Candele di accensione

L’introduzione della valvola centrale per l’iniezione diretta dell’idrogeno, al posto della vecchia candela di accensione, impone di dover trovare un nuovo posizionamento al sistema di accensione. Visto il ridotto spazio a disposizione si è costretti ad utilizzare candele il più possibile piccole. Non potendo più usufruire dell’alloggio centrale nella camera di combustione si è costretti a montare le candele in posizione decentrata, nell’unico spazio rimanente tra la valvola centrale dell’idrogeno e le valvole di scarico e di aspirazione (come è possibile vedere nelle figure 7.25 e 7.26).

Come si è già potuto vedere nel paragrafo 3.8, risulta opportuno prevedere l’utilizzo di candele di accensione dal giusto grado termico. In particolare risultano adatte candele di tipo “freddo”, la cui temperatura non dovrebbe oltrepassare (nella fasi di aspirazione e compressione) quella di autoaccensione della miscela per non incorrere in fenomeni di backfire e preaccensione [11, 25].

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Con questo vincolo sono state ricercate, nei cataloghi relativi, le dimensioni della candela di accensione più adatta, con le quali è stato possibile costruire un modello tridimensionale utilizzato per la verifica degli ingombri (la candela che è stata scelta è una NGK da 8mm) [44].

Figura 7.25 Modello tridimensionale per il calcolo degli ingombri delle candele di accensione.

Risulta importante far notare che una versione di questo stesso motore, è stata utilizzato anche dalla Alfa Romeo, la quale lo ha equipaggiato con il sistema di accensione Twin-Spark. In quest’ottica, visto anche l’incremento di prestazioni avuto sul prototipo Rotax con l’utilizzo della doppia accensione, la soluzione più efficace è di sicuro quella di usare un sistema funzionante con due candele per cilindro.

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Figura 7.26 Sezione del motore indicante il posizionamento delle candele di accensione.

Per l’alloggiamento delle candele sarà necessaria l’adozione di opportune boccole di alloggiamento, come quelle rappresentate in figura 7.26, a causa della presenza dei condotti di raffreddamento dell’acqua (si veda figura 7.3).

7.3.8 Conclusioni

A fini riassuntivi si riporta un elenco con le principali modifiche da apportare:

 Riprogettazione del collettore di aspirazione, per liberare lo spazio soprastante la testata,

Riprogettazione dei coperchi degli alberi a camme sia dello scarico che dell’aspirazione,

 Modifica o riprogettazione dell’albero a camme dello scarico, per ospitare la nuova camma e

a non avere problemi di interferenza con il bilanciere per la movimentazione della valvola dell’idrogeno,

Lavorazione della testa motore sia per l’alloggio della sede valvola dell’idrogeno che delle due

candele di accensione.

Inoltre sarà necessario individuare la metodologia più opportuna per collegare in maniera stabile, i condotti dell’idrogeno, con rispettive precamere, al motore.

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Capitolo 8

Conclusioni

La presente attività di tesi ha riguardato uno studio di massima di un motore pluricilindrico con iniezione diretta di idrogeno in due stadi, ideato e sviluppato presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Energia e dei Sistemi della Facoltà d’Ingegneria di Pisa.

Tale attività fa parte di un progetto più ampio, finanziato dalla Regione Toscana, denominato

“Progetto H2: filiera idrogeno” e volto allo studio generale di un sistema di produzione,

distribuzione e utilizzo dell’H2 per il settore veicolare.

Il sistema proposto, già sviluppato in altri lavori di tesi, suddivide l’iniezione in due stadi successivi. Il primo stadio consiste in una iniezione di idrogeno mediante un elettroiniettore in una camera intermedia di accumulo; mentre il secondo, controllato da una valvola a fungo ad azionamento meccanico, inietta l’idrogeno all’interno del cilindro.

La prima parte della tesi, di carattere sperimentale, ha riguardato il completamento, su un motore monocilindrico di derivazione motociclistica, di una serie di esperienze volte a verificare l’efficacia del sistema di iniezione diretta a due stadi. Tale attività sperimentale è stata svolta presso la ditta EDI Progetti & Sviluppo di Pontedera.

Successivamente, visti gli incoraggianti risultati ottenuti, si è passati ad uno studio di massima delle modifiche da apportare ad un motore pluricilindrico, nella fattispecie un motore 4 cilindri da 1,6 L di origine FIAT, per l’applicazione del sistema di iniezione suddetto. In particolare è stata verificata la possibilità, dal punto di vista degli ingombri e dell’integrità strutturale, di installare il sistema di iniezione diretta in due stadi sul motore pluricilindrico scelto senza apportare eccessive modifiche alla configurazione della testata e della distribuzione. Tale verifica è stata svolta con l’ausilio di uno specifico software per la modellazione tridimensionale che ha permesso di effettuare un dimensionamento dei nuovi componenti in modo da rispettare tutti gli ingombri delle geometrie preesistenti. La valvola di immissione dell’idrogeno, la relativa sede e tutto il condotto, hanno subito una successiva verifica fluidodinamica con programmi CFD.

Il profilo della camma ha richiesto particolare attenzione dato che andavano rispettati non solo limiti di ingombro ma anche vincoli sulle accelerazioni dei vari componenti dell’azionamento valvola di iniezione dell’idrogeno. Il profilo della camma è stato determinato con l’ausilio di un software dedicato e con il supporto del personale tecnico della ditta EDI. È stata in fine eseguita una analisi strutturale, con successiva verifica a fatica, del bilanciere per la movimentazione della valvola di iniezione e della valvola stessa.

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Il presente lavoro di tesi ha confermato l’efficacia del sistema di iniezione diretta di idrogeno in due stadi su un motore monocilindrico derivato dalla serie e ha dimostrato inoltre, perlomeno in forma preliminare, come sia possibile adattare, mediante l’applicazione di opportune modifiche, tale sistema di iniezione su un motore pluricilindrico FIAT senza operare eccessive modifiche al motore stesso.

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