[eBook - Ingegneria - ITA] - Motori a Combustione Interna - OTTIMO

8/22/2019 [eBook - Ingegneria - ITA] - Motori a Combustione Interna - OTTIMO

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C A P I T O L O VII

Motori a combustione interna

VII.1 Generalit.

Comunemente si abituati ad immaginare il motore a combustione interna come quel tipo dimotore che ci permette di far funzionare i pi comuni veicoli che utilizziamo per la trazione.Inrealt esso utilizzato anche in altri campi, ad esempio nella produzione di energia elettricamediante i gruppi elettrogeni, anche se una tale soluzione si rende necessaria per lo pi incondizioni di emergenza.Lassociazione motore a c. i. - trazione non da ritenersi sbagliata ma anzi essa ampiamentegiustificata dal reale e pi comune uso che viene fatto di questo tipo di motore.La prima caratteristica che viene subito posta in risalto il campo di potenze, enormemente vasto,

che il motore a c. i. riesce a ricoprire; infatti, si va da potenze di pochi kW(i comuni motorini) finoa potenze dellordine dei MW (4050 nella trazione navale). Analoga considerazione va fatta perquanto riguarda il rendimento, infatti, anche per esso il range di valori molto vasto: si va dai0.100.15 (motorini) fino a rendimenti che superano lo 0.50, quindi confrontabili con quelli degliimpianti combinati.Rispetto agli impianti finora studiati (T.V., T.G.,I.C.) il motore a c. i. ha un tipo di funzionamentocompletamente diverso; infatti finora abbiamo visto che per ogni fase del ciclo da compiere vi eraun componente (diverso per le varie fasi) che la eseguiva: per intenderci si aveva una distribuzionespaziale oltre che temporale della realizzazione del ciclo. Ora, invece tutto avviene in un sistema

pistone - cilindro in cui le fasi del ciclo termodinamico si susseguono nel tempo all interno di unostesso volume: ci porta, come immediata conseguenza, la non stazionariet di un tale sistema.

Infatti, nel pistone-cilindro le grandezze p, T, v variano continuamente nel tempo; questo nonavveniva per gli altri tipi di impianti studiati, infatti, se prendevamo una qualunque sezione di unaturbina a gas o di un impianto a vapore trovavamo i valori di pressione, temperatura, volume,

portata, ecc. costanti nel tempo (a meno di non effettuare una regolazione).Dopo questa panoramica sugli aspetti fondamentali che caratterizzano il motore a c. i. , passiamo adunanalisi pi dettagliata sia del suo funzionamento che della sua struttura. Innanzitutto quando si

parla di motori a combustione interna ci si riferisce a sistemi alternativi: si ha la presenza di uncilindro nel quale scorre un pistone che si muove di moto rettilineo; attraverso un collegamentomeccanico costituito da una biella e una manovella il pistone collegato allalbero motore:

proprio attraverso tale collegamento che si pu trasformare il movimento alternativo del pistone inrotazione dellalbero motore. Il pistone caratterizzato da un diametro D, detto anche alesaggio,

Tra la testa del pistone e il fondo del cilindro esiste sempre un certo spazio di volume non nullo cheviene detto camera di combustione.Quando la camera di combustione ha il suo valore minimo sidice che il pistone si trova alPMS(punto morto superiore); quando ha valore massimo si dice che il

pistone alPMI(punto morto inferiore).La distanza tra il PMS e il PMI viene detta corsa del pistone e la si indica cons. Dalla conoscenzadei due parametri che abbiamo appena introdotto (alesaggio e corsa) possibile calcolare la

cosiddetta cilindrata Vche pu essere espressa come: sD

VVMINMAX 4

2

==V (siccome ci stiamo

riferendo ad un solo cilindro bene specificare che questa di cui stiamo parlando la cilindrataunitaria; un motore a combustione interna pu essere costituito anche da pi cilindri: parleremo di

motori pluricilindri e ci riferiremo alla cilindrata totale data dal prodotto della cilindrata unitaria peril numero di cilindri.).

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Un altro parametro fondamentale di un motore a combustione interna il cosiddetto rapportovolumetrico di compressione , detto anche rapporto geometrico, indicato con definito comerapporto tra il massimo volume del cilindro ( al PMI ) e quello minimo (al PMS)

MINMIN

MIN

MIN

MAX

V

V

V

VV

V

V+

+== 1

Si vede dalla definizione di , che al crescere del rapporto di compressione diminuisce la distanzatra cilindro e pistone quando questultimo si trova alPMS, ovvero diminuisce il VMINdella cameradi combustione.E ovvio che deve assumere valori diversi da zero perch se esso fosse nullo ci comporterebbedei problemi di urto tra cilindro e pistone in quanto vi da mettere in conto che oltre alle forzeesercitate dal fluido presente nella camera di combustione, vi sono delle forze di inerzia cheagiscono sul pistone e che possono portarlo ad urtare il cilindro.

VII.2 Classificazioni dei motori a combustione interna.

Vediamo quali sono le possibili classificazioni che si possono individuare per i motori acombustione interna;Una prima classificazione si pu fare in base al sistema di accensione del combustibile: si parlerquindi di

Motori ad accensione comandata Motori ad accensione per compressione

I primi sono i classici motori alimentati a benzina o a gas in cui il processo di combustione innescato mediante una scintilla che scocca tra gli elettrodi di una candela.I secondi sono rappresentati invece dai motori diesel in cui il processo di combustione si innescaspontaneamente a causa dellelevata pressione e temperatura presenti nella camera di combustione.Si ricorda che il gergo comune pu trarre in inganno: infatti si soliti parlare di motori benzina emotori diesel. Tale modo di classificare i motori scorretto, in quanto benzina e diesel sono icombustibili usati, e non certamente delle caratteristiche dei motori a c. i.Correttamente quindi si dovr necessariamente parlare di motori a c. i. ad accensione comandataoppure ad accensione per compressione.

Una seconda classificazione dei motori a combustione interna in base al ciclo operativo, cio inbase al numero di fasi che sono necessarie per la realizzazione del ciclo termodinamico. Avremoallora

Motori a due tempi (2T) Motori a quattro tempi (4T)

Un motore 2T caratterizzato da un ciclo termodinamico che si completa in due corse del pistone,cio in un solo giro dellalbero motore.Un motore 4T caratterizzato invece da un ciclo termodinamico che si completa mediante quattrocorse del pistone, cio in due giri dellalbero motore.

Oggi tutti i motori sono a 2T o a 4T ma si possono ancora trovare motori di vecchia concezione a6T in cui c una corsa in pi del pistone legata a motivi di raffreddamento del motore 8oggi non sirealizzano pi).

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I motori ad accensione comandata, a seconda del sistema di immissione del carburante, sisuddividono in:

Motori a carburazione Motori ad iniezione

I motori a carburazione oggi non sono pi utilizzati perch sono di vecchia concezione ed hannolasciato posto ai pi moderni motori ad iniezione. Questi ultimi si differenziano in:- motori ad iniezione indiretta in cui il combustibile spruzzato in pressione, sottoforma di gettifinemente polverizzati, mediante gli iniettori, nel condotto di aspirazione prima di entrare nelcilindro ( la situazione che si verifica per i motori a benzina );-motori ad iniezione diretta in cui il combustibile spruzzato in pressione direttamente nel cilindro; questo il caso dei moderni motori diesel in cui non presente la precamera ( nei vecchi diesel la

precamera era lorgano ricavato nella testa dei cilindri in cui veniva iniettato il gasolio e doveiniziava la combustione ).Oggi sono allo studio anche motori ad iniezione diretta di benzina, i cosiddetti motori GDI .

A seconda del sistema di alimentazione possiamo individuare:

Motori aspirati, in cui laria immessa prelevata a pressione atmosferica; Motori sovralimentati, in cui laria immessa compressa mediante lutilizzo di un

compressore volumetrico che permette di introdurre nella camera di scoppio una quantit dimiscela aria-benzina superiore a quella che il motore sarebbe in grado di aspirare da s ( lasituazione classica per i motori diesel mentre pi rara per i motori a benzina ).

Un ultima classificazione che si pu fare la seguente:

Motori monocilindro, costituiti da un unico cilindro ( a 2T o a 4T ); Motori pluricilindro, costituiti da pi cilindri ( a 2T o a 4T ).

Le classificazioni per cui siamo passati possono essere combinate fra di loro in vario modo: adesempio si pu parlare di un motore ad accensione comandata, 4t, aspirato, pluricilindrico; oppuredi un motore ad accensione per compressione, 2t, sovralimentato, pluricilindrico. Cos si potrebberotrovare tante altre soluzioni.

Facciamo ora delle considerazioni valide per tutti i tipi di motori a combustione interna.Per permettere allinterno del cilindro lo scorrimento del pistone, questultimo ricoperto da unostrato di olio lubrificante al fine di ridurre gli attriti: questo strato di olio deve avere uno spessore

ben preciso per garantire un perfetto funzionamento del motore e a tale scopo sul pistone sonopresenti delle fasce che garantiscono lo spessore ottimale. Se non c un sufficiente velo dilubrificante le superfici in metallo del pistone e del cilindro, venendo a contatto tra loro, sisurriscaldano e, dilatandosi arrivano a impedire il movimento del pistone. Il motore quindi si bloccatotalmente e tale fenomeno detto grippaggio. Tutti i cilindri sono posizionati nel monoblocco incui sono presenti le camicie: in queste vengono posizionati i cilindri in modo per che rimanga lospazio sufficiente per il passaggio di un fluido ( aria o liquido ) che garantisca il raffreddamento deicilindri durante il loro funzionamento ed uno scambio termico con lolio lubrificante in modo chequestultimo si mantenga alla giusta temperatura.Sul monoblocco fissata la testata ( la parte superiore del motore: in essa sono alloggiate levalvole, gli iniettori, i condotti di aspirazione e scarico, le candele ) mediante una guarnizione

che,compressa tra i due pezzi, si deforma garantendo una perfetta ermeticit.Le valvole possono essere due o quattro per cilindro e regolano lafflusso e luscita dei gas daicondotti di aspirazione e di scarico attraverso la camera di combustione.

