Motori a combustione interna - Appunti

MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA – G. Ferrara

Questi riassunti si integrano perfettamente alle dispense che si trovano nella pagina Moodle del Corso (“Appunti di Motori a Combustione Interna” di EM), aggiungendo ragionamenti, frasi ed esempi ribaditi a lezione dal professore (non presenti nelle dispense).

Il seguente PDF non tratta tutti gli argomenti, ma solo quelli (personalmente) ritenuti più complessi da comprendere attraverso le sole dispense. In particolar modo sono ampiamente trattati i temi sui moti della carica e la combustione (molto richiesti!), oltre a coefficiente di riempimento, valvole e banco di flussaggio, effetti dinamici, sovralimentazione, carburatore ed iniettore e molto altro.

La numerazione dei capitoli segue quella delle dispense.

Note:

CF = coefficiente, con range da 0 ad 1, che indica la frequenza con cui l’argomento viene chiesto all’esame (lo dice direttamente il professore a lezione).

CAPITOLO 5.1

Perché: λ_s < 1, soprattutto per espansione GAS COMBUSTI oltre il PMT.

Rilevazione formulazione analitica di V_s:

intervallo tra 2 istanti:

• (i) - FINE CORSA SCARICO
• (f) - FINE ASPIRAZIONE

V_c = (i) INIZIALE - dove finisce lo stelo il volume

V_e = (f) FINALE - V = V_e-cilindrata

Volume di aria che ENTRERA’ nel cilindro

→ applico il I principio. (x sist chiusi)

Q - L = ΔU = U_i - U_r

U = ei mi = e∙ρi∙γ ∙ V_r^1-γ

• ENERGIA INTERNA SPECIFICA
• FATTORE DI RIDUZIONE DEL VOLUME PERCHÉ IL PISTONE UN PO EV RISALITO DAL PH
• VOLUME TOTALE AL PMT = V_t

P

• V_e
• V_=Vu

V_f = &frac1{r}^1-γ

V_c = &frac1{r}^1-γ

Area di passaggio - funzione dell'alzata

La frontiera della superficie

• la perpendicolare tra sede e piattello

L'area è la rivoluzione di quel segmento

Caso limite

Quando l'ortogonale della sede non tocca più la parte inclinata del piattello, la congiungente tra i punti diventa la nuova frontiera dell'area di passaggio

L'informazione, ossia l'onda, avrà percorso uno spazio ottenibile moltiplicando il tempo per C_o

X_o = ± U - percorso dal pistone nello stesso tempo t

X_onda = t C_o - percorso dall'onda

Le particelle dopo X_onda sono immobili, ossia "devono ancora cedere". Quelle prima sono cadute.

Ū e ΔP sono la spinta del prepotente.

Ancora: Il flusso è inizialmente stazionario, poi subisce una compressione/espansione da cui si origina un'onda, che propaga questa pressione/depressione.

Ū = ΔP(+) Ū = ΔP(-)

Classico sistema cilindro-pistone.

Fisicamente, le particelle si muovono con l'onda per mantenere la stessa distanza tra loro, ossia la stessa densità (imposta).

Nota: Extra = un'onda è anche sonora: una ΔP produce una propagazione che segue queste leggi. La frequenza è quella con cui viene fatta questa ΔP (con cui muovo pistone avanti-indietro).

Andamento coppia M

Analizzare la M o la pme è identico, sono la stessa cosa

• se volessi aumentare n_s mantenendo M = cost, β che fa?

aumento n_s = aumento U_p

aumento le perdite di carico

si riduce λ_v: se voglio ottenere M = cost diminuendo λ devo aumentare p_mandata

Quindi: per mantenere M = cost, devo aumentare β

• nml: per rimanere uguale devo compensare Δv!

Δv e pma!

"infatti domma → 0"

Notiamo anche che:

ΔP_g alla gola è funzione della ν del flusso d'aria, ossia della portata immessa, ossia, in conclusione, del carico.

• a carichi parziali/puliti potrei non immettere sufficiente m_fuel. Anche per questo usiamo il getto del minimo.
• il minimo viene regolato attraverso una vite, che stringe/aumenta la sezione di passaggio

Extra: il diametro indicato nei carburatori "19 Dellorto" è quello della sezione di gola; più aumenta, maggiore è la m_fuel max immissibile.

1) SWIRL:

Rotazione attorno all’asse del cilindro → crea turbolenza e ci piace!

COME SI GENERA?

1. Interferenza sulla testa della valvola: il flusso ci sbatte sopra ed inizia a ruotare
2. “Chiocciola” nel condotto di aspirazione
3. Geometria condotto:

Tipico condotto di aspirazione

Condotto swirlato: Il flusso entrando batte sulla parete creando la rotazione

COMBUSTIONE

Noi siamo interessati a VELOCIZZARE la combustione:

↑ velocità combustione = ↑ M_id, possiamo questo perché

avvenga un mio ciclo indicato a quello limite dove la

combustione è istantanea.

combustione = mix di fenomeni fisici e chimici che

lavorano in serie e/o parallelo

↓ i fenomeni:

• evaporazione
• miscelamento air-fuel
• influenza inerzie termiche
• turbolenza

VELOCITÀ DI COMBUSTIONE W_c

W_r = ^dC/_dt = velocità con cui i reagenti si trasformano

in prodotti di ossidazione

W_r = AN e^(-E_a/RT) = PROPORZIONALE ALLA Cⁿ DEI

REAGENTI

A, N, E_a = costanti

[↑ ∏ reagenti = ↑ W_r]

A basse T°, e quindi basse velocità, anche il

colore rilasciato è inoffensivo e si dissipa subito.

Il mescolamento della zona combusta e quella prenscaldata attraverso i vortici, aumenta W_t!

Possono essere MACROvortici o MICROvortici (squish)

V_f risulta così almeno 50 ÷ 70 m/s

Per questo decidiamo, a costo di ridurre λ, di creare turbolenze normali, swirl, tumble e squish (OSS. quest'ultimo tende anche ad omogeneizzare la carica)

Extra - non per esame:

INCENDIO BOSCHIVO: il piròmane deve fornire quel calore Q che innesca la propagazione della fiamma

→ per spegnerlo: si sparge ACQUA attorno al fronte di fiamma nella zona di prenscaldamento: perché?

L’acqua ha C_p e ϱ molto più alti dell’aria. Quindi (cerco) di diminuire X_f e quindi la velocità di propagazione della fiamma

DISPERSONE CICLICA:

sappiamo già che:

c'è disomogenea da ciclo a ciclo(distribuzione statistica s.q.m. ecc...)

influenza la combustione, specialmente 2^a fase.

Infatti: la disomogeneità "sballa" il valore locale di αrispetto a quello medio

α_medio = 18α_candela = 14 * K_{* nella zona di combustione}

Questo mi influenza la combustione;magari ho una miscela GRASSA mabrucio come se fosse MAGRA...

Questo fenomeno influenza la 2^a fase, ma avviene nella 1^a.Nella 1^a si ha l'accensione della candela.

1. 2^a FASE: più importante (frutti della 1^a fase)
2. 1^a FASE: più delicata/difficile

Per la dispersione ciclica, variamo V ciclo anche Mr, Nel (Ø),T(Ø) = Q(Ø), sempre con la regola dello scarto quadratico medio

Condizioni pericolose:

A. _Pumax è più difficile detonare perché _nsmax, però, la _Wct è molto alta, dovrebbe anticipare _Ta

A. _mumax è facile detonare, perché

_ns minore di gamma perché _Wct più lenta. Inoltre, ho anche il massimo del lambda

A. _ns bassi ho _Wct basso, però anche lambda quindi è difficile detonare.

A. _ns bassi ma con alta inerzia termica (dopo che ho ritardo) è la condizione peggiore. Ho _Wct basso e _PT più alte e rischio tanto.

• ✓ RICAPITOLANDO I DIFETTI:
• aumento spropositato di _PT → salta il pistone
• AUTO-ESALTAZIONE per ogni ciclo successive

• -> FATTORI INFLUENZANTI:
• ↑ l = ↑ _PT
• ↓ _mfel ↓ aumenta _Wr di reazione
• ↓ trasfrazione
• ↓ anticipo accensione
• ↓ _Wct : swirl, squish, tumble
• ↓ ₁/_CB