Motori a combustione interna

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IPS Mario Carrara– Guastalla (RE)
Tecnologie e Tecniche di Installazione e Manutenzione
Docente: Prof. Matteo Panciroli
Introduzione ai Motori a
Combustione Interna
Introduzione ai Motori a Combustione Interna
1
Classificazione delle macchine
• MACCHINE MOTRICI
- A COMBUSTIONE INTERNA
(turbine a gas, motori endotermici alternativi, …)
- A COMBUSTIONE ESTERNA
(turbine a vapore, …)
• MACCHINE OPERATRICI
(pompe, compressori, …)
2
Classificazione delle macchine
• TURBOMACCHINE
(turbine, compressori dinamici, …)
• MACCHINE VOLUMETRICHE
- ALTERNATIVE
(motori endotermici alternativi, compressori a pistoni, …)
- ROTANTI
(compressori a lobi, compressori a palette …)
3
Classificazione
Modo di avviare la combustione
Durata del ciclo
Natura del combustibile
Alimentazione dell’aria
Alimentazione del combustibile
Regolazione del carico
Tipo di moto delle parti in movimento
Sistema di raffreddamento
4
Classificazione
Modo di avviare la
combustione
Accensione comandata (da
una scintilla)
Accensione spontanea (per
compressione)
Motori a ciclo Otto
Motori a ciclo Diesel
5
Classificazione
Durata del ciclo
descritto
Ciclo completo in quattro
corse del pistone:
Ciclo completo in due
corse del pistone:
4 TEMPI
2 TEMPI
6
Classificazione
2 TEMPI
4 TEMPI
7
Impossibile v isualizzare l'immagine. La memoria del computer potrebbe essere insufficiente per aprire l'immagine oppure l'immagine potrebbe essere danneggiata. Riav v iare il computer e aprire di nuov o il file. Se v iene v isualizzata di nuov o la x rossa, potrebbe essere necessario eliminare l'immagine e inserirla di nuov o.
Classificazione
Fasi del motore a 4 tempi
Aspirazione
Compressione
Espansione
Scarico
Combustione
8
Classificazione
Fasi del motore a 2 tempi
Scarico
Travaso
Lavaggio
Compressione
Espansione
9
Classificazione
Natura del
combustibile usato
Benzina
Gasolio
Olio
combustibile
Doppio Combustibile (gas
come base e liquido per
avviare la combustione)
Gas
Alcool
Motore poli-combustibile
10
Classificazione
Alimentazione
dell’aria
Motore
aspirato
Motore
sovralimentato
Motore
turbocompresso
11
Classificazione
Alimentazione del
combustibile
Motore a
carburazione
Motore a
iniezione nel
cilindro
(diretta)
Motore a iniezione
nei collettori di
aspirazione
(indiretta)
12
Classificazione
Regolazione del carico
per variazione
della
composizione
della miscela
(regolando la
quantità di
combustibile)
della quantità di
carica
introdotta per
ciclo (di
composizione
pressoché
costante)
per combinazione
dei due metodi
precedenti
13
Classificazione
Tipo di moto delle
parti del motore in
movimento
Alternativo
Rotatorio
Oscillante
14
Classificazione
Sistema di
raffreddamento
Ad aria
A liquido
Motore adiabatico
15
Motore alternativo
Architettura di un
motore alternativo
