Progettazione strutturale del motore

1. Parametri Principali del Motore

Combustibile

• Benzina: Regimi di rotazione maggiori = maggiori sollecitazioni inerziali
• Minor rapporto di compressione = minori sollecitazioni legate alla combustione
• Diesel: Regimi di rotazione che diminuiscono = minori sollecitazioni inerziali
• Maggiore rapporto di compressione, maggiori sollecitazioni legate alla combustione

Aspirazione

• Aspirato: Minori costi, minore manutenzione, maggior affidabilità, minori prestazioni
• Sovralimentato: Maggiori costi, maggiore manutenzione, minore affidabilità, maggiori prestazioni

Parametri Principali del Motore

• Clindrata: V _c [cm³]
• n° cilindri: i
• Cindrata Unitaria: V _u [cm³]
• Alesaggio: D [mm]
• Corsa: C [mm]

Velocità Media Pistone, V _m = ^2nc/₆₀ [m/s] → massimo 26-27 m/s

Rapporto di Manovella, λ = c/2 [mm⁻¹]

Motore Superquadro

PRO:

• Valvole di aspirazione più grandi
• Maggiore permeabilità
• n maggiore e pari V _m
• Cilindro e biella più corti
• Minori ingombri verticali ma maggiori ingombri trasversale e longitudinale
• Basamento più basso

CONTRO:

• Aumentano le dimensioni dei pistoni e testa
• Maggiore calore scambiato con le pareti, minor rendimento di adiabaticità
• Possibile disgregazione della carica
• Maggiori emissioni, minor rendimento di combustione, maggior rischio di detonazione

Motore Sottoquadro

PRO:

• Minor calore scambiato con le pareti = maggior rendimento di adiabaticità e di combustione

CONTRO:

• Minor diametro delle valvole
• Manovella più lunga
• Minore regime massimo di rotazione

Stima della potenza del motore

• V_uni: Cilindrata unitaria
• nC: n° cilindri
• ρ: densità aria (1.2 kg/m³)
• λ_v: coefficiente di riempimento (tipico λ_v=1)
• η_tot: rendimento totale motore (tipico η_tot = 0.33)
• k₁: potere calorifico inferiore (k_i benzina: 44,000 kJ/kg)
• α: rapporto stechiometrico aria/combustibile (per λ_i=14.65)
• n: massimo numero di rotazione
• R: n. massimo per ciclo motore (1 per 2T, 2 per 4T)

P^[W] = 1/α V_uni n_C n^[rpm] ρ^[kg/m³] k_i ^[kJ/kg] n^[rpm] λ_v η_tot / 1000 α 60 / n

P_me: Pressione Media Effettiva

• A: Area totale pistoni
• C: Corsa

P^[W] = P_me ^[MPa] A^[mm²] C^[mm] n_[rpm] / 1000 60 n_T

PCV^[CV] = 1.36 P_me ^[bar] A^[cm²] V_m ^[m/s] (4T) / 1000 4

λ_v = P_me ^[bar] α / 10 ρ^[kg/m³] k_i ^[kJ/kg] η_tot 1000

P_me ^[bar] = 10 λ_v ρ^[kg/m³] k_i ^[kJ/kg] η_tot / 1000 α

Altri parametri:

• Lunghezza di biella: L_b ^[mm]
• Rapporto di allungamento: λ = r / L_b (Tipicamente λ = 0.2÷0.35)

Calcolo della lunghezza di biella minima al PMI

La lunghezza minima della biella viene calcolata al PMI. In questa configurazione non ci deve essere interferenza tra i contrappesi e le portate del pistone (giro)

L_bo = r + C^pr g + S^pr + D_es / 2

• r = raggio di manovella
• C^pr = raggio ingombro contrappeso
• g = gioco tra razate pistone e contrappeso
• S^pr = spessore razale portate
• D_es = diametro esterno sarnotto

Masse Rotanti

Le forze rotanti sono contemporanee all'inerte, con la direzione della manovella.

Le masse pruriali rotanti sono:

• Massa dal piano di biella, solitamente hanno baricentri allineati al
• Massa del contrappeso & raggio di manovella

FP = Mb ω² * 2m bcp (mpb 2mb fcp f)

Sommiamo anche le quote parte rotante della biella:

FP = mcp( mb + 2m cp fcp)

La pressione all'interno del cilindro, giusole

1. Metodo empirico/analitico
2. Misurazioni sperimentali
3. CFD 1D/3D

Metodi empirici/analitici

1. Aspirazione - p = cost. —> kar (aspirati) o Rossi (sovralim.)
2. Compressione - PV_k = cost. (inizio compr.) k = 1.3 - 1.35
3. Combustione - ciclo a modello basato sulla legge di Wiebe
4. Espansione - PV_k = cost. (inizio esp. k = 1.25 - 1.35)
5. Scarico - p = cost. (adosato) o Pavesin tubina (turb_o)

Modelazione della combustione

Cerare la pressione:

Pinja_combK = Marc ki =Vuni p_lv ki α

Conoscere l'andamento della pressione con il Karlone in impesso scritto la ricerca della prima legge della termodinamica, nel primo di fase alce campo. Mot del avvolto di manovella ta

2φ - 2W = 2u

2p - P = cv dT

Su una equazione di gas perfetti PV = mRT si isai.

dT = km (pV+n-p) => dU = CV(cv)

Quindi: 2q —> cv (RV+vDP) = cv (2f - CVDP)

Con R = cyp - Cv ce

R = ¹ / _{k - 1}

PRIMO SEGMENTO

Viene sfruttato l'EFFETTO LABIRINTO: la pressione della camera di combustione spinge il segmento verso la superficie al fine di ridurre il traferro della fessura, garantine la tenuta. I gas in pressione si intrappolano nella fessura poi il degasaggio verso la superficie tripar del cilindro.

SECONDO SEGMENTO

Ha un'altra funzione di garantire la tenuta dei gas in pressione sulla spalla del cilindro. Allo stesso tempo deve garantire una sufficiente lubrificazione per il degasaggio. Ha geometrie particolari: la più effcace è quella sotto l'asse del segmento.

RASCHIAOLIO

Può essere in 2 pezzi o in 3 pezzi, ha geometrie più complessse rispetto agli anelli elastici: deve garantire pressione con la camera durante tutta la pressione dei gas (che non c'è) nei modi da "asciughire" l'olio. Ha inserti per consentire 3 regimi di scorrimento per incrementare la pressione specifica: più una molla circonferenziale precaricata per garantire la corretta pressione assiale.

Raschiaolio 2pz: Aperura foriere per garantire la permeabilità dell'olio (è quello che si accumula nella camera.

Raschiaolio 3pz: da permeabilità dell'olio e planarità della superficie.

CONFORMABILITÀ

È importante conformabile perché le superfici non sono perfettamente cilindriche una fabbricaziò dimensionali eposate alle lavorazioni e ai contorni termici. è bene relazionarsi a varie tensioni trasversali pronunciati per scostrare dalla forma della camera cilindro rispetto ad altri condizioni: la forma del profilo viene definita in serie di fasne a. AMMONICA 1: offerti nei centri delle circunferenze. AMMONICA 2: ovellazione ( problematica turbolata quadroblata riparo al trabaffo fiore torba e luomentum. La tuopnerg un effetto accoppiamento.