UNICUSANO LAB - INGEGNERIA E RICERCA
I.P. A CURA DELL’UNIVERSITÀ NICCOLÒ CUSANO E DI SPORTNETWORK
ECCO COSA SUCCEDE NEI NOSTRI MOTORI Gli esperti dei laboratori di UnicusanoLab analizzano in due puntate la geometria dei pistoni per propulsori ad accensione comandata
U
NO DEI PRINCIPALI COMPONENTI DEI MOTORI AD ACCENSIONE COMANDATA È IL PISTONE CHE, GRAZIE AL SUO MOTO ALTERNATIVO PERMETTE DI TRASFERIRE L’ENERGIA SVILUPPATA DURANTE IL PROCESSO DI COMBUSTIONE ALL’ALBERO MOTORE. È importante evidenziare come il volume tra il pistone e la testa motore rappresenti la camera di combustione in cui si realizza questa importante trasformazione. Quando si progetta una camera di combustione, quindi, si devono tenere conto delle seguenti necessità: • Realizzare un processo di combustione veloce così da avere alta potenza specifica, ridurre la dispersione ciclica e minimizzare le emissioni inquinanti; • Garantire un elevato coefficiente di riempimento volumetrico al fine di massimizzare la potenza utile estraibile; • Minimizzare le perdite di calore verso l’esterno così da massimizzare il rendimento globale; • Consentire l’utilizzo di combustibili a basso numero di Ottano così da poter incrementare il rapporto di compressione (aumento del rendimento del ciclo) oppure utilizzare combustibili meno pregiati e quindi più economici. In termini del tutto generali, al fine di avere una combustione quanto più veloce possibile si devono realizzare delle camere di combustione compatte in maniera da raccogliere la quasi totalità della miscela negli intorni della candela. Naturalmente anche il posizionamento della candela riveste un’importanza strategica e, per quanto possibile, si cerca di posizionarla in maniera tale che il fronte di fiamma venga inizializzato in una posizione sufficientemente centrale. Un ulteriore
beneficio che deriva dalla realizzazione di camere di combustione compatte è la riduzione della superficie della camera stessa a contatto con il gas, così da limitare il flusso termico verso l’esterno. Un ragionamento un po’ diverso, invece, va fatto per le perdite di calore verso l’esterno. Come noto, queste sono influenzate dalle superfici di scambio termico e dalle condizioni di moto in camera di combustione. Una riduzione delle superfici di scambio termico, ottenuta realizzando camere di combustione compatte, permette di ridurre la superficie esposta ai gas e quindi di diminuire il flusso di calore perso verso l’esterno. Si fanno, infine, alcune considerazioni
sulla richiesta ottanica che è legata ad aspetti prevalentemente geometrici; questa, infatti, dipende dalla geometria della camera, dalla posizione della candela e dalla tendenza alla formazione di depositi carboniosi. Forme compatte e con elevata turbolenza consentono di incrementare il rapporto di compressione prima di verificare l’insorgenza della detonazione. Il corretto posizionamento della candela risulta essere nevralgico, infatti, qualora questa sia collocata in posizione centrale, permette di minimizzare il percorso che deve compiere il fronte di fiamma per bruciare completamente la carica presente nella camera di combustione. Daniele Chiappini, PhD Assistant Professor Fluid Dynamics and Internal Combustion Engines Università Niccolò Cusano