Lucidi sui motori ad iniezione diretta benzina GDI (Gasoline Direct Injection)

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Raffaela Campana
7 anni fa
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1 Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica A.A. 2007/2008 II Periodo di lezione Corso di: Dinamica e Controllo delle Macchine Docente: Prof. Ing. Giuseppe Cantore Lucidi sui motori ad iniezione diretta benzina GDI (Gasoline Direct Injection)

2 Introduzione - L iniezione diretta nei motori ad accensione comandata non è una recente applicazione, risale alla prima metà del secolo scorso, quando era applicata con l obiettivo di aumentare la potenza specifica del motore. La spinta allo sviluppo dell iniezione (soprattutto quella diretta), venne dal veloce progresso che si ebbe in quegli anni nel campo aeronautico. Infatti l alimentazione ad iniezione si rivelò molto efficace per i propulsori degli aerei, perché risolveva vari problemi legati al volo. Era compatibile con le frequenti e repentine variazioni di assetto, tipiche dei velivoli militari, con le variazioni di quota, con la sovralimentazione e, soprattutto, eliminava il rischio di formazione di ghiaccio nella zona della valvola a farfalla. Con l iniezione direttamente nel cilindro a questi si aggiungevano altri vantaggi, come la riduzione del rischio di detonazione ed una più uniforme distribuzione della carica ai singoli cilindri ecc. 1

Introduzione - Gli aeromobili tedeschi della seconda guerra Mondiale erano dotati di sistemi ad iniezione diretta progettati dalla Bosch, azienda ricca di esperienza nel campo dell

3 Introduzione - Gli aeromobili tedeschi della seconda guerra Mondiale erano dotati di sistemi ad iniezione diretta progettati dalla Bosch, azienda ricca di esperienza nel campo dell iniezione nei motori Diesel. Nello stesso periodo l istituto di ricerca tedesco DVL sviluppò un motore per aeromobili con l iniezione diretta, sfruttando prorpio la forte esperienza della Bosch. 1

Introduzione - Sempre i tedeschi negli anni 50 introdussero nelle competizioni automobilistiche, su una vettura di formula1 (Mercedes W196) l iniezione diretta di benzina.

4 Introduzione - Sempre i tedeschi negli anni 50 introdussero nelle competizioni automobilistiche, su una vettura di formula1 (Mercedes W196) l iniezione diretta di benzina. Successivamente, come quasi sempre accade, dalle competizioni l idea fu esportata nel settore delle automobili di serie. Nacque così la storica Mercedes 300SL ali di gabbiano, la prima autovettura stradale equipaggiata con un sistema di iniezione diretta di benzina. 1

5 Introduzione - Attualmente le case automobilistiche che hanno adottato un sistema ad iniezione diretta per i propulsori benzina sono: -Mitsubishi Motors (1996) equipaggiando anche PSA Peugeot Citroën and Hyundai (1999); -Renault ha introdotto il sistema 2.0 IDE (Injection Direct Essence) nel 1999; -Toyota nel 2000 ha adottato un sistema misto di iniezione diretta /indiretta; -Volkswagen/Audi dal 2000 ha introdotto il suo sistema denominato Fuel Stratified Injection (FSI); -Alfa Romeo dal 2002 sta utilizzando il propulsore JTS (Jet Thrust Stoichiometric); -BMW ha introdotto il V12 BMW N73 nel General Motors dal

6 - SISTEMA DI INIEZIONE GDI - 2

7 -GDI vspfi - Confronto tra l architettura del motore ad iniezione indiretta (Port Fuel Injection PFI) con quella ad iniezione diretta (Gasoline Direct Injection). 3

8 -GDI vspfi - 4

9 - GDI Vantaggi - 5

10 - GDI Vantaggi - CONSUMO SPECIFICO Minori perdite di pompaggio (in stratificato) Minori perdite di calore (η th, r ) Minore trasferimento di calore verso le pareti RIDUZIONE DEGLI INQUINANTI Riduzione degli HC durante partenza a freddo (assenza film liquido sulla valvola) Riduzione emissioni CO 2 (maggiore ricircolo di gas di scarico) 6

11 - GDI Vantaggi - GUIDABILITA Rapido e affidabile avviamento a freddo Miglioramento risposta transitori CONTROