Riassunto analitico
La presente tesi si inserisce all'interno di un'attività di ricerca svolta presso il Laboratorio Rosso relativa alla simulazione fluidodinamica 3D di motori a combustione interna. Si è indagata la presenza di autoaccensioni in un motore di serie GDI funzionante ad alto regime di giri ed alto carico. L'obiettivo è quello di distinguere la natura di queste stesse autoaccensioni, e, sulla scia dei risultati di Bradley, stimarne, seppur in maniera qualitativa, l'attitudine allo sviluppo di detonazioni, defagrazioni o esplosioni termiche. Si è poi confrontato questo caso con uno rappresentativo di una strategia di iniezione PFI. Il risultato è quello di una minor tendenza allo sviluppo della detonazione da parte di quest'ultimo
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Abstract
I motori ad accensioni comandata sovralimentati e ad iniezione diretta
hanno subito un notevole sviluppo negli ultimi decenni, ma le conseguenti
alte pressioni e temperature in camera di combustione hanno fatto sì che le
autoaccensioni divenissero un problema rilevante, rappresentando di fatto
un limite alle performance. Per indagare l’origine del problema, è stato
simulato il processo di combustione in un motore GDI funzionante ad alto
carico ed alto numero di giri (7000 rpm), e si è valutata l’attitudine dei
gas residui (“end-gas”) non ancora raggiunti dal fronte di fiamma
principale ad autoaccendere ed a sviluppare detonazione, confermando
l’incipiente autoaccensione per questo punto operativo già indicata dagli
esperimenti al banco prova. La stessa simulazione è stata effettuata con un
anticipo di accensione aumentato rispetto al limite sperimentale, per
provocare numericamente l’autoaccensione. Si sono confrontate poi due
strategie di iniezione differenti, con effetti molto diversi sulla
previsione della detonazione: INJECTED (con iniezione diretta di
combustibile in camera di combustione, GDI) e PREMIX (rappresentativa di
un’iniezione indiretta PFI) caratterizzata da una condizione di maggior
omogeneità del combustibile. I risultatati delle analisi sono stati
generalizzati e resi visualizzabili all’interno del diagramma di Bradley
tramite i gruppi adimensionali **ϵ (ossia il rapporto tra il tempo di
residenza dell’onda sonora nell’hot spot e l’excitation time) e **ξ (ossia
il rapporto tra la velocità del suono e la velocità locale di
autoaccensione). La zona in cui può svilupparsi detonazione è evidenziata
da una penisola all’interno di questo grafico, e tale analisi permette di
distinguere autoaccensioni omogenee (“thermal explosions”) da vere e
proprie detonazioni. Tale analisi permette di prevedere numericamente il
meccanismo di rilascio del calore più probabile in caso di autoaccensione,
rendendo possibile il design numerico di combustioni innovative con ridotto
danneggiamento del motore.*
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