Motori a Combustione Interna - Università di Cagliari

Motori a Combustione Interna Salvatore Cabitza

Corso di laurea magistrale in Ingegneria Meccanica Cagliari Maggio 2017

L’energia termica sviluppata dalla combustione può essere trasformata:  in energia meccanica (energia cinetica utilizzata per la propulsione) o  in lavoro meccanico (disponibile su un albero) mediante un ciclo termodinamico, che condiziona il rendimento. Il più semplice è il ciclo Lenoir che prevede la presenza del solo espansore e quindi è l’unico che può essere eseguito da una macchina motrice semplice. Rendimento molto basso. Gli altri cicli, Otto,Diesel, Joule, etc. (a rendimento più alto) richiedono anche la presenza di una macchina operatrice (compressore) per cui possono essere eseguiti solo dagli impianti termici. Nel MCI volumetrico è presente un solo organo mobile (pistone) che esegue sia la compressione che l’espansione del fluido evolvente.

Motori a Combustione Interna

Motori a Combustione Interna Sfruttano l’energia termica di un fluido prodotta dalla combustione. A flusso stazionario (continuo) Turbina a Gas Parte dell'energia dei gas è usata per il compressore Usa un compressore e una turbina TG con albero motore Il lavoro dell'albero può essere usato per muovere un'elica, un generatore elettrico, un rotore (elicottero)

A flusso instazionario (discontinuo) Pulsoreattore * L'energia dei gas è usata per la propulsione Non sono presenti parti in movimento

MCI con albero motore L'energia dei gas è usata per muovere l'albero motore Un unico organo mobile per compressione e espansione

Turbofan Parte dell'energia dei gas è usata per la propulsione, parte per muovere un'elica intubata (fan)

Accensione comandata Carica premiscelata (omogenea) accensione innescata da una scintilla

Turbogetto Parte dell'energia dei gas è usata per la propulsione, parte per muovere il compressore

2 Tempi Un ciclo termico ogni giro dell'albero

Statoreattore (Ramjet) Propulsione a reazione senza compressore né turbina Usa il "ram effect" (compressione dinamica) Razzo * Propulsione a reazione Usa un ossidante diverso dall'aria

a combustibile solido Combustibile e ossidante sono premiscelati

4 Tempi Un ciclo termico ogni 2 giri dell'albero Accensione per compressione Carica premiscelata solo in piccola parte accensione spontanea 2 Tempi Un ciclo termico ogni giro dell'albero 4 Tempi Un ciclo termico ogni 2 giri dell'albero

a combustibile liquido Combustibile e ossidante miscelati in camera di comb.

N.B. Solo gli elementi con * possono essere considerati macchine semplici

Classificazione

 Campi di applicazione: I più svariati, in particolare propulsione aerea e navale e trazione terrestre.  Potenze variabili da pochi Watt a diverse centinaia di Mwatt.

Motori a Combustione Interna

 Wartsila-Sulzer RTA96-C diesel turbo-sovralimentato a 2T, costruito 



in Finlandia, usato in navi porta container 14 cilindri: peso 2.300 ton; L 31,97 m; H 13,32 m; potenza massima 84,42 MW a 102 giri/min; 6.030 kW/cil Rendimento: 51% D = 960 mm C = 2500 mm

 Cox Tee Dee 010 Impiego: Aeromodellismo Peso: 13 gr Cilindrata: 0.163 cm3 D: 6,02 mm C: 5,74 mm Potenza: 21 W a 32.500 giri/min Accensione: Glow plug  Miscela: olio di ricino (15 - 20%), nitrometano (0 - 50%), + metanolo Rendimento (< 12%)

MCI alternativo più piccolo al mondo

 Il Wartsila-Sulzer RTA96-C è il più grande MCI alternativo, ma i razzi Boosters dello Space Shuttle sono molto più potenti (≈ 31.320 MW dovuti alla spinta generata dai gas di scarico)  Il più potente MCI dotato di albero: Turbina a gas terrestre Siemens SGT5-8000H (425 MW) usata per la produzione di energia elettrica  Rendimento: 40%

MCI a flusso stazionario più potenti

 Motore composito “Sabre” dell’inglese Reaction Engine.  Funziona come turbina a gas, ramjet e razzo.  Alimentato ad aria fino a Ma 5,4 e a ossigeno liquido fino a Ma 25.

