Sistemi di accensione a confronto

[andrea-cesenat]

Dr. Alpha e non erroniamente Dr. Alfa, quando ci vieni a trovare in tanto in tanto?
il fronte di fiamma
Il carburante (benzina, metano, gpl, coiè idrocarburi) aspirati insime al comburente (quasi sempre aria, gli altri non li cito) entrano nel cilindro, vengono compressi e nel punto giusto dove la candela va a ionizzare la miscela creando calore, scocca la scintilla creando calore dai 700 ai 1000°C, avviene la combustione.
La combustione è una trasformazione chinica, quindi avviene una ossidurazione del combustibile e riduzione dell'aria, cioè il combustibile si ossida, però c'è un però, la fiamma è spontanea, perchè l'ambiente è caldo (gli spinotti della candela) alla temperatura giusta per il combustibile, c'è il combustibile e l'aria, quindi una terna per far si che si crei la combustione, calore+comburente+carburante.
Nell'ossidazione del carburante avviene anche uno scambio di elettroni delle varie mollecole, quindi la benzina, che è composto da carbonio e idrogeno, dona l'idrogeno per prendere l'ossigeno (nell'aria è una minima parte, il resto è tutto di più, è circa il 15%) e diventa anidride carbonica (un elemento gassoso), l'idrogeno prende l'ossigeno e diventa vapore acqueo (un elemento gassoso).
Durante la trasformazione si crea calore, mentre tende ad avere un risucchio, poi l'espansione dovuta alla temperatura, dove il vapore spinge , ma mai come l'anidride carbonica, dove è tremenda, perchè va a livello esponenziale, infatti una bobola di anidride carbonica in mezzo a un incendio può avere reazioni molto violente.
Quindi riassumiamo il fronte di fiamma attraversa delle fasi: riscaldamento, trasformazione creando calore, espansione e a una sua velocità per arrivare all'espansione, ecco il perchè dell'anticipo per sfruttare al massimo il la forza nel punto giusto, dove incomincia a scendere il pistone, ma va anche preso in considerazione il combustibile.
I combustibili usati possono essere diversi nei motori ad accensione comandata, metano, benzina, gpl, idrogeno, alcol, tutti quelli che si riescono a utilizzare per un motore a candele, però prendiamo i primi tre:

metano
è inodore e non si vede la fiamma se è puro, è composto da CH4, quindi quando brucia per creare anidride carbonica prende due mollecole di ossigeno (CO2), l'idrogeno prende altre due di ossigeno (H2O), insomma per farlo bruciare vuole 6 mollecole di ossigeno.
benzina
diventa gas ai circa 80°C, è composto da carbonio e idrogino, ma ha anche un metro per stabilire la catena della sua mollecola di carbonio (ottani), varia da C6H14 a C8H18, la prima per bruciare ha bisogno di 19 d'ossigeno la seconda di 27.
GPL (propano)
è un gas incolore e inodore puro, che diventa liquido a elevate pressioni, è composta da C3H8, per bruciare ha bisogno di 10 mollecole d'ossigeno.

Questi combustibili vengono utilizzati nel motore a accensione comandata, dove nella combustione, produrrebbero un calore elevato, ma per conservare il motore si usa una parte minima haimè :smiley_029: , l'altra viene assorbita trasmite la trasmissione di calore dalle pareti (cilindro) catturata dall'acqua che anche lei non può superare la sua temperatura per diventare gas (100°C).
Nel PMS il rapporto di compressione è attorno ai 10,5:1 a 11:1 (stiamo nell'alfa, altrimenti...), che tramite il rapporto puoi anche intuire quale sarà il regime massimo del motore, perchè più comprimi la miscela (carburante/comburente) e più brucia velocemente, certamente che deve tenere anche tutta la meccanica.
In questi motori, perchè la benzina è la più potente?
Ha bisogno di poco combustibile e diversa aria, però va considerato anche l'ambiente dove avviene la combustione, che è studiato per la benzina, il metano e il gpl è un ripiego.
Il gpl è secondo come potenza dopo la benzina, perchè in compressione diventa liquida (il liquido non lo comprimi), perchè chiede un pò meno d'aria e più combustibile.
Il metano è l'ultimo, perchè è che è gassoso e ha bisogno di molto carburante e meno aria, infatti chiede anche più anticipo perchè impiega più tempo a bruciare, ma se ripieghiamo un motore a diesel a l'utilizzo del metano (sempre uso di candele), si ribalta la questione e diventa potente, perchè dispone di molto più il rapporto di compressione.
Quindi meno carburante si usa più veloce brucia, ma c'è l'altra faccia della medaglia, il monossido di carbonio ( CH ) che si sviluppa quando è povera di aria e i NOx quando è ricca d'aria la miscela, sempre nel momento dello scoppio, infatti è stato inventato la sonda lambda per questo sia a benzina che per gli impianti a metano che a gpl per evitare questo.
ciao

