Accoppiamento motore-utilizzatore

Accoppiamento motore-utilizzatore
Per realizzare un correttto accoppiamento tra motore ed utilizzatore è indispensabile conoscere come variano
le prestazioni del primo in funzione delle esigenze del secondo.
Curve caratteristiche: sono quelle che esprimono coppia motrice e potenza prodotta in funzione del regime di
rotazione.
In regime stazionario i parametri che definiscono il modo di operare sono sostanzialmente due dei seguenti:
• Regime rotazione
• Carico imposto: espresso solitamente in % rispetto al carico massimo, è come dire la coppia richiesta,
essendo proporzionali
• Potenza erogata
Se non ho due di questi parametri il punto di funzionamento non è definito.
a cosa posso accoppiare a un motore ?
-energia elletrica , è compatto e leggero il generatore elettrico, pensa alle tendate. il motore è molto
semplice, gira sempre alla stesso numero di giri. non devo preoccuparmi di ottimizzare tutto al variare
del regime quindi.
-pompe, compressori, eliche
-motore primo per trazione veicolistica: devo utilizzare il motore nelle più vaste possibili condizioni di
funzionamento
CURVE COPPIA E POTENZA PER MOTORE OTTO PER AUTOVETTURA
l'andamento della coppia presenta un massimo: questo è dovuto al
Fatto che è influenzata molto da rendimento e coeff di riempimento
Lo si vede sinteticamente dalla formula:
Il rendimento scende al crescere dei giri perché ho maggiori
attriti che pesano di più, inoltre lambda diminuisce perché a
velocità maggiori pesano di più le perdite di carico, che sono
proporzionali al quadrato della velocità, quindi entra meno
aria. A n bassi invece lambda è più basso per riflusso nel
collettore di aspirazione di parte della carica già entrata nel
circuito.
Dove ho la massima coppia in genere ho massimo rendimento
LIMITI DEI GIRI
• non scendo sotto i 500 giri al minuto se no ho
irregolarità: lubrificazione insoddisfacente, la
combustione va male, bassissima turbolenza in camera
di combustione
• 6000: il massimo corrisponde alla massima potenza,
curva sempre crescente
Andamento del lambda: il buco viene
compensato da alfa nella formula della coppia
Per quanto riguarda la potenza, data da coppia per numero di giri, presenta andamento sempre crescente, fino a che
l'effetto della riduzione della coppia si fa sentire a allora si arriva a un massimo. Non conviene fare andare il veicolo a
potenze superiori perché caricherei inutilmente il veicolo di sollecitazioni inutili, visto che la potenza scende.
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CURVE COPPIA E POTENZA PER MOTORE DISEL SOVRALIMENTATO
il motore turbodisel ha una curva di coppia particolare. sono io in
base alla interazione col turbo,
che posso fare variare come voglio la coppia massima: questo perchè
posso giocare su tanti parametri, amlificando la regione del
massimo .
Nella curva il tratto di coppia che cresce se i giri decrescono è
importante per superare le salite senza cambiare marcia: il regime
scende e la coppia sale.
Motori di questo tipo, sovralimentiati e interrefrigerati, hanno
raggiunto potenze specifiche del tutto comparabili con i motori a
benzina, dell ordine di grandezza di 60 kw/dmc.
CURVE CARATTERISTICHE DELL' UTILIZZATORE
Prinicpalmente si hanno 3 situazioni tipiche:
-generatore elettrico: i giri devono essere costanti: buon dimensionamento del motore
A comb interna perché lavora su un numero di giri fissato. Si usa volanoe tanti cilindri
per rendere coppia uniforme
-Curva di utilizzatore a parabola, tipico di eliche di navi o pompe. Si ottimizza comunque
Bene, in prossimità della velocità di crocera
-applicazioni veicolistiche: è il caso più complicato: il motore deve lavorare in un ampio range
Di funzionamento di giri e carichi: in tutto questo range le prestazioni devono essere soddisfacenti
Studieremo nel dettaglio questo ultimo caso, soffermandoci su come curve del motore e dell utilizzatore
interagiscono.
ACCOPPIAMENTO MOTORE UTILIZZATORE IN APPLICAZIONI VEICOLISTICHE
la cosa migliore sarebbe avere una richiesta di potenza utile alle ruote costante da parte del veicolo, al variare
della velocità v del veicolo, in questo modo sfrutterei al meglio le prestazioni del motore
In tale caso ottimale la forza motrice ottimale alle ruote avrebbe andamento iperbolico.
Si ottiene cosi la curva caratteristica ottimale del motore (dimentichiamoci per adesso che
Nella realtà non è minimamente fatta in questo modo). A velocità nulle avrei forza infinita, ma non è possibile,
esiste infatti il limite di aderenza dei pneumatici (tratto orizzontale)
La funzione dell utilizzatore è esprimibile come:
Che rappresenta la resistenza incontrata dal veicolo
-r0 è costante, dipende da attriti e forza peso, in salita è maggiore
-r2 mi rappresenta le dissipazioni dei pneumatici e forza di attrito aereodinamico,
vanno con quadrato della velocità
quando applico questa forza motrice con la forza resistente, che è una parabola,
ottengo un punto di intersezione, che è il funzionamento. saranno tutti punti di funzionamento stabile:
Nel punto di intersezione se aumento la velocità, il veicolo mi chiede più di quanto possa dare il motore e
allora la velocità scende.