a 4 tempi
16
GRANDEZZE GEOMETRICHE E
CINEMATICHE CARATTERISTICHE
Punto Morto Inferiore (PMI):
posizione angolare in corrispondenza
della quale il pistone si trova più
lontano dalla testa;
Punto Morto Superiore (PMS):
posizione angolare in corrispondenza
della quale il pistone si trova più
vicino alla testa;
Alesaggio D: diametro interno del
cilindro;
17
Corsa C: spazio percorso dall’asse
dello spinotto nel passaggio da un
punto morto all’altro coprendo un
angolo di manovella di 180°; la corsa è
dunque pari a due volte il raggio di
manovella, Rm;
Volume totale del cilindro Vt: è il
volume compreso fra la testa ed il
pistone quando questo si trova al PMI
ed è uguale al massimo volume del
cilindro;
18
Volume della camera di
combustione V0: è il volume
compreso fra la testa ed il pistone
quando questo si trova al PMS ed è
uguale al minimo volume del cilindro;
Cilindrata unitaria Vc: volume
spazzato dal pistone nella sua corsa dal
PMS al PMI;
19
Rapporto volumetrico di
compressione, β: rapporto fra il
volume totale del cilindro ed il volume
della camera di combustione, ossia:
Vt V0 + Vc
β=
=
V0
V0
Tipici valori del rapporto di
compressione sono compresi tra 8 e 12
per i motori AS e tra 16 e 24 per i
motori AC
20
Angolo di manovella, θ: angolo
descritto dalla rotazione della
manovella a partire dal PMS; indicata
con ω la velocità di rotazione
dell’albero motore e con n il suo
numero di giri nell’unità di tempo si
ha:
ϑ = ω⋅t = 2⋅ π⋅n⋅t
21
Rapporto corsa/alesaggio, C/D:
solitamente nel campo
dell’autotrazione vengono assunti
valori prossimi all’unità per ragioni di
ingombro e di peso. Tuttavia non è
raro trovare motori a corsa corta, i
quali presentano diversi vantaggi
rispetto ad un motore a corsa lunga di
pari cilindrata riassumibili in:
incremento della potenza (la
potenza aumenta con il quadrato del
diametro e solo con l’esponente 0.5
della corsa)
22
solitamente nel campo
dell’autotrazione vengono assunti
valori prossimi all’unità per ragioni di
ingombro e di peso. Tuttavia non è
raro trovare motori a corsa corta, i
quali presentano diversi vantaggi
rispetto ad un motore a corsa lunga di
pari cilindrata riassumibili in:
possibilità di un migliore
alloggiamento delle valvole,
possibilità di adottare valvole di
maggior diametro, etc.
23
d’altra parte i motori a corsa lunga
offrono anch’essi dei vantaggi
soprattutto dal punto di vista termico:
camere di combustione più
raccolte;
più elevati rendimenti;
migliore raffreddamento del
pistone e del cilindro (maggiore
rapporto superficie/volume)
24
NOMENCLATURA MANOVELLISMO
sB = l + r − l ⋅ cos ( π − γ ) − r ⋅ cos ϕ
sB = l + r + l ⋅ cos γ − r ⋅ cos ϕ
25
SPOSTAMENTO DEL PISTONE
l ⋅ sen γ = r ⋅ sen ϕ
sen γ = λ ⋅ sen ϕ
Ponendo
r
λ=
l
26
Inoltre si può ricavare:
2
2
2
γ
cos = − 1 − sen γ = − 1 − λ ⋅ sen ϕ
Legge di spostamento del pistone:
1


