Confusione su turbolenze tumble e swirl ?????

[Alex147]

Ciao a tutti gli alfisti :decoccio:,
da un po di tempo mi sono messo a leggere un po di tecnica automobilistica ( motori endotermici, il bocchi ecc..) ma sinceramente la parte che non comprendo bene sono le turbolenze ( tumble e swirl ) che si creano all'interno del cilindro...ragionando si deduce che quando il pistone aspira l'aria dall'esterno attraverso la valvola di aspirazione aperta tra il condotto e la parte ''smussata'' della valvola si crea come un'impedimento e quindi una turbolenza, fin qui è chiaro...all'aumentare del numero di giri ovviamente per ottenere alti regimi si deve far variare l'accensione e quindi le turbolenze aumentano...però ad esempio sul 1750 TBi nella prova di nuvolari spiegavano che tra la sede e la valvola la miscela si addensava talmente da favorire il moto di ''tumble'' già a giri bassi del motore...la mia confusione che ho è questa: ma il moto di tumble come viene creato e come viene ''accentuato'' ad esempio sulle auto da F1...un ringraziamento anticipato a tutti :: Abbraccio :.

 

[Alex147]

Qualcuno mi potrebbe aiutare, o meglio spiegarmi riguardo alle turbolenze swirl e tumble ? :decoccio:

 

[andrea-cesenat]

Questa è una bella domanda che ne vale la pena approfondire....rientra su un discorso di fluido dinamica

Il motore a ciclo otto lavora a volume costante e ha bisogno a ogni regime di una fasatura giusta per ottimizzare il riempimento sia con lo scarico nella sua apertura nel suo incrocio valvole con quella di aspirazione, questa dove anticipare e dove chiudersi,ma con gli alberi a camme puoi ottimizzare fino a un certo punto dopo devi intervenire con variatori per andare in contro ai regimi.
Le valvole di loro aprono un canale dedicato e per l'aspirazione è importante questo come è inclinato rispetto l'asse della corsa del pistone, che se è perpendicolare, con la velocità del fluido, questo entra in linea con la testata, da quì in poi entrano in gioco le valvole su come sono inclinate rispetto l'asse della corsa del pistone.
Swirl sta per vortice ad asse orrizontale rispetto il cilindro e va bene con un pistone a fossa conca e magari a iniezione diretta con un iniettore che inietta a favore della turbolenza, si sposa bene e al momento della combustione il fronte di fiamma è a proiettile nel senso che la prima parte incomincia e va a lato poi si propaga per tutta la camera di combustione.
Nei 16V questo discorso viene naturale però ha il difetto che non riempe al top e bisognerebbe studiare bene la fasatura d'aspirazione, ma si ripaga nella combustione, il problema che se l'alzata valvola non è alta e magari si accentua col pistone a corsa lunga, ti ritrovi tanti micro vortici anziche uno e questi disturbano anziche mgliorare.
Tumble invece sta per un vortice verticale ed è parallelo all'asse della corsa del pistone, creando una spirale e si ottiene solo con un canale tangenziale rispetto al cilindro entrando a "lato", sulla parete, decentrato rispetto il centro e nei 16V se i canali sono dritti bisogna aprire una valvola da una parte, saltarne una e aprire l'altra che ora è dello scarico formando una X tra valvola di aspirazione e scarico chiedendo meno incrocio valvole, questa soluzione ha bisogno di un incrocio valvole maggiore se 2 valvole nei 16V sono a lato (tradizionale), perchè nel mezzo non ci arriva e cerca di intappola una parte dei gas combusti impedendo un ottimale riempimento, però con un pistone a corsa lunga è il top e si riempie in maniera uniforme.
Su un 8V come il mio a pistone bombato è una buona soluzione e avendo 2 candele si crea in fronte di fiamma dalle candele decentrate per esempio....

Tu Alex hai un diesel e l'incrocio valvole non ce l'hai, lui lavora a pressione costante, nel senso che aspira sempre al 100% senza rallentare il flusso conn una farfalla come un benzina e bruciando il gasolio, lui ha bisogno di aiuto per avere una combustione "ottimizzata", con un tumble quando il pistone arriva al PMS si trasferisce tutta la spirale dell'aria in quel fosettino al centro del pistone, nei mamion adirittura ha un'incisione a lato per accelerare la turbolenza che quando inietta il gasolio tende ad andare a lato in una spirale.