Propulsore spaziale del futuro

 Il MCI volumetrico può essere con moto alternativo o rotativo (rototraslatorio nel Wankel).  Il motore alternativo è stato il primo MCI costruito (Barsanti e Matteucci 1854) e ancora oggi dopo oltre 150 anni è la macchina termica più utilizzata, in particolare nella trazione stradale, e anche quella a rendimento più alto.  Presenta ancora oggi diversi punti deboli per cui si può dire che é il “peggior sistema usato in campo automobilistico esclusi tutti gli altri”.

Moderno MCI ad accensione comandata

Motore Wankel (Mazda Renesis)

 Accensione grazie all’energia fornita da una scintilla.  Carica premiscelata omogenea  Propagazione della combustione per fronte di fiamma

Combustione per fronte di fiamma

MCI ad accensione comandata

 La combustione richiede un opportuno rapporto aria/combustibile  Miscela povera: brucia tutto il combustibile, velocità di combustione bassa, rendimento massimo  Miscela stechiometrica: condizioni ideali, la combustione completa richiede tempi sufficientemente lunghi  Miscela ricca: viene utilizzata tutta l’aria, velocità di combustione alta, potenza massima


 Andamento della pressione nel cilindro


 Influenza del rapporto di compressione e dell’angolo di anticipo


 Ciclo reale (indicato)


 Detonazione


 Detonazione


 Funzione di Vibe.

Processo di combustione

 Funzione di Vibe per un motore ad accensione comandata


 Regolazione per parzializzazione.  Perdite di pompaggio elevate che condizionano il rendimento a carico parziale.

Combustione per fronte di fiamma


   

Getto del combustibile. Carica disomogenea (stratificata). Turbolenza di “swirl”. Turbolenza di “squish”.

MCI ad accensione per compressione (Diesel)

 Rilascio termico (Heat Release Rate).  Combustione premiscelata (detonante).  Combustione diffusiva (lenta).


 Andamento della pressione nel cilindro


 Diagramma di Vibe.  Frazione bruciata.  Gradiente del rilascio termico.


 Doppia funzione di Vibe.


 Influenza dell’anticipo di iniezione.


 Camere di combustione ad iniezione diretta. Camera di combustione tipo MAN

Camera di combustione toroidale


 Motori a precamera.


 Regolazione dei MCI Diesel aspirati.


 Andamento della pressione nei MCI Diesel 4T.


 Valvole per MCI a 4Tempi.

Valvole a fungo

Valvole rotanti

Ricambio della carica

 Sistemi di distribuzione.

Aste e bilancieri

Bilanciere a dito

A doppio bilanciere

2, 3 Albero a camme in testa

A bicchierino

4 doppio albero a camme in testa


 Fasatura dei MCI a 4 Tempi.


 MCI a 2 Tempi.

Lavaggio a correnti trasversali

Lavaggio tipo Schnurle


 Lavaggio unidirezionale.


 Lavaggio nei MCI a 2 Tempi.


 Fasatura dei MCI a 2 Tempi.

Fasatura di aspirazione simmetrica

Fasatura di aspirazione asimmetrica


 Valvole di aspirazione per MCI a 2 Tempi.


 Grandezze caratteristiche dei MCI.

Motori a combustione interna volumetrici

 Grandezze che influenzano le prestazioni.

 Potenza: ηg, ρa, λv, n (u) Il modo più facile è aumentare la velocità n mediante diminuzione del rapporto corsa/alesaggio e alleggerimento delle parti in movimento.  Coppia (lu): ηg, ρa, λv Bisogna intervenire sulle grandezze che condizionano lo scambio energetico.


 ηg - Rendimento termodinamico.  Influenza di rc e k (λ)


 ηg - Rendimenti dei MCI.


 ηg - Rendimento termodinamico.  

