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L’altezza del travaso è inferiore dell’altezza della luce di scarico, ed il suo inizio è vicino al PMI, parallelo all’inizio della luce di scarico (quindi la situazione è diversa da quella riportata in figura).
In questa tipologia di motore non vi sono valvole, il ricambio avviene attraverso i fori sul cilindro, aperti e chiusi dal movimento stesso del pistone.
Al PMS la parte estrema del pistone chiude la luce di scarico e di travaso, ma non la luce dell’ammissione.
Quando la luce dell’ammissione viene aperta fuoriesce la benzina verso la parte sottostante del motore (nel carter) e, raggiunto il PMS, avviene la combustione (per l’accensione della candela) che costringe al pistone a tornare indietro chiudendo la luce di ammissione.
Il ritorno del pistone causa una compressione della carica fresca che comporta una pressione sul carter pompa maggiore di quella del cilindro (la quale si può approssimare a quella atmosferica, perché la luce dello scarico è aperta e fuoriescono i gas dall’interno del cilindro, caratterizzati da una pressione elevata), causando il passaggio della carica fresca all’interno del cilindro, con solo una lieve perdita di carica fresca.
In questa tipologia di motore si hanno solo 2 corse:
che comportano la fornitura del doppio di lavoro, e della potenza, rispetto a un motore a 4 tempi.
Questo meccanismo si compone di due macchine operatrici:
Descrizione andamento delle macchine operatrici:
Motore Diesel
Differenze rispetto ai motori Benzina:
Iniezione diretta (MID)
In questa tipologia di iniezione non vi è la pre – camera e la camera di combustione è ricavata all’interno del cilindro, cercando di ridurre al minimo la distanza tra il pistone e la testa (0,8 mm).
L’iniezione avviene prima del raggiungimento del PMS per consentire il verificarsi subito dell’accensione.
L’accensione avviene subito dopo l’iniezione del gasolio.
I tempi che il gasolio ha a disposizione per miscelarsi con l’aria sono ridotti, quindi è necessaria la creazione di moti di aria all’interno della camera di combustione per favorire il mescolamento del gasolio con il comburente.
Per fornire le turbolenze una elevate importanza hanno i condotti di aspirazione.
Descrizione delle fasi:
Vantaggi:
Svantaggi:
Iniezione indiretta (MII)
Vantaggi:
rapida combustione (il tempo che il combustibile ha a disposizione per miscelarsi con il comburente è maggiore, ottenendo così una buona miscelazione e quindi una maggiore velocità di combustione);grazie al rilascio del calore graduale perché l’onda di pressione ha dei picchi meno elevati;
Svantaggi:
Iniezione
Inquinanti
Tipologie:
Il particolato è uno dei principali problemi dei Diesel, insieme agli NOx (dovuto alle alte temperature dei Diesel).
Il CO non è un problema perché i Diesel operano con grosse quantità di aria. Si forma sostanzialmente nel cuore del getto.
Gli HC non sono un forte problema perché:
si forma principalmente nel cuore del getto e in zone locali dove si ha lo spegnimento della fiamma.
Gli NOx sono presenti dove ci sono le alte temperature.
Il PM si forma dove c’è molto combustibile.
Riutilizzo dei gas di scarico
Il meccanismo principale è EGR, si ha il ricircolo dei gas di scarico dal collettore di scarico a quello di aspirazione.
Lo spostamento avviene senza spinta per la differenza di pressione.
L’utilizzo di questo metodo è giustificato per:
Ciò comporterebbe un aumento degli NOx, ma siccome in camera di combustione ho della zavorra che non può più bruciare una parte del calore fornito è assorbito dalla massa di gas di scarico portando così ad un calo della temperatura: Tmax (EGR) < Tmax (senza EGR) percui avrò la formazione di NOx molto più bassa.
I catalizzatori trivalenti nei Diesel non possono essere utilizzati perché nello scarico c’è troppo ossigeno, percui sarebbe difficile ridurre gli NOx.
Una scoperta recente è il DE – NOX.
Si usano filtri, o trappole di particolato (FA) per eliminare il PM.
La forma dell’iniettore è fondamentale per l’abbattimento di questo ultimo:
infatti una parte del gasolio rimane imprigionata e causa una forte produzione di PM.
Riepilogando
Nei Benzina si ha approssimativamente:
Sistema di iniezione (consiglio di leggere anche il .pdf per capire meglio come funziona)
Obiettivi:
Caratteristiche:
Vantaggio del sistema common – rail: generazione della pressione voluta e iniezione del combustibile sono indipendenti. Non è così invece con il sistema iniettore – pompa o pompa rotativa.
