Descrizione del modulo "Motori a basso impatto ambientale ed elevato rendimento alimentati con combustibili gassosi o biologici (ET.P02.002.002)"

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  • Descrizione del modulo "Motori a basso impatto ambientale ed elevato rendimento alimentati con combustibili gassosi o biologici (ET.P02.002.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le conoscenze e le indicazioni prodotte potranno essere, in primo luogo, di supporto allo sviluppo di soluzioni ottimali sotto il profilo sia ecologico che energetico e quindi orientare la scelta verso mezzi di trasporto, che implementando le soluzioni individuate, comportino un minore impatto ambientale, soprattutto nelle aree urbane. Ciò consentirà di soddisfare la richiesta di mobilità con una minore esposizione della popolazione ai rischi per la salute connessi ad un elevato tasso di inquinamento. (literal)
Strumentazione
  • Il modulo motori a GN dispone di specifiche sale prova per combustibili gassosi. In particolare: 1) una sala prova dinamica heavy duty, in allestimento, con macchina asincrona da 315 kW a 3500 giri/min, per prove secondo procedura ETC di motori alimentati con combustibili gassosi, completa di un banco di analisi dei gas di scarico e di sistemi di acquisizione veloce ed analisi del ciclo di pressione e di altri parametri motorisitici; 2) una sala prova motori con due freni a correnti parassite (260 kW a 8500 giri/min e 440 kW a 6000 giri/min) per prove in condizioni stazionarie o transitorie (escluse le fasi in trascinato del motore termico), completa di banchi di analisi delle emissioni e sistemi di acquisizione dati e cicli di pressione. La strumentazione per l'analisi dei gas di scarico comprende 4 rilevatori FID per la misura degli idrocarburi incombusti, di cui uno per la misura separata di metano, misuratori a cella galvanica per l'ossigeno, all'infrarosso per CO, CO2, NO ed N2O, un rilevatore ultravioletto per NO ed NO2, 2 rilevatori a chemiluminescenza per NO ed NO2. Il particolato viene misurato con un tunnel di diluizione del tipo a diluizione e campionamento parziale. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Sono previste le seguenti tematiche di ricerca: 1) emissioni \"quasi zero\", alte prestazioni e consumi contenuti per motori per autobus urbani alimentati a gas naturale; 2) riduzione delle emissioni e dei consumi con sistemi di combustione a iniezione pilota, di motori alimentati a gas naturale o con combustibili leggeri. La prima tematica di ricerca, con l'obiettivo di produrre le conoscenze necessarie per la realizzazione di un motore heavy duty a gas naturale con emissioni ancora più basse di quelle dei motori attualmente in uso, è stata pianificata nell'ambito di una attività, in collaborazione con il CRF, finanziata dal MIUR. La seconda attività, con l'obiettivo di ridurre sia l'impatto ambientale, dei propulsori diesel attualmente impiegati, che la dipendenza dal petrolio, è la continuazione di un contratto di collaborazione finanziato dalla ditta ETRA e continuerà almeno nel prossimo anno per l'implementazione di un sistema di controllo atto a massimizzare il grado di sostituzione di gasolio con gas naturale e minimizzare consumi ed emissioni. (literal)
Competenze
  • Negli anni 90, in collaborazione con IVECO e CRF, è stato messo a punto un motore heavy duty a gas naturale, con catalizzatore trivalente e gestione elettronica con iniezione fasata, in grado di rispettare i più severi limiti per la categoria EEV, \"Veicoli Amici dell'Ambiente\". La collaborazione con università straniere ed italiane, ha consentito di approfondire studi di base sulla combustione dei motori alimentati a gas naturale. Più recentemente, una pluriennale attività di ricerca con l'Istituto Superiore di Sanità, ha permesso di accertare il più basso livello di tossicità e mutagenicità dei gas di scarico dei motori a gas naturale. Nell'ambito di un programma di ricerca europeo, concluso nel 2005, sono state individuate soluzioni innovative per una migliore efficienza ed una maggiore stabilità dei sistemi di abbattimento catalitici dei motori alimentati a gas naturale. Le ulteriori conoscenze necessarie saranno sviluppate con indagini sperimentali al banco prova ed ulteriori studi del sistema di combustione mediante: 1) impianti sperimentali specifici; 2) campagne di acquisizione ed elaborazione dati; 3) modelli di previsione prestazioni ed emissioni. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • I risultati delle attività di ricerca sviluppate nell'ambito del modulo, potranno essere integrati dalle aziende produttrici di propulsori per autobus urbani e veicoli pesanti da trasporto, per pervenire a motori con bassissime emissioni ed elevati rendimenti. Potranno essere utilizzate dalle stesse aziende di trasporto per contenere l'impatto ambientale dei veicoli in uso più inquinanti, e ridurre il consumo di combustibile convenzionale. (literal)