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La rotazione reciproca tra pistone e biella garantita dallo spinotto; c poi lalbero a gomiti, su cuisono fissate le bielle, che permette di rendere il movimento alternativo del pistone in moto rotatoriosullasse. Altri elementi fondamentali di un motore a combustione interna sono il filtro dellaria ,che serve per purificare laria utilizzata per la combustione, e lalbero a camme, che permette ilmovimento delle valvole ( il suo movimento garantito da ruote dentate collegate allalberomotore: in un motore 4T la ruota dentata deve girare ad una velocit pari alla met di quella

dellalbero in quanto le valvole devono aprirsi ogni due giri di questultimi ).Abbiamo detto che i motori sovralimentati presentano un compressore volumetrico: questultimo mosso dallalbero motore. Si pu realizzare anche una compressione con turbocompressore formatoda due elementi: un compressore centrifugo e una turbina che gira ad altissima velocit spinta daigas di scarico. Questa una soluzione che migliora le prestazioni del motore ed inoltre non sottrae

potenza alla macchina come nel caso del compressore volumetrico.

La scelta di un motore 2T oppure 4T basata sulla semplicit oppure sulla potenza; infatti unmotore 2T nei motorini viene privilegiato per la semplicit mentre su una nave la potenza che nedetermina la scelta: infatti con un motore 2T, a parit di volume e numero di giri dellalbero motore,abbiamo una potenza doppia rispetto ad un motore 4T in quanto nello stesso tempo il fluido compie

un numero doppio di cicli termodinamici.

In generale i cilindri di un motore vengono disposti uno accanto allaltro; tuttavia esistono anche imotori boxer ( con cilindri contrapposti ) e i motori a V ( in cui i cilindri sono disposti in bancate ).

-

vista in trasparenza di un motore a benzina vista in trasparenza di un motore turbodiesel

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vista in trasparenza di un motore a V

VII.3 Cicli di un motore a combustione interna.

Per i motori ad accensione comandata il ciclo di riferimento il CICLO OTTO o BEAU DEROCHAS.Per i motori ad accensione per compressione il ciclo di riferimento detto CICLO DIESEL.Tutti questi cicli sono dei cicli di riferimento per il ciclo reale, e ci forniscono il rendimento ideale acui si dovrebbe tendere.Vediamo come fatto il ciclo Otto:

Questo il ciclo di riferimento per un motore ad accensione comandata; un ciclo ideale in quantosi immagina che la combustione non sia interna al cilindro ma si suppone esterna ad esso. Questo

porta come conseguenza che il cilindro non ha bisogno delle valvole e quindi nel suo interno presente sempre la stessa quantit di massa per cui possibile disegnare il ciclo in funzione delvolume specifico.Supponiamo di partire dal punto 1 in cui il cilindro pieno di aria alla pressione atmosferica ed il

pistone si trovi al PMI; il pistone poi sale iniziando la fase di compressione che si pu assimilare aduna trasformazione adiabatica e isoentropica: quindi v diminuisce mentre la pressione aumentafinch il pistone raggiunge il PMS (punto 2) . A questo punto inizia la fase di combustione esternache comporta una adduzione di calore a volume specifico costante; durante la fase di combustione,

supposta istantanea, dal punto 2 raggiungiamo il punto 3. Il pistone poi inizia a scendere dandoinizio alla fase di espansione, anchessa adiabatica ed isoentropica, e ritorna al PMI (punto 4) conuna pressione superiore a quella di partenza. Segue quindi una sottrazione di calore isocora perritornare nelle condizioni di partenza.

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Le fasi del ciclo si possono riassumere nel seguente modo:

1-2 : compressione adiabatica isoentropica;2-3 : adduzione di calore isocora;3-4 : espansione adiabatica isoentropica;4-1 : sottrazione di calore isocora.

Vediamo ora di analizzare il ciclo diesel:

Questo ciclo il ciclo di riferimento per i motori ad accensione per compressione e per tale motivosi differenzia dal ciclo otto; anche qui si suppone di partire dal punto 1 in cui il pistone al PMI e ilcilindro pieno daria. Inizia una fase di compressione adiabatica ed isoentropica seguendo lestesse modalit di prima ma alla fine la pressione che si deve raggiungere molto pi elevata perinnescare il fenomeno di combustione. Questo risultato lo si pu ottenere aumentando il valore delrapporto di compressione e riducendo lo spazio morto tra il PMS del pistone e la testa del cilindro.La fine della compressione si ha nel punto 2 e, vista lelevata pressione raggiunta, si innesca ilfenomeno della combustione: esso istantaneo e perci lo si pu considerare isobaro. Alla finedella combustione (punto 3), si hanno una espansione isoentropica adiabatica e una sottrazione dicalore isocora con le stesse modalit del ciclo otto.

Le fasi del ciclo si possono cos riassumere:1-2 : compressione adiabatica isoentropica;2-3 : adduzione di calore isobara;3-4 : espansione adiabatica isoentropica;4-1 : sottrazione di calore isocora.

La differenza fondamentale fra questi due cicli di riferimento che nel ciclo otto abbiamo una

combustione isocora, mentre nel ciclo diesel abbiamo una combustione isobara.

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ciclo sabath

C poi un ciclo, il ciclo sabath , che una sorta di ciclo riassuntivo in quanto include gliandamenti sia del ciclo otto e sia del ciclo diesel; in tale ciclo infatti la fase di adduzione del caloreavviene in parte a volume costante ed in parte a pressione costante.In virt del fatto che con il ciclo sabath riusciamo a ricoprire sia il campo dei motori ad accensione

comandata che quello dei motori ad accensione per compressione, facciamo su di esso una serie diconsiderazioni generali. Una rappresentazione di questo ciclo, anchesso ideale, la seguente:

Cerchiamo, in riferimento a tale ciclo, di valutare i rendimenti che si possono ottenere per poiparticolarizzare lespressione che si ricava per il ciclo otto ed il ciclo diesel.Fissato il punto 1 vediamo come ricavare i parametri negli altri punti del ciclo in base anche allaconoscenza dei volumi che li caratterizzano.

Essendo la trasformazione 1-2 una compressione adiabatica isoentropica si ricava cheT2=T1

k-1

Si definiscono poi due nuovi parametri dati dal rapporto di due valori di temperatura:

= T3 / T2 e b = T3 / T3

e b danno delle informazioni sulla modalit con cui avviene la somministrazione del calore.Per quanto riguarda la temperatura nel punto 4, essendo il punto 3 distinto da 3, possiamo scrivere:

b = T3 / T3 = v3 / v3 quindi T4 = T3 (v3 / v4 ) k-1

Facendo delle opportune sostituzioni si ricava T4 = T1 k-1 b ( v3b / v4 )

k-1 = T1 bk

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A questo punto si pu definire il rendimento ideale del ciclo come

id = ( Q1 Q2 ) / Q1 = 1 ( Q2 / Q1 )

Q1 rappresenta il calore fornito ed essendo il sistema chiuso pari a: Q1 = cv ( T3-T2)+cp(T3-T3)Esso somma di due aliquote di cui la prima relativa al tratto a volume costante e la seconda

relativa al tratto a pressione costante.Q2 rappresenta il calore sottratto ed essendo il sistema chiuso dato da : Q2 = cv ( T4 T1 );Possiamo finalmente ricavare lespressione del nostro rendimento :

( )( ) ( )[ ]11

111

1 +

= bk

b k

kid

Come si vede dallespressione ricavata il rendimento dipende da tre parametri : il rapporto dicompressione (), modalit con cui si adduce il calore ( b e ) e tipo di fluido (k).Questespressione generale, come si pu vedere, non molto semplice ma essa si semplifica se la si

particolarizza per un ciclo otto e per un ciclo diesel.

Per un ciclo otto infatti, essendo 3 = 3 , b =1 quindi1

11

=

kid

Il rendimento cio dipende solo dal rapporto di compressione e per avere motori di buonrendimento bisogna dunque aumentare .Laumento di rendimento allaumentare di dovuto al fatto che il punto 2 del ciclo si sposta versolalto e quindi si adduce calore ad una temperatura pi elevata. Questa una caratteristicafondamentale di un motore ad accensione comandata e la ritroveremo anche nellanalisi delfunzionamento reale.

Per un ciclo diesel invece = 1 e quindi lespressione del rendimento :

( )111

11

=

bk

b k

kid

Il rendimento in questo caso non dipende solo dal rapporto di compressione ma anche dallamodalit con cui si effettua ladduzione di calore.In generale un motore diesel presenta dei valori di rendimento pi elevati rispetto ad un motore a

benzina essenzialmente perch si possono raggiungere valori nettamente pi elevati per il rapportodi compressione. Valori cos elevati di pressione non si possono mantenere in un motore adaccensione comandata in quanto in tal caso si potrebbe innescare il cosiddetto fenomeno delladetonazione , si ha cio laccensione istantanea di tutto il combustibile che viene iniettato nelcilindro. Questo fenomeno sicuramente da evitare in quanto a lungo andare provoca dei seri

problemi al motore: questultimo picchia in testa e si pu provocare lo sfondamento del pistone.La detonazione quindi un fenomeno che non si deve assolutamente verificare per avere un correttofunzionamento di un motore ad accensione comandata.