A regimi bassi posso avere problemi con la turbolenza, ed è per questo che l’iniettore si apre circa 70° prima dell’iniezione principale ed una piccola quantità di carburante viene rilasciata ed ha tutto il tempo di miscelarsi e bruciare producendo poi pressioni e temperature a inizio iniezione principale che consentono di migliorare l’iniezione e la velocità di combustione.
Ad alti regimi non c’è l’iniezione pilota poiché ci sono tempi troppo stretti per gli iniettori per compiere il loro compito (aprirsi e chiudersi).
Con il common rail è possibile una iniezione ritardata per la combustione ritardata a valvole di scarico aperte per rigenerare il articolato per migliorare l’abbattimento delle emissioni, ciò però non mi dà rendimenti termodinamici maggiori.
La post iniezione server per migliorare il lavoro.
Sistema di controllo del common rail (consiglio di leggere anche le ultime pagine del
.pdf)
EDC (controllo elettronico dei Diesel)
E’ composto da 3 tipologie di componenti:
Sensori:
Sapendo che la posizione di un cilindro all’interno di un motore posso ricavarmi la posizione degli altri cilindri poiché sono fisse e la centralina le deve sapere.
Ora però non si sa se si è in combustione o in aspirazione.
Vi è bisogno di un altro sensore, questo sarà posizionato sull’albero a camme che mi comanda l’apertura e la chiusura delle valvole.
Questo sensore non è un volano, ma bensì è la camma:
Assumendo il caso della valvola di aspirazione si può applicare il dentino quando la valvola si sta aprendo. Questa informazione è utile solo una volta per fasarsi con il motore.
Sensore di temperatura:
In funzione di questo ultimo sensore di temperatura la centralina può decidere di iniettare una quantità di combustibile o un’altra. Infatti, se la temperatura del refrigerante non è ad un valore prefissato, si manda il liquido refrigerante nel motore senza farlo passare per il radiatore.
Sensore di portata: è posizionato prima del collettore di aspirazione (anemometro a filo caldo).
E’ caratterizzato da un elemento avente resistenza variabile. Il coefficiente di scambio termico è proporzionale alla velocità dell’aria (alla portata dell’aria) che lambisce l’elemento sensibile.
In funzione ad una differenza di potenziale ottengo una portata volumetrica.
Mi fornisce pure il verso dell’aria.
Ora necessito di un altro sensore che mi misuri la densità.
Questi due valori assieme servono per sapere la quantità massica dell’aria.
Funzioni centralina di controllo:
Entrano segnali di tipo:
Questi segnali vengono convertiti per renderli accettabili verso i processi di condizionamento del segnale:
Vi sono sensori che compiono direttamente queste operazioni (sensore di pressione nel condotto di aspirazione.
E infine vengono utilizzati.
Vi sono mappe caratteristiche memorizzate nella EPROM la cui valutazione è molto laboriosa, e sono del tipo:
L’output della centralina deve passare per un altro convertitore per poter essere supportato dagli attuatori.
Attuatori:
L’attuatore principe è l’iniettore stesso.
Altro attuatore è la valvola che determina i gas di scarico ricircolati.
Controllo del titolo
Il controllo del titolo consiste nel fare in modo che λ sia esattamente quello che vogliamo noi, con un margine di errore il più ridotto possibile.
Riesaminando i grafici relativi all’efficienza di eliminazione dei gas inquinanti del catalizzatore e la presenza nei gas di scarico degli inquinanti si può trarre la conclusione che la dosatura ideale è approssimativamente: λ = 1 +- 0.1
Prendendo in considerazione il caso dei Benzina possiamo esaminare due tipi di controlli:
Controllo a ciclo aperto (a catena aperta):
Caratterizzato dal fatto che non si effettua il controllo sul funzionamento reale e sul rapporto aria – combustibile perché ci si basa su dati prefissati (un esempio è il cilindro che è bloccato, ma si continua a iniettare del combustibile).
Con i Diesel common rail si ottiene pure la pressione.
Controllo a ciclo chiuso (a catena chiusa):
Caratterizzato dal fatto che si introduce un oggetto (sonda λ) che verifica se il calcolo effettuato è corretto, se non lo è si interviene.
Vi sono tre categorie:
Si ha che: maasp. = η(volumetrico assoluto) * Vc * ρa.
Con:
E’ un sistema economico perché il sensore della velocità già l’ho, e il controllore dell’angolo a farfalla è di semplice realizzazione. In fin dei conti il sistema è impreciso.
Si ha: maasp. = η(volumetrico relativo) * Vc * ρc.
