Sviluppo di un codice di calcolo innovativo per lo studio del flusso quasi-monodimensionale non stazionario nei condotti dei motori a combustione interna

INTRODUZIONE Il grado di sviluppo raggiunto dai moderni motori a combustione interna è estremamente elevato, grazie alla continua ricerca per migliorare i parametri che influenzano la potenza fornita dal motore. Quest’ultima può essere aumentata in diversi modi, ma soprattutto incrementando la quantità di massa evolvente ad ogni ciclo nel cilindro. L’esperienza suggerisce che ad influenzare il riempimento dei cilindri concorrono le dimensioni delle valvole, la loro legge di alzata e di fasatura nonché gli strozzamenti che causano perdite di carico. Al riguardo, un ruolo molto importante hanno i fenomeni fluidodinamici che avvengono nei sistemi di aspirazione e scarico e che possono portare ad una vera e propria sovralimentazione dinamica. Nel presente lavoro viene analizzato il moto del fluido in detti sistemi, che si configurano come un insieme di condotti connessi con capacità di volume variabile (cilindro) oppure con l’ambiente esterno. Per questo studio è stato realizzato un codice di calcolo innovativo, che risolve le equazioni della gasdinamica, prevedendo l’evoluzione delle proprietà del fluido all’interno dei condotti. Abbiamo seguito un approccio unidimensionale, in condizioni generali di non isoentropicità, utilizzando un opportuno modello di fluido. Considerato che nei sistemi di aspirazione e scarico la temperatura dei gas è relativamente bassa abbiamo scelto il modello del gas perfetto. Il codice sviluppato è adatto per lo studio sia dei motori a due tempi che a quattro tempi. Nel caso del motore a due tempi, essendo già disponibili dei codici di calcolo sviluppati nel D.I.ME.CA, ci si propone, attraverso una nuova metodologia, di migliorare i risultati ottenuti dai precedenti schemi di calcolo. I valori calcolati vengono confrontati con dati sperimentali ricavati su di un motore trascinato. Per il motore a quattro tempi il confronto è stato fatto con i risultati sperimentali eseguiti su un motore diesel monocilindrico 1 . La presente tesi è suddivisa in nove capitoli. Nel primo viene spiegato come la previsione delle condizioni allo scarico può influenzare le prestazioni del motore e DIMECA Università degli studi di Cagliari vii