I motori a combustione interna rappresentano un elemento ancora dominate nei settori quali il trasporto e la produzione di energia e quindi è evidente il continuo sforzo della ricerca per migliorarne le prestazioni e ridurne l'impatto ambientale [1]. I motori ad accensione comandata (AC) hanno un'ampia applicazione sui veicoli per il trasporto passeggeri; la loro efficienza è più bassa rispetto ai motori con accensione per compressione, però sono facilmente resi 'fuel-flexible' e hanno anche un notevole vantaggio rispetto alle emissioni di particolato [2], [3]. Nei motori AC l'iniezione diretta è una soluzione che può offrire miglioramenti in termini di rendimento [4] e permettere il funzionamento a pieno carico senza detonazione [5]. Di contro, questo modo di preparare la miscela determina un incremento delle emissioni di particolato [6], creando quindi delle situazioni nelle quali si deve fare una scelta del tipo 'trade-off' come per i motori diesel. Un altro aspetto che sta acquisendo un'importanza sempre maggiore nel contesto dei cambiamenti del mercato energetico, è l'utilizzo dei combustibili alternativi [7]. Tra questi il butanolo rappresenta una scelta valida che offre numerosi vantaggi rispetto all'etanolo, come la maggiore densità energetica e l'elevata compatibilità con i sistemi di distribuzione [8]. Il butanolo può essere usato come additivo nel gasolio per i motori ad accensione per compressione [9] e in alte concentrazioni miscelato con benzina nei motori AC [10], [11], [12]. o anche come unica fonte di energia [13]. Come sostituto della benzina, il butanolo non richiede modifiche al motore [14], ma solo al controllo dell'iniezione e dell'accensione. Una problematica nell'uso di questo combustibile alcolico identificata in alcune pubblicazioni è legata alle proprietà di evaporazione [15] che possono cancellare il vantaggio della maggiore velocità di fiamma, particolarmente ad alto carico [16], [17]. A parte l'elevato calore di vaporizzazione, il butanolo è caratterizzato da una bassa pressione di saturazione ai livelli di temperatura normalmente presenti durante il processo di aspirazione [18]; questa proprietà può ridurre la percentuale di combustibile vaporizzato prima dell'accensione e quindi influenzare la combustione. A partire da queste premesse, nell'ambito dell'assegno di ricerca si è studiato il processo di combustione in un motore AC ad iniezione diretta alimentato da butanolo attraverso l'integrazione dell'analisi termodinamica del segnale di pressione nel cilindro con le misure ottiche di emissioni di fiamma nel UV-visibile. Lo studio è stato principalmente focalizzato sull'analisi dell'effetto della variazione della temperatura del liquido di raffreddamento sulla formazione della miscela aria-combustibile e sulla combustione. Nello specifico, i parametri macroscopici della fiamma ricavati da immagini digitali sono stati correlati con i valori dei dati termodinamici. Inoltre, misure di chemiluminescenza a fissata lunghezza d'onda hanno permesso di ottenere informazioni sulla distribuzione spaziale dei precursori del particolato. Infine, misure allo scarico sono state effettuate per valutare l'evoluzione delle emissioni di CO, HC e NOx al variare combustibile, del carico e della temperatura del liquido di raffreddamento
Caratterizzazione del processo di combustione nei motori a.c. alimentati con combustibili liquidi alternativi
2015
Abstract
I motori a combustione interna rappresentano un elemento ancora dominate nei settori quali il trasporto e la produzione di energia e quindi è evidente il continuo sforzo della ricerca per migliorarne le prestazioni e ridurne l'impatto ambientale [1]. I motori ad accensione comandata (AC) hanno un'ampia applicazione sui veicoli per il trasporto passeggeri; la loro efficienza è più bassa rispetto ai motori con accensione per compressione, però sono facilmente resi 'fuel-flexible' e hanno anche un notevole vantaggio rispetto alle emissioni di particolato [2], [3]. Nei motori AC l'iniezione diretta è una soluzione che può offrire miglioramenti in termini di rendimento [4] e permettere il funzionamento a pieno carico senza detonazione [5]. Di contro, questo modo di preparare la miscela determina un incremento delle emissioni di particolato [6], creando quindi delle situazioni nelle quali si deve fare una scelta del tipo 'trade-off' come per i motori diesel. Un altro aspetto che sta acquisendo un'importanza sempre maggiore nel contesto dei cambiamenti del mercato energetico, è l'utilizzo dei combustibili alternativi [7]. Tra questi il butanolo rappresenta una scelta valida che offre numerosi vantaggi rispetto all'etanolo, come la maggiore densità energetica e l'elevata compatibilità con i sistemi di distribuzione [8]. Il butanolo può essere usato come additivo nel gasolio per i motori ad accensione per compressione [9] e in alte concentrazioni miscelato con benzina nei motori AC [10], [11], [12]. o anche come unica fonte di energia [13]. Come sostituto della benzina, il butanolo non richiede modifiche al motore [14], ma solo al controllo dell'iniezione e dell'accensione. Una problematica nell'uso di questo combustibile alcolico identificata in alcune pubblicazioni è legata alle proprietà di evaporazione [15] che possono cancellare il vantaggio della maggiore velocità di fiamma, particolarmente ad alto carico [16], [17]. A parte l'elevato calore di vaporizzazione, il butanolo è caratterizzato da una bassa pressione di saturazione ai livelli di temperatura normalmente presenti durante il processo di aspirazione [18]; questa proprietà può ridurre la percentuale di combustibile vaporizzato prima dell'accensione e quindi influenzare la combustione. A partire da queste premesse, nell'ambito dell'assegno di ricerca si è studiato il processo di combustione in un motore AC ad iniezione diretta alimentato da butanolo attraverso l'integrazione dell'analisi termodinamica del segnale di pressione nel cilindro con le misure ottiche di emissioni di fiamma nel UV-visibile. Lo studio è stato principalmente focalizzato sull'analisi dell'effetto della variazione della temperatura del liquido di raffreddamento sulla formazione della miscela aria-combustibile e sulla combustione. Nello specifico, i parametri macroscopici della fiamma ricavati da immagini digitali sono stati correlati con i valori dei dati termodinamici. Inoltre, misure di chemiluminescenza a fissata lunghezza d'onda hanno permesso di ottenere informazioni sulla distribuzione spaziale dei precursori del particolato. Infine, misure allo scarico sono state effettuate per valutare l'evoluzione delle emissioni di CO, HC e NOx al variare combustibile, del carico e della temperatura del liquido di raffreddamentoI documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
