Appunti Motori Termici per la Trazione

Motori a combustione interna

Motore: macchina motrice che fornisce lavoro utilizzando un manovellismo biella - manovella, per questo si parla di motori alternativi. Si definisce inoltre a combustione interna perché il fluido motore è lo stesso in cui avviene la combustione.

Classificazione

Possiamo distinguere i motori in base al combustibile utilizzato: liquidi (gasolio, benzina, nafta), gassosi (metano e GPL, idrogeno).

Inoltre si distinguono in volatili (benzina, alcool, gas) e non volatili (gasolio, nafta).

Motori ad accensione comandata

Si verifica un primicamente sotto a monte della camera di combustione. Possiamo avere due differenti tipi di iniezione: 1) diretta e 2) indiretta.

1) L'iniezione di aria avviene direttamente nel cilindro;

2) L'iniezione di aria avviene nel collettore di iniezione a monte del cilindro.

Questi tipi di motori utilizzano combustibili volatili che vengono miscelati con aria che funge da comburente, mentre il combustibile funge da carburante; quest'ultimo viene miscelato con aria prima della combustione.

Ciclo limite

Le ipotesi fondamentali sono che il gas sia reale mentre il funzionamento ideale.

Inoltre si assume che il ciclo sia percorso, se un gas:

realizzata con un funzionamento privo di perdite.

Le ipotesi di partenza sono le seguenti:

1. I fenomeni dissipativi sia fluidodinamici che meccanici sono trascurabili;
2. Gli scambi termici nelle fasi di compressione ed espansione sono trascurabili; (macchina isotermica)
3. Il gas evolve a termocambiamento perfetto ma non caloricamente perfetto;
4. Il processo di combustione è completo ovvero non abbia una produzione di gas incombusti; tutte le molecole di combustibile si ossidano;
5. In ogni punto del ciclo si raggiunge l'equilibrio chimico.

Definiamo alcuni rendimenti utili per il calcolo del ciclo.

• _T = L_t⁄L_e => rendimento termodinamico interno
• _e = L_e⁄m_b => rendimento limite
• _i = ₁ − _f => rendimento indicato
• _u = L_u⁄m_b => rendimento utile
• _e = L_u − Q_u − _l = i − _ef − _E
• _o = L_u⁄T_i => rendimento organico
• _i = L_i⁄m_b

In tutti i casi la fase di aspirazione è quella che va dal punto

al punto 6 fino al punto 1. Nel punto 6 sono i

gas residui, in punto 6 apre la valvola di aspirazione e

si chiude quella di scarico.

La carica fresca è per combustibili : comportata come gas perfetti

ti, con la reolazione costante R il processo risulta essere

adiabatico con Ti costante : pi e pe costanti.

Quando siamo il cambiare manual non ci interessa sapere

cio che succede al pms.

Quando pa > pe il volume di spazio morto V2 si riduce per

compressione dei gas residui inverti quando pe < pi ; i gas

residui si espandano ritornando dal cilindro verso l'aspirazione.

Fale fenomeni generale il nome di riflusso all-aspirazione o back

flow

Nel caso della sovralimentazione i gas residui occupano un volume

minore mentre per motori aspirati - i ges residui occupano un

volume superiore. Applichiamo il I P.T.I. della fase di

aspirazione in forma Lagrangiana.

- p₆V₆ = m_RR_T ; perché il processo è adiabatico

U_f ; U_i = L + Q^{(1 sup} - piV_i - pi (V₁ - V₂)

m_R = V_PV₂

m_R = pⁱV²

m_R + m_R = p ⁱV_t con carica finale

Applichiamo il I° PTD in forma lagrangiana nella nostra

costruita dalla carica fresca e rabi per residui sulla super-

mazione che va dal punto x al punto y

Condizioni iniziali e

apertura valvola

• Uy - Ux = Q + L un lavoro fatto sulla massa
• Q = calore totale fornito nel caso della fase di espansione
• Uy = (mi + mf) cv T2
• Ux = mi cvi T1 = mi u1
• L = p V: = ∫ pdV se lavoro fatto dal gas sul pistone
• se lavoro fatto dalla pressione pi sul gas
• Q = mi c p ΔT

