Soggetti:
- Introduzione
- Movimenti primari e secondari del pistone
- Velocità del pistone
- Accelerazione del pistone
- Panoramica completa della corsa, della velocità e dell'accelerazione del pistone
Introduzione:
Il movimento di salita e discesa (traslazione) del pistone viene convertito in movimento rotatorio dal meccanismo manovella-biella. Il pistone si muove su e giù in linea retta. Questo è chiamato movimento del pistone primario. Tuttavia, la biella non si muove solo su e giù, ma anche lateralmente. A causa del movimento laterale della biella, il pistone percorrerà una distanza leggermente maggiore. Oltre alla maggiore distanza, a questo punto il pistone ha anche raggiunto la massima velocità di movimento. Questa distanza extra è chiamata movimento secondario del pistone.
La figura mostra il movimento del pistone. Il pistone blu superiore indica dove si trova il PMS (punto morto superiore). Il pistone blu al centro a destra indica la distanza del movimento primario del pistone (ovvero alla quale la biella non si è inclinata). Il pistone inferiore di colore rosso indica la distanza extra creata dalla rotazione dell'albero motore e dall'inclinazione della biella; questo è il movimento del pistone secondario.
Quando l'albero motore è stato ruotato di 90 gradi, la velocità di movimento del pistone è massima. Il movimento del pistone secondario garantisce una maggiore distanza percorsa. Sommando la distanza del movimento secondario a quella del movimento primario si ottiene la distanza totale percorsa dal pistone.
Il rapporto tra la lunghezza del perno di manovella e la lunghezza della biella determina l'entità del movimento secondario. Il movimento secondario del pistone influisce anche sulla velocità e sull'accelerazione del pistone.
Movimenti del pistone primario e secondario:
Il movimento del pistone primario e secondario è mostrato nei grafici in questa sezione come distanza percorsa. La somma del movimento del pistone primario e secondario costituisce il movimento totale del pistone. La struttura del percorso totale del pistone è spiegata di seguito.
Movimento del pistone primario:
La forza nella direzione da PMS a PMS e la forza da ODP a PMS insieme provocano una vibrazione che si verifica una volta per giro dell'albero motore. Ecco perché questa forza è anche chiamata forza primaria. La forza primaria fa un movimento primario.
- Il movimento del pistone primario è 0 con rotazione dell'albero motore di 0° e anche 180 con rotazione di 0°;
- Se consideriamo esclusivamente il movimento del pistone primario, con una rotazione dell'albero motore di 90° il pistone si trova a metà corsa (anche a metà cilindro), cioè a 90 mm.
Movimento del pistone secondario:
Il movimento laterale della biella fornisce il movimento secondario del pistone. Maggiore è il rapporto tra lunghezza perno di biella e lunghezza della biella, maggiore sarà la forza secondaria, e quindi il movimento secondario.
- Al PMS il movimento secondario è 0;
- Con una rotazione dell'albero motore di 90° il movimento secondario è massimo;
- Sommiamo al movimento primario la distanza che il pistone percorre durante il movimento secondario. Questo è il percorso effettivo percorso dal pistone.
Movimento effettivo del pistone:
Il movimento effettivo del pistone è formato dalla somma del movimento del pistone primario e secondario. Questo può essere letto come “totale” nel grafico.
- Il pistone è già a metà della sua corsa nel cilindro prima che l'albero motore abbia ruotato di 90 gradi. Nel grafico vediamo che il pistone ha percorso 110 mm a 90 gradi. Questo è il 61% della corsa totale;
- La lunghezza del perno di manovella, e quindi il rapporto manovella-biella (spesso indicato come lambda), determina la corsa secondaria, e quindi totale, del pistone.
Il movimento del pistone secondario amplifica le vibrazioni del motore. In un motore con quattro o meno cilindri, dove le forze secondarie sono relativamente grandi, alberi di equilibrio applicato per limitare le vibrazioni del motore.
Velocità del pistone:
Durante il processo di lavoro, il pistone inverte la direzione del movimento in corrispondenza dell'ODP e del PMS. A ODP e TDC la velocità del pistone è zero. Questo perché in questi punti il pistone cambia direzione. Quando il pistone si sposta dal TDC all'ODP, la velocità del pistone aumenta. La velocità del pistone primario raggiunge il suo valore massimo intorno ai 90 gradi di rotazione dell'albero motore. Questo è il risultato dell'accelerazione positiva del pistone durante il movimento verso il basso. Tuttavia, all'aumentare dell'angolo della biella, entra in gioco la velocità del pistone secondario. La velocità del pistone secondario è correlata all'inclinazione della biella e determina un contributo aggiuntivo alla velocità totale del pistone. Questa velocità del pistone secondario fa sì che la velocità totale del pistone raggiunga il suo valore massimo prima di quanto lo farebbe la sola velocità del pistone primario. Ciò accade in genere prima dell'angolo dell'albero motore di 90 gradi. Nel grafico sottostante vediamo che la velocità totale del pistone è già massima a circa il 75%.
Accelerazione del pistone:
La velocità del pistone è stata discussa nel paragrafo precedente. Il grafico mostra che la velocità del pistone al TDC e all'ODP è 0 e la velocità aumenta e diminuisce durante il movimento verso il basso e verso l'alto. Con l'accelerazione del pistone osserviamo l'accelerazione e la decelerazione del pistone nel cilindro.
Quando l'angolo di manovella è 0 gradi, il pistone è al massimo della sua corsa, pronto per iniziare il movimento verso il basso. A questo punto l'accelerazione del pistone è massima. Ciò è dovuto al brusco cambio di direzione del movimento del pistone, dall'arresto nel punto più alto all'inizio del movimento verso il basso. Avanzando verso il PMS l'accelerazione diminuisce. L'accelerazione del pistone primario è 0 a 90 gradi di rotazione dell'albero motore. Nel paragrafo precedente possiamo vedere che la velocità del pistone diminuisce nuovamente a 90 gradi. Tra 90 e 180 gradi dell'albero motore il pistone frena fino al PMS. Nel grafico vediamo la frenata come un'accelerazione negativa.
L'accelerazione secondaria del pistone viene nuovamente creata dall'inclinazione della biella. In un motore con biella fuori asse, la biella ha già una piccola angolazione quando il pistone è al PMS. A causa dell'accelerazione secondaria del pistone l'accelerazione totale del pistone aumenta dei primi gradi dell'albero motore.
Panoramica completa della corsa, della velocità e dell'accelerazione del pistone:
I paragrafi precedenti hanno discusso i movimenti e le velocità primari, secondari e totali per ciascun grafico. In questa panoramica vediamo i totali in un grafico.
- Man mano che il pistone scende, il peso del pistone aumenta (da 0 a 180°);
- Il pistone ha invertito la direzione del movimento tra la corsa precedente e quella attuale. A causa dell'improvviso cambio di direzione del movimento, l'accelerazione del pistone è massima a partire da 0 grado dell'albero motore;
- La velocità del pistone aumenta gradualmente, raggiungendo il massimo prima che l'albero motore abbia ruotato di 90°;
- A 180°, sia la velocità che l'accelerazione del pistone sono 0;
- Durante il passaggio al TDC, i grafici dell'accelerazione del pistone e della velocità si invertono.
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