MOTORE ALTERNATIVO AERONAUTICO Massima affidabilità Leggerezza Aerodinamicità, cioè minima sezione esposta al moto.

Che cos'è il motore ? E' una macchina che trasforma: energia chimica (contenuta nella benzina)in energia termica (ottenuta mediante combustione della benzina stessa con l'ossigeno dell'aria) in energia meccanica tramite il moto alternativo del pistone contenuto nel cilindro

TIPI DI MOTORE ALTERNATIVO AERONAUTICO Motori a scoppio (accensione per scintilla) A due tempi A quattro tempi Motori Diesel (accensione per compressione) Disposizione dei cilindri: A stella (molto usati in passato, ora abbandonati dall'avvento del motore a turbina) A cilindri contrapposti

CICLO TERMICO DEL MOTORE Ciclo OTTO (dal nome dell'ingegnere che lo teorizzò): ASPIRAZIONE : il pistone si abbassa e aspira nel cilindro la miscela aria-benzina da bruciare. La valvola di aspirazione è aperta, quella di scarico chiusa. COMPRESSIONE : il pistone sale, entrambe le valvole sono chiuse. SCOPPIO-ESPANSIONE : provocato dalla scintilla della candela, con la seguente spinta del pistone verso il basso. SCARICO : il pistone risale spingendo all'esterno i gas combusti.

FASI DEL MOTORE A SCOPPIO

Per funzionare, il motore ha bisogno : Della DISTRIBUZIONE : sistema che apre e chiude le valvole di aspirazione e scarico nel momento opportuno. Dell'ACCENSIONE : sistemsa che invia la corrente alle candele nel momento opportuno. Dell'ALIMENTAZIONE : sistema che prepara e invia al motore la giusta miscela aria-benzina. Della LUBRIFICAZIONE : sistema che mantiene lubrificato il motore. Del RAFFREDDAMENTO : sistema che mantiene il motore alla giusta temperatura.

SISTEMA DI DISTRIBUZIONE E' costituito da un albero a camme, il quale viene posto in rotazione dall'albero motore con rapporto di trasmissione 2:1. Durante un ciclo l'albero motore compie due giri, mentre l'albero a camme ne fa uno solo, comandando l'apertura e la chiusura delle valvole di aspirazione e di scarico. la valvola di aspirazione viene aperta 12° prima che cominci l'aspirazione e viene chiusa 55° dopo che è iniziata la fase di compressione. la valvola di scarico viene aperta 60° prima che cessi l'espansione e viene chiusa 10° dopo la fine della fase di scarico. L'intervallo di tempo 12°+10°=22° in cui le valvole sono entrambe aperte viene definito lavaggio, la nuova miscela aiuta a spingere fuori i residui gas di scarico.

ANTICIPI E RITARDI NELL’AZIONAMENTO DELLE VALVOLE

COMANDO DELLE VALVOLE DI ASPIRAZIONE E SCARICO

SISTEMA DI ACCENSIONE Nel motore aeronautico si utilizza il sistema a MAGNETE, atto a produrre alta tensione (da 15000 a 20000 volt), necessaria per ottenere la scintilla fra gli elettrodi della candela. Il sistema è costituito da: Un magnete (generatore elettrico che prende il moto dal motore) Un ruttore (camma rotante che scarica a massa la corrente generata dal magnete) Un distributore (spazzola rotante che invia la corrente alle candele, la scintilla viene fatta scoccare circa 15° o 20° prima che il pistone raggiunga il p.m.s.) Un condensatore (evita lo scintillio sul ruttore) Le candele Un interruttore d'accensione.

CIRCUITO DI ACCENSIONE A MAGNETE

SISTEMA DI ALIMENTAZIONE A CARBURATORE Mediante la pompa azionata dal motore o per caduta, la benzina viene inviata al carburatore dove avviene la preparazione della miscela aria-benzina. Questo sistema non è in grado di distribuire la miscela in modo uniforme a tutti i cilindri ma, data la sua semplicità è universalmente impiegato per motori di potenza limitata, in genere fino a 180 CV

CIRCUITO DI ALIMENTAZIONE A CARBURATORE

SISTEMA DI ALIMENTAZIONE AD INIEZIONE E' costituito da quattro elementi : Pompa meccanica azionata dal motore (preleva la benzina dal serbatoio e lo mette in pressione) Complesso di controllo del flusso aria-benzina (dosa la miscela aria-benzina in base alla posizione della valvola a farfalla e del correttore di miscela) Divisore (invia la miscela agli ugelli) Ugelli di iniezione tanti quanti sono i cilindri del motore (iviano la miscela nel collettore di aspirazione, a monte della valvola di aspirazione)

CIRCUITO DI ALIMENTAZIONE AD INIEZIONE

SISTEMA DI LUBRIFICAZIONE Una pompa preleva l'olio lubrificante contenuto nella coppa, e dopo il passaggio attraverso due filtri lo invia nei condotti che lo convogliano a tutte le parti in movimento del motore. L'olio di lubrificazione inoltre raffredda le parti interne del motore, ad esempio per motori che contengono 8 Kg di olio, il minimo per garantire la lubrificazione è di soli 2Kg, ma il minimo per garantire un buon raffreddamento è di circa 5 Kg.

