Motore a due tempi particolare

[amir]

Buonasera a tutti,
ho ideato un motore a combustione interna a due tempi in cui, quando i gas della combustione danno la massima spinta, la biella e la manovella si trovano angolate fra loro di circa 90°, mentre nei normali motori la massima spinta sul pistone si ha quando i detti organi meccanici si trovano quasi allineati.

E' pensato per funzionare con una certa percentuale di idrogeno nel carburante.

In che sezione potrei inserire una discussione su questo motore?

Allego gli schemi di come dovrebbe funzionare.

amir

[amir]

considerazioni sui motori a combustione interna ad accensione comandata

I Motori a Combustione Interna (MCI) ad Accensione Comandata (AC) hanno notoriamente rendimento intorno al 25%.

In questo sito:
Revetec Homepage

si trova una analisi delle varie perdite di efficienza, dalla quale si ricava che l' accoppiamento biella-manovella ha un rendimento del 65%, perché nel momento in cui i gas della combustione producono la massima spinta sul pistone, la biella e la manovella si trovano quasi allineate, perciò il braccio di leva è corto e la spinta si traduce in gran parte in attrito sui cuscinetti di spinotto, testa di biella, piede di biella e banco;
quando, muovendosi il pistone verso il Punto Morto Inferiore (PMI), la biella e la manovella si trovano ad un angolo più favorevole ( intorno ai 60°), la spinta sul pistone si è ormai ridotta a circa la metà.

Un' altra perdita di efficienza è dovuta al fatto che l' accensione della miscela aria-benzina di solito viene anticipata rispetto al Punto Morto Superiore (PMS), per dare il tempo al fronte di fiamma di espandersi tanto, da potersi propagare a tutta la miscela contenuta nel cilindro prima della fine della corsa attiva; benché nei primi istanti la propagazione della fiamma sia relativamente lenta, fornisce comunque una spinta che tende a frenare il pistone nel suo moto verso il PMS.

Inoltre, nei motori AC a quattro tempi, si ha una sola corsa attiva su quattro;
nei motori AC a due tempi si ha una corsa attiva ogni due, ma parte del guadagno viene perso nell' incrocio dei tempi di scarico ed aspirazione, che dà luogo o ad un imperfetto lavaggio del cilindro, o/e ad una perdita di miscela fresca.

Il motore che vado a descrivere dovrebbe ridurre molto queste perdite, e procurare altri vantaggi, che elencherò.

Per risolvere il problema della accensione anticipata, e dell' angolo biella-manovella sfavorevole al momento della massima spinta dei gas di combustione, in questo motore l' accensione deve avvenire dopo che il pistone ha iniziato la corsa attiva; dato che questo porterebbe ad una perdita di potenza a causa della scarsa compressione della miscela al momento dell' accensione, ho pensato di affiancare a questo cilindro, che chiamerò "di potenza", e nel quale si svolgono le fasi di scoppio e di scarico, un altro cilindro con relativo pistone, che chiamerò "ausiliario"; in questo avvengono le fasi di aspirazione e di compressione.
Il pistone ausiliario si muove con un ritardo di alcuni gradi ( da definire) rispetto al pistone di potenza.
Questo fa sì che si può avere una compressione adeguata anche dando l' accensione con ritardo.
Il rapporto di compressione è definito anche dal rapporto fra le cilindrate dei due cilindri.
Accendendo la miscela dopo il PMS, il picco di pressione si produrrà con un angolo biella-manovella più favorevole che accendendola con anticipo.
Questo ritardo di accensione permette (e forse richiede) di usare una certa percentuale (da definire, forse modulabile in base a segnali da sensori tipo sonda lamda, debimetro ecc.) di idrogeno nella miscela aria-carburante, per aumentare la velocità del fronte di fiamma e la facilità di accensione della miscela, senza aumentare il rischio di autodetonazione (battito in testa).

I vantaggi secondari di questa architettura secondo me sono i seguenti:
-è possibile raffreddare l' aria dopo la compressione, facendo compiere la funzione di "intercooler" al condotto che unisce i due cilindri; esso può essere costituito da un lungo tubo, purché si impedisca all'aria di rifluire verso il cilindro ausiliario quando il relativo pistone si muove verso il PMI; ciò si può ottenere con una semplice valvola di non ritorno;
-è possibile sovralimentare il motore, costruendolo con l' adeguato rapporto di cilindrata fra i due cilindri;
-è possibile variare, entro ampi limiti, il rapporto di compressione, modificando la testata del cilindro ausiliario e/o il relativo pistone.