Modifica del ciclo termodinamico (ciclo Miller). Permette di ridurre drasticamente le perdite di pompaggio a carico parziale e di adottare la sovralimentazione senza incorrere nella detonazione (aumento sensibile del rendimento)

Ciclo limite

Ciclo reale


 ηg – Rendimento termodinamico.

 Si può migliorare diminuendo l’angolo di combustione  In questo modo il ciclo si avvicina di più al ciclo Otto e, a parità di rapporto di compressione, ηg aumenta sensibilmente.  Aumentano però la rudezza di funzionamento e le sollecitazioni meccaniche.


 ρa : Aumenta con la sovralimentazione.

 Si può ricorrere alla interrefrigerazione (intercooler) per abbassare la temperatura e aumentare ulteriormente la densità dell’aria.

Sovralimentazione in sede ideale.


 Sovralimentazione meccanica.  Risposta immediata ai bassi giri  Assorbe energia dall’albero motore

Volumetrico + turbo (Lancia Delta Rally)


 Sovralimentazione chimica.  Iniezione di Ossigeno all’aspirazione (Protossido di azoto N20)  Aumento di potenza pari al 50% - 60% per brevissimi periodi.  Usato nelle competizioni americane di accelerazione (Drag Racing).

Nitrous Oxide System


 Turbo-sovralimentazione.  Sfrutta l’energia dei gas di scarico.


 Turbosovralimentazione.

Ritardo di risposta (Turbo-lag)

Turbina a sezione variabile

Doppio turbo


 Sovralimentazione reale. Iveco turbodiesel 2.500 cc


 λv : Coefficiente di riempimento (non è un rendimento.

 Tiene conto della massa d’aria che entra effettivamente nel cilindro.  Normalmente è λv < 1 a causa di:   

Perdite di efflusso; Perdite di carico; Perdite per scambio termico.

perdite di efflusso


 λv : Influenza della fasatura e della sezione di passaggio.

 Una fasatura stretta (valori piccoli degli angoli AAA, RCA) limita le perdite di riflusso a bassa velocità ma impedisce il completamento del riempimento alle alte velocità.  Una fasatura larga (valori piccoli degli angoli AAA, RCA) aumenta le perdite di riflusso alle basse velocità ma assicura un riempimento maggiore alle alte velocità.

Per avere i vantaggi dei due → fasatura variabile a gradini o continua


 λv : Influenza della sezione di passaggio.

 Diminuendo il rapporto C/D a parità di cilindrata aumenta la sezione a disposizione delle valvole;  Aumentando il numero delle valvole aumenta la sezione di passaggio.

Nei motori da competizione: C/D fino 0,4 (F1) con 4 - 5 valvole


 λv > 1 Sfruttando gli effetti dinamici nei condotti.  Effetti inerziali  Il massa d’aria che fluisce nel condotto di aspirazione e che poi espande nel cilindro costituisce un sistema massa-molla che può entrare in risonanza se la velocità n del motore è pari a un multiplo pari della frequenza naturale del condotto.


 λv > 1 Sfruttando gli effetti dinamici nei condotti (λv = 1,25 in F1).  Effetti d’onda.  L’apertura della valvola di aspirazione determina la nascita di un treno d’onde di espansione che viaggiano nel condotto alla velocità del suono e che si riflettono all’imbocco come onde di compressione che favoriscono il riempimento.  Si possono avere effetti positivi (se il fenomeno è in fase con la legge di apertura) sia a valvola aperta che a valvola chiusa.


 λv >< 1 con gli effetti dinamici nei condotti.  Effetti inerziali e d’onda.  Si possono avere anche effetti negativi (se il fenomeno è in controfase con la legge di apertura) sia a valvola aperta che a valvola chiusa.

Al variare del regime del motore si avranno effetti positivi e effetti negativi. Per sfruttare solo gli effetti positivi → condotti a lunghezza o/e sezione variabile.

Tromboncini a geometria variabile


 λv : influenza di lunghezza e sezione dei condotti.  Effetti inerziali e d’onda.  Si possono avere anche effetti negativi (se il fenomeno è in controfase con la legge di apertura) sia a valvola aperta che a valvola chiusa.

