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POLITECNICO DI TORINO
Applicazione dell’iniezione diretta di benzina in
un motore a 2 tempi di tipo innovativo
Tesi di laurea
Relatori
Prof.Ing. Patrizio NUCCIO
Prof.Ing. Mario Rocco MARZANO
Candidato
Valerio AMADIO
Obiettivi della tesi
• Applicazione dell’apparato di iniezione elettronica diretta della benzina
• Allestimento del banco di prova e installazione del motore
• Verifica del corretto funzionamento del
motore e degli apparati connessi
Perché innovativo?
• Compressore roots esterno, regolabile, come pompa di lavaggio
• Lavaggio unidirezionale ascendente
• 4 valvole comandate per lo scarico
• Sistema di lubrificazione forzata
Perché iniezione diretta?
Contenimento emissioni inquinanti
Fase di lavaggio effettuata con sola aria
• Assenza di perdite di benzina allo scarico
• Elevata precisione della quantità e dell’istante di iniezione
• Possibilità di stratificazione della carica
• Complicazione costruttiva
• Costo
• Necessità di iniettare in tempi molto brevi
PRO CONTRO
Schema del sistema di iniezione
serbatoio
pompa di bassa
pressione
filtro
rilevazione dei
consumi
scambiatore
regolatore di pressione
iniettore
manometro
pompa di alta
pressione
sfiato dell’aria
Componenti del sistema di iniezione
filtro
manometro sfiato dell’aria
serbatoio scambiatore
pompa di alta
pressione
valvola di regolazione
sensore di pressione
Componenti del sistema di iniezione
burette
regolazione della
pressione
encoder
principio di funzionamento del segnale di marker
IniettoreSiemens Automotive 3527
utilizza un solenoide nonostante i 100 bar di pressione massima della benzina
Fissaggio iniettore
particolari del sistema di fissaggio
porta-iniettore ed iniettore assemblatisezione longitudinale della testatasezione trasversale della testata
Configurazione del banco di prova
motore
pulpito
pannello componenti
linea benzina
burette misura consumi
bilancia freno
centraline elettroniche
Logica di controllo dell’iniezione
segnale di marker
segnale di comando dell’iniettore
ritardo di iniezione
durata dell’iniezionenota: questo sistema opera con dati espressi in termini di tempo e non in gradi di rotazione dell’albero motore
Momento in cui iniettare
• iniezione a scarico chiuso
• calcolo di prima approssimazione della quantità da iniettare
dopo 220° DPMS
tempo di apertura dell’iniettore necessario
si ritarda al massimo l’iniezione
• si cerca di limitare l’influenza della variazione di velocità di rotazione
valori di ritardo contenuti
segnale di marker a circa 250° DPMS e ritardo di iniezione quasi nullo
Segnali visualizzati sull’oscilloscopiofunzionamento regolare
pick-up
marker
accensione
iniezione
Segnali in funzione dei gradi di rotazionenota la velocità di rotazione del motore si ricavano i segnali in funzione dei gradi di rotazione
Parametri di intervento per regolare il funzionamento del motore
• anticipo di accensione
• ritardo di iniezione
• durata dell’iniezione
• velocità di rotazione del compressore roots
• apertura della valvola a farfalla
Emissioni inquinantiprimo test sugli inquinanti
GAS VALORE
CO 2,6-2,7%
CO2 6,3-6,4%
HC 790-820 ppm
O2 6,4-6,6%
Confronto con motore Benelli 1FB 1226
Prototipo in esame
Benelli GII Benelli GDI
velocità di rotazione
800 giri/min 1500 giri/min 1500 giri/min
potenza erogata
0,64 kW 0,81 kW 1,18 kW
consumo specifico
975,647 g/(kWh) 861,592 g/(kWh) 619,091 g/(kWh)
CO 2,6-2,7% 1,1% 1,1%
HC 790-820 ppm 3820 ppm 626 ppm
O2 6,4-6,6% 7,3% 7,3%
Principali criticità riscontrate
• Problemi di isolamento dei segnali da disturbi elettromagnetici (es. candela)
• Difetti di tenuta nel sistema di lubrificazione
• Trafilamenti dal circuito di refrigerazione
Sviluppi futuri
• Eliminazione dei disturbi nei segnali
• Gestione del compressore roots
• Centralina elettronica di controllo dell’iniezione
accensione
iniezione
sistema di regolazione della velocità
utilizzo della valvola di by-pass
in termini di gradi e non di tempi
asservimento di fase e durata al regime di rotazione del motore
Conclusioni
• Installazione completa del sistema di iniezione e di accensione
• Completamento del banco di prova
• Prove preliminari di messa a punto
• Primi risultati in termini di prestazioni, consumi ed emissioni
Impianto di alimentazione
lobi per rotore 2
cilindrata di una camera 282,5 cm3
cilindrata totale 1130 cm3
rapporto di compressione 1,3
coefficiente di lavaggio 1,4
velocità nominale motore elettrico
1420 giri/min
Pompa di alta pressione
ingresso del fluido radiale e mandata assiale
cilindrata unitaria 0,360 cm3/giro
rendimento volumetrico
0,95 a 69 bar
massima temperatura di esercizio
120 °C
filtraggio <5 m
potenza assorbita 175 W a 2500 giri/min
peso 2,25 kg
Cono di iniezione e quantità iniettata
cono cavo con apertura di circa 72°
minimo tempo di apertura per
avere l’iniezione:
1,75 ms
Trasformazione a monocilindrico del motore 4 cilindri Lancia
motore di partenza:
Lancia Thema, 4 tempi, 4 cilindri in linea, 16 valvole, 1995 cm3
si è utilizzato un solo cilindro, avendo aumentato l’alesaggio di 2 mm la cilindrata è passata da 498,76 cm3 a 522,79 cm3
Trasformazione a monocilindrico del motore 4 cilindri Lancia
condotti di lavaggio praticati nel cilindro
Trasformazione a monocilindrico del motore 4 cilindri Lancia
4 valvole comandate, due alberi a camme
Trasformazione a monocilindrico del motore 4 cilindri Lancia
diagramma distribuzione
possibilità di prolungare la fase di scarico sfruttando la presenza
di due alberi a camme
rischio di interferenza tra le coppie di valvole
Trasformazione a monocilindrico del motore 4 cilindri Lancia
eliminazione dei due contralberi di equilibramento
realizzazione dei raccordi per il refrigerante