Vorrei leggere pareri di altri.

amir shah

[HAMMURABY]

secondo me' non funziona.....
perche' quando hai la massima compressione, hai anche la massima resistenza all esplosione...
la forza prodotta dall esplosione e' direttamente proporzionale alla forza contrapposta,
cioe' al contenimento dell esplosione stessa...
quindi se proprio si potesse intervenire, si dovrebbe aumentare l'ampiezza della rotazione (in rapporto alla corsa) nei primi mm, o cm , dopo il PMS.

dato che hai fatto chiudere, e la pedantezza ...per me :
primo e ultimo post....

[pancia 37]

Ciao bello e interessante , ho sempre pensato ha un sistema militare , purtroppo anche qui non riesco più a trovare il link , sarebbe un motore simil boxer alla rovescio , che sfrutta la stessa camera di scoppio , pratticamente la testa del pistone destro , spinge il carburante contro la testa dell'altro pistone sinistro ,che a sua volta spinge arrivando al pms ,dove scoca la scintilla ,per poi scaricare la potenza su due alberi motore collegati da una catena , con le valvole di aspirazione dall'alto e quelle di scarico dall basso , questo link diceva che la resa di questi motori era attorno al 65 % , a parità di consumo , sembra fosse usato in alcuni prototipi di carroarmato.

[amir]

....perche' quando hai la massima compressione, hai anche la massima resistenza all esplosione..

Prova a rileggere le didascalie, noterai che quando avviene l' accensione, la valvola che mette in comunicazione il cilindro di potenza con quello ausiliario è chiusa, perciò il cilindro ausiliario non sente la pressione che si sviluppa nell'altro.

Ah, per te che ti piace l'aria compressa, nella mia prolissa descrizione del funzionamento dico che il condotto che unisce i due cilindri può essere un tubo molto lungo, per funzionare da "intercooler" che raffredda l'aria prima di mandarla nel cilindro di potenza;
da qui un sottoprodotto: il calore dissipato ( la "termica" come la chiami tu), che può essere utilizzato altrove, purché non troppo lontano.
Poi, sovradimensionando la cilindrata del cilindro ausiliario (ed il volume del tubo, che così fungerà anche da serbatoio) in modo che comprima più aria di quella che serve al motore, si può usare questa aria compressa in eccesso per altri usi.
Certamente comprimere aria in più costa energia, che verrà fornita dal motore, però può darsi che, non dovendo muovere tutta una macchina dedicata, la compressione avvenga con una spesa energetica minore che con altri sistemi.

Per quanto riguarda far chiudere i threads, lì sopra ci abbiamo scritto in tanti, ed ognuno ci ha messo del suo.

amir shah

[amir]

Ciao bello e interessante , ho sempre pensato ha un sistema militare , purtroppo anche qui non riesco più a trovare il link , sarebbe un motore simil boxer alla rovescio ...

Grazie dell' apprezzamento, il riferimento a motori di carro armato mi ha dato lospunto per una ricerchina, ho trovato diversa roba, la prima è questa:
Motore a due tempi - Wikipedia

dove al capitolo 4.3, "Lavaggio unidirezionale", c'è una animazione di un motore come dici tu.
Purtroppo (?) nello stesso capitolo c'è anche un motore come quello che ho pensato io!!! o almeno molto simile... l' hanno già inventato gli antichi... beh il mio ha le valvole comandate e quello lì ha delle luci di travaso, ma la differenza è poca... dovrò applicare la potenza del mio genio a qualcos' altro!
Mi consolo che l' idea non era campata in aria.

amir

[atomax]

Ciao Amir, innanzitutto complimenti per l'idea. Avrei una domanda da porti.
Con un sistema siffatto che pressioni riesci ad ottenere nel cilindro principale? Potrebbe accadere che buona parte dell'energia fornita al gas dal pistone ausiliario vada a spingere il pistone principale verso il PMI senza poter raggiungere pressioni sufficentemente elevate, tali da ottenere rendimenti superiori rispetto ad un motore tradizionale?
Grazie per l'eventuale risposta.

[MaCa]

Davvero interessante.
Grazie amir,
con la tua capacità espressiva così chiara sei riuscito a farmi capire dei ragionamenti ai quali, altrimenti, non sarei arrivato.
Interessante e lodevole.

[amir]

Note di Moderazione: nll Non è consentita la citazione di un intero messaggio

Grazie dei complimenti, nota però che è tutta una mia costruzione teorica, quindi prendi quanto dico con beneficio di inventario.

Risposta sintetica: 1) non lo so; 2) sì, potrebbe accadere.

Risposta articolata:
la risposta ad entrambe le tue domande dipende secondo me da diversi fattori:
-rapporto fra le cilindrate dei due cilindri;
-rapporto fra diametro e corsa del cilindro ausiliario;
-volume del condotto di raccordo fra i due cilindri;
-sfasamento fra i due pistoni (nel caso che il volume del condotto di raccordo sia trascurabile/minimo);
-fase della valvola di ammissione ( indicata con (2) nei disegni).
Se vuoi che mi dilunghi su come secondo me questi fattori interagiscono, non hai che da chiederlo, intanto che ti rispondo mi si chiarisce anche a me...

