Motori a combustione in eccesso d'aria

[Lucantropo]

Salve a tutti,

apro questo topic per lanciare uno spunto di discussione tecnica che trovo molto interessante, in particolare perchè vorrei che qualcuno mi aiutasse a fare chiarezza su questo argomento.

Per quanto riguarda il rapporto stechiometrico della combustione della benzina ho sempre sentito dire che deve essere tale e non può essere variato in favore dell'aria, ovvero non è possibile avere motori a benzina che lavorino in eccesso d'aria, per diminuire la quantità di carburante iniettata, in quanto questo provocherebbe l'eccessivo innalzamento di temperature e addirittura il grippaggio..

Diversamente invece per i motori a gasolio pare che il discorso sia l'opposto, ovvero che la quantità di gasolio da bruciare è maggiore, la quantità di aria da fornire alla combustione è esponenzialmente maggiore in quanto l'aria in questo caso non fa solo da comburente (come invece farebbe nel motore a benzina), ma anche da mezzo per assorbire il calore sprigionato dalla reazione ed asportarlo all'esterno del motore...

Mi domando: Come mai i benzina non possono funzionare in eccesso d'aria? aumentando così il rapporto aria/benzina, la compressione (e la conseguente forza detonante) e diminuendo i consumi, proprio come accade nel motore diesel?


Oggi più che mai me lo domando perchè si inizia a sentir parlare di quelli che saranno i cosidetti motori "Multi-Air" della Fiat, che da quello che si sente dovrebbero essere l'uovo di Colombo (o la scoperta dell'acqua calda, come preferite..), proprio lavorando in eccesso d'aria... allora mi chiedo.. se è vero che questi motori verranno immessi sul mercato nel breve termine.. immagino che siano sufficientemente affidabili, e allora non è vero che un motore a benzina non può lavorare in eccesso d'aria...

Dove casca l'asino? Perchè fino ad oggi si è sempre detto che un motore a benzina, più è potente più DEVE consumare carburante e che il rapporto della miscela aria/benzina NON PUO' essere variato?

[FedeAero]

Dunque, in linea teorica, ai carichi parziali, un motore a benzina potrebbe tranquillamente girare con miscela magra (entro certi limiti ovviamente); purtroppo però il catalizzatore per funzionare al meglio ha sempre e comunque bisogno che il motore funzioni con rapporto stechiometrico.
Inoltre, in un motore a benzina, lo scoppio della miscela è causato dalla candela e se la scintilla di quest'ultima scocca lontanto dal "cuore" di una miscela magra... La miscela non si accende affatto!!!
Nel diesel invece, la miscela si autoaccende e quindi ha molta meno importanza dove viene a trovarsi il nucleo della miscela aria/gasolio...
I multiair funzionano a carica stratificata, ed in una seconda fase adotteranno anche l'iniezione diretta di benzina e lì il discorso cambia radicalmente...
Oltretutto sono utilizzati al meglio i vari moti di swirl e tumble (moti di turbolenza della carica) allo scopo di far sì che nell'istante dello scocco della scintilla, la carica ed il suo nucleo siano sempre molto vicini alla candela, in modo che non venga a mancare la combustione...
Spero di essere stato sufficientemente chiaro!!!

[Lucantropo]

Ok, chiara la questione su come scongiurare la mancata accensione.. per quanto riguarda il catalizzatore invece? Come si è risolto il problema dell'accensione di una miscela con un rapporto diverso da quello attuale ?

Ma di fatto quindi una carburazione magra oggi non viene evitata per scongiurare eventuali pericoli per l'affidabilità del propulsore? solo per motivi tecnici dovuti all'accensione (in caso di iniezione indiretta) e di emissioni di scarico passanti per il catalizzatore?

[FedeAero]

Ok, chiara la questione su come scongiurare la mancata accensione.. per quanto riguarda il catalizzatore invece? Come si è risolto il problema dell'accensione di una miscela con un rapporto diverso da quello attuale ?

Ma di fatto quindi una carburazione magra oggi non viene evitata per scongiurare eventuali pericoli per l'affidabilità del propulsore? solo per motivi tecnici dovuti all'accensione (in caso di iniezione indiretta) e di emissioni di scarico passanti per il catalizzatore?

Il bello del Multiair è che non essendo più le valvole azionate da cammes con profilo fisso come nei motori tradizionali, è possibile variare a piacimento la fasatura del motore, al limite anche cilindro per cilindro. In questo modo si riesce, ad esempio, a riaprire le valvolde di aspirazione durante la fase di scarico, permettendo così di ricircolare parte dei gas combusti (senza le odiose EGR), portando ad una drastica riduzione degli HC,CO e degli NOx e recuperando la perdita di efficienza del catalizzatore trivalente che si vede arrivare una miscela combusta non stechiometricamente.
Inoltre, per un benzina, si può pensare di adottare un secondo catalizzatore che funga da trappola per gli NOx, come avviene sui moderni diesel Euro5 ed Euro6.

