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COMBUSTIBILI CONVENZIONALICarlos SousaAGENEAL, Local Energy Management Agency of Almada MOTORI DIESEL E BENZINA Ciclistica a 4 tempi
Componenti principali
Sistemi ausiliari MOTORE DIESEL A 4 TEMPI ASPIRAZIONE L’aria entra nella camera di combustione COMPRESSIONE Con tutte le valvole chiuse, il pistone va sù, comprimendo l’aria nel cilindro
Incremento della temperatura dell’aria e della pressione MOTORE DIESEL A 4 TEMPI INIEZIONE Il combustibile è iniettato nel cilindro ad alta pressione, dopo la compressione dell’aria MOTORE DIESEL A 4 TEMPI ESPANSIONE Il combustibile si infiamma quando viene a contatto con l’aria calda
Il motore è così creato. MOTORE DIESEL A 4 TEMPI VAPORE DI SCARICO
Dopo la combustione, i gas combusti lasciano il cilindro attraverso la/le valvola/e di scarico MOTORE DIESEL A 4 TEMPI ASPIRAZIONE COMPRESSIONE ESPANSIONE VAPORE DI SCARICO INIEZIONE COMBUSTÃO MOTORE DIESEL A 4 TEMPI
Rapporto di compressione = COMPONENTI PRINCIPALI DEL MOTORE Pistone – Trasmette il movimento all’albero
Albero di connessione – Trasmette il movimento all’albero a gomiti
Albero a gomiti – Trasforma il movimento alternato in movimento circolare COMPONENTI PRINCIPALI DEL MOTORE Distribuzione (apertura/chiusura delle valvole)
Sistema di raffreddamento (previene il surriscaldamento dei componenti)
Lubrificazione (riduzione di piombo, lavaggio dei componenti, ecc.)
Combustibile (aspirazione di carburante )
PRINCIPALI SISTEMI AUSILIARI Doppio albero a camme in testa,
DOHC Albero a camme laterali
DISTRIBUZIONE DISTRIBUZIONE Finalità: SISTEMI DI RAFFREDDAMENTO Raffreddare i componenti del motore:
Mantenere il motore ad una temperatura accettabile (es. evitare che i componenti si surriscaldino)
mantenere le proprietà fisico-chimiche del lubrificante (facilmente alterabile a temperature troppo elevate )
Riscaldare l’abitacolo per la climatizzazione del veicolo
Migliorare la partenza a freddo Pompa acqua
Termostato
Radiatore
Ventilatore
Sistema di riscaldamento
SISTEMI DI RAFFREDDAMENTO L’olio del motore non serve solo a lubrificare ma è anche dotato di:
Proprietà altamente detergenti e disperdenti
Caratteristiche altamente antiossidanti
Buona capacità di raffreddamento (contribuisce al raffreddamento del motore)
Buona capacità di neutralizzazione degli acidi
Ottima resistenza agli sbalzi di temperatura (caldo e freddo) SISTEMA DI LUBRIFICAZIONE SISTEMA DI LUBRIFICAZIONE SISTEMA DI COMBUSTIONE Finalità:
Una volta immesso il combustibile nel motore, esso si miscela con l’aria calda all’interno del cilindro, evapora, si infiamma e brucia Iniezione indiretta
INIEZIONE DIRETTA
Iniezione diretta nei cilindri
Pressioni d’iniezione più elevate
Tecnologia più costosa e sofisticata
Iniettori multipli SISTEMA DI COMBUSTIONE INIEZIONE DIRETTA – INIEZIONE INDIRETTA
A CONFRONTO INIEZIONE DIRETTA – INIEZIONE INDIRETTA
A CONFRONTO
INIEZIONE DIRETTA Squish e swirl INIEZIONE DIRETTA SISTEMI DI INIEZIONE Pompa radiale e in linea
Iniettore-pompa
Common Rail
SISTEMI DI INIEZIONE Pompa in linea 600...700 bar 1 000 bar all’estremità dell’iniettore SISTEMI DI INIEZIONE Pompa radiale 1 000 / 1 500 bar all’estremità dell’iniettore SISTEMI DI INIEZIONE Vantaggi
