Efficienza e Prestazioni dei Motori a Combustione Interna: Un'Analisi Dettagliata

Efficienza e Prestazioni dei Motori a Combustione Interna

Rendimento Termico

Quando la temperatura nel colpo di combustione è più alta e la perdita di calore è inferiore, la quantità di calore ottenuta è una funzione della massa di carburante consumato per unità di tempo e della potenza di riscaldamento. Il rendimento termico può essere definito come il rapporto tra potenza attiva e potenza termica. Le perdite di calore del carburante attraverso i gas di scarico rappresentano circa il 35% per i motori Otto e il 30% per i diesel. Il sistema di refrigerazione evacua approssimativamente il 30% di calore in entrambi i tipi di motore. Solo tra il 35% e il 50% dell'energia chimica contenuta nel carburante viene trasformata in lavoro utile nei motori a combustione interna.

Performance Meccaniche

Espressa come rapporto tra la potenza effettiva ottenuta all'albero motore e la potenza indicata ottenuta lavorando nello schema, che esprime il lavoro interno all'interno del cilindro senza perdite meccaniche. Le perdite meccaniche considerate nel determinare le prestazioni meccaniche sono:

• L'energia utilizzata per trasmettere il movimento dal pistone all'asse di rotazione, principalmente a causa dell'attrito tra il segmento e il cilindro, e nei cuscinetti e nelle parti del cigüeñal.
• L'energia consumata da dispositivi ausiliari come il sistema di distribuzione, la pompa dell'acqua e la pompa utilizzata per inserire e rimuovere il gas nel cilindro.

La serie di perdite meccaniche è tra il 10% e il 15%.

Efficienza Totale

L'equilibrio tra le perdite totali e il 100% di energia consumata dal combustibile risulta nel rendimento effettivo del motore:

• Motore Otto: Perdite termiche: 60-65%; Perdite meccaniche: 10-15%; Perdite totali: 70-75%; Efficienza: 25-30%.
• Motore Diesel: Perdite termiche: 50-60%; Perdite meccaniche: 10-15%; Perdite totali: 60-70%; Efficienza: 30-40%.

Efficienza Volumetrica

Definita come il grado di efficacia con cui si riempie il cilindro, è espressa come rapporto tra la massa di gas che entra nel cilindro in un ciclo e la massa teorica che potrebbe entrare nel volume del cilindro.

Rendimento del Motore

L'energia chimica contenuta nel combustibile viene trasformata in calore dalla combustione, aumentando la pressione e producendo energia meccanica. Non tutta l'energia del carburante viene trasformata in lavoro utile; una parte viene persa come calore attraverso il sistema di raffreddamento e le radiazioni, e viene evacuata attraverso i gas di scarico. Ulteriori perdite sono dovute all'attrito tra le parti in movimento e all'azionamento di dispositivi ausiliari come la pompa dell'acqua. Una combustione incompleta contribuisce anch'essa alle perdite.

Coppia

È una funzione della forza applicata sull'asta e della lunghezza della pedivella, che è la metà della corsa.

Potenza

È definita come la quantità di lavoro svolto in un determinato tempo.

Fattori che Influenzano la Potenza del Motore

• Cilindrata
• Rapporto di riempimento
• Regime di giri
• Numero di cilindri
• Compressione

Motori Policilindrici

Per piccole cilindrate (sotto gli 800cm3) si utilizzano motori a 2 e 3 cilindri, ampiamente usati in moto. Per cilindrate superiori ai 4 litri si costruiscono motori a 8 e 10 cilindri. I motori diesel di grandi dimensioni utilizzano unità lente con volume fino a 2 litri e sono prodotti con 6, 8, 10 o 12 cilindri. A causa della grande forza dell'esplosione, richiedono alberi a gomito molto robusti. Nei motori per il turismo, le cilindrate tendono ad essere relativamente piccole (da 250 a 500cm3), il che comporta alcuni vantaggi nel loro comportamento.

Disposizione dei Cilindri

Le dimensioni esterne del motore devono essere contenute nello scompartimento del veicolo. I motori con più di 6 cilindri in linea sono troppo lunghi e alti, e sono soggetti a torsione dell'albero motore e vibrazioni eccessive. I motori sono classificati in base alla disposizione dei cilindri: in linea, a V, o a cilindri contrapposti (boxer):

Motori a V

I cilindri sono disposti a V, con un angolo di solito di 90 o 60°. Esistono anche motori a V stretta di 15°. È il motore più corto, ottenendo la dimensione inferiore, anche se più largo. Si applica ad altri cilindri. Blocchi a 6 o più cilindri a W sono utilizzati in motori a 8-12 cilindri, sono compatti e sono classificati come motori a V, riducendo la lunghezza del blocco e dell'albero a gomiti.

Motori Boxer

I cilindri sono disposti orizzontalmente in due file alla base, insieme ad un albero motore comune. È un tipo a V a 180°. L'altezza di questo motore è molto piccola e sono costruiti con 2-6 cilindri.

Numero di Cilindri e Ordine di Accensione

L'ordine di accensione determina la sequenza di impulsi che riceve ogni pistone. Si inizia dal lato del volano. In altri motori a doppio cilindro, si inizia dal cilindro situato a sinistra e poi si elencano i cilindri verso destra, determinato dalla stessa parte in cui inizia la numerazione.