Turbina e carico del motore

[Riddleman]

Buongiorno a tutti voi, autopareristi!
Premetto che non ho trovato sezione migliore nella quale aprire questo topic: chiedo perdono ai mod qualora questa non risultasse adatta.

Da qualche anno a questa parte ho ormai ritrovato pienamente la mia passione per il mondo dell'automobile, informandomi molto da autodidatta. Ora, come ogni autodidatta che si rispetti, mi stanno sorgendo dei dubbi riguardo al carico del motore e all'influenza che questo ha sul funzionamento della turbina.

Cosa si intende per carico del motore? Ho sempre saputo che accelerando in folle il carico fosse nullo e, di conseguenza, la turbina non lavorasse alla pressione massima (tutto ciò l'ho verificato anche empiricamente sulla mia auto: la turbina fischia in maniera impercettibile se accelero con la frizione premuta).

Inoltre, una domanda che può sembrare stupida... come fa la turbina a "capire" che il motore deve affrontare un carico e, di conseguenza, lavorare alla massima pressione prevista (facendo un bel fischiettino )?


Grazie a tutti per l'attenzione e complimenti per il forum

[V6 Busso]

Dai miei studi universitari ricordo che il carico del motore si può misurare in diversi modi, ad esempio con la posizione dell'acceleratore o con la coppia erogata. Il carico e il regime di rotazione sono i 2 parametri principali di funzionamento del motore. Accelerando in folle la potenza richiesta all'albero è molto bassa (non nulla perchè ci sono gli organi ausiliari e gli attriti), ma il carico del motore dipende dal gas che diamo.

La turbina ovviamente non sa quando serve potenza, la sua pressione dipende dalla portata dei gas di scarico e dall'apertura della valvola waste-gate se è a geometria fissa o dall'angolo delle palette del distributore se è del tipo a geometria variabile. Questi 2 dispositivi limitano - se serve - la pressione della turbina e di conseguenza la potenza trasmessa al compressore: ad esempio, quando si tira una marcia su un motore turbo a geometria fissa, la valvola waste-gate resta chiusa finchè i giri ed il carico sono ridotti, poi si apre gradualmente per limitare la pressione interna quando questa sale oltre un certo livello (altrimenti salirebbe moltissimo e la turbina cederebbe).

[Riddleman]

Dai miei studi universitari ricordo che il carico del motore si può misurare in diversi modi, ad esempio con la posizione dell'acceleratore o con la coppia erogata. Il carico e il regime di rotazione sono i 2 parametri principali di funzionamento del motore. Accelerando in folle la potenza richiesta all'albero è molto bassa (non nulla perchè ci sono gli organi ausiliari e gli attriti), ma il carico del motore dipende dal gas che diamo.

La turbina ovviamente non sa quando serve potenza, la sua pressione dipende dalla portata dei gas di scarico e dall'apertura della valvola waste-gate se è a geometria fissa o dall'angolo delle palette del distributore se è del tipo a geometria variabile. Questi 2 dispositivi limitano - se serve - la pressione della turbina e di conseguenza la potenza trasmessa al compressore: ad esempio, quando si tira una marcia su un motore turbo a geometria fissa, la valvola waste-gate resta chiusa finchè i giri ed il carico sono ridotti, poi si apre gradualmente per limitare la pressione interna quando questa sale oltre un certo livello (altrimenti salirebbe moltissimo e la turbina cederebbe).

Grazie della spiegazione.

Se ho capito bene, quindi, il motore brucia meno carburante accelerando in folle che sgasando con la prima inserita perché ci sono meno attriti e quindi meno carico?

Inoltre, se sono in salita a tavoletta il fischio della turbina si fa quasi assordante Questo dipende dal fatto che il motore deve vincere attriti maggiori e quindi brucia più carburante caricando di più la turbina?

[EC2277]

Il carico del motore è la coppia resistente che il motore deve vincere per far muovere il veicolo percui, sgassando in folle, consumi un'enorme quantità di benzina per vincere una coppia nulla ed infatti il motore schizza a regimi di rotazione altissimi.

Quando sei in salita e premi l'acceleratore fino a fondo-corsa richiedi al motore la massima potenza possibile e, di conseguenza, ottieni anche il massimo efflusso di gas di scarico percui la turbina, che è azionata da tali gas, raggiunge il massimo regime di rotazione possibile e questo genera quel fischio assordante.