2
2
sB = r ⋅ 1 − cos ϕ + ⋅ 1 − 1 − λ ⋅ sen ϕ 
λ


(
)
27
NOMENCLATURA MANOVELLISMO
28
Spostamento del pistone sp:
C 
1
1
2
2 
sp = ⋅ 1 + − cos ϑ − ⋅ 1 − Λ ⋅ sen ϑ 
2  Λ
Λ

ponendo:
C
Rm =
2
Rm
Λ=
Lb
Rm = raggio di manovella
Lb = lunghezza di biella
C = corsa
29
VELOCITÀ DEL PISTONE
Velocità media del pistone vmp:
v mp = 2 ⋅ C ⋅ n
n = regime di rotazione del motore
Velocità del pistone vp:

π 
Λ ⋅ sen2ϑ
v p = v mp ⋅ ⋅  senϑ +

2
2
2 
2 ⋅ 1 − Λ ⋅ sen ϑ 
30
ACCELERAZIONE DEL PISTONE
Velocità del pistone semplificata:
π 
Λ

v p = v mp ⋅ ⋅  senϑ + ⋅ sen2ϑ
2 
2

Accelerazione del pistone ap:
C
ap ≈ ω ⋅ ⋅ [ cos ϑ + Λ ⋅ cos2ϑ]
2
2
ω = velocità angolare del motore
ϑ = ω⋅t
31
ESEMPIO APPLICATIVO
sp [cm]
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
-180
-120
-60
0
60
120
θ [°ATDC]
180
33
ESEMPIO APPLICATIVO
DATI MOTORE
Corsa [cm]
6.960
Lunghezza di biella [cm]
13.130
Regime di rotazione [rpm]
4000
Raggio di manovella [cm]
3.480
Rapporto λ [adim.]
0.265
Regime di rotazione [giri/s]
66.667
Velocità angolare [rad/s]
418.88
Velocità media del pistone [cm/s]
928.00
Velocità media del pistone [m/s]
9.28
32
ESEMPIO APPLICATIVO
VELOCITÀ DEL PISTONE
vp [cm/s]
2400
1200
0
-1200
-2400
-180
-120
-60
0
60
120
θ [°ATDC]
180
34
ESEMPIO APPLICATIVO
ACCELERAZIONE DEL PISTONE
ap [cm/s2]
1.25E+06
6.25E+05
0.00E+00
-6.25E+05
-1.25E+06
-180
-120
-60
0
60
120
θ [°ATDC]
180
35
PARAMETRI MOTORE
36
PARAMETRI MOTORE
37
Componenti motore
Camere di combustione
Camere di combustione di motori ad accensione comandata
Motori a Combustione Interna
38
Componenti motore
Camere di combustione
Camere di combustione di motori ad accensione spontanea
Iniezione diretta
Precamera
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Componenti motore
Pistoni
Pistoni di motori ad accensione comandata
40
Componenti motore
Pistoni
Pistoni di motori ad accensione spontanea
41
Componenti motore
Biella-pistone-spinotto
42
Componenti motore
Biella per motore automobilistico
43
Componenti motore
Albero motore
44
Diagramma polare della distribuzione
Ciclo ideale
45
Sistemi di attuazione delle valvole
46
Albero a camme in testa
OHC (Over Head Camshaft)
Doppio albero a camme in testa
Albero a camme in testa con bilancere
DOHC (Double Over Head Camshaft)
SOHC (Single Over Head Camshaft)
47
Valvole in testa
OHV (Over Head Valves)
Albero a camme nel basamento e sistema aste-bilanceri
48
Distribuzione desmodromica
49
Legge di alzata delle valvole
50
Ciclo reale
5125
TESTA MOTORE
Motore Ferrari F 512 M V 12 a 180° - Particolare della testa a quattro valvole
52
TESTA MOTORE
Motore Ferrari F 355 V 8 di 90° - Particolare della testa a cinque valvole
53
ASSIEME MOTORE
54
ASSIEME MOTORE
55
ASSIEME MOTORE
56
ASSIEME MOTORE
Sezione di un tipico motore
Diesel 4T, quattro cilindri in
linea, che mostra i dettagli
costruttivi degli organi
principali di un motore a
combustione interna
57
ASSIEME MOTORE
Rappresentazione prospettica di un tipico motore 4T ad accensione comandata per autovettura
(Alfa – Lancia – 6 cilindri, alesaggio = 93 mm; corsa = 72.6 mm; cilindrata totale = 2.959 cm3;
potenza utile massima = 140 kW a 6.000 giri/min )
58
ASSIEME MOTORE
Rappresentazione prospettica di un tipico motore 4T Diesel per applicazioni marine, ferroviarie
ed impianti fissi, ad iniezione diretta (8 cilindri, alesaggio = 400 mm; corsa = 480 mm; cilindrata
specifica = 60.3 dm3/cil; potenza utile specifica = 640 kW/cil a 580 giri/min )
59
ASSIEME MOTORE
Rappresentazione prospettica di un motore a due tempi per motociclo (alesaggio = 54 mm; corsa
= 54.5 mm; cilindrata = 124.7 cm3; potenza utile massima = 24.5 kW a 11.000 giri/min )
60

Motori a combustione interna

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