Al variare del regime del motore si avranno effetti positivi e effetti negativi. Per sfruttare solo gli effetti positivi → condotti a lunghezza o/e sezione variabile.


     

Motore rotativo Gnome Omega ( 7 cilindri). D: 110 mm C: 120 mm V: 8.000 cc P: 50 hp n: 1300 giri/min

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel marino 2T doppio effetto.  Valvole desmodromiche Motore Fiat S 52 (1914).

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel 2T Junkers Jumo 250 a pistoni contrapposti.

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel 2T Napier Deltic a pistoni contrapposti.

Evoluzione dei MCI

 Motori aeronautici della 2^ guerra mondiale.

Napier Sabre con 28 cilindri a H con valvole a fodero

Rolls Royce Merlin con 12 cilindri a V

BMW 801 a doppia stella, GDI, turbo, valvole al sodio

Pratt&Whittney Wasp Major a quadrupla stella turbo

Evoluzione dei MCI

 Motori stradali.

Vespa 125 a cilindri contrapposti 171 km/h (1951)

Mercedes Formula 1 (1954) Iniezione diretta di benzina, Valvole desmodromiche.

Evoluzione dei MCI

 Fino agli anni 70 vengono privilegiate le prestazioni. Alfa Romeo Giulietta Sprint Cilindrata: 1290 cm3 Potenza: 65 CV a 6000 giri/min Velocità: 160 km/h km da fermo: 37 s 2 alberi a camme in testa carburatore doppio corpo

 1960: Intrododuzione delle prime normative anti-inquinamento negli USA.    

Miscela magra. Ricircolazione dei gas di scarico (EGR). Riduzione dell’angolo di anticipo accensione. Peggioramento delle prestazioni.

 1973: 1a crisi petrolifera dovuta al conflitto in medio oriente.  

Maggiore attenzione ai consumi (Rendimento). Diffusione del motore Diesel a precamera.

 1992 : Intrododuzione delle prime normative anti-inquinamento in Europa.   

Lo sviluppo dei MCI è condizionato dai problemi ambientali. Motore Diesel “common rail”. Motore a benzina a iniezione diretta (GDI).

Evoluzione dei MCI

 1992: Entra in vigore la normativa EURO 1.

Riduzioni previste dalle norme EURO anti-inquinamento

Evoluzione dei MCI

 Normativa Europea anti-inquinamento.

Evoluzione dei MCI

 Emissioni inquinanti.  Margini di miglioramento: elevati.  Gli inquinanti sono una conseguenza di un non-equilibrio causato dalle velocità di combustione ed espansione.  Combustione: Combustibile + O2 + N2 = H2O + CO2 + CO + HC + NO OK OK(?) No No No  Espansione: CO + HC + NO “restano congelati” a temperature più alte di quelle raggiunte. • •

Con un’espansione lenta senza perdite di calore: CO + HC + NO = H2O + CO2 + N2 Rallentare l’espansione ed eliminare le perdite di calore non è facile.

 Cause principali: partenza a freddo, transitori, motori vecchi o starati – il 90% dell’inquinamento è prodotto dal 10% dei veicoli.

Evoluzione dei MCI

 Influenza dell’indice d’aria e dell’anticipo.

Evoluzione dei MCI

 Cicli di prova.

Evoluzione dei MCI

 Normativa Europea anti-inquinamento.  I motori Diesel a precamera soddisfano la normativa fino a EURO 3.

Evoluzione dei MCI

 Normativa Europea anti-inquinamento.  Con le EURO 1 i motori a benzina hanno bisogno del catalizzatore trivalente.    

Sonda lambda (1). Funzionamento in condizioni stechiometriche (λ = 1). Centralina elettronica. Sistema di iniezione al posto del carburatore.

 2NO → N2 + O2

2CO + 2HC + 3,5O2 → 4CO2 + H2O

Evoluzione dei MCI

 Normativa Europea anti-inquinamento.

Carburatore doppio corpo

Finestra del catalizzatore

Iniezione indiretta

Evoluzione dei MCI

 Normativa Europea anti-inquinamento.  Ricircolazione dei gas di scarico per il controllo degli NOx.  Catalizzatore DeNOx  Filtro antiparticolato (DPF)

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel filtro DPF e catalizzatore SCR.

