MCI PDF.pdf - Mario Carrara

IPS Mario Carrara– Guastalla (RE)

Tecnologie e Tecniche di Installazione e Manutenzione

Docente: Prof. Matteo Panciroli

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, …)


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Classificazione delle macchine • TURBOMACCHINE (turbine, compressori dinamici, …)

• MACCHINE VOLUMETRICHE - ALTERNATIVE (motori endotermici alternativi, compressori a pistoni, …) - ROTANTI (compressori a lobi, compressori a palette …)


3

Motori a combustione interna 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 Introduzione ai Motori a Combustione Interna

4

Motori a combustione interna Classificazione Modo di avviare la combustione

Accensione comandata (da una scintilla)

Accensione spontanea (per compressione)

Motori a ciclo Otto

Motori a ciclo Diesel


5

Motori a combustione interna Classificazione Durata del ciclo descritto

Ciclo completo in quattro corse del pistone:

Ciclo completo in due corse del pistone:

4 TEMPI

2 TEMPI


6

Motori a combustione interna Classificazione 2 TEMPI

4 TEMPI


7

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Motori a combustione interna Classificazione Fasi del motore a 4 tempi

Aspirazione

Compressione

Espansione

Scarico

Combustione Introduzione ai Motori a Combustione Interna

8

Motori a combustione interna Classificazione Fasi del motore a 2 tempi

Scarico

Travaso

Lavaggio Compressione

Espansione Introduzione ai Motori a Combustione Interna

9

Motori a combustione interna 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


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Motori a combustione interna Classificazione Alimentazione dell’aria

Motore aspirato

Motore sovralimentato

Motore turbocompresso


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Motori a combustione interna Classificazione Alimentazione del combustibile

Motore a carburazione

Motore a iniezione nel cilindro (diretta)

Motore a iniezione nei collettori di aspirazione (indiretta)


12

Motori a combustione interna 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


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Motori a combustione interna Classificazione Tipo di moto delle parti del motore in movimento

Alternativo

Rotatorio


Oscillante

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Motori a combustione interna Classificazione Sistema di raffreddamento

Ad aria

A liquido

Motore adiabatico


15

Motore alternativo

Architettura di un motore alternativo a 4 tempi


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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; Introduzione ai Motori a Combustione Interna

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GRANDEZZE GEOMETRICHE E CINEMATICHE CARATTERISTICHE 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; Introduzione ai Motori a Combustione Interna

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GRANDEZZE GEOMETRICHE E CINEMATICHE CARATTERISTICHE

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;


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GRANDEZZE GEOMETRICHE E CINEMATICHE CARATTERISTICHE 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 Introduzione ai Motori a Combustione Interna

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GRANDEZZE GEOMETRICHE E CINEMATICHE CARATTERISTICHE 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


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GRANDEZZE GEOMETRICHE E CINEMATICHE CARATTERISTICHE 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) Introduzione ai Motori a Combustione Interna

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GRANDEZZE GEOMETRICHE E CINEMATICHE CARATTERISTICHE 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: possibilità di un migliore alloggiamento delle valvole, possibilità di adottare valvole di maggior diametro, etc. Introduzione ai Motori a Combustione Interna

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GRANDEZZE GEOMETRICHE E CINEMATICHE CARATTERISTICHE Rapporto corsa/alesaggio, C/D: 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) Introduzione ai Motori a Combustione Interna

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NOMENCLATURA MANOVELLISMO

sB = l + r − l ⋅ cos ( π − γ ) − r ⋅ cos ϕ

sB = l + r + l ⋅ cos γ − r ⋅ cos ϕ Introduzione ai Motori a Combustione Interna

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SPOSTAMENTO DEL PISTONE

l ⋅ sen γ = r ⋅ sen ϕ

sen γ = λ ⋅ sen ϕ

Ponendo

r λ= l


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SPOSTAMENTO DEL PISTONE 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 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 Introduzione ai Motori a Combustione Interna

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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 Introduzione ai Motori a Combustione Interna

31

ESEMPIO APPLICATIVO SPOSTAMENTO DEL PISTONE 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

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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

Motori a Combustione Interna

39

Componenti motore Pistoni

Pistoni di motori ad accensione comandata Motori a Combustione Interna

40

Componenti motore Pistoni

Pistoni di motori ad accensione spontanea Motori a Combustione Interna

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

Diagramma polare della distribuzione Sistemi di attuazione delle valvole


46

Diagramma polare della distribuzione Sistemi di attuazione delle valvole 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) Motori a Combustione Interna

47

Diagramma polare della distribuzione Sistemi di attuazione delle valvole Valvole in testa OHV (Over Head Valves)

Albero a camme nel basamento e sistema aste-bilanceri Motori a Combustione Interna

48

Diagramma polare della distribuzione Sistemi di attuazione delle valvole Distribuzione desmodromica


49

Diagramma polare della distribuzione Legge di alzata delle valvole


50

Diagramma polare della distribuzione Ciclo reale


5125

TESTA MOTORE

Motore Ferrari F 512 M V 12 a 180° - Particolare della testa a quattro valvole Introduzione ai Motori a Combustione Interna

52

TESTA MOTORE

Motore Ferrari F 355 V 8 di 90° - Particolare della testa a cinque valvole Introduzione ai Motori a Combustione Interna

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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 )


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