VII.4 Ciclo indicato di un motore quattro tempi

Iniziamo ora a fare un discorso pi aderente alla realt analizzando landamento del ciclo reale di unmotore a combustione interna, riferendoci in particolare ad un motore quattro tempi.La prima cosada specificare per ricavare questo ciclo reale, che detto anche ciclo indicato, che non possiamo

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pi porci nelle stesse condizioni di funzionamento del motore che abbiamo considerato fino aquesto momento (condizioni di funzionamento ideali).Innanzi tutto un motore reale dotato sicuramente di valvole: attraverso il loro movimento diapertura e chiusura, determinano una variazione del volume allinterno del cilindro nelle varie fasidi funzionamento del motore; questo sta a significare che non possiamo pi parlare in termini divolume specifico ma, nella rappresentazione del ciclo, dobbiamo fare riferimento al volume totale

V.Inoltre in questo caso non possiamo considerare pi la combustione come un fenomeno che sirealizza allesterno del cilindro ma dobbiamo supporre che tutto avvenga nella camera dicombustione per cui la situazione cambia notevolmente.Per i motivi appena esposti, diagrammeremo il ciclo indicato in funzione della pressione e delvolume totale.Un semplice schema di funzionamento di un motore 4T ad accensione comandata pu essere cosrappresentato:

Il motore nel suo ciclo di funzionamento compie quattro fasi (aspirazione, compressione,espansione e scarico) in un tempo equivalente a due giri dellalbero motore. Per tracciare ildiagramma indicato ad esso relativo bisogna vedere cosa succede fase per fase allinterno delcilindro.Supponiamo di partire dalle condizioni in cui il pistone al PMI e nella camera di combustioneabbiamo fluido alla pressione atmosferica: inizia poi la fase di compressione che ora per non

possiamo pi considerare adiabatica e cerchiamo di capire il perch; se supponiamo di partire dauna condizione di regime per il motore, il cilindro sar caratterizzato dallavere le pareti ad unacerta temperatura che indichiamo con Tw ( una temperatura che si mantiene pressocch costanteintorno ad un valore di 450 K).Man mano che il pistone inizia a salire, laria contenuta nel cilindroinizia ad essere compressa e quindi inizia a cambiare la sua temperatura T: in particolare a causadegli attriti durante lo scorrimento del pistone la temperatura dellaria tende ad aumentare.se in un

primo momento T< Tw (e quindi si ha del calore che dallesterno entra nel cilindro, il che comportaun andamento della compressione pi ripido di unisoentropica) poi essa tende ad aumentare fino a

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superare Tw (in tale situazione il calore ceduto dal cilindro allesterno e landamento dellacompressione diventa meno ripido). Sono questi scambi di calore che rendono la compressione nonadiabatica. La fase di compressione dovrebbe finire al raggiungimento del PMS da parte del pistone(come visto nel caso ideale) per poi passare alla fase di combustione: siccome la compressione nelcaso reale non pu considerarsi istantanea ma richiede un certo tempo per verificarsi, se lacompressione terminasse al PMS e poi scoccasse la scintilla la combustione non avverrebbe nelle

condizioni ottimali in quanto l pistone tenderebbe gi a scendere provocando un decremento dipressione. Per evitare tale situazione si fa scoccare la scintilla con un po di anticipo in modo che lacombustione inizi quando il pistone ancora in corsa verso il PMS: in tal modo la combustioneavviene in maniera ottimale in quanto nella camera di combustione si ha unelevata pressionedovuta al fatto che il pistone sta ancora comprimendo laria. Per far bruciare nel modo migliore ilcombustibile bisogna mettersi a cavallo del PMS per minimizzare il volume della camera dicombustione.Siccome la combustione avviene mentre il pistone sale e scende, abbiamo un andamento del ciclo incui volume e pressione sono entrambi fortemente variabili.Terminata la combustione inizia la fase di espansione, anchessa n isoentropica n adiabatica: intale fase infatti la temperatura dei gas combusti allinterno del cilindro sempre maggiore di T w e

quindi lespansione caratterizzata sempre da una sottrazione di calore. Lespansione non vienefatta terminare al PMI come ci si potrebbe aspettare: lapertura della valvola di scarico infatti non istantanea e quindi non si riuscirebbero ad eliminare tutti i gas dal cilindro in quanto il pistonetenderebbe a risalire. Per tale motivo si anticipa lapertura della valvola di scarico mentre il pistone ancora in fase di discesa. Ci determina dapprima una fase di scarico spontanea (in quanto i gassono ad una pressione superiore a quella atmosferica) che fa diminuire notevolmente la pressione e

poi c una fase di scarico forzata dal pistone. In questo modo il lavoro del pistone sar minorerispetto al caso senza anticipo anche se ci comporta una piccola perdita del lavoro di espansione.Langolo di anticipo di scarico ha un valore di 30 ~ 40 . La fase di scarico forzata dovrebbeterminare al PMS: per svuotare completamente il cilindro dai gas di scarico si chiude la valvola discarico dopo che il pistone ha raggiunto il PMS; in tal modo si riesce a sfruttare linerzia che

possiede il fluido, in quanto spinto dal pistone, per farlo uscire completamente. Questo angolo diritardo ha un valore di 10.Alla fase di scarico deve seguire quella di aspirazione: per consentire lentrata della maggiorequantit possibile di aria fresca nel cilindro si deve aprire la valvola di aspirazione prima che il

pistone raggiunga il PMS; tale valvola si deve chiudere poi dopo che il pistone raggiunge di nuovoil PMI (si sfrutta ancora una volta linerzia dellaria, che ha ancora una certa velocit, per riempiremaggiormente il cilindro). La fase di aspirazione spontanea perch avviene ad una pressioneminore di quella atmosferica e quindi si crea un risucchio dellaria allinterno del cilindro.Dopo laspirazione abbiamo una nuova compressione ed il ciclo ricomincia.Il ciclo indicato ci consente di avere una visualizzazione di tutto ci cha avviene allinterno delcilindro e che abbiamo appena descritto.Per un motore ad accensione comandate il ciclo indicato ha il seguente aspetto:

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Questo ciclo reale che abbiamo appena descritto detto ciclo indicato in quanto pu essere ricavato,con estrema precisione, attraverso la valutazione del valore di pressione allinterno del cilindro permezzo di un trasduttore di pressione, detto indicatore, che millisecondo per millisecondo in gradodi rilevare la pressione nella camera di combustione.Un alto modo per arrivare alla determinazione di un ciclo indicato quello di effettuare delle provesu modelli del motore realizzati in laboratorio.

Le fasi che caratterizzano il funzionamento del motore che abbiamo appena descritto e che ci hannopermesso di ricavare il ciclo indicato, possono essere visualizzate sul cosiddetto diagramma polare.Una rappresentazione di questultimo la seguente :

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Da quanto appena descritto, durante il funzionamento del motore esiste un tempo durante il qualesono aperte contemporaneamente sia la valvola di aspirazione che quella di scarico: tutto questoavviene per un certo angolo detto angolo di incrocio valvole .

Su questo angolo di incrocio valvole si devono fare alcune considerazioni perch se esso troppoelevato si possono verificare due casi sfavorevoli:

1) si pu verificare che la miscela aria-combustibile esca direttamente fuori dal cilindro senzasubir il fenomeno di combustione:si perde del combustibile incombusto e tutto ci penalizzasicuramente i consumi ma aumenta anche lemissione di sostanze inquinanti;

2) i gas di scarico possono seguire un percorso anomalo e dirigersi verso il condotto diaspirazione ricco di aria fresca da inviare al cilindro: questa una situazione dannosa perchinnesca il fenomeno del ritorno di fiamma.

Nei moderni motori per evitare questi inconvenienti ed ottimizzare cos langolo di incrocio valvolesi utilizza il cosiddetto sistema della fasatura variabile in cui lapertura delle valvole gestitadallelettronica.Se osserviamo il ciclo indicato notiamo che esso costituito da due aree: una che contribuisce

positivamente (quella superiore) ed una che invece contribuisce negativamente (quella inferiore):larea negativa, che per tale motivo percorsa in senso antiorario, detta area di pompaggio erappresenta il lavoro che deve compiere il pistone per aspirare e scaricare laria nelle fasi difunzionamento del motore (rispettivamente aspirazione e scarico).Una volta individuato il ciclo indicato relativo ad un motore, rimane individuato anche il lavoroottenibile da tale ciclo che definito come lavoro indicato

Per definizione il lavoro indicato e dato da: Li = L+ - L-

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Tale lavoro pu essere definito anche nel seguente modo: == VppdVL mii , espressione ottenutaapplicando il teorema della media. In tale espressione V rappresenta la cilindrata mentre a p mi si dil nome di pressione media indicata.

Per definizione pmi = Li /V e rappresenta la pressione in grado di fornirci lo stesso lavoro indicatoal variare della cilindrata V.

In realt per vedere uscire il lavoro indicato dallasse della macchina bisogna attraversare tutta unaserie di meccanismi (sistema biella-manovella): a causa degli attriti che si manifestano durante illoro funzionamento il lavoro disponibile allasse sicuramente minore di quello indicato.In tal senso si parla di lavoro effettivo definito nel seguente modo:

Leff= Lim

Dove m rappresenta un rendimento meccanico che tiene conto non solo degli attriti ma anchedella presenza degli organi ausiliari necessari al funzionamento del motore stesso (ad esempio gliorgani per la lubrificazione).

Con lintroduzione del lavoro effettivo possibile definire anche unaPressione media effettiva pari a: pme = Leff / V

Il valore della pressione media effettiva di rilevante importanza in quanto collegato ai livelli dipotenza del motore.

