Migliorare l’atomizzazione del carburante – Enginologia

In seguito al problema del condizionamento dell’aria e del carburante

Vedi tutti 1 fotoswpengineWordsNov 2, 2009

“Come diavolo pensi che questo possa fare la differenza”, è il mio ricordo della reazione di Smokey la prima volta che io e lui abbiamo discusso di certi modi per migliorare l’atomizzazione del carburante e il processo di combustione. Per quanto potesse sembrare difficile all’epoca, alla fine siamo giunti ad alcune conclusioni che forse vale la pena di prendere in considerazione. Alcune di queste nozioni sono state toccate in precedenti rubriche di Enginologia. Ma anche se la maggior parte dei motori dei circuiti circolari sono a carburatore (EFI è comunque in arrivo), la maggior parte dei paragrafi seguenti conterrà informazioni che si adattano ad entrambi.

Per lanciare questa discussione, passiamo in rassegna un paio di punti precedenti. In primo luogo, c’è una chiara distinzione tra quantità e qualità del flusso d’aria. Nei motori a carburatore, il carburante passa tipicamente su un percorso più lungo verso i cilindri rispetto ai sistemi EFI. Tuttavia, entrambi gli ambienti possono trarre vantaggio dalla fornitura di aria che aiuta a sostenere una buona atomizzazione del carburante e aiuta la sospensione del carburante (riduce al minimo la separazione meccanica di aria e carburante). È importante che i percorsi dell’aria in ingresso e il movimento all’interno dello spazio di combustione, al minimo, non riducano l’efficienza per entrambi questi requisiti.

In seguito, ricordiamo che in precedenza abbiamo condiviso che la dimensione delle particelle di combustibile si riferisce alla velocità della fiamma; ad esempio, più piccola è la gocciolina, minore è il tempo necessario perché sia “processata” dalla reazione chimica che comunemente chiamiamo combustione. Poiché le particelle di combustibile più grandi richiedono più tempo per “bruciare” (se volete), la velocità netta della fiamma diminuisce effettivamente. E, come sapete, entrambe queste condizioni sono inevitabilmente legate al momento della scintilla (il punto di erogazione della scintilla in funzione dell’angolo dell’albero motore).

Infine, c’è la questione della pressione media effettiva indicata (IMEP) che, ai fini di questa discussione, definiremo come la pressione “netta” della bombola di lavoro. Cosa intendiamo con questo? Semplicemente che IMEP è la differenza matematica tra pressione positiva e negativa, che agisce su un pistone durante un dato ciclo operativo. Più precisamente, è la differenza tra la pressione sul pistone prima del TDC della corsa di potenza (accensione) e successivamente durante la corsa di discesa.

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Che ci crediate o no, tutte queste condizioni e i loro effetti possono essere influenzati dalla mancata attenzione a come il combustibile viene condizionato prima e durante la combustione. Inoltre, poiché le miscele aria/combustibile operano in spazi ristretti e cambiano direzione di movimento con rapida frequenza (generalmente al ritmo di millisecondi), prendere precauzioni per fare ciò che è possibile per migliorare la riduzione delle dimensioni delle particelle di combustibile liquido (spesso meccanicamente) può essere utile per aumentare la potenza. Ora parliamo di alcuni modi pratici che potreste voler prendere in considerazione per raggiungere questo obiettivo.

Ci sono varie scuole di pensiero su come trattare le superfici bagnate, sia all’esterno che all’interno dello spazio di combustione. Le opinioni sono spesso basate sull’esperienza, anche se a volte quell’esperienza non include alcuna forma di analisi scientifica o base di fatto, ma solo un foglio di banco. E anche se dati di questo tipo sono probabilmente un punto di forza da cui partire per lavorare, ottenere risultati senza una chiara conoscenza di come sono stati ottenuti può lasciare al buio quando si cerca di apportare ulteriori miglioramenti.

Detto in un altro modo, se non sapete perché o come avete causato un cambiamento, quali sono le possibilità di ripetere il processo o di migliorarlo? Prendetevi del tempo per capire il “perché” dietro al “cosa”, se pianificate un qualsiasi tipo di approccio scientifico per apportare cambiamenti.

Probabilmente avete letto i resoconti dei vantaggi derivanti dall’utilizzo di panchine a flusso umido. Altri sostenitori suggeriscono che la corretta profilazione della pressione del movimento dell’aria e dei modelli è il metodo preferito. I misuratori a vortice e a caduta possono essere utili. Coloro che hanno accesso ai CFD e ai relativi software informatici mantengono un approccio superiore. E poi ancora, troverete costruttori di motori esperti che si limitano ad apportare modifiche ai percorsi di ingresso e agli spazi di combustione (corone dei pistoni incluse) e che utilizzano i dati di consumo di carburante specifici per i freni (BSFC) come metro di misura. Francamente, sono stato fortunato ad aver utilizzato, in un momento o nell’altro, tutti questi metodi e ho scoperto che ognuno di essi offre i propri vantaggi. A volte, gli obiettivi finali detteranno il miglior metodo di analisi.

