Turbina e carico del motore

[Guest EC2277]

…

Di che forze d'attrito stai parlando? Io conosco solo le banali forze d'attrito radente statiche e dinamiche... poi qualcosina su quello viscoso, ma non mi pare ci fosse una relazione quadratica fra attrito e velocità... se ti va spiega pure, son tutt'orecchie

L=Fs=(mv^2)/2 dove L è il lavoro compiuto da un corpo in movimento per vincere la forza d'attrito F, (mv^2)/2 è l'energia cinetica di quel corpo (ad esempio le parti in movimento del motore) ed s è lo spostamento di tale corpo.

Ovvero la forza d'attrito è pari a F=(mv^2)/(2s).

Mi sembra chiara l'altra spiegazione: in salità c'è anche la forza di gravità che rompe le scatole, in discesa ci dà una mano mentre in piano è trascurabile.

…

Talmente chiara da essere sbagliata; infatti mi stavo riferendo alla vettura con il cambio in folle.

[TEngine]

Ok, perfetto. In sostanza la quantità di benzina immessa nella camera di combustione dipende solo e soltanto dalla quantità di aria immessa (che comando io tramite l'acceleratore), mentre se raggiungo il régime di rotazione massimo per quel motore la benzina non viene più immessa. Lapalissiano.

Però, c'è una cosa che non mi torna (a costo di essere logorroico). Il vero motivo per cui la turbina si carica meno in folle è la mancanza di pressione dei gas di scarico poiché viene raggiunto immediatamente il régime di rotazione massimo?

Quindi, supponendo che il motore giri sino a 300000 giri/' (sempre sottoposto ad una coppia resistente trascurabile), la turbina non entrerebbe lo stesso in pressione poiché questo régime sarebbe raggiunto immediatamente (e i gas di scarico non sarebbero alla pressione massima)?

Forse ci sono ....

Si, si, il turbo lag lo conosco fin troppo bene (ho giudato diversi TD di vecchia scuola ).

Comunque, ammesso che tenessi il gas spalancato in folle, la turbina non raggiungerebbe comunque la fine del transitorio poiché l'iniezione di carburante sarebbe tagliata causa limitatore giusto?

Esatto!! In folle la portata dei gas di scarico è ridotta perché la coppia richiesta è quella necessaria per vincere solo gli attriti interni al motore e per i servizi. La coppia erogata dal motore è data dalla quantità di aria e carburante (benzina o gasolio o gas) che stai bruciando e che costituiscono poi la portata dei gas di scarico. Da qui il fatto che la turbina non si carica in folle. La coppia ottenuta con turbina non in pressione è più che sufficiente per andare in fuori giri in folle, anche se poi, come ha detto anche EC2277, interviene la limitazione di giri della centralina che taglia l'alimentazione, in particolare nei sistemi drive by wire.

Fai pure tutte le domande che vuoi!

[V6 Busso]

Ok, perfetto. In sostanza la quantità di benzina immessa nella camera di combustione dipende solo e soltanto dalla quantità di aria immessa (che comando io tramite l'acceleratore), mentre se raggiungo il régime di rotazione massimo per quel motore la benzina non viene più immessa. Lapalissiano.

Sostanzialmente è vero per i motori a benzina stechiometrici (cioè che funzionano sempre con 14,7 parti di aria e 1 di benzina), ma la centralina di iniezione tiene conto anche di altri parametri (temperatura, segnali delle sonde lambda, ecc...); nei motori ad iniezione diretta a carica stratificata la carburazione varia continuamente durante il funzionamento.

Però, c'è una cosa che non mi torna (a costo di essere logorroico). Il vero motivo per cui la turbina si carica meno in folle è la mancanza di pressione dei gas di scarico poiché viene raggiunto immediatamente il régime di rotazione massimo?

Quindi, supponendo che il motore giri sino a 300000 giri/' (sempre sottoposto ad una coppia resistente trascurabile), la turbina non entrerebbe lo stesso in pressione poiché questo régime sarebbe raggiunto immediatamente (e i gas di scarico non sarebbero alla pressione massima)?

