La camera di combustione

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Sia che il motore sia a 2 o 4 tempi, diesel o benzina, ha la necessità di ricavare uno spazio dove comprimere l’aria, con il duplice scopo di riscaldarla (per compressione) e di concentrarla nel più piccolo spazio possibile in modo da avere una spinta di espansione più efficace possibile.

Il volume della camera è sempre proporzionale al volume della cilindrata unitaria e varia in base ad un parametro di progettazione derivato dalla tipologia e dagli scopi d’uso, conosciuto con la denominazione tecnica di: “Rapporto di compressione”.

Questo non è altro che il rapporto esistente tra il volume della camera di combustione e il volume totale di camera di combustione + spazio occupato dal pistone durante la sua corsa tra il punto morto inferiore e il punto morto superiore (cilindrata unitaria).

Per il calcolo del rapporto di compressione abbiamo bisogno di conoscere il volume della camera di combustione, il volume della cilindrata unitaria e, nei casi limite e per una maggior precisione, il volume dello spazio anulare attorno al pistone sino alla prima fascia.

La dove:

Rc= Rapporto di compressione

V= Cilindrata unitaria

C= Volume camera di combustione

H= Volume dello spazio anulare

Per cui avremo:

Rc = (V+C+H)/(H+C)

La maggior parte delle volte non avremo bisogno di conoscere il volume dello spazio anulare ma è bene conoscerne la presenza anche perché ai grandi alesaggi comincia ad avere una certa influenza. Il dato emergerà importante quando, pensando di far costruire il pistone a disegno, posizioneremo le fasce elastiche.

Normalmente i rapporti di compressione sono:

2 Tempi

4 Tempi

Diesel

Aspirato

8-17:1

8-13:1

20-22:1

Con compressore

6-8:1

!8,5-20:1

Come si può notare, nei motori con compressore il rapporto geometrico risulta più basso, sarà la sovrapressione ad immettere più aria nel cilindro, creando così una condizione simile a quella di un aumento del volume del cilindro. Il volume della camera di combustione avrà quindi l’effetto di una parte proporzionalmente più piccola rispetto al volume totale.

La forma ideale è quella sferica, equamente divisa tra testata e il cielo del pistone, con l’inizio della combustione nel punto centrale, ma resta solo una realizzazione teorica, in quanto portare l’accensione nel punto centrale di questa sfera comporta uno “sporcare” la forma della camera da limitarne l’efficienza.

L’alternativa rimane la camera lenticolare, talvolta suddivisa tra il cielo del pistone e la testata, più frequentemente solo sulla testata.

Per ovvie esigenze di costruzione e meccaniche di funzionamento, i motori a due tempi, quattro tempi diesel e quattro tempi benzina richiedono forme diverse della camera di combustione.

Nel due tempi la testata ha solo la candela come elemento “disturbatore” della forma e non potendo essere eliminata la si pone nel punto più favorevole a procurare una rapida combustione. La miglior forma rimane la emisferica.

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Nel quattro tempi la camera è disturbata dalla presenza delle valvole, queste talvolta vanno a condizionare anche la forma del cielo del pistone, con incavi per lasciare spazio allo farfallamento e gobbe per recuperare il volume per la compressione.

Con le quattro valvole la camera è normalmente lenticolare, ricavata in parte in testata e in parte nel cielo del pistone. Quasi come una camera Heron che viene invece usata in quei motori con testata piatta, che hanno il vantaggio di non cambiare il rapporto di compressione ad ogni revisione del motore. Viene usata dei diesel in modo molto evidente nelle soluzioni a iniezione diretta.

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La camera può essere ancora a tetto, a scatola di sardine, a cuneo e sino ai primi anni 60’, per semplificare la costruzione delle testate, si utilizzavano le valvole laterali, che richiedevano una camera simile al due tempi ma decentrata. Questo sistema, se pure di elevata semplicità costruttiva, è da considerarsi inadeguato in quanto rende la camera non efficiente.

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Con i motori a due valvole per cilindro il miglior rendimento lo si otteneva con la camera emisferica. Le quattro valvole hanno richiesto lo studio di una diversa conformazione, per cui è universalmente accettata la forma a tetto o lenticolare entrambe con pistone sagomato.

Il motore Diesel richiede invece una camera Heron ricavata nel pistone per l’iniezione diretta e la forma a precamera per l’iniezione indiretta.

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Il sistema a precamera necessita di due parole in più, tra pistone e testata non esiste quasi spazio, tutta l’aria imprigionata alla chiusura della valvola di aspirazione percorre un corto canale per comprimersi in una camera sferica, dove si miscela al gasolio ed entra in combustione.

Espandendosi, la miscela ripercorre lo stretto condotto gettandosi sul pistone, dove un intaglio distribuisce i gas nello spazio che si viene a creare con l’espansione per bilanciare la pressione su tutta la superficie.

Lo Zingaro

Bibliografia:

Manuale dell’auto Massimo Clarke Oscar Mondatori 1986
Manuale della moto M. Clarke-L. Rivola 1986
Manuale dell’auto diesel Clarke-Casucci-Caldera-Ruiz

1985

Modifing production cilinder head

Clive Trickey

Speedsport

1972
La tecnica dell’autoveicolo Vittorio Ariosi Hoepli

1989

4 stroke performance tuning

Graham Bell

Haynes

1989

2 stroke performance tuning

1994

Motorcycle tuning four stroke

Jhon Robinson

A new technical book

1986

Motorcycle tuning two stroke

1988
Elaboriamo il motore Facchinelli HP Books

1984

Testate

Motor Books Tech

Motori ad alta potenza specifica Pignone- Vercelli Giorgio Nada Editore 1995

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