motori a scoppio - Aero Club Savona

APPUNTI MOTORE A SCOPPIO
Maurizio Pizzamiglio
MOTORI A SCOPPIO
Motori a combustione a volume costante o ad accensione a scintilla ossia a
combustibile gassoso o liquido leggero che viene evaporato e mescolato con aria
prima di essere aspirato nel cilindro dove avviene la combustione.
Nel motore viene introdotta cioè una miscela di combustibile e aria comburente che
viene poi infiammata con un apposito dispositivo (candela); da qui la denominazione
di motori ad accensione. Poichè la combustione avviene repentinamente ed "a
volume costante" tali motori si denominano anche "motori a scoppio" (od a ciclo
Otto). La tecnica moderna in alcuni motori (aviazione-corsa) fa avvenire la
carburazione nell'interno o immediatamente accanto del cilindro mediante l'iniezione
del combustibile durante la fase di aspirazione.
MOTORI A SCOPPIO
Nei motori a scoppio, l'energia termica è sviluppata dalla combustione della miscela
carburante-aria che provoca un aumento di energia elastica degli stessi prodotti della
combustione che agiscono direttamente sugli organi del motore trasformandola in
energia meccanica.
Il motore a scoppio quindi nelle sue linee generali dovrà rappresentare la possibilità
di alimentare una camera di combustione ( o di scoppio ), di provocare la
combustione della miscela aria carburante e di trasformare l'energia elastica o di
pressione dei gas combusti, ( agente a intermittenza in quanto la combustione
avviene per quantità parziali di miscela ), in energia meccanica, con moto rotatorio in
quanto questa è la forma che più facilmente si può sfruttare per la necessità della
trazione.
MOTORI A SCOPPIO
Nel motore a scoppio quindi potremo individuare:
1) un sistema di alimentazione e distribuzione che fornisce la miscela carburantearia in dosi appropriate e la distribuisce a tempo debito;
2) un sistema di accensione che provoca la combustione della miscela;
3) una camera di combustione o di scoppio in cui avviene la combustione;
4) un sistema meccanico che sia atto a ricevere l'energia elastica dei gas a moto
rettilineo ed a trasformarla in energia meccanica a moto rotativo;
5) un sistema di scarico che allontani i gas combusti che hanno ceduto parte della
loro energia elastica e permetta quindi di rinnovare nel motore le fasi anzidette.
Per chiarezza di esposizione, giacché il sistema meccanico ( indicato al punto 4 ) è
quello che si mantiene pressoché costante, nelle sue linee generali in tutti i motori, è
opportuno fin d'ora, descrivere la costituzione ed il funzionamento. Esso è
denominato sistema biella-manovella
MOTORI A SCOPPIO
1 Albero ad eccentrici.
2 Punteria.
3 Dado registrazione punteria.
4 Molla richiamo valvola.
5 Guidavalvola.
6 Valvola.
7 Candela.
8 Testa.
9 Corpo cilindri (monoblocco).
10 Anelli elastici di tenuta.
11 Anello elastico raschia olio.
12 Stantuffo o pistone.
13 Spinotto.
14 Bottone di manovella.
15 Manovella.
16 Perno di manovella.
17 Coppa o carter.
MOTORI A SCOPPIO
MOTORI A SCOPPIO
Tale sistema è composto di uno stantuffo o pistone che scorre linearmente entro un
cilindro, essendo articolato ad una asta rigida, biella, che a sua volta è collegata alla
manovella .Lo spostamento del pistone, provocato dalla pressione dei gas nella
camera di scoppio, determina, una rotazione dell'albero a gomiti.
Tale rotazione cesserebbe al punto morto inferiore se l'inerzia del sistema non
facesse continuare nella sua rotazione l'albero a gomiti e non riportasse il pistone al
punto morto superiore, cioè in posizione tale da poter ricominciare, spinto dai gas
combusti, la sua discesa verso il basso.
Come vedremo in seguito, tale rappresentazione è un pò semplificata; per il
momento basta però a spiegare la trasformazione del moto alternato ( tale si
chiama il moto di andare e venire del pistone ) in moto rotatorio.
