Capitolo 11 Prove di iniezione su geometrie reali

Capitolo 11

Prove di iniezione su geometrie reali

Una volta valicati, i modelli di spray sono stati utilizzati per simulazioni su propulsori reali. L’obiettivo delle prove è stato quello di testare i modelli degli spray su geometrie vicine alla realtà, in questo modo si è reso possibile lo studio della stratificazione della carica all’interno delle camere di combustione di motori ad iniezione diretta di benzina.

11.2 Prova effettuata per lo spray pintle

Questo iniettore, date le caratteristiche che possiede, è stato adottato su una geometria compatibile con la stratificazione della carica con il metodo self – guided. La geometria utilizzata per la simulazione è relativa ad un propulsore monocilindrico di 330 cm3 di cilindrata destinato all’uso motociclistico.

Si riportano di seguito la mesh utilizzata per la simulazione, i dati relativi alla prova di iniezione ed i risultati ottenuti:

Come si può notare dalla figura precedente, si tratta di un propulsore dotato di camera di combustione a tetto; la mesh utilizzata modella metà della geometria reale e l’iniettore è posto sul piano di simmetria del cilindro.

Dati relativi alla prova:

inizio iniezione: in ritardo 335° dopo il P.M.S velocità di rotazione: 2000 giri/min

carico motore: 25% (minimo)

massa di combustibile iniettata: 3.96 mg

Fig.11.2: evoluzione del vapore di combustibile ad angoli di manovella successivi

Fig.11.3: mappe del campo di moto e del rapporto di equivalenza a 340° dopo il P.M.S

Si può notare come il campo di moto presente all’interno della camera di combustione non pregiudichi la corretta stratificazione della carica. Questo è tipico dei sistemi self – guided che hanno bisogno di una certa stabilità dello spray generato dall’iniettore per permettere una corretta stratificazione. 340° 338° 339° 337° 336° 335°

Fig.11.4 mappa del rapporto di equivalenza a 340° dopo il P.M.S con posizionamento della candela di accensione

Fig.11.5: mappa del rapporto di equivalenza a 340° dopo il P.M.S sul piano della candela di accensione

Queste immagini mettono in evidenza l’alto valore del rapporto di equivalenza presente nella zona della candela che permette l’accensione di miscele complessivamente magre. L’unico inconveniente di tale tipo di stratificazione è la forma toroidale e quindi poco compatta della nuvola di combustibile. Oltre alla alta concentrazione nella zona della candela, esiste infatti anche una zona ricca di vapore che rimane ad una certa distanza dagli elettrodi, ciò può causare problemi di propagazione del fronte di fiamma, qualora la repentina espansione dei gas combusti sparpagli e diluisca la miscela che deve ancora bruciare verso la periferia della camera di combustione.

11.3 Prova effettuata per lo spray swirl

Questa tipologia di iniettore, per le caratteristiche più volte ricordate, si presta bene a sistemi di stratificazione wall – guided. Si ricorda che in tali sistemi si sfrutta la particolare geometria della camera di combustione per confinare la carica nella zona della candela. Per la prova di iniezione è stata utilizzata la geometria di un propulsore monocilindrico due tempi di 250 cm3 di cilindrata ad iniezione diretta di benzina. Si tratta di un motore studiato dal dipartimento per l’uso motociclistico; di seguito vengono riportati la mesh, i dati relativi alla prova di iniezione ed i risultati ottenuti.

Fig.11.6: mesh utilizzata per la prova di iniezione dello spray swirl

Dalla figura si può notare la conformazione della camera di combustione a berretto di fantino e la disposizione dei travasi.

Dati relativi all’iniezione:

inizio iniezione: in ritardo 285° dopo il P.M.S velocità di rotazione: 6000 giri/min

carico motore: 33%

Fig.11.7: evoluzione temporale del rapporto di equivalenza ad angoli di manovella successivi

Dalle immagini si può notare il metodo di confinamento della carica utilizzato: la forma particolare del cielo dello stantuffo indirizza la carica nella zona voluta.

Fig.11.8: campo di moto presente sul piano di mezzeria del cilindro 340° dopo il P.M.S

Questa immagine evidenzia il moto di tumble presente in camera di combustione alla fine della fase di compressione. Tale moto è favorevole al confinamento della carica nella zona della candela.

286° 294° 304°

Fig.11.9: rapporto di equivalenza sul piano di simmetria del cilindro 340° dopo il P.M.S

Fig.11.10: rapporto di equivalenza sul piano della candela di accensione 340° dopo il P.M.S

Queste immagini mostrano più in dettaglio ciò che avviene in prossimità della fine della corsa di compressione, in particolare si può notare come la geometria del cielo dello stantuffo, unita al moto di tumble presente nella camera, consenta un confinamento della carica nella zona della candela; si può parlare, in questo caso, di sistema di stratificazione wall – and – air guided. Tale strategia rende possibile una accensione efficiente anche in corrispondenza di miscele caratterizzate da forte eccesso d’aria.