IMPIANTO DI LUBRIFICAZIONE DEL MOTORE

SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO Il raffreddamento viene realizzato ad aria, sfruttando il flusso generato dal moto dell'aereo e dell'elica. I cilindri sono muniti di alettature come quelle dei motori di motocicletta. Le parti interne del motore vengono raffreddate dall'olio di lubrificazione, perciò molti motori sono dotati di radiatore dell'olio, attraverso il quale il lubrificante cede all'aria il calore asportato dall'interno.

L’eccessiva temperatura del motore può provocare : L’autoaccensione : si verifica quando la miscela si incendia prima dello scoccare della scintilla. È’ provocata da zone incandescenti all’interno della camera di scoppio che si comportano come candele ad incandescenza e incendiano la miscela durante la fase di compressione. La detonazione : si verifica quando la propagazione della fiamma avviene in un tempo brevissimo durante il quale l’albero motore non riesce a ruotare del giusto numero di gradi. Questo origina onde di pressione che viaggiano a velocità supersonica scaricandosi come martellate sul cielo dei pistoni e sulle parti interne del motore

LA POTENZA L'energia fornita all'albero motore, facendolo girare, compie un lavoro. Il lavoro compiuto nell'unità di tempo costituisce la potenza di un motore, la quale può variare entro due valori massimo e minimo. L'unità di misura della potenza, nel Sistema Internazionale è il Watt [W], molto usato il suo sottomultlipo chilowatt [kW] Nel Sistema Tecnico si ultilizza il cavallo vapore [Cv], che gli anglosassoni chiamano horsepower [hp] 1 Cv = 0,735 kW

Grafico della potenza in funzione del n° di giri del motore

IL CONSUMO CONSUMO ORARIO (Ch) : rappresenta il peso di carburante consumato dal motore per ogni ora di funzionamento. Serve per determinare l'autonomia oraria, a parità di potenza rimane costante al variare della quota. Si esprime in [g/h], [kg/h], oppure [l/h], [lbs/h], [gal/h]. CONSUMO SPECIFICO (Cs) : è il rapporto tra il consumo orario e la potenza del motore, permette di confrontare motori diversi mettendo in luce quello che ha il migliore rendimento. Si esprime in [g/Cv h], oppure [Kg/kW h]

Grafico del consumo specifico in funzione di n° di giri del motore

IL RENDIMENTO Dato che il motore è una macchina trasformatrice di energia da uno stato all’altro, il “pedaggio” che si deve pagare per questa trasformazione è molto alto. Energia chimica posseduta dal carburante 100% Perdita nei gas di scarico 42% Perdita per il raffreddamento 28% Perdita per attriti 10% Energia meccanica all’albero motore 20%

IL TITOLO DELLA MISCELA Rappresenta il rapporto tra il peso in grammi dell'aria e quello della benzina che compongono la miscela. Il titolo di 15 : 1 viene detto stechiometrico perchè la benzina brucia completamente senza lasciare nei gas di scarico nè ossigeno allo stato liquido, nè incombusti carboniosi. La temperatura della combustione è massima. Con miscela povera, ad esempio 20 : 1, nei gas di scarico si trova anidride carbonica e ossigeno allo stato libero. Con miscela ricca, ad esempio 10 : 1, nei gas di scarico si trova anidride carbonica e ossido di carbonio.

IL TITOLO DELLA MISCELA Il minor consumo best economy si realizza con titolo di circa 16,5 : 1 La massima potenza best power si realizza con titoli compresi fra 12,5 e 13,5 : 1 (leggermente inferiore di quello stechiometrico perché la fiamma della combustione si propaga meglio nella miscela ricca, e l’eccesso di carburante contribuisce al raffreddamento del motore) La massima temperatura è ottenuta con il titolo stechiometrico 15 : 1

Perchè smagrire la miscela ? Il motore consuma di meno = minor costi di esercizio Il motore gira più “rotondo” = minori vibrazioni Maggior autonomia = maggior sicurezza Minor “imbrattamento” e maggior durata delle candele = maggior sicurezza e minori costi Camere di combustione più pulite = minore possibilità di preaccensione e detonazione Mantenimento della temperatura del motore al valore normale (165 °F = 74 °C)