[viggen]

ficoooooo

[Lucantropo]

fico davvero...

[SDEP]

Diversamente invece per i motori a gasolio pare che il discorso sia l'opposto, ovvero che la quantità di gasolio da bruciare è maggiore, la quantità di aria da fornire alla combustione è esponenzialmente maggiore in quanto l'aria in questo caso non fa solo da comburente (come invece farebbe nel motore a benzina), ma anche da mezzo per assorbire il calore sprigionato dalla reazione ed asportarlo all'esterno del motore...

L'aria nei motori a gasolio, in teoria, non dovrebbe portare il calore all'esterno. In pratica ovviamente lo fa, ma non è un effetto voluto, anzi... in teoria il motore perfetto dovrebbe essere adiabatico, ossia senza scambio di calore con l'esterno. Il motore a gasolio funziona sempre in abbondante eccesso d'aria.

[Lucantropo]

Beh, ma è inevitabile che un motore scambi calore, anzi, se non lo facesse diventerebbe anche una bella amalgama di metallo fuso... il mio quesito era in merito ad eventuali problemi di temperature dovuti alla carburazione magra.. in quanto avevo sentito che nel diesel viene aspirata volutamente più aria del dovuto anche per raffreddare la combustione, mentre nel benzina succederebbe l'opposto e chiedevo innanzitutto se questi due discorsi erano veri e secondariamente perchè in un caso la stessa costante (aria in eccesso) provochi un tipo di conseguenza e come mai nell'altro caso un'altra.

[SDEP]

Allora, storicamente nasce il diesel aspirato. In questo motore, la regolazione della potenza avveniva mediante la regolazione del flusso di gasolio, mentre l'aria immessa del motore era sempre la stessa, in quantità pari a quella occorrente per far funzionare il motore alla massima potenza. Con l'avvento della sovralimentazione, il concetto non è cambiato, salvo per il fatto che l'aria immessa ad ogni ciclo non è più la stessa, ma cresce all'aumentare del regime di rotazione per effetto del compressore. Il calore viene asportato via dai gas combusti, ma è un effetto collaterale, è una perdita di energia, ed è più chiaro se immagino che solamente il 30-32% dell'energia del gasolio è convertito in energia meccanica (leggasi utile), il resto si perde indovina un po'.... in calore, che il motore disperde nell'atmosfera. E' per questo che non è un effetto voluto, ma è inevitabile.

[Lucantropo]

si il basso rendimento dei combustibili fossili è cosa nota, in merito al discorso aria allora immagino proprio di aver male interpretato io..

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Mi domando: Come mai i benzina non possono funzionare in eccesso d'aria? aumentando così il rapporto aria/benzina, la compressione (e la conseguente forza detonante) e diminuendo i consumi, proprio come accade nel motore diesel?
...Oggi più che mai me lo domando perchè si inizia a sentir parlare di quelli che saranno i cosidetti motori "Multi-Air" della Fiat, che da quello che si sente dovrebbero essere l'uovo di Colombo (o la scoperta dell'acqua calda, come preferite..), proprio lavorando in eccesso d'aria...
Dove casca l'asino? Perchè fino ad oggi si è sempre detto che un motore a benzina, più è potente più DEVE consumare carburante e che il rapporto della miscela aria/benzina NON PUO' essere variato?

Un saluto a tutti,
rispondo - o meglio dico la mia cazzata - sull'argomento, che da ignorante su ste cose tecniche, sono abbastanza interessato e in particolare anche per il multiair, ma appunto per questo vorrei già giustificare eventuali cavolate dette da parte mia.Non vorrei infatti aver interpretato male la domanda, ma mi sembra che già nel citare la compressione di un motore, un importante limite dei benzina di cui tener conto sia il potere antidetonante del combustibile, che non potendo superare una certa soglia - che uno usi la verde con num di ottano 95, la vpower a 100 o anche roba da gara ancora migliore - , raggiunta una certa compressione, la benzina detona lo stesso, spontaneamente, senza scintilla e incontrollata, causando il battito in testa, no?
Piccola nota: in tale ambito se non sbaglio, son stati sviluppati prototipi hcci (homogeneous charge combustion ignition) a benzina - che in pratica funzionano come i diesel: l'accensione avviene senza candele, spontaneamente ma controllata - (ma che per ora non credo abbiano ancora visto una commercializzazione); la spinta però verso tale soluzione tecnica nell''imitazione' del diesel, credo sia la ricerca di uno sfruttamento maggiore e più completo della miscela che viene bruciata, non tanto il rapporto aria/combustibile del gasolio.
Lo stesso per multiair, che nn credo intervenga mirando alle quantità di aria e combustibile utilizzati, quanto alla ricerca della più totale ottimizzazione dell'intero sistema 'motore' e in questo caso particolare, della fasatura variabile. Voglio dire: se una volta c'erano le fasature variabili che avevano un paio di possibili 'impostazioni', poi magari son venute quelle che si 'adattavano continuamente'; così come analogamente per l'iniezione: indiretta o individualmente per ogni cilindro; anche le più recenti soluzioni diesel: anziché fare una spruzzata di carburante, se ne fanno diversi microdosaggi in tempi e in modi diversi.Il multiair alla stessa maniera dovrebbe poter adattare la fasatura d'apertura/chiusura delle valvole seguendo il più fedelmente possibile i regimi del motore, senza però i limiti fisici/meccanici dei 'vecchi' variatori di fase ('vecchi'...su certe auto, già averli sembra una cosa avveniristica...) .
Credo quindi che sia solo un ulteriore (ma molto efficace) affinamento...