[TEngine]

Il carico del motore è la coppia resistente che il motore deve vincere per far muovere il veicolo percui, sgassando in folle, consumi un'enorme quantità di benzina per vincere una coppia nulla ed infatti il motore schizza a regimi di rotazione altissimi.

Quando sei in salita e premi l'acceleratore fino a fondo-corsa richiedi al motore la massima potenza possibile e, di conseguenza, ottieni anche il massimo efflusso di gas di scarico percui la turbina, che è azionata da tali gas, raggiunge il massimo regime di rotazione possibile e questo genera quel fischio assordante.

Non è vero che sgasando in folle consumi una gran quantità di carburante perché la coppia richiesta al motore è nulla, solo quella necessaria per i servizi e gli attriti interni. Consumi sempre meno di quando sei in movimento con una marcia innestata.

[V6 Busso]

Grazie della spiegazione.

Se ho capito bene, quindi, il motore brucia meno carburante accelerando in folle che sgasando con la prima inserita perché ci sono meno attriti e quindi meno carico?

Se per consumo intendiamo la portata di carburante (in kg/s o in kg/h) questo dipende principalmente dal carico motore (inteso come posizione acceleratore, non come coppia resistente) e dal regime motore; in subordine incidono altri fattori, tra cui la condizione di funzionamento (stazionario o in transitorio).

Il consumo inteso come litri/100 km in folle è infinito, quindi non può essere usato per il confronto che hai proposto.

Inoltre, se sono in salita a tavoletta il fischio della turbina si fa quasi assordante Questo dipende dal fatto che il motore deve vincere attriti maggiori e quindi brucia più carburante caricando di più la turbina?

Quoto la risposta di EC. In salita il motore deve vincere anche la componente parallela al piano del peso dell'auto, quindi, a parità di velocità e di marcia inserita, in salita si consuma di più perchè occorre accelerare di più per mantenere quella stessa velocità.

[Riddleman]

Grazie a tutti per le risposte e la disponibilità, trovo questi discorsi veramente interessanti, spero di approfondirli meglio all'università! Davvero bello questo forum

Il carico del motore è la coppia resistente che il motore deve vincere per far muovere il veicolo percui, sgassando in folle, consumi un'enorme quantità di benzina per vincere una coppia nulla ed infatti il motore schizza a regimi di rotazione altissimi.

Quando sei in salita e premi l'acceleratore fino a fondo-corsa richiedi al motore la massima potenza possibile e, di conseguenza, ottieni anche il massimo efflusso di gas di scarico percui la turbina, che è azionata da tali gas, raggiunge il massimo regime di rotazione possibile e questo genera quel fischio assordante.

Fin qui ci sono, però non capisco perché la turbina in folle non carica. Forse perché, introducendo una notevole quantità di carburante (benzina, nel mio caso ) con una coppia resistente praticamente assente, i giri motore schizzano subito ed essa non fa proprio in tempo ad entrare in pressione. Giusto?
Il ragionamento dovrebbe filare: se metto la quarta o la quinta e premo a fondo-corsa la coppia resistente da vincere è maggiore che in prima o in seconda e, il motore, non riuscendo a schizzare su di giri, permette alla turbina di caricarsi

Non è vero che sgasando in folle consumi una gran quantità di carburante perché la coppia richiesta al motore è nulla, solo quella necessaria per i servizi e gli attriti interni. Consumi sempre meno di quando sei in movimento con una marcia innestata.

Non capisco chi abbia ragione, tu o EC2277... Sinceramente mi sa che prima ho detto una castroneria, il motore consuma eccome se lo tengo a 6000 giri/', anche in folle.

Se per consumo intendiamo la portata di carburante (in kg/s o in kg/h) questo dipende principalmente dal carico motore (inteso come posizione acceleratore, non come coppia resistente) e dal regime motore; in subordine incidono altri fattori, tra cui la condizione di funzionamento (stazionario o in transitorio).

Il consumo inteso come litri/100 km in folle è infinito, quindi non può essere usato per il confronto che hai proposto.

Ok, ok, ho sbagliato a porre il confronto. Semplicemente, per mantenere il motore ad un dato régime di rotazione in folle, è necessaria la stessa quantità di carburante che per tenere quel régime in marcia?

