raffredda l’aria compressa dal turbo

• Aumenta la densità dell’aria

• Migliora potenza, rendimento e consumi

👉 Senza intercooler, il turbo funzionerebbe, ma con meno efficienza e temperature più alte.

Dove si trovano

Nella parte anteriore del veicolo, spesso “impilati”:

Ordine tipico (dall’esterno verso l’interno):

1. Intercooler
2. Radiatore
3. (eventuale) condensatore del climatizzatore

Questo perché tutti devono essere attraversati dal flusso d’aria.

Definizione tecnica

L’intercooler è uno scambiatore di calore simile al radiatore nella struttura e nel funzionamento, ma raffredda l’aria compressa dal turbocompressore anziché il liquido di raffreddamento del motore.

ll turbo

Il turbo (o turbocompressore) è un dispositivo che sfrutta l’energia dei gas di scarico per comprimere l’aria in ingresso al motore, aumentando così la quantità di ossigeno disponibile per la combustione.

Il turbo serve a far entrare più aria nel motore → bruciare più carburante → ottenere più potenza.

Il funzionamento del turbo

1. I gas di scarico escono dal motore
2. Passano nella turbina
3. La turbina gira grazie alla pressione e alla velocità dei gas
4. La turbina aziona il compressore (dall’altra parte dell’albero)
5. Il compressore spinge aria fresca compressa nel motore
6. I gas di scarico, dopo la turbina, continuano verso lo scarico e vengono espulsi

Surriscaldamento Diesel vs benzina

1) Maggiore rendimento termico

• Il diesel trasforma più energia in lavoro e meno in calore disperso.

2) Miscela più magra

• Il diesel lavora con eccesso di aria

• Combustione più “fredda” rispetto al benzina in molte condizioni

3) Regimi di rotazione più bassi

• Meno giri → meno attriti → meno calore prodotto

I motori diesel, grazie al maggiore rendimento e al funzionamento con miscela magra, dissipano meno calore rispetto ai motori a benzina e non sono più soggetti a surriscaldamento, anche se lavorano con pressioni e carichi meccanici più elevati.

Le auto che seguono il Giro d’Italia in alta montagna rischiano di surriscaldarsi (fondere) perché il motore lavora in condizioni estreme di carico con raffreddamento insufficiente.

Vediamo perché.

1) Carico massimo del motore

In salita ripida:

• il motore lavora con acceleratore molto aperto

• deve vincere:

  • pendenza

  • peso del veicolo

  • passeggeri e attrezzature

• spesso procede in marce basse e ad alti giri

👉 Più carico = più combustione = più calore prodotto

2) Velocità molto bassa = poco raffreddamento

Durante le tappe alpine:

• le auto procedono lentamente

• l’aria che attraversa il radiatore è minima

Il radiatore funziona bene quando c’è:

• velocità → aria naturale
  oppure

• ventola → ma da sola può non bastare sotto carico elevato

3) Aria di montagna più rarefatta

In quota:

• l’aria è meno densa

• contiene meno ossigeno

• ha minore capacità di raffreddamento

👉 Il radiatore disperde meno calore.

4) Effetto “colonna” del convoglio

Le auto del Giro:

• sono molte e ravvicinate

• ricevono aria già calda dal veicolo davanti

• lavorano spesso in prima o seconda marcia per lunghi tratti

5) Possibili conseguenze

Se il sistema di raffreddamento non riesce a smaltire il calore:

• temperatura oltre i 110–120 °C

• ebollizione del liquido

• perdita di pressione

• deformazione della testata o fusione del motore

L’impianto elettrico

L’impianto elettrico del motore è il sistema che fornisce, gestisce e distribuisce l’energia elettrica necessaria al funzionamento del veicolo. È fondamentale per l’avviamento, l’accensione, l’alimentazione dei sensori e il controllo elettronico del motore, garantendo prestazioni efficienti, sicurezza e riduzione dei consumi.

I componenti principali dell’impianto elettrico del motore includono:

• Batteria, che immagazzina e fornisce energia elettrica.

• Alternatore, che ricarica la batteria e alimenta i sistemi durante il funzionamento.

• Motorino di avviamento, che avvia il motore.

• Centralina elettronica (ECU), che gestisce in modo intelligente accensione, iniezione e parametri di funzionamento.

• Sensori e cablaggi, che monitorano dati come temperatura, giri motore e pressione.

Un impianto elettrico efficiente assicura un avviamento rapido, prestazioni ottimali e minori emissioni. La manutenzione periodica di batteria, connessioni e cablaggi è essenziale per prevenire guasti e garantire l’affidabilità del motore nel tempo.

L’impianto elettrico del motore diesel

Nel motore diesel l’impianto elettrico presenta alcune differenze importanti rispetto a quello di un motore a benzina, soprattutto nel sistema di avviamento e nella gestione della combustione.

1. Sistema di preriscaldo (candelette)

La differenza più importante è la presenza delle candelette, che:

• Riscaldano la camera di combustione prima dell’avviamento.

• Facilitano la partenza a freddo.

• Sono gestite da una centralina di preriscaldo collegata alla ECU.

• Attivano la tipica spia a spirale sul cruscotto.

Nei motori a benzina questo sistema non esiste perché l’accensione avviene tramite candele e bobine di accensione.

Nel diesel:

• Non ci sono candele di accensione né bobine.

• La combustione avviene per autoaccensione del gasolio dovuta all’elevata compressione.

Candele e candelette

Le candelette dei motori diesel e le candele dei motori a benzina svolgono entrambe un ruolo legato all’avviamento e alla combustione, ma funzionano in modo completamente diverso. Nei motori diesel, le candelette non producono scintille: il loro compito è riscaldare l’aria nella camera di combustione durante la fase di avviamento (soprattutto a freddo), facilitando l’autoaccensione del gasolio che avviene per effetto dell’elevata compressione.

Nei motori a benzina, invece, la candela è un componente attivo in ogni ciclo del motore: genera una scintilla elettrica tra gli elettrodi che accende la miscela aria-carburante al momento preciso stabilito dal sistema di accensione.

In sintesi, la candeletta aiuta il diesel a raggiungere le condizioni termiche per l’autoaccensione, mentre la candela nei motori a benzina è responsabile direttamente dell’innesco della combustione.

🔧 Candelette (non sono candele di accensione)

Nei Diesel è presente un impianto ausiliario di preriscaldamento:

• candelette

• servono solo per facilitare l’avviamento a freddo

• non accendono la miscela durante il funzionamento normale

Avviamento e batteria più sollecitati

Il motore diesel richiede:

• Batterie più potenti

• Motorino di avviamento più robusto

• Maggior assorbimento elettrico durante l’avviamento (compressione elevata + candelette attive)

Nel motore diesel l’impianto elettrico si differenzia per la presenza delle candelette di preriscaldo, l’assenza del sistema di accensione a scintilla e una gestione elettronica avanzata dell’iniezione ad alta pressione. Una batteria efficiente, una centralina ben funzionante e sensori accurati sono fondamentali per garantire avviamenti affidabili, basse emissioni e prestazioni ottimali.

Differenza fondamentale tra benzina e diesel

Aspetto	Motore a scoppio	Motore Diesel
Accensione	Scintilla	Autoaccensione
Impianto di accensione	Presente	Assente
Candela	Necessaria	Assente
Candelette	No	Sì (avviamento)
Tipo di combustione	Innescata	Spontanea

La trasmissione

Nelle barche a motore la trasmissione del moto all’elica avviene tramite una catena meccanica che porta la rotazione dal motore all’acqua, adattando giri, coppia e direzione. Il principio è comune, ma cambia in base al tipo di propulsione.

Motore → Invertitore (riduttore) → Albero di trasmissione → Elica

L’invertitore/riduttore

Si chiama invertitore/riduttore perché questo componente svolge due funzioni fondamentali nel sistema di trasmissione marino:

1) Riduttore (riduzione dei giri)
Il motore gira a un regime relativamente alto (ad esempio 2.000–3.000 giri/min), mentre l’elica lavora in modo più efficiente a un numero di giri molto più basso. Il riduttore abbassa la velocità di rotazione dell’albero, aumentando la coppia e permettendo all’elica di spingere meglio l’acqua senza cavitare.

