Motori a combustione a volume costante o ad accensione a scintilla

Transcript

1 Motori a combustione a volume costante o ad accensione a scintilla ossia a combustibile gassoso o liquido leggero che viene evaporato e mescolato con aria prima di essere aspirato nel cilindro dove avviene la combustione. Nel motore viene introdotta cioè una miscela di combustibile e aria comburente che viene poi infiammata con un apposito dispositivo (candela); da qui la denominazione di motori ad accensione. Poichè la combustione avviene repentinamente ed "a volume costante" tali motori si denominano anche "motori a scoppio" (od a ciclo Otto). La tecnica moderna in alcuni motori (aviazione-corsa) fa avvenire la carburazione nell'interno o immediatamente accanto del cilindro mediante l'iniezione del combustibile durante la fase di aspirazione.

2 Nei motori a scoppio, l'energia termica è sviluppata dalla combustione della miscela carburante-aria che provoca un aumento di energia elastica degli stessi prodotti della combustione che agiscono direttamente sugli organi del motore trasformandola in energia meccanica. Il motore a scoppio quindi nelle sue linee generali dovrà rappresentare la possibilità di alimentare una camera di combustione ( o di scoppio ), di provocare la combustione della miscela aria carburante e di trasformare l'energia elastica o di pressione dei gas combusti, ( agente a intermittenza in quanto la combustione avviene per quantità parziali di miscela ), in energia meccanica, con moto rotatorio in quanto questa è la forma che più facilmente si può sfruttare per la necessità della trazione.

3 Nel motore a scoppio quindi potremo individuare: 1) un sistema di alimentazione e distribuzione che fornisce la miscela carburantearia in dosi appropriate e la distribuisce a tempo debito; 2) un sistema di accensione che provoca la combustione della miscela; 3) una camera di combustione o di scoppio in cui avviene la combustione; 4) un sistema meccanico che sia atto a ricevere l'energia elastica dei gas a moto rettilineo ed a trasformarla in energia meccanica a moto rotativo; 5) un sistema di scarico che allontani i gas combusti che hanno ceduto parte della loro energia elastica e permetta quindi di rinnovare nel motore le fasi anzidette. Per chiarezza di esposizione, giacché il sistema meccanico ( indicato al punto 4 ) è quello che si mantiene pressoché costante, nelle sue linee generali in tutti i motori, è opportuno fin d'ora, descrivere la costituzione ed il funzionamento. Esso è denominato sistema biella-manovella

4 Tale sistema è composto di uno stantuffo o pistone che scorre linearmente entro un cilindro, essendo articolato ad una asta rigida, biella, che a sua volta è collegata alla manovella.lo spostamento del pistone, provocato dalla pressione dei gas nella camera di scoppio, determina, una rotazione dell'albero a gomiti. Tale rotazione cesserebbe al punto morto inferiore se l'inerzia del sistema non facesse continuare nella sua rotazione l'albero a gomiti e non riportasse il pistone al punto morto superiore, cioè in posizione tale da poter ricominciare, spinto dai gas combusti, la sua discesa verso il basso. Come vedremo in seguito, tale rappresentazione è un pò semplificata; per il momento basta però a spiegare la trasformazione del moto alternato ( tale si chiama il moto di andare e venire del pistone ) in moto rotatorio.

5 Abbiamo innanzi accennato a due particolari posizioni del pistone: il punto morto superiore ( che indicheremo in seguito PMS ) e punto morto inferiore ( che indicheremo con PMI ). Tale denominazione deriva dal fatto che il pistone, giunto al termine della sua corsa di discesa o salita, prima di invertire il moto per risalire ( o discendere ) lungo la canna del cilindro, è per un brevissimo tempo fermo ( morto ): la specificazione inferiore o superiore sta ad indicare rispettivamente la posizione del pistone più vicina all'asse geometrico dell'albero a gomiti e la più lontana, Spesso si usa dare tale denominazione anche alla posizione della manovella, la quale si troverà nel PMI quando sarà dalla parte opposta a quella del pistone rispetto all'asse dell'albero a gomiti e si troverà nel PMS quando sarà dal lato del pistone rispetto all'asse dell'albero a gomiti: queste posizioni della manovella

6 1 Albero ad eccentrici. 2 Punteria. 3 Dado registrazione punteria. 4 Molla richiamo valvola. 5 Guidavalvola. 6 Valvola. 7 Candela. 8 Testa. 9 Corpo cilindri (monoblocco). 10 Anelli elastici di tenuta. 11 Anello elastico raschia olio. 12 Stantuffo o pistone. 13 Spinotto. 14 Bottone di manovella. 15 Manovella. 16 Perno di manovella. 17 Coppa o carter.