Per quanto riguarda attribuire valori numerici a questi parametri, mi mancano le basi per poterlo fare.
Un altro valore importante che non so determinare, oltre al rapporto di compressione massimo ottenibile, è il rapporto di compressione ottimale; che a sua volta dipenderà da diversi fattori, uno dei quali è che l' accensione deve avvenire dopo il PMS, e che nella miscela aria-carburante ci vedrei bene dell' idrogeno, per aumentare la velocità del fronte di fiamma, allo scopo di ottenere il picco di pressione poco prima che biella e manovella si trovino ad un angolo di 90°.
Altri fattori interdipendenti nella determinazione del rapporto di compressione ottimale, potrebbero essere il regime di rotazione, la necessità di controllare le emissioni, la miscela di carburanti, ecc.

Ancora, sarebbe interessante riuscire a determinare, se esiste, il punto in cui la maggior efficienza data dall' aumento di compressione non compensa più il maggior dispendio di energia dovuto alla maggiore compressione stessa.

Nota che se questo motore avesse davvero un maggior rendimento rispetto a quelli tradizionali, ciò non verrebbe dalla elevata compressione; anche ammettendo di poter prima calcolare, e poi raggiungere il rapporto di compressione ottimale, e che la toppa dell' idrogeno copra bene il buco del ritardo di accensione, il motivo principale a mio avviso sarebbe nel raggiungimento del picco di pressione quando l'angolo biella-manovella è più favorevole.

amir

PS: vengo a sapere che questo genere di motore è già stato inventato, e poi abbandonato, un motivo ci sarà stato...
lo trovi qui, con poche differenze:
Motore a due tempi - Wikipedia
al capitolo "Lavaggio unidirezionale".

a

[amir]

affondato motore a due tempi...

...Avrei una domanda da porti...

...intanto che ti rispondo mi si chiarisce anche a me...

e infatti mi si è chiarita la faccenda... se l' avevano abbandonato dopo averlo inventato, evidentemente un motivo c' era... e mi sa che la difficoltà è proprio qui...

Per come la vedo ora, il tempo per travasare l'aria dal cilindro ausiliario a quello di potenza è poco, se si aumenta lo sfasamento fra i pistoni per avere più tempo, bisogna ritardare parecchio l' accensione;
se si vuole travasare l' aria in poco tempo, bisogna avere un serbatoio/buffer e comprimercela dentro a pressione molto più alta di quella finale necessaria, questo comporta perdite...

ci vogliono dei calcoli più raffinati di quelli che so fare io, e forse non se esce lo stesso...

eh sì, colpito e affondato, glu glu glu

amir

[rimba2]

forse ha le branchie
sei proprio cervellotico

[dorna]

troppo dispersivo

Ciao ho dato un'occhiata ai tuoi schemi, e penso che ti sei concentrato troppo sul braccio di leva creato dalla biella manovella, infatti se è vero che si otterrebbe più potenza (perchè il braccio di leva è nettamente superiore) è anche vero che perderesti quella parte di spinta iniziale che inversann so quantificarti ma che ritengo importante, (penso intorno al 20%) inoltre non hai valutato altri fattori come la possibilità di creare un fronte fiamma abbastanza rapido da innescare l'esplosione in cosi poca fase utile, quindi il tuo motore nn sarebbe efficente perchè nn riuscirebbe a sviluppare potenza se non a bassissimi regimi di rotazione. Unaltro svantaggio grosso sono le perdite per atrito che si genererebberò dal pistone che comprime l'aria, infatti sarebbe un'organo meccanico che oltre a essere soggetto a perdite meccaniche sarebbe fortemente frenato dalla forza inversa che si genera durante la compressione, sarebbe quasi come un motore a 4 cilindri in cui 2 cilindri non funzionano e vengono rascinati dagli altri.
Un vero flop

[amir]

... penso che ti sei concentrato troppo sul braccio di leva creato dalla biella manovella, infatti ....perderesti quella parte di spinta iniziale che inversann so quantificarti ma che ritengo importante, (penso intorno al 20%) inoltre non hai valutato altri fattori come la possibilità di creare un fronte fiamma abbastanza rapido da innescare l'esplosione in cosi poca fase utile, quindi il tuo motore nn sarebbe efficente perchè nn riuscirebbe a sviluppare potenza se non a bassissimi regimi di rotazione. ..
...Unaltro svantaggio grosso sono le perdite per atrito che si genererebberò dal pistone che comprime l'aria,...

Non sono d' accordo su nessuna delle tue critiche.

