FERRARI - Motori A Combustione Interna - Index [PDF]

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Indice

Prefazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Indice delle Tavole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Simboli e abbreviazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Caratteristiche dei motori a combustione interna

2. Alimentazione aria nel motore a quattro tempi

1.1 1.2 1.3

iii xii xiii

Classificazione dei motori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Campi di impiego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Parametri caratteristici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1 Grandezze geometriche e cinematiche . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.2 Coppia e potenza effettive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.3 Grandezze indicate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.4 Rendimento organico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.5 Consumo specifico di combustibile . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.6 Coefficiente di riempimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.7 Relazioni tra i parametri caratteristici . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Prestazioni dei motori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.1 Curve caratteristiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.2 Accoppiamento del motore all’utilizzatore . . . . . . . . . . . . 1.4.3 Consumi specifici di combustibile . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 3 13 14 16 18 20 21 22 23 24 25 28 32 36

2.1 2.2 2.3 2.4

39 40 44 45 45 47 48 48 50 54 55 58 64 69 75 75 76

2.5

2.6

Alimentazione aria nei motori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Analisi semplificata del processo in un motore a quattro tempi Determinazione del coefficiente di riempimento . . . . . . . . . . . Effetti quasi-stazionari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 Riscaldamento della nuova carica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.2 Resistenze fluidodinamiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Condizioni di flusso attraverso le valvole . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.1 Sezione di passaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.2 Coefficiente di efflusso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.3 Alzata massima della valvola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.4 Diametro della sede valvola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.5 Influenza dei particolari geometrici . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.6 Diagramma della distribuzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.7 Azionamento variabile delle valvole . . . . . . . . . . . . . . . . . Influenza dell’apporto di combustibile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.1 Effetto del rapporto aria/combustibile . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.2 Calore latente di vaporizzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

vi

Motori a combustione interna 2.6.3 Influenza del sistema di alimentazione del combustibile 2.7 Effetti di alcuni altri parametri motoristici . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.1 Temperatura dell’aria ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.2 Temperatura del refrigerante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.3 Rapporti geometrici caratteristici del motore . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Alimentazione aria nel motore a due tempi

4. Sistemi di aspirazione e scarico

5. La sovralimentazione

77 77 77 79 79 81

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

Il processo di lavaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Disposizione delle luci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Coefficienti globali caratterizzanti il lavaggio . . . . . . . . . . . . . . Coefficiente di efflusso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Analisi degli effettivi processi di lavaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1 Prove su motori al banco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.2 Rilievi su modelli fisici in scala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3 Alcuni risultati tipici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Progetto dei gruppi di lavaggio e scarico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.1 Area geometrica delle luci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.2 Dettagli nel disegno di luci e condotti . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.3 Ottimizzazione delle fasature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7 Scelta del coefficiente di lavaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8 Compressori usati come pompe di lavaggio . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

83 86 90 93 96 98 99 101 103 103 106 109 111 113 120

4.1 4.2 4.3

Funzioni dei sistemi di aspirazione e scarico . . . . . . . . . . . . . . Condizioni di moto dei fluidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Effetti dinamici in un motore a quattro tempi . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Effetto inerziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2 Effetti d’onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Effetti dinamici in un due tempi veloce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1 Dimensionamento della camera di espansione . . . . . . . . . 4.4.2 Sistemi di scarico a configurazione variabile . . . . . . . . . . 4.5 Collettori d’aspirazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Collettori di scarico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7 Modelli per il calcolo dei flussi in aspirazione e scarico . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

123 124 126 127 130 135 137 139 141 144 146 148

5.1 5.2 5.3

151 153 157 157 159 163 167 169 173 175 180 181 181 184 187 188

5.4 5.5 5.6 5.7

5.8

Definizioni e scopi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Classificazione dei sistemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La turbosovralimentazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1 Energia posseduta dai gas di scarico . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.2 Sistema a pressione costante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.3 Sistema ad impulsi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.4 Convertitori di impulsi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sovralimentazione del motore a quattro tempi . . . . . . . . . . . . . Sovralimentazione del motore a due tempi . . . . . . . . . . . . . . . . Il raffreddamento della carica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Accoppiamento del sovralimentatore al motore . . . . . . . . . . . . 5.7.1 Parametri di portata e di velocità delle macchine . . . . . . . 5.7.2 Compressore comandato meccanicamente . . . . . . . . . . . . 5.7.3 Turbocompressore azionato dai gas di scarico . . . . . . . . . Modelli per il calcolo del turbocompressore . . . . . . . . . . . . . . . 5.8.1 Temperatura all’ingresso in turbina . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Indice