Taglia tutto e probabilmente scoprirai che più esperienza una persona ha nel collegare i punti tra l’analisi pre-dinamica e i risultati specifici del banco, migliore sembra diventare ogni metodo. Come un vecchio e saggio costruttore di motori che conoscevo una volta diceva spesso: “Non è quello che fai, ma il modo in cui lo fai che conta”. Fortunatamente, tutte queste tecniche possono produrre dati validi che rispondono alle preoccupazioni sul condizionamento della miscela.

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La regione in un campo di flusso più vicina alle superfici su cui passa un fluido di lavoro che è prevalentemente “stagnante” e dominato dalla viscosità del fluido è lo “strato limite” così rivestito e può creare una significativa resistenza al flusso netto. È anche una regione in cui il carburante tende ad accumularsi nell’aria/carburante, ambiente di flusso umido. Superfici irruvidite o infossate nella regione dello strato limite possono aggiungere energia e contribuire a ripristinare il carburante separato nel fluido di lavoro tradizionale, migliorando così la possibilità di combustione.

Distribuzione teorica della pressione in un passaggio di flusso circolare, stato stazionario, perdita di carico costante attraverso il passaggio. La pressione dinamica più alta tende a trovarsi al centro geometrico del passaggio o in prossimità di esso. Il punto più alto di pressione può variare come functon del passaggio e la forma dell’area della sezione e la posizione della sezione.

Posizione e definizione dello strato limite in un passaggio di flusso

Ora mettiamoci in pratica. L’aria in entrata può essere paragonata a un fluido. Infatti, Smokey spesso lo chiamava “fluido di lavoro”. In molte occasioni, ha parlato di studiare il movimento dell’acqua nei ruscelli solo per vedere “cosa ha influito su cosa” durante il flusso del fluido.

Quando l’aria si muove su una superficie, c’è un’interazione dinamica tra il fluido in movimento e la superficie statica, pari a una forma di resistenza all’attrito. Più la superficie è liscia, più questa interazione diventa casuale. Introdurre un fluido (in questo caso un carburante) nel flusso d’aria e questa casualità può tradursi in un’ampia gamma di dimensioni delle particelle dal processo di atomizzazione a monte.

Il risultato? Una variazione effettiva della dimensione delle goccioline e, quindi, dei rapporti aria/carburante a valle. In termini di potenza, niente di tutto questo è buono. Quindi, mentre le superfici di flusso “lisce” possono contribuire a promuovere il flusso d’aria netto, un ambiente con flusso umido non sempre beneficia di un aumento fondamentale del flusso. In tali situazioni, può essere utile creare un aumento del livello di energia all’interfaccia tra la superficie statica e il flusso umido (allo strato limite). Nel migliore dei casi, si vorrebbe creare una misura di controllo nel modo in cui lo strato limite aiuta l’atomizzazione del carburante o la sospensione del carburante (o entrambe). È qui che entra in gioco la cosiddetta nozione di “superficie ruvida”.

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In sostanza, senza approfondire troppo l’analisi aerodinamica dell’interazione tra un oggetto che si muove attraverso (o che passa attraverso) un fluido di lavoro, ecco un paio di pensieri pratici.

Una superficie “irruvidita” (che va da una semplice trama a un modello completamente sfalsato) creerà una rete di vortici, a valle del punto o dei punti in cui il fluido di lavoro entra in contatto con le superfici. Anche se i periodi di tempo di flusso durante un tipico ciclo di ingresso possono essere molto brevi e bidirezionali, c’è tempo sufficiente perché il fluido di lavoro diventi più attivo lungo le pareti di passaggio.

È questa attività che può aiutare a separare aria e carburante per ricombinare e a ridurre le dimensioni delle particelle. Indipendentemente da quanto ciò possa sembrare insignificante, i risultati (a seconda di quanto male il carburante non venga condizionato prima di queste modifiche di tipo) possono essere drammatici. Alcuni costruttori di motori esperti sono stati introdotti a questo concetto e sono diventati credenti nei suoi meriti. Basta chiedere a Dennis Wells di Wells Racing Engines

Quindi, sia che scegliate di “irruvidire” semplicemente i passaggi di aspirazione, i punti selezionati nello spazio di combustione (comprese le aree delle corone dei pistoni) o che vi prendiate il tempo di identificare dove questi punti sono i più sensibili, le probabilità sono migliori che buone vedrete i guadagni al volano. Smokey ha persino portato l’idea al punto di sviluppare una camera di combustione e una corona del pistone che creasse un movimento rotatorio della carica di aria/carburante, durante la corsa di compressione, ma questa è una storia completamente diversa sul condizionamento della miscela.

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