Stiamo considerando la pressione pi quasi costante ovvero

riscaldamento solo della carica fresca

• Uy = (mi + mr) cv T2 = Vp pi γ cv T2 = Vy cv p2
• L = p2

la p2 è la pressione che regna nel cilindro quando si

chiudono le valvole o meglio quella di aspirazione

• Ux = mi u1 = mr cv T1 = Vi pi v cv T1 = Vi pi cv T2 R
• cv [(Vy p2 - Vi pi = Vx v p2 = ∫V p: Vc cp ΔT + pi ∫λ v Vc cvi V: R Vi
• Vc = λ Vc
• Vi = vimi = vi Vpi Vc = λ Vc

Valvole

1) Bicchiere

2) Bilanciere

3) Alzavalvole

Di solito l'albero a camme è a contatto con il bicchiere mediante un disco di strato (1). L'albero può essere in testa risultando così un comando diretto. La distribuzione del moto avviene mediante la cinghia di trasmissione o mediante catena. Si può adottare anche la soluzione con bilanciere (2) non permettendo così un azionamento diretto essendo l'albero a camme posto in posizione inferiore e collegato al bilanciere mediante asticella. Un ulteriore soluzione a quella rappresentata è data un albero a camme laterale (3) che comunque permette un comando diretto sul bilanciere e quindi sulla valvola, ciò implica la trasmissione tra albero motore e albero a camme è realizzata mediante una coppia di ruote dentate. A causa della presenza di molle e masse in moto alterno ci possono problemi di natura dinamica con possibile presenza di frequenze di risonanza.

Il contatto tra puntiere e valvole può essere realizzato mediante pistoncini di metallo o attrito radente oppure mediante una ruota che sfrutta dallo sollevata agendo sull'asta di comando. Abbiamo inoltre soluzione a bicchiere o pattina che sfrutta anch'esso attrito radente.

19/10/2006

La situazione (1) si riferisce a situazioni di alzate medio piccole mentre la situazione (2) per alzate medio grandi. Consideriamo entrambe le situazioni:

(1)

A_H = l'_cosβ = h_senβcosβ = ^h/₂sen2β

dvr = 2l'sen2β = dv + hsen2β

A_v = ^π/₂(2dv + hsen2β)hsenβ

(2)

Per le formule di Carnot possiamo scrivere l'' ² h_senβcosβ

A = ^π/₄(dvr + dv)(l''² = 2h_senβcosβ

Per alzate sufficientemente grandi A_min = ^π/₄ (dv² - ols²)

- a_co: velocità del suono nelle condizioni a monte

- A_va = π ^dva2/₄

Si impone un indice di Mach predefinito, per esempio 0.5; con questo valore non si raggiunge mai localmente la velocità del suono.

- Δp = 2CM x ^{2.0+2.7 - 6000}/₆₀ = 14.4 m/s

- a_os = √_P^RT_o = √_P^{144 x 288.287} = 342 m/s

È opportuno scegliere un valore del coefficiente medio di efflusso per la valvola, per esempio C_m = 0.4.

- A_va = ^ΔP/_aos = ^14.4/_0.342 = 0.211

Allora C_m = 0.4: 2 x ^14.4/_{34.1 x 0.5}

Questo valore andrà ad essere confrontato con la tabella che varia per ogni tipo di camera di combustione.

- ^dva/_D = 0.34 (testa piana, 2 valvole) = 2 x ^{dvt2 - 0.1442}

Usando la testa piana - 2V il nostro rapporto 0.241 risulta pari a 0.144 e quindi si impone le condizioni sia che produciamo quindi la camera unisferica con d_va/D = 0.145 e quindi (^dva/_D)² ≥ 0.202; per questi nuovi valori, la progettazione va a buon fine.

Se produciamo una testa piana - ΔV, risulta che ^{dv_{S sub}}/_D = 0.34 e quindi 2^{dva2/_D2 = 2 x 0.342 = 0.234. Noto il valore di d_V ricaviamo la sua altezza.}

- R_c = 1/4 dv