Forse ci sono

Al regime massimo ammesso la portata dei gas di scarico non è quella massima perchè il riempimento dei cilindri non è ottimale: i tempi di apertura e chiusura delle valvole sono troppo ridotti (è normale, siamo ben oltre il campo di funzionamento ) e gli attriti viscosi tra gas e valvole - molto elevati a causa dell'elevata velocità dei gas stessi (l'attrito viscoso è proporzionale al quadrato della velocità ) - "frenano" i gas stessi; a ciò si aggiunge l'intervento del limitatore e il conseguente funzionamento a singhiozzo. In queste condizioni la turbina caricherebbe molto ma non il massimo, ma la valvola waste-gate è molto aperta e quindi la turbina, a transitorio terminato, non eroga la massima pressione.

Grazie del chiarimento, c'ero andato vicino

Ma 'ste nozioni si trovano anche sui manuali universitari?

Il concetto di transitorio è molto generale e riguarda tutti gli ambiti della scienza; si trova in moltissimi libri, anche delle superiori (quarto-quinto anno).

Quindi le curve di coppia che ci propinano i costruttori sono tutte rilevate, ovviamente, a gas spalancato... ho scoperto l'acqua calda

Sì, i costruttori dichiarano le curve massime, ottenibili a gas tutto aperto.

[TEngine]

...Al regime massimo ammesso la portata dei gas di scarico non è quella massima perchè il riempimento dei cilindri non è ottimale: i tempi di apertura e chiusura delle valvole sono troppo ridotti (è normale, siamo ben oltre il campo di funzionamento ) e gli attriti viscosi tra gas e valvole - molto elevati a causa dell'elevata velocità dei gas stessi (l'attrito viscoso è proporzionale al quadrato della velocità ) - "frenano" i gas stessi; a ciò si aggiunge l'intervento del limitatore e il conseguente funzionamento a singhiozzo. In queste condizioni la turbina caricherebbe molto ma non il massimo, ma la valvola waste-gate è molto aperta e quindi la turbina, a transitorio terminato, non eroga la massima pressione....

La portata dei gas di scarico è legata insieme a due variabili cioè la coppia che il motore sta erogando ed il regime, infatti quando si prova il motore al banco si impongono due tra queste tre variabili: l'acceleratore, la coppia resistente e il regime.

Quello che dici tu riguardo il riempimento dei cilindri è perfettamente vero, ma se stiamo analizzando l'entrata in funzione della turbina è necessario distinguere tra il funzionamento del motore in folle e con marcia innestata (auto in movimento). Quando sei in folle la turbina non si carica mai a qualsiasi regime perché la coppia erogata é nulla e conseguentemente molto bassa la portata dei gas di scarico. In folle la pressione non raggiunge il valore necessario epr aprire la waste gate, lo raggiunge vicino al pieno carico.

Se sei in movimento invece, la coppia richiesta è molto più alta (a qualsiasi regime) e quindi anche la portata dei gas che cedeno energia alla turbina caricandola.

Modificato 28 Agosto 2010 da TEngine

[TEngine]

...Ma 'ste nozioni si trovano anche sui manuali universitari?

Si, per esempio secondo me, uno tra i libri universitari migliori in questo campo è "Motori a combustione interna" di Giancarlo Ferrari, edizioni Il Capitello. L'ho usato al corso al Poli di Milano e ho avuto la fortuna di avere come prof l'autore del libro, veramente bravo e simpatico.

E' sempre un piacere discutere di tecnica in questi forum...

[Riddleman]

Esatto!! In folle la portata dei gas di scarico è ridotta perché la coppia richiesta è quella necessaria per vincere solo gli attriti interni al motore e per i servizi. La coppia erogata dal motore è data dalla quantità di aria e carburante (benzina o gasolio o gas) che stai bruciando e che costituiscono poi la portata dei gas di scarico. Da qui il fatto che la turbina non si carica in folle. La coppia ottenuta con turbina non in pressione è più che sufficiente per andare in fuori giri in folle, anche se poi, come ha detto anche EC2277, interviene la limitazione di giri della centralina che taglia l'alimentazione, in particolare nei sistemi drive by wire.

Fai pure tutte le domande che vuoi!

La portata dei gas di scarico è legata insieme a due variabili cioè la coppia che il motore sta erogando ed il regime, infatti quando si prova il motore al banco si impongono due tra queste tre variabili: l'acceleratore, la coppia resistente e il regime.

Quello che dici tu riguardo il riempimento dei cilindri è perfettamente vero, ma se stiamo analizzando l'entrata in funzione della turbina è necessario distinguere tra il funzionamento del motore in folle e con marcia innestata (auto in movimento). Quando sei in folle la turbina non si carica mai a qualsiasi regime perché la coppia erogata é nulla e conseguentemente molto bassa la portata dei gas di scarico. In folle la pressione non raggiunge il valore necessario epr aprire la waste gate, lo raggiunge vicino al pieno carico.

