ANALISI DI FATTIBILITÀ CIRCA LA REALIZZAZIONE DI UN SETUP SPERIMENTALE ADATTO A TESTARE INNOVATIVI INIETTORI CNG E FORNIRE SUPPORTO AL LORO SVILUPPO

I combustibili alternativi, tra i quali il gas naturale, sono stati inizialmente incentivati per ridurre le emissioni di gas tossici e del particolato, oltre che per differenziare le fonti energetiche di approvvigionamento. Oggi, invece, essi costituiscono anche un importante fattore su cui agire per limitare la produzione di CO2 nei trasporti. Infatti, il gas naturale, costituito prevalentemente da metano, con l'elevato rapporto H/C consente di ridurre le emissioni di CO2 di un motore ad accensione comandata del 25% a parità di efficienza rispetto alla benzina. Il metano inoltre, può essere ottenuto anche da fonti rinnovabili, permettendo un ulteriore notevole incremento dei benefici, con la possibilità aggiuntiva di poter essere immesso nell'esistente rete di metanodotti, essendo perfettamente equivalente e quindi miscelabile con il metano di origine fossile, da cui risulta sostanzialmente indistinguibile. Attualmente il gas naturale compresso è adoperato prevalentemente in motori ad accensione comandata, con sistemi di alimentazione a iniezione indiretta, nel collettore di aspirazione. Questa modalità, di facile attuazione tecnica, comporta però, nel caso di motori ad aspirazione naturale ottimizzati per il funzionamento a benzina, lo svantaggio di un calo sensibile delle prestazioni. Questo non è imputabile al contenuto energetico del gas naturale, anzi superiore di circa il 20% rispetto alla benzina, per altro associato ad elevatissimo numero di ottano equivalente a circa 130, ma piuttosto alla sua natura gassosa, che comportando una riduzione di circa il 10% della massa d'aria intrappolata nel cilindro, dà luogo, all'atto pratico, ad un comportamento equivalente a una riduzione della cilindrata del motore effettivamente sfruttabile. Ciò non accade, invece, nell'alimentazione indiretta con benzina in quanto questa, iniettata in fase liquida, occupa un volume molto piccolo, trascurabile rispetto a quello dell'aria. In definitiva, in assenza di sovralimentazione, con il gas naturale si assiste ad una perdita di coppia rispetta alla benzina. Oltre alla sovralimentazione o all'incremento del rapporto volumetrico di compressione, un ulteriore modo per recuperare il deficit di prestazioni, a parità di ogni altra condizione, consiste nell'alimentazione a iniezione diretta: in tal caso il gas naturale sarebbe iniettato a valvole chiuse con un netto miglioramento del coefficiente di riempimento, perfettamente equivalente a quello di un motore a benzina. Sebbene esistano ricerche e applicazioni su tale tecnologia, non sono disponibili iniettori e sistemi di controllo di facile reperibilità. Pertanto, in questo Rapporto di Ricerca, si presenta un'analisi di fattibilità circa la realizzazione di un setup sperimentale adatto a testare innovativi iniettori per CNG e fornire un supporto al loro sviluppo. 2 L'implementazione del nuovo sistema di alimentazione a iniezione diretta ha richiesto la modifica della testata originale a 16 valvole, consistente nell'utilizzare l'accesso al cilindro attraverso una delle due valvole di scarico e relativo condotto di uno dei quattro cilindri. Lo studio è stato completato con la simulazione numerica del comportamento del motore sia nel caso base (testata in configurazione originale), che nel caso modificato per valutare i vantaggi conseguibili con l'iniezione diretta del gas naturale rispetto a quella indiretta. La parte sperimentale di verifica delle prestazioni sarà descritta in un Rapporto di Ricerca successivo