Sviluppo di metodologie di base per la costruzione di un motore monocilindrico innovativo per veicoli a due ruote a basso consumo ed a basso impatto ambientale, implementabile su ciclistica in materiali avanzati per alte prestazioni
Progetto FIRB
Bando: Idee progettuali relativamente ai grandi programmi strategici previsti dal PNR 2005-2007
Codice progetto: RBIP063PM5
- Responsabile scientifico: Giglio V.
- Partecipanti: Costa Michela, di Gaeta Alessandro, Iorio Biagio, Police Giuseppe, Rispoli Natale, Sgammato Bruno, Cecere Michele, Reale Fabrizio.
Periodo 2008 – 2011
L’obiettivo del progetto è stato lo sviluppo di metodologie utili a realizzare un motore per moto ad alte prestazioni, caratterizzato da consumi ridotti e basse emissioni inquinanti, compatibile con le normative future. Il motore di riferimento è stato un mono-cilindro di cilindrata circa 0.65 litri, con alesaggio elevato e corsa contenuta in modo da consentire elevate velocità di rotazione conservando velocità medie di strisciamento accettabili. Rispetto ad un motore pluri-cilindro di pari cilindrata totale, ne risulta una riduzione delle superfici di attrito e dei volumi morti con benefici notevoli in termini di rendimento meccanico anche a velocità elevate.
Le caratteristiche innovative del progetto sono:
- Alto rapporto volumetrico di compressione e alto tenore di EGR;
- Iniezione diretta di benzina con un sistema di iniezione capace eventualmente di realizzare una duplice iniezione per ciclo;
- Adozione di un sistema flessibile di comando valvole di tipo meccanico;
- Alimentazione stechiometrica con catalizzatore trivalente e sonda lambda;
- Adozione di sensori innovativi e di controlli a loop chiuso per ottimizzare l’accensione evitando il knock;
- Controlli del rapporto aria combustibile model based.
Il motore è concepito per funzionare in regime stechiometrico (nel ciclo urbano), che è ad oggi il più efficiente sistema per l’abbattimento delle emissioni. Tale sistema, tuttavia, senza adeguate strategie di guida del processo di combustione, comporta anche limitazioni all’efficienza globale del motore e, inoltre, una marcata tendenza al knock con conseguente impossibilità di elevati rendimenti.
L’EGR esterno raffreddato consente di avere una diluizione della miscela in camera di combustione mantenendo un rapporto stechiometrico tra carica fresca e combustibile, allontanando la possibilità del knock e riducendo gli ossidi di azoto NOx. La doppia iniezione consentirebbe la possibilità di raffreddare la miscela, con aumento di riempimento, contribuendo ad evitare il knock e alla stabilità del processo di combustione caratterizzato da una stratificazione della carica. Il comando flessibile della distribuzione permette di ottimizzare il riempimento in ogni condizione di lavoro, riducendo sensibilmente le perdite di pompaggio.
Il lavoro è stato suddiviso in tre attività:
1. Il progetto preliminare della camera di combustione, teso alla ottimizzazione del moto d’aria e della posizione dell’iniettore, con valutazione della possibilità della doppia iniezione nei vari regimi di funzionamento, e relativa scelta delle posizioni angolari di inizio iniezione e delle durate di iniezione;
2. Lo studio della distribuzione, con analisi cinematica ed ottimizzazione delle strategie di apertura e chiusura valvole mediante l’impiego di un sistema meccanico di distribuzione flessibile;
3. Lo sviluppo di un sistema di diagnostica della combustione basato sull’impiego della normale candela di accensione come sensore di correnti di ionizzazione. Tale sistema, interamente progettato e realizzato in Istituto Motori, è stato particolarmente orientato al rilievo del knock, ed è risultato un’alternativa valida ad un tradizionale sensore di pressione piezo-quarzo affacciato in camera di combustione.