VII.5 Potenza di un motore a combustione interna

Vogliamo affrontare ora un discorso relativo alla potenza che caratterizza un motore a combustioneinterna.Se indichiamo con z il numero di cilindri di cui costituito il motore, con V la cilindrata e con p mela pressione media effettiva, lespressione della potenza effettiva Peff che il motore in grado difornire :

6060..n

Vzpn

zLP meeffeff ==

dove il termine Vz rappresenta il valore della cilindrata totale unitaria es

cicli=

n

60rappresenta il

tempo per compiere un giro dellalbero motore. Come si vede in questo ultimo termine compare ilparametro che tiene conto del tipo di motore che ci sta fornendo potenza.In particolare =1 per un motore 2T ed =2 per un motore 4T.

Per determinare la potenza dunque dobbiamo vedere quante volte al secondo possibile ottenere illavoro indicato e quindi quanti cicli al secondo possiamo effettuare.Dallespressione della potenza si nota che essa si pu incrementare attraverso un aumento dellacilindrata.

Ma la relazione pu essere scritta anche come:Vzn

Pp effme .

60=

, dalla quale deduciamo che la mep un

indice della potenza effettiva specifica per unit di cilindrata ed unit di numeri di giri del motore,ovvero, a parit di cilindrata e numero di giri del motore, se vogliamo ottenere una potenzamaggiore, dobbiamo far aumentare . proprio ci che accade ad esempio nei motori dimep

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Formula 1 dove per motivi di regolamento non si pu variare la cilindrata e quindi lunico modo peraumentare la potenza agire sulla pressione media effettiva.

Un motore a combustione interna caratterizzato anche da un valore di coppia effettiva data da:

Ceff= Peff / =(pmeVz)/(2)

Cerchiamo per adesso di ricavare per la potenza una espressione pi generale che tenga conto ditutti i parametri che possono influenzarla.In generale per una qualsiasi macchina termica la potenza pu essere espressa nel seguente modo:

P = mc Hig

dove mc rappresenta la portata di combustibile, Hi il suo potere calorifico inferiore e g ilrendimento globale del motore.La portata di combustibile data dal rapporto tra la portata di aria inviata al motore e il coefficiente, cio

mc = ma/ (in particolare = stec per i motori ad accensione comandata mentre > stec per i motori adaccensione per compressione come avremo modo di specificare meglio in seguito)dalla relazione appena scritta si vede che, fissato , la portata di combustibile da inviare al motoredipende dalla portata di aria.Da un punto di vista teorico la portata di aria a densit ambiente in grado di riempire tutta lacilindrata :

mat =Vza(n/60)

ma, siccome laria prima di poter entrare nel cilindro deve seguire tutto un percorso obbligato, si

hanno delle perdite di pressione e quindi la portata effettiva di aria che entra nel cilindro diversada quella teorica. Si pu scrivere cio che

ma eff= v mat

dove v detto coefficiente di riempimento e ci d delle informazioni su come si sta riempiendo ilcilindro rispetto al caso teorico ottimale.

Alla luce di tutte queste considerazioni ed esplicitando i termini che compaiono nella espressionegenerale della potenza per una macchina termica possiamo ottenere il seguente risultato.

Lespressione pi generale per la potenza di un motore a combustione interna :

P = Vza(n/60)(v/)Hig = [ (D2/4)s]za(n/60)(v/)Hig (*)

Dallespressione appena ricavata si vede che per aumentare la potenza fornita dal motore si devenecessariamente operare su uno dei parametri che compaiono nella formula in quanto non ci sono

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altre possibili strade. Vogliamo quindi vedere quali sono le possibilit per ottenere un incremento dipotenza.

La potenza pu variare agendo ad esempio sulla cilindrata; si potrebbe ad esempio aumentare ilparametro z anche se non lo si pu rendere troppo elevato in quanto non si realizzano motoricostituiti da un numero elevato di cilindri;anche lalesaggio D non pu assumere valori troppo

elevati in quanto in tal caso aumenterebbero troppo le forze agenti sul pistone;nemmeno la corsa sinfine pu aumentare troppo in quanto come conseguenza abbiamo una diminuzione del numero digiri del motore. Da quanto appena evidenziato si capisce che agendo sulla cilindrata si possonorealizzare solo variazioni modeste della potenza.

Per avere degli incrementi di potenza maggiori bisogna agire su un altro parametro e in particolaresul coefficiente di riempimento v. Abbiamo definito tale parametro come rapporto tra la portata diaria effettiva entrante nel cilindro e la portata di aria teorica: tale coefficiente assume valore diversoda 1 in quanto durante la fase di aspirazione del motore parte della cilindrata occupata dai gas discarico del ciclo precedente e ci penalizza v rendendolo inferiore allunit. Si deduce quindi che

per aumentare la potenza fornita bisogna aumentare il coefficiente di riempimento: vediamo come

si pu ottenere un tale risultato.Per aumentare il coefficiente di riempimento si devono progettare in maniera molto accurata ilcollettore di aspirazione ed il collettore di scarico: questi si realizzano in modo da avere dei condotticomuni, denominati plenum, opportunamente dimensionati per migliorare v . Soffermiamoci adanalizzare il condotto di aspirazione in cui inviata laria che deve poi entrare nei cilindri. Quandosi apre la valvola di aspirazione del cilindro, laria presente nel collettore accelera in quanto risucchiata nel cilindro: questo significa che nel collettore di aspirazione si propaga unonda didepressione. Quando poi la valvola di aspirazione si chiude, laria nel collettore ha ancora unavelocit dovuta alla sua inerzia e quindi tende a comprimersi sulla valvola stessa: nel condotto ciosi propaga questa volta unonda di compressione. Da quanto appena esposto il collettore dunque sede del propagarsi di onde di pressione (per un motore 4T abbiamo quattro onde di depressione equattro onde di compressione in quanto come sappiamo lapertura delle valvole sfasata di 180).Se indichiamo con L la lunghezza del collettore e con a la velocit di propagazione del suono, iltempo caratteristico di propagazione delle onde di pressione nel collettore pari a (2L/a). Se siriesce ad eguagliare la frequenza di queste onde di pressione con la frequenza di apertura e chiusuradelle valvole di aspirazione, si pu far in modo che quando la valvola si apre si abbia incorrispondenza un picco di compressione mentre quando si chiude una depressione: si pu ciosfruttare questa particolare condizione di risonanza per riempire meglio il cilindro e di conseguenzamigliorare v . Si pu fare in modo che il massimo riempimento del cilindro si abbia per un

particolare numero di giri del motore n*: fissato n* fissata la frequenza di apertura e chiusura dellevalvole f* (in quanto esse sono mosse dallalbero a camme collegato allalbero motore) e,

ponendoci nella condizione di risonanza appena descritta, cos possibile ricavare la lunghezza L

*

ottimale per il collettore per rendere migliore il coefficiente di riempimento dalla relazione

(2L*/a) = (1/f*)

In questo modo possibile tracciare gli andamenti del coefficiente di riempimento in funzione delnumero di giri del motore: sono degli andamenti differenti a seconda dellutilizzo del motore. Adesempio per un motore di F1 il coefficiente di riempimento assume il valore pi elevato incorrispondenza di un numero di giri superiore rispetto a quelli di un motore realizzato per ilfunzionamento cittadino. Landamento di v in funzione del numero di giri del motore del tiporiportato in figura.

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Come si visto si pu controllare il coefficiente di riempimento scegliendo opportunamente icondotti di aspirazione e, in particolare, le loro dimensioni. Un discorso del tutto analogo lo si pufare considerando la fase di scarico per svuotare il cilindro il pi possibile dai gas combusti.Per migliorare ulteriormente il coefficiente di riempimento si possono utilizzare particolariaccorgimenti: si possono utilizzare collettori di aspirazione a lunghezza variabile con il numero digiri del motore (in particolare la lunghezza aumenta al crescere del numero di giri ), ma il metodo

pi moderno ed efficace la fasatura variabile. Con questo sistema, attraverso una centralinaelettronica, si gioca sui tempi di apertura e chiusura delle valvole e quindi si riesce ad ottenere dalmotore una potenza maggiore a parit di cilindrata : questo perch ci che sta aumentando la

pressione media effettiva.Infatti P = pmeVz( n / 60 ) e pme = av ( Hi / ) g e quindi aumentando v aumenta pme.Mediante la fasatura variabile possibile rendere il coefficiente di riempimento addiritturamaggiore di 1: ci significa che entra nel cilindro una quantit di aria maggiore rispetto a quella chesi riesce ad aspirare a pressione atmosferica. Si verifica cio il cosiddetto fenomeno disovralimentazione per inerzia che molto sfruttato ad esempio dai motori di formula 1.

Per aumentare il coefficiente di riempimento si deve necessariamente aumentare la quantit di ariaintrodotta nel collettore di aspirazione e ci lo si pu ottenere mediante una sovralimentazionemeccanica: si utilizza un compressore mosso dallalbero motore per mandare pi aria nel collettore.Le conseguenze di ci sul ciclo indicato sono le seguenti: siccome laspirazione avviene ad una

pressione superiore a quella atmosferica, quando si apre la valvola di aspirazione la pressione crescee larea di pompaggio si pu rendere positiva ( abbiamo cio unaria utile maggiore ).Ci che in realt si riesce ad ottenere mediante la sovralimentazione meccanica solo unincremento di potenza: non si ha infatti un vantaggio sul lavoro di pompaggio in quanto tutto ciche in tal senso viene recuperato lo si perde per muovere il compressore. Siccome questocompressore collegato allalbero motore caratterizzato dallavere un numero di giri abbastanza

basso: questo sta a significare che non pu essere un compressore dinamico bens un compressorevolumetrico, che lunico in grado di svolgere la sua missione con un basso numero di giri.Essendo collegato direttamente allalbero motore poi, questo compressore segue tutte le variazionisubite dal motore: quando ad esempio il motore aumenta il numero di giri in fase di accelerazione,la girante del compressore ruota pi velocemente e quindi si riesce a fornire pi aria al motore.

