Lezioni, Motori a combustione interna

Motori a Combustione Interna

Mail: federico.piscaglia@polimi.it

Combustione Interna: Sono macchine motrici termiche in grado di convertire in lavoro meccanico la parte più grande possibile di energia liberato bruciando combustibile entro la stessa macchina.

Classificazione:

1. Accensione comandata (da una scintilla) o spontanea (per compressione)
2. Quattro tempi o due tempi
3. In base al combustibile usato
4. Se è un motore aspirato, sovralimentato o un turbo-compressore
5. A iniezione diretta o indiretta

1) Accensione Comandata: (Motori Otto)

(Iniezione Diretta)

In cui la miscela di aria e vapori di benzina viene acceso da una scintilla fatta scoccare dagli elettrodi di una candela realizzando così una combustione rapida.

ACCENSIONE SPONTANEA: (MOTORI DIESEL)

Il combustibile viene iniettato finemente polverizzato grazie al calore presente nella camera di combustione, poi brucia e provoca l'autoaccensione dando origine a una combustione più lenta e graduale.

Tutti i motori a C.I hanno la caratteristica di essere molto compatti (dimensioni relativamente piccole).

DIFFERENZE MOTORE OTTO-DIESEL: La prima è il più elevato peso del motore DIESEL in rapporto alla potenza sviluppata; questo deriva dal fatto che all'interno del cilindro si creano alte pressioni e t°, quindi il dimensionamento sarà effettuato in base a questi fattori.

La maggiore lentezza nella combustione poi, assieme all'ineguaglianza dei materiali, impediscono al diesel il raggiungimento di elevati regimi di rotazione, con conseguente di avere potenze specifiche minori.

Infine la RUGGINEZZA della combustione che lo caratterizza, tende ad innescare vibrazioni rendendo il motore più rumoroso e facendo sì che la sua installazione risulti più difficile e costosa.

N.B: Solamente nella fase di espansione il motore mi da lavoro, nelle altre 3 devo fornirlo io; dunque posso dire che il lavoro preso da 3 deve essere sufficiente per le altre fasi, ovvero:

L_ESP > L_ASP + L_COMP + L_SCARICO

Ho però un'erogazione di potenza disuniforme; una soluzione sta nell'aumentare il numero di cilindri.

- rapporto VOLUMETRICO di COMPRESSIONE: r

_V + _Vc

r = ^V

Vc: Volume della camera di combustione

- velocità angolare dell'albero motore: (W)

W = ^{2_π m}

60

m: [^giri]

_sec

- FREQUENZA di CICLO _fc:

_fc = ^m

ε

numero di giri meccanico per fare 1 v.d.

ε=1 motore a due tempi; _fc = ο_mec

ε=2 "" "" quattro tempi; _fc = _οmec

²

- angolo di MANOVELLA:

_φ = W . t = 2_π . t

- VELOCITÀ media del pistone: (IMPORTANTE PER LE PERDITE)

_Up = 2 . C . m

NON RAPPRESENTA LA MEDIA DELLA VELOCITÀ DEL PISTONE

(numero ricorsivo di cosa perdo per attrito o fluidodinamico)

Se mi dicono di disegnare il "ciclo indicato" devo disegnare il diagramma P-V del motore.

P_indicata > P_effettiva

Non tiene conto degli attriti:

M_organico: parti meccaniche (fuori dal cilindro)

M_indicato: parti all'interno del cilindro.

P_eff < M_org = P_indicata ⟹ M_org < P_eff / P_ind < 1

Il lavoro del ciclo lo rilevo da un sensore piezoresistivo nella testa del pistone che mi dice la pressione in ogni istante. Per sapere come varia il volume, prima metto un encoder nell'albero per capire come varia l'angolo dell'albero e quindi sapere a che punto è il mio pistone.

Poiché se per esempio avessimo un motore sovralimentato da un compressore

Se vado a vedere il valore del mio λv in C, cioè appena dopo il compressore, troverei dei valori maggiori di 1, il che è impossibile, o meglio fattibile dal punto di vista dei calcoli perché il compressore aumenta la portata d’aria e la sua derivata nel condotto, facendomi sbagliare il calcolo del coefficiente.

Il valore di λv è molto importante per quanto riguarda la potenza effettiva del mio motore:

P_EFF = η_g · m_comb · Hi = η_g · Hi · ṁ_ARIA / α

= η_g · Hi / α · ṁ / ε · MARIA = η_g · Hi / α · m / ε · λv · Paria · Varia = P_EFF

m, λv non costanti

ricordando che M_EFF = P_EFF / ω , si può capire che migliorando λv si migliora la COPPIA del mio motore.

OSSERVAZIONE:

Non ha senso andare oltre i 7000 giri in motore benzina solo perché si avrebbe una potenza ottima, perché si andrebbe incontro ad alti stress termici e meccanici per i materiali che compongono il motore, dunque dico alla CENTRALINA di limitare il n dei giri appena sotto al massimo di potenza onde evitare appunto troppe sollecitazioni per il motore.

CURIOSITÀ:

Curva caratteristica motore sovralimentato o turbocompressore. (Diesel)

Da notare come già a bassi regimi il mio motore sia a una coppia ottimale per trasferire potenza.

EFFETTI QUASI-STAZIONARI

Riscaldamento della carica

Perdite di carico dell'aria

Del primo effetto per ipotesi diciamo che l'aria una volta nel condotto non cambi le proprie caratteristiche e quindi P_ARIA = COST , posso allora schematizzare il processo in questo modo:

Ritenendo il processo descrivibile in termini di moto medio, cioè m_aria = COST, posso scrivere che:

Calore assorbito dall'aria nell'unità di tempo

Vediamo un altro parametro importante per l'attivazione dell'area di ingresso:

β: ANGOLO della SEDE, formate tra la sede della valvola e il suo asse tanto più è inclinato, tanto più è grande l'area di passaggio.

Tanto per aspirare; per piccole altezze abbiamo un tronco di cono, il cui lato è pari a "l₁":

LATO

l₁ = h . sen β

e

d_maggiore = dv + h . sen 2 β

Concetto di Blocco Sonico:

È l'altro forte del motivo per cui NON è necessario esagerare come si pensava nelle potenze e quindi nei costi per quanto riguarda l'osservativo dei motori. Ma capiamolo con un esempio:

Se aumento la pressione a SX l'olio incomincerà a muoversi verso DX con una certa velocità, che cresce in base alla sezione e alla differenza di pressione; quando la ^√P_amb - √P_suono la portata m_in(m= S⋅A⋅n_r⋅cosα) non aumenta più; cioè avviene un grande salto di pressione a monte della valvola, ma la sezione mi rende impossibile far aumentare più di un certo valore la velocità dell'olio.

CONCLUSIONI: Non è necessario prendere mega compressori; basta scegliere quello attinuale in base all'arco di passaggio delle mie valvole.