Sistemi di iniezione del carburante – Enginologia

Motori Circle Track e EFI

Vedi tutte e 1 le fotoJim McFarlandwriterDec 8, 2009

Se Smokey Yunick fosse ancora con noi oggi, sospetto che si troverebbe in mezzo a questo problema. Una volta mi ha detto che i carburatori sono poco più che dispositivi a “tenuta controllata” e che l’iniezione elettronica nei motori dei circuiti di tutti i giorni è un’opzione inevitabile che dovrebbe essere esplorata e sviluppata a livello pratico. Prima di approfondire l’argomento, prendiamoci un momento per esaminare alcune proprietà di combustione che giocano a favore di EFI, rispetto ai carburatori. Anche se non affronteremo argomenti correlati come l’economia e la complessità del sistema, entrambi questi elementi sembrano diventare meno preoccupanti per l’utente rispetto al passato.

In più occasioni, nelle pagine di questa rivista, abbiamo cercato di descrivere il complicato processo di conversione del combustibile liquido in calore (potenza) mediante combustione. È il metodo con cui il combustibile viene atomizzato e il punto di introduzione in un flusso d’aria in entrata (o spazio di combustione) che diventa problematico per una combustione efficiente. Inoltre, mentre l’effetto netto è il passaggio della miscela nello spazio di combustione, il flusso in un sistema di induzione o percorso è elastico, interrotto e caricato con una varietà di precisioni che tendono a “dismiscelare” le cariche di aria/carburante. E quanto più a monte in un sistema a induzione viene introdotto il combustibile, tanto più influenti diventano le cause del problema.

In particolare, sappiamo che per avviare e sostenere una fiamma di combustione uniforme, è utile aver creato cariche di aria/carburante costituite da gocce di combustibile delle dimensioni più piccole possibili. E la miscela deve essere il più uniforme e omogenea possibile, in tutto lo spazio di combustione. In poche parole, i carburatori hanno difficoltà a contribuire favorevolmente a questo obiettivo, se non altro per il fatto che funzionano bene a monte degli spazi di combustione. In una recente conversazione con il redattore tecnico senior della CT, Bob Bolles, è emerso che forse qualche ulteriore discussione sull’argomento potrebbe essere utile ai lettori della CT.

Ecco una prospettiva da considerare. A rischio di una semplificazione eccessiva, immaginate che le grandi gocce di combustibile richiedano più tempo per essere consumate nel processo di combustione. E, al contrario, le gocce più piccole richiedono meno tempo. In uno spazio di combustione con una scarsa miscelazione di aria/cariche di carburante (specialmente se c’è una gamma di dimensioni delle goccioline), ci sarà effettivamente una gamma di rapporti aria/carburante in questo spazio. Di conseguenza, quando inizia la combustione, la velocità di fiamma non sarà uniforme e, molto probabilmente, si verificherà una combustione netta inefficiente.

All’inizio degli anni Settanta, ricevetti una telefonata da un uomo di nome Jack Priegel. Era il presidente della Autotronic Controls Corporation di El Paso, Texas. La sua azienda stava sviluppando un dispositivo di atomizzazione del carburante che utilizzava un dispositivo ad ultrasuoni attraverso il quale il carburante liquido veniva spezzato in goccioline di dimensioni inferiori ai 20 micron. Il combustibile atomizzato sembrava “fumo” una volta passato attraverso il dispositivo. Ma aveva quello che pensava fosse un problema di collettore di aspirazione, perché il dispositivo si trovava dove normalmente sarebbe stato posizionato un carburatore. Nonostante questo handicap e il fatto che il carburante veniva tolto dalle sospensioni tramite un flusso d’aria pulsante, il suo sistema dimostrava i potenziali benefici di una drastica riduzione delle dimensioni delle goccioline di carburante. Jack stava finanziando il progetto con la vendita di un prodotto che la sua azienda aveva ideato proprio per mantenere vivi i suoi sforzi per il sistema di induzione. In realtà, quel prodotto era un sistema di accensione a più scintille. Il sistema a induzione è stato interrotto quando le vendite del prodotto sono andate alle stelle e tutti sappiamo l’impatto che le accensioni MSD hanno avuto sugli sport motoristici. Ma questa è un’altra storia.

Il punto qui è che l’efficienza di atomizzazione fornita dagli iniettori di carburante ad azionamento elettronico, specialmente se posizionati in prossimità dello spazio di combustione, offre vantaggi tangibili. I sistemi EFI consentono un maggiore controllo su molti dei requisiti rudimentali di un efficiente funzionamento dei motori a combustione interna, portando a un’opportunità di aumentare la potenza con un ridotto consumo di carburante e (che ci crediate o no), una possibilità di ridurre le emissioni di scarico.

Tra gli argomenti spesso offerti dai non-proprietari di EFI nelle corse, uno riguarda l’uso dell’elettronica e la possibile sensibilità di questi componenti in un ambiente di gara difficile. Qualsiasi preoccupazione in questo particolare settore sta diminuendo, come testimoniano alcuni robusti motori da corsa che vanno bene non solo con iterazioni di sistemi OEM ma anche con pacchetti di conversione aftermarket che semplicemente sostituiscono i carburatori con corpi farfallati ed elettronica di supporto. Alcune aziende forniscono sistemi di induzione EFI multipoint che localizzano gli iniettori in prossimità degli spazi di combustione per ridurre gli effetti a monte dei percorsi di flusso pulsanti e tortuosi. Ovviamente, i sistemi di iniezione meccanica di carburante si trovano nello spazio tra i carburatori e l’EFI, ma sembra che ci sia un movimento in atto tra i fornitori di sistemi meccanici per fondere l’elettronica in alcuni di questi pacchetti.

Nelle colonne precedenti, ho anche suggerito che le prestazioni del consumo di carburante specifico di un motore per i freni si verificano in genere con o vicino al picco di coppia frenante. Tra i fattori che influenzano questa condizione, uno è il regime del motore e l’altro è la qualità del carburante atomizzato erogato da un carburatore. A velocità inferiori alla coppia di picco, le velocità medie di flusso in ingresso sono inferiori a quelle necessarie per favorire l’efficienza dell’atomizzazione. Questo può essere verificato valutando l’entità degli idrocarburi incombusti (carburante non consumato) nei gas di scarico.

Allo stesso modo, ad un numero di giri più elevato, cresce la tendenza ad una separazione meccanica del combustibile dall’aria, aumentando così le possibilità di combustibile scarsamente atomizzato nello spazio di combustione, verificabile con lo stesso processo di analisi. Miglioramenti nella progettazione del booster del carburante principale del carburatore (o modifiche) possono aiutare il problema, ma non eliminarne del tutto l’influenza. Di conseguenza, l’efficienza della combustione, come evidenziato dai dati BSFC, mostra tipicamente valori numerici più alti per questi dati al di sotto e al di sopra della coppia di picco.

D’altra parte, gli iniettori di carburante utilizzati in un sistema EFI tendono a fornire una percentuale più elevata di carburante atomizzato in una più ampia gamma di velocità del motore. La risposta dell’acceleratore in genere migliora, così come la potenza in pista e il risparmio di carburante. Riflettendo su queste condizioni, le curve BSFC tendono ad essere un po’ più piatte e ad avvicinarsi ai valori di coppia di picco al di sopra e al di sotto di questo regime di rotazione del motore, indicando ulteriormente un più ampio intervallo di miglioramento dell’efficienza di combustione. Aggiungete al pacchetto l’opportunità di variare elettronicamente la fasatura delle camme e si può adottare una nuova prospettiva sui vantaggi dei motori su cingoli a controllo elettronico. . . non credete?

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