Influenza dei moti della carica

A causa della sua natura probabilistica, la turbolenza aumenta le irregolarità cicliche. Dal momento che i moti della carica nel cilindro sono essenzialmente di carattere turbolento, la completa eliminazione

delle irregolarità è impossibile da ottenere. L’effetto del moto turbolento è duplice: se da un lato accelera la combustione, incrementando la superficie del fronte di fiamma, dall’altro, a causa della sua componente casuale, comporta delle fluttuazioni imprevedibili della velocità e della direzione del fronte di fiamma stesso. Entrambi gli effetti sono inoltre in stretta relazione con parametri motoristici quali la geometria della camera di combustione, la collocazione della candela, ecc. L’ottimizzazione del grado di turbolenza, quindi, dipende fortemente dal motore in esame.

Gli aspetti del moto della carica che influenzano maggiormente le irregolarità sono riportati di seguito. Occorre precisare che, sebbene per semplicità vengano analizzati singolarmente, questi fattori si influenzano a vicenda.

• Velocità e direzione media della carica nei pressi degli elettrodi della candela

Il flusso nella vicinanza della candela influenza la stabilità con cui si sviluppa il nucleo iniziale di combustione, determinando la quantità di calore disperso verso gli elettrodi o verso le pareti della camera. Alle irregolarità del flusso in prossimità degli elettrodi è associata quindi una diversa collocazione temporale del nucleo di combustione rispetto alla candela: nel caso peggiore il nucleo viene spinto verso le pareti della camera o verso gli elettrodi.

• Posizione della candela rispetto al flusso

La posizione della candela rispetto al flusso influenza il moto del fluido attorno agli elettrodi e di conseguenza le condizioni gasdinamiche nelle quali il nucleo iniziale si sviluppa. Nei casi in cui il moto della carica allontana il nucleo dagli elettrodi, le perdite di calore sono minori e la combustione inizia in maniera più stabile.

• Intensità e scala della turbolenza

La turbolenza ha un influenza diversa sulla dispersione ciclica a seconda della propria scala. La dispersione ciclica sarà tanto minore, quanto maggiore sarà la microturbolenza in fase di combustione, mentre tenderà ad aumentare all’aumentare della macroturbolenza, in quanto essa esalta i moti caotici in camera di combustione che rendono maggiormente variabile la propagazione del fronte di fiamma.

• Moti organizzati della carica

All’interno della camera di combustione si possono riscontrare diversi tipi di moto del fluido, in particolare il moto di swirl, tumble e squish. La forma di tali moti, rappresentata in figura 2.8, dipende sia dal disegno della camera di combustione sia dalla disposizione e dalla forma del condotto di aspirazione.

Figura 2.8: Rappresentazione dei moti di swirl, tumble e squish.

In genere esiste una stretta dipendenza fra le caratteristiche dei moti e quelle del flusso medio del fluido nell’intorno degli elettrodi della candela. In particolare, se la candela è collocata con una certa eccentricità rispetto all’asse del cilindro, il moto di swirl agisce trascinando il nucleo di combustione in direzione tangenziale mentre il moto di squish ne provoca lo spostamento verso la zona centrale della camera.

Dalla letteratura [26, 31] emerge un effetto positivo del moto di swirl sulle variazioni cicliche nell’andamento della pressione. Alcuni studi (Patterson 1966) mostrano una riduzione nelle irregolarità della velocità di salita della pressione pari al 50 % (figura 2.9) ottenuta mediante l’adozione di valvole in grado di incrementare questo tipo di moto. Il contributo maggiore è ottenuto per miscele magre.

Figura 2.9: Variazione percentuale nella derivata angolare della pressione per due differenti livelli di swirl.

L’effetto pronunciato del moto di swirl sembra dovuto principalmente alla capacità di generare una turbolenza di piccola scala, ma sono state avanzate anche altre ipotesi, quali l’aumento del volume di carica che attraversa gli elettrodi durante la scarica e la minore irregolarità della velocità del fluido nella zona degli elettrodi stessi.

I moti organizzati durante la fase di aspirazione del motore (tumble e swirl), per effetto degli attriti riducono la propria scala durante la fase di compressione, trasformandosi in moti microturbolenti in fase di combustione con ancora sufficiente energia per causare un forte corrugamento del fronte di fiamma con effetti positivi sulla velocità apparente (maggiore anche di due ordini di grandezza rispetto alla velocità reale laminare) e sulla dispersione ciclica.

I moti di squish invece generandosi contemporaneamente alla combustione creano macroturbolenza in fase di combustione e quindi, seppur benefici agli effetti agli effetti della velocità apparente di combustione tendono ad incrementare la dispersione ciclica.

Capitolo III

Influenza delle normative antinquinamento sui

piccoli motori stazionari

3.1 Introduzione

Tra tutte le macchine termiche, i motori a combustione interna sono stati stravolti completamente negli ultimi dieci anni. Le continue ricerche e sviluppi sui motori sono stati dettati non solo per una massimizzazione della potenza specifica, ma soprattutto per ridurre i quantitativi di sostanze inquinanti che da essi vengono rilasciati nell’ambiente.

A causa dell’effetto nocivo dei gas di scarico dei motori endotermici, da anni sono state formulate delle direttive specifiche a tutela dell’ambiente e dell’essere umano. A tal proposito, l’interesse dell’opinione pubblica verso l’ecologia gioca un ruolo importante, e se a questo si sommano le previsioni degli esperti nel settore, riguardanti le condizioni climatiche e ambientali del globo terrestre, si capisce il perché le normative antinquinamento siano diventate sempre più stringenti nel corso degli anni, diventando il tallone d’Achille del motore a combustione interna.

Nel seguente capitolo, si vuole presentare un quadro delle leggi vigenti per motori endotermici, con particolare attenzione alle normative riguardanti i piccoli motori stazionari, essendo questi, oggetto della sperimentazione della presente tesi.

Si vuole altresì, riassumere le principali sostanze inquinanti prodotte durante il processo di combustione, le cause della loro formazione e i sistemi per ridurle, al fine di rispettare le normative imposte.