Per la questione turbina penso di aver capito, l'ho scritto sopra. Il motore, durante la sua "salita di giri" in folle incontra una coppia resistente irrisoria, quindi la turbina non riesce a caricare. La stessa cosa, un po' attenuata, accade con la prima marcia. Ma proviamo a mettere la quarta....

Quoto la risposta di EC. In salita il motore deve vincere anche la componente parallela al piano del peso dell'auto, quindi, a parità di velocità e di marcia inserita, in salita si consuma di più perchè occorre accelerare di più per mantenere quella stessa velocità.

Capito, quindi banalmente si consuma di più perché bisogna dare più gas, essendo in salita, se ci si vuole muovere menomale che poi c'è la discesa col cut-off

Un piccolo OT: con stazionario intendi il massimo régime di rotazione possibile per quel carico (pressione acceleratore)? Il transitorio sarebbe la fase che porta al raggiungimento di quel régime, giusto?

Grazie ancora per l'attenzione, mi raccomando siate buoni se ho detto cose discutibili

[EC2277]

…
Fin qui ci sono, però non capisco perché la turbina in folle non carica. Forse perché, introducendo una notevole quantità di carburante (benzina, nel mio caso ) con una coppia resistente praticamente assente, i giri motore schizzano subito ed essa non fa proprio in tempo ad entrare in pressione. Giusto?
Il ragionamento dovrebbe filare: se metto la quarta o la quinta e premo a fondo-corsa la coppia resistente da vincere è maggiore che in prima o in seconda e, il motore, non riuscendo a schizzare su di giri, permette alla turbina di caricarsi
…

No, se spalanchi l'acceleratore e lasci il motore in folle entra in funzione la centralina che taglia l'afflusso di benzina e, così facendo, evita al motore di raggiungere un regime di rotazione tale da romperlo. La conseguenza è che i gas di scarico, avendo tagliato l'afflusso di carburante, hanno anche una minor pressione e quindi possono cedere meno energia alla turbina.
Se invece sei in marcia allora è la coppia resistente ad impedire che il motore vada in fuorigiri e, di conseguenza, la centralina non deve ridurre la quantità di carburante inviata al motore. I gas di scarico raggiungono pertanto una pressione maggiore e quindi sono in grado di cedere più energia alla turbina.

…
Non capisco chi abbia ragione, tu o EC2277... Sinceramente mi sa che prima ho detto una castroneria, il motore consuma eccome se lo tengo a 6000 giri/', anche in folle.
…

Tutti e due: consumi in maniera enorme rispetto al motore che gira in folle al minimo poiché le forze d'attrito variano parabolicamente con la velocità. Semplificando molto diciamo che, se raddoppi la velocità, allora le forze d'attrito quadruplicano mentre, se triplichi la velocità, allora le forze d'attrito aumentano di 9 volte.
Analogamente far sgassare un motore in folle consumerà meno di un motore che avanza in salita con l'acceleratore premuto a metà poiché, nel secondo caso, deve fornire l'energia necessaria a far muovere tutto il veicolo.

Ah, una precisazione: quando ho scritto: «…Il carico del motore è la coppia resistente che il motore deve vincere per far muovere il veicolo percui, sgassando in folle, consumi un'enorme quantità di benzina per vincere una coppia nulla.» intendevo coppia resistente nulla; ovvero quella trasmessa dalle ruote al motore.

P.S. Stazionario significa che il motore viagga senza variazioni della velocità di rotazione e dell'apertura dell'accelerazione. Ovvero si ha un equilibrio perfetto tra la potenza erogata dal motore stesso ed il carico che deve vincere per far muovere l'auto a velocità costante.
Se, per una qualsiasi ragione, viene variata l'apertura dell'acceleratore ed/o la velocità di rotazione del motore allora si ha una fase di transitorio nel quale il motore transita appunto da uno stato di equilibrio tra la potenza erogata ed il carico che deve vincere ad un altro. Tutte le volte che la vettura varia la sua velocità oppure, quando per mantenere costante la velocità della vettura, si accelera o si decelera allora si ha una fase di transitorio.

[V6 Busso]

Grazie a tutti per le risposte e la disponibilità

Di nulla, figurati, mi piace discutere di queste cose.

