Fondamenti di macchine e motori - parte 2

INQUINANTI GASSOSI

Reazione chimica generica e simbolica di ossidazione di un idrocarburo (i carburanti dei motori sono miscele di idrocarburi e contegono: variabili di idrogeno e carbonio)

C_xH_y + _{(x + y)/4}O₂ + 3.76N₂ → xCO₂ + _y/2H₂O + (...)N₂

• generici idrocarburo con variabili di idrogeno e carbonio
• l'idrocarburo brucia fra l'ossigeno ed aria
• nota nel caso è combustione completa e stechiometrica

Non è detto che la reazione avvenga secondo questa reazione stechiometrica possiamo operare con onde minima e quindi possiamo ondo avere

• CO MONOSSIDO di CARBONIO
• HC simbolo generico per IDROCARBURI INCOMBUSTI ovvero carburante che non è stato bruciato o è stato bruciato in modo incompleto
• NO_x comprende sia MONOSSIDO di AZOTO NO che BIOSIDO di AZOTO NO₂; questi OSSIDI di AZOTO sono dovuti alla presenza di azoto nell'aria

L'onde il combustibile piu pulito se brucia con aria produce NO_x

È Stato noto che la PRODUZIONE di NO_x è FACILITATA DALLE ALTE T

↑ β → ↑↑ T + calore nella combustione → ↑ / NO_x

per la termodinamica però bisogna bruciare alla T più alta possibile: perché maggiore è la T media, alte a cui si fornisce calore e migliore sarà il rendimento termodinamico di conversione del calore in lavoro

η_th → η_TOT → ↓ Cs

x ridurre gli NO_x → fondamentale abbassare le T max di combustione

NOTA

• CO, HC, NO_x → in tutti i motori e li abbiamo
• PARTICOLATO SOOT → inquinante legato all'iniezione diretta di alte P
• → presente nel diesel e GDI
• → si riduce tramite filtraggio

FLAME QUENCHING

Negli AS (dove abbiamo la candela) la fiamma parte luminosa (intorno circa il 70% della combustione), diventa turbolenta e viaggia con velocità che vorremmo fosse la più alta possibile.Quando il fronte di fiamma arriva a parete (sono relativamente fredde) LA FIAMMA SI SPEGNE.

quando ciò avviene, quel PO’ di COMBUSTIBILE RIMASTO A PARETE (non brucia mai tutto al 100%) FORMA GLI HC

attaccato alla parete avremo un film sottile di HC dovuto al fatto che questo di fatto interrompe la combustione

NOTA questo fenomeno non è così determinante nella formazione degli HC

CREVICES

LAVITÀ INTERSTIZIALI IN CUI SI BLOCCA IL CARBURANTE

queste cavità sono:

• intaglio tra i due lembi della fascia elastica e del ranchetto (quello fatto per consentire il montaggio)
• quei filetti della candela che non sono impegnati nei filetti della madre vite
• si formano minuscole cavità interstiziali dove si incuneano idrocarburi

Ciclo Guida

= 4 ECE + 1 EUDC

si ripetono per 4 volte il ciclo urbano simulato

si ripetono 1 volta il ciclo simulato extraurbano

Durata del ciclo

1220 s

Distanza Percorsa 11007 mVelocità media 32.5 km/h

ciclo prova completo x l'omologazione della vettura

poco aderente alla realtà

Il WLTP è il ciclo normato in uso adesso ed è molto più vicino alla realtà

NOTA

si continuano a prevedere velocità di punta molto breve

vogliamo miscela omogenea

• FASATURA (ANGOLO di INCROCIO) influenza moltissimo sulle emissioni di HC e NOX
• corrispondenza tra anticipo apertura valvola di aspirazione e chiusura valvola di scarico

DOSATURA — DA SAPERE BENE

CURVA CO

Molto alte per dosatura grassa e man mano che la dosatura cresce fino a λ stechiometrico le curve cade per poi tendere asintoticamente a zero (a un valore molto basso)

⇒ LIMITO CO LAVORANDO MAGRO

CURVA HC

Gli HC calano man mano che la miscela diventa magra con un minimo a circa 16 per poi rincrescere quando la miscela diventa molto magra

- ossidi di platino e palladio → x azione catalitica sullereazioni di ossidazione- ossidi di rodio → favorire l'azione di riduzione

OSSIDA

CO → CO₂

HC → H₂O + CO₂

RIDUCE

NOx → N₂ + O₂

• corpo ellittico con involucro esterno metallico
• internamente abbiamo un materiale di base ceramicala cui MATRICE è a forma di NIDO D'APE

↓

Il gas di scarico contenente HC, CO, NOx viene inviatodentro questi canali molto molto piccoli dove mediantela tecnica del WASH COAT (una sorta di bagno monfase)queste cellette vengono bagnate

Si fa in modo che sulla superficie laterale interna diqueste cellette si depositi uno strato sottile di questi ossididi metalli nobili

↓

I gas di scarico hanno un piccolo lasso di tempoper sommuovere l'effetto catalitico durante il loropassaggio (TEMPO di RESIDENZA)

lo % di O₂ nei gas di scarico varia (curva fatta a inverso incerina) al variare di λ e si inverte a fare niente per λ=1 e si inverte per λ>1

LEGGE di NERNST

ΔV ∝ T · ln (p_{O2 aria} / p_{O2 gas})

ΔV = differenza di potenziale che nasce ai capi dell'elettrodo p_O2 = pressione parziale dell'ossigeno nell'aria/nei gas di scarico

T = T dei gas → finché T non raggiunge il valore di soglia di 300°C, il segnale è debole e la centralina non lo legge

segnale ON-OFF o segnale a gradino della sonda lambda può comunicare :

• 200 mV ⇒ miscela magra
• 800 mV ⇒ miscela grassa

il segnale cambia tutte le volte che passiamo da magro a grasso

FILTRO ANTI-PARTICOLATO

FAP → diesel e GDI

la filtrazione è meccanica e man mano che il filtro lavora, la sua efficienza aumenta, perché una volta intrappolate le particelle più grosse queste aiutano a intrappolare via via particelle sempre più piccole (le sezioni di passaggio diventano sempre più piccole)

dopo un po’ o lo cambio o va RIGENERATO

rigenerare un filtro significa diminuire Δp ai suoi capi, SE è TROPPO GRANDE IL FILTRO è INTASATO e allora n effettua una post combustione riscaldando il filtro attraverso un aumento della T dei gas.

avere alte T allo scarico è energia sprecata ← METODO NON MOLTO EFFICACE

attraverso una post iniezione n innalza la T dei gas di scarico (≥550 °C) per bruciare i soot che n trasformano in CO₂

nel filtro n può aggiungere un additivo (CERINA) che aiuta la combustione ↑ verranno allora T PIÙ BASSE ≥ 450 °C

PROBLEMA DELL'INIEZIONE - fondamentale per avere una buona miscela

Serve PRESSIONE ELEVATA (p fino a 2000 bar) per frantumare le gocce di gasolio. Gli iniettori hanno da 4 a 8 fori e la ΔP tra camera e iniettore si trasforma in energia cinetica, dove l'alta velocità permette di frantumare meglio la goccia.

v ∝ √(ΔP/ρ) → + si polverizza, + evapora, + si miscela, + la combustione funziona meglio

Per migliorare il miscelamento importanti sono anche i MOTI di SWIRL e SQUISH (moto turbolento dell'aria nel cilindro) e la FORMA del PISTONE

Il tutto ciò si traduce nel disegnare bene:

• condotti
• iniettore
• camera di combustione