Tutto questo studio è servito per migliorare la combustione accelerando la turbolenza nel PMS riducendo i consumi e inquinamento e cercare di eliminare le turbolenze parassite che disturbano il riempimento...
:decoccio:

 

[Alex147]

Ciao Andrea,
innanzitutto ti ringrazio per avermi risposto e finalmente ho le idee c'è le ho piu chiare....:eclipsee_Victoria: quindi da quanto sto capendo i moti tumble sono ''creati'' dalle valvole e anche dalle forme del pistone, io credevo che dipendessero solo dalle forme o inclinazione dei condotti...:Bash: quindi i tumble sono piu favoriti nei 16v rispetto alle 8v, però come dici giustamete ''tirando da una parte'' ovviamente si ha lo sfavore di non avere un riempimento ottimale come un 8v che riempiono meglio dei 16v, e da intuizione credo anche del perchè i 16v necessitavano di aspirazione variabile come i TS ''fiat'' delle 156 ( a parte che ormai anche i variatori di fase continui aiutano molto ), mentre la 75 1.8 essendo un 8v non ha di questi problemi, infatti in Alfa Romeo avevano capito che un motore 8v erà piu pieno e piu vigoroso ai bassi giri, e se non erro la 75 aveva anche motori a corsa lunga...i vecchi alfa avevano un bel sound. un grazie di nuovo .:stretta:.

PS: bella la 75 è tua quella nella foto ?

 

[andrea-cesenat]

Dipende Alex, il concetto è uguale per entrambi sia il 8V che il 16V, nella mia 75 come tutte le altre, entra l'aria lineare e centrale e questo riesce a svuotare bene nel PMS anche grazie al pistone bombato che manda verso l'alto verso la testata e infatti riempendo bene già dall'inizio dei bassi fino a circa metà è al top, in più ha meno valvole da spingere e questo sfrozo in meno aiuta a scaricare altri Cv a terra e quì sveliamo l'arcano della classica coppia dei 8V, dopo la curva di coppia/potenza cala perchè gli 8V non riescono a compensare nello scambio e neccessiterebbero di tempi più lunghi che non hanno.
Il 16V facilita il swirl, perchè mezza parte alta della testata è aperta, ha il problema che se non entra in una certa velocità, la turbolenza voluta non è continua e entra disturbata da altre micro-turbolenze che impediscono il riempimento, non hanno molta coppia, perchè ci sono 8V in più da spingere per aprirle, il multiair e il variatore della BMW che lavorano sulle alzate per cercare di avere sempre il flusso a entrare sempre veloce cerca di impedire quelle parassite ripagando sul fronte di fiamma.
Nel Gruppo Fiat e anche prima di lei, i costruttori italiani hanno sempre rispettato uno standar, cioè il quadro è il 1.8, i superquadro (corsa corta) sono le cilindrate piccole dal 1.6 in giù e sottoquadro (corsa lunga) dal 2.0 in sù, i tedeschi invece partono come quadro dal 2.0, tranne le supersportive di lusso tipo Ferrari, Maserati, Porsche, ecc....
La corsa lunga è aiutato dal tumble con pistone bombato o fosettino a invito nei diesel centrale, perchè il vortice se fosse nell'altro verso, mentre scende va tutto bene e riempe in profondità, mentre sale nel ritorno si frastaglia e perde la sua efficacia, mentre il swirl aiuta i superquadri (corsa corta) col pistone a fossa conca e lo troviamo quasi sempre nel benzina.
I condotti possono avere anche loro nel pezzo aver ricavato una vite da creare la turbolenza "prima" della valvola e non deve andare "contro" la turbolenza nella camera di scoppio, quindi capire se deve essere in senso oraria o antioraria, per dare un esempio per capire meglio se fosse diesel 16V e vuoi fare un tumble nella camera di scoppio, devi avere entrambi i contotti nello stesso verso e devono finire le viti nello stesso punto e a metà tra l'alto e fianco, se invece fossero uno contrario all'altro (orario e antiorario) creano un swirl, per un 8V non fanno altro che amplificare quello che già si crea se i condotti sono tangenziali oppure creare volutamente un tumble dove non c'è.