La differenza fra le due curve mi da l'accelerazione, che diventa nulla nel punto di funzionamento.
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Considero ora il caso reale. Immagino per adesso di avere
rapporto di trasmissione (k) costante, cioè avere una
marcia sola, si ottiene che la curva Fm(v) del motore
(rossa) risulta molto differente da quella ideale, questo
perché dipende strettamente dalla curva coppia(n) che
abbiamo già visto, come è possibile dimostrare:
PROBLEMATICHE DELLA CURVA REALE:
• Osservo che la forma particolare di tale curva presenta punti di funzionamento stabile (s) ma anche punti
instabili (i) ---> aumentando la velocità la forza motrice aumenta più di quanto richiesto dal veicolo e la macchina
accelera aumentando ancora di più la velocità (F'ac). Sul tratto a sinistra del massimo pertanto non si lavora, ad
eccezione nei transitori per accelerare la macchina.
• Si ha inoltre un ulteriore problema: se la salita aumenta (passando alla R'(v) ) la forza motrice sarebbe
insufficiente a vincerla e la macchina avrebbe accelerazione negativa, tornando indietro e probabilmente
spegnendosi.
• La forza di accelerazione risulta in tutti i casi inferiore al caso ideale (Fac>>Fac') con conseguente minore
prontezza nel passare d auna condizione di funzionamento a un'altra.
Cosa posso fare? Posso agire sul cambio, variando k es aumentandolo se la salita aumenta (vedi formula)
23/10/2014 09.35 - Ritaglio di schermata
La curva ideale è approssimata tanto
meglio, tanto maggiore è il numero di
marce e tanto maggiore è l'elasticità
della curva di coppia del motore.
Il concetto di elasticità della
caratteristica è introdotto per
esprimere la misura in cui questa curva
si avvicina alla situazione ottimale di
potenza costante su tutto il campo di
impiego.
ELASICITA': mette in evidenza quanto è ampio il campo di regime fra il massimo di coppia e il massimo di potenza, è in
questo range di giri che ho un ottimo impego del motore
Il motore a è il più elastico, tipico per
diesel. ha bisogno di pochi cambi: se il
regime si riduce aumenta la coppia e
supero la salita senza cambiare.
Il motore c è poco elastico: la coppia sale
poco se incontro una salita: però alte
prestazioni perchè ho più potenza
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MAPPE DEI CONSUMI
Motore a benzina
Curva di coppia a pieno
carico: i cilindri si
riempiono con la massima
quantità di aria possibile,
con massimo
combustibile quindi.
Curve di isoconsumo (o
isorendimento visto che
sono inversi). A carico
parziale si può vedere un
drastico aumento dei
consumi
Riportare una curva di pme è come riportare una curva di coppia.
Curve di isopotenza. NB non sono
le curve di potenza in funzione dei
giri che abbiamo già visto
COMPORTAMENTO A GIRI COSTANTI: scendo e salgo con una verticale
Mi metto nel punto di ottimo a giri fissati, ovunque mi muovo il rendimento peggiora
• se aumento il carico il rendimento peggiora Perché? Perché a pieno carico tendo ad arricchire leggermente la
miscela (cosa che non potrei fare a carichi parziali, risentendone il catalizzatore) . Se ho un eccesso di idrocarburi
sicuramente consumo tutto l' ossigeno----> il motore eroga il massimo che può. Se arricchisco un pochino mi
allontano da combustioni anomale di autodetonazione.
• Scendendo sto riducendo il carico e le prestazioni peggiorano perché sto chiudendo la valvola a farfalla. Pesano
inoltre di più le perdite meccaniche. riducendo il carico sto anche bruciando meno combustibile nel cilindro: le
perdite termiche crescono percentualmente in importanza perché la potenza termica è maggiore, le superfici di
scambio sono le stesse. DOWNSIZING: ridurre le masse in generale è positivo per i rendimenti, è la strada
migliore per aumentarlo.
A carico parziale aumenta il peso dell' area di ricambio gas. Chiudendo la
valvola a farfalla si abbassa la pressioni in aspirazione p1.
La riduzione del carico è la cosa più grave: il rendimento si riduce anche
del 50%
COMPORTAMENTO A CARICO COSTANTE : mi muovo su una retta
orizzontale
• A basso regime peggioro il consumo: aumenta il tempo a disposizione
del ciclo termodinamico: ciclo più lento e il calore ha più tempo per
disperdersi. A regimi bassi devo inoltre arricchire un pochino cosi la
miscela brucia meglio e il fronte di fiamma è più veloce, ho infatti
inoltre una bassa turbolenza.
• Regime alto peggiorano le perdite meccaniche
MAPPE CONSUMI PER MOTORE DIESEL
Si vede che la coppia è più alta ed il Regime più basso---> le perdite
meccaniche sono più basse, anche se in verità esistono delle
perdite che dipendono dalla pressone nel cilindro che saranno più
alte (perdite di trafilamento).
Consumi migliori verso pieno carico, riducendolo il rendimento
peggiora ma poco: Questo perché entra sempre la stessa aria e non
ho la valvola a farfalla. Ovviamente non devo scendere sotto lo
stechiometrico. Il motivo per cui il rendimento scende è che a
carico parziale sto introducendo meno potenza termica---> le
superfici sono le stesse e le perdite di calore si fanno sentire di più.
Muovendomi invece a carico costante, se il regime cresce pesano di
più le perdite meccaniche e il rendimento scende, a basso regime
pesano di più le perdite termiche.
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