Nessun tubo di carburante ad alta pressione
Pressioni d’iniezione più elevate
Minor consumo di carburante
Potenza e coppia migliori a basse velocità del motore
Iniettore Pompa
2000 bar Pressão máx. 1350 – 1500 bar SISTEMI DI INIEZIONE Common-Rail
1 800 2 000 bar Vantaggi
Migliore controllo iniezione
Riduzione di rumorosità e vibrazioni
Buon consumo di carburante
Coppia e potenza buone
Riduzione di emissioni inquinanti
MOTORI A BENZINA Il motore a benzina permette di utilizzare:
Una miscela di aria e carburante
Aria, con carburante immesso direttamente nel cilindro – Motori ad Iniezione Diretta Source: Total TURBOCOMPRESSIONE Finalità: Aumentare il rapporto potenza/peso
Un compressore aumenta la densità dell’aria prima di essere immessa nei cilindri
Svantaggi (relativi ai motori atmosferici - “non-turbo”):
Complessità e costi maggiori
Maggiori alterazioni fisiche e termiche del motore
Vantaggi:
Migliori coppia e potenza
Migliore consumo di carburante TURBOCOMPRESSIONE TURBOCOMPRESSIONE Geometria variabile
Maggiore coppia su l’intera gamma delle velocità del motore
Migliore consumo di carburante
Maggiore potenza TURBOCOMPRESSIONE TURBOCOMPRESSIONE SCAMBIATORE DI CALORE
Finalità: Aumentare il rapporto potenza/peso
Lo scambiatore di calore raffredda l’aria dopo la compressione e prima della sua ammissione nei cilindri:
Maggiore massa d’aria nei cilindri
Più carburante
Maggiore coppia
Più potenza
FORMAZIONE E CONTROLLO DEGLI INQUINANTI La combustione dei motori Diesel è caratterizzata da un’alta concentrazione di particelle inquinanti derivanti da combustibile (scarsa atomizzazione/vaporizzazione del carburante).
Maggiori inquinanti:
Sostanza particellare (PM)
Idrocarburi incombusti, HC
Monossido di carbonio, CO
Ossidi d’azoto, NOx
FORMAZIONE E CONTROLLO DEGLI INQUINANTI Controllo delle emissioni:
Ricircolazione dei gas di scarico, EGR
Filtri del Particolato
Catalizzatori Catalizzattori Controllo delle emissioni
Diesel:
Ricircolazione dei gas di scarico, EGR (previene la formazione di NOx)
Filtri del Particolato, attivi e passivi (PM)
Catalizzatori per ossidazione (HC e CO)
Riduzione catalitica selettiva, SCR (NOx in N2 e H2O)
Benzina:
Catalizzatori trivalenti
Catalizzatori per ossidazione (CO e HC in CO2 e H2O)
Catalizzatori per la Riduzione (NO in N2 e O2) Qualità del combustibile, diesel: Il diesel è cetano derivato (C10H22)
Il Numero di Cetano: Indica la capacità maggiore o minore del combustibile di auto accensione ( diminuire il ritardo per l’auto accensione)
15: Modesta capacità di auto accensione: isocetano
100: Elevata capacità di auto accensione: cetano
Numero di cetano minimo richiesto: 51
Tenore in zolfo: Meno di 50 ppm Carburante a basso tenore di zolfo
Elimina le emissioni di anidride solforosa (SO2)
Riduce le emisssioni PM
Meno di 10 ppm: Carburante senza zolfo (Dal 2009) FORMAZIONE E CONTROLLO DEGLI INQUINANTI RENDIMENTO ENERGETICO COPPIA
Energia generata in un giro del motore, determinato dalla combustione del carburante [kg.m o N.m].
1 kg.m=9.8 N.m
Maggiore è la coppia, più efficiente è il motore per il regime del motore dato.
