Riassunto analitico
Nelle applicazioni “hands – on”, nelle quali l’utente finale si fa carico del peso del prodotto e la leggerezza diventa un requisito fondamentale, i motori a combustione interna 2 Tempi sono ancora la soluzione ottimale, escludendo l’utilizzo di powerunit elettriche che sta trovando impiego anche in questo settore. Rispetto a un motore 4 Tempi di pari cilindrata, per queste applicazioni, si hanno vantaggi prestazionali non indifferenti, oltre a una maggior semplicità costruttiva (si pensi all’assenza di un sistema di distribuzione e alla semplicità di quello di alimentazione) che si riflettono in un rapporto Potenza/Peso vantaggioso. Questa semplicità, tuttavia, porta una serie di svantaggi che costituiscono il motivo per cui non hanno spazio di applicazione su cilindrate medie o medio – grandi. Questa tipologia di motori, infatti, soffre particolarmente la fuga di combustibile allo scarico durante lo scavenging, per via dell’assenza di un sistema di distribuzione. Installare un sistema di valvole diventa fattibile solo su cilindrate medio o medio – grandi, su quelle più piccole si andrebbero a perdere i vantaggi elencati. Le future normative per la categoria di motori oggetti di studio prescrivono di limitare il quantitativo di emissioni cumulative di idrocarburi incombusti e ossidi d’azoto (HC e NOx) a 50 g/kWh. Per il rispetto di questo valore si può notare come sia necessario diminuire il flusso di inquinanti a parità di potenza, oppure massimizzare la potenza mantenendo inalterata la portata di incombusti e ossidi d’azoto. Il caso di studio affrontato rientra in questa seconda casistica. Si tratterà infatti l’analisi sperimentale di un motore 2 Tempi di piccola cilindrata raffreddato a liquido, capace di ottenere una potenza nominale all’albero maggiore dei 2 kW. L’utilizzo di un sistema “liquid cooling” su cilindrate così ridotte permette l’ottenimento di elevate potenze specifiche (maggiore di 80 kW/l) senza compromettere il regolare funzionamento. Ci si attende quindi di ottenere valori delle emissioni non troppo distanti dai futuri limiti normativi per via della grande potenza sviluppata. Durante il lavoro di tesi saranno valutati l’impatto sulle prestazioni (in termini di potenza meccanica ed emissioni) e sull’operabilità del motore (temperature del liquido refrigerante e lubrificazione) al variare di alcuni parametri di input (quali rapporto aria-combustibile e carico imposto ad esempio). La CFD verrà utilizzata come strumento di sostegno per l’analisi di componenti originali da testare. Le evidenze ottenute dalla campagna sperimentale condotta all’interno di Emak S.p.A confermano un’elevata potenza specifica, con valori di emissioni al di sopra dei futuri limiti normativi. Tuttavia, con le dovute considerazioni, questi non sono troppo distanti da quelle di un comune motore raffreddato ad aria. Risulta pertanto utile abbinare questa tecnologia a uno studio di ottimizzazione del processo di ricambio della carica per ottenere elevati potenze, emissioni contenute, scongiurando qualsiasi malfunzionamento dovuto a temperature in camera eccessive.
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