Questo sistema di sovralimentazione ha il vantaggio di entrare subito in azione nel momento piopportuno fornendo una risposta molto rapida a seconda delle varie esigenze (questo il suofondamentale pregio). Tutto ci per toglie energia meccanica al motore.

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Per recuperare tale energia dal motore si creato un diverso tipo di sovralimentazione, quella conturbocompressore di cui qui di seguito c una figura che lo rappresenta.

Il turbocompressore un particolare dispositivo di sovralimentazione che sfrutta parte dellenergiadei gas di scarico, altrimenti persa, per pompare pi aria nel motore di quanto esso sarebbe in gradodi aspirare. I gas di scarico del motore vengono inviati verso una turbina che rigidamentecollegata alla girante del compressore: attraverso il movimento della turbina si pu dunquecomprimere laria in ingresso nel motore. La turbina posta a valle del collettore di scarico per cuiin tale ultimo dispositivo regna una pressione superiore a quella atmosferica (la pressioneatmosferica regna a valle della turbina): per tale motivo si verifica che lo scarico avviene ad una

pressione diversa da quella atmosferica e quindi nel ciclo indicato relativo al motore ricompare dinuovo unarea di pompaggio negativa.Quando allo scarico si verifica che i valori di pressione e temperatura dei gas sono troppo elevati si

potrebbe compromettere il funzionamento del compressore: per tale motivo dalla parte della turbinaesiste una valvola, detta waste gate, che, aprendosi, permette di inviare una certa quantit dei gascombusti direttamente allo scarico, garantendo cos la temperatura e la pressione ottimali per ilfunzionamento del turbo.Con questo tipo di sovralimentazione, turbina e compressore non sono collegati direttamenteallalbero motore e quindi possono girare pi velocemente di questultimo: ci permette diutilizzare un compressore dinamico, in particolare un compressore centrifugo. Il vantaggiofondamentale della sovralimentazione con turbocompressore la possibilit di svincolarsi dalnumero di giri del motore insieme al fatto che non si sottrae potenza al motore come nel caso disovralimentazione meccanica. Tuttavia questo sistema di sovralimentazione presenta uninconveniente e cio un certo ritardo alla risposta in quanto ora il collegamento con il motore non

di tipo meccanico ma di tipo fluidodinamica e quindi, a causa dellinerzia dei gas, non si riesce avariare rapidamente il numero di giri del turbocompressore.Se noi consideriamo una curva caratteristica del funzionamento di una turbina di sovralimentazioneessa varia al variare del numero di giri del motore: in corrispondenza di un certo rapporto di

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espansione si ha il relativo valore della portata massica alla turbina e di conseguenza anche un certovalore del numero di giri del motore;se a parit rapporto di espansione e portata massica si cambia ilnumero di giri non si ha pi sovralimentazione in quanto ci spostiamo dalla curva caratteristicasuddetta. Se riuscissimo a far variare la curva fino a farla passare per il nuovo punto difunzionamento otterremmo una sovralimentazione a velocit del motore molto pi basse. Questorisultato lo si pu ottenere utilizzando i moderni turbocompressori con turbina a geometria

variabile: questi sono dotati di un sistema di parzializzazione della sezione di ingresso dei gas, cosda migliorare la risposta ai bassi regimi del motore. Il turbocompressore a geometria variabile seguequesta logica di funzionamento: modifica le sezioni di passaggio dei gas di scarico nella turbina infunzione del carico e del regime del motore mantenendo alta la velocit di rotazione delcompressore, che pertanto fornisce una sufficiente pressione di sovralimentazione in ognicondizione di funzionamento. In pratica come se si disponesse di due turbo, uno pi piccolo,chefunziona ai bassi regimi, e uno pi grande, che lavora ai giri pi alti. Nel dettaglio, il funzionamento

prevede il collegamento tra loro delle palette dello statore della turbina, che cos possono ruotarevariando la sezione di ingresso dei gas. La figura sottostante mostra come ci avviene: un attuatore(3) sposta la corona (4) su cui sono imperniate le palette (2); a sinistra esse sono nella posizione dimaggior chiusura e, pur con una piccola portata, la velocit di passaggio dei gas sufficientemente

alta. A destra c la situazione che si verifica quando il motore funziona a regimi elevati: lattuatorefa ruotare le palette in senso antiorario per lasciar passare la maggior quantit di gas di scaricopresenti. Nella maggior parte dei casi lattuatore di tipo pneumatico ed controllato dallacentralina diniezione. Con questo tipo di turbocompressore non pi necessaria la valvola wastegate in quanto sufficiente agire sulle palette per variare la sezione di passaggio dei gas percompiere la stessa funzione della valvola

Da tutte le considerazioni che abbiamo fatto si deduce che lutilizzo del turbocompressore migliorasolo la potenza ma non il rendimento in quanto, pur migliorando il coefficiente di riempimento,aumentano i consumi perch si deve bruciare pi combustibile (infatti P = mc Hig ). Infatti la

sovralimentazione ci fa avere pi aria e questo ci permette di bruciare pi combustibile e quindiaumenta la potenza, quindi se sovralimentiamo senza aumentare la portata di combustibile lapotenza non aumenta.

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VII.6 Motore a due tempi

Dallespressione generale della potenza di un motore a combustione interna si pu notare che essadipende anche da un parametro, che abbiamo definito , che varia a seconda del tipo di motori 2T o4T. Dal valore di tale parametro in prima battuta si pu affermare che con un motore a due tempi, a

parit di tutti gli altri parametri, possibile avere una potenza doppia. Vediamo se tale affermazione vera affrontando uno studio pi approfondito di un tale motore.Un ciclo di funzionamento di un motore 2T pu essere cos rappresentato:

Anche per un motore a due tempi le fasi che ne caratterizzano il funzionamento sono quattro(aspirazione, compressione, espansione e scarico) ma esse si realizzano in due sole corse del

pistone. Pertanto per la realizzazione del ciclo in un motore a due tempi sufficiente un solo girodellalbero motore; per un ciclo a due tempi per occorre anche una fase supplementare, vale a direla compressione preventiva della miscela attiva che avviene nel carter, cio fuori dal cilindro vero e

proprio. Come si pu vedere dalla figura il motore caratterizzato da una luce di immissione (I) euna luce di scarico (S) comunicanti direttamente con linterno del cilindro: esse restano scopertequando il pistone si trova al PMI; la terza luce quella di aspirazione (A) attraverso la quale entra lamiscela attiva nel carter quando il pistone al PMS. Il motore pertanto non munito di valvole. Il

pistone poi sulla parte superiore sagomato in modo tale da dirigere opportunamente il flusso dellamiscela nel cilindro.La successione delle fasi la seguente: in un primo tempo il pistone sale, chiudendo le luci diimmissione e scarico, e comprime la miscela. Quando arriva al PMS scocca la scintilla alla candelae avviene lo scoppio; contemporaneamente lascesa del pistone provoca una depressione nel carter

provocando in esse lingresso della miscela attiva. Avvenuto lo scoppio, il gas si espande e spinge ilpistone verso il PMI: durante questa fase prima si scopre la luce di scarico, consentendo ai gascombusti di uscire dal cilindro a causa dellelevata pressione ancora ivi regnante. Subito dopo siscopre anche la luce di immissione e si d inizio alla cosiddetta fase di lavaggio, durante la quale la

miscela fresca attiva, spinta dalla pressione creatasi nel carter a causa della discesa nel pistone,entra nel cilindro e dirigendosi verso lalto per la conformazione della parte superiore del pistonecompleta lo scarico dei gas combusti. Le luci di lavaggio e scarico sono poste in parti opposte nelcilindro. Luscita dei gas bruciati e lentrata della miscela fresca proseguono fino a che il pistone

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risalendo non chiude nuovamente le due luci. La fase di lavaggio molto delicata perch serve asostituire nel cilindro, entro poco tempo, i prodotti di scarico con la miscela fresca evitandone ilmescolamento, curando che tutti i gas combusti escano e soprattutto che la miscela fresca non sidiriga direttamente verso lo scarico, innescando il cosiddetto fenomeno del corto circuito che

provocherebbe uno spreco inammissibile di combustibile. Per evitare questultimo inconvenientenon si pu fare altro che operare sullanticipo allaccensione dato che, mancando le valvole,

nessuna regolazione possibile per variare la durata delle fasi.Per un motore a due tempi la miscela attiva costituita da aria e combustibile insieme ad olio checonsente cos la lubrificazione del pistone e del carter diminuendo gli attriti durante ilfunzionamento. Inoltre un motore a due tempi raffreddato ad aria.Anche per questo motore possibile ricavare un ciclo indicato che presenta il seguente aspetto:

Per un motore a due tempi, avendone spiegato il funzionamento, si verifica che il coefficiente diriempimento v molto pi piccolo in quanto nel cilindro rimangono spazi occupati dai gas discarico del ciclo precedente: possiamo quindi ottenere da tale motore una potenza doppia rispetto aun 4T solo a parit di v (cosa che nella realt non si verifica).Inoltre il fenomeno del cortocircuito, pur con tutti gli accorgimenti possibili, non si pu evitare deltutto e come conseguenza di ci abbiamo dei consumi abbastanza elevati e, in termini specifici,anche le emissioni inquinanti sono alte.