POTENZA
Energia generata per unità di tempo [W o CV].
1kW = 1,36 CV
1 CV = 0,736 kW
RENDIMENTO ENERGETICO Curva della coppia
Mostra la distribuzione della coppia durante l’intera gamma di velocità del motore, a pieno carico (con massimo afflusso di carburante).
Dovrebbe essere quanto più piatta per garantire una buona risposta del motore a tutte le velocità.
RPM x N.m (oppure kg.m) RENDIMENTO ENERGETICO Curva di potenza
Mosta la distribuzione di potenza durante l’intera gamma di velocità del motore, a pieno carico (con massimo afflusso di carburante).
RPM x kW (oppure CV) RENDIMENTO ENERGETICO CO2 emissioni per litro: Benzina leggermente meno del Diesel
CO2 emissioni per km: il Diesel usa meno carburante... …emette meno CO2
Il rendimento energetico varia in funzione della compressione
II rapporto aria/combustibile è variabile nei motori Diesel.
Il rapporto aria/combustibile è costante nei motori a Benzina (stechiometrico: 14.7 / 1), a prescindere da carico e velocità.
Nei motori a gasolio il rapporto aria/combustibile può abbassarsi fino a 100 / 1. Offrono quindi, rispetto ai motori a benzina, un rendimento di combustibile a carico parziale tanto più importante. RENDIMENTO ENERGETICO Rapporto di compressione Teorico rendimento del motore Motori Diesel Motori a benzina RENDIMENTO ENERGETICO Lavoro utile Procedura ideale Perdite stechiometriche Perdite di combustione Variazioni di velocità Perdite Perdite di carico Perdite
87% Motore a benzina, guida in zona urbana DIESEL – BENZINA A CONFRONTO DIESEL – BENZINA A CONFRONTO INDUSTRIA AUTOMOBILISTICA – UNA CURIOSITÀ Nel 1976, la Volkswagen coniò la sigla “GTI”, senza tuttavia registrarla.
Quasi tutti i costruttori automobilistici l’hanno usata!!
Poi, nel 1991, la Volkswagen coniò la sigla “TDI” e la registrò. Il risultato fu che… INDUSTRIA AUTOMOBILISTICA – UNA CURIOSITÀ TDI – VAG Group TiD - Saab
JTD - Alfa, Fiat, Lancia D- 4D - Toyota
d - BMW D5- Volvo
CRD - Chrysler, Jeep HDI - Peugeot, Citroën
TDdi - Ford Di-D – Mitsubishi
TDCi - Ford dTi - Renault
CDTi - Honda dCi - Renault
CRDi - Hyundai CDT – Rover
DvTdi – Mazda DTI – Opel
DiTD – Mazda
CDI – Mercedes
DDTi – Nissan Riassumendo…. Vantaggi del motore Diesel:
Miglior rendimento energetico: usa meno carburante/energia (funziona con rapporti di compressione più alti)
Vantaggi del motore a Benzina:
Migliore accensione a freddo
Meno rumorosità e vibrazioni
Più elasticità (velocità del motore più alte)
Più leggero
Maggiore potenza rispetto a un motore Diesel delle stesse dimensioni Riassumendo…. Investire nel motore e la tecnologia Diesel significa:
Migliorare l’atomizzazione del carburante (più alte pressioni d’iniezione)
Migliorare il flusso all’interno del cilindro
ottimizzare l’iniezine per ridurre rumorosità e vibrazioni
Massimizzare potenza e coppia senza che ne risenta il consumo di carburante (ottimizzare la turbocompressione)
Ottimizzare l’iniezione di combustibile per ridurre il consumo di carburante (es.: tecnologie per l’iniezione nei motori) Le compagnie petrolifere lavorano per:
Aumentare il numero di cetano
Abbassare il tenore in zolfo Riassumendo…. Grazie al Prof. Tiago Farias, docente presso l’Università Tecnica di Lisbona
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