Cenni Cicli Motore

8/17/2019 Cenni Cicli Motore

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Corso di Laurea Ingegneria

Civile - AA 1112

orso :

Fondamenti di Trasporti

Lezione:

Meccanica dellalocomozione

Utilizzazione della potenza

a bordo

Giuseppe Inturri

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale

[email protected]


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Motori termici diesel otto

motor a ternat v per a traz one s v ono n ue gran

categorie in funzione del ciclo termico seguito:

motori a ciclo diesel (iniezione)

combustione della miscela aria-benzina avviene a volume

costante mentre ne li altri la fase di combustione del asolio

avviene a pressione costante.

Introduzione del corso2


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Nei motori a scoppio il combustibile è miscelato all’aria in un

,

precedente alla combustione ( iniezione in aspirazione ),

successivamente l’accensione della miscela avviene er mezzo di

una scintilla fatta scoccare da un apposito apparato elettrico

(candela).

Nei motori diesel il combustibile è iniettato nella camera dicombustione immediatamente prima della combustione stessa e

accens one avv ene per e evata temperatura e ar a com urente

per effetto della precedente compressione, oppure per la presenza

incandescente).



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I motori alternativi si differenziano, inoltre, per il tipo di regolazioneeffettuata.

Ne motor a scoppio a rego az one avv ene per var az one e a quant t

di miscela aria benzina che viene introdotta all’interno della camera di,

quantità di miscela benzina-aria che si utilizza, maggiore è la potenza

che si riesce ad ottenere dal motore.

Nei motori diesel la regolazione avviene per variazione della quantità digasolio iniettato all’interno della camera di combustione, definita

regolazione per qualità; al variare della quantità di gasolio che si

inietta, a parità di aria presente all’interno della camera di combustione, var a a compos one percen ua e e a m sce a gaso o – ar a m sce a

più ricca, miscela meno ricca).



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Ciclo otto

Di seguito (Fig.1) è rappresentato il ciclo teorico Ottonel diagramma pressione – volume del fluido

all’interno della camera di combustione:

Il fluido operante inizia il ciclo dal punto 1, a

pressione e temperatura atmosferica; da 1 a 2 si ha laase compress one a a at ca; a a s a a ase

di combustione a volume costante; da 3 a 4 si ha

l’espansione adiabatica, ossia senza scambio di calore

con l’esterno (sola fase attiva del ciclo che producelavoro utile); nel punto 4 terminano le trasformazioni

con lo scarico nell’atmosfera.

Il ciclo Otto è di tipo aperto, infatti da 4 a 1 si ha la

sostituzione dei prodotti della combustione con un, .

Introduzione del corso


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Ciclo diesel

Di seguito (Fig. 2) è rappresentato, in modo analogo,il ciclo teorico Diesel , che differisce sostanzialmente

dal ciclo Otto er il fatto che la trasformazione da 2

a 3 avviene a pressione costante;

per il resto valgono le medesime considerazionie ettuate per c c o tto.



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Prestazioni meccaniche di un autoveicolo Per prestazioni meccaniche di un autoveicolo si

intendono i valori della trazione, della velocità edell’accelerazione conseguiti durante il moto.

Le performance di un autoveicolo, di dato peso e

dimensioni, dipendono dalle caratteristiche delmotore oten a e co ia e della trasmissione(rapporti al ponte e al cambio).

Le caratteristiche del motore dipendonoesclusivamente dalle s ecifiche costruttive e dalle

condizioni di funzionamento del motore stesso. In un motore a combustione interna la potenza e la

’ motore

Le curve N = N ( n ) e C = C ( n ) assumono un.



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Prestazioni meccaniche di un autoveicolo Come si vede la potenza aumenta fino a raggiungere

un massimo in corrispondenza al numero di giri n 2(regime di potenza massima); la coppia inveceraggiunge il massimo in corrispondenza al numerodi giri n 1 (regime di coppia massima).

Le curve di oten a e di co ia dette curvecaratteristiche ) possono essere rilevatesperimentalmente al banco mediante un frenodinamometrico.

