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battito del motore

1920
  • Harry Ricardo
Analisi del motore a ciclo Otto in un laboratorio automobilistico degli anni '20, con particolare attenzione all'efficienza della combustione.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Engine knock, or detonation, is a major constraint on the thermal efficiency of an Otto cycle engine. While higher compression ratios increase efficiency, they also raise the temperature and pressione of the air-fuel mixture during compression. This can cause the mixture to auto-ignite prematurely, creating a shockwave that produces a ‘knocking’ sound and can damage the engine.

Engine knock occurs when a portion of the unburned air-fuel mixture (the end gas) ahead of the propagating flame front from the spark plug spontaneously ignites. This auto-ignition is caused by the end gas being compressed and heated beyond its auto-ignition temperature by both the piston’s compression stroke and the advancing flame front. The resulting combustion is extremely rapid and uncontrolled, creating a pressure wave that travels through the cylinder at supersonic speeds. This shockwave collides with the cylinder walls and piston crown, causing the characteristic metallic pinging or knocking sound.

The consequences of severe or prolonged engine knock are significant. The intense pressure spikes can lead to mechanical failure, including cracked pistons, broken piston rings, and damaged cylinder heads. The extreme temperatures can also cause pitting and erosion of metal surfaces. To prevent knock, several strategies are employed. The most fundamental is limiting the engine’s compression ratio to a level suitable for the available fuel. Fuel quality, measured by its octane rating, indicates its resistance to auto-ignition. Higher octane fuels allow for higher compression ratios. Modern engines use sophisticated electronic control systems with knock sensors (essentially microphones tuned to the frequency of knock) that detect the onset of detonation and instruct the engine control unit (ECU) to retard ignition timing, which reduces cylinder pressure and stops the knock.

UNESCO Nomenclature: 3305
- Ingegneria chimica

Tipo

Fenomeno fisico

Interruzione

Incrementale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • development of high-compression Otto cycle engines
  • osservazione delle modalità di guasto del motore
  • conoscenza di base della cinetica chimica e delle temperature di autoaccensione
  • strumentazione in grado di misurare la pressione all'interno del cilindro

Applicazioni

  • sviluppo di carburanti ad alto numero di ottano
  • utilizzo di agenti antidetonanti come il piombo tetraetile (in passato) e l'etanolo (attualmente)
  • centraline di controllo motore (ecu) con sensori di detonazione
  • progettazione delle forme della camera di combustione per prevenire punti caldi
  • turbocompressione e sovralimentazione con intercooler

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • analisi chimica in tempo reale del carburante per regolare dinamicamente i parametri del motore
  • rilevamento predittivo dei colpi basato sulla fusione dei sensori (suono, pressione, temperatura)
  • sistemi di accensione basati su laser per controllare la posizione e la tempistica della combustione in modo più preciso
  • rivestimenti avanzati per pistoni che inibiscono cataliticamente le reazioni di preaccensione
  • sistemi di iniezione d'acqua per motori ad alte prestazioni per raffreddare la carica di aspirazione
  • motori a rapporto di compressione variabile che si regolano meccanicamente per ottimizzare potenza ed efficienza senza detonazione
  • progettazione di camere di combustione mediante intelligenza artificiale generativa per ridurre al minimo le sacche di gas finali
  • motori hcci che sfruttano l'autoaccensione controllata invece di combatterla
  • sviluppo di biocarburanti resistenti agli urti da nuove materie prime
  • sensori ottici nel cilindro per osservare direttamente la propagazione della fiamma e rilevare i precursori del battito in testa
Related to: engine knock, detonation, compression ratio, octane rating, auto-ignition, spark-ignition engine, pre-ignition, harry ricardo, anti-knock agent, engine damage.

Contesto storico

battito del motore

1910
1920
1920
1920
1922
1924
1927
1910
1910
1920
1920
1920
1922
1925-01-01
1930

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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