Velocità massima pistone...

[Riki1294]

Salve ragazzi, leggendo su Motori Endotermici di Giacosa riguardo la velocità del pistone mi è sorto un dubbio. Non riesco a capire in che punto della corsa il pistone raggiunge la sua velocità massima. Giacosa spiega inizialmente che per un angolo di manovella pari a 90° (quindi a metà della corsa) il pistone raggiunge la massima velocità. La cosa però è controversa, infatti nei grafici sulle accelerazioni si vede che l'accelerazione si annulla (quando la velocità del pistone è massima) prima dei 90° di manovella.....
C'è qualche esperto che può delucidarmi a riguardo?
Grazie anticipatamente!

 

[53AR]

E' il tipico quesito di lana caprina

A 89° gradi è ancora in accelerazione pari a 1/45mo del totale, a 90° è al massimo, a 91° rallenta, sempre di 1/45mo.

Questo in via teorica, senza considerare le forze di inerzia delle masse in gioco.

Può darsi che il grafico consideri anche queste.

 

[Riki1294]

Quindi, fammi capire.... Visto che le forze d'inerzia alterne si oppongono sempre all'accelerazione (positiva o negativa) del pistone può essere che venga raggiunta la massima velocità prima della metà della corsa. Questa cosa non mi è proprio chiara. Il diagramma dell'accelerazione mostra che il pistone raggiunge la sua massima velocità prima della metà della corsa e nella prima metà di corsa il pistone subisce una accelerazione maggiore rispetto alla seconda metà. Giacosa infatti afferma che lo stantuffo percorre la prima metà di corsa in un tempo inferiore alla seconda metà e quando l'angolo di manovella è a 90° il pistone ha già superato la metà della corsa. Come può essere? Puoi aiutarmi?

 

[The.Tramp]

Come può essere? Puoi aiutarmi?

Non sempre il pistone è perpendolarmente sopra l'albero motore.

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[Riki1294]

Ok, si tratta di motore disassato. So che si utilizza questa "scentratura" per diminuire la componente di forza diretta perpendicolarmente all'asse del cilindro, ma tornando al discorso riguardo l'accelerazione sullo stantuffo, cosa può causare questo anticipo e questi comportamenti anomali? Anomali non nel senso di dannosi, ma che si discostano dal manovellismo teorico....

 

[53AR]

Considerando un monocilindrico, l'accelerazione della corsa verso il basso è data dall'accensione della miscela aria-benzina, a valvole chiuse, prima che raggiunga il PMI si apre la valvola di scarico e quasi al PMS si apre anche la valvola di aspirazione, questo è l'angolo d'incrocio.

Altra corsa verso il PMI aspirando miscela aria-benzina, e risalita frenata dalla chiusura della valvola di aspirazione e accensione PRIMA che raggiunga il PMS, questo è l'angolo d'anticipo, per permettere la totale accensione della miscela.

Nella fase di risalita il pistone deve fare un lavoro di pompaggio/compressione che "rallenta" il moto, si parla di valori infinitesimali.

E' più facile vedere un'animazione sul web che tradurlo a parole

In questa manca l'angolo di incrocio.

http://www.science.unitn.it/~fisica1/fisica1/appunti/termo/cap_4/cap_4_3_1.htm

 

[Riki1294]

Considerando un monocilindrico, l'accelerazione della corsa verso il basso è data dall'accensione della miscela aria-benzina, a valvole chiuse, prima che raggiunga il PMI si apre la valvola di scarico e quasi al PMS si apre anche la valvola di aspirazione, questo è l'angolo d'incrocio.

Altra corsa verso il PMI aspirando miscela aria-benzina, e risalita frenata dalla chiusura della valvola di aspirazione e accensione PRIMA che raggiunga il PMS, questo è l'angolo d'anticipo, per permettere la totale accensione della miscela.

Nella fase di risalita il pistone deve fare un lavoro di pompaggio/compressione che "rallenta" il moto, si parla di valori infinitesimali.

E' più facile vedere un'animazione sul web che tradurlo a parole

In questa manca l'angolo di incrocio.

http://www.science.unitn.it/~fisica1/fisica1/appunti/termo/cap_4/cap_4_3_1.htm

Ok, conoscevo già bene queste leggi. Ma non riesco comunque a capire perchè il pistone subisca un'accelerazione maggiore durante la prima metà della corsa e una decelerazione minore durante la seconda metà. Queste diverse accelerazioni sono dovute ad una minore variazione di velocità a parità di intervallo di tempo. Allora però: perchè il pistone raggiunge la sua velocità massima ad un angolo di manovella di circa 80°? E' un circolo vizioso. Le diverse accelerazioni sono dovute a intervalli di tempo diversi per aumentare la velocità (discesa dello stantuffo fino a circa 80°) e diminuire la velocità (discesa dello stantuffo da 80° al PMI). Non c'entrano i tempi di apertura delle valvole. E' un discorso cinematico.
Quindi, se si capisce perchè il pistone è già arrivato a metà corsa quando l'angolo di manovella è inferiore a 90° il gioco è fatto.... Ci vorrebbe qualche ingegnere....