Al banco viene rilevata, per punti, la coppia infunzione del numero di giri dell’albero motorementre, il corris ondente valore della oten a si uòcalcolare mediante la formula:

60

6.32

nC rn

r

C

TV


.30270270270


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Prestazioni meccaniche di un autoveicolo 1) L’andamento delle curve di potenza e coppia è

limitato da due valori limite di numero di giri n min e

n .max

Il numero di giri minimo è individuato dal fatto che

per basse velocità di rotazione l’eventuale potenzaerogata non su c ente a v ncere a potenza

assorbita dagli attriti interni ai meccanismi del

motore ed alle fasi resistenti del ciclo

termodinamico ( n min può essere abbassato, ovenecessario, applicando un volano).

per alte velocità di rotazione gli elementi rotanti, o

dotati di moto alternato, del motore subiscono

danneggiamenti o rotture (motore in fuori giri).



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Prestazioni meccaniche di un autoveicolo

2) L’andamento della curva di potenza inizialmente

crescente, diventa decrescente raggiunto un

mass mo; questo avv ene a causa e a

comprimibilità dell’aria ed alle resistenze che questa

incontra nel condotto di aspirazione.

Infatti, ad alte velocità, l’aria presente nel condotto

non riesce ad entrare completamente all’interno del

,

erogata dal motore.



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Prestazioni meccaniche di un autoveicolo 3) La retta uscente dall’origine è tangente alla curva

di potenza in corrispondenza di un determinato

numero di iri ove si realizzano le condizioni di

coppia massima, infatti essendo per tutti i punti della

curva = 716,2 ⋅ n

il massimo di C si ha per il massimo del rapporto

N/n coefficiente an olare delle rette uscenti

dall’origine), che è anche la tangente alla curva dellepotenze.



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Prestazioni meccaniche di un autoveicolo Le curve caratteristiche sono rilevate con il

dispositivo di alimentazione a piena ammissione

“a tutto as” al diminuire dell’ammissione le

curve saranno più basse, perché diminuisce la

quantità di combustibile introdotto in camera di

conseguenza il valore di potenza che il motore

fornisce.

Man mano che si riduce l’ammissione, le curve simodificano abbassandosi, inoltre il valore di

oten a massima tende a s ostarsi verso un re imedi giri inferiore.

In figura è mostrato l’andamento della curva di

funzione dei vari gradi di ammissione.



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Prestazioni meccaniche di un autoveicolo L’andamento delle curve di coppia cambierà di

conseguenza, infatti risulteranno spostate verso

il basso al diminuire dell’ammissione C al 100

di ammissione, C' al 60% , C'' al 30 % ), e il

valore massimo di coppia si sposterà verso un

quanto spiegato al punto 3)



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Motore ideale

Si definisce apparato motore ideale quello che eroga sempre la medesimapotenza potenza mass ma a var aredel numero di giri.

La caratteristica di potenza di un motoreideale è costituita da una rettaorizzontale

La otenza di una macchina è data, a

meno di costanti numeriche, dalprodotto tra la coppia motrice e la velocità di rotazione dell’albero motore,e come già detto vale:



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Motore ideale

Poiché la curva di potenza di un motoreideale è una retta orizzontale, la curvacaratter st ca e a copp a, n ase a econsiderazioni precedentemente

esposte, sarà data da un’iperbole’equ a era, c e a come as n o asse

delle ascisse e l’asse delle ordinate, diequazione

• a ana s e e curve caratter st c e

tipiche dei motori a combustione

interna utilizzati per l’autotrazione, sinota che queste si discostano

notevolmente dalle curve proprie del

motore ideale .



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Motore ideale

Le curve caratteristiche di un veicolo inmoto, si ottengono considerando i

va or s orzo traz one n unz onedella velocità del veicolo, nella ipotesi

di mantenere fisso il rapporto dirasm ss one e me o.

L’andamento della funzione T = T ( v ) èanalogo a quello della curvacaratter st ca copp a, n att

motore ruote, ηt rendimento della

trasmissione, ed r raggio delle ruote


e ve co o;


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Motore ideale’ ,

infatti risulta

• Un motore con caratteristica simile a

quella del motore ideale risulta, perquanto detto, molto stabile ai fini della

diagramma T−

V le curve relative alleresistenze ordinarie al moto, di

equa one a ⋅ , s a c a acurve intersecano la curva di trazione in

corrispondenza di diversi punti diequ r o.

• Se per una qualsiasi causa, si ha un aumento delle resistenze al moto (es. resistenza

’


, ,

di equilibrio sarà caratterizzato da un valore di velocità inferiore e di coppia motricemaggiore.


