Fattori che influenzano il coefficiente di efflusso

Nelle figure che seguono sono riportati gli andamenti del coefficiente di efflusso ottenuti sperimentalmente al variare di alcuni fattori, quali:

·        Angolo al vertice del cono valvola.

Le figure qui di seguito mostrano il  in funzione del rapporto alzata/diametro valvola   per due diversi angoli al vertice del cono della valvola  supponendo di mantenere costante il rapporto  tra l'altezza della sede e il diametro della valvola (vd. figura).

Figura 5: Coefficiente di efflusso Cdf al variare del rapporto alzata/diametro della sede valvola per due diversi valori dell’angolo del cono (moto dal condotto al cilindro).

Figura 6: Coefficiente di efflusso Cdf al variare del rapporto alzata/diametro della sede valvola per due diversi valori dell’angolo del cono e per due configurazioni della sede valvola (moto dal cilindro al condotto).

Alle piccole alzate il coefficiente di efflusso  è leggermente più elevato quando l'angolo di apertura del cono è grande (120°) perché l'area effettiva di efflusso cresce circa secondo quando  è piccolo. All'aspirazione, al crescere dell'alzata valvola il coefficiente di efflusso non dipende più dall'angolo , mentre allo scarico le maggiori aperture del cono risultano penalizzanti a causa della flessione della vena fluida che non è più guidata bene. E' da notare anche l'interesse ad arrotondare tutti gli spigoli della sede valvola.

·        Raggio di curvatura del condotto in prossimità della valvola

La figura che segue presenta due diverse configurazioni del condotto in prossimità della valvola. A sinistra è riportata una configurazione in cui il raggio di curvatura del condotto è piccolo e quindi si ha un "gomito" relativamente stretto in prossimità della valvola; nella configurazione di destra il raggio di curvatura è invece più ampio. Le prove sperimentali confermano quanto suggerito dall'intuizione: il coefficiente di efflusso  è più elevato nel caso di ampi raggi di curvatura del condotto e migliora ulteriormente se si riduce la strozzatura in corrispondenza del supporto della guida valvola. L'andamento è simile sia che si tratti di valvole di aspirazione con flusso dal condotto al cilindro, sia che si considerino valvole di scarico in cui il flusso è dal cilindro al condotto. La strozzatura dovuta al supporto valvola è ineliminabile: in sua assenza la valvola avrebbe flessioni dovute alle forze generate dai gas di scarico. E’ necessaria una corretta progettazione della guida per evitare eccessive turbolenze nel moto del fluido.

Figura 7: Il raggio di curvatura del condotto in prossimità della valvola ha una forte influenza sulle perdite di carico in tale area: il condotto della figura di sinistra provoca perdite superiori al condotto di destra. In quest’ultimo la sede della guida valvola non risulta ottimizzata in quanto si protende eccessivamente nel condotto costituendo un ostacolo al flusso dei gas.

Figura 8: Influenza della conformazione del condotto in prossimità della valvola (moto dal condotto al cilindro).

Figura 9: Influenza della conformazione del condotto in prossimità della valvola (moto dal cilindro al condotto).

Le valvole di aspirazione sono più grandi e in numero maggiore (per motori plurivalvole) di quelle di scarico perché una perdita di carico del fluido all’aspirazione compromette la capacità del motore di dare lavoro. Questo è più gravoso nei motori diesel dove il carico, ovvero la quantità di coppia o potenza richiesta non è regolato da una valvola a farfalla che dosa la portata d’aria ma dalla quantità di combustibile iniettato. In tali motori, detti “ad accensione spontanea”, la combustione è data dall’elevata pressione dell’aria in ingresso che genera l’accensione spontanea della miscela aria/combustibile: tanto maggiori saranno le perdite di carico in termini di pressione, tanto minore sarà la pressione nel cilindro e tanto più difficoltosa sarà la combustione. D’altro canto elevate perdite allo scarico provocano un’eccessiva contropressione: ovvero durante il moto di risalita il pistone può incontrare una resistenza eccessiva da parte dei gas.

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