6. Combustibili per motori

7. Alimentazione combustibile nel motore Otto

vii

5.8.2 Calcoli semplificati di tipo semi-empirico . . . . . . . . . . . . 5.8.3 Modelli gasdinamici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.9 Risposta al transitorio di un motore sovralimentato . . . . . . . . . 5.10 Motori per propulsione stradale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.11 Effetti della sovralimentazione sulle sollecitazioni meccaniche e termiche e sulle emissioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.12 Sovralimentazione secondo il ciclo Miller . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.13 Sovralimentazione ad onde di pressione: il Comprex . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

190 193 195 198

6.1 6.2 6.3

Esigenze dei motori a combustione interna . . . . . . . . . . . . . . . . Combustibili di origini fossili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Combustibili gassosi di origini fossili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.1 Effetti sulle prestazioni dei motori . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.2 Gas naturale di origini fossili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.3 Gas di petrolio liquefatto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Proprietà tecniche dei combustibili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.1 Rapporto di miscela stechiometrico . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.2 Potere calorifico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.3 Resistenza alla detonazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.4 Accendibilità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.5 Volatilità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.6 Specifiche relative alla composizione . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Combustibili rinnovabili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5.1 Biocombustibili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5.2 Bio-alcoli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5.3 Biodiesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5.4 Biogas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6 Idrogeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7 Sviluppi futuri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

213 215 218 219 221 222 223 223 225 227 233 236 237 238 239 241 243 246 248 252 253

7.1 7.2

257 260 260 261 265 266 268

7.3 7.4 7.5 7.6

7.7 7.8 7.9

Esigenze del motore a ciclo Otto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentazione a carburazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1 Carburatore elementare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.2 Dosatura del carburatore elementare . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.3 Circuito del minimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.4 Dispositivi di correzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Carburatore completo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Scelta delle dimensioni delle principali sezioni di controllo dei flussi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Carburatori a diffusore variabile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentazione ad iniezione di combustibile . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.1 Criteri di classificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.2 Iniezione diretta ed indiretta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.3 Iniezione pneumatica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.4 Confronto iniezione-carburazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dosatura del combustibile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La formazione della miscela combustibile-aria . . . . . . . . . . . . . Sistemi d’iniezione per motori Otto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.9.1 Iniezione a punti multipli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.9.2 Iniezione a punto singolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

203 205 208 210

271 274 275 275 277 279 280 282 283 287 287 288

viii

Motori a combustione interna

8. Iniezione di combustibile nel motore Diesel

9. Moto della carica nel cilindro

10. Combustione nel motore Otto

7.9.3 Iniezione diretta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.10 Regolazione della dosatura mediante sensori di O2 . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

289 290 293

8.1

L’iniezione nel Diesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.1 Esigenze del motore Diesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.2 Funzioni dell’apparato d’iniezione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.3 Principali sistemi d’iniezione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Soluzioni costruttive specifiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1 Pompe d’iniezione in linea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2 Pompe d’iniezione con distributore . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3 Unità d’iniezione a pompa-iniettore . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.4 Sistemi d’iniezione a common rail . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.5 I piezo-iniettori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.6 Gli iniettori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Caratteristiche dello spray di combustibile . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.1 Formazione dello spray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.2 Polverizzazione del getto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.3 Penetrazione del getto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.4 Diffusione del getto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4 Scelta dei componenti principali del gruppo di iniezione . . . . 8.4.1 Dimensionamento della pompa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.2 Dimensionamento delle tubazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.3 Dimensionamento dell’iniettore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.4 Legge d’iniezione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5 Comportamento effettivo del gruppo di iniezione . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

