Realizzazione di un modello termodinamico per la previsione delle prestazioni di motori ad accensione comandata alimentati a gas naturale

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

Il gas naturale (GN) rappresenta oggi una tra le più valide e promettenti alternative, nel breve periodo, all’uso di combustibili derivati dal petrolio per la propulsione veicolare terrestre. Esso è composto per la maggior parte da metano, il che gli conferisce un’elevata resistenza alla detonazione, cosa che lo rende particolarmente idoneo all’utilizzo su motori ad accensione comandata ad alto rapporto di compressione e/o sovralimentati. Tali potenzialità sono attualmente poco sfruttate: risulta infatti ancora piuttosto scarsa la produzione di vetture alimentate a metano. Il primo passo verso lo studio dei vantaggi ottenibili dal suo utilizzo come combustibile per l’autotrazione è l’impiego di tecniche e modelli per la simulazione dei fenomeni fisici che avvengono nei motori a c.i.. Tali modelli consentono di effettuare stime, con approssimazione soddisfacente, della potenza erogata dal motore, del consumo di combustibile e del livello di emissioni inquinanti. Sulla base di tali considerazioni si intende realizzare un modello termodinamico per la previsione delle prestazioni di un motore alimentato a GN il cui scopo ultimo sarà quello di effettuare una stima delle prestazioni ottenibili da propulsori che sfruttino al meglio le potenzialità del combustibile metano, cioè con rapporti di compressione volumetrici più elevati rispetto a quelli normalmente impiegati nei motori a benzina, e/o sovralimentati mediante turbogruppo azionato dai gas di scarico ovvero mediante compressore volumetrico trascinato direttamente dal motore. Il modello verrà tarato sulla base di dati sperimentali rilevati al banco prova motori del Dipartimento dove si trova un motore quadricilindrico ad accensione comandata di produzione FIAT da 1242cc 8V con iniezione multi-point sequenziale, la cui caratteristica fondamentale è di poter essere alimentato sia con normale benzina sia con gas naturale (motore bi-fuel). Si procederà pertanto ad una vasta campagna sperimentale allo scopo di acquisire l’andamento della pressione all’interno di uno dei cilindri del motore in prova per diverse condizioni operative di regime, apertura farfalla, dosatura di funzionamento ed anticipo d’accensione. I dati così ottenuti verranno impiegati per la taratura delle costanti che caratterizzano alcuni dei sottomodelli impiegati per la simulazione. Naturalmente, volendo impiegare il modello per prevedere il funzionamento del motore in condizioni termo-meccaniche più spinte (rapporto di compressione volumetrico più elevato e/o sovralimentazione), dovrà essere implementato un sottomodello per la previsione di possibili fenomeni di detonazione.

Layman's description

L’obiettivo di questo progetto di ricerca è quello di mettere a punto un modello termodinamico per la previsione delle prestazioni ottenibili da propulsori automobilistici ad accensione comandata ed alimentati a gas naturale. Tale modello dovrebbe dunque consentire di prevedere, con sufficiente approssimazione e per date condizioni operative di carico (apertura farfalla) e regime, l’andamento di tutte le variabili termodinamiche di interesse durante il singolo ciclo di funzionamento del motore, come per esempio la pressione e la temperatura del gas all’interno del cilindro, le portate di aria e combustibile aspirate, la temperatura dei gas scaricati, etc… La conoscenza di tali grandezze permetterà la stima delle prestazioni fornite dal propulsore, sia in termini di coppia motrice (o pressione media effettiva) sia in termini di consumo di combustibile. Il modello così realizzato potrà poi essere opportunamente modificato in modo da prendere in considerazione alcune plausibili modifiche attuabili al fine di sfruttare al meglio le potenzialità del metano, come per esempio l’aumento del rapporto di compressione o l’adozione della sovralimentazione mediante turbogruppo azionato dai gas di scarico ovvero mediante compressore volumetrico trascinato direttamente dal motore, consentendo una stima dell’aumento di prestazione conseguibile. Il modello termodinamico verrà realizzato mediante l’impiego del solutore numerico SimuLink di MATLab, nel quale verranno implementate le equazioni differenziali che governano gli scambi di massa e di energia che interessano il fluido che evolve all’interno del motore. Il modello che si intende realizzare si comporrà principalmente di due sottosistemi: il sottosistema aspirazione-scarico, comprendente le tubazioni e gli apparati necessari al ricambio della carica, ed il sottosistema cilindro, che invece riguarda lo scambio di massa ed energia che interessa il fluido all’interno del cilindro. Per quanto riguarda il sottosistema aspirazione-scarico, si intende adottare l’approccio “a parametri concentrati” in maniera da rendere il modello più rapido nella soluzione senza tuttavia compromettere l’attendibilità dei risultati ottenuti, mentre per quanto riguarda il sottosistema cilindro, all’interno del quale avviene il processo di combustione, si opterà per un modello cosiddetto “a due zone”, trattando cioè separatamente l’evoluzione subita dalla carica fresca da quella subita dai gas combusti. Il modello verrà tarato sulla base di dati sperimentali rilevati al banco prova motori del Dipartimento dove si trova un motore quadricilindrico ad accensione comandata di produzione FIAT da 1242cc 8V con iniezione multi-point sequenziale, la cui caratteristica fondamentale è di poter essere alimentato sia con normale benzina sia con gas naturale (motore bi-fuel). Si procederà pertanto ad una vasta campagna sperimentale allo scopo di acquisire l’andamento della pressione all’interno di uno dei cilindri del motore in prova per diverse condizioni operative di regime, apertura farfalla, dosatura di funzionamento ed anticipo d’accensione. I dati così ottenuti verranno impiegati per la taratura delle costanti che caratterizzano alcuni dei sottomodelli impiegati per la simulazione. Naturalmente, volendo impiegare il modello per prevedere il funzionamento del motore in condizioni termo-meccaniche più spinte (rapporto di compressione volumetrico più elevato e/o sovralimentazione), dovrà essere implementato un sottomodello per la previsione di possibili fenomeni di detonazione.
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/07 → …

Fingerprint

Esplora i temi di ricerca toccati da questo progetto. Queste etichette sono generate sulla base dei riconoscimenti/sovvenzioni sottostanti. Insieme formano una fingerprint unica.