Introduzione 1
Introduzione
I limiti legislativi sempre più stringenti in merito alle emissioni di inquinanti hanno portato alla ricerca di soluzioni alternative ai motori a combustione interna. Questi ultimi utilizzando carburanti fossili contribuiscono in gran parte all’inquinamento dell’aria ed al surriscaldamento della terra.
Questo è il motivo principale per cui negli ultimi anni l’attenzione si è spostata verso forme di energie alternative come l’idrogeno o l’elettricità.
Al momento siamo in una fase di transizione dove nonostante le auto ad idrogeno siano in una fase di ricerca avanzata e le auto elettriche siano già presenti in mercato, non hanno comunque la possibilità di rimpiazzare i veicoli a combustione interna.
I motivi sono da ricercare sia nelle modalità di rifornimento che nell’autonomia che questi mezzi offrono, senza contare che le infrastrutture non sono ancora pronte per poter sfruttare al meglio queste fonti di energia, rendendole sul mercato meno competitive.
Per questo oggi si continua a lavorare per migliorare l'efficienza dei motori a combustione interna, migliorandone i consumi e riducendone le emissioni.
In questo senso aiuta sicuramente aver a disposizione un efficiente sistema di accensione che permetta di regolare con precisione l’anticipo di accensione e che garantisca l’innescarsi della combustione in tutte le condizioni di funzionamento del motore.
Introduzione 2
In questa tesi viene approfondito lo studio di un innovativo sistema di accensione a scarica capacitiva o C.D.I (Capacitive Igntion Discharge). Il sistema differisce dai convenzionali sistemi C.D.I in quanto non prevede l’utilizzo di una bobina per ottenere l’alta tensione (10 ÷ 20 kV) necessaria per generare una scarica fra gli elettrodi della candela in camera di combustione. L’obbiettivo è quello di fornire al sistema e quindi alla candela tutta e sola l’energia necessaria alla fase di breakdown ( 0.3 ÷ 1 mJ ), evitando così le fasi di arco e di scarica a bagliore, che sono le principali responsabili del consumo degli elettrodi della candela e che non contribuiscono in maniera significativa al trasferimento di energia.
Inoltre, sfruttando un opportuno sistema di controllo, si vuole garantire la possibilità di innescare una seconda scarica in caso di mancate accensioni (misfire) in modo tale da assicurare l’innesco del processo di combustione e quindi ridurre le emissioni.
L’architettura prevede un convertitore DC-DC per ottenere una tensione continua di 1200 V a partire dalla tensione di alimentazione del veicolo (9 ÷ 14 V). Partendo da questa tensione e utilizzando un Half-Bridge (pilotato da un driver che sfrutta la tecnica di bootstrap), è possibile ottenere un’onda PWM con ampiezza di 1200 V e frequenza dell’ordine del centinaio di kiloHertz. Il segnale così ottenuto viene infine inviato in ingresso ad un moltiplicatore di tensione con l’obbiettivo di raggiungere la tensione di scarica.
Una prima versione di questo sistema è già stata realizzata in un precedente lavoro di tesi, eccetto che per il blocco DC-DC, sostituito da un convertitore AC-DC che converte la tensione di rete domestica in una tensione continua di 1200V. Le misure sperimentali su tale sistema hanno evidenziato diverse problematiche, prima fra tutte l’incapacità del sistema di raggiungere tensioni dell’ordine delle decine di kiloVolt, ma anche anomalie legate alla compatibilità elettromagnetica.
Lo scopo di questa tesi è individuare le cause di questi problemi e quindi progettare e realizzare una seconda versione del sistema di accensione in grado di generare scariche fra gli elettrodi della candela in situazioni di temperatura e pressioni analoghe a quelle presenti in camera di combustione. Il nuovo sistema dovrà inoltre permettere la riduzione dei tempi di salita della tensione sulla candela in modo da poter innescare almeno una seconda scarica dopo la prima e garantire quindi l’innesco della combustione. Infine in fase progettuale bisognerà individuare le possibili sorgenti di disturbo elettromagnetico e quindi realizzare il sistema in modo da renderne possibile il confinamento.