 

[tbdabo]

Se posso dire la mia: considera il discorso puramente come geometrico. La velocità massima del pistone (1,62 volte la velocità lineare media) è data dalla velocità di discesa dello stesso più la componente dovuta all?angolo di manovella, che fino ad 89,9 gradi si sposta (il bottone di manovella) verso il senso di rotazione del motore, come se ?tirasse? a se il pistone (tramite la biella) aumentando così la velocità dello stesso.
Disassamento (del cilindro o dello spinotto del pistone) ed incrocio delle valvole non so cosa c?entrino.

 

[renatom]

Per come è fatto il manovellismo di spinta, quando la manovella è a 90°,il pistone non è a metà corsa, ma un po' sotto, a causa del fatto che la biella è inclinata.
Di conseguenza, lo spazio da fare nella metà superiore del giro è maggiore che in quella inferiore e conseguentemente maggiori sono velocità e accelerazioni, dato che, in questi studi, si considera costante la velocità angolare dell'albero.
Se la biella fosse di lunghezza infinita, l'effetto sarebbe assente ed è inferiore in quei motori che hanno la biella lunga rispetto alla corsa. Tra l'altro questo fenomeno provoca le vibrazioni del II ordine e superiori, che, altrimenti, non ci sarebbero.

Riguardo la velocità massima del pistone, direi che si ha, all'incirca quando la biella è perpendicolare alla manovella e non quando la manovella è a 90°

 

[Riki1294]

Ok Renato, quindi ricapitolando: il pistone raggiunge la velocità massima prima dei famosi 90° di manovella ma quando biella e manovella sono tra loro perpendicolari. A quale angolo di manovella esse sono perpendicolari? Io il moto dello stantuffo l'ho capito così, dimmi se è corretto: il pistone subisce la massima accelerazione positiva in corrispondenza del PMS, da questo punto la velocità continua ad aumentare e l'accelerazione a diminuire fino al punto in cui la velocità del pistone diventa massima (prima dei 90° di manovella). Quando la velocità è massima l'accelerazione si annulla. Subito dopo l'accelerazione diventa negativa e sempre più bassa fino al PMI. La velocità cala sempre di più fino ad annullarsi al PMI.
L'unica cosa che mi manca è capire per quale angolo di manovella la velocità è massima. A livello teorico di biella di lunghezza infinita la biella e la manovella sono perpendicolari per un angolo di manovella di 90°. Evidentemente tu mi dici che esse sono perpendicolari prima dei 90° perchè si considera che la biella non ha lunghezza infinita.
Se volessi calcolare le accelerazioni massimi ai punti morti e la velocità massima del pistone di un motore reale, oltre che ai dati commerciali dovrei conoscere la lunghezza della biella e l'angolo di manovella per la quale la velocità è massima, giusto? Se ipotizzo la biella di lunghezza infinita e uso quelle formule (considerando quindi la posizione di quadratura ai 90° di manovella) l'errore è trascurabile o no?
Grazie mille anticipatamente!
In grande attesa di una tua risposta!
A presto

 

[eta*beta]

Un plauso per Renato che è sempre asaustivo e preciso

Un encomio per Riki per l'accresciuto livello tecnico acquisito e per le eccellenti letture.

 

[renatom]

Ok Renato, quindi ricapitolando: il pistone raggiunge la velocità massima prima dei famosi 90° di manovella ma quando biella e manovella sono tra loro perpendicolari. A quale angolo di manovella esse sono perpendicolari? Io il moto dello stantuffo l'ho capito così, dimmi se è corretto: il pistone subisce la massima accelerazione positiva in corrispondenza del PMS, da questo punto la velocità continua ad aumentare e l'accelerazione a diminuire fino al punto in cui la velocità del pistone diventa massima (prima dei 90° di manovella). Quando la velocità è massima l'accelerazione si annulla. Subito dopo l'accelerazione diventa negativa e sempre più bassa fino al PMI. La velocità cala sempre di più fino ad annullarsi al PMI.
L'unica cosa che mi manca è capire per quale angolo di manovella la velocità è massima. A livello teorico di biella di lunghezza infinita la biella e la manovella sono perpendicolari per un angolo di manovella di 90°. Evidentemente tu mi dici che esse sono perpendicolari prima dei 90° perchè si considera che la biella non ha lunghezza infinita.
Se volessi calcolare le accelerazioni massimi ai punti morti e la velocità massima del pistone di un motore reale, oltre che ai dati commerciali dovrei conoscere la lunghezza della biella e l'angolo di manovella per la quale la velocità è massima, giusto? Se ipotizzo la biella di lunghezza infinita e uso quelle formule (considerando quindi la posizione di quadratura ai 90° di manovella) l'errore è trascurabile o no?
Grazie mille anticipatamente!
In grande attesa di una tua risposta!
A presto

Questo uno studio della cinematica del manovellismo di spinta

http://www.kaemart.it/lab-prog-cad/piacenza/magni/siti/0708/Carnevale-Delmiglio-Valsecchi/Analisi%20cinematica.html

Comunque:
definendo
r = raggio di manovella
l = lunghezza biella
λ = r/l
ω = velocità angolare manovella
α = angolo di manovella

l'accelerazione del pistone al PMS è (1+λ ) x ω^2 x r

l'accelerazione del pistone al PMI è (1-λ ) x ω^2 x r

la velocità massima del pistone si ha quando si annulla l'espressione:

cos α + λ cos 2α

quindi più, a parità di corsa, più si accorcia la biella e più aumentano l'accelerazione massima, la differenza tra accelerazione al PMI e al PMS e si avvicina al PMS il punto di massima velocità del pistone.