295 295 296 297 298 299 301 302 304 307 308 309 309 312 315 321 322 322 324 325 327 330 332

9.1 9.2

Importanza dei dettagli nei campi di velocità . . . . . . . . . . . . . . Caratterizzazione delle condizioni di moto . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.1 Separazione del moto turbolento da quello medio . . . . . . 9.2.2 Scale caratteristiche dei moti turbolenti . . . . . . . . . . . . . . 9.3 Movimenti rotatori organizzati della carica . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.1 Swirl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.2 Tumble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.3 Squish . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4 Evoluzione delle condizioni di moto durante il ciclo . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

335 337 337 342 345 346 351 355 357 360

10.1

363 363 365 368 371 373

10.2

Richiamo dei principi di combustione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.1 Velocità di combustione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.2 Autoaccensione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.3 Propagazione del fronte di fiamma . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.4 Combustione turbolenta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.5 Combustione diffusiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Combustione ad accensione comandata di una carica omogenea di ricchezza uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.1 Fasi del processo di combustione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.2 Propagazione del fronte di fiamma . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.3 Sviluppo della pressione nel cilindro . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.4 Calcolo della legge di rilascio dell’energia . . . . . . . . . . . 10.2.5 Evoluzione nel tempo della temperatura . . . . . . . . . . . .

374 375 379 382 384 386

Indice

11. Combustione nel motore Diesel

12. Formazione e controllo degli inquinanti

ix

10.2.6 Dispersione ciclica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3 Influenza dei parametri più significativi sul processo di combustione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4 Combustione ad accensione comandata di una carica stratificata 10.5 Forme di combustione anomala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.1 Accensione a superficie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.2 Detonazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.3 Combustione di tipo CAI: ad auto-accensione controllata 10.6 Progetto della camera di combustione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7 Modelli termodinamici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7.1 Modelli multidimensionali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

388

11.1 11.2

Caratteristiche del processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Il ritardo d’accensione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1 Processi fisici e chimici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.2 Correlazioni per il calcolo del ritardo . . . . . . . . . . . . . . . 11.3 Combustione in fase premiscelata e in fase diffusiva . . . . . . . . 11.4 Camere di combustione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4.1 Motori ad iniezione diretta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4.2 Motori a precamera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.5 Calcolo della legge di rilascio dell’energia . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.6 Combustione di tipo HCCI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.7 Simulazione del processo di combustione . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.7.1 Modelli termodinamici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.7.2 Modelli multidimensionali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

431 432 433 434 435 439 439 446 451 452 456 457 462 465

12.1 12.2

469 471 473 473 475 478 478 479 480 481 485 485 486 489 490 491 499 500 500 502 503 507 507 508

12.3

12.4

12.5

12.6

L’inquinamento atmosferico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Emissioni dallo scarico di un motore Otto . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2.1 Ossidi di carbonio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2.2 Idrocarburi incombusti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2.3 Ossidi di azoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Misura delle emissioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.1 Strumenti non dispersivi a raggi infrarossi . . . . . . . . . . . 12.3.2 Strumenti a ionizzazione di fiamma . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.3 Strumenti a chemiluminescenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.4 Cicli di misura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Controllo delle emissioni di un motore Otto . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.1 Interventi sui combustibili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.2 Azioni sull’alimentazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.3 Interventi sul processo di combustione . . . . . . . . . . . . . 12.4.4 Reattori termici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.5 Convertitori catalitici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.6 Diagnosi di bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Emissioni dallo scarico di un motore Diesel . . . . . . . . . . . . . . . 12.5.1 Formazione degli inquinanti gassosi . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5.2 Controllo delle emissioni gassose . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5.3 Ricircolo dei gas combusti (EGR) nei motori Diesel . . . . Il particolato emesso dai motori Diesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.6.1 Processo di formazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.6.2 Caratteristiche del particolato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

390 396 400 400 403 409 412 415 419 427

x

Motori a combustione interna

13. Controllo del rumore

14. Flussi di calore e sistemi di raffreddamento

12.6.3 Controllo delle formazione di particolato . . . . . . . . . . . . 12.7 Post-trattamento dei gas emessi dai motori Diesel . . . . . . . . . . . 12.7.1 Filtri per il particolato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.7.2 Rimozione degli NOx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.8 Veicoli elettrici ed ibridi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.8.1 Autovetture elettriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2.2 Autovetture ibride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

