Il presente lavoro descrive l’analisi CFD, l’allestimento e le prime sperimentazioni di un motore monocilindrico che adotta una soluzione innovativa di iniezione diretta di idrogeno in due fasi: l’idrogeno viene dapprima immesso all’interno di una precamera nella quantità voluta grazie ad un normale elettro-iniettore, dopo viene iniettato nel cilindro per mezzo di una valvola a fungo comandata meccanicamente, che, grazie all’elevata sezione di passaggio, consente le elevate portate volumetriche necessarie. L’iniezione nel cilindro è opportunamente temporizzata in modo da massimizzare il riempimento del cilindro, evitare ritorni di fiamma nei condotti di aspirazione, nonché naturalmente garantire l’introduzione nel cilindro della quantità di idrogeno necessaria. Tale sistema ha il pregio di richiedere una pressione di adduzione, quindi anche residua nel serbatoio, assai bassa (12 bar). Un’approfondita attività numerica basata sul codice KIVA3v ha permesso di definire le caratteristiche del sistema d’iniezione del prototipo, realizzato trasformando il motore monocilindrico a cinque valvole (tre di aspirazione e due di scarico) dell’Aprilia Pegaso 650. La testa motore ha subito profonde modifiche, per rimpiazzare la valvola ed il condotto di aspirazione centrale con quelli per l’iniezione dell’idrogeno. Particolare attenzione è stata dedicata al sistema di ventilazione del carter per evitare vi si possano formare sacche di idrogeno. I risultati sperimentali dimostrano la validità della soluzione. Il motore ha mostrato di funzionare in modo assolutamente corretto, senza i tipici inconvenienti dei motori ad idrogeno (preaccensioni, detonazioni, ritorni di fiamma, ruvidità di funzionamento) anche con miscela stechiometrica ed ha fornito una potenza massima superiore a quella ottenuta con benzina. Parallelamente alla sperimentazione ed in sinergia con essa è stata avviata una seconda fase di attività numerica, stavolta basata sul codice AVL_Fire, al fine di ottimizzare le prestazioni del sistema d’iniezione dell’idrogeno in previsione di una sua applicazione su motori pluricilindrici.

Sistema d'iniezione diretta in due fasi per motori a combustione interna alimentati ad idrogeno

FRIGO, STEFANO;ZANFORLIN, STEFANIA;GENTILI, ROBERTO;
2010

Abstract

Il presente lavoro descrive l’analisi CFD, l’allestimento e le prime sperimentazioni di un motore monocilindrico che adotta una soluzione innovativa di iniezione diretta di idrogeno in due fasi: l’idrogeno viene dapprima immesso all’interno di una precamera nella quantità voluta grazie ad un normale elettro-iniettore, dopo viene iniettato nel cilindro per mezzo di una valvola a fungo comandata meccanicamente, che, grazie all’elevata sezione di passaggio, consente le elevate portate volumetriche necessarie. L’iniezione nel cilindro è opportunamente temporizzata in modo da massimizzare il riempimento del cilindro, evitare ritorni di fiamma nei condotti di aspirazione, nonché naturalmente garantire l’introduzione nel cilindro della quantità di idrogeno necessaria. Tale sistema ha il pregio di richiedere una pressione di adduzione, quindi anche residua nel serbatoio, assai bassa (12 bar). Un’approfondita attività numerica basata sul codice KIVA3v ha permesso di definire le caratteristiche del sistema d’iniezione del prototipo, realizzato trasformando il motore monocilindrico a cinque valvole (tre di aspirazione e due di scarico) dell’Aprilia Pegaso 650. La testa motore ha subito profonde modifiche, per rimpiazzare la valvola ed il condotto di aspirazione centrale con quelli per l’iniezione dell’idrogeno. Particolare attenzione è stata dedicata al sistema di ventilazione del carter per evitare vi si possano formare sacche di idrogeno. I risultati sperimentali dimostrano la validità della soluzione. Il motore ha mostrato di funzionare in modo assolutamente corretto, senza i tipici inconvenienti dei motori ad idrogeno (preaccensioni, detonazioni, ritorni di fiamma, ruvidità di funzionamento) anche con miscela stechiometrica ed ha fornito una potenza massima superiore a quella ottenuta con benzina. Parallelamente alla sperimentazione ed in sinergia con essa è stata avviata una seconda fase di attività numerica, stavolta basata sul codice AVL_Fire, al fine di ottimizzare le prestazioni del sistema d’iniezione dell’idrogeno in previsione di una sua applicazione su motori pluricilindrici.
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