DPF (Diesel Particulate Filter) Filtro antiparticolato

SCR (Selective Catalytic Reduction) – Riduzione NOx

Evoluzione dei MCI

 Gestione motore tramite Centralina elettronica Bosch (ECU).

ME-Motronic system diagram 1 Carbon canister, 2 Shut-off valve, 3 Canister-purge valve, 4 Intake-manifold pressure sensor, 5 Fuel rail/fuel injector, 6 Ignition coil/spark plug, 7 Phase sensor, 8 Secondary-air pump, 9 Secondary-air valve, 10 Air-mass meter, 11 Throttle device (ETC), 12 EGR valve, 13 Knock sensor, 14 Engine-speed sensor, 15 Temperature sensor, 16 Lambda sensor, 17 ECU, 18 Diagnosis interface, 19 Diagnosis lamp, 20 Vehicle immobilizer, 21 Tank pressure sensor, 22 In-tank unit, 23 Accelerator-pedal module, 24 Battery.

Evoluzione dei MCI

 Motori Diesel FIAT ”common rail” Unijet (1997).

Evoluzione dei MCI

 Motori Diesel FIAT “common rail” Multijet.

Evoluzione dei MCI

 Motori Diesel “common rail” Multijet.

Evoluzione dei MCI

 Motori Diesel “common rail” - Gestione Multijet.

Evoluzione dei MCI

 Motori Diesel “common rail” - Gestione Multijet.

Evoluzione dei MCI

 Iniettori per motori Diesel.

Iniettore pompa (Volkswagen)

Iniettore «common rail» (Bosch)

Iniettore piezoelettrico)

Evoluzione dei MCI

 Motori a iniezione diretta di benzina (Mitsubishi GDI).

Evoluzione dei MCI

 Motori a iniezione diretta di benzina (Mitsubishi GDI).

Evoluzione dei MCI

 GDI Mitsubishi.

Evoluzione dei MCI

 Motori a iniezione diretta di benzina (GDI).

Consumo al minimo: -40% Rendimento nel ciclo di prova: +33% Potenza: +10% Riduzione NOx: 97% prima del catalizzatore DeNOx Nel funzionamento a carica stratificata la valvola a farfalla non interviene.

Evoluzione dei MCI

 Gestione GDI.

Evoluzione dei MCI

 Sistemi di iniezione diretta.

Evoluzione dei MCI

 GDI Toyota.

Evoluzione dei MCI

 Gestione motore tramite Centralina elettronica Bosch (ECU).

Direct-injection engine with MED-Motronic components 1 Fuel supply (high pressure), 2 Accumulator (rail), 3 Fuel injector, 4 Ignition coil with spark plug, 5 Phase sensor, 6 Pressure sensor, 7 Knock sensor, 8 Engine-speed sensor, 9 Engine-temperature sensor, 10 Lambda sensor (LSU), 11 Three-way catalytic converter, 12 Exhaust-gas temperature sensor, 13 NOX catalytic converter, 14 Lambda sensor (LSF).

Evoluzione dei MCI

 Fasatura variabile tipo Alfa Romeo.

Evoluzione dei MCI

 Fasatura variabile con camme di forma diversa.

Variazione continua con alzata variabile (Ferrari)

Variazione discontinua (Honda VTEC)

Evoluzione dei MCI

 Fasatura variabile con alzata variabile BMW.

Variatore di alzata Valvetronic

Variatore di fase Vanos singolo e doppio

Evoluzione dei MCI

 Fasatura variabile FIAT Uniair.

Evoluzione dei MCI

 Fasatura e alzata variabile FIAT MultiAir.

Evoluzione dei MCI

 Distribuzione desmodromica.  La valvola viene comandata dalla camma sia in salita che in discesa, non è presente la molla di richiamo.  Sono possibili leggi di fasatura molto più ripide.