La parte di spinta iniziale (il cosiddetto picco di pressione, durante il quale si sviluppa oltre l' 80% della spinta), che secondo te nella mia configurazione si perderebbe, nei motori normali già si perde proprio per l' angolo di lavolo della biella-manovella; nel mio motore, invece, la maggior parte della spinta si produrrebbe quando l' angolo è più favorevole;

la possibilità di crere un fronte fiamma abbastanza veloce, l' ho valutata ipotizzando l' uso di una percentuale, da stabilire, di idrogeno:
Motori a idrogeno - Altre materie - Pagina 6:
"La velocità di fiamma dell'idrogeno è molto elevata, circa 10 volte quella del metano".

le perdite per attrito, ce le hanno anche i motori a quattro tempi, nei quali un pistone compie due cicli per ogni accensione, per un totale di quattro corse, mentre nel "mio" due pistoni compiono un ciclo per ogni accensione, per un totale di quattro corse; il risultato è esattamente uguale;

per quanto riguarda l' efficienza, per l' appunto i motori più efficienti sono quelli grandi a basso numero di giri:
Il motore diesel più potente al mondo - BusinessOnLine.it:
" il regime di coppia massima è di 102 giri/minuto, pari a quello di potenza massima; il peso è di 2.086 tonnellate; il consumo medio al regime di massima economia è di circa 6.000 litri/ora di gasolio ... e si tratta di uno dei motori più efficienti al mondo (con un rendimento oltre il 50%)."

saluti

amir

[dorna]

Note di Moderazione: nll Non è consentita la citazione di un intero messaggio. Alla prossima occasione verrà eliminato l'intero intervento e non la sola citazione.

Premettendo che non ho la qualifica per poter quantificare con precisione le perdite del tuo motoe ho del classico motore quattro tempi, credo che seppur sfruttando un maggior braccio di leva, il tuo motore lascia comunque per strada il 40% di spinta, seppur con braccio ridotto al minimo. Quindi se un motore classico riceve dal pistone una spinta più ho meno costante per quasi 180 gradi di rotazione, il tuo motre la riceve per solo per circa 100 gradi, inoltre quando il braccio di leva si trova verso il pmi quindi con braccio minimo, il potere di espansione dei gassarebbe ancora importante, dissipando come nel motore classico gran parte dell'energia, cio detto cmq il tuo motore avrbbe dei vantaggi interessanti in termini di potenza, ma che verrebbero assorbiti e nn basterebbero dalla resitenza del pistone che utilizzeresti per comprimere l'aria, forse sottovaluti la resistenza che creerebbe questo pistone, basta pensare a quanto è difficile far muovere una macchina spenta con la marcia inserita, per rendersene conto, infatti se è vero che il tuo motore sfrutta tutte le fasi come utili, è anche vero che il motore 4 temi nella fase non utile aspira ho scarica, creando una resitenza minima, quindi al tuo motore anche sfruttando il doppio delle fasi utili, avrebbe il doppio delle resitenze per compressione e il doppio delle perdite meccaniche, e l'effetto che otterresti sarebbe più ho meno quello che si ottiene in un motore in qui non funziona un pistone, e anche se in parte verrebbe compensato dalla parte di potenza che presumi di ottenere sfruttando un maggior braccio di leva.

Inoltre nel momento in cui il tuo motore accenderebbe i gas la camera di scoppio sarebbe notevolmente ampia perdendo cosi tantissima potenza.

Cmq è solo una mia opinione, sono un appassionato e non un tecnico quindi la mia critica e solo una deduzione fatta senza calcoli. Sono cmq pronto a ricredermi se si riuscisse matamaticamente a dimostrare un vantaggio di potenza in uscita dall'albero motore, a parità di combustibile utilizzato.
ciao

[Stranamore]

Ragazzi, per aiutarvi vi informa che questo motore è stato già inventato e costruito.
Si chiama Scuderi e hanno un loro sito web dove c'è tutta la tecnologia spiegata.
Il motore gira, ma per una serie di motivi che non sto qui a spiegarvi non da le efficienze promesse.
E' quello che tecnicamente viene chiamato uno split cycle, in cui il ciclo si compie non tutto all'interno di un unico cilindro ma su diversi cilindri.

[Stranamore]

Per inciso il motore in questione l'ho già discusso ed esaminato in un topic della sezione "motori a combustione esterna".
Esso, pur essendo un benzina, segue un ciclo diesel. Non il ciclo che usano i diesel, che è il sabathè, ma il cilco diesel originario immaginato da rudolf diesel.
La sua combustione avviene a pressione mediamente costante, anche se in realtà prima scende e poi recupera non riuscendo però a superare la pressione di fine compressione. Dato il tipo di cilco il suo rendimento non può essere alto.