Appunti Motori a Combustione interna

I MCI non rappresentano il motore con la maggiore efficienza:

• Turbina a GAS: η max = 40%
• Turbina a VAPORE: η max = 40-45%
• Ciclo combinato: η max = 55%-57%

• MCI il rendimento massimo arriva al 40% per gli stradali (ed al 50% per i )

Differenza tra MCI e TAG: le trasformazioni avvengono in successione temporale ma MCI e TAG: nel medesimo luogo. Nella TAG avvengono in diverse zone della macchina propria fisicamente:

• MCI: SISTEMI CHIUSI
• TAG: SISTEMI APERTI

Quando nel MCI il ciclo termodinamico NON è continuo - Per questo è importante determinare la FREQUENZA DEL CICLO:

f_c = ²ⁿ/_T n: numero giri/sec dell’albero motore T: numero tempi del motore stesso

CICLI TERMODINAMICI DI RIFERIMENTO

I cicli ideali sono Otto, Diesel e Sabathè. Dato che i cicli ideali non rispecchiano la realtà ci serviamo dei Ciclo Reale. Al posto dei Ciclo Reale, una buona approssimazione ai CICLO INDICATO sostanzialmente nei diagrammi P-V. È presente quando il ciclo è entro certi limiti inferiori

questi una piccola pressione schiacciata nella camera di combustione ed un encoder montato sull’albero motore.

Nel ciclo indicato (a destra) ho sia la parte positiva con la quale ottengo lavoro utile, sia la parte negativa con la quale spendo lavoro per il pompaggio. La parte POSITIVA ci ha due esserne maggiore della parte NEGATIVA.

BILANCIO ENERGETICO

CARICO DEL MOTORE: Potenza erogata dal motore rispetto alla massima erogabile al medesimo regime di rotazione. (Quando i prendiamo funzionare al massimo istante a PIENO CARICO, se non al massimo siamo in carico parziale.

Considerando 100 come energia chimica entrante del combustibile, ed essendoa pieno carico, si ha che:

• 30% l’ lavoro utile η = 30%
• 10% è espulso dai gas di scarico
• 10% è ceduto al refrigerante
• 10% è dissipata verso l’ambiente

Definiamo la DOSATURA α: α = m_aria/_mfomb α si dice stechiometrico quando la miscela è perfetta per la completa combustione del combustibile

Definiamo il RAPPORTO DI EQUIVALENZA φ = φ = _stechio/^α

φ < 1 = Miscela MAGRA φ = 1= Miscela GRASSA

Definiamo l'Indice di Rottura d'Aria

Δλ = λ_p - λ_streak

Definiamo il Consumo Specifico:

C_sp = H_u - m_c/H_i

Rappresenta la massa di combustibile divisa per il lavoro utile prodotto dall'unità di massa.

H_tot = L_u

L_u = 1/η

Definiamo la Velocità Media del Pistone:

Up = 2 * C_hs

Tvr è il massimo numero di giri e V_p = 12 m/s + diesel e 15 m/s > benzina

Considerando che: ω = 2π/T

Definiamo il Coefficiente di Riempimento λ_rc

Si tratta del rapporto tra la massa dimam o diria aspirata in un ciclo e la massa che teoricamente verrebbe aspirata nel caso ideale

λ_rv = m_a / m_ao = m_a / Pomvb * x

Espressione Sintetica della Potenza Utile

Il lavoro assegnato da ogni ciclo termodinamico in un motore a combustione interna è il rendimento η, esprimendo così:

L_u = Q_t - E_d

Motore:

ηu = Qv * Lu

Lmot - Lu/Te

La potenza utile è data dal lavoro utile per la frequenza di ciclo:

P_u = L_uf_c = L_uf_c

Definiamo il lavoro utile

L_u = Q_t = η_v m_c Ho

η_v = m_inuia . Hi . η_n . λ_vt . Pnvb V_u

Pn = ηu λ_rc Pnvb V_u * Hi * 2/T

Possono considerare: il caso di X cilindri e V_u = A+B+C

• P_u = ηu λ_vt Pnvb/mamba / 1 + T
• Hi

Quindi: P_uk = Pu Pu = ηu λr*Pam 2Ab Hi Up X P T

Analizziamo il rendimento η_u che abbiamo detto che si aggira attorno al 25 - 30 % c'è xd, dipendo da 3 principali fattori:

• 1) Rendimento di combustione:
• 2) M_inuiax'y, relativo al calore che si riesce a fornire (icod), al totale immesso Dividend dal attivi x rendimenti, da impamplinga, di combustione e

Per sfruttare al meglio la potenza installata dovrebbe ascrivere che l’auto mossa deve essere sempre e il più possibile in quelle uniche condizioni di utilizzo idonee, derivanti dalla pendenza e della velocità del veicolo.

In tal caso minore è la velocità, maggiore è la forza motrice disponibile alle ruote.

Come limite massimo di F_motrice imponiamo la forza di aderenza con l’equazione che dobbiamo vincere nel caso in cui ci troviamo a bassissime velocità. Essa R(v) verrà di fatto scritto:

Nel grafico è riportata anche la funzione F_m(v) non a potenza costante. Essa accomuna alla curva di coppia in fatto (H = F_m e n_s = v).

Se il rapporto di trasmissione è costante e unico avrò una sola curva F_m(v).

Notiamo diverse cose:

• 1. Il punto S è il punto ottimale (funzionamento a regime) dato dall’intersezione di F_m(v) e R(v).
• 2. Avendo un solo rapporto di trasmissione e quando una sola F(r) il mio motore non riuscirebbe vincere la resistenza R_di(v) nel caso conviene un cambio di pendenza di R(v) = R_r(v).
• 3. Abbiamo detto che la trazione ideale e perfetta F(v) e la curva di ISOPOTENZA (la relazione F_m(v) troppo diversa da quella ideale (iperbole)).
• 4. Dobbiamo comunque avvicinarci al più possibile all’iperbole.

Queste considerazioni risolviamo aumentando il numero di rapporti di trasmissione possibile. Il veicolo applicando che non può avvenire uno solo, devo avere la possibilità di cambiare marcia quando vuole in base alla velocità di percorrenza ed alla resistenza della strada R(Q). Avendo molti rapporti di trasmissione notiamo che avremo molti punti S che formeranno la nostra IPERBOLE IDEALE:

La forza motrice massima rimane comunque la F_ad.

REGOLAZIONE dei MCI

Abbiamo già visto che la potenza è:

P_e = η_v * π_ano * ζ * A_i * H_to

La regolazione nei motori da ACCENSIONE DOMANDATA viene fatta modulando l’aria aspirata. Quindi variando la modulazione il q_v viene effettuata attraverso valvola. A tale modulazione di v_T è mani azionando di portata di combustibile il motore segue una modifica tale di mantenere costante α_t.

Si definisce AREA EFFICACE:

A_eff = C_d × A ^{CA x}_Aw

A_eff = C_d A_ref

Si definisce COEFFICIENTE DI EFFUSO MEDIO, la media del coefficiente di effusso durante un ciclo:

C = \(\frac{1}{π}\) \(\int\) C(s) dg

L'indice di Mach è utile per il primo dimensionamento dei condotti di aspirazione:

IM = \(\frac{u_p}{\sqrt{(u_P)^2+(u