Fin qui ci sono, però non capisco perché la turbina in folle non carica. Forse perché, introducendo una notevole quantità di carburante (benzina, nel mio caso ) con una coppia resistente praticamente assente, i giri motore schizzano subito ed essa non fa proprio in tempo ad entrare in pressione. Giusto?
Il ragionamento dovrebbe filare: se metto la quarta o la quinta e premo a fondo-corsa la coppia resistente da vincere è maggiore che in prima o in seconda e, il motore, non riuscendo a schizzare su di giri, permette alla turbina di caricarsi

La turbina può arrivare anche a 200.000 giri/min, quindi ha bisogno di qualche istante (turbo lag) per giungere al massimo dei giri. Con le marce alte, mentre la turbina completa il transitorio, il motore non sale granchè di giri, quindi la turbina spinge a regimi abbastanza bassi; in folle la durata del transitorio della turbina è la stessa, ma il motore schizza subito a regimi elevatissimi, quindi per caricare la turbina bisogna mantenere il gas premuto (poco raccomandabile ).

Ok, ok, ho sbagliato a porre il confronto. Semplicemente, per mantenere il motore ad un dato régime di rotazione in folle, è necessaria la stessa quantità di carburante che per tenere quel régime in marcia?

No, serve meno carburante perchè basta poco gas per mantenere lo stesso regime.

Capito, quindi banalmente si consuma di più perché bisogna dare più gas, essendo in salita, se ci si vuole muovere menomale che poi c'è la discesa col cut-off

Esatto.

Un piccolo OT: con stazionario intendi il massimo régime di rotazione possibile per quel carico (pressione acceleratore)? Il transitorio sarebbe la fase che porta al raggiungimento di quel régime, giusto?

Esatto. In generale con il termine "stazionario" si intende una situazione stabile (transitorio concluso) di regime e carico motore costanti. Le curve di coppia di un motore sono stazionarie, cioè ricavate misurando al banco prova la coppia per punti di funzionamento stazionari: ad esempio per misurare la coppia erogata a 2000 giri/min con l'acceleratore a 3/4 si mette il gas appunto a 3/4 e tramite un dinamometro si applica all'albero motore una coppia resistente tale da frenare il motore fino a 2000 giri/min: la coppia erogata (al netto degli organi ausiliari e degli attriti interni al motore) è pari alla coppia resistente applicata. Facendo la stessa cosa a diversi regimi e diversi carichi si ottiene un piano quotato con le curve caratteristiche di un motore (potenza, coppia, consumo specifico); appena ho tempo ne posto uno.

Edit: ottime le spiegazioni di EC che mi ha preceduto.

[Riddleman]

No, se spalanchi l'acceleratore e lasci il motore in folle entra in funzione la centralina che taglia l'afflusso di benzina e, così facendo, evita al motore di raggiungere un regime di rotazione tale da romperlo. La conseguenza è che i gas di scarico, avendo tagliato l'afflusso di carburante, hanno anche una minor pressione e quindi possono cedere meno energia alla turbina.
Se invece sei in marcia allora è la coppia resistente ad impedire che il motore vada in fuorigiri e, di conseguenza, la centralina non deve ridurre la quantità di carburante inviata al motore. I gas di scarico raggiungono pertanto una pressione maggiore e quindi sono in grado di cedere più energia alla turbina.

Ok, perfetto. In sostanza la quantità di benzina immessa nella camera di combustione dipende solo e soltanto dalla quantità di aria immessa (che comando io tramite l'acceleratore), mentre se raggiungo il régime di rotazione massimo per quel motore la benzina non viene più immessa. Lapalissiano.

Però, c'è una cosa che non mi torna (a costo di essere logorroico). Il vero motivo per cui la turbina si carica meno in folle è la mancanza di pressione dei gas di scarico poiché viene raggiunto immediatamente il régime di rotazione massimo?

Quindi, supponendo che il motore giri sino a 300000 giri/' (sempre sottoposto ad una coppia resistente trascurabile), la turbina non entrerebbe lo stesso in pressione poiché questo régime sarebbe raggiunto immediatamente (e i gas di scarico non sarebbero alla pressione massima)?
Forse ci sono

Tutti e due: consumi in maniera enorme rispetto al motore che gira in folle al minimo poiché le forze d'attrito variano parabolicamente con la velocità. Semplificando molto diciamo che, se raddoppi la velocità, allora le forze d'attrito quadruplicano mentre, se triplichi la velocità, allora le forze d'attrito aumentano di 9 volte.
Analogamente far sgassare un motore in folle consumerà meno di un motore che avanza in salita con l'acceleratore premuto a metà poiché, nel secondo caso, deve fornire l'energia necessaria a far muovere tutto il veicolo.

