Con l’intento di aumentare l’efficienza del motore a combustione, in Formula 1 si è pensato di introdurre negli ultimi anni l’accensione a getto turbolento o TJI (Turbulent Jet Ignition). Ma di cosa si tratta?
Dopo aver visto nel dettaglio i componenti di un motore di Formula 1, scopriamo come funziona l’accensione a getto turbolento.
Migliorare l’efficienza termica del motore è una sfida importante per gli ingegneri di F1. Questa è infatti indice di quanta energia immagazzinata nella benzina viene convertita in energia meccanica per muovere la monoposto. Per migliorare questo parametro ci sono diverse tecnologie su cui i progettisti possono intervenire. Una di queste prevede un modo innovativo di bruciare il carburante. Sappiamo però che il regolamento limita il carburante da usare durante una gara e il flusso stesso e limita anche l’utilizzo di candele e iniettori a uno ciascuno per cilindro.
Con il metodo tradizionale, che prevede l’utilizzo di una candela e un iniettore, si ha che la miscela viene accesa in un singolo punto. In questo modo però, il fronte di fiamma deve propagarsi da un singolo punto all’intera camera di combustione per bruciare la restante parte di miscela e nonostante questo avvenga in un tempo veramente piccolo, è sufficiente a lasciare qualche goccia di benzina incombusta, e quindi energia non utilizzata, che viene buttata via dallo scarico della vettura.
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Turbulent Jet Ignition (TJI)
Ci sono diverse tecniche per migliorare il modo in cui si brucia la benzina all’interno della camera di combustione. Come già detto però, i progettisti dei motori di Formula 1 devono sottostare alla regola per cui deve esserci un solo iniettore e una sola candela per cilindro. Da qui parte l’adozione della precamera, anche detta accensione a getto turbolento o TJI (Turbulent jet Ignition).
Il Turbulent Jet Ingnition sostituisce quindi l’iniezione diretta nei motori ad accensione comandata e ha proprio come scopo quello di ottenere elevate prestazioni, senza aumentare il consumo di carburante. Il sistema è costituito da un piccolo volume (precamera), posizionato nella testata al di sopra della camera di combustione principale e collegato direttamente a essa tramite dei piccoli fori. All’interno della precamera troviamo la candela e l’iniettore. Quest’ultimo, al momento prestabilito, inietta il carburante che, in parte, passa anche nel cilindro miscelandosi all’aria presente. Abbiamo quindi due tipi di miscele: grassa all’interno della precamera e magra nella camera di combustione principale. A questo punto, la carica presente all’interno della precamera viene accesa dalla candela e passa nel cilindro attraverso i piccoli fori in modo molto turbolento, accendendo la restante parte di miscela presente nel cilindro.
In questo modo la combustione si diffonde in più aree contemporaneamente. Questo permette di avere una miscela globalmente molto magra che assicura una completa combustione di tutta la benzina iniettata. Inoltre, la velocità del fronte di fiamma è molto più alta e si riesce ad estrarre più energia dal carburante impiegato.
Conclusioni
Per ottenere la più alta efficienza termica possibile con questa tecnologia, i progettisti effettuano molteplici simulazioni fluidodinamiche in cui vanno a variare l’orientamento, il numero e il diametro dei piccoli fori della precamera e la forma della precamera stessa. Studiano poi i moti turbolenti nella camera di combustione principale e le tempistiche di iniezione della benzina e di accensione della miscela. Questo processo in un motore di Formula 1 che gira a 12.000 rpm, avviene circa 200 volte al secondo, quindi circa ogni 3 millisecondi! Per essere quindi sicuri che tutto avvenga sempre agli istanti prestabiliti e alla stessa maniera di ciclo in ciclo, gli ingegneri si affidano alla ECU (Engine Control Unit) e ai vari sensori che permettono di controllare che tutto il sistema funzioni alla perfezione.
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