Migliorare l’efficienza dei motori a combustione interna (Parte III)

Migliorare l’efficienza dei motori a combustione interna è un requisito fondamentale per il futuro di questa tecnologia. Questa è la terza parte di un articolo tecnico scritto da Serguei Tikhonenkov, MSc (in coda all’articolo l’indirizzo mail).

Qui potete trovare la prima parte, mentre qui è disponibile la seconda parte, pubblicata la settimana scorsa. Alla fine dell’ultimo post, due video hanno mostrato come funziona un motore a combustione interna senza albero a gomiti. In questo post, entriamo nel dettaglio della soluzione introdotta dall’autore, menzionando anche le principali differenze tra questa particolare soluzione e un motore tradizionale.

Il motore (Figure 1 e 2, sotto) può contenere da una o più unità (2, 4, 6, ecc.).

Ogni unità è composta da un cilindro principale (1) e uno supplementare (2), una valvola di aspirazione (3) e una valvola (4) che collegano le cavità sopra il cilindro principale e quello supplementare, una camera comune (5), una base (6), sulla quale sono montati il pistone (1) e lo stelo (7) del pistone (2), e sulla parte inferiore della base (6) ci sono due supporti (8). Su ognuno di questi sono montate le leve (9) con rulli (10) e cremagliere (11) fissati su di esse. I rulli (10) rotolano lungo le guide (12) e le cremagliere (11) interagiscono con le ruote dentate (13) collegate da un pignone (14). Nella parte inferiore delle aperture del blocco (15) si trovano le aperture per i gas di scarico.

Migliorare l’efficienza: come funziona il motore

Quando la miscela si accende sopra il pistone (1), la valvola (4) è in posizione ‘chiusa’. La pressione fa scendere il pistone (1) e la base (6). Contemporaneamente lo stelo (7) e il pistone (2) si muovono verso il basso, mentre la valvola (3) si apre e garantisce l’aspirazione della miscela.

Anche i bracci (9) montati sui supporti (8) si muovono verso il basso. Allo stesso tempo, i rulli (10) scorrono lungo le guide (12) e le cremagliere (11) azionano gli ingranaggi (13), creando una coppia. Quando il pistone raggiunge il suo punto più basso, i gas di scarico vengono convogliati attraverso le aperture (15). La base (6) e i pistoni (1) e (2) installati su di essa vengono spostati verso l’alto a causa delle forze inerziali e dell’interazione con le unità collegate. Durante lo spostamento verso l’alto, la miscela che entra nella cavità sopra il pistone del cilindro supplementare (2) si muove attraverso la valvola aperta (4) e la camera comune (5) nella cavità sopra il pistone del cilindro principale (1). Ora la valvola (3) è chiusa dalla pressione sopra il pistone del cilindro supplementare (2). Così, nella cavità sopra lo stantuffo del cilindro principale (1) si crea una miscela combustibile compressa. Quando la miscela si accende, il ciclo si ripete.

Le differenze tra il nuovo motore nuovo e quello tradizionale

Prima differenza. Al punto morto superiore (Pms), il pistone è fermo mentre le cremagliere girano intorno a un arco di 180 gradi su un pignone. In questo momento, la miscela carburante-aria nello spazio sopra il pistone principale si accende. Il volume in questo caso sarà mantenuto costante, il che porterà a un aumento molto significativo della pressione e della temperatura. Questi parametri possono raggiungere valori a cui si verificherà il guasto del motore. Ciò significa che il momento di accensione della miscela aria-carburante deve essere ottimizzato. L’ottimizzazione permetterà di evitare la distruzione del motore e, allo stesso tempo, di creare un aumento significativo della pressione al di sopra del pistone.

Seconda differenza. Al punto morto inferiore (Pmi), il pistone è fermo, come al Pms. Di conseguenza, il tempo di scarico aumenta di molte volte. Ciò significa che la miscela aria-carburante ‘nuova’ non si mescola con i residui della miscela bruciata. Nel motore proposto, la corsa di lavoro e la corsa di iniezione vengono effettuate in contemporanea, essendo entrambe isolate. Mentre il pistone principale e quello supplementare si muovono verso l’alto, la miscela aria-carburante fresca viene pompata dal pistone supplementare nello spazio sopra il pistone principale.

Terza differenza. Nel motore proposto, il braccio della forza tangenziale sull’albero motore rimane costante lungo tutto il percorso del pistone. (Vedi Grafico 3 qui sotto).

(Continua…)

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