Se sei in movimento invece, la coppia richiesta è molto più alta (a qualsiasi regime) e quindi anche la portata dei gas che cedeno energia alla turbina caricandola.

Bene bene, penso di aver capito

Se prendo in esame il caso della prima marcia, generalmente molto corta (con rapporti in genere di 4:1), la situazione dovrebbe essere simile, esatto?

La coppia alla ruota è molto più elevata e, dunque, vince molto più facilmente la coppia resistente: la portata dei gas di scarico è bassa e la turbina non si carica completamente.

Ma se eguagliamo la velocità di rotazione del motore con quella delle ruote (generalmente innestando la quarta marcia), la musica (ed il fischio) cambia, eccome

Si, per esempio secondo me, uno tra i libri universitari migliori in questo campo è "Motori a combustione interna" di Giancarlo Ferrari, edizioni Il Capitello. L'ho usato al corso al Poli di Milano e ho avuto la fortuna di avere come prof l'autore del libro, veramente bravo e simpatico.

E' sempre un piacere discutere di tecnica in questi forum...

Molto bene, spero di incontrarlo anche io, fra quattro anni

[V6 Busso]

La portata dei gas di scarico è legata insieme a due variabili cioè la coppia che il motore sta erogando ed il regime, infatti quando si prova il motore al banco si impongono due tra queste tre variabili: l'acceleratore, la coppia resistente e il regime.

Quello che dici tu riguardo il riempimento dei cilindri è perfettamente vero, ma se stiamo analizzando l'entrata in funzione della turbina è necessario distinguere tra il funzionamento del motore in folle e con marcia innestata (auto in movimento). Quando sei in folle la turbina non si carica mai a qualsiasi regime perché la coppia erogata é nulla e conseguentemente molto bassa la portata dei gas di scarico. In folle la pressione non raggiunge il valore necessario epr aprire la waste gate, lo raggiunge vicino al pieno carico.

Se sei in movimento invece, la coppia richiesta è molto più alta (a qualsiasi regime) e quindi anche la portata dei gas che cedeno energia alla turbina caricandola.

Mmmhh... mi hai messo una pulce nell'orecchio, ma sono perplesso: il funzionamento del motore dipende essenzialmente dalla quantità di aria aspirata (regolata dall'acceleratore), dalla quantità di carburante iniettata e dal regime di rotazione; il motore non sa cosa c'è a valle. Se in folle erogasse una coppia minima (necessaria solo a vincere gli attriti) non potrebbe salire di giri, invece schizza rapidamente in fuorigiri proprio a causa dell'enorme differenza tra la coppia erogata e la coppia resistente: è il 2° Principio della Dinamica , l'accelerazione angolare è data dal rapporto tra la coppia risultante (coppia erogata meno coppia assorbita) e il momento d'inerzia di massa del motore.

Se ad un motore turbo in folle al minimo dò pieno gas e tengo giù la turbina non fa a tempo a caricarsi molto e termina il transitorio dopo il motore, che essendo in fuori giri non riesce a caricarla più di tanto.

Si, per esempio secondo me, uno tra i libri universitari migliori in questo campo è "Motori a combustione interna" di Giancarlo Ferrari, edizioni Il Capitello. L'ho usato al corso al Poli di Milano e ho avuto la fortuna di avere come prof l'autore del libro, veramente bravo e simpatico.

Ho studiato anch'io sul Giancarlo Ferrari, davvero un ottimo testo.

[TEngine]

Felice di chiarire i dubbi o almeno di provarci…

Abbiamo entrambi ragione, ma sono necessarie alcune precisazioni e forse l’errore è mio perché le ho dimenticate prima….

Mmmhh... mi hai messo una pulce nell'orecchio, ma sono perplesso: il funzionamento del motore dipende essenzialmente dalla quantità di aria aspirata (regolata dall'acceleratore), dalla quantità di carburante iniettata e dal regime di rotazione; il motore non sa cosa c'è a valle. Se in folle erogasse una coppia minima (necessaria solo a vincere gli attriti) non potrebbe salire di giri, invece schizza rapidamente in fuorigiri proprio a causa dell'enorme differenza tra la coppia erogata e la coppia resistente: è il 2° Principio della Dinamica , l'accelerazione angolare è data dal rapporto tra la coppia risultante (coppia erogata meno coppia assorbita) e il momento d'inerzia di massa del motore.

