Riassunto completo esame di "Motori a combustione interna"

COEFFICIENTE DI EFFLUSSO

Il flusso di gas nel motore è determinato dalla differenza fra la pressione nel cilindro e quella nella sezione

terminale del condotto, in prossimità della valvola. Poiché questo salto di pressione e la sezione di

passaggio variano continuamente, è molto complicato fare misure e calcoli.

Si possono però ricavare informazioni utili se si effettuano studi semplificati, considerando condizioni fisse

.

(valvola ad alzata costante) sotto l’ipotesi di

̇

Per calcolare la portata d’aria effettiva utilizzata per il calcolo del coefficiente di efflusso si utilizza un

banco di flussaggio. ̇

Tale prova viene realizzata aspirando aria dal lato cilindro e misurandone la portata con un valore fisso

dell’alzata della valvola. 10

Figura banco di flussaggio

′

̇

Si definisce di una valvola a fungo, il rapporto fra la portata effettiva d’aria

̇

misurata con il dispositivo in figura e la portata teorica che passerebbe, in condizioni di flusso ideale,

attraverso la sezione trasversale della sede valvola , ossia:

̇ ̇

= =

̇

Dove vale:

2

∶

- 4

2

∶

- 4

ℎ ∶

-

Il coefficiente di efflusso tiene conto delle perdite fluidodinamiche (di un efflusso reale rispetto uno

ℎ.

ideale) e della legge di variazione dell’area geometrica della sezione in funzione di

Per evidenziare le perdite fluidodinamiche si fa riferimento all’area di cortina, in questo caso il coefficiente

di efflusso si indica con (ℎ) (ℎ)

̇ ̇

= =

̇ ℎ

Il giapponese Tanaka, mediante prove sperimentali trovò le

condizioni di efflusso che si realizzano nella sezione

ristretta di una valvola di aspirazione:

:

- per piccole alzate il fluido dopo essersi

separato dagli spigoli più interni, si riattacca. Il

(ℎ)

̇ ℎ

valore di aumenta più di al denominatore.

:

- per medie alzate il getto è normalmente

libero da un lato e riattaccato dall’altro. Il crollo

della sezione di passaggio tra e è generato

proprio dal fluido che si stacca da un lato.

:

- per alte alzate si forma una vena contratta ed il fluido è staccato da entrambi i lati. Il valore

(ℎ).

ℎ ̇

di al denominatore aumenta più di quanto aumenta

Se apro contemporaneamente due valvole ho:

Figura 2 valvole aperte a diverse h (da fare a mano)

 ℎ

Per grandi le correnti si trascinano a vicenda:

 ℎ

Per bassi le correnti si ostacolano a vicenda: 11

Il valore del coefficiente d’efflusso varia da istante a istante, perché con l’angolo di manovella

cambiano le alzate = [ℎ(ϑ)] = (ϑ)

̅

Si definisce così un coefficiente d’efflusso medio (4 per un quattro tempi)

4

1

̅ = ∫ () = 0,10 ÷ 0,15

4 0

̅

Il prodotto di per l’area di riferimento rappresenta l’area costante di passaggio che, durante l’intero

ciclo, in condizioni di efflusso ideale, smaltirebbe la stessa massa che passa effettivamente attraverso la

valvola in 1 ciclo.

Applicando il teorema di Bernoulli vado a dimostrare che la pressione misurata nella camera di calma è

uguale alla pressione misurata sottotesta:

1 1 1

2 2 2

+ + − ( ) = + +

2 2 2

I termini si semplificano, la se ho una camera di calma sufficientemente ampia è nulla. Il

in tale configurazione vale 1 (Il condotto che simula il cilindro, di lunghezza è

≅ 4.

lungo circa quattro volte l’alesaggio Questo fa si che la distribuzione delle velocità e delle pressioni

nel tratto immediatamente prima della camera di calma siano uniformate; cosa che non avviene invece nel

tratto subito dopo lo sbocco delle valvole, data la curvatura del condotto di aspirazione), quindi i termini in

2

si elidono e rimane perciò: =

Il flussaggio della testa di un motore va fatto a e per le valvole di

aspirazione e di carico: 4 prove.