7

8 Alesaggio= diametro interno del cilindro Cilindrata= volume descritto dal pistone Camera di scoppio= spazio tra cielo del pistone e PMS Rapporto di compressione= rapporto tra volume tot.(camera di scoppio/cilindrata ) e volume camera di scoppio

9 Nei motori aeronautici di solito l elica è in presa diretta con l albero motore. In alcuni casi, con motori di elevata potenza, ci può essere un riduttore Esistono motori con cilindri in linea,o stellari Particolare attenzione al raffreddamento

10 ciclo termico OTTO P r e s s i o n e Aspirazione 2-3 compressione 3-4 scoppio 4-5 espansione 5-1 scarico 1 2 Volume

11 AAS = Anticipo Alzata Scarico AAA = Anticipo Alzata Aspirazione RCS = Ritardo Chiusura Scarico RCA = Ritardo Chiusura Aspirazione Scoppio = lavaggio Entrambe le valvole aperte

12 parametri caratteristici Rendimento volumetrico, è il rapporto tra la carica reale e la carica teorica. Carica teorica è il peso aria-combustibile che teoricamente potrebbe essere contenuta Carica reale è il peso che effettivamente entra.(varia con la quota,numero dei giri). Il rendimento non supera 0,85 Il rapporto tra grammi di aria e grammi di benzina si chiama rapporto stechiometrico ( 15:1) La miscela risulta povera 20:1, ricca 10:1

13 parametri caratteristici Autoaccensione si verifica quando la miscela si incendia prima della scintilla Detonazione si verifica quando la fiamma si propaga in tempi brevissimi Il numero di ottano esprime il potere antidetonante, cioè il potere di ritardare la detonazione

14 Impianto di accensione Serve per garantire l innesco e quindi l esplosione della miscela ariabenzina Per far scoccare la scintilla serve una differenza di potenziale tra gli elettrodi della candela di / Volt, a causa dell alta temperatura e dell alta pressione presenti nella camera di scoppio. Per ottenere tale valore si usa: o Un circuito primario in cui passa corrente a bassa tensione (basso voltaggio) avvolto al quale si trova o Un circuito secondario con molte spire in cui nel momento in cui nel primario viene interrotta la corrente si induce un alta tensione, proporzionale al numero delle spire, tensione che viene inviata alle candele. o L insieme dei circuiti è detto bobina L interruzione nel circuito primario si ottiene mediante il ruttore, le cui estremità (puntine platinate) si aprono e si chiudono meccanicamente.

15 Impianto di accensione Sulle auto la corrente del primario è fornita dalla batteria (non affidabile). Sugli aerei si usano i magneti (calamite entro le quali ruota il primario, in cui viene perciò indotto un campo elettrico a bassa tensione). Per sicurezza ci sono due magneti e due candele per cilindro. La scintilla scocca 15 / 20 gradi prima del p.m.s. (anticipo) perché la fiamma ha un certo tempo di propagazione (non è istantanea); sugli aerei i cui motori funzionano più o meno a giri costanti anche l anticipo è costante. Candele: a) un elettrodo centrale ed uno o più laterali b) quando la differenza di potenziale supera il potere isolante dell aria si ha la scintilla c) la distanza tra gli elettrodi è stabilita dal costruttore ed è molto importante; tale distanza può essere ridotta da accumulo di residui della combustione (ad es. il piombo tetraetile che però non è più usato nelle benzine come antidetonante) per evitare ciò è necessario che la candela mantenga una determinata temperatura ( candele calde e candele fredde), può essere aumentata dall usura

16 Impianto di alimentazione Garantisce il corretto afflusso della miscela aria-benzina Il rapporto tra il peso della benzina ed il peso dell aria è detto titolo o rapporto stechiometrico: 15:1 - se c è troppa aria la miscela è magra (EGT aumenta, rischio grippaggio) - se c è troppa benzina la miscela è grassa (EGT diminuisce, più fumo, cattiva combustione, imbrattamento candele possibili cause includono il filtro dell aria intasato ed il carburatore da regolare) Il carburatore è l organo preposto alla formazione della miscela ariabenzina - Durante la fase di aspirazione l aria aspirata dai pistoni passa nel venturi ed aumenta di velocità - Nel venturi c è uno spruzzatore che vaporizza la benzina che viene quindi trascinata via dall aria in movimento - La quantità di miscela che giunge nella camera di scoppio è regolata da una valvola farfalla, che si controlla con la manetta

17 Impianto di alimentazione Lo starter ( aria ) diminuisce l afflusso d aria rendendo la miscela ricca (utile per gli avvii al freddo; siccome riduce la massima potenza erogabile va chiusa prima del decollo) Collegamento con la meteorologia: - Nel venturi l aria aumenta di velocità, quindi diminuisce di pressione, quindi si raffredda adiabaticamente - Inoltre, l evaporazione della benzina sottrae il calore latente necessario per il cambio di stato -la temperatura scende di 10 / 15 ; se scende al di sotto del punto di congelamento dell acqua si può formare ghiaccio al carburatore sulle pareti del condotto e sulla valvola a farfalla. - Il primo sintomo è un calo di giri; situazione di pericolo: umidità > 80% e OAT di 10 / 15 - Rimedio: variare ripetutamente la posizione della manetta (sugli aerei di A.G. c è anche il comando dell aria calda al carburatore)

18 Correzione della miscela Con o senza EGT ( Exaust Gas Temp) Aria calda al carburatore Pompa elettrica carburante Strumenti base: - contagiri - manometro press olio - temp. Olio - amperometro - flussometro -MAP -temp. cilindri

19 Classificazione dei motori: prefisso in lettere che definisce se è acrobatico, senso di rotazione ecc.ecc.; la cilindrata, ed un suffisso che indica gli accessori. TBO = Time Between Overhauls, definisce il tempo in ore di volo per il quale il costruttore ritiene che un motore possa funzionare ( varia )