Riassunto analitico
Questo lavoro di tesi si focalizza su una completa analisi e ridimensionamento di innovativi sistemi di iniezione port fuel impiegati per veicoli alimentati ad idrogeno. L’attività è centrata sullo sviluppo di una nuova tenuta per iniettore H2 in grado di sopportare un ampio range di pressione di lavoro, necessario per rendere l’iniettore applicabile ai veicoli dotati di Fuel Cell concedendo la possibilità di semplificare il sistema. Altro obiettivo è garantire elevate portate per ridurre l’angolo di iniezione, nel caso di motori a combustione interna (H2). Tali motori, ad oggi, adottano una configurazione dotata di due iniettori per ciascun cilindro al fine di iniettare il corretto quantitativo di combustibile all’interno della finestra temporale utile. Per far fronte a tali obiettivi, sono state analizzate una serie di tenute, sia dal punto di vista geometrico che dei materiali, adottabili per soddisfare le specifiche dovute all’utilizzo dell’idrogeno. Tali tenute vengono successivamente simulate tramite software FEM e CFD al fine di valutare i parametri fondamentali del componente e delineare la tecnologia migliore. I risultati ottenuti sono stati validati tramite prove sperimentali in modo da monitorare i parametri operativi: tempi di apertura e chiusura, corsa, portate statiche e dinamiche alle diverse condizioni di lavoro. Infine, è stata valutata la tenuta interna dell’iniettore in funzione della pressione, temperatura ed a differenti gradi di rodaggio. Per perseguire questo obiettivo, sono state fondamentali le risorse garantite da Landi Renzo, che ha messo a disposizione laboratori specializzati per l'analisi di tali caratteristiche. La loro collaborazione è stata determinante nel processo.
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Abstract
This work focuses on a comprehensive analysis and scaling of innovative port fuel injection systems, used for hydrogen-powered vehicles.
This research is centered on the development of a new H2 injector seal, capable of withstanding a wide working pressure range, which is necessary to make this injector technology applicable to Fuel Cell equipped vehicles, simplifying those system. As for internal combustion (H2) engines, another goal is to ensure high flow rates, reducing the injection angle. Up to this day, IC engines are equipped with two injectors per cylinder to guarantee the correct amount of fuel injected, within the useful time window.
To pursue these objectives, a series of seals have been analyzed, both geometrically and material-wise, to meet the hydrogen-specific standards.
These seals are subsequently simulated using FEM and CFD software, to evaluate the fundamental parameters of the component and outline the best possible technology.
Have been validated through experimental tests, the are opening and closing times, stroke, static and dynamic flow rates at different operating conditions.
At last, the injector’s internal leakage was investigated, as a function of pressure, temperature and at various stages of wear.
To achieve this goal, the resources provided by Landi Renzo were essential, thanks to the availability of specialized laboratories for the analysis of these characteristics. Their collaboration was crucial in the process.
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