Per calcolare il flusso di massa d’aria in un motore ad accensione per compressione (CI engine), il CI Core Engine block utilizza un modello basato sul principio speed-density. Questo modello sfrutta un’equazione che mette in relazione il flusso d’aria con:
- Pressione del collettore di aspirazione (MAP)
- Temperatura del gas nel collettore di aspirazione (MAT)
- Velocità del motore (N)
Il carico del motore viene determinato in base al flusso di massa d’aria e alla massa d’aria nel cilindro.
Calcolo del Flusso di Massa d’Aria
Il modello speed-density utilizza la seguente equazione per determinare il flusso di massa d’aria al collettore di aspirazione:
Dove:
Successivamente, si sottrae il flusso di gas di scarico ricircolato
Efficienza Volumetrica
L’efficienza volumetrica ηv viene determinata in funzione della pressione assoluta nel collettore di aspirazione (MAP) al momento della chiusura della valvola di aspirazione (IVC) perché è in quel momento che si definisce la quantità finale di aria intrappolata nel cilindro, che sarà poi utilizzata nel processo di combustione.
Ecco perché il momento della chiusura della valvola di aspirazione (IVC) è cruciale:
Ad alti regimi, la chiusura deve essere anticipata per evitare perdite di carica dovute alla velocità del flusso.
L’aria continua a entrare nel cilindro anche dopo il punto morto inferiore (PMI)
Durante la fase di aspirazione, il pistone scende e crea una depressione che permette all’aria di entrare nel cilindro.
Tuttavia, in molti motori, la valvola di aspirazione rimane aperta oltre il PMI (ritardo di chiusura della valvola di aspirazione, IVC retard) per sfruttare l’inerzia del flusso d’aria e migliorare il riempimento del cilindro.
La pressione nel collettore di aspirazione (MAP) al momento della chiusura della valvola d’aspirazione (IVC) determina l’aria disponibile per la combustione
Se la valvola si chiude con una pressione elevata nel collettore, significa che è entrata più aria nel cilindro → efficienza volumetrica più alta.
Se la valvola si chiude con una pressione bassa, allora meno aria sarà intrappolata → efficienza volumetrica più bassa.
Influenza della fasatura variabile (VVT)
I motori moderni con fasatura variabile possono modificare il momento di chiusura della valvola di aspirazione per ottimizzare il riempimento del cilindro a diversi regimi di giri.
A bassi regimi, ritardare la chiusura della valvola permette di sfruttare al massimo la pressione residua nel collettore e migliorare il riempimento.
Calcolo del Carico del Motore
Il carico del motore (L) si ottiene dividendo la massa d’aria non bruciata per la massa nominale del cilindro MNom, che rappresenta la quantità di aria contenuta nel cilindro quando il pistone è al punto morto inferiore (BDC) a pressione e temperatura standard.
Infine, il carico del motore si calcola come:L=(60smin)Cps⋅m˙air⋅1000g/kgNcyl⋅N⋅MNomL = \left( \frac{60s}{min} \right) \frac{Cps \cdot \dot{m}_{air} \cdot 1000g/kg}{N_{cyl} \cdot N \cdot M_{Nom}}L=(min60s)Ncyl⋅N⋅MNomCps⋅m˙air⋅1000g/kg
Conclusione
Il modello speed-density per i motori Diesel è basato sull’uso della pressione e della temperatura nel collettore di aspirazione per stimare il flusso d’aria in ingresso e calcolare l’efficienza volumetrica e il carico del motore. Questo approccio consente di ottimizzare la gestione del motore e il controllo della combustione.