MOTORI A SCOPPIO
Abbiamo innanzi accennato a due particolari posizioni del pistone: il punto morto
superiore ( che indicheremo in seguito PMS ) e punto morto inferiore ( che
indicheremo con PMI ). Tale denominazione deriva dal fatto che il pistone, giunto al
termine della sua corsa di discesa o salita, prima di invertire il moto per risalire ( o
discendere ) lungo la canna del cilindro, è per un brevissimo tempo fermo ( morto ): la
specificazione inferiore o superiore sta ad indicare rispettivamente la posizione del
pistone più vicina all'asse geometrico dell'albero a gomiti e la più lontana, Spesso si
usa dare tale denominazione anche alla posizione della manovella, la quale si troverà
nel PMI quando sarà dalla parte opposta a quella del pistone rispetto all'asse
dell'albero a gomiti e si troverà nel PMS quando sarà dal lato del pistone rispetto
all'asse dell'albero a gomiti: queste posizioni della manovella
MOTORI A SCOPPIO
• Alesaggio= diametro interno del cilindro
• Cilindrata= volume descritto dal pistone
• Camera di scoppio= spazio tra cielo del
pistone e PMS
• Rapporto di compressione= rapporto tra
volume tot.(camera di scoppio/cilindrata )
e volume camera di scoppio
MOTORI A SCOPPIO
• Nei motori aeronautici di solito l’elica è in
presa diretta con l’albero motore.
• In alcuni casi, con motori di elevata
potenza, ci può essere un riduttore
• Esistono motori con cilindri in linea ,o
stellari
• Particolare attenzione al raffreddamento
MOTORI A SCOPPIO
ciclo termico “OTTO”
1-2 Aspirazione
P
r
e
s
s
i
o
n
e
2-3 compressione
4
3-4 scoppio
4-5 espansione
5-1 scarico
5
3
1
2
Volume
MOTORI A SCOPPIO
AAS = Anticipo Alzata Scarico
AAA = Anticipo Alzata Aspirazione
RCS = Ritardo Chiusura Scarico
RCA = Ritardo Chiusura Aspirazione
Scoppio
12°+10°= lavaggio
Entrambe le valvole aperte
MOTORI A SCOPPIO
parametri caratteristici
• Rendimento volumetrico, è il rapporto tra la
carica reale e la carica teorica.
• Carica teorica è il peso aria-combustibile che
teoricamente potrebbe essere contenuta
• Carica reale è il peso che effettivamente
entra.(varia con la quota,numero dei giri).
• Il rendimento non supera 0,85
• Il rapporto tra grammi di aria e grammi di
benzina si chiama rapporto stechiometrico
( 15:1)
• La miscela risulta povera 20:1, ricca 10:1
MOTORI A SCOPPIO
parametri caratteristici
• Autoaccensione si verifica quando la
miscela si incendia prima della scintilla
• Detonazione si verifica quando la fiamma
si propaga in tempi brevissimi
• Il numero di ottano esprime il potere
antidetonante, cioè il potere di ritardare la
detonazione
MOTORI A SCOPPIO
Impianto di accensione
• Serve per garantire l’innesco e quindi l’esplosione della miscela ariabenzina
• Per far scoccare la scintilla serve una differenza di potenziale tra gli
elettrodi della candela di 15.000/20.000 Volt, a causa dell’alta temperatura
e dell’alta pressione presenti nella camera di scoppio. Per ottenere tale
valore si usa:
- Un circuito primario in cui passa corrente a bassa tensione (basso
voltaggio) avvolto al quale si trova
- Un circuito secondario con molte spire nel momento in cui nel primario
viene interrotta la corrente si induce un’alta tensione, proporzionale al
numero delle spire, tensione che viene inviata alle candele.
- L’insieme dei circuiti è detto bobina
• L’interruzione nel circuito primario si ottiene mediante il ruttore, le cui
estremità (puntine platinate) si aprono e si chiudono meccanicamente.
MOTORI A SCOPPIO
Impianto di accensione
• Sulle auto la corrente del primario è fornita dalla batteria (non
affidabile). Sugli aerei si usano i magneti (calamite entro le quali ruota il
primario, in cui viene perciò indotto un campo elettrico a bassa tensione).
Per sicurezza ci sono due magneti e due candele per cilindro.
• La scintilla scocca 15° / 20° gradi prima del p.m.s. (anticipo) perché la
fiamma ha un certo tempo di propagazione (non è istantanea); sugli aerei i
cui motori funzionano più o meno a giri costanti anche l’anticipo è
costante.
