Carica stratificata: utilizzo e fattori ottimali di riuscita

Carica stratificata: come cambia in base al regime di rotazione del motore e quali fattori ne determinano la buona riuscita!

Abbiamo già anticipato in un precedente articolo che il funzionamento ottimale dei sistemi a iniezione diretta per i motori benzina necessita di precise condizioni di esercizio. Altrimenti non si avrebbero i benefici che questi impianti possono offrire.

Una caratteristica fondamentale è quella legata alla formazione della “carica”, ovvero la miscela di aria e benzina presente in camera di scoppio. La nostra attenzione sarà rivolta alla carica stratificata.

Carica stratificata: quando è utilizzata

Iniziamo subito col dire che i motori vengono generalmente fatti funzionare in regime di carica stratificata soltanto durante alcuni range di giri e non per tutto l’arco di funzionamento.

Il grafico seguente mostra come viene variata la tipologia della carica in base all’obiettivo da conseguire e al regime di rotazione del motore. Solitamente per bassi e medi carichi si sfrutta la carica stratificata in modo tale da ridurre i consumi di carburante. Per ottenere potenza dal motore, invece, si passa in carica omogenea ad alto numero di giri.

Carica stratificata: fattori determinanti

Per ottenere una corretta stratificazione è necessario tenere in considerazione variabili molto complesse. Infatti, è fondamentale:

• calcolare con precisione come evolve la fase gassosa all’interno del cilindro;
• prevedere come si distribuisce lo spray nel tempo.

La combinazione di questi due fattori è utile a indirizzare la carica verso la candela e permettere un’accensione e una successiva combustione efficaci, anche in presenza di un grande eccesso d’aria. Le alte pressioni che si raggiungono durante la fase di compressione e il limitato tempo a disposizione per l’evaporazione del combustibile incidono enormemente sulla formazione e la distribuzione della miscela.

Una riuscita ottimale e un buon controllo della combustione dipendono molto, quindi, dalla qualità e tipologia di iniezione.

Interno motore: ecco come fluisce l’aria

Analizziamo adesso il moto dell’aria all’interno del motore. Possiamo distinguere tre tipologie di movimenti: swirl, tumble e squish.

Swirl

Moto rotatorio dell’aria perpendicolare all’asse del cilindro. Realizzato attraverso condotti di forma particolare che riescono ad imprimere al fluido un movimento vorticoso come mostrato nella figura.

Tumble

Sempre di tipo rotatorio, si svolge su un piano passante per l’asse del cilindro. Si forma durante la fase di aspirazione, intensificato poi durante la fase di compressione.
Questo movimento non necessita di particolari configurazioni dei condotti e delle valvole in quanto è la conseguenza diretta dell’interazione del flusso d’aria entrante con la parete del cilindro. Il campo di moto caratteristico di un motore ad accensione comandata con vortice di tumble è illustrato in figura.

Squish

Generalmente il meno conosciuto dei tre, si sviluppa su di un piano verticale che contiene l’asse del cilindro (il piano in questione sarebbe la sezione del pistone e della camera di combustione mostrata nella figura che segue). Si genera durante l’ultimo tratto della fase di compressione per interazione fra il flusso d’aria e le pareti del cilindro.
Nei motori ad accensione comandata è la particolare conformazione della testa del cilindro a generare lo squish, mentre nei motori ad accensione per compressione è la tazza ricavata nel pistone.

La combinazione tra caratteristiche del vortice di aria e tipologia di iniezione è importante al fine di stratificare la carica nella maniera più opportuna!

Nel prossimo articolo ci occuperemo delle varie soluzioni relative alle modalità di iniezione del carburante.