Descrizione del modulo "Sistemi di propulsione ad alta efficienza e basso impatto ambientale per il trasporto terrestre e per la generazione di energia (ET.P02.003.001)"

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  • Descrizione del modulo "Sistemi di propulsione ad alta efficienza e basso impatto ambientale per il trasporto terrestre e per la generazione di energia (ET.P02.003.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le competenze scientifiche che si acquisiscono con le ricerche citate, sono da trasferire su tipologie di prodotto ad alta tecnologia e competitive sul mercato internazionale. Pertanto la ricerca risponde all'esigenza nazionale di un miglioramento della competitività della ricerca italiana e mira a creare un quadro di sinergie con altre istituzioni scientifiche. Particolarmente importante è la costruzione di una rete di collaborazioni tra istituzioni scientifiche, università e centri di ricerca, pubblici e privati, nazionali ed internazionali, per lo sviluppo di competenze altamente specializzate ed innovative. (literal)
Tematiche di ricerca
  • - Progettazione e sviluppo motore. - Sviluppo di sistemi di combustione avanzati per propulsori endotermici a basso impatto ambientale e ad alta efficienza (Diesel/HCCI/PCCI ecc.). - Combustione Dual fuel - Studio dell'interazione motore-combustibile-post trattamento con l'uso di combustibili liquidi non convenzionali, rinnovabili e non, e delle relative problematiche di impiego (Biodiesel/BTL/GTL/Fischer-Tropsch/SynthOxy/NG, HVO, etc. - Sviluppo di architetture innovative di propulsione basate su sistemi ibridi termico-elettrici. - Sviluppo di centraline di controllo elettronico flessibili/programmabili per un sistema avanzato di controllo della combustione in closed loop - Studio e sviluppo di componentistica motore e di sistemi di controllo e implementazione di metodologie di controllo della combustione di tipo \"model based\". - Modellistica e simulazione 1D (literal)
Competenze
  • Le competenze tecnico-scientifiche per lo svolgimento delle attività del modulo in materia di motori a combustione interna avanzati sono tutte rappresentate dai partecipanti alla commessa. Tali conoscenze derivano da una esperienza ventennale, acquisita dalla maggior parte dei partecipanti alla commessa, nel settore dell'analisi e del calcolo dei processi termo fluido dinamici associati, della meccatronica degli apparati di iniezione avanzati a controllo elettronico, della sperimentazione di motori al banco prova con tecniche diagnostiche sofisticate e dell'interazione tra motore e combustibili non convenzionali. I partecipanti alla commessa hanno preso parte a diversi progetti di ricerca nazionali ed internazionali riguardanti le problematiche relative allo sviluppo di sistemi di combustione innovativi e all'uso di combustibili non convenzionali di nuova generazione. I partecipanti non di ruolo del modulo hanno o stanno maturando il titolo di Dottore di Ricerca presso l'Istituto Motori e pertanto hanno tutti un'elevata formazione tecnico-scientifica, adeguata al ruolo svolto nell'ambito del modulo. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Lo sviluppo di motori ad alta efficienza e basso impatto ambientale esplicato attraverso le tematiche di ricerca proposte rimane un obiettivo di forte interesse tecnologico. Ciò in considerazione del fatto che l'industria Italiana conserva ancora una forte leadership internazionale in tale settore. La determinazione dei parametri controllanti la combustione e la definizione delle relative metodologie di controllo permettono il miglioramento dell'efficienza di combustione con conseguente risparmio di combustibile rispettando le future normative sulle emissioni inquinanti. Lo studio dell'interazione tra motori avanzati e sistemi di post-trattamento dei gas di scarico fornirà linee guida per il miglioramento dell'efficienza dei filtri allo scarico e per la definizione delle metodologie di rigenerazione a tutto vantaggio della riduzione di emissioni e consumi di combustibile. Il miglioramento dell'interazione tra i motori a c.i. e le caratteristiche dei combustibili di nuova generazione, consentirà di massimizzare l'efficienza di combustione a favore di una riduzione dell'impatto ambientale e di una più alta efficienza energetica. (literal)
Tecnologie
