Ultimamente sta prendendo piede questa soluzione di funzionamento che, lo ricordiamo, è possibile solo accoppiata all'iniezione diretta, soluzione dalla quale mutua vantaggi e svantaggi già descritti.
Il principio teorico che ne sta alla base è semplice. L'accensione della miscela, in un motore a benzina, si ha solo quando il rapporto tra aria e combustibile è 14,7:1 Per fare questo, ai carichi minori di quello massimo, si "strozza" il motore con la valvola a farfalla riducendo così la massa di aria aspirata.
Con la stratifiazione, invece, si fa in modo che slo intorno alla candela ci sia la miscela stechiometrica, mentre al di fuori di una certa area si trovi solo aria.
I vantaggi? Anzitutto si può far aspirare liberamenta il motore, senza la strozzatura della valvola a farfalla. Inoltre la combustione si svolge a temperature minori, riducendo la dissociazione gassosa. Se si fa riferimento all’espressione del rendimento teorico η = 1 – 1/ρk-1, occorre notare che, per temperature più basse nel cilindro, e per rapporti A/F (air/fuel, aria carburante) più grandi, come quelle che si realizzano in stratificazione, il valore di k aumenta, il rapporto 1/ρk-1 diminuisce e, di conseguenza, il rendimento migliora. Altro vantaggio, è che la miscela si trova circondata da aria, quindi il calore sviluppato dalla fiamma va a scaldare l'aria anziché le pareti, migliorando ancora il rendimento.
Se si riesce a stabilizzare bene la combustione, si possono adottare tassi di EGR molto alti, con vantaggi in termini di emissioni e rendimento.
Svantaggi: non è affatto semplice controlare con precisione la stratificazione. Inoltre quando si stratifica si ha ossigeno libero allo scarico, quindi il catalizzatore non tratta più gli NOx, ma solo HC e CO. Diventa quindi ossidante, come quello dei diesel, e pone gli stessi problemi. O si limita il funzionamento in regime di stratificata, oppure si adotta un DeNox.
Il problema è ancora più sentito perché la temperatura locale di combustione può salire molto, favorendo la formazione di NOx appunto, resa ancora più semplice dall'elevata quantità di aria presente del cilindro.

Vediamo qualche schema di funzionamento.

Wall guided spray - GDI Mitsubishi

Pieno Carico
A pieno carico si effettua l’iniezione anticipata. Il combustibile viene iniettato già durante la fase di aspirazione, in modo da avere, in camera, una miscela omogenea stechiometrica o leggermente ricca per ottenere la massima potenza, come avviene nei motori normali indiretti o diretti (questa strategia viene mantenuta in ogni condizione di carico nel caso di motori a carica omogenea).
Carichi medi o medio-bassi
In condizione di carico medio-basso si realizza la carica semistratificata: in camera è presente ovunque miscela aria/combustibile, la quale è tanto più ricca quanto più è vicina agli elettrodi della candela; in questo modo è possibile accendere una miscela con rapporto A/F anche piuttosto alto.
Bassi carichi
Si effettua l’iniezione ritardata. Il combustibile è immesso in camera nella fase di compressione e, grazie alle condizioni fluidodinamiche nel cilindro, si realizza la stratificazione della carica: miscela stechiometrica o ricca in prossimità degli elettrodi della candela, aria pura nel resto della camera e rapporto A/F complessivamente alto. il rapporto A/F potrebbe essere superiore a 100; in realtà, in alcune applicazioni viene mantenuto a valori nell’intorno di 40, strozzando leggermente l’aspirazione. In tal modo l’aria presente nel cilindro ha una pressione più bassa e il combustibile evapora più facilmente ed è possibile, inoltre, introdurre una cospicua quantità di gas combusti per ridurre le emissioni di incombusti e ossidi di azoto (EGR).
È opportuno precisare che il tempo a disposizione per il completamento di tale processo, di stratificazione della carica è critico. Infatti, dall’istante in cui termina l’iniezione, a quello dell’accensione, il combustibile deve essere addotto in camera, evaporare e miscelarsi con l’aria dando luogo a carica stratificata. La fluidodinamica interna, la geometria della camera di combustione e la tipologia di iniettore utilizzato risultano determinanti; occorrono studi accurati per raggiungere risultati soddisfacenti.

