Tesi di Dottorato di ricerca

in “Sistemi energetici ed Ambiente”

XII ciclo - triennio 1997-1999

Università degli Studi di Lecce

1

Metodologie di caratterizzazione

degli spray Diesel

Coordinatore: prof. Saverio MONGELLI

Relatore: prof. Domenico LAFORGIA

Dottorando: ing. Giuseppe STARACE

2

CARATTERIZZAZIONE

SPRAY DIESEL

Individuazione delle

caratteristiche salienti

Correlazione dei fenomeni alle

condizioni di alimentazione

Monitoraggio delle difettosità

Cause ed azioni correttive

• Flussaggio del polverizzatore

• Impostazione dei tempi di

eccitazione del magnete di comando

• Indagine sulla quantità iniettata

foro per foro.

3

Caratterizzazione

idraulica

INDAGINI

SPERIMENTALI

Caratterizzazione

fotografica

INDAGINI

SPERIMENTALI

•“Singolo foro” e “tutti i fori”

•Tecnica della Backlight

Photography

• Animazione della sequenza di

fotogrammi

Caratterizzazione

granulometrica

INDAGINI

SPERIMENTALI

•Laser Diffraction Tecnique

(MALVERN Series 2600)

• PDPA Analysis

(Aerometrics DSA 4000)

Caratterizzazione

velocimetrica

INDAGINI

SPERIMENTALI

•Laser Doppler Velocimetry

(Aerometrics DSA 4000)

ELETTROINIETTORI

MULTIFORO

INIETTORE

MECCANICO

SINGOLO FORO

5 fori simmetrico

6 fori simmetrico

Set di 9 iniettori 5 fori simmetrici

FIAT CROMA

1930 cm³

CONDIZIONI DI PROVA

Elevate pressioni di

alimentazione e grandi

quantità iniettate

Basse pressioni di

alimentazione e piccole

quantità iniettate

135 MPa

120 MPa

90 MPa

60 MPa

30 MPa

25 MPa

40 mm³/shot

25 mm³/shot

10 mm³/shot

4 mm³/shot

2 mm³/shot

60 mm³/shot

Caratterizzazione idraulica - I tempi dell’iniezione

E.T. = Tempo di eccitazione

T.A.S. = Tempo di alzata spillo

T.R.I.I. = Ritardo di inizio iniezione

T.R.F.I. = Ritardo di fine iniezione

Pressione Po

rta

ta

E.T.

Corrente di

eccitazione

Legge di

iniezione

T.R.I.I T.A.S.

E.T. T.R.F.I

•Flussaggio PERMEABILITA’ POLV.

•Banco BOSCH 615A Quantità iniettate

•Banco Hartridge proprietà Singola

iniezione, statistiche e ripetitività

T.R.I.I.

250

270

290

310

330

350

370

390

410

0 200 400 600 800 1000 1200

E.T. [µs]

[µ

s]

P = 135 [MPa]P = 120 [MPa]P = 90 [MPa]P = 60 [MPa]P = 30 [MPa]P = 25 [MPa]

Caratterizzazione idraulica - I tempi dell’iniezione

Indagine sulla quantità iniettata foro per foro

11

QUANTITA' INIETTATE PER SINGOLO FORO

0

2

4

6

8

10

12

P=13

5;Q

=60

P=12

0;Q

=40

P=12

0;Q

=25

P=12

0;Q

=10

P=90

;Q=40

P=90

;Q=25

P=90

;Q=10

P=60

;Q=40

P=60

;Q=25

P=60

;Q=10

P=30

;Q=25

P=30

;Q=10

P=30

;Q=4

P=25

;Q=2

[mm

³/sh

ot]

HOLE no.1HOLE no.2HOLE no.3HOLE no.4HOLE no.5HOLE no.6

La strumentazione - La camera di iniezione

12

Il setup di acquisizione

13

ECU

RIT MALVERN

Receiver

FLASH

CAMERA

CPU

CPU

MALVERN

Transmitter

Caratterizzazione fotografica e video

Sequenze fotografiche e video

“Singolo foro” e “Tutti i fori”

14

Proprietà macroscopiche

- Penetrazione

- Angolo

di uscita

- Diametro

di uscita

- Inclinazione

Delay = 300 [µs] 400 [µs] 450 [µs] 600 [µs] 900 [µs] 1050 [µs] 1150 [µs] 1250 [µs]

Sequenza fotografica per singolo foro

Pressione di alimentazione = 120 [MPa], Quantità iniettata = 25 [mm³/shot]

15

Caratterizzazione fotografica e video

HOLES COMPARISON

P = 1200 [bar]

Q = 25 [mm³/shot]

Axial Position 24 [mm] 4

4

5

5

33

2

2

6

6

1

1

0

2

4

6

8

10

-20 -10 0 10 20Posizione radiale [mm]