Se ad un motore turbo in folle al minimo dò pieno gas e tengo giù la turbina non fa a tempo a caricarsi molto e termina il transitorio dopo il motore, che essendo in fuori giri non riesce a caricarla più di tanto.

Qui tu ti riferisci ad un funzionamento in transitorio, mentre io mi riferivo ad uno stazionario, proviamo ad analizzarli.

Partiamo dallo stazionario, ovviamente più semplice.

In stazionario la coppia erogata è nulla, e qui intendo la coppia uscente dal motore durante un funzionamento in stazionario, cioè a regime costante. Per esempio se in folle mantieni il motore con l’acceleratore a 4000 giri costanti. In questa situazione, come al minimo tra l’altro, la coppia erogata internamente dal motore (dipendente dalla quantità di aria e carburante) non è nulla, ma è solamente pari agli attriti interni a quel regime. In queste condizioni, la portata dei gas di scarico non è sufficiente per caricare la turbina.

La classica sgasata in folle è il transitorio.

Premi il pedale e con una certa velocità aumentano la quantità di aria aspirata, di carburante e di conseguenza la coppia erogata internamente dal motore. Nell’istante in cui questa coppia supera gli attriti interni, i giri accelerano bruscamente verso il fuorigiri fino a quando interviene la centralina a tagliare l’iniezione.

Qui è importante specificare che la turbina non si carica non perché il transitorio è troppo rapido, ma perché anche se la portata dei gas di scarico aumenta rimane comunque insufficiente per mandarla in pressione. La coppia erogata internamente necessaria per vincere gli attriti è comunque bassa e per erogarla, il motore non ha ancora bisogno dell’entrata in funzione della turbina. Da questo deriva il fatto che sgasando in folle comunque consumi di meno di quando sei in movimento con un marcia innestata in stazionario o in transitorio e questo ovviamente vale anche per un motore aspirato.

Spero di essere stato abbastanza chiaro altrimenti chiedi pure…

Se prendo in esame il caso della prima marcia, generalmente molto corta (con rapporti in genere di 4:1), la situazione dovrebbe essere simile, esatto?

La coppia alla ruota è molto più elevata e, dunque, vince molto più facilmente la coppia resistente: la portata dei gas di scarico è bassa e la turbina non si carica completamente.

In prima si, è simile e già consumi di più. Tieni presente che la turbina si carica completamente, e si apre la waste gate, solo quando sei in pieno.

Molto bene, spero di incontrarlo anche io, fra quattro anni

Te lo auguro, è veramente bravo!

[Riddleman]

In prima si, è simile e già consumi di più. Tieni presente che la turbina si carica completamente, e si apre la waste gate, solo quando sei in pieno.

Grazie mille dei chiarimenti, è sempre vero che c'è sempre da imparare

Approfitto della vostra gentilezza per chiedervi un altro chiarimento, forse tanto stupido quanto i precedenti (abbiate pazienza).

Consideriamo l'ipotesi che io stia viaggiando a 50 km/h ed il motore sia in "stazionario", quindi il régime di rotazione costante.

Andando per logica, siccome al motore non è richiesta alcuna coppia all'albero, ma solo per i servizi interni, innestando la quarta marcia consumerei una maggior quantità di carburante che rispetto alla quinta marcia, giusto?

Invece, se io decido di pestare sul gas, quindi la situazione diventa un "transitorio", mi conviene scalare marcia, così da avere più coppia alla ruota e prendere velocità in maniera rapida, corretto?

Vorrei adattare una guida più "risparmiosa" possibile per evitare di dissanguarmi in benzina

Un'ultimissima cosa, poi vi giuro che per questo post ho finito. Come diavolo funziona la lancetta di misurazione di pressione dell'olio? Come capisco quando posso tirare? (ho sempre saputo che la lancetta di temperatura dell'acqua non è sufficiente, soprattutto nei motori turbo...)

[J-Gian]

Invece, se io decido di pestare sul gas, quindi la situazione diventa un "transitorio", mi conviene scalare marcia, così da avere più coppia alla ruota e prendere velocità in maniera rapida, corretto?

In linea di massima sì, specie se poi c'è in vista un tratto lungo da percorrere a velocità costante