  • La metodologia d'intervento si basa sull'individuazione, sia per via teorica che sperimentale, dei requisiti, delle caratteristiche e delle funzionalità della componentistica \"high-tech\" (sistemi di innovativi di aspirazione-scarico quali VVA, di ricircolo di gas di scarico, di soluzioni architettoniche avanzate ecc.) utili alla applicazione dei concetti innovativi di combustione in motori ad accensione per compressione. Particolare attenzione è rivolta all'analisi delle caratteristiche principali della componentistica influenzante il motore dal punto di vista delle prestazioni ed emissioni quali sistema d'iniezione, gruppo turbo-compressore, circuito di alimentazione aria, etc. La metodologia di studio si basa su un approccio integrato numerico-diagnostico-sperimentale (in collaborazione con le attività di altri moduli della stessa Commessa) che permette la comprensione fenomenologica dei processi fluidodinamici coinvolti, e da qui la definizione delle relative metodologie di controllo. (literal)
Obiettivi
  • - Definizione di sistemi di combustione e soluzioni motoristiche a basso impatto ambientale attraverso lo studio della componentistica motore, con particolare attenzione alle condizioni operative più gravose (come partenze a freddo o i transitori); - Caratterizzazione completa dell'impatto ambientale dell'uso di combustibili innovativi, in motori a combustione interna di tecnologia avanzata; - Definizione di metodologie di funzionamento ottimali di motori a combustione interna per applicazioni Dual-Fuel; - Definizione di metodologie di funzionamento ottimali di motori a combustione interna per applicazioni ibride termico-elettrico; - Definizione di metodologie di trasferimento ditecnologie \"high-tech\" derivanti dal settore automotive su motori off-road (motori marini,trazione ferroviaria etc); - Definizione della strategia di iniezione del combustibile e dell'uso dell'EGR per il controllo delle emissioni, in funzione dei principali parametri motoristici che è possibile ricalibrare. - Caratterizzazione completa di un iniettore di nuova generazione al fine del miglioramento di efficienza di combustione, emissioni e rumorosità. - Caratterizzazione completa di un sensore di NOx. (literal)
Stato dell'arte
  • La necessità della riduzione di consumi di combustibile, delle emissioni di gas serra e delle emissioni inquinanti vinvola il motore a combustione interna a sfide crescenti, nel settore della propulsione terrestre. Le future normative EU imporranno, per la trazione stradale, una ulteriore riduzione delle emissioni inquinanti a livelli paragonabili ai sistemi di propulsione alternativi (\"EZEV\"). Pertanto, il successo del motore a c.i., quale propulsore \"efficiente ed ecologico\" di energia meccanica, dipenderà dalla capacità dei ricercatori di sviluppare nuove soluzioni che ne massimizzino l'efficienza globale anche in relazione all'impiego di combustibili alternativi rinnovabili (sia liquidi che gassosi) ed all'impiego del motore in sistemi ibridi termico-elettrico. Tali soluzioni nascono dall'approfondimento delle complesse fenomenologie che regolano il funzionamento del motore, dalla conseguente individuazione di nuove metodologie di controllo in grado di massimizzare l'efficienza riducendone le emissioni, sfruttando tutte le sinergie tra la tecnologia motoristica e quella dei combustibili rinnovabili, e dal corretto utilizzo dei sottosistemi di nuova tecnologia. (literal)
Tecniche di indagine
  • Le metodologie utilizzate nel modulo, con particolare riferimento al sistema di combustione, sono basate sull'impiego sia di motori prototipi (ad esempio monocilindrici da ricerca), sia di motori reali (ad esempio pluricilindrici impiegati per la propulsione terrestre) ed installati in moderni banchi prova. All'occorrenza, per lo studio di particolari fenomenologie, sono progettati ed utilizzati speciali apparecchiature e/o motori, ad esempio, motori con architetture speciali per l'analisi di particolari modalità di funzionamento e/o di combustibili non convenzionali, o l'uso di apparecchiature per l'analisi del sistema di iniezione. Lo studio dell'influenza dei parametri di progetto/funzionamento del motore e dei combustibili sulla combustione, viene eseguita sia attraverso l'analisi di tutte le principali grandezze motoristiche d'interesse (pressione cilindro, ecc.), che, all'uopo, mediante sofisticate metodologie quali ad esempio il campionamento e l'analisi di specie chimiche all'interno del cilindro. L'analisi viene anche eseguita attraverso specifiche misure delle emissioni (dimensioni del particolato, scansioni TEM del soot, Aldeidi ecc.). (literal)
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