L'impianto prevede un inettore di tipo Swirl, ( http://www.enseeiht.fr/hmf/travaux/CD99 ... ur/id2.gif ) un condotto verticale e un pistone a forma di "scodella".


Il vantaggio è che si tratta di un sistema abbastanza semplice, in cui il pistone "guida" la carica. L'iniettore swirl permette una buona polverizzazione perché imprime al carburante una specie di moto a forma di cono, fortemente rotatorio. Difetti:
1) A freddo la benzina tende, sopratutto se si inietta in ritardo, ad appiccicarsi al pistone.
2) La massa del pistone non è più ben centrata
3) La forma della camera di combustione in omogeneo è pessima: molti intrestizi e alto rapporto superfice\volume, quindi scambi termici elevati

PSA avevano motori di questo tipo in produzione.

Air guided spray - FSI VW

A differenza del sistema wall guided, la carica non lambisce direttamente le pareti del deflettore posto sullo stantuffo, ma viene iniettata in una corrente d’aria che ne impedisce il contatto diretto.



Non si verifica più impingement (ovvero l'attaccarsi della miscela al pistone), il che rappresenta un vantaggio non trascurabile dato che così si riducono le emissioni di idrocarburi incombusti, soprattutto nelle partenze a freddo. Il pistone ha una geometria migliore, così anche la camera di combustione, anche quando il motoer funziona in carica omogenea (ovvero come un motor enormale ad iniezione diretta).
I motori del gruppo Volkswagen, durante il funzionamento, utilizzano un flap posizionato all’interno del condotto di aspirazione che permette di variare la sezione di passaggio in funzione del regime di rotazione. Questo, unito ad una particolare forma del cielo dello stantuffo, assicura che, durante il funzionamento in stratificato, il flusso di aria aspirato stazioni nell’intorno della candela (posizionata centralmente), permettendo nella successiva fase di compressione una stratificazione stabile e ripetibile. Anche l'iniettore è posizionato sotto le valvole.
Nella seguente immagine, si vede il funzionamento in carica omogenea, a sinistra, col flap aperto http://www.audiworld.com/news/01/iaa/fsi/at010030.jpg

Anche Toyota sviluppo' un motore di questo tipo. La versione Toyota era molto più complessa ma di scarsa efficacia: i due condotti di aspirazione erano diversi: uno era a forma di chiocciola per cercare di creare un moto adatto alla stratificazione della carica, ma col difetto di strozzare molto il motore alla massima potenza. In seguito sono tornato all'iniezione "Wall guided".

Self guided air

Di questo sistema non conosco applicazioni in campo automobilistico, ma è sicuramente uno dei più promettenti. In questo caso si usano iniettori di tipo differente, detti pintle, a comando non più elettromagnetico ma piezoelettrico. Si ottiene così una precisione di iniezione notevole, tutto grazie alla sola azione dell'iniettore, con minori complicazioni a livello di design di condotti e pistone: niente deflettori, condotti di forma strana, o comunque in forma minore. Inoltre l'iniettore, essendo a comando piezoelettrico, è molto più veloce.

Grazie del post; ho un'altra curiosità:
lo starjet come funziona?

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"Dagli amici mi guardi Iddio; che dai nemici mi guardo io"

Strosek, se non esistessi dovrebbero inventarti!

Quindi, da quel che ho letto, al momento, in attesa di nuovi sviluppi, vw ha trovato la momentanea quadratura del cerchio. E nemmeno a costi troppo elevati, tenendo presente i prezzi di vendita della golf tfsi

Lo starjet adotta l'iniezione indiretta, nonostante il nome possa far pensare al contrario. La particolarità di questo motore sta nel fatto che, ai bassi carichi, viene chiuso uno dei due condotti di aspirazione, e il motore aspira solo da una valvola. Questo consente di avere una amggior turbolenza della miscela, che frammenta meglio il combustibile e aumenta la velocità di combustione, consentendo di avere migliori rendimenti. Tecnologia già applicata da alcuni motori Honda alcuni anni fa, che io ricordi, come i VEi, con ottimi risultati.
Inoltre usa la fasatura variabile per avere un elevato EGR, riducendo emissioni ed aumentando il rendimento, evitando di sovraccaricare il classico circuito comandato dalla vlavola EGR. Un uso eccessivo dell'EGR, in questo caso, porta ad un fenomeno molto temuto: il riscaldamento dei condotti di aspirazione, che riduce la densità, quindi la massa, di aria aspirata, oltre a provocare detonazione nel motore, se di entità eccessiva.