Con:
Vantaggi:
la variazione può essere:
Si ha che:
ηvol,coll. > ηvol,amb. à
ηvol,coll. = (ma,asp. / (Vc * (Pcoll. / (R * Tcoll.)))) > ηvol,amb. = (ma,asp. / (Vc * (Pamb. / (R * Tamb.))))
quindi la densità in condizione ambiente sarà maggiore della densità di aria nel collettore.
Il rendimento volumetrico è molto poco rilevante in condizione di pressione del condotto di aspirazione bassa; ciò è dovuto al fatto che la carica prima di entrare nel cilindro deve aspettare che quella che esso contiene fuoriesca per la differenza di pressione, così la massa d’aria entrante nel cilindro risulterà bassa.
In funzione delle velocità maggiori si hanno perdite nel condotto di aspirazione.
Con gli effetti dinamici si potrebbe avere andamenti differenti.
Andamento del motore per un cambiamento istantaneo
Prima di t1 si ha un regime di rotazione costante, in t1 abbiamo una perturbazione, chiusura della farfalla. Prima che diminuisca il regime di rotazione, il motore deve accorgersi della diminuzione della pressione del collettore perché nel cilindro vi passa la stessa massa d’aria mentre dal condotto arriva meno aria al collettore.
Il regime di rotazione rimane costante per circa 6, 7 cicli motore, poi si ha il brusco calo del regime di rotazione:
Maggiore è il collettore à più cicli operativi sono necessari per giungere alla stabilizzazione.
Il rendimento volumetrico nel s – d viene calcolato a maggiore frequenza al variare della pressione del collettore (misura più precisa).
Nel sistema α – n durante tutto il transitorio si ha un rendimento volumetrico sottostimato all’ultimo rendimento, mentre in realtà la massa di aria reale è maggiore di quella calcolata, quindi si otterrà una dosatura magra.
Nel sistema s – d durante il transitorio si ha un rendimento volumetrico ben calcolato in vari punti.
Con il sistema α – n a catena aperta si commetterebbe sempre un errore, occorre mettere un controllo in retroazione.
L’iniezione in un Benzina indiretta multipoint può avvenire fra le due chiusure consecutive della valvola di aspirazione.
La quantità di benzina da iniettare viene calcolata alle condizioni del ciclo precedente, a 4π prima (un ciclo operativo prima).
La sonda λ ha un ritardo di 4π quindi al nostro ciclo si corregge la situazione di due cicli precedenti.
Iniezione
L’iniezione indiretta nei benzina avviene prima che si apra la valvola. Quando si spruzza Benzina le pareti si bagnano (film liquido) e non è detto che bruci, può rimanere legata alla parete perché la parete è fredda diventando HC (inconveniente eliminato con l’iniezione diretta).
E’ presente un altro iniettore (cold start valv), inietta a freddo per l’avviamento a freddo, la miscela deve essere grassa e quindi subentra nel caso in cui l’altro iniettore sia tarato stechiometrico.
Attualmente questo metodo è superato grazie alla programmazione dinamica della centralina in funzione della temperatura, in modo tale da poter con un unico iniettore.
La forte chiusura della farfalla non fa entrare aria. In certe situazioni quando è necessaria almeno una lieve portata d’aria la faccio passare da un elemento per consentire la combustione ai regimi di rotazione bassi.
La portata d’aria è proporzionale al:
Il segnale della sonda λ viene passato al λ controll.
Vi è poi l’interruttore della farfalla.
Iniezione diretta (DISI (direct injection spark inition), GDI)
Può essere effettuata secondo due diverse modalità:
Vantaggi e svantaggi:
Vantaggi e svantaggi:
Per ottenere un miglioramento: TWO – STAGE MIXIKNG.
Si inietta un po’ durante l’aspirazione, poi nella fase di compressione continua l’iniezione.
Nella prima fase si ottiene una miscela magra 60:1 (sovralimentazione naturale), poi tende a miscele stechiometriche.
Se uso carica stratificata:
Se uso miscele più omogenee:
Modi per ottenere la carica stratificata:
anche il pistone aiuta ad aumentare il vortice.
Per accelerare da 60 km / h ed avere lo stesso regime di rotazione è necessaria più potenza, quindi più carico, cioè carburante.
Per decelerare da 60 km / h ed avere lo stesso regime di rotazione è necessaria minore potenza, quindi meno carico, cioè carburante.
Limite di carico:
Fonte: http://www.giordy.org/Uni/3a2p/Seconda%20parte.doc
Sito web da visitare: http://www.giordy.org
Autore del testo: non indicato nel documento di origine
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