Appunti Macchine sistemi energetici completi

Sistemi di iniezione nei motori ad accensione comandata

Sono classificati in base a diversi fattori:

• Collocazione dell'iniettore
• Iniezione indiretta - PFI: l'iniettore è collocato nel condotto di aspirazione
• Iniezione diretta - GDI: l'iniettore è collocato direttamente nella CC
• Attuazione
• Meccanica
• Elettronica
• Numero di iniettori
• Iniezione Single Point: singolo iniettore che alimenta tutti i cilindri
• Iniezione Multi Point: ogni cilindro riceve carburante da un solo iniettore
• Fasatura dell'iniezione
• Iniettori Full Group: il carburante viene erogato in un determinato istante indipendente dalla fasatura
• Iniettori Sequenziali: il carburante è iniettato in un determinato istante dipendente dalla fasatura

Prima di analizzare i sistemi di iniezione, elenchiamo i principali metodi utilizzati per misurare la portata d'aria in aspirazione:

MAF (mass air flow): misura la portata massica d'aria in

aspirazione basandosi sui dati registrati da un• anemometro a filo caldo. L’unico che riesce a misurare la portata d’aria nel collettore di aspirazione,posizionato a monte del collettore di aspirazione: è molto costoso, delicato e non è in grado di distinguere ladirezione del flusso (spesso usato in griglia)

Speed-density: msura la portata in base al regime di rotazione e alla densità dell’aria, calcolata dalla misura• di temperatura e pressione nel condotto d’aspirazione

rendimento volumetrico relativoη è detto che tiene conto della variazione di densità dell’aria tra collettore evol,relcilindro.

Alfa-speed: misurazione in base al regime di rotazione n e all’angolo di apertura farfalla α. Economico• rispetto ai precedenti sistemi: basandosi direttamente sul segnale proveniente dal sensore di aperturafarfalla non necessita si sensori di pressione e temperatura nel collettore, anche se è

complentamenterendimento volumetricoinsensibile alle variazioni ambientali. Per il calcolo della portata, si introduce ilassoluto:si analizzano ora alcuni sistemi di iniezione utilizzati nei motori ad accensione comandata:

Sistema Bosch Mono-Jetronic: iniezione indiretto• di tipo Single Point Full group attuatoelettronicamente. Il combustibile è iniettato nelcondotto di aspirazione con una pressione bassa(1 bar) poichè non c’è necessità di elevarla poichèil combustibile ha tempo di mescolarsi con l’ariadurante il percorso che lo porta in CC. La portatad’aria viene misurata con un sistema alfa-speed 17

Sistema Bosch K-Jetronic: iniezione indiretta di tipo• Multi Point full group attuato meccanicamente. Ilcombustibile è iniettato a ridosso della valvola diaspirazione con pressione superiore al bar (ha menotempo per mescolarsi). È presente un sistemasupplementare di iniezione in grado di bypassare lafarfalla

tramite la valvola e attraverso l'iniettore supplementare. La portata d'aria è misurata attraverso un piatto flottante. Un sistema a Il distributore di carburante è azionato tramite un sistema a bilanciere direttamente dal disco flottante.

Sistema Bosch L-Jetronic: iniezione indiretta multi-point, sequenziale attuato elettronicamente. Il combustibile è iniettato a ridosso della valvola di aspirazione, la portata d'aria è misurata attraverso un potenziometro azionato da un deflettore e anche in questo caso è presente un circuito di bypass.

Sistema Bosch LH-Jetronic: iniezione indiretta multipoint sequenziale attuato elettronicamente. Il combustibile è iniettato a ridosso della valvola di aspirazione a pressione di circa 3 bar, la portata d'aria è misurata attraverso un anemometro a filo caldo (MAF).

Sistema Bosch Motronic: integra vari sensori quali controllo trazione, sensore detonazione, iniezione, accensione.

lambda, posizione valvola EGR e gestisce simultaneamente le informazionie le attuazioni del sistema di iniezione

Iniettore elettronico Bosch: il solenoide governa l'apertura dello spillo che permette al fluido in pressione di fluire all'esterno. Una molla permette il rapido richiamo dell'ago.

Iniezione diretta. Pompa a bassa pressione

Analizziamo ora i sistemi di Nei sistemi GDI il carburante è pescato da una pressione pompa ad alta pressione ed inviato ad una che lo invia all'iniettore con pressioni superiori ai 200 bar, necessaria per via del diretto contatto dell'iniettore con la CC: una tale pressione fa si che il carburante vaporizzi estratificazione della carica, garantisce una perfetta cioè la possibilità di generare una carica che presenti una miscela molto ricca solo nella zona della CC vicina alla candela e una più magra a ridosso delle pareti, in modo che la combustione si avvii con facilità e possa completarsi bruciando

