Riassunto analitico
L’impiego di un sistema EGR in un motore a combustione interna turbocompresso porta migliorie a livello di emissioni, consumi e controllo detonazione. Il lato innovativo del seguente studio risiede nell’applicazione di EGR a bassa pressione, Low Pressure Loop, che differisce dall’ormai collaudato sistema ad alta pressione, High Pressure Loop. Ricircolare in aspirazione gas di scarico a minor temperatura, rispetto al circuito ad alta pressione, con un minor quantitativo di sostanze derivanti dalla combustione, consente di minimizzare il rischio di detonazione ad alto carico, con conseguente diminuzione dei consumi, e ridurre il quantitativo di inquinanti prodotti. Prelevare fluido a valle della turbina consente inoltre di sfruttarne l’entalpia, altro punto a favore di questa geometria a dispetto del circuito ad alta pressione. I gas di scarico vengono inseriti a monte del compressore in aspirazione. Un circuito a bassa pressione, a causa della maggior lunghezza dello stesso, necessita di un sistema di controllo preciso ed efficiente, al fine di dosare perfettamente la quantità di EGR in camera di combustione. Trattandosi di un motore ad accensione comandata, il titolo della miscela deve stazionare nell’intorno del valore stechiometrico, pena la bassa efficienza del catalizzatore trivalente allo scarico. Il modello sviluppato si basa sulle condizioni al contorno (pressione, temperatura, regime di rotazione, carico) di ogni punto motore analizzato, e grazie ad esse cerca di simulare i valori sperimentali ottenuti in sala prova. L’approccio iniziale è sostanzialmente retrogrado, partendo dai dati sperimentali, attraverso il presunto modello di stima più idoneo, viene calcolata l’area di passaggio del circuito EGR LPL; dai risultati ottenuti si traggono considerazioni sulla geometria del condotto, verificate poi sul corpo reale. E seguito di questo approccio “fisico”, si impiega un metodo più teorico. Vengono posti a confronto due modelli, con diversi gradi di complessità e precisione. Sono sviluppati sulla base delle relative leggi fisiche e si conclude che il fenomeno EGR necessita del più complesso dei due per poter essere stimato in maniera corretta. Tale modello viene poi calibrato sulla base dei valori sperimentali al fine di ottenere il miglior compromesso tra semplicità e precisione. Il modello così maturato è la base per un successivo step in cui il modello stesso serve per il controllo del flusso EGR variando l’apertura della valvola di regolazione EGR. Questa è l’unica metodologia per il controllo sulla quantità di gas di scarico da immettere in aspirazione, in relazione alle caratteristiche termodinamiche dei sistema. Una opportuna ottimizzazione del modello in oggetto è quindi necessaria per poter sviluppare il controllo di posizione valvola EGR. A valle dello sviluppo del suddetto modello viene svolta una analisi sull’imbrattamento del condotto. I gas di scarico che fluiscono attraverso il circuito, trattandosi di gas combusti, contengono particelle che vanno ad insediarsi sulle pareti della tubazione diminuendo progressivamente la sezione di passaggio. Lo studio si conclude con la realizzazione del modello sopra descritto, base per il citato step di controllo valvola EGR che andrà a dosare i gas combusti in aspirazione.
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