Indagine sperimentale di strategie di iniezione innovative in un motore otticamente accessibile ad accensione comandata ed iniezione diretta

Alcune strategie di iniezione innovative destinate ai motori GDI, quali ad esempio la “ultra-lean combustion” e l'iniezione d'acqua, rappresentano un valido punto di partenza per l'ulteriore sviluppo tecnologico dei motori a combustione interna, specie in vista di un aumento della penetrazione dei veicoli ibridi nel mercato dell'automobile. Entrambe le strategie offrono numerosi vantaggi, quali l'aumento dell'efficienza e la riduzione delle emissioni inquinanti. Nel presente lavoro di tesi, viene svolta un'indagine sperimentale delle due strategie, allo scopo di valutare gli effetti di entrambe sul processo di combustione. L'attività  sperimentale ha previsto la caratterizzazione termodinamica della combustione, affiancata dalla visualizzazione della fiamma, in un motore ad accensione comandata ed iniezione diretta “wall-guided” dotato di accesso ottico. La velocità  di rotazione ਠstata mantenuta costante e pari a 2000 rpm e il motore ਠstato alimentato con benzina commerciale, in condizioni “wide open throttle” (WOT), per entrambe le strategie. Per ciಠche concerne la “ultra-lean combustion”, il rapporto aria/combustibile relativo λ ਠstato fatto variare in un intervallo compreso tra 1 e 1.4, al fine di avere condizioni di funzionamento accettabili dal punto di vista della variabilità  ciclica. In tutti i casi, l'anticipo all'accensione ਠstato fissato in corrispondenza del MBT. Tuttavia, il caso pi๠magro ha mostrato valori del COVIMEP prossimi al 6%, dunque inferiori al 10%, assunto come soglia in ambito automobilistico. Inoltre, l'aumento della diluizione della carica ha contribuito a rallentare il processo di combustione, oltre a provocare un aumento della distorsione della fiamma rispetto alla forma circolare. L'analisi della concentrazione degli inquinanti allo scarico non diluito, invece, ha mostrato che lo smagrimento della carica ha un effetto positivo sulle emissioni di CO e NOx. L'analisi delle fiamme diffusive associate alla presenza di combustibile liquido, inoltre, ha mostrato che l'aumento del rapporto aria-combustibile contribuisce a ridurre la quantità  di particolato emessa. Gli effetti dell'iniezione d'acqua nella camera di combustione sono stati valutati considerando due diverse configurazioni, in condizioni di miscela stechiometrica: 0% e 30% di acqua. Le percentuali di acqua sono state valutate a partire dalla quantità  di combustibile iniettata. L'effetto principale dell'iniezione d'acqua ਠla riduzione delle temperature raggiunte durante la combustione, che ha effetti positivi sulle emissioni di NOx, oltre che sulla tendenza alla detonazione. In pià¹, la riduzione della temperatura della carica, dovuta alla vaporizzazione dell'acqua, determina un aumento della densità  della carica stessa, dunque un miglioramento del rendimento volumetrico. Tuttavia, anche tale strategia comporta una riduzione della velocità  di combustione, specie nelle prime fasi del processo, il che determina l'aumento delle emissioni di idrocarburi incombusti. Inoltre, dall'analisi dei dati di opacità  e dalla visualizzazione delle fiamme diffusive, ਠstato osservato che l'immissione di acqua all'interno della camera di combustione comporta un aumento del numero di particelle emesse allo scarico.