 

[andrea-cesenat]

Dunque una premessa, io di motori all'interno non ci capisco una valvola, conosco solo la tecnica-teoria però faccio delle domande:
-Quanto incide la temperatura dell'impianto di raffredamento sul consumo del combustibile?
-Quando troppo rapporto di compressione per un motore alimentato a benzina e a metano, può causare rotture?
-Nella curva d'ombrello il rapporto comburente/carburante, quanto varia e se si ripete la stessa dose di miscela anche in cilindrate differenti (chi fa prove sul banco, lo dovrebbe sapere)?
al volo mi vengono queste domande....
ciao

 

[andrea-cesenat]

quanto incide la temperatura sul consumo
per ora rispondo a questa
Facendo un'osservazione dai 2.0 a una candela (75 2.0 a carburatori) appena carburata ai tempi nostri e un 2.0 TS (75 TS) sistemandola a una candela anche se è diverso, perchè non è nel mezzo della testata la candela, c'è uno sbalzo di circa 10°C, perchè la prima apre a la valvola di raffreddamento a 90°C e chiude a 80°C, mentre un TS apre a 97°C e chiude a 93°C.
C'è un rendimento maggiore anche dato dal minimo sbalzo della valvola sul TS però facendo bene attenzione alla preaccensione, se vogliamo esagerare non ricordo il mondiale di F1, dove c'era mi sembra la Renault che l'acqua di raffreddamento la teneva a 120°C di più no, esiste anche lo stress termico per il motore.
A 120°C l'acqua non deve essere in pressione atmosferica, ma se non mi sbaglio a 2 bar, dove ancora non diventa vapore acqueo e si riesce a rosicchiare dalla forza temica della combustione dal circa 40% del calore a quasi il 60%, infatti quel prototipo da competizione, dove gli altri erano V12, loro V8, consumava molto meno rispetto gli altri.

 

[Melo81]

Sostanzialmente il ciclo termico per avere massimo rendimento deve avere una temperatura media di funzionamento, entro la quale avvengono le fasi del motore....la temperatura più bassa si avrà nella fase di aspirazione la più alta in pieno scoppio, immediatamente prima dell'espansione dei gas....

Il motore di F1 a cui ti riferici era quello della BAR-Honda di 3 anni fa, dove il liquido di raffreddamento veniva mantenuto a 130°C ma in sovrapressione onde avere una temperatura media di ciclo più alta per aumentare il rendimento del motore, e dunque diminuire i consumi.....

 

[andrea-cesenat]

Bene,
è megliore e affidabile a 130°C del liquido di raffredamento un in ghisa o alluminio?

 

[Noyz]

Sostanzialmente il ciclo termico per avere massimo rendimento deve avere una temperatura media di funzionamento, entro la quale avvengono le fasi del motore....la temperatura più bassa si avrà nella fase di aspirazione la più alta in pieno scoppio, immediatamente prima dell'espansione dei gas....

Il motore di F1 a cui ti riferici era quello della BAR-Honda di 3 anni fa, dove il liquido di raffreddamento veniva mantenuto a 130°C ma in sovrapressione onde avere una temperatura media di ciclo più alta per aumentare il rendimento del motore, e dunque diminuire i consumi.....

perchè aumenta il rendimento termico aumentando il calore scusa? il calore non è una perdita nel computo del bilancio delle potenze?

 

[andrea-cesenat]

Dunque lo spiego in un modo che possano capirlo un pò tutti,
quì entra in ballo anche la densità mollecolare dei gas, cioè prendi una bobola d'aria a 0 bar, dove adesso saranno circa 35°C, la sigilli con un'orologio che tu possa vedere la pressione dei bar, la metti anche in un forno a 120°C, sicuramente vedrai, che c'è la presenza all'interno della bombola della pressione.
Discorso pari con dell'anidride carbonica, ma molto di più, perchè la densità con la temperatura varia in maniera esponenziale, infatti qualche post fà lo detto delle possibili reazioni di una bombola di anidride carbonica in un incendio.
L'impianto reffrigerante serve per conservare la primissima cosa la guarnizione di testa, poi a seguire manicotti e via dicendo, perchè la combustione nel PMS è di circa 1000°C poi sende, perchè viene assorbita dall'acqua, se potessimo avere un raffredamento a 1000°C, io per esempio avrei che 146 CV circa, ma 300 CV, forse anche più, ma non si dispone di materiali per questo impiego e se ci sono a che prezzo.
Alzare i gradi di raffreddamento serve solo a sfruttare nel PMS, quella spinta "maggiorata", quando il gomito arriva a 45° ritorna quasi normale, diciamo che viene sfruttato un pò di più.