Quando si deve correggere la miscela ? Crociera : smagrire sempre la miscela, qualunque sia la quota di volo, purché il motore eroghi il 75% o meno della potenza massima. Salita : senza EGT correggere la miscela solo al di sopra di 5000 ft con EGT correggere la miscela anche durante la salita, purché non si scenda sotto il titolo di best power EGT = Exhaust Gas Temperature (strumento che indica la temperatura dei gas di scarico)

Il carburante Benzina Avio AVGAS 100 LL AVGAS = aviation gasoline 100 = numero di ottano LL = Low Lead (basso contenuto di piombo) Il numero di ottano esprime il potere antidetonante della benzina, cioè la sua capacità di ritardare più o meno l’insorgere della detonazione nei cilindri. La gradazione dell’attuale Avgas è 96/100, (96 per miscela povera, 100 per miscela ricca). La volatilità rappresenta la capacità della benzina di evaporare quando sottoposta ad una determinata pressione, per la benzina avio deve essere tale da farla evaporare solo al di sotto di una determinata pressione (mezza atmosfera).

Procedura di messa in moto (alimentazione a carburatore) A freddo : Aria carburatore Fredda Miscela Ricca Master On Pompa elettrica Pressione carburante In arco verde Cicchetto Qualche smanettata Manetta ¼ aperta Area circostante Libera Magneti Start Pressione olio 1000 /1200 RPM Off

Procedura di messa in moto (alimentazione a carburatore) A caldo : stessa procedura a freddo ma senza cicchetto Avviamento mancato : Può dipendere da eccessivo carburante dovuto ai ripetuti cicchetti dando fumate nere e ritorni di fiamma. Procedere nel seguente modo: Miscela chiusa Manetta tutta aperta Magneti start Riprendere quindi la procedura normale senza cicchetti.

Procedura di messa in moto (alimentazione ad iniezione) A freddo : Manetta aperta 1 cm Master on Pompa elettrica on (10 sec.) Miscela ricca finché si ha lettura sul flussometro Miscela povera Magneti start Quando il motore parte arricchire totalmente la miscela e regolare la manetta come necessario

Procedura di messa in moto (alimentazione ad iniezione) A caldo : Manetta aperta 1 cm Master on Pompa elettrica on (5 sec.) Miscela povera Magneti start Quando il motore parte arricchire totalmente la miscela e regolare la manetta come necessario

Procedura di messa in moto (alimentazione ad iniezione) Motore ingolfato : Manetta tutta aperta Master on Pompa elettrica off Miscela povera Magneti start Quando il motore parte arricchire totalmente la miscela e togliere manetta come necessario.

Classificazione dei motori aeronautici a pistoni Si utilizza una serie di lettere e di numeri, che indicano le caratteristiche principali del propulsore. Il codice del modello del motore è formato da tre parti: Il prefisso, costituito da una o più lettere che indicano le caratteristiche essenziali del motore. La parte centrale, costituita da tre cifre che indicano la cilindrata espressa in pollici cubi (1 pollice cubo = 16,388 cc) Il suffisso, costituito da un gruppo di lettere e cifre che indicano altre caratteristiche del motore e degli accessori.

Tre cifre che indicano la cilindrata PREFISSO Numero [pollici cubi] SUFFISSO L Lefthand (con rotazione sinistrorsa) T Turbocharged (turbocompresso) V Vertical (verticale, per elicottero) H Horizontal (orizzontale, per elicottero) A Acrobatic (per aereo acrobatico) I Fuel injected (a iniezione) G Geared (con riduttore) S Supercharged (sovralimentato) O Opposed cylinder (a cilindri contrapposti) Tre cifre che indicano la cilindrata Sigle corrispondenti a caratteristiche specificate dal manuale del costruttore.

Alcuni esempi O-320-A1C : motore a cilindri contrapposti, normalmente aspirato, alimentato a carburatore, con rotazione destrorsa, in presa diretta, 320 pollici cubi di cilindrata (5244 cc). L’albero e la flangia hanno dimensioni corrispondenti al numero 1, gli accessori corrispondono alla lettera C. TIGO-541-K1G5 : motore con cilindri contrapposti turbocompresso, alimentato ad iniezione, con rotazione destrorsa, dotato di riduttore. Cilindrata 540 pollici cubi (8849 cc), scatola degli ingranaggi integrale. Caratteristiche di potenza conformi alla lettera K, albero e flangia di dimensioni corrispondenti al numero 1, accessori G, contrappesi sull’albero corrispondenti al numero 5.