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VII.7 Modalit di combustione nei motori a combustione interna

Abbiamo visto come nel funzionamento reale di un motore a combustione interna il fenomeno dellacombustione si verifica allinterno del cilindro: un fenomeno molto complicato che si realizza inmaniera diversa a seconda che il motore sia ad accensione comandata o ad accensione percompressione. Ci che vogliamo fare adesso una descrizione delle modalit con cui si verifica la

combustione nelle due tipologie di motori.

Per quanto riguarda i motori ad accensione comandata, quando ne abbiamo descritto il principio difunzionamento abbiamo detto che attraverso le valvole di aspirazione passa una miscela di aria ecombustibile. Per tale motivo questo tipo di motori sono anche denominati motori premiscelati, nelsenso che la miscela di aria e combustibile si crea prima dellingresso nel cilindro. Il combustibileha tutto il tempo di evaporare e formare con laria una miscela omogenea per cui una volta chequesta entrata nella camera di combustione in ogni punto abbiamo lo stesso rapporto aria-combustibile. La caratteristica di bruciare una miscela omogenea comune sia ai pi vecchi motoricon carburatore, sia ai pi moderni motori ad iniezione. La quantit di combustibile che si devemiscelare con laria dipende dal valore del parametro , che per un motore ad accensione

comandata deve essere pari ad stec .Vediamo come si realizza la combustione: quando la miscela omogenea riempie la camera dicombustione, mediante la candela si fa scoccare una scintilla;si genera una fiamma per il valore ditemperatura raggiunto, che partendo dalla candela si propaga progressivamente a tutta la miscelacontenuta nella camera di combustione. La propagazione del fronte di fiamma ha una velocit nonelevata (12 ~13 m/s) e perci le parti della miscela pi lontane dalla candela bruciano trascorso uncerto tempo dallo scoccare della scintilla, dovendo ricevere calore dalle parti di miscela che

bruciano prima. Le parti bruciate inoltre espandendosi comprimono le parti della miscela ancoraincombuste le quali aumentano la temperatura fino al raggiungimento del valore di innesco per lacombustione.se queste parti che dovrebbero bruciarsi dopo ricevono calore in misura eccessiva, laloro temperatura sale notevolmente e si verifica cos unautoaccensione: questo il fenomeno ched origine alla detonazione ( la combustione avviene improvvisamente in tutta la massa gassosa).La detonazione provoca un incremento brusco di pressione che produce un urto nel cilindro notocome battito in testa: se un motore batte in testa significa che il combustibile non adeguato alrapporto di compressione.Limmissione della quantit di combustibile nellaria aspirata deve essere dunque molto precisa: neimotori di vecchia concezione questo compito veniva svolto dal carburatore , di cui di seguito riportato uno schema:

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Il carburatore un organo meccanico che provvede alla formazione della miscela aria-combustibile;i sui elementi costitutivi fondamentali sono la vaschetta a livello costante, il diffusore, lospruzzatore e la valvola a farfalla. Nella vaschetta contenuto il carburante proveniente dalserbatoio. Il suo livello viene mantenuto costante, mediante un galleggiante ed una valvola a spina,e pi basso di alcuni millimetri rispetto al foro dello spruzzatore per impedire la fuoriuscita di

combustibile a motore fermo. Il diffusore posto nel condotto di aspirazione del motore incorrispondenza di un restringimento di questultimo: quando laria passa attraverso questa strettoiasubisce una laminazione (aumenta la sua velocit e diminuisce la sua pressione) per cui crea unadepressione che provoca un richiamo di combustibile dallo spruzzatore posto in corrispondenzadella strozzatura.Oggi il carburatore non e pi adoperato in quanto non solo perch un elemento costruttivamentecomplesso ma anche perch presenta qualche difficolt nel rilasciare combustibile in manieraottimale a seconda delle esigenze del motore: il motivo fondamentale che ne ha determinatolabbandono il fatto che non pu garantire un valore di costante entro certi valori (fattorefondamentale per il corretto funzionamento dei catalizzatori per abbattere le emissioni inquinanti);il coefficiente deve essere prossimo a quello stechiometrico perch, se si ha una miscela troppo

ricca, oppure troppo povera, il fronte di fiamma si propaga pi lentamente, la combustione diventalenta ed instabile e facilmente possiamo avere la produzione di sostanze incombuste e quindiinquinanti

Per questi motivi oggi i motori ad accensione comandata sono tutti ad iniezione: in essi la quantitdi combustibile da iniettare nellaria aspirata controllata da una centralina elettronica e la suaimmissione garantita dallutilizzo di iniettori. Questo metodo ci consente sempre di avere unvalore di prossimo a quello stechiometrico con il vantaggio anche di poter utilizzarecorrettamente i catalizzatori.

In un motore ad accensione comandata, sia con carburatore che ad iniezione, per potere ottenereuna variazione di potenza, ad esempio un abbassamento di questultima, siccome il parametro non pu variare per fare avvenire correttamente la combustione, bisogna agire sulla diminuzione delcoefficiente di riempimento; per ottenere questo risultato nel collettore di aspirazione sistemato un

particolare organo meccanico la valvola a farfalla : a seconda della sua posizione si ha la possibilitdi inviare una quantit diversa di aria al cilindro. In particolare quando dal motore richiesta poca

potenza la valvola a farfalla quasi chiusa e lascia passare una certa quantit di fluido: se al motoreviene richiesta una potenza superiore allora la valvola si apre per consentire il passaggio di unamaggiore quantit di fluido in modo da garantire una combustione molto pi rapida ed efficace.Quando ad un motore chiediamo una diminuzione di potenza, il suo ciclo indicato tende a traslareverso il basso con la conseguenza che diminuisce il lavoro utile allasse ( infatti il lavoro positivo

tende a diminuire perch il motore brucia meno combustibile mentre quello di pompaggio tende adiventare maggiore in quanto siamo nelle condizioni di farfalla chiusa ). Inoltre aumentano anche iconsumi e ci dovuto ad una cattiva regolazione in quanto deve essere prossimo a quellostechiometrico. Tutto questo sgradito perch al limite larea negativa potrebbe diventare anchemaggiore quella positiva, ottenendo complessivamente un lavoro negativo ovvero, il motore stafunzionando da freno.

In questo modo si pu ritenere concluso il discorso relativo allanalisi delle modalit dicombustione per un motore ad accensione comandata: vogliamo adesso affrontare un discorsoanalogo per i motori ad accensione per compressione.

Per i motori ad accensione per compressione la modalit con cui avviene la combustione completamente diversa in quanto questa un fenomeno spontaneo per cui non c bisogno di alcundispositivo per innescarla (come la candela nei motori del tipo precedente). Allo stesso tempo peril fenomeno si presenta un po pi complesso: laria aspirata nel cilindro viene fortemente

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compressa fino a raggiungere unelevata temperatura, tale da accendere il combustibile iniettato nelcilindro alla fine della fase di compressione. Vediamo di capire pi nel dettaglio come ci avviene

per le due categorie di motori ad accensione spontanea.

Per i motori ad accensione indiretta con precamera, oggi non pi utilizzati, la situazione era laseguente: c la presenza della precamera ricavata nella testata del motore in cui era inviata laria

aspirata dal motore; sempre nella precamera ma in controcorrente allaria veniva inviato ilcombustibile creando in tal modo dei moti vorticosi che determinavano la miscelazione dei dueelementi. Nella precamera si raggiungevano valori di pressione e temperatura tali da innescare lacombustione: la precamera quindi si comportava come una camera di precombustione comunicantecon la camera di combustione vera e propria ricavata tra il pistone e la testata.Con il progresso della tecnologia tale tipo di motore stato quasi del tutto soppiantato dai modernimotori ad iniezione diretta.

Per i motori ad iniezione diretta la situazione che si presenta la seguente: essi non hanno pi laprecamera e quindi il motore aspira solo aria e il pistone comprime solo aria; il combustibile iniettato direttamente nel cilindro per mezzo di un iniettore meccanico. Ancora una volta la

combustione nel cilindro avviene spontaneamente. Le prime goccioline di combustibile iniettate nelcilindro si riscaldano superficialmente e quindi tendono ad evaporare e tale vapore si mescolaallaria gi presente nel cilindro. Attorno ad ogni gocciolina di combustibile si crea una zona in cuiil parametro fortemente variabile tra il valore zero (in corrispondenza della goccia ) ed il valoreinfinito (in corrispondenza della zona non ancora raggiunta dal vapore del combustibile): data la suavariabilit esso assumer sicuramente un valore tale da innescare, con la pressione presente nelcilindro, una combustione istantanea. Le goccioline che entrano successivamente trovano unafiamma in un ambiente ad altissima temperatura ma gi scarso di ossigeno che quindi non brucianoin maniera ottimale. Per tale motivo il combustibile inviato nel cilindro in pressione e vienenebulizzato finemente polverizzato in quanto il processo di combustione deve essere molto rapido edeve coinvolgere tutto il combustibile iniettato. La nebulizzazione del combustibile tanto migliore

quanto pi elevata la differenza tra la pressione allinterno delliniettore e quella nella camera dicombustione.Liniezione diretta del combustibile avviene come mostrato nella seguente figura:

Abbiamo detto che in un motore ad iniezione diretta,liniettore il dispositivo che serve apolverizzare il combustibile e ad iniettarlo nella camera di combustione in modo che mescolandosiallaria, portata ad alta temperatura dalla compressione del pistone, si accenda spontaneamente;

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ogni cilindro del motore provvisto di un iniettore fissato sulla testata; gli iniettori sono incomunicazione con la pompa di iniezione,della quale ricevono il combustibile, e con una tubazionedi scarico in cui versano il combustibile non iniettato. La parte delliniettore che sporge entro lacamera di combustione presenta uno o pi fori dai quali viene spruzzato il combustibile.La schematizzazione del tipo pi semplice di iniettore meccanico la seguente:

come si nota dalla figura, liniettore costituito da due pari principali: il polverizzatore, che laparte dotata del foro o dei fori di uscita del combustibile, e dalla parte fissata direttamente allatestata del motore detta portapolverizzatore. Nel polverizzatore scorre una asticciola di acciaio dettaago delliniettore collegata ad una molla fissata nel portapolverizzatore. Quando la pressioneesercitata dal combustibile allinterno delliniettore supera la forza di richiamo della molla, lagoviene spinto verso il basso aprendo i fori attraverso i quali il combustibile passa ad elevate velocite pressione e per tale motivo viene perfettamente nebulizzato. Il gasolio in eccesso che sfugge tralago e le pareti del polverizzatore a causa dellelevata pressione viene immesso in una tubazione direcupero che lo riporta nel serbatoio.

