Capitolo 11

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Capitolo 11

Le prove condotte a 6000 giri al minuto

11.1 Introduzione

Nel seguente capitolo viene presentato il lavoro di simulazione per il regime di rotazione di 6000 giri al minuto. Dapprima sono illustrati i risultati ottenuti con carico del 30%, verificando in particolare la stabilità della stratificazione; quindi si illustrano i risultati ottenuti con carico al 60%, ricercando anche in questo caso la fasatura ideale. Infine si effettua una corsa con carico al 100% in condizioni di carica omogenea.

11.2 Simulazione a 6000 giri al minuto e carico al 30%

11.2.1 Analisi del campo di moto

Analizzando il grafico del tumble e dello swirl ratio, in funzione dell’angolo di manovella, si riescono a caratterizzare immediatamente le peculiarità del campo di moto al regime considerato. In questo caso, le differenze con le simulazioni a 2000 e 3000 giri al minuto sono più marcate. Nello specifico, se l’andamento del tumble lungo x e dello swirl si possono ritenere simili, questo non accade nel caso del tumble lungo y, dove vi sono differenze evidenti, soprattutto per quel che riguarda l’andamento della funzione nelle zone di picco (nel caso di 6000 giri al minuto il picco e molto più piatto e allungato).

Comunque è l’intensità dei moti a presentare differenze sostanziali per i tre regimi considerati. Nel caso dei 2000 e 3000 giri al minuto l’intensità dei campi di moto è sullo stesso ordine di grandezza, con differenze nel modulo dei vettori velocità di pochi metri al secondo. Nel caso dei 6000 giri al minuto, le differenze di intensità sono anche nell’ordine del 15% -20%; ne sono ulteriore conferma le mappe del campo di moto, fotografate a vari angoli di manovella. E’ interessante soprattutto la mappa relativa ai 350° dopo il PMS, visto che rappresenta il campo di moto in camera all’atto dell’accensione; si nota la solita presenza del moto di tumble con asse parallelo all’asse y e con intensità maggiore, rispetto ai regimi di 2000 e 3000 giri al minuto.

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-0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 50 100 150 200 250 300 350 Angolo di manovella

Tumble e swirl ratio

TRx TRy SR tot

Fig. 11.1 - Andamento del tumble e dello swirl ratio in funzione dell’angolo di manovella

per il regime di 6000 giri al minuto.

Fig. 11.2 - Sezione frontale eseguita sul piano della valvole e vista del piano del pistone;

del campo di moto rilevato a 40° dopo il PMS a 6000 giri al minuto con Kiva 3v.

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Fig. 11.3 - Sezione frontale eseguita sul piano della valvole e vista del piano del pistone;

del campo di moto rilevato a 120° dopo il PMS a 6000 giri al minuto con Kiva 3v.

Fig. 11.5 - Vista del campo di moto rilevato sul

pistone 320° (sopra) e 350° (sotto) dopo il PMS a 6000 giri al minuto.

Fig. 11.4 - Streamline del flusso rilevate

a 120° a 6000 giri al minuto con Kiva 3v.

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Fig. 11.6 - Mappa del campo di moto rilevato 320° dopo il PMS a 6000 giri al

minuto con Kiva 3v.

Fig. 11.7 - Mappa del campo di moto rilevato 350° dopo il PMS a 6000 giri al

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11.3 Fasatura d’iniezione

Lo studio della fasatura per il regime di 6000 giri al minuto, viene svolto in maniera del tutto uguale ai casi precedenti. Per brevità riportiamo solo i grafici delle quantità analizzate per il regime considerato. Circa i commenti riguardo la metodologia utilizzata, si rimanda ai capitoli precedenti. In questa sede preme soprattutto sottolineare una delle differenze più evidenti che risulta, analizzando i dati a disposizione, cioè l’impossibilità di posticipare fortemente l’iniezione (come invece viene realizzato per i regimi più bassi), a parità di combustibile iniettato, essendo poco il tempo a disposizione del combustibile, per evaporare completamente. Il tempo di evaporazione rimane circa uguale ai casi omologhi, ma dato l’elevato regime di rotazione, l’iniezione interessa una maggiore angolo di manovella. Con carico al 30% si iniettano 6.51 mgr di benzina alla pressione di 110Bar.

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060 280 290 300 310 320 330 340 350 Angolo di manovella

Percentuale di combustibile liquido sul cielo del

pistone

299 301 304

Fig. 11.8 - Percentuale di combustibile depositata sul cielo dello stantuffo in funzione

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0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 300 310 320 330 340 350 Angolo di manovella Vapor e e liquido di co mbustibile Liquido Vapore 0,0 0,1

Fig. 11.9 - Vapore e Liquido di combustibile relativo all’iniettata a 299°.

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 300 310 320 330 340 350 Angolo di manovella Vapore e liquido di combustibile Liquido Vapore 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4

Fig. 11.10 - Vapore e Liquido di combustibile relativo all’iniettata a 301°.

0,5 0,6 Vapore e liquido di combustibile 0,7 0,8 0,9 1,0 300 310 320 330 340 350 Angolo di manovella Liquido Vapore

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11.3.1 Le mappe del rapporto di equivalenza

Nel seguito saranno illustrate le mappe del rapporto di equivalenza per le fasature considerate.

Fig. 11.12 - Mappa del rapporto di equivalenza relativa all’iniezione a 299° dopo il PMS.

La mappa è calcolata sul piano di simmetria del motore, 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 30%. La griglia permette di localizzare la posizione ottimale per gli elettrodi della candela.

La mappa è calcolata sul piano di simmetria del motore, 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 30%. Rispetto alla mappa precedente si riportano anche l’andamento del campo di moto e la relativa scala.