[manuel76]

Buonasera a tutti.
Questo argomento fino a qualche anno fa, non ci entusiasmava più di tanto perchè alcune novità sembrano scontate.
Ma c'è chi, come Audi e Vw, studiano sistemi e propulsori alternativi, che utilizzano nuove tecnologie e sconvolgendo le POCHE MA SOLIDE teorie che fino ad oggi ci hanno accompagnato sui motori che ci circondano.
Un esempio eclatante è il nuovo sistema COMMON RAIL per i motori a benzina, che hanno come particolarità nuovi iniettori piezoelettrici ad altissima velocita di risposta e una elevata precisione di dosaggio.......
Il sistema multijet ( ricordo che il sistema multi iniettata nato da Fiat sui motori diesel che utilizzano come protocollo 2 spruzzate pre combustione, una spruzzata di gasolio nella fase di scoppio ed infine 1-2 spruzzate con la valvola di scarico aperta) ora c'è anche sul benzina con pressioni di benzina che si aggirano a 150-180 bar ( 1600-1800 sui diesel) e questi nuovi iniettori si aprono con tensioni che vanno da 100 a 120 volt......occhio a toccare le spinette
Inoltre nei nuovi motori, non si vede più la valvola a farfalla o anche il corpo farfallato che serviva a dosare l'aria nel motore.......Ora l'aspirazione è aperta ( come nei diesel) lavorando ad eccesso d'aria, portando il VECCHIO RAPPORTO STECCHIOMETRICO 14,7 / 1 A 40-50/ 1..........Così facendo si ottiene un abbattimento drastico degli inquinanti ( ecco come abbiamo raggiunto l'euro 5 e tra poco anche l'euro 6).
Per fare tutto ciò però, si è cercato di raffreddare molto l'aria che entra nel collettore aspirazione, eliminando il classico i ntercooler aria/aria e introducendo il nuovo aria/acqua ( il radiatore viene raffreddato da un circuito dell'acqua dedicato, che utilizza una sua pompetta dell'acqua elettrica controllata dalla centralina motore).
Sui diesel, come anche sui benzina, sono state introdotte le sonde lambda e i sensori di temperatura installati sullo scarico........Questo per tenere d'occhio l'alta temperatura che si raggiunge smagrendo la miscela di benzina......
Poi, sempre nel campo novità, si vedono i nuovi collettori aspirazione, che prevedono non solo le classiche farfalle di turbolenza che già conosciamo nei nostri motori diesel Saab, ma anche una farfalla, principale che a seconda della potenza che si richiede al motore, fa girare l'aria o nel primo collettore più corto, quello destinato alla guida sportiva o a pieno carico, oppure nel secondo collettore, più lungo, che riesce a far entrare l'aria in modo più equilibrato, aiutando il motore a girare più fluido, senza attriti d'aspirazione.....
Insomma, la crisi avanza e si sente, ma anche la tecnologia va avanti...........e guardate che risultati!!!!
Per qualsiasi info, non esitate a contattarmi....( chiedo scusa a coloro a cui non ho ancora risposto, ma il mese di luglio per noi è di fuoco e la sera non riesco sempre a connettermi.....o meglio a connettere la testa )
Auguro a tutti una buona serata e un buon inizio di settimana.

[Lucantropo]

Buono a sapersi che anche i motori a Benzina si stanno risevegliando dal letargo !!!!


Anche Saab si risveglierà prima o poi?

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...Poi, sempre nel campo novità, si vedono i nuovi collettori aspirazione, che prevedono non solo le classiche farfalle di turbolenza che già conosciamo nei nostri motori diesel Saab, ma anche una farfalla, principale che a seconda della potenza che si richiede al motore, fa girare l'aria o nel primo collettore più corto, quello destinato alla guida sportiva o a pieno carico, oppure nel secondo collettore, più lungo, che riesce a far entrare l'aria in modo più equilibrato, aiutando il motore a girare più fluido, senza attriti d'aspirazione...

Non vorrei aver inteso male, ma in pratica non é più o meno come il Variable Intake System che aveva la Thema?