• Candele:
a) un elettrodo centrale ed uno o più laterali
b) quando la differenza di potenziale supera il potere isolante dell’aria si
ha la scintilla
c) la distanza tra gli elettrodi è stabilita dal costruttore ed è molto
importante; tale distanza può essere ridotta da accumulo di residui della
combustione (ad es. il piombo tetraetile che però non è più usato nelle
benzine come antidetonante) per evitare ciò è necessario che la candela
mantenga una determinata temperatura ( candele calde e candele fredde) ,
può essere aumentata dall’usura
MOTORI A SCOPPIO
Impianto di alimentazione
• Garantisce il corretto afflusso della miscela aria-benzina
• Il rapporto tra il peso della benzina ed il peso dell’aria è detto titolo
o rapporto stechiometrico: 15:1
- se c’è troppa aria la miscela è magra (EGT aumenta, rischio grippaggio)
- se c’è troppa benzina la miscela è grassa (EGT diminuisce, più fumo,
cattiva combustione, imbrattamento candele possibili cause includono il filtro
dell’aria intasato ed il carburatore da regolare)
• Il carburatore è l’organo preposto alla formazione della miscela ariabenzina
- Durante la fase di aspirazione l’aria aspirata dai pistoni passa nel venturi
ed aumenta di velocità
- Nel venturi c’è uno spruzzatore che vaporizza la benzina che viene quindi
trascinata via dall’aria in movimento
- La quantità di miscela che giunge nella camera di scoppio è regolata da una
valvola farfalla, che si controlla con la manetta
MOTORI A SCOPPIO
Impianto di alimentazione
Lo starter (“aria”) diminuisce l’afflusso d’aria rendendo la miscela ricca (utile per gli
avvii al freddo; siccome riduce la massima potenza erogabile va chiusa prima del
decollo)
• Collegamento con la meteorologia:
- Nel venturi l’aria aumenta di velocità, quindi diminuisce di pressione, quindi si
raffredda adiabaticamente
- Inoltre, l’evaporazione della benzina sottrae il calore latente necessario per il
cambio di stato
- la temperatura scende di 10° / 15°; se scende al di sotto del punto di congelamento
dell’acqua si può formare ghiaccio al carburatore sulle pareti del condotto e sulla
valvola a farfalla.
- Il primo sintomo è un calo di giri; situazione di pericolo: umidità > 80% e OAT di 10°
/ 15°
- Rimedio: variare ripetutamente la posizione della manetta (sugli aerei di A.G. c’è
anche il comando dell’aria calda al carburatore)
MOTORI A SCOPPIO
•
•
•
•
•
Correzione della miscela
Con o senza EGT ( Exaust Gas Temp)
Aria calda al carburatore
Pompa elettrica carburante
Strumenti base:
- contagiri
- manometro press olio
- temp. Olio
- amperometro
- flussometro
- MAP
- temp. cilindri
MOTORI A SCOPPIO
• Classificazione dei motori: prefisso in
lettere che definisce se è acrobatico,
senso di rotazione ecc.ecc.; la cilindrata,
ed un suffisso che indica gli accessori.
• TBO = Time Between Overhauls, definisce
il tempo in ore di volo per il quale il
costruttore ritiene che un motore possa
funzionare ( varia 1800-2000)
Tipologia di Motori
CASTELLO MOTORE
29
Rotax 912 ULS 100 Hp
Lycoming
540
360
Maggiori differenze
•
•
•
•
•
•
•
•
Rotax
Motore 4 tempi
Boxer 4 cilindri
Raffr.aria
Teste cil. raffr.a liquido
5500 rpm
lubrificazione forzata con
pompa e serbatoio olio
separato
R. compress 11:1
Rid. Giri elica 2,43:1
Lycoming
•
•
•
•
•
•
Motore 4 tempi
4/6/8 cilindri
Raffr. Aria
N.A.
2700 rpm
lubrificazione forzata con
pompa e coppa olio
incorporata
• R.compress 8:1
• Rid. Giri elica 1:1
Raffronto
Cilindri e candele
Raffronto
Collegamento motore/elica
Raffronto
Iniezione vs Carburatore
Problemi di ghiaccio
Citius Filtro olio
Citius Elica
Circuito Olio (Citius)
Circuito Acqua (Citius)
Manette
PA32
Citius