Di che forze d'attrito stai parlando? Io conosco solo le banali forze d'attrito radente statiche e dinamiche... poi qualcosina su quello viscoso, ma non mi pare ci fosse una relazione quadratica fra attrito e velocità... se ti va spiega pure, son tutt'orecchie

Mi sembra chiara l'altra spiegazione: in salità c'è anche la forza di gravità che rompe le scatole, in discesa ci dà una mano mentre in piano è trascurabile.

Ah, una precisazione: quando ho scritto: «…Il carico del motore è la coppia resistente che il motore deve vincere per far muovere il veicolo percui, sgassando in folle, consumi un'enorme quantità di benzina per vincere una coppia nulla.» intendevo coppia resistente nulla; ovvero quella trasmessa dalle ruote al motore.

P.S. Stazionario significa che il motore viagga senza variazioni della velocità di rotazione e dell'apertura dell'accelerazione. Ovvero si ha un equilibrio perfetto tra la potenza erogata dal motore stesso ed il carico che deve vincere per far muovere l'auto a velocità costante.
Se, per una qualsiasi ragione, viene variata l'apertura dell'acceleratore ed/o la velocità di rotazione del motore allora si ha una fase di transitorio nel quale il motore transita appunto da uno stato di equilibrio tra la potenza erogata ed il carico che deve vincere ad un altro. Tutte le volte che la vettura varia la sua velocità oppure, quando per mantenere costante la velocità della vettura, si accelera o si decelera allora si ha una fase di transitorio.

Grazie del chiarimento, c'ero andato vicino
Ma 'ste nozioni si trovano anche sui manuali universitari?

Di nulla, figurati, mi piace discutere di queste cose.



La turbina può arrivare anche a 200.000 giri/min, quindi ha bisogno di qualche istante (turbo lag) per giungere al massimo dei giri. Con le marce alte, mentre la turbina completa il transitorio, il motore non sale granchè di giri, quindi la turbina spinge a regimi abbastanza bassi; in folle la durata del transitorio della turbina è la stessa, ma il motore schizza subito a regimi elevatissimi, quindi per caricare la turbina bisogna mantenere il gas premuto (poco raccomandabile ).

Si, si, il turbo lag lo conosco fin troppo bene (ho giudato diversi TD di vecchia scuola ).
Comunque, ammesso che tenessi il gas spalancato in folle, la turbina non raggiungerebbe comunque la fine del transitorio poiché l'iniezione di carburante sarebbe tagliata causa limitatore giusto?

No, serve meno carburante perchè basta poco gas per mantenere lo stesso regime.

Anche qui, lapalissiano. Nei prossimi giorni farò una prova pratica...
Ormai per contenere i costumi il mio piede destro ha sviluppato una sensibilità invidiabile.

Esatto.



Esatto. In generale con il termine "stazionario" si intende una situazione stabile (transitorio concluso) di regime e carico motore costanti. Le curve di coppia di un motore sono stazionarie, cioè ricavate misurando al banco prova la coppia per punti di funzionamento stazionari: ad esempio per misurare la coppia erogata a 2000 giri/min con l'acceleratore a 3/4 si mette il gas appunto a 3/4 e tramite un dinamometro si applica all'albero motore una coppia resistente tale da frenare il motore fino a 2000 giri/min: la coppia erogata (al netto degli organi ausiliari e degli attriti interni al motore) è pari alla coppia resistente applicata. Facendo la stessa cosa a diversi regimi e diversi carichi si ottiene un piano quotato con le curve caratteristiche di un motore (potenza, coppia, consumo specifico); appena ho tempo ne posto uno.

Edit: ottime le spiegazioni di EC che mi ha preceduto.

Quindi le curve di coppia che ci propinano i costruttori sono tutte rilevate, ovviamente, a gas spalancato... ho scoperto l'acqua calda


Grazie mille ragazzi per il vostro tempo e le vostre spiegazioni, purtroppo la volontà di conoscere è molta ma i mezzi sono abbastanza limitati (3 anni di fisica a livello di liceo scientifico, capirai.... ).