Riassunto analitico
La maggior parte degli sviluppi nel settore automobilistico negli ultimi decenni e, in particolare nell'ultimo anno, si sono concentrati sulla riduzione delle emissioni inquinanti. Il cambiamento climatico e l'impatto dell'inquinamento sulla salute umana hanno portato a cambiamenti nel settore dei trasporti con l'introduzione di cicli di omologazione molto rigidi come WLTP (Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure) e RDE (Real Driving Emissions). Tutti questi standard e test, legati al rapido sviluppo dei prodotti, hanno portato ad un nuovo approccio nello studio dei fenomeni fisici legati al mondo dei motori a combustione interna. In particolare, le simulazioni numeriche, come CFD (Computational Fluid Dynamics), hanno assunto un ruolo chiave nello studio dei processi di iniezione, miscelazione e combustione; infatti lo studio di questi fenomeni con tecniche sperimentali è molto difficile e costoso. La metodologia CFD offre una buona opportunità per riprodurre gli stessi fenomeni sul calcolatore, ampliando le possibilità di analisi e abbreviando i tempi di risoluzione dei progetti. Uno dei punti critici affinché un motore ad accensione comandata abbia una buona efficienza di combustione e una bassa quantità di emissioni inquinanti è l'iniezione del carburante nella camera di combustione. I motori GDI (Gasoline Direct Injection) sono soggetti alla formazione di materia particolare, in particolare durante l'avviamento a freddo, e ciò è dovuto all'interazione tra il movimento del pistone e la massa del carburante. Un'errata interazione tra i due porta alla formazione di un film di combustibile liquido aumentando drasticamente la formazione di PM (Particular Matter) e diminuendo la qualità della miscela e l'efficienza della combustione. La caratterizzazione di un iniettore gioca un ruolo cruciale nello sviluppo del motore GDI. L'analisi dei processi sperimentali di rottura è fondamentale per definire diversi modelli in grado di descrivere questi complessi fenomeni. L'analisi viene eseguita in un volume di controllo chiuso, facile da gestire e da indagare. Dopo aver ottenuto tramite simulazione numerica una buona compatibilità con i risultati sperimentali, questi modelli vengono testati su un ambiente motore reale.
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Abstract
Most of the developments in the automotive sector in the past few decades and, particularly in the last year, have focused on reducing polluting emissions. Climate change and the impact of pollution on human health have led to changes in the transport sector with the introduction of very strict type approval cycles such as WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Procedure) and RDE (Real Driving Emissions). All these standards and tests, linked to the rapid development of products, have led to a new approach in the study of physical phenomena related to the world of internal combustion engines. In particular, numerical simulations, such as CFD (Computational Fluid Dynamics), have assumed a key role in the study of injection, mixing and combustion processes; in fact, the study of these phenomena with experimental techniques is very difficult and expensive. The CFD methodology offers a good opportunity to reproduce the same phenomena on the computer, expanding the possibilities of analysis and shortening project resolution times. One of the critical points for a positive ignition engine to have good combustion efficiency and a low amount of polluting emissions is the injection of fuel into the combustion chamber. Gasoline Direct Injection (GDI) engines are subject to the formation of particular matter, particularly during cold starting, and this is due to the interaction between the movement of the piston and the mass of the fuel. An incorrect interaction between the two leads to the formation of a film of liquid fuel, drastically increasing the formation of PM (Particular Matter) and decreasing the quality of the mixture and the efficiency of combustion. The characterization of an injector plays a crucial role in the development of the GDI engine. The analysis of the experimental processes of rupture is fundamental to define different models capable of describing these complex phenomena. The analysis is performed in a closed control volume that is easy to manage and investigate. After obtaining good compatibility with the experimental results through numerical simulation, these models are tested on a real engine environment.
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