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Fig. 11.14 - In alto la mappa del rapporto di equivalenza relativa all’iniezione a 299°

dopo il PMS, calcolata sul piano di simmetria e sul piano distante 6.40 mm rispetto al PMI. Rilevata 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 30% . In basso la stessa mappa calcolata sul piano di simmetria e sul piano distante 6.50 mm rispetto al PMI.

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Fig. 11.16 - Mappa del rapporto di equivalenza relativa all’iniezione ritardata 301° dopo

il PMS. La mappa è calcolata sul piano di simmetria del motore, 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 30%. Rispetto alla mappa precedente si riportano anche l’andamento del campo di moto e la relativa scala.

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Scintilla

Fig. 11.18 - Mappa del rapporto di equivalenza relativa all’iniezione a 304° dopo il

PMS. La mappa è calcolata sul piano di simmetria del motore, 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 30%. La griglia permette di localizzare la posizione ottimale per gli elettrodi della candela.

Fig. 11.19 - Mappa del rapporto di equivalenza relativa all’iniezione a 304° dopo il

PMS. La mappa è calcolata sul piano di simmetria del motore, 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 30%. Rispetto alla mappa precedente si riportano anche l’andamento del campo di moto e la relativa scala.

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Dall’esame visivo delle mappe sopra esposte, risalta subito una notevole differenza. Nelle prove illustrate nei capitoli precedenti, la nuvola di spray aveva forma tipica di cono vuoto, mentre nella prova a 6000, iniettando molto in “anticipo” (30° prima), si perde tale peculiarità. Il vapore di benzina è direzionato, non più dai moti turbolenti indotti dallo spray, ma dal campo di moto presente in camera , determinato esclusivamente dalla geometria della stessa.

Nel nostro caso la presenza di un moto di tumble, di intensità doppia a quella dei casi precedenti (figura 11.7), determina una distribuzione del vapore e del rapporto di equivalenza molto differente (figura 11.14 11.17 11.20). Nasce il problema della stabilità della stratificazione della carica. Iniettando 299° dopo il PMS, si riesce a distribuire correttamente il vapore. Altrettanto non si può dire per il rapporto di equivalenza. Iniettando 301° e soprattutto 304° dopo il PMS, oltre ad un’ottimale forma della nuvola del vapore, si ottiene il corretto rapporto di equivalenza.

11.4 Simulazione a 6000 giri al minuto e carico al 60%

Per la prova con carico al 60%, si iniettano 13.02 mgr di benzina, alla pressione di 125 Bar. Coerentemente con quanto sostenuto nel capitolo 8, la pressione di iniezione viene elevata, per favorire la polverizzazione dello spray e promuovere una rapida evaporazione dello stesso. Per brevità non si riporteranno i risultati relativi all’impingement dello stantuffo e all’evaporazione del combustibile. Si sottolinea comunque che, nella scelta finale delle fasature, sono stati sempre tenuti in considerazioni. Di seguito le mappe del rapporto di equivalenza per le due fasature considerate: 285° e 290° dopo il PMS.

Scintilla

La mappa è calcolata sul piano di simmetria del motore, 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 60%. La griglia permette di localizzare la posizione ottimale per gli elettrodi della candela

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La mappa è calcolata sul piano di simmetria del motore, 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 60%. Rispetto alla mappa precedente si riportano anche l’andamento del campo di moto e la relativa scala.

Fig. 11.23 - Mappa del rapporto di equivalenza relativa all’iniezione a 285° dopo il PMS,

calcolata sul piano che dista 30 mm dal piano di simmetria e sul piano distante 6.30 mm rispetto al PMI. Rilevata 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 60%.

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dopo il PMS, calcolata sul piano distante 25 mm dal piano di simmetria e sul piano distante 6.40 mm rispetto al PMI. Rilevata 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 60%. In basso la stessa mappa calcolata sul sul piano distante 6.45mm rispetto al PMI.

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La mappa è calcolata sul piano di simmetria del motore, 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 60%. Rispetto alla mappa precedente si riportano anche l’andamento del campo di moto e la relativa scala.

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dopo il PMS, calcolata sul piano di simmetria e sul piano distante 6.40 mm rispetto al PMI. Rilevata 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 60%. In basso la stessa mappa calcolata sul sul piano distante 6.45mm rispetto al PMI.

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11.5 Simulazione a 6000 giri al minuto e carico al 100%

Per la prova con carico al 100%, si iniettano 13.02 mgr di benzina, alla pressione di 140 Bar. La prova consiste nel simulare la condizione di funzionamento in carica omogenea. Si inietta tutto il combustibile già durante la fase di aspirazione, per favorire al massimo l’evaporazione.

Nel simulare tale condizione di funzionamento, non si è fatto uso di alcun modello di breakup, dato che risulterebbe irrilevante ai fini della prova. Nelle figure seguenti è mostrato, dapprima l’evoluzione del rapporto di equivalenza in camera, successivamente la situazione all’atto dell’accensione; si è verificato che il processo di omogeneizzazione è ultimato correttamente.

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C.A. 100° C.A. 150°

C.A. 290° C.A. 320°

Fig. 11.28 - Mappe del rapporto di equivalenza relative alla prova con carica omogenea.

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si ottiene una buone omogenizzazione già nell’intorno dei 320°. Il combustibile è iniettato durante la fase di aspirazione.

Scintilla

Fig. 11.29 - Mappa del rapporto di equivalenza relativa alla prova con carica omogenea.

Fig.11.30 - Mappa del rapporto di equivalenza relativa alla prova con carica omogenea.

La mappa è calcolata sul piano di simmetria del motore, 340° dopo il PMS, a 6000 giri al minuto con carico al 100%.