Sì è mia da 11 anni, trapianto motore, rivisto impianto frenante e aspirazione, centralina, ecc....è un pò rivista, devo verniciarla che così non è i massimo
:decoccio:

 

[Alex147]

Capito...un'ultima domanda ai fini prestazionali le turbolenze cambiano un motore ? ad esempio ( attualmente, mentre 30 anni fà c'erano gli originali alfa che avevano piu coppia e piu potenza delle concorrenti ) ci sono tedeschi che fanno motori con coppie esagerate e potenze, vedi bmw 3.0 benzina aspirato con coppia max 270 Nm a 1500 rpm e 208 cv ecc...in che modo riescono a ottenere valori cosi elevati e a bassi regimi, cioe anche le turbolenze rientrano sempre in questo contesto ?... ti chiedo scusa per le molte domande ma è un argomento molto complesso, e visto che sei molto preparato in meccanica non saprei a chi altro chiedere .:stretta:..

 

[Alex147]

Scusa Andrea mi sono dimenticato, unito alle domande sopra cosa intendi per ''viti'' nei condotti ? grazie ancora .:stretta:.

 

[andrea-cesenat]

Capito...un'ultima domanda ai fini prestazionali le turbolenze cambiano un motore ? ad esempio ( attualmente, mentre 30 anni fà c'erano gli originali alfa che avevano piu coppia e piu potenza delle concorrenti ) ci sono tedeschi che fanno motori con coppie esagerate e potenze, vedi bmw 3.0 benzina aspirato con coppia max 270 Nm a 1500 rpm e 208 cv ecc...in che modo riescono a ottenere valori cosi elevati e a bassi regimi, cioe anche le turbolenze rientrano sempre in questo contesto ?... ti chiedo scusa per le molte domande ma è un argomento molto complesso, e visto che sei molto preparato in meccanica non saprei a chi altro chiedere .:stretta:..

30 anni fà l'Alfa Romeo aveva carburatori bicorpo con 4 farffale, non vado in particolari, butta l'occhio quà , con questo particolare avevano i motori un notevole incrocio valvole e la possibilità di prontezza per via di un carburatore per cilindro e non molto lontano dalla valvola a scapito dei consumi.
La BMW degli ultimi anni utilizza un variatore in aspirazione ad fasatura variabile in alzata-anticipo/ritardo e con questo sistema si eliminano quasi del tutto le turbolenze parassite e si tiene accelerato il fluido, oppure un altro sistema che prende in causa entrabi gli alberi e mantenendo lo stesso incrocio valvole se uno ritarda, l'altro anticipa o viceversa e lo trovo giusto.
Perchè il rapporto di compressione non cambia e quindi quella parte nel PMS non riesce a fare il lavaggio e andando a sistemare opportunamente le fasature delle valvole, si riesce ad avere la camera di scoppio riempita di solo aria, che per un benzina non è poco.
La BMW ha anche un particolare volano, uno fisso e uno centrifugo che si disattiva col salire dei giri donando quella coppia desiderata dai 16V TS....
La turbolenza l'ho capita su pelle, perchè porta ad migliorare notevolmente il fronte di fiamma ma se non ritardi la fasatura d'accensione surriscaldi il pistone da bucarlo, perchè la combustionesi è completata prima che il pistone scenda, in un tosaerba ne ho fatto fuori uno così, che sbateccava parecchio creando un tumble pardendo dal condotto di aspirazione che ti rispondo nell'altro post...
La preparazione che tu mi affermi è frutto di passione coltivata fin da piccolo che andavo da un meccanico fin dai tempi della scuola dell'obbligo (elementari-medie) fino ai giorni nostri, pensa mi è venuta la brillante idea di studiare perito meccanico a 36 anni su dei mattoni di libri!!

Scusa Andrea mi sono dimenticato, unito alle domande sopra cosa intendi per ''viti'' nei condotti ? grazie ancora .:stretta:.

Si scusa, non è corretto, diciamo scavare nel condotto, ma a spirale, questo porta ad far girare il fluido e la parte finale da come finisce davanti alla valvola, ha una risposta diversa nell'eficacia nel cilindro, pensa che solo l'iniettore benzina che si trova prima della valvola con questo scherzo viene nebulizzato meglio nel cilindro, non dico come una iniezione diretta, ma ci va vicino...

 

[Alex147]

Pensa Andrea che anch'io sono perito meccanico, a parte la scuola lasciamo perdere, ma la mia specializzazione è in macchine utensili, purtroppo il settore motoristico lo facevano distante da casa mia e quindi decisi di prendere su quella strada...sarà da 1 anno che mi sono interessato in maniera stancante ai motori a scoppio, ma ovviamente come tutte le cose se non si fà esperienza diretta dalla teoria alla pratica c'e un mare...

 

[Alex147]

tra l'altro i libri che leggo sui motori sono:
- motori endotermici
- motori a 4 tempi
tutti via web e ovviamente incompleti...