Macchine Appunti

MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA

Trasformano l’energia in lavoro

Sono MACCH. + FLUIDO (MOTORI)

è ottenuta dai COMBUSTIBILI FOSSILI

POTERE CALORIFICO [kJ/kg] (HHV o LHV)

La combustione avviene solo e soltanto se c’è :

• COMBUSTIBILE
• COMBURENTE

COMBUSTIBILI + COMBURENTI => PRODOTTI (E.g. Combust.)

• C + O₂ => CO₂
• H₂ + O₂ => H₂O
• S + O₂ => SO₂

NO₂ NO_x Impurità, non dipende dalla combustione, ma dall'eff. Tep.

I gas di scarico sono caldi ed in pressione ad elevato contenuto entalpico.

Ovvero: lo sfrutta nei pistoni per produrre lavoro. Il pistone si muove di moto RETTILINEO ALTERNATO.

quindi ciclo combustibile di MOTO ROTATIVO grazie al meccanismo  biella manovella.

⇒ L_i ≣ F.S. ⇒ L_o ≣ Io.

con T ≡ coppia [Nw m]

L_o [J]

in genere η ≅ 40%

Per distinguere i motori si può andaggiare:

• Modo di avviare la combustione
• Dentro ciclo
• Natur combustibile
• Ritenzione dell’aria
• Alim. del combustibile
• Regolazione del carico
• Tipo di moto delle parti in movimento
• Sist. di raffreddamento

1- MODO DI AVVIARE LA COMBUSTIONE

• ACCENSIONE CONTROLLATA (Candela): in genere a benzina, che essendo molto volatile viene innescata dalla scintilla. (Non deve autoc.a, candele!)
  • OTTO
• ACCENSIONE SPONTANEA (iniettore): il combustibile si autoinnesca a causa dell' elevata pressione.
  • DIESEL
• HCCI ENGINE (ibrido): in genere a benzina ma senza candele, accensione per compressione

2- DURATA DEL CICLO

• CICLO COMPLETO in 4 Corse (1 AC2SR)
  • 4 TEMPI
• CICLO COMPLETO in 2 Corse (1 giro)
  • 2 TEMPI

Fasi del motore a 4 tempi:

• ASPIRAZIONE
• COMPRESSIONE
• ESPANSIONE
• SCARICO

Fasi del motore a 2 tempi:

• COMPRESSIONE
• ESPANSIONE

con 3 luci

3- NATURA DEL COMBUSTIBILE

• Benzina, gpl, metano, idrogeno, alcohol, dual-fuel..

Organi della distribuzione

• Valvole
• Alberi a camme
• Cinghia/catena/ingranaggi

Fasatura

Gestione dell'apertura e chiusura delle valvole

Diagramma circolare delle fasi

V_t = vol. aspiraz.;

V_r = vol. scambio

p₂V₂^k = p₁V₁^k

La pressione di compressione dipende dal rapporto di compressione, ed essendo più alta, se β è più alto, allora anche la T_e sarà più alta. Ipotesi: di avere un motore ad accensione controllata, tipo 2 SCC. Dal carburante, facendo bruciare la miscela, contemporaneamente quindi a volume costante (è identico). T_m & T_f i quali aumentano e T_f ne è molto minore tra i 2 combusti. Durante la fase di espansione avvia la fase utile, dove l'entalpia dei gas viene trasformata in lavoro. In tale caso, p₂ di es = p₃ e avvia al contrario, è benzina e diesel gas, poi il pistone spinge i gas restanti. (Joules composti).

Lavoro del pistone

p · Δp · dx = ρ dV = ΔL →

∫₁² ρ dV = L_c

ψ_motto = 1 - T₃/T₂

→ 1₂ - 3₁ isentropica

⇒ [ p₁ = cost v p=RT]

T₃/T₁ = p₂/p₁

→ T_u^k-1 = cost

T₁/T₂ = p₁^k-1/p₂^k-1

T₃/T₁ = p₄^k-1/p₃^k-1

→ T₃/T₄ = (T₄/T₁)^k-1

ψ_otto = 1 - T₃/T₂ = 1 - 1/β^k-1

Conviene quindi che β sia il più alto possibile, così da rendere elevato il rendimento teorico del ciclo otto.

η_ci → m_eL_e = L_i = L_els = L_netto

η_eη_mη_aux = ψ_tot (∼ 40%.)

→ m_ci*i_yψ_tot = L_netto

→ ψ_tot = L_netto/m_ci*i_y

Quant’equazione vale a BLACK BOX.

Si definisce il consumo specifico (Cs):

C_s = m_ci/L_netto

g/kW_h

= 1/μ_qK_i

Più alto → β, più alte pers. raggiunge a fine compressione, e quindi, più alta T.

Formando quindi q a T più alta, come motore Carnot, ho rendimento maggiore.

Con il motore a benzina però c’è un limite di β, per più ad una elevato [in benzina detonat (v.dopo).]

Riprendendo:

A_i = A_F ^w/m_e

A_F(A/F)_st

→ s → →

= m_ek_* (A/F)_st

A_F:

A_i:

A_c = → e

A_i A_c (A/F)_st η_c

→

q_i =

Quindi: Il potenza effettiva è:

P_eff =

NB:

Le

A_a

1. (con p_i nel cilindr)
2. T_u > T_a

• A

Riprendendo le potenze:

P_eff = p_me V_2π / C

+ p_me A_p c 2π / T

P_eff = p_me A_p V_ms / T

La P del pistone dipende quindi dall'area dello stesso (→ alesaggio).

Voglio però mantenere il rapporto c_s / C basso in modo da tenere basse le sollecitazioni.

quando: abbasso la corsa C.

I parametri che possono caratterizzare quindi un motore sono

• p_me = (8÷12) bar
• V_mp = (10÷25) m/s
• P_eff = p_me V_2π / C + p_me A_p V_ms / T = M·ω

Curve caratteristiche: M(n)

P(n)

C_s(n) → consumo specifico C_s = m_c / P_eff

CURVA DI POTENZA

A_A' / A_O' + tanα = P_u M / ω

Quando la retta è tangente alla curva n ha il massimo quindi P_u max.

Cercando questo rapporto si ottiene M, in quel punto si avrà la Coppia massima

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INIETTORE ELETTRONICO (BOSCH)

L'asta è tenuta premuta in modo da bloccare il foro da una molla; quando arriva l'impulso dell'ECU fa passare corrente nel solenoide, che crea un campo magnetico. Essendo il corpo dell' asta ferromagnetico viene attratto, aprendo quindi il foro per un istante, facendo passare il combusti- bile in pressione.

SCHEMA A BLOCCHI DI UN GDI

• HC = incombusti indipendenti dal combustibile
• CO
• NOx { prodotti di ossid. alle alte temperature (+ particolato)

--- Per ridurre la quantità di gas tossic. uso il CATALIZZATORE TRIVALENTE, che ossidando e riducendo, rende efficiente d'assettamento delle emessioni massime alle automobilistiche). Nei motori GDI ci sono 1 sensor lambda, ma stichiometricamente quindi non c'è catalizzatore: i valori var. 2, uno si riescente e Nei Motori Diesel invece uso l'EGR (Exhaust Gas Recirculation), ovv: che riciclo parte del caldo e meno una parte nel cilindrò CO2 riempendo all'interno (-> incombusto) "sporchiando" io combustione. riscaldando la T è quando per NOx. Vedi anche EGR interno.