Perché serve la riduzione dei giri

• Il motore gira a migliaia di giri/min

• L’elica lavora bene a centinaia di giri/min

• Il riduttore adatta il moto per evitare cavitazione e sprechi

2) Invertitore (marcia avanti/indietro)
Permette di invertire il senso di rotazione dell’albero di trasmissione, così l’elica può spingere la barca sia in avanti che in retromarcia. Questa funzione sostituisce il cambio tipico delle auto, offrendo generalmente tre posizioni: avanti, folle e indietro.

• Inserisce marcia avanti, folle e retromarcia.

In sintesi: si chiama così perché riduce i giri del motore e, allo stesso tempo, consente di invertire il senso di marcia dell’elica.

Perché l’invertitore/riduttore aumenta la coppia 

L’invertitore / riduttore “aumenta la coppia” nel senso che trasforma la velocità di rotazione in forza di spinta sull’albero e quindi sull’elica.

Ecco l’idea semplice:

Il motore produce una certa potenza. La potenza è data da: Potenza = Coppia × Velocità di rotazione

Se il riduttore diminuisce i giri, per mantenere la stessa potenza disponibile la coppia deve aumentare.

• Potenza = forza × velocità lineare (nel pistone)

oppure

• Potenza = coppia × velocità angolare (nell’albero)

In sintesi

Il pistone genera forza → l’albero la trasforma in coppia → la potenza del motore è data da coppia × velocità di rotazione.

Propulsione a idrogetto (waterjet)

Come funziona

• Una pompa aspira acqua da una presa sotto lo scafo.

• L’acqua viene accelerata e espulsa ad alta velocità da un ugello.

• La spinta deriva dalla variazione di quantità di moto del getto.

Caratteristiche

• Ottime prestazioni ad alta velocità.

• Grande manovrabilità: l’ugello orientabile permette sterzate rapide e retromarcia tramite deflettore.

• Nessuna elica esterna → maggiore sicurezza e minore rischio di danni.

• Pescaggio ridotto, ideale per acque basse.

• Contro:

  • Meno efficiente a basse velocità.

  • Maggior consumo in regime lento.

  • Sistema più complesso e costoso.

Tipici impieghi

• Motoscafi veloci, moto d’acqua, imbarcazioni da soccorso, traghetti veloci, unità militari.

⚠️ Non c’è elica esterna, quindi niente effetto evolutivo come nei sistemi tradizionali.

🚤 Dove si usa la propulsione a idrogetto

• Moto d’acqua (jet ski)

• Gommoni e imbarcazioni sportive

• Mezzi di soccorso marittimo

• Navi militari

• Traghetti e aliscafi veloci

Differenza chiave in sintesi

In breve:

• Elica = efficienza e semplicità per uso generale.

• Idrogetto = velocità, manovrabilità e sicurezza in condizioni operative più dinamiche.

🆚 Confronto rapido: idrogetto vs elica

Consumo medio per un gommone da diporto 

Stima realistica da diporto per:

• Gommone: 6 m

• Motore: 115 hp 4T

• Carburante totale: 100 L

• Riserva prudenziale (30%) = 30 L

• Carburante utilizzabile: 70 L

• Conversione: 1 MN = 1,852 km

I consumi sotto sono valori medi tipici per un 115 hp su un 6 m (carico normale, mare calmo).

Tabella autonomia – Gommone 6 m / 115 hp / 100 L

Risultato pratico

Per un 6 m con 115 hp:

• Autonomia massima realistica: ~85–90 MN

• cioè circa 160–165 km

• ottenuta a crociera economica (~15 kn)

Questo succede perché:

• a bassa velocità fai tante ore ma pochi nodi

• ad alta velocità vai veloce ma consumi molto

• l’autonomia massima in distanza sta intorno alla crociera economica

Formula usata

• Carburante utilizzabile = 100 − 30 = 70 L

• Autonomia (h) = 70 / consumo

• Distanza (MN) = ore × velocità

• Distanza (km) = MN × 1,852