Category Archives: [:it]Tecnologie per la propulsione[:en]Propulsion technologies[:]

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Motore ad accensione per compressione

Tecnologia del motore: verso i motori del tipo “Near Zero Emissions”.

A causa della sua migliore efficienza termodinamica rispetto al motore ad accensione comandata (SI), il motore ad accensione per compressione (CI) sarà la soluzione più valida per differenti classi di veicolo.

Parola chiave per un ulteriore sviluppo del motore ad accensione per compressione è “flessibilità”: in termini di prestazioni, differenti modi operativi, tipo di hardware e combustibile adoperato.

In Istituto Motori sono condotti studi ed esperimenti su vari aspetti della tecnologia dei motori ad accensione per compressione in un ampio campo di applicazioni:

  • Tecniche di combustione in bassa temperatura come strategia di controllo della formazione del particolato e degli NOx;
  • Sviluppo ed ottimizzazione dei sistemi d’iniezione (ad alta pressione), scelta ottimale del disegno della camera di combustione e del rapporto di compressione, progettazione del sistema di adduzione dell’aria al fine di aumentare le prestazione e ridurre emissioni ed indice NVH;
  • Sistemi avanzati di management di aria, boosting ed EGR, come turbo a doppio stadio ed EGR a bassa pressione, per ottenere migliori prestazioni e ridotti consumi;
  • Sistemi avanzati di after-treatment, come filtri e catalizzatori per il controllo delle emissioni di gas incombusti, NOx e particolato, per conseguire emissioni negli standard di legge senza penalizzazione nelle prestazioni.

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Motori ad accensione comandata

I contrapposti obiettivi di ridurre consumi di combustibile e livelli di emissioni, migliorando coppia e potenza, sono attualmente raggiungibili attraverso la cosiddetta tecnologia “downsizing”, ovvero la riduzione della cilindrata, associata ad un incremento del rapporto di compressione. Questo approccio permette di ottenere una migliore efficienza globale grazie ad elevati livelli di sovralimentazione con piccole turbine a geometria variabile con ridotta inerzia. L’eventuale insorgere della detonazione viene controllato ricorrendo all’iniezione diretta di benzina (GDI), ad EGR raffreddato ed alla fasatura variabile (VVA), insieme all’uso di avanzati sensori per la diagnostica del processo di combustione.

In Istituto Motori, basandosi su di un’esperienza maturata sia nel campo della simulazione numerica che della gestione dei motori, inclusi il controllo elettronico ed il settore della fluidodinamica, sono in corso attività sperimentali sui seguenti argomenti principali:

  • studio del processo di formazione della miscela aria/combustibile (in relazione alla posizione ed alla scelta del tipo di iniettore, del moto d’aria dipendente dalla geometria del condotto di aspirazione e della camera di combustione) attraverso l’uso di codici di calcolo CFD tridimensionali sia sviluppati in Istituto che acquisiti;
  • studio delle strategie di controllo della fase di iniezione (singola o multipla), dell’accensione e dell’EGR;
  • studio e realizzazione di prototipi per la misura della corrente di ionizzazione tra gli elettrodi della candela, con l’obiettivo di controllare la fase di accensione al fine di analizzare il processo di combustione e l’insorgere della detonazione;
  • studio e realizzazione di prototipi elettro-idraulici ed elettro-magnetici per VVA attuazione;
  • studio di motori heavy duty alimentati con miscele NG/H2 sul ciclo transient di omologazione europeo (ETC);
  • tecnologia dual fuel con combustione di una carica omogenea innescata da un’iniezione pilota di una una piccola quantità di gasolio. 

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Teseo

Varo del Peschereccio Ibrido realizzato nell’ambito del Progetto TESEO

Nell’ambito del Distretto NAVTEC, il Progetto PON 2007-2013  TESEO (Tecnologie ad alta Efficienza per la Sostenibilità Energetica ed ambientale On-board) – Obiettivo Realizzativo 4,  ha portato alla  realizzazione di un prototipo di peschereccio ibrido ad alta efficienza e basso impatto ambientale.

In questo Progetto l’Istituto Motori ha fornito contributi sull’ottimizzazione dell’efficienza della combustione, la scelta del filtro di particolato e le architetture ibride di propulsione e generazione dell’energia a bordo. Il prototipo di Peschereccio è stato realizzato dai Cantieri Tringali di Augusta  (Siracusa).


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Future Transportation Fuels

Synthesis, Recycling and Combustion of Metallic Nanoclusters

Systematic studies on the feasibility to burn metallic nanoparticles in an engine cycle have been undertaken. The idea lies on two main characteristics: some metal fuels contain two and three times more energy content per unit volume than the conventional liquid fuels while under certain conditions the metal particles could burn in solid state. On the basis of these pre-requisites, such a fuel could feed an engine with very high power density, without the formation of the well-known pollutants derived from the combustion process of the conventional liquid fuels. The combustion product is the respective metal oxide, which by employing suitable and environmental-benign techniques, can be recycled to recover the (reusable) metal fuel. Recent progresses of nanotechnology in the manufacturing of metallic nano-powders with specific tailored characteristics, has opened new scenarios in the exploitation of such novel energy carriers. Moreover, the studies indicated that in the nanoscale regime metal powders, such as iron and aluminium, can burn in timescales comparable with engine cycle and in the solid or liquid state.

In the framework of an FP7 European project, in cooperation with other well recognized European scientific Institutions, in Istituto Motori, studies and experiments are addressed to the investigation on various main aspects:

  • Determination of the basic combustion characteristics of metal nanopowders in customized shock-tube system;
  • Studies on the feasibility and characterization of metallic nanopowders combustion under real engine conditions, employing prototype research engines;
  • Definition of “metal-fuelled” ICE combustion models based on experimental evidences.

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devices

Controllo elettronico

Tecnologia del Motore: Componentistica Avanzata

Il controllo elettronico è diventato un elemento fondamentale ed essenziale per la gestione dei diversi sistemi installati a bordo dei veicoli, da quelli che controllano il processo di combustione, quelli che regolano i flussi di energia nella propulsione ibrida a quelli che assistono e migliorano il comportamento dinamico del veicolo. Le principali attività di ricerca condotte in questo settore in Istituto Motori hanno riguardato:

  • controllo di sistemi di Attuazione Variabile delle Valvole (VVA)
  • controllo di corpi farfallati elettronici (Electronic Throttle Body, ETB) per applicazioni “drive-by-wire” in motori ad accensione comandata (a.c.)
  • controllo di sistemi di iniezione common rail per motori a benzina ad iniezione diretta (Gasoline Direct Injection, GDI)
  • impiego di sensori di corrente ionica (Ionic Current Sensor, ICS) per applicazioni di diagnostica e controllo a ciclo chiuso (ciclo-per-ciclo e cilindro-per-cilindro) della combustione in motori benzina e diesel
  • impiego di sensori di pressione nel cilindro per applicazioni di controllo a ciclo chiuso (ciclo-per-ciclo e cilindro-per-cilindro) della combustione in motori diesel


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