 

[andrea-cesenat]

Oggi rispondo alla 2°
quando troppa compressione crea rotture.
Il rapporto di compressione tra il volume massimo e quello minimo della camera a scoppio, ovvero il volume compreso tra cilindro e pistone quando quest'ultimo è agli estremi della sua corsa (PMS).
Il rendimento è strettamente legato al rapporto di compressione, il rendimento aumenta con il rapporto di compressione, ma nella pratica esiste il limite che il carburante compresso eccessivamente può incendiarsi prima dello scoccare della scintilla della candela (preaccensione) compromettendo il funzionamento corretto della macchina, al contrario dei motori Diesel, dove il carburante viene iniettato solo dopo la compressione dell'aria, si possono avere rapporti di compressione maggiori.
dal 13:1 in poi un benzina crea preaccensione, per un metano è del 21:1.
Il rapporto di compressione è importante perché modifica la velocità di combustione della miscela aria/benzina, incidendo così sull'anticipo d'accensione al variare dei regime di funzionamento del motore, inoltre il tempo di combustione viene modificato anche dai seguenti fattori che ha spiegato nelle prime pagine Alfacorse:
-turbolenze (generate dalla fluidodinamica del gruppo termico), dove migliorano la velocità di combustione (andamento esponenziale all'aumento del regime).
Per turbolenze intendo quell'inierza della spinta che continua a spostare, come quando uno smettesse di spingervi, ma continuate per un pò ad andare avanti.
-velocità di combustione è sensibile alla miscelazione fra carburante e comburente per rimane costante ai vari regimi.
Quindi se entrambi rimangono costanti a tutti i regimi di funzionamento, bisognerebbe raddoppiare l'anticipo con il raddoppiare del regime, mentre non è così, dato che le turbolenze aumentano con l'aumentare (andamento esponenziale) dei regimi, di conseguenza arrivati a un certo regime si dovrà ridurre l'anticipo invece che aumentarlo con l'aumentare dei regimi.
Quindi modificando il rapporto di compressione con una diversa testata e cielo, si modifica la velocità di combustione e quindi anche la fascia di regimi motore dove si ha la combustione completa al PMS (punto morto superiore), piu precisamente avendo:
basso rapporto di compressione, si migliorano gli alti regimi (oltre i 8.000 rpm) e ai bassissimi regimi (meno di 1.500/2.000 rpm)
alto rapporto di compressione, si migliorano i medio-bassi regimi (dai 2.000 rpm fino a 6.000 rpm)
Per quanto riguarda i motori ad accensione comandata a fasatura variabile, maggiore è il rapporto di compressione e maggiore sarà il rendimento del motore, dato che così si aumenta la PME (pressione media effettiva) e di conseguenza anche la potenza specifica del motore, ovviamente sarà necessario spostare l'intera fasatura in ritardo dato il miglioramento della velocità di combustione, perchè l'anticipo infondo serve solo per dopo aver completato la combustione i gas devono solo spingere il pistone e non a andare a frenare la corsa in quella lieve salita del gomito, che comanda la biella e pistone, surriscaldamento eccessivo con possibile bucamento del pistone.

Credo che quì una dritta la può dare Melo81.
è un'opinione mia

ciao

 

[Melo81]

Andrea che devo dire.....sei stato esaustivo in pieno, hai detto tutto e direi anche...Brevemente...perchè qui si potrebbe scrivere tanto.....

Ciao

 

[andrea-cesenat]

Melo81 scrivi pure il dettaglio, ho guardato la discussione c'è un numero impressionante, 1354 visite e solo 94 post, quindi deduco, che se non scrivono in tanti, perchè è un'argomento di certo spessore; se non lo spieghiamo, la gente avrà delle idee confuse, scrivi il tuo prima poema Melo81, lo detto o poca esperienza dentro i motori, te fai prove sul banco, penso che ne sai più di me.
ciao