511 512 512 519 521 522 524 529

13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7

Il motore come sorgente di rumore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Richiami di acustica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rumore di combustione e meccanico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rumore gasdinamico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipi di silenziatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Valutazione dell’attenuazione prodotta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caratteristiche degli elementi di un silenziatore . . . . . . . . . . . . 13.7.1 Camera di espansione in serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.7.2 Capacità in parallelo o risonatore di Helmholtz . . . . . . . 13.7.3 Risonatore a colonna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.7.4 Silenziatore dissipativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.7.5 Effetto del flusso medio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.7.6 Silenziatori ad elementi perforati . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.8 Criteri di progetto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.9 Modelli di calcolo dei silenziatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

533 533 540 543 545 546 548 548 550 552 553 554 555 557 561 563

14.1 14.2 14.3

565 568 570 572 576 579 580 581 584 585 586 586 589 590 592 593 596 596 599 600 602 602

14.4

14.5

14.6

14.7

14.8

Bilancio energetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Impianti di cogenerazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Processo di trasmissione del calore in un motore . . . . . . . . . . . 14.3.1 Calcolo del flusso di calore medio . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.2 Influenza delle condizioni di funzionamento . . . . . . . . . Raffreddamento a liquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4.1 L’impianto di raffreddamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4.2 Lo scambio di calore nel radiatore . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4.3 Il coefficiente di scambio globale . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4.4 Dimensionamento del radiatore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Raffreddamento ad aria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.5.1 Superficie esterna di scambio e sua efficienza . . . . . . . . 14.5.2 Proporzionamento dell’alettatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.5.3 Il coefficiente medio di trasmissione del calore . . . . . . . 14.5.4 Calcolo della superficie alettata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.5.5 Circolazione dell’aria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Calcolo del flusso di calore istantaneo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.6.1 Irraggiamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.6.2 Modello di Annand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.6.3 Modello di Woschni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Carichi termici e campi di temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.7.1 Calcolo dei campi di temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.7.2 Effetto della variazione del flusso di calore durante il ciclo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.7.3 Carichi termici nei principali organi . . . . . . . . . . . . . . . . Sollecitazioni di origine termica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.8.1 Campi di temperature stazionari . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

604 605 609 609

Indice

15. Modelli di calcolo

Appendice. Flussi attraverso passaggi di data area

xi

14.8.2 Campi di temperature variabili nel tempo . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

611 614

15.1 15.2

Classificazione dei modelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modelli gasdinamici mono-dimensionali . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2.1 Ipotesi semplificative assunte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2.2 Equazioni mono-dimensionali di conservazione . . . . . . 15.2.3 Soluzione del sistema di equazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3 Modelli termodinamici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3.1 Modelli fenomenologici di turbolenza . . . . . . . . . . . . . . 15.3.2 Modelli quasi-dimensionali di combustione . . . . . . . . . 15.4 Modelli gasdinamici multi-dimensionali . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.1 Equazioni multi-dimensionali di conservazione . . . . . . . 15.4.2 Modelli di turbolenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.2.1 Approccio RANS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.2.2 Modello di turbolenza k-ε . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.2.3 Approccio LES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.3 Modelli dell’evoluzione degli spray . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.3.1 Rottura primaria delle gocce . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.3.2 Rottura secondaria delle gocce . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.3.3 Collisione tra gocce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.3.4 Impatto con le pareti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.4 Modelli del processo di combustione . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.4.1 Meccanismi delle reazioni chimiche . . . . . . . . . . . . 15.4.4.2 Regimi di fiamma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

617 619 619 620 624 626 627 628 630 630 631 634 635 637 639 640 640 642 643 644 644 646 648

A.1

Flussi ideali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.1.1 Liquido ideale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.1.2 Fluido comprimibile ideale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flussi reali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

653 653 654 655

Fattori di conversione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

657

Indice analitico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

659

A.2