Tecnologie
  • Le tecnologie di intervento riguardano il motore e le lavorazioni di alcuni componenti. In particolare, progettazione e modifica: 1) del sistema di alimentazione, (dai più semplici interventi con differenti tarature degli impianti, fino alla sostituzione totale degli stessi per cambiare non solo il combustibile impiegato, ma in alcuni casi perfino il ciclo di funzionamento del motore, da Diesel a ciclo Otto, con l'introduzione di un sistema di accensione adeguato; 2) del sistema di combustione, (lavorazioni di teste motore per l'installazione di trasduttori di pressione direttamente in camera di combustione, sostituzione di pistoni o lavorazioni a macchine utensili per modificare la geometria della camera di combustione, interventi sulla distribuzione fino ad arrivare alla riprogettazione e sostituzione dell'asse a camme); 3) dell'impianto EGR; 4) del sistema di trattamento dei gas di scarico, con modifiche ai condotti di scarico ed installazione o sostituzione del catalizzatore; 5) di strategie e sistema di controllo del motore, con l'introduzione di software, sensori ed attuatori per la gestione motore. (literal)
Obiettivi
  • Produrre conoscenze per lo sviluppo di motori alimentati a gas naturale, a basso impatto ambientale ad elevata efficienza e bassa produzione di CO2, con sistema di accensione comandata e ad iniezione pilota. (literal)
Stato dell'arte
  • Il gas naturale dà luogo ad un minore impatto ambientale, essendo costituito prevalentemente da metano ed in misura molto minore da propano, entrambi non tossici e poco reattivi. La pericolosità delle emissioni è ulteriormente ridotta dalla quasi totale assenza di particolato nei gas di scarico, mentre l'elevato rapporto H/C assicura una minore produzione di CO2. Lo stato gassoso permette il funzionamento nei transitori termici e dinamici senza la necessità di arricchire la miscela. L'utilizzo in motori, trasformati da diesel ad AC comporta una riduzione di NOx, PM e dell'inquinamento acustico. L'Unione Europea ha impostato una politica energetica per una maggiore utilizzazione del gas naturale nei trasporti, al fine di raggiungere la quota del 10% entro il 2020. L'obiettivo è di ottenere una minore dipendenza dal petrolio, una drastica riduzione dell'inquinamento nelle aree urbane e una minore produzione di CO2. Tali importanti risultati potranno essere raggiunti con il supporto della ricerca nel settore motoristico che consentirà di migliorare prestazioni ed emissioni dei motori a gas naturale. (literal)
Tecniche di indagine
  • Esecuzione di prove motoristiche sia in stazionario che in transitorio e successiva valutazione dei risultati sperimentali sulla base di confronti con le prescrizioni delle normative vigenti o con risultati accreditati in bibliografia. I test in condizioni stazionarie possono essere eseguiti in una sequenza fissata dalle normative (ad esempio ciclo 13 modi ed ESC per motori heavy duty) o in determinate condizioni di funzionamento ritenute di particolare interesse al fine di comprendere il comportamento del propulsore. Nella valutazione delle prestazioni sono molto importanti le indicazioni ricavate dalle analisi dei gas di scarico. Queste infatti forniscono preziosissime linee guida per la conduzione dei test ed il raggiungimento degli obiettivi prefissati. Molto adoperata è la procedura del confronto, che permette di avere immediatamente idea della bontà di una nuova soluzione proposta, confrontandone i risultati con quelli ottenuti in precedenza con una tecnica consolidata e ben conosciuta. La misura del ciclo di pressione in camera di combustione viene completata con una successiva analisi termodinamica mediante codici di calcolo zero, mono e pluridimensionali. (literal)
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