Le valvole e il moto nei condotti di aspirazione e scarico (da G. Ferrari, Motori a Combustione Interna)

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1 Le valvole e il moto nei condotti di aspirazione e scarico (da G. Ferrari, Motori a Combustione Interna) Le valvole regolano il flusso dei fluidi in entrata e uscita dal cilindro dei motori a 4 tempi, con la corretta fasatura illustrata dal diagramma della distribuzione (figg. VIII.4 e VIII.5 e tabella VIII.1). La valvola è del classico tipo a fungo, la cui nomenclatura è illustrata nelle figg. 2.4 e 2.5. La sezione di efflusso, A v,varia con l alzata della valvola, e si calcola diversamente per i casi di alzate medio-piccole, medio-alte e alte. Definendo i valori limite delle alzate per ognuno dei tre casi come illustrato nella figura a mano libera, le corrispondenti superfici di efflusso sono così definite: per alzate medio-piccole è la superficie laterale di un tronco di cono circolare retto con base minore pari al diametro minimo del piattello della valvola, d v, base maggiore pari al diametro massimo del piattello della valvola, d M, e generatrice perpendicolare alla sede valvola, l = h sin β, per cui: A v = π 2 (d v + d M ) l = h sin β Per alzate medio-alte la generatrice del tronco di cono non può più essere perpendicolare alla sede valvola e diventa l = (s sin β) 2 + (h s cos β) 2, per cui: A v = π 2 (d v + d M ) h 2 + S 2 2 S h cos β Quando la sezione così calcolata raggiunge il valore corrispondente alla sezione minima trasversale della valvola, A v = π 2 (d v 2 d s 2 ), si considera quest ultima quale sezione effettiva di efflusso. Poiché essa è indipendente dall alzata, è evidente che un ulteriore aumento di quest ultima non ha più senso (in molti casi è una situazione limite che non viene raggiunta).

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5 La portata attraverso le sezioni così definite può essere calcolata nell ipotesi di flusso quasistazionario, per cui dipende dalla differenza di pressione istantanea tra condotto e cilindro e dal coefficiente di efflusso (in entrata e in uscita), che determina l area efficace di efflusso (vedi fig. 2.6). I valori del coefficiente di efflusso in funzione dell alzata si possono determinare sperimentalmente al banco di flussaggio stazionario (Fig. 2.7). Per motivi di praticità il coefficiente di efflusso è così definito: C = m a m i dove m a è la portata d aria misurata e m i è la portata teorica che fluirebbe in condizioni isoentropiche ideali attraverso la sezione trasversale, costante, della sede valvola, π d 2 v /4. Sia nelle condizioni di prova che nelle condizioni effettive di funzionamento in un motore i valori di C sono praticamente indipendenti dal numero di Reynolds (e quindi dalla differenza di pressione a cavallo della valvola), e si possono utilmente diagrammare in funzione di del rapporto h/d v, come in Fig Il coefficiente di efflusso così definito ingloba gli effetti delle perdite fluidodinamiche e della legge di variazione delle aree di efflusso con l alzata. Se si vogliono evidenziare solo le prime è necessario riferire il coefficiente di efflusso, C f, alla sezione di passaggio variabile, definita convenzionalmente come la superficie laterale di un cilindro di diametro d M e altezza h. Si possono così evidenziare i dettagli fluidodinamici illustrati nella Fig con riferimento a una valvola di aspirazione e nella Fig con riferimento a una valvola di scarico, oltre ad analizzare l influenza della forma dei condotti, come nelle Figg e 2.19.

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9 Per quanto riguarda i valori di differenza di pressione tra condotti e cilindri che si realizzano istante per istante nel motore, questi dipendono dalla fluidodinamica instazionaria dei condotti. Si possono distinguere effetti inerziali, dovuti al moto di trasporto in stazionario del fluido, e effetti d onda legati alla propagazione alla velocità del suono delle onde di pressione. Ne risultano andamenti delle pressioni come quelli descritti a titolo di esempio nelle Figg. 4.2, 4.3 per motori a 4 tempi e nelle Figg., 4.10 e 4.11 per motori a 2 tempi.

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