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cartteristica stabilità del motore

12

12

t t

V V

g

P

dt

dv

g

PV RV T

T, R R2(V)Tmax

R1(V)T(V)

T2

T1

Introduzione del corso18 VV1V2


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Caratteristica non stabile del motore

12 V V PdvP

V RV T

T, RR2(V)

R1(V)

T(V)

T1

Introduzione del corso19 VV1


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Motore ideale

Il motore quindi reagisce all’aumento

delle resistenze al moto diminuendo la

velocità ed aumentando la coppia fornita,

analogamente si ha che per una data curva

delle resistenze una diminuzione della

velocità determina un aumento dello

sforzo di trazione rispetto le resistenze al

,

positiva proporzionale a T−

R . Il veicolo tende a riassumere la velocità di

equilibrio definita dall’uguaglianza T = R ;

questa capacità di adattamento del motore

alle condizioni esterne si definisceappunto stabilità del motore al moto.



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Motore ideale

Il motore a combustione interna nonpresenta una caratteristica di trazione

sempre individuata, all’aumentare delleresistenze, la velocità di equilibrio, mentreper il motore reale il campo delleresistenze per cui si realizzano regimi diequilibrio risulta limitato.

Ne consegue che per il motore reale lasta t garant ta entro un m tato

“range” di resistenze, da questalimitazione nasce l’esigenza di utilizzareun dis ositivo che consenta di variare ilcomportamento del motore in relazionealle diverse condizioni incontrate durante

il moto del veicolo (il cambio di ve oc .



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Motore ideale - elasticità

Un parametro utilizzato per definire ilcomportamento di un motore reale

’ motore, si definisce elasticità di unmotore in un punto il rapporto

E=dn dN

Per un motore ideale il valore di elasticità ècostante in ogni punto e risulta infinito,

= ,

di elasticità è variabile per ogni regime difunzionamento del motore.

Per i confronti è iù indicato riferirsi adun determinato tratto, tra due regimi n 1 en 2, e considerare un valore di elasticità

media:



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Il massimo indice di elasticità di un

motore si ha in corrispondenza al punto

in cui la caratteristica di potenza ha la

tangente orizzontale (punto A in Fig).

motore che fornisce una coppia costante

al variare del numero di giri, la potenza

eroga a a mo ore var er nearmen e,

conseguenza l’indice di elasticità di talemotore sarà piuttosto basso



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e a gura seguente rappresentato unconfronto tra le curve caratteristiche didue motori aventi differenti indici dielasticità

Quanto più la caratteristica della coppia èdiscendente, tanto più il motore è stabile,

erché è in rado di ris ondere a sensibili variazioni di carico esterno con piccole variazioni di giri, inoltre cresce l’indice dielasticità del motore, determinando la

rapporti. La tendenza attuale della progettazione

motori con prestazioni sempre piùesasperate, per data cilindrata. Si sono

quindi “impennate” le curve di potenza,con m nuz one e e ast c t e motor ;tutto questo determina la necessità diapplicare cambi di velocità con un


.


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Trasmissione e cambio

L’utilizzo di una trasmissionemeccanica consente di trasferire

alle ruote valori modificati di

coppia ed numero di giri (quindi

V ), la curva della trazione in

funzione della velocità del

veicolo, T = T ( V ), ha un

andamento del genere

on ntro uz one vers

rapporti del cambio di velocità, losforzo di trazione (o coppia) alle

ruote assume il seguente

andamento



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consumi

I motori a combustione interna, nel trasformare l’energia termica

, ,

h di funzionamento, una certa quantità di combustibile che prende

il nome di consumo s ecifico

Il consumo specifico dipende

dalle caratteristiche costruttive del motore e uindi dal suo

rendimento totale dal numero di giri

dal carico del motore (% della massima potenza utilizzata)



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consumi

In figura sono riportate le curve di potenza e consumo specifico al

regime di massima ammissione in funzione dl numero di giri



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Per il calcolo del consumo orario e del

consumo specifico valgono le seguenti

relazioni, con peso specifico del

carburante

Il consumo chilometrico si calcola

con le seguenti espressioni



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Efficienza energetica di un’automobile in ambito

Standby

17 %

Accessori

2 %Res.

Aereodinamica3%

Res.

Motore

100%

carburante

o oamen o

4%

Perdite del Perdite diRes. Inerzia

6%

63% 5%


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