Fasatura

Ducati «desmo»

Evoluzione dei MCI

 Nuove soluzioni.  motore HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition).  Una miscela omogenea di aria e combustibile (benzina o gasolio) viene compressa fino al raggiungimento della temperatura di autoaccensione in prossimità del PMS.  Combustione molto veloce, teoricamente istantanea (ciclo Otto)  Sollecitazioni meccaniche elevate (non utilizzabile a pieno carico)  Rendimento elevato  Emissioni basse

Evoluzione dei MCI

 Motore HCCI.  Il principio di funzionamento non è nuovo e viene utilizzato nei micromotori per aeromodellismo fin dai primi anni del dopoguerra.  Compressione variabile con contro-pistone mobile.  Miscela a base di etere solforico, petrolio, olio di ricino e pro-detonante (Nitrito di amile o simili)

Movo D 2 (2 cm3 1946)

Bugl 15 (2,5 cm3 1975)

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel usato in modalità HCCI.

 Combustibile gasolio.  Temperatura di evaporazione alta.  Bassa resistenza all’autoaccensione.  Per controllare il punto di autoaccensione:  

ridurre rc ricorrere a EGR.

 Combustibile benzina CAI (Controlled Auto Ignition).  Temperatura di evaporazione bassa.  Alta resistenza all’autoaccensione.  Per controllare il punto di autoaccensione:   

aumentare rc preriscaldare aria di aspirazione ricorrere a EGR interno (ad alta temperatura).

Evoluzione dei MCI

 Motore HCCI a benzina con iniezione indiretta.  RCS circa 90°prima del PMS.  I gas di scarico rimasti nel cilindro vengono compressi per aumentarne la temperatura.  EGR variabile fra 40% e 75%.

Evoluzione dei MCI

 Motore HCCI a benzina con iniezione diretta.  L’iniezione avviene durante la fase di incrocio negativo delle valvole.  Iniezione pilota prima del PMS.  Questo combustibile può bruciare e l’innalzamento di temperatura permette di migliorare il controllo della combustione principale.  Iniezione principale dopo il PMS.

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel usato in modalità HCCI.  Punto d’incontro tra MCI ad accensione comandata e Diesel.  Vantaggi. Alto rendimento Bassissime emissioni di Nox

Svantaggi Controllo combustione difficile Utilizzabile solo a carico parziale

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel usato in modalità HCCI.  Emissioni di NOx.

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel usato in modalità HCCI.  Emissioni di particolato solido (Particulate Matter)

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel usato in modalità HCCI.  Rendimento alto.    

Combustione molto rapida al PMS. Miscela povera (cp/cv alto durante l’espansione). Rapporto di compressione alto. Perdite di pompaggio assenti per λ > 3 (non richiede valvola a farfalla).

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel usato in modalità HCCI.  Rendimento alto.

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel usato in modalità HCCI.  Problema peggiore: combustione troppo rapida.

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel usato in modalità HCCI.  Problema peggiore: combustione troppo rapida.  Possibile soluzione: Carica parzialmente premiscelata (PPC).

Evoluzione dei MCI

 Motore Diesel in modalità PPC presso l’Università di Lund (Svezia).

Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI

 Risultati ottenuti presso l’Università di Lund (Svezia).

Evoluzione dei MCI

 Prospettive future.

Evoluzione dei MCI

 Possibili sviluppi per l’autotrazione.

Evoluzione dei MCI

 Motori Mazda «SkyActiv» benzina e diesel.  Il punto di vista di Mazda

Evoluzione dei MCI

 Motori Mazda «SKYACTIV-G» benzina.       

Secondo la maggior parte dei costruttori → downsizing + turbo. Secondo Mazda → aumento del rapporto di compressione. Maggior problema → detonazione. Per evitarla → riduzione dei gas residui in camera di combustione. Iniezione diretta. Doppio variatore di fase. Ciclo Miller.


 Motori Mazda «SKYACTIV-G» benzina.  Una ulteriore riduzione della massa dei gas di scarico può essere ottenuta studiando opportunamente il sistema di scarico.

Evoluzione dei MCI

 Motori Mazda «SKYACTIV-G» benzina.  Risultati.

Evoluzione dei MCI

 Motori Mazda «SKYACTIV-G» benzina.  Prestazioni  Variatore di fase elettrico all’aspirazione e idraulico allo scarico.  Riduzione delle perdite di pompaggio del 20%.  All’avviamento accensione ritardata.