ALZATA MASSIMA DELLA VALVOLA

Si definisce ℎ 4ℎ

= =

2

4

ℎ 1

 = → =1 > 1)

(non ha senso avere

4

ℎ

 =0 → =0

ℎ 1

>

Dalla figura vediamo che nei casi reali si possono avere in corrispondenza di .

4

Si può quindi valutare caso per caso il trade-off tra guadagno di e i costi per avere forti accelerazioni dei

componenti di comando della valvola.

Figura camera a tetto e testa piana 12

DIAMETRO DELLA SEDE VALVOLA

Alla valvola di aspirazione, può accadere spesso che se il diametro non è sufficientemente ampio, quando la

portata che la attraversa è elevata, il flusso può arrivare alle

̅

condizioni di blocco sonico. Per alti valori di si può essere

costretti ad usare teste di opportuna geometria:



 ,

(a parità di è più grande)

Dalla figura sotto si vede che, aumentando per alti valori

di si hanno elevati, e quindi elevate potenze.

Per incrementare la potenza massima del motore, compatibilmente con lo spazio a disposizione, si cerca di

realizzare diametri delle valvole e dei condotti più grandi possibili.

≈ 1,1

Di solito perché si hanno perdite di carico maggiori in aspirazione rispetto allo scarico.

2

- 1

= = 0,5

2

2

2

4

= = ( ) = 0,25

2

4

4

-

̅̅̅̅

= = + + = +

(1

√2 √2)

2 2

1

= = 0,41

1 + √2

2

2

2

4

2 (

= = 2 ( ) = 2 ∙ 0,41 = 0,34 ≈ 30%)

2

4 13

INFLUENZA DEI PARAMETRI GEOMETRICI

L’andamento di visto in precedenza varia al variare di:



Angolo



Spessore

 Raggio di raccordo spigoli

Dai risultati sperimentali si evince che migliori si hanno per:

- elevati (circa 60°)

- piccoli (compatibilmente con le esigenze di robustezza) danno meno perdite di carico

- Spigoli smussati danno la possibilità al fluido di riattaccarsi

- Forma del condotto di aspirazione in maniera tale che abbia un ampio raggio di curvatura, con un

incremento di sezione in corrispondenza del supporto per la guida della valvola (nottolino)

DIAGRAMMA DELLA DISTRIBUZIONE

≈ 40° ÷ 60° ∶

- all’aumentare di AAS aumenta la perdita di lavoro utile

ma viene compensato con una migliore espulsione dei

gas combusti che escono per scarico spontaneo.

ℎ ≈ 10° ÷ 30° ∶

- si ritarda

la chiusura dello scarico per sfruttare l’inerzia dei gas

uscenti e richiamare carica fresca nel cilindro.

≈ 10° ÷ 40° ∶

- aiuta il lavaggio.

ℎ ≈ 40° ÷ 80° ∶

- si

ritarda la chiusura dell’aspirazione per favorire il riempimento

nel cilindro. Quanto maggiore è tanto maggiore è l’energia

cinetica dei gas, e

quindi il ritardo che

va dato. 14

L’angolo di manovella, in prossimità al PMS, durante il

quale sono aperte contemporaneamente le valvole di

.

aspirazione e scarico è detto

Tale incrocio può avere due effetti:

 ∶ la quantità di moto dei gas

combusti resta elevata anche dopo l’apertura

della valvola di aspirazione. Nel cilindro si crea

una depressione che richiama carica fresca

 ∶ la pressione nell’aspirazione

è inferiore a quella dello scarico e parte dei gas

combusti va nell’aspirazione. Questo ricircolo dei

gas combusti fa diminuire gli ma può

peggiorare la combustione 2

()

=

4

AZIONAMENTO VARIABILE DELLE VALVOLE

 (:

) ∶

Un manicotto con dentatura elicoidale viene fatto scorrere

assialmente mediante olio in pressione, facendo ruotare l’albero

a camme rispetto al suo ingranaggio di comando si

.

varia la Se ho 2 distinti assi a camme lo

faccio per l&rs