TESI DI SPECIALIZZAZIONE LABORATORIO MECCANICO-TECNOLOGICO

Specializzando: Luciano Di PietroRelatore: Nazareno Agostini

RICERCA E INNOVAZIONE NEL MOTORE A SCOPPIO

KERS

Organi fondamentali

Le fasi del motore a scoppio

Distribuzione Ciclo termodinamico Prestazioni

Il motore a combustione interna rappresenta la più diffusa macchina termica mai realizzata dall’ uomo: il suo impiego trova infinite applicazioni in motori estremamente differenti in termini di potenza, dimensioni, modalità di funzionamento, soluzioni costruttive e settori di applicazioni, spaziando dai grandi motori marini ai micromotori per modellismo.

Una volta introdotta una miscela aria e carburante nel cilindro, a fine compressione, la combustione viene innescata dallo scoccare della scintilla elettrica della candela che determina un rapido innalzamento della temperatura locale, sufficiente a far bruciare tutta la miscela di aria e combustibile presente nella camera di scoppio.

IL MOTORE A SCOPPIO

a) una compressione adiabatica fra i punti 1 e 2; nel corso della

trasformazione 1'organo mobile svolge sul gas il lavoro L1,2 negativo

b)  introduzione del calore Ql a volume costante fra i punti 2 e 3, il lavoro

è nullo

c) un'espansione adiabatica fra i punti 3 e 4; nel corso della

trasformazione il gas eroga sull'organo mobile il lavoro L3,4 positivo

d)  espulsione del calore residuo Q0, a volume costante, fra i punti 4 e 1;

il lavoro è nullo.

CICLO TERMODINAMICO

cb

d

a

• AspirazioneLa valvola di aspirazione A è aperta e la valvola di scarico S è chiusa. Il pistone scende verso il Punto Morto Inferiore (PMI), in cui si determina il massimo volume V1,e, a causa della decompressione che si crea nel cilindro, tramite la valvola A aspira una miscela formata da aria e benzina nebulizzata, proveniente dall’impianto di alimentazione

• CompressioneUna volta che la miscela è entrata nel cilindro, la valvola A si chiude e il pistone inizia a risalire verso il Punto Morto Superiore (PMS), in cui si determina il volume minimo V2 compreso fra il pistone e la testata, zona che costituisce la camera di combustione, comprimendo la miscela

• Scoppio ed espansione

Entrambe le valvole A e S sono chiuse. Il pistone è nel PMS (Volume V2) e attraverso la candela viene fatta scoccare la scintilla, per cui la miscela brucia nella camera di combustione.

• ScaricoApertura della valvola di scarico ed espulsioneMentre il pistone è al PMI, si apre la valvola di scarico S

AAS = Anticipo Alzata Scarico

AAA = Anticipo Alzata Aspirazione

RCS = Ritardo Chiusura Scarico

RCA = Ritardo Chiusura Aspirazione

Ogni valvola si apre una sola volta durante lo svolgimento del ciclo termico che si completa in due giri; l’albero a camme perciò dovrà compiere la metà di giri dell’ albero principale.

La distribuzione è assicurata da valvole che si aprono sotto l’ azione di eccentrici (o camme) calettati su un organo rotante, parallelo a quello principale e da esso azionato (albero a camme), e si richiudono perché sospinte sul proprio seggio da molle opportunamente tarate

PRESTAZIONI DEL MOTORE

Il secondo motore EM2 invece, mosso dal motore termico, genera corrente elettrica utile a mantenere costante il livello di carica delle batterie al litio, oltre a fornire energia per le utenze standard del veicolo (luci,climatizzazione, sensori vari, etc.)

SISTEMA HY-KERSIl motore a scoppio, da quando è stato inventato fino ad oggi, ha subito varie

innovazioni raggiungendo elevati rendimenti, bassi consumi e basse emissioni di anidrite carbonica; diventa sempre più difficile ottenere ulteriori miglioramenti. Per questo motivo la ricerca si è spostata verso nuovi campi tra cui il recupero di energia cinetica dissipata durante la frenata; nasce quindi un nuovo frutto dell’ innovazione: il KERS

Il primo motore

EM1 fornisce trazione alla vettura e recupera energia cinetica in frenata, immagazzinandola nelle batterie al litio e abilitando così l’over-boost di potenza, (sovra spinta) gestita in maniera intelligente dai sistemi di controllo dinamica veicolo. 

I frutti di tutto questo concentrato di tecnologia si vedono nelle prestazioni da brivido di cui è capace: l’accelerazione da 0 a 100 km/h viene coperta in meno di 3 secondi, e la velocità massima supera i 350 km/h. Allo stesso tempo però, le emissioni dell’auto sono state ridotte addirittura del 40%: valore piuttosto notevole, se si pensa alle prestazioni appena citate e alla potenza massima della vettura.

HY- KERS E AMBIENTEIl KERS di cui è dotata La Ferrari sviluppa complessivamente una

potenza di 963 CV. Il sistema è composto da un propulsore termico da 6.3 litri V12 aspirato, capace di erogare 800 CV, alimentato a benzina, e dalla parte elettrica sviluppata con Magneti Marelli, che è costituita da due motori elettrici (uno principale e uno per i sistemi ausiliari) come spiegato nella slide precedente per una potenza di picco di 120 kW (163 CV).

Il pilota quindi ha a disposizione una riserva di potenza da usare nei momenti critici della gara (partenza, sorpassi, necessità di fare un giro veloce) attivabile attraverso un pulsante al volante: un altro volano trasmette il movimento all'albero motore arrivando a generare una potenza di 80 CV (circa 60 KW) per un tempo massimo di 6,67s al giro (limite regolamentare) che a parità di consumi garantisce prestazioni migliori.

IL KERS IN FORMULA

1Il sistema è composto da un motore-generatore elettrico collegato direttamente all'albero motore con un rapporto di trasmissione di 2:1 per cui può arrivare fino a 36 – 40 mila giri al minuto. In frenata funziona da generatore e, attraverso un volano, fa si che parte dell'energia che andrebbe dissipata in calore venga immagazzinata sottoforma di energia elettrica in un pacco di batterie agli ioni di litio attraverso un supercondensatore

• Il corso mi ha fornito conoscenze e principi basilari utili alla formazione di un insegnante che voglia fare del proprio lavoro un campo di attività realmente proficuo e vantaggioso

• Ha offerto, inoltre, un punto di vista del tutto nuovo, che metta da parte pregiudizi o anche convinzioni tradizionali, per far posto ad una visione della scuola e, in generale, dell’intera società, che sia basata sul dubbio e sulla volontà di mettersi costantemente in gioco, per trovare di volta in volta le soluzioni migliori.

• Il Percorso Abilitante Speciale ha reso possibile la mia crescita professionale ed umana, facendomi aprire gli occhi sulle tante possibilità che la scuola può e deve offrire, innalzando il mio ruolo di insegnante ad un livello decisamente più alto, perché richiama sensibilità ed attitudini che devono essere per forza messe in campo, per il futuro degli alunni e della società a venire.

Grazie a tutti coloro che hanno reso possibile questo mio percorso formativo.

CONCLUSIONI