Evoluzione dei MCI

 Motori Mazda «SKYACTIV-D» diesel.    

Secondo la maggior parte dei costruttori → rc = 16 - 18. Secondo Mazda → rc = 14 + doppio turbosovralimentatore. Maggior problema → avviamento a freddo. Soluzione → candeletta + EGR interno con fasatura e alzata variabili.    

Il basso rapporto di compressione permette una miscelazione migliore del gasolio. Combustione più rapida con minori pressione e temperatura massima e sollecitazioni. Alleggerimento della struttura. Attrito ridotto del 20%.

Evoluzione dei MCI

 Motori Mazda «SKYACTIV-D» diesel.  Risultati.

Evoluzione dei MCI

 Motori Mazda «SKYACTIV-D» diesel.  Risultati.

Evoluzione dei MCI

 Motori Mazda «SKYACTIV-D» diesel.  Prestazioni.  Velocità massima → 5200 giri/min

Evoluzione dei MCI

 Motore Infiniti VC Turbo a compressione variabile.  Produzione prevista per il 2018.  Albero a doppia manovella per cambiare la posizione del pistone

Brevetto

Realizzazione testata

Evoluzione dei MCI

 Motore Infiniti VC-Turbo benzina a compressione variabile.  Cilindrata: 2000 cm3.  Rapporto di compressione variabile con continuità da 8:1 (potenza massima) a 14:1 (rendimento massimo).  Iniezione diretta.  Fasatura variabile.  Prestazioni:       

Potenza 200 kW, confrontabile con un attuale V6, Coppia 390 Nm. Riduzione del consumo del 27% rispetto a un V6. Emissioni di Nox e PM molto inferiori a quelle di un Diesel. Ciclo normale a rc bassi, ciclo Miller a rc alti. Vibrazioni ridotte di 1/3 rispetto a un 4 cilindri classico (simile a un V6 e non richiede alberi di bilanciamento). Rumorosità ridotta (da -30 dB a -10 dB)

Evoluzione dei MCI

 Motore Infiniti VC-Turbo benzina a compressione variabile.

Evoluzione dei MCI

 Mahle Turbulent Jet Ignition.  Iniezione del 5% di combustibile in precamera.  Numerosi punti di innesco in c.c. aumentano notevolmente la velocità di combustione.

Realizzazione testata Brevetto

Evoluzione dei MCI

 Mahle Turbulent Jet Ignition.  Funzionamento.

Evoluzione dei MCI

 Mahle Turbulent Jet Ignition.  Prestazioni.

Evoluzione dei MCI


L’abbassamento della temperatura a carico parziale minimizza la dissociazione e la presenza di NOx



Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI


Evoluzione dei MCI

Evoluzione dei MCI

 Emissioni di CO2.

Evoluzione dei MCI

 Curva caratteristica a pieno carico.

Impiego dei MCI

 Elasticità di un motore.  Indice di elasticità dinamica

Impiego dei MCI

 Curve caratteristiche al variare del carico.

Impiego dei MCI

 Consumo specifico.

Impiego dei MCI

 Piano quotato di un motore.

Impiego dei MCI

 Accoppiamento con generatore elettrico.

Impiego dei MCI

 Propulsione a elica.

Impiego dei MCI

 Propulsione a elica.

Impiego dei MCI

 Trazione automobilistica.

Impiego dei MCI

 Curve caratteristiche nel piano del veicolo.

Impiego dei MCI

 Curve caratteristiche nel piano del motore.

Impiego dei MCI

 Cambio di velocità nel piano del veicolo.

Impiego dei MCI

 Cambio di velocità nel piano del motore.

Impiego dei MCI

 Funzionamento a carico parziale nel piano del veicolo.

Impiego dei MCI

 Funzionamento a carico parziale nel piano del motore.

Impiego dei MCI

 Relazione tra la velocità del veicolo e quella del motore.

Impiego dei MCI

 Confronto tra motore normale e da competizione.

Impiego dei MCI

Motori a Combustione Interna - Università di Cagliari

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