Riassunto analitico
Il presente elaborato tratta l'analisi e l'ottimizzazione della forma della bowl di un pistone per motori Diesel convertito alla combustione Dual Fuel Gas Naturale-Diesel. Le combustioni Dual Fuel, e in generale le combustioni Low Temperature Combustion (LTC), hanno il vantaggio di mantenere temperature interno cilindro durante la combustione inferiori rispetto ai corrispettivi motori Diesel con il conseguente abbattimento di emissioni inquinanti quali NOx, a discapito, però, di un aumento di idrocarburi incombusti.
Il motore preso in considerazione è un 2.78L Diesel 4 cilindri per uso stradale, testato al banco prova dell'Università degli Studi di Modena prima in modalità Diesel Combustion (DC) e in seguito in modalità Dual Fuel con differenti percentuali di sostituzione di Gas Naturale.
Tramite software di CFD-3D è stato creato un modello allineato con la combustione sperimentale sia in modalità DC che Dual Fuel ad uno specifico punto di funzionamento: regime 3000 rpm, coppia erogata 177 Nm, BMEP 8 bar.
Successivamente è stata eseguita un'analisi preliminare su differenti geometrie del pistone per identificare le più promettenti in termini di emissioni inquinanti; da quest'ultime si è realizzato uno studio approfondito al variare di SOI, affondamento iniettore e angolo di iniezione.
Il risultato è l'ottenimento di una bowl specifica per la combustione Dual Fuel in grado di ridurre radicalmente le emissioni a parità di condizioni operative e combustibili iniettati.
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Abstract
This paper deals with the analysis and optimisation of the bowl shape of a Diesel engine piston converted to Dual Fuel Natural Gas-Diesel combustion. Dual Fuel combustion, and Low Temperature Combustion (LTC) in general, have the advantage of maintaining lower in-cylinder temperatures during combustion than the corresponding Diesel engines with the consequent reduction of polluting emissions such as NOx, at the expense, however, of an increase in unburned hydrocarbons.
The engine taken into consideration is a 2.78L Diesel 4-cylinder for road use, tested on the University of Modena test bench first in Diesel Combustion (DC) mode and then in Dual Fuel mode with different percentages of Natural Gas substitution.
Using CFD-3D software, a model was created aligned with experimental combustion in both DC and Dual Fuel mode at a specific operating point: 3000 rpm speed crankshaft, delivered torque 177 Nm, BMEP 8 bar.
Subsequently, a preliminary analysis was performed on different piston geometries to identify the most promising in terms of polluting emissions; from these, an in-depth study was carried out on the variation of SOI, injector sinking and injection angle.
The result is a specific bowl for Dual Fuel combustion capable of radically reducing emissions under the same operating conditions and injected fuels.
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