completamente il combustibile iniettato.
Solitamente la carica stratificata è utilizzata a bassi regimi per basse richieste di coppia, mentre si preferisce una carica omogenea ad alte richieste di coppia: la creazione delle diverse cariche è effettuata iniettando o meno il combustibile durante la fase di aspirazione, inoltre i GDI tollerano un piccolo margine di regolazione della qualità della carica. Un altro vantaggio è a livello termodinamico: il combustibile vaporizza sottraendo calore all'aria e quindi abbassando la temperatura dell'intero ciclo:
dove Q calore di combustione, L lavoro perso per attrito, H entalpia gas di scarico, H entalpia combustibile e fuel fr exh fuel Q calore dissipato dalle pareti del cilindro. Dunque il lavoro indicato, quindi il rendimento aumentano. Altri vantaggi possono essere identificati con 4 categorie:
Riduzione consumo specifico: con miscela stratificata si può ridurre la parzializzazione della farfallacon• conseguente diminuzione delle perdite di pompaggio, inoltre consente un miglior riempimento e unraffreddamento della caricaRiduzione emissioni inquinanti: si evita il film che si crea sulla valvola nei sistemi ad iniezione indiretta e si• riduce la presenza di incombustiMiglior guidabilità: miglior risposta nei transitori• Miglior controllo del rapporto di miscela: maggior stabilità della combustione e minor richiesta di• arricchimentoHa comunque degli svantaggi: a causa dei ridotti tempi di vaporizzazione, ad alti regimi esiste la possibilità dellacreazione di gas incombusti ed è complesso il controllo della carica stratificata. Inoltre, la vaporizzazione ad altissimaImpingement,pressione può causare il fenomeno di cioè la formazione di goccioline su superfici fredde (cielopistone, cilindro) che danno luogo al particolato nel caso di fasatura non ottimale, specialmente durante ilfunzionamento in stratificato, dove cisono punti della miscela molto ricchi. I sistemi GDI si suddividono in 2 categorie: 1. Architetture Narrow-Spacing: iniettore e candela si trovano uno di fianco all'altro al centro della camera di combustione (iniettore). Geometria che garantisce la maggior omogeneità della miscela, anche con l'utilizzo di iniezioni multiple, indipendentemente dalla geometria del cielo del pistone. La posizione centrale di candela e iniettore riduce lo spazio utile per le valvole, si riduce la permeabilità (ridotto per i motori sovralimentati): possono poi verificarsi fenomeni di impingement sul pistone. Infine, l'utilizzo della stratificazione può causare depositi di carburante sulla candela per via della miscela ricca, causando perdita di funzionalità di questa (miss firing, mancata accensione). 2. Architecture Wide-Spacing: candela centrale, iniettore a lato fra le valvole di aspirazione. La formazione della miscela si basa o sul moto della carica o sullageometria del cielo. Le valvole non sono penalizzate e si riduce la possibilità di impingement sulla candela, ma aumenta quella sul cielo e sulle pareti. La formazione della carica stratificata può avvenire in 3 modi: - Wall guided: stratificazione gestita dalla forma delle pareti della CC, prevalentemente dalla geometria del cielo del pistone. Tipico delle architetture wide-spacing. - Charge motion air guided: stratificazione gestita attraverso il moto della carica all'interno del cilindro. Iniezione in una corrente d'aria che convoglia lo spray verso la candela (riduzione impingement sulle pareti). Tipico delle architetture wide-spacing. - Spray guided jet guided: stratificazione gestita dall'iniettore, agendo sulla velocità tangenziale di uscita delle gocce, sul diametro del foro e sulla velocità dello spray. Di difficile messa a punto, ma con numerosi vantaggi e pochi svantaggi. Tipico delle architetture wide-spacing.L'iniettore può essere posizionato in 3 zone: - Centrale: maggiore stabilità della combustione, stratificazione più spinta e maggiore uniformità della carica (carica omogenea), ma richiede una riduzione del diametro delle valvole e l'utilizzo di apposite candele, oltre che possibili surriscaldamenti e imbrattamenti della candela. - Lato aspirazione: aumento diametro valvole, da più tempo allo spray di miscelarsi, ha una più comoda accessibilità, minor dipendenza di forma dello spray e minor rischio di surriscaldamento (raffreddato dall'aria fresca). Comporta però un ridotto grado di stratificazione, maggior rischio di impatto sul cilindro con conseguente formazione di particolato. - Lato scarico: solitamente evitato perché porta al surriscaldamento, oltre ai difetti del posizionamento lato aspirazione. Infine, gli iniettori utilizzati nei GDI possono essere di tre tipologie: - Swirl injector: [descrizione mancante] - [descrizione mancante] - [descrizione mancante]

Detto spray a cono cavo:

• Pintle injector
• Multi-hole injection
• combustioni anomale

Possono verificarsi condizioni di quali:

Accensioni a superficie: si verificano quando un punto nella CC ha temperatura tale da innescare la combustione anche prima della scintilla, creando un fornte di fiamma indesiderato (preaccensione più punto caldo dannosa perché comporta un ulteriore anticipo d'accensione). Il dove avviene l'accensione può essere uno spigolo vivo che non si è raffreddato a sufficienza

Detonazioni: il propagarsi del fronte di fiamma aumenta la pressione e la temperatura della carica fresca che in alcuni casi, soprattutto contro le superfici di canna e pistone, può auto-accendersi generando fronti di fiamma indesiderati (se il fronte principale non consuma la carica prima del tempo di ritardo all'autoaccensione della carica in via di detonazione)