Abbiamo detto che liniettore riceve il combustibile dalla pompa di iniezione : vediamo come essa realizzata. La pompa di iniezione assicura la pressione necessaria per ottenere la polverizzazione delcombustibile e regola la quantit di combustibile da inviare ai cilindri in relazione alla potenzarichiesta dal motore. Notevole quindi la precisione meccanica richiesta per tali dispositivi sia perla piccola quantit di gasolio da inviare ad ogni mandata sia per il brevissimo tempo in cui ciascunamandata si compie. In sostanza si pu affermare che una pompa ad iniezione una macchinaoperatrice costituita da un sistema pistone-cilindro. In esso il cilindro dotato di una luce diafflusso mentre il pistone caratterizzato dallavere una testa con una scanalatura opportunamentesagomata in modo elicoidale; questa particolare configurazione realizzata per risolvere problemidi regolazione di potenza per il motore in quanto in tal caso si deve variare la quantit dicombustibile inviata al cilindro e ci lo si ottiene proprio agendo sulla pompa di iniezione (in

particolare la sua portata). La portata della pompa infatti pu variare facendo girare su se stesso ilpistoncino in modo che la scanalatura elicoidale incontri prima o dopo i fori di afflusso: se la

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scanalatura verticale del pistoncino si dispone di fronte al foro di afflusso, si annulla la portata dellapompa e si ottiene larresto del motore.La lubrificazione della pompa di iniezione garantita dallo stesso combustibile.Una rappresentazione della pompa di iniezione e delle varie posizioni che in essa assume il pistone(a seconda della potenza richiesta) pu ottenersi considerando la seguente figura:

Dallanalisi della modalit di combustione per un motore ad accensione comandata si possono trarrealcune importanti conclusioni: prima di tutto in questo caso il fenomeno pi complesso perch lamiscela che brucia non omogenea ed inoltre il parametro fortemente variabile ( un parametrosu cui si pu operare per variare la potenza del motore). Poi non si ha la presenza della farfalla nelcondotto di aspirazione in quanto gli iniettori sono in grado di inviare la giusta quantit dicombustibile nel cilindro a seconda delle varie esigenze.

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Prima di concludere il discorso relativo alle modalit di combustione diamo un accenno ad unnuovo sistema di iniezione diretta che negli ultimi anni si sta diffondendo sempre di pi: il sistemaad iniezione diretta common rail. La figura qui di seguito ne schematizza il principio difunzionamento:

si ha la presenza di un diverso tipo di pompa, detta pompa rotativa, che invia il combustibile in uncondotto, detto appunto rail, da cui si dipartono gli iniettori, uno per ogni cilindro. Grazie alla

pompa rotativa si riescono a raggiungere valori molto elevati di pressione superiore ai1300 bar sianel condotto comune sia negli iniettori. Questi ultimi non sono pi di tipo meccanico ma di tipoelettronico ed il loro funzionamento governato da una centralina elettronica che permette il

passaggio del combustibile finemente polverizzato dagli iniettori alla camera di combustione.Spruzzando il combustibile ad una cos elevata pressione si riesce ad ottenere una migliorecombustione con conseguenti migliori consumi e minore impatto ambientale.Lunico svantaggio del common rail che affinch il combustibile possabruciare del tutto si deveavere un > stec :si penalizza in tal modo la potenza ma la perdita si pu recuperaresovralimentando il motore in quanto in tal modo si favorisce lautoaccensione.(la sovralimentazione dei motori a benzina meno frequente in quanto, per evitare lautoaccensionedel combustibile, bisogna avere un rapporto di compressione pi basso:allaumento di potenza

segue anche un aumento dei consumi).

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VII.8 Potenza e Coppia di un motore a combustione interna

Riscriviamo lespressione della potenza di un motore a combustione interna:

P = Vza(n/60)(v/)Hig = [ (D2/4)s]za(n/60)(v/)Hig

Vogliamo capire quale sia landamento della potenza fornita dal motore al variare del numero digiri di questultimo e come varia landamento della coppia motriceInfatti coppia legata alla potenza dalla seguente relazione

P = C

Vediamo come si genera la coppia durante il funzionamento del motore.Nel motore la spinta prodotta dalla combustione si esercita sul pistone e attraverso la biella vienetrasmessa allalbero motore. La forza (F nel disegno di seguito riportato) moltiplicata per il braccioa (pari alla lunghezza della manovella) rappresenta la coppia motrice del nostro motore. Si puquindi ricavare assieme alla curva della potenza anche la curva di coppia. Infatti, potenza e coppia

sono dipendenti tra loro, in quanto la prima pari al prodotto della seconda per il regime dirotazione.

Potenza e coppia sono tutte funzioni del numero di giri del motore. Infatti si pu scrivereP = k n (vg/)

Supponendo che (vg/) non cambi con il numero di giri, e quindi lo si pu includere nellacostante k, ricaviamo che tra P ed n si stabilisce una relazione di tipo lineare.

Ma la situazione che si presenta nella realt non cos semplice in quanto il coefficiente diriempimento ha un andamento variabile con il numero di giri, come abbiamo gi avuto modo di

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spiegare; per tale motivo un tipico andamento della potenza P fornita dal motore in funzione delnumero di giri n il seguente

In n* la curva della potenza diventa tangente alla retta che schematizza il caso ideale (relazionelineare tra P ed n). Se poi prendiamo in considerazione lespressione del rendimento globale delmotore, in esso compare anche il rendimento meccanico che tiene conto non solo degli attriti della

catena cinematica ma anche degli organi che durante il funzionamento del motore assorbonopotenza: esso basso e diminuisce al crescere di n. E proprio per il comportamento del rendimentomeccanico che la curva della potenza tende a diminuire in corrispondenza del numero di girimassimo del motore (nmax ).Inoltre come si pu evincere dal grafico non si ha potenza nulla in corrispondenza di un numero digiri del motore nullo in quanto anche quando non fornisce potenza il motore ha un numero di girinmin che consente la sua autoalimentazione.Per un motore non esiste una sola curva di potenza in quanto esso pu essere regolato agendo sulcoefficiente di riempimento.Tale coefficiente ha valori diversi a seconda della posizione dellavalvola a farfalla nel collettore di aspirazione: in particolare la sua curva rappresentativa tende asalire man mano che la valvola a farfalla si apre. Questo ci consente di dire che anche landamento

della potenza varier al variare di tale coefficiente.

Dallo stesso grafico che abbiamo sopra riportato si pu ricavare anche landamento della coppiamotrice: lo si pu ricavare dallandamento dellangolo , angolo che aumenta fino al punto A e poitende a diminuire. Si deduce che anche landamento della coppia motrice dipende dalla variazionedel coefficiente di riempimento perch strettamente collegato allandamento della potenza. Alvariare div ( diversa apertura della valvola a farfalla) abbiamo diverse curve di coppia.

Nei motori ad accensione per compressione non c la valvola a farfalla: tuttavia abbiamo curvevariabili di potenza e coppia al variare della posizione dellorgano di regolazione del motore.

I grafici rappresentativi dellandamento di potenza e coppia sono come quelli riportati qui diseguito:

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Da tali grafici si pu notare che abbiamo un numero di giri del motore di massima coppia ed uno dimassima potenza (in genere non coincidenti tra di loro) e che gli andamenti sono differenti aseconda che si considera un motore ad accensione comandata o ad accensione per compressione. Lacoppia un parametro molto importante per un motore: un motore con una grossa coppia in gradodi compiere un grande lavoro; inoltre, come si evince dal grafico, un motore ad accensione percompressione ha una coppia superiore a quella di un motore ad accensione comandata (a parit dinumero di giri). Pi la velocit di rotazione del motore relativa alla coppia massima bassa pi ilmotore di buone prestazioni: per questo motivo i progettisti cercano di realizzare motori conlacurva di coppia abbastanza piatta o poco decrescente (se infatti la curva di coppia presenta dei trattidecrescenti in loro corrispondenza si potrebbero verificare delle condizioni di funzionamentoinstabile del motore ).

VII.9 Problema delle emissioni di sostanze inquinanti

Tra tutte le macchine termiche, i motori a combustione interna sono quelli che sono stati stravolticompletamente negli ultimi sei o sette anni e questo non per motivi di prestazioni ma per cercare diridurre i quantitativi di sostanze inquinanti che da essi vengono rilasciati nellambiente: i motori acombustione interna sono le macchine termiche che inquinano di pi in assoluto. A causa dellacombustione molte sono le sostanze inquinanti che vengono emesse ma tra esse le pi dannose sonogli ossidi di carbonio, gli ossidi di azoto, gli ossidi di zolfo, idrocarburi e particelle sospese. Inoltreviene rilasciata anche anidride carbonica che, pur essendo un gas innocuo, contribuisce peralleffetto serra ( innalzamento della temperatura del nostro pianeta).

