PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

IMPIANTO MOTORE TERMICO L

Energia meccanica

Calore perdutoQ’’

Q’

Calore dato

L = Q’ –Q’’

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SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

IMPIANTO MOTORE TERMICO L

Energia meccanica

Calore perdutoQ’’

Q’

Calore dato

Dato un impianto motore con un relativo ciclo termodinamico il suo rendimento è minore od eguale a quello della macchina di Carnotoperante tra le stesse temperature. Il segno di eguale vale se la macchina è reversibile.

T1

T2

sA sB CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA 2

IMPIANTO MOTORE TERMICO

(positivo)

Adduzione di calore

L’

Q’’

Q’Calore dato

Espansione

Sottrazione di calore

CompressioneL’’

(negativo)

(positivo)

(negativo)L = L’ – L’’Q’ + L’’ = Q’’ + L’Q’ = Q’’ + LL = Q’ –Q’’

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RENDIMENTO GLOBALE DI UN IMPIANTO MOTORE

Mc *Hi Qr’ LrLu

Perdita Perdita Perdita

Mc *Hi * (1-ηb) Qr’* (1-ηr) Lr* (1-ηr)

1 kWh = 860 kcal

1 kW = 860 kcal/h

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MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA

ALTERNATIVI ROTATIVI

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Rappresentazione schematica del gruppo: cilindro, pistone, biella, manovella. Motore alternativo azionato da un manovellismo ordinario centrato.

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Un motore a combustione interna alternativo, sia ad accensione comandata che diesel, è essenzialmente costituito dai seguenti componenti principali:

a) Le Canne dei cilindri, ciascuna costituita da un solido cilindrico, con sezione a corona circolare, raffreddato esternamente con liquido refrigerante o con aria;

b) L’ Incastellatura, avente la funzione di collegamento delle canne dei cilindri con il basamento;c) La Testata, avente la funzione di chiusura delle canne dei cilindri e di contenimento al suo interno della camera

di combustione della miscela aria-combustibile;d) I Pistoni, costituiti da solidi cilindrici cavi, scorrevoli all’ interno delle canne dei cilindri, aventi la funzione di

assicurare lo scambio di lavoro tra il fluido motore e gli organi mobili della macchina; e) il Manovellismo di spinta alternativo, avente la funzione, per ciascun cilindro dal sistema biella-manovella, di

trasformare il moto rettilineo alternativo del pistone in moto rotativo continuo della manovella e, quindi, dell’ albero motore;

f) Il Carter, avente la funzione di chiusura verso il basso delle canne dei cilindri e di raccolta dell’ olio di lubrificazione delle canne dei cilindri;

g) Il Basamento, avente la funzione di assorbimento sia delle forze d’ inerzia del manovellismo che delle forze dovute alla pressione esercitata dai gas all’ interno dei cilindri.

8CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

Apparati ed organi ausiliari dei motori a combustione interna alternativi

Sono costituiti da:

a) sistema di alimentazione: ha la funzione di apportare ai vari cilindri del motore e per ogni ciclo di funzionamento di quest’ ultimo la quantità di combustibile necessaria perché avvenga un corretto svolgimento del processo di combustione;

b) sistema della distribuzione: avente la funzione di rinnovare il fluido evolvente nei cilindri ad ogni ciclo di funzionamento del motore;

c) sistema di accensione: è presente soltanto nei motori ad accensione comandata ed ha la funzione di attivare, attraverso l’ impiego di opportuni dispositivi di tipo elettronico gestiti da un microprocessore, lo scoccare della scintilla tra gli elettrodi una o più candele alloggiate all’ interno della camera di combustione di ogni cilindro;

d) circuito di refrigerazione: può essere ad aria o a liquido ed ha la funzione di assicurare la refrigerazione dei materiali delle canne dei cilindri e degli organi del manovellismo nonché quella di limitare la temperatura di esercizio dell’ olio lubrificante;

e) sistema di avviamento: ha la funzione di trascinare il motore fino ad un regime di rotazione in corrispondenza del quale esso è in grado di sostenersi autonomamente.

9CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA ALTERNATIVI

AD ACC. COMANDATA DIESEL

A 4 TEMPI A 4 TEMPIA 2TEMPI A 2TEMPI

MOTORI A 4 TEMPI MOTORI A 2 TEMPI

-ASPIRAZIONE

-COMPRESSIONE-ESPANSIONE-SCARICO

-LAVAGGIO E COMPRESSIONE-ESPANSIONE E SCARICO

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11CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

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13

SISTEMI DI LAVAGGIO GRANDI MOTORI DIESEL 2T

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15CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

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CAMPO DI APPLICAZIONE DEI MCI

MOTORI A 2 TEMPI AD ACC. COMANDATA

- Bassa efficienza- Piccola potenza- Elevate emissioni

MOTORI A 4 TEMPI AD ACC. COMANDATA

- Ridotta efficienza- Ridotte emissioni- Bassa e media potenza

MOTORI A 2 TEMPI DIESEL

- Alta efficienza- Elevata potenza- Funzionamento a bassi regimi

MOTORI A 4 TEMPI DIESEL

- Alta efficienza- Bassa, media o elevata potenza- Funzionamento ad alti regimi

Applicazioni:motoscooter di piccola cilindrata; piccole imbarcazioni.

Applicazioni:Trazione terrestre; produzione energia elettrica; propulsione navale.

Applicazioni:Motocicli ed autovetture di piccola, media e grande taglia; motogeneratori a metano; propulsione marina ed aereonautica leggera.

Applicazioni:Grande propulsione marina

23CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

CICLO IDEALE SABATHE’

p

v2 v1

Q’’

Q1’

Q2’

1

2

33’

4

v

24

-gas ideale-componenti perfetti

IPOTESI:

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CICLO OTTO (b=1)

p

v2 v1

Q’’

Q1’

1

2

3=3’

4

K=1,6

K=1,4

K=1,33

V

25

10÷11

1

1

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CICLO DIESEL

V

p

v2 v1

Q’’

Q2’

1

2=3 3’

4

OTTO

b = 1,2

b =1,1

26

124÷25

1

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CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA 27

DIAGRAMMA INDICATO MOTORE A 4 TEMPI

p

v

patm

pmi

p

l

rφ θ

patmA

ds

asp

scar

VcilVc

28CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

DIAGRAMMA INDICATO MOTORE A 4 TEMPI

29

ASP (-) COMP (-) ESP (+) SC (-)

cilmiatmatmatmatm VpsAppsAppsAppsApp720

540

540

360

360

180

180

0

i )()()()(L

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FORMULA POTENZA MCI

30CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

FORMULE DELLA POTENZA MCI

n

Pe Ce

Pe

Ce

Ct

nmin nCmax nPmax

Pt

31CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

igkWe

cs

HP

mc

860

,

60

160,

inVp

c

niVP cilme

s

vacil

kWe

s

va

mec

p 51036

PMS

aspirazio

ne

C.S.

A.S.

PMI

C.A.

A.A.

com

pre

ssio

ne

PMSasp

irazion

e

C.S.

A.S.

PMI

C.A.

A.A.

50°

10° 10°

50°

A.A.

DIAGRAMMA DELLA DISTRIBUZIONE DI UN MOTORE A C.I. A 4 TEMPI AD ACC. COMANDATA

TEORICO REALE

32CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

CARBURATORE ELEMENTARE

221100 ccc

222

2

2

2

2

2

1

1

1

2

0

0

0 cpcpcp

2112

0110

cc

cc

12

10

pp

pp

33

0

1

2

0

1

2

P

x

0

1

2

Miscela

Combustibile

Aria

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35CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

MULTI-POINT L-JETRONIC

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37CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

38CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

39CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

40CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

41CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

COMBUSTIONE PERFETTA E STECHIOMETRICA

Motore a combustione

interna

CombustibileAnidride carbonica

Aria stechiometrica

Vapore d’acqua

Azoto

Ipotesi:

a) Miscelazione perfetta del combustibileb) Dosatura stechiometrica dell’aria comburente

42CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

COMBUSTIBILI BINARI DI CARBONIO E IDROGENO (IDROCARBURI)

Reazione di combustione tra un idrocarburo di formula CnHm e l’aria stechiometrica

Rapporto di dosatura stechiometrico

Per un idrocarburo di formula , vale 14,78 kg di aria / kg di combustibilenn HC 2 st

43CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

44CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

45CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

MOTORE AD ACC.

COMANDATA

ARIA

CO2

H2O

N2

O2

CO

HC

NOx

COMBUSTIBILE

46

inquinanti regolamentati

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Motore a combustione

internaAria

CatalizzatoreTrivalente

Gas di scarico

Sonda lambda

Centralina di controllo

Sistema diiniezione

47CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

48CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

49CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

RIVESTIMENTO A BASE DI PLATINO ,

PALLADIO E RODIO PER LA

CONVERSIONE DEL CO, DEGLI HC E

DEGLI NOx IN CO2, H2O ed N2

SUBSTRATO CERAMICO O

METALLICO

FUNZIONAMENTO DELLA MARMITTA CATALITICA

50CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

SISTEMA DI INIEZIONE IN PRECAMERA

51CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

SISTEMA DI INIEZIONE IN PRECAMERA

52CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

SISTEMA DI INIEZIONE DIRETTA DI GASOLIO

53CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

MOTORE DIESEL

ARIA

CO2

H2O

N2

O2

CO

HC

NOx

Particolato

COMBUSTIBILE

SOx

54CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

STRATEGIE PER LA RIDUZIONE DEGLI INQUINANTI NEI MOTORI DIESEL

a) Interventi sul combustibile

b) Interventi sul processo di combustione

c) Interventi attuati allo scarico del motore

55CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

INTERVENTI SUL COMBUSTIBILE

• Riduzione del tenore di zolfo

• Riduzione degli idrocarburi aromatici

56CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

MCIZolfo del combustibile

Vapori di SO2

Solfati solidi (3% dello zolfo del combustibile)

57CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

INTERVENTI SUL PROCESSO DI COMBUSTIONE DEL MOTORE

• Ricircolazione dei gas di scarico (EGR)

• Controllo elettronico dell’iniezione del combustibile

• Aumento della pressione di iniezione del combustibile

• Ottimizzazione del campo di moto in camera di combustione

58CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

SOF Idrocarburi adsorbiti o condensati

SOOT composizione media C8H

Struttura particolato emesso dai motori diesel

59CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

60CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

61CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

62CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

63

TRAPPOLA DEL PARTICOLATO

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REFRIGERAZIONE A LIQUIDO NEI MCI

2

RR

R

ui

m

ttt

Liqaria

s 11

1

MCIIS

Lm

Rit

Rut

aria

Pompa di circolazione

Termostato

RadiatoreElettroventola

)()()(aaRRR iuapariaambmuiLiqrefr ttcmttScttmQ

64CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

iat

mat

SOVRALIMENTAZIONE NEI MCI

a) Con comando meccanicob) Con turbocompressore

a) b)

MCII

C T

Gas combustiAria

MCII

C T

Gas combustiAria

MCIIC

Gas combusti

aria

65CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

SOVRALIMENTAZIONE NEI MCI

cilV cilV

ps

ps

papa

ps

p0

ps

motore aspirato motore sovralimentato

;1

11

11

1

1

0

1

ca

aa

a

a

aT

k

k

T

gg

g

g

g

ak

ak

g

g p

pTR

k

kmTR

k

km

66CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA

ps: pressione dei gas combusti all’apertura della valvola di scarico

pa: pressione atmosferica

p0: pressione di sovralimentazione

p0/pa: grado di sovralimentazione

ps/pa: rapporto di espansione in turbinaT

a

s

Tp

p