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Simulazione ed analisi della combustione HPLI in motori Diesel con codici tridimensionali

La tesi tratta il tema delle simulazioni fluidodinamiche di combustione nell'ambito dei motori Diesel per automobili.
La combustione analizzata è una combustione innovativa denominata HPLI (highly premixed late injection) la quale consente, in un motore Diesel, di ottenere una riduzione simultanea degli ossidi di azoto e del particolato risultate dalla reazione. Questa combustione è considerata propedeutica al raggiungimento dei limiti anti-inquinamento imposti dalla normativa Euro 6 per i veicoli a motore. Il suo studio, di conseguenza, può chiarirne alcune caratteristiche che rendano la soluzione HPLI utilizzabile nei motori di futura concenzione.

Basandosi su dati sperimentali acquisiti da un motore monocilindrico Diesel (ricavato dal 1.9 JTD Fiat normale produzione) sono stati impostati i parametri necessari all’esecuzione delle simulazioni fluidodinamiche. Questo sono state eseguite utilizzando il programma Star-Cd ed Es-Ice.

Le simulazioni sono state svolte avvalendosi di due modelli di combustione:
- il modello di Magnussen
- il nuovo modello Extended Coherent Flame Model 3 Zones (ECFM3Z)

Nel testo vengono descritti estensivamente i modelli utilizzati, con le equazioni specifiche, ed inoltre viene fornita la panoramica teorica necessaria all'utilizzo di un codice CFD per lo studio dei fluidi nell'ambito dei motori a combustione interna.

Vengono inoltre valutati i modelli di combustione utilizzati, comparando i risultati ottenuti ed eseguendo un'analisi di sensitività di ogni modello ai propri parametri caratteristici. Di tali parametri sono indicati, nel capitolo finale, gli effetti ai fini della simulazione della combustione.

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INTRODUZIONE I motori a combustione interna hanno subito negli anni una notevole evoluzione dal punto di vista tecnologico. I motori Diesel, in particolare, hanno mostrato uno sviluppo molto ampio grazie alla tecnologia Common Rail ad iniezione diretta introdotta nell’anno 1997. A partire da allora, il volume di vendite delle vetture con motorizzazione Diesel è costantemente incrementato nel tempo, fino a raggiungere una penetrazione del 50% nel mercato occidentale dell’auto. Tale successo è stato reso possibile da tre fattori, che costituiscono il “vantaggio” dei motori Diesel rispetto ai propulsori ad accensione comandata: minor consumo di combustibile, maggiore piacevolezza di guida ottenuta grazie alla sovralimentazione (ormai generalizzata), confort vibro-acustico migliorato simile a quello dei motori a benzina. Tali vantaggi sono stati ottenuti attraverso una costante attività di ricerca e sviluppo condotta dai tecnici motoristi. Gli studi sulle nuove evoluzioni dei motori Diesel, tuttavia, non sono certo ultimati. Le nuove normative europee anti-inquinamento EURO 5 ed EURO 6 impongono limiti stringenti al quantitativo di sostanze inquinanti che i motori Diesel dei prossimi anni potranno emettere. La tendenza verso una normativa “fuel neutral” richiede una sostanziale riduzione degli ossidi di azoto e del particolato prodotti dai motori Diesel. Tali risultati possono essere ottenuti soltanto agendo sul processo di combustione e sui gas di scarico, mediante opportuni sistemi di post-trattamento. Le tecnologie abilitanti al rispetto dei limiti imposti dalla normativa EURO 5 si focalizzano sull’utilizzo della “trappola del particolato” (Diesel Particulate Filter, DPF) per il motore Diesel, la quale consente un notevole decremento della quantità di particolato emessa allo scarico di una vettura. La riduzione del rapporto di compressione volumetrico, l’utilizzo di Exhaust Gas Recirculation (EGR) esterni in configurazione long-route e l’applicazione di sistemi di variazione della fasatura delle valvole, consentono inoltre di limitare il quantitativo di ossidi di azoto prodotti. Le soluzioni menzionate, attualmente, sono ritenute inadatte al raggiungimento dei limiti imposti dalla normativa EURO 6, la quale nel 2014 richiederà una netta diminuzione degli ossidi di azoto prodotti da un motore Diesel. Tale riduzione può essere ottenuta mediante sistemi di post-trattamento dei gas di scarico (catalizzatori De-

Laurea liv.II (specialistica)

Facoltà: Ingegneria

Autore: Andrea Bianco Contatta »

Composta da 331 pagine.

 

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Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.