Questi gas emessi da un motore a combustione interna sono dannosi in quanto le loro quantit sonosuperiori a quelle tollerabili dallorganismo umano. Nella tabella di seguito riportata vengonoevidenziati i limiti di tollerabilit per luomo alle suddette sostanze:

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I meccanismi che durante la combustione in un motore portano alla formazione di tali sostanze sonodiversi per ognuna di esse;Il monossido di carbonio, che una sostanza velenosa per luomo, lo si ha come prodotto quando lacombustione avviene con una miscela ricca e quindi con una combustione parziale delcarburante.Gli ossidi di azoto, che sono cancerogeni per luomo, si producono ad alte temperaturein base a dei meccanismi cinetici.Gli idrocarburi incombusti sono dovuti ad una parte delcombustibile che non riesce a bruciare: infatti quando il pistone scorre nel cilindro, le zone incorrispondenza delle sue pareti laterali si riempiono di combustibile che per non viene raggiuntodal fronte di fiamma e quindi si crea una miscela incombusta che viene poi spinta direttamente alloscarico

Vediamo ora gli effetti che tali sostanze provocano sulluomo. Lossido di carbonio ha unaincidenza sulle affezioni cardiovascolari anche se il suo effetto principale quello di provocarelavvelenamento. I meccanismi secondo cui le altre sostanze inquinanti risultano nocive alluomosono pi complessi, importante notare che esse sono cancerogene, cio provocano dei danniirreversibili allindividuo; cosa che invece non fa il CO.Vi da dire per che se le emissioni dovute alla combustione sono la principale causa diinquinamento, esse non sono lunica ,infatti, vi una percentuale di vapori di combustibile cheviene immessa nellaria sotto forma di vapore, ci dovuto al fatto che il serbatoio essendosoggetto a variazioni di temperatura provoca delle variazioni della tensione di vapore delcombustibile al suo interno e quindi quando viene aperto per effettuare il rifornimento vi unaquantit dei vapori che fuoriesce e che quindi viene immessa nellatmosfera; le stesse pareti del

serbatoio non sono perfettamente impermeabili ed inoltre vi sono delle perdite attraverso ilbasamento del motore.

Oggi esistono delle particolari leggi che consentono limmatricolazione degli autoveicoli solo se leloro emissioni inquinanti sono contenute entro certi limiti prestabiliti; Le limitazioni da rispettare

per quanto riguarda le emissioni di CO, HC, NOx sono riportate nei grafici seguenti, in talirappresentazioni si vede che gliHCe gliNOx sono messi insieme, questo perch fino a poco tempofa si pensava che i veri inquinanti fossero solo gli ossidi di azoto, ora invece, constata la nocivitanche degliHCsi fatta una separazione tra le due sostanze, cos gli idrocarburi incombusti oggisono soggetti a delle limitazioni proprie.

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Nelle tab. seguenti sono rappresentati i prossimi passaggi che subiranno le limitazioni delleemissioni a partire da quelle attuali (Euro3) fino a quelle del 2005 (Euro4). Le due tab. siriferiscono rispettivamente ai motori ad accensione comandata e ad accensione per compressione.

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Per quanto riguarda le emissioni di anidride carbonica, esse possono essere limitate diminuendo ilconsumo specifico del motore a combustione interna: la commissione europea ha deciso di ridurredel 25% le emissioni di tale gas entro il 2008.Anche il problema relativo agli ossidi di zolfo stato fortemente ridotto in quanto oggi sonodisponibili combustibili che non presentano nella loro composizione lo zolfo che il responsabiledella formazione di tali ossidi (responsabili del fenomeno delle piogge acide).

La ricerca si adoperata per cercare di capire i fenomeni che avvengono allinterno dei motori acombustione interna , in particolare come variano le emissioni al variare dei parametri fondamentalidi funzionamento di tali motori: un esempio sperimentale riportato nel grafico sottostante, in cui sivedono gli andamenti delle varie sostanze inquinanti al variare del rapporto a aria/combustibile. In

base a tali andamenti si ci orientati verso soluzioni che facessero avvenire la combustione nelmodo pi corretto possibile scegliendo, con la regolazione della valvola a farfalla, un a ottimale chemi garantisse labbattimento delle emissioni ma in realt non si riuscito a trovare un valore precisodel rapporto aria combustibile in grado di abbattere egualmente tutte le sostanze nocive.

Un primo provvedimento per ridurre lemissione di tali sostanze che stato adottato lEGR( Exhaust Gas Recirculation ): un sistema di cui sono dotati alcuni motori per reimmettere, tramite

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una valvola, una certa quantit di gas combusti allinterno della camera di combustione e miscelarlicon laria fresca prelevata dallesterno. Questi gas sono inerti e ritornando nel cilindro assorbonouna parte del calore e quindi si riescono a ridurre le emissioni degli ossidi di azoto in quanto questidevono essere deossidati. La situazione per peggiora per lossido di carbonio e gli idrocarburiincombusti in quanto abbassando la temperatura della combustione, il combustibile non brucia benee abbiamo sostanze incombuste che vanno direttamente allo scarico.

Siccome quindi anche con questo dispositivo i problemi di inquinamento comunque rimangono, si cercato un modo per reprimere i gas allo scarico mediante lutilizzo del catalizzatore.Essi sono costituiti da materiale ceramico ricoperto da materiali nobili quali rodio, palladio, platino:questi metalli sono in grado di accelerare dei processi chimici sugli ossidi di azoto e di carbonio chenecessiterebbero di una elevate temperatura. Il palladio e il platino realizzano lossidazione di CO eHC mentre il rodio il responsabile della sottrazione di ossigeno ai NOx . Lunico inconveniente

che il combustibile adoperato deve essere privo di piombo per non rovinare le caratteristichecatalizzanti dei materiali nobili di cui il catalizzatore costituito. Inoltre il funzionamento delcatalizzatore garantito solo per un valore di pari a quello stechiometrico o al massimo variabilein una ristretta fascia di valori prossimi ad esso: per questo motivo, come gi detto in precedenza, ilmotore deve essere governato dalla centralina elettronica; il catalizzatore dotato di una particolaresonda, detta sonda , che un rivelatore di ossigeno presente nei gas di scarico, in grado di valutarese la giusta quantit che pu essere mandata al catalizzatore. E un sistema di controllo inretroazione perch liniettore deve capire cosa succede allo scarico. I catalizzatori sono necessarisia per i motori ad accensione comandata che per compressione.Per i motori ad accensione per compressione la situazione diversa perch in essi maggiore diquello stechiometrico anche alla massima potenza (altrimenti si avrebbero problemi di consumo);questo significa che nei gas di scarico abbiamo molta aria presente e quindi si producono moltimeno CO e HC . Il problema fondamentale quindi sono una maggiore produzione di ossidi di azotoe le emissioni di particelle di nerofumo allo scarico conosciute con il nome di particolato. Questo si

produce in fase di accelerazione del motore quando cio entra una maggiore quantit dicombustibile senza una variazione della quantit di aria: come se le particelle di combustibilesubissero una cottura e si trasformano in carbone che poi ritroviamo allo scarico. Il processo diformazione di una particella di particolato il seguente:

- nucleazione;- crescita;- agglomerazione;

- ossidazione;- assorbimento e condensazione.Inoltre il particolato ha una granulometria tale da essere inalato dalluomo e, una volta raggiunti i

polmoni, vi rimane intrappolato.Per tale motivo la marmitta catalitica per un motore ad accensione per compressione deve ridurrenon solo gli ossidi di carbonio ma deve avere anche dei filtri in grado di bloccare le emissioni dinerofumo(filtro che deve essere periodicamente rigenerato e quindi per non sostituire linterocatalizzatore, o lo si rende durevole quanto il motore oppure si sta cercando unaltra soluzione).

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Per risolvere i problemi di inquinamento appena suddetti si sono realizzati oggi i cosiddetti motoriibridi, nati dallaccoppiamento di un motore termico e di uno elettrico in grado di funzionareseparatamente o assieme. Con questi motori si migliorano le emissioni allo scarico rispetto aimotori convenzionali. Laccoppiamento dei due motori pu avvenire in modo indipendente, in serieo in parallelo. Nel primo caso i due motori sono completamente autonomi e funzionano in modo

alternativo;nel secondo caso il motore termico funziona a un numero di giri il pi possibile costante( cos da ridurre consumi ed emissioni inquinanti ) e serve esclusivamente per ricaricare le batteriedel motore elettrico che determina la trazione; nel terzo caso il motore termico pu anche svolgere ilcompito di trazione.

Il futuro in termini di zero emissioni inquinanti affidato allidrogeno mediante lutilizzo di undispositivo ancora in fase di studio rappresentato dalle cosiddette FUEL CELL ( celle acombustibile ). Il dispositivo consente di generare elettricit disponendo di idrogeno e di ossigeno ecostituisce un mezzo promettente per il passaggio alla trazione elettrica superando i limiti deitradizionali accumulatori. Il principio di funzionamento linverso dellelettrolisi, cio la scissionedellacqua in idrogeno e ossigeno mediante lapporto di energia elettrica. Nella fuel cell entrano

idrogeno , immagazzinato in un serbatoio, e ossigeno, dallaria, e viene prodotta elettricit e acquasenza che si verifichi un processo termico.I problemi principali, oltre ai costi di fabbricazione sono la conservazione o la produzionedellidrogeno a bordo della vettura: questultima soluzione sembra la pi fattibile partendo dacombustibili liquidi con un apposito impianto integrato nellauto ( reformer ).

[eBook - Ingegneria - ITA] - Motori a Combustione Interna - OTTIMO

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