L'importanza dei gradienti | Officina

I gradienti

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Il gradiente indica allora la rapidità con la quale essa varia, e si esprime in bar/grado. Questo gradiente è di grande importanza perché indica quanto è brusca o graduale la combustione. Se è elevato, quest’ultima è rapida, il che è vantaggioso ai fini del rendimento. Occorre però fare i conti con le esigenze in fatto di rumorosità, vibrazioni e ruvidità. Come noto, questi “disturbi” si indicano con l’acronimo NVH e devono essere contenuti onde risultare accettabili. Se il gradiente di pressione è troppo alto c’è poi il rischio che si verifichi la detonazione, con conseguenze spesso deleterie per il motore. Se il gradiente è basso la combustione ha una maggiore durata, prolungandosi durante la corsa di espansione; il picco di pressione è più basso di quello normale e viene raggiunto a una maggiore distanza dal punto morto superiore. Il rendimento peggiora. Il gradiente di pressione viene fortemente influenzato dall’anticipo di accensione. Se quest’ultimo è eccessivo, come tutti sanno a un certo punto si verifica la detonazione (usando un’espressione popolare in passato, in tal caso si parlava di motore che “batte in testa”). Se l’anticipo è inferiore a quello ottimale si ha uno scadimento delle prestazioni. Al crescere della turbolenza la combustione diventa più rapida; il gradiente di pressione aumenta.

La stessa dosatura della miscela aria-carburante ha la sua importanza. La velocità di combustione più elevata si ha con miscele del 15-20% ricche rispetto alla dosatura stechiometrica. L’arricchimento e lo smagrimento rispetto a tale valore determinano una riduzione della velocità di combustione, con le conseguenze già viste. Anche la forma della camera ha la sua importanza. In un motore moderno il normale gradiente di pressione è mediamente dell’ordine di 2-2,5 bar/grado. Questo vuol dire che se nel momento in cui inizia la combustione (con un lieve ritardo rispetto a quello in cui scocca la scintilla tra gli elettrodi della candela) la pressione è di 15 bar, dopo 30° di rotazione dell’albero a gomiti essa raggiungerà un valore dell’ordine di 75–90 bar. Quello indicato è un valore medio del gradiente, durante la combustione infatti esso varia. Quello massimo comunque non è molto diverso. Molto differente, ma egualmente della massima importanza, è il gradiente termico, che descrive la variazione della temperatura in una data direzione.

Per esempio, attraverso una parete del cilindro (è il rapporto tra la differenza delle temperature delle due superfici e lo spessore). Qui la trasmissione del calore avviene per conduzione e ciò che conta, oltre allo spessore, è la conduttività del materiale. Nei cilindri in lega di alluminio il gradiente è basso perché quest’ultima è elevata. In quelli in ghisa la conduttività è notevolmente minore e il gradiente è elevato: la temperatura della superficie di entrata (che riceve il calore) è assai superiore a quella della superficie di uscita (che lo cede).

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