Da quel che so, che non è come vedi molto, i sistemi più efficienti sono com quelli adottati da VW. Purtroppo, pur avendo esteso il campo di funzionamento rispetto ai vecchi GDI, ancora non si riesce ad avere un netto miglioramento dei consumi, a meno di non stare attenti a lla guida. Servirà anche il DeNox prima o poi, per poter rientrare nelle normative e per estendere al massimo il funzionamento in stratificata: nel GDI si era costretti a passare in omogenea prima di quanto si sarebbe potuto, perché gli Nox emessi, non trattati dal catalizzatore come s'è visto, erano superiori a quelli consentiti.
Da notare come i motori Turbo VW non adottino la stratificazione della carica, ma solo l'iniezione diretta.

I vecchi JTS Alfa avevano un regime di funzionamento in stratificata piccolissimo, sotto i 1500giri, erano pensati solo per avere potenza. I nuovi adottano un sistema strano, mi sembra di capire che vanno in regime di carica semi-stratificata, quella adottata dal motore Mitsubishi nella guida ai carichi medi. Nel motore Mistu, da quel che ho letto, solo stando sotto i 2500 giri e acceleratore poco premuto si avevano economie apprezzabili, ovvero stando in stratificata, quindi non credo sia una strategia molto efficace. I nuovi (e anche il vecchio) JTS Alfa non si segnalano certo per il consumo contenuto....

Ciao!

Quindi l'iniezione diretta è ancora in uno stato embrionale;
pensavo che l'unico problema serio fosse per la formazione di NOx e problemi strutturali in camera di combustione a causa delle temperature locali a causa della miscela magra.
La soluzione dello starjet con 1 valvola di aspirazione chiusa ai bassi regimi a me sembrava quasi obbligata per dare elasticità ai plurivalvole; chi altro applica questa tecnica?
Scusate la mia curiosaggine ma ho anni di arretrati da recuperare!

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"Dagli amici mi guardi Iddio; che dai nemici mi guardo io"

che io sappia la usa anche opel nei suoi Twinport...altri non ne conosco... aspettiamo Luigi che di sicuro ci saprà iluminare..

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Mauro

La Fiat ha utilizzato lo stesso sistema di Opel, e a distanza di un bel po' di tempo dopo la Opel.

volevo dirlo anch'io... ma mi pareva inelegante sottolineare un altro degli ennesimi finti primati del gruppozzo...

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Mauro

Piuttosto, sarei curioso di avere qualche altra notizia sul 3.000 biturbo diretto BMw da 306cv. Su un vecchio 4banane parlava di un sistema di iniezione con iniettori piezo e pressione 200bar. Quindi, in pratica, iniettori "pintle" e iniezione "Self guided". Ma va anche in stratificata oppure, come penso, in omogeneo stechiometrico?
Interessante la fomra del pistone e la posizione dell'iniettore http://www.auto-innovations.com/site/im ... on_inj.jpg
A detta loro, il nuovo Mercedes 3500 V6 aspirato diretto adotterà lo stesso sistema (rapporto di compressione 12,2:1 molto buono).

P.S. caratteristica dello Starjet non è solo quella, come detto c'era già su motori Honda anni '90, ma il combinato uso dell'EGR tramite l'adozione di fasature variabili.
Nulla di stratosferico comunque. Ma chi costruisce 1400 aspirati con soluzioni particolari?

L'obbiettivo iniziale della carica stratificata era proprio quello di eliminare la valvola a farfalla.
Ma pare che da questa con le tecnologie attuali non si possa proprio prescindere: questa carica stratificata non è abbastanza "precisa" da creare una miscela stechiometrica proprio intorno la candela, anche perchè si corre il rischio di incorrere in problemi ben più seri.
Allora la VW ha aggirato il problema eliminando la valvola a farfalla e creando condizioni stechiometriche all'interno della camera di combustione grazie ad un particolare EGR interno: in pratica si aspira aria non laminata dalla valvola, e quindi con la max densità consentita, e lo speciale EGR interno introduce una quantità di gas combusti (che quindi sono ormai inerti dal punto di vista della combustione) per creare le condizioni stechiometriche in CC, prendendo il posto dell'aria "fresca"...
Questi prototipi sono marcianti e sono basati sullo stesso 1.5 che in versione diesel è stato presentato come prototipo sulla Ecoracer di VW...

Comunque la valvola a farfalla rimane quando il motore va in carica omogenea.

Questo principio viene sfruttato nel motore motociclistico (o per applicazioni fisse) 2T Honda ATAC in cui la combustione è innescata addirittura dagli stessi gas di scarico (non serve la candela!), con la volontà di avvicinarsi alla combustione omogenea.
Più che di stratificazione, si dovrebbe parlare di isolamento della carica, circondata da gas residui, in condizioni di miscelazione stechiometrica, circondata da gas di scarico abbastanza "energetici" da innescare la combustione stessa, nei tempi voluti..
Se è già difficile far andare il motore in stratificata per ampli campi di funzionamento, questo si preannuncia ancor più complesso, anche se di ottima efficacia.

Alla fine la soluzione migliore resta un valvetronic ad iniezione diretta di benzina, che usa l'alzata valvole per limitare l'aria in accesso...
Anche se bisognerebbe vedere come influenza la turbolenza e dunque la stratificazione di carica. L'adozione di iniettori multijet sarebbe ulteriormente interessante perche' permetterebbe a questo punto all'iniettore di controllare sia la stratificazione della carica che il progredire della combustione.
L'uso di gas combusti per variare il rapporto stechiometrico e' produttivo anche per combattere l'emissione di NOx e idrocarburi incombusti, ma comunque rimane una soluzione a mio avviso di ripiego rispetto all'effettivo controllo diretto dell'aria in accesso e della stratificazione tramite getti multipli sequenziali di carburante nel cilindro.
La forma del cielo del pistone, poi, condiziona la disposizione delle valvole...

Il problema e' che sono sistemi che funzionano MOLTO bene in teoria, a regime costante in condizioni ottimali, ma MOLTO male in pratica, dove il regime e' sottoposto non solo ad ampie variazioni, ma la stessa variazione di regime cambia in maniera drastica, passando dalla brusca accelerazione alla lenta progressione... con carichi sull'albero differenti.
Insomma, non dimentichiamo che in generale piu' complesso e' il sistema per ottenere alta efficienza, piu' tipicamente diventa "critico", cioe' soggetto ad ampie variazioni per piccoli cambiamenti delle condizioni al contorno.
Complessita' significa drastico aumento di entropia al minimo variare dell'ordine.
Ossia, per dirla in parole che anche la "plebe" capisce, se scazzi di una virgola succede un casino

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=== TEMET NOSCE ===

Ascolto il canto del meccanismo

L'ecologismo inquina

Un altro problemino che nasce quando si usano miscele povere è l'impossibilità di usare le classiche sonde lambda per controllare lo scarico (quindi quello che succede effettivametne nel cilindro). Queste sonde, infatti, si comportano come un interruttore on/off: danno un segnale se allo scarico non c'è ossigeno libero oppure se c'è, ma non quantificano quanto ossigeno c'è. Senza il segnale della sonda lambda si inietta "alla cieca", senza avere un dato di controllo sulla combustione: ci si basa sui dati in ingresso (debimetro per l'aria, tempo di iniezione e pressione per la benzina) ma non si sa cosa effettivamente stia succedendo.
Si debbono usare quindi delle sonde particolari, dette sonde proporzionali, che hanno un principio di funzionamento alquanto bizzarro, però...funzionano