SM

D [

µm

]

Caratterizzazione granulometrica

Laser Diffraction Tecnique (MALVERN)

SMD [µm]

0

2

4

6

8

0 500 1000 1500 2000 2500

Ritardo [µs]

P=60;Q=25;Ax=36;R=-8

P=90;Q=40;Ax=36;R=-2

P=90;Q=40;Ax=36;R=-8

Caratterizzazione granulometrica

Laser Diffraction Tecnique (MALVERN)

Le cause delle differenze tra i fori

18

Caratteristiche geometriche

Asimmetrie dovute

alle condizioni di carico

Qualità delle lavorazioni

Base dati

9 polverizzatori:

3 Minisac

3 Microsac

3 Sacless

Base dati

5 valori di coppia di

serraggio

2 kgm

4 kgm

6 kgm

8 kgm

10 kgm

9 polverizzatori:

3 Minisac

3 Microsac

3 Sacless

Base dati

9 polverizzatori:

3 Minisac

3 Microsac

3 Sacless

5 valori di coppia di

serraggio

Indagine metrologica

dei fori e delle sedi di

guida della spina

1

2

3

4

5

Polverizzatore SACLESS

UNI 380 249 - k=1,5 - 220 cc/30”

1

2

3

4

5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

200 600 1000 1400 1800 2200 2600

Foro 1

Foro 2

Foro 3

Foro 4

Foro 5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

200 600 1000 1400 1800 2200 2600

Foro 1

Foro 2

Foro 3

Foro 4

Foro 5

Ritardo [µs]

[mm] Penetrazione

[mm]

Q=9[mm3]

p=40 [MPa]

ET1=200 [µs]

ET2=500 [µs]

Q=34[mm3]

p=140 [MPa]

ET=800 [µs]

Polverizzatore MINISAC

UNI 188 094 - k=0 - 220 cc/30”

Ritardo [µs]

[m

m] Penetrazione

[m

m]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

200 600 1000 1400 1800 2200 2600

Foro 1

Foro 2

Foro 3

Foro 4

Foro 5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

200 600 1000 1400 1800 2200 2600

Foro 1

Foro 2

Foro 3

Foro 4

Foro 5

Penetrazione 1

2

3

4

5

Q=9[mm3]

p=40 [MPa]

ET1=200 [µs]

ET2=500 [µs]

Q=34[mm3]

p=140 [MPa]

ET=800 [µs]

Caratterizzazione granulometrica e velocimetrica.

PDPA Laser Technique (AEROMETRICS)

Allestimento del banco di analisi spray

Ottimizzazione della tecnica - PDPA

presso il Politecnico di Bari

• Apparato di iniezione - Iniettore Fiat 1930 cm³

• Apparato di rimozione dei vapori di gasolio

• Struttura di sostegno di movimentazione

• Sincronizzazione

• Acquisizione e risultati

Banco di analisi spray e

ottimizzazione della tecnica di

analisi - PDPA

Verifica delle possibilità di

utilizzo dell’analisi PDPA

0

5

10

15

20

25

30

35

-20 -16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20

Posizione radiale [mm]

[m/s]

750 [rpm]; Pos. Accel. = 25%

750 [rpm]; Pos. Accel. = 70%

750 [rpm]; Pos. Accel. = 100%

Liv. Ass.=50 [mm]

Velocità assiale massima

Verifica delle possibilità di

utilizzo dell’analisi PDPA

0

300000

600000

900000

1200000

1500000

1800000

2100000

-20 -16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20

Coordinata radiale [mm]

Part

icle

s/cc

750 [rpm]; Pos. Accel. = 25%

750 [rpm]; Pos. Accel. = 70%

750 [rpm]; Pos. Accel. = 100%

Liv. Ass.=25 [mm]

Number Density

Sauter Mean Diameter

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-20 -16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20

Coordinata radiale [mm]

mm

500 [rpm]; Pos. Accel. = 25%

500 [rpm]; Pos. Accel. = 70%

500 [rpm]; Pos. Accel. = 100%

Liv. Ass. = 25 [mm]

[µm

]

Verifica delle possibilità di

utilizzo dell’analisi PDPA

VELOCITA' ASSIALE

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

6800 7300 7800 8300 8800

Tempo [µs]

[m/s

]

n = 500 [rpm]

Pos. Accel.= 75%

Liv. Ass.=25 [mm]

Pos. Rad. = +3 [mm]

Verifica delle possibilità di

utilizzo dell’analisi PDPA

CONCLUSIONI

• Si sono individuate le caratteristiche dello spray e la

loro dipendenza dalle condizioni di alimentazione

•Le asimmetrie degli iniettori multiforo sono

fondamentalmente di origine dinamica

• La tecnica PDPA non centra lo scopo in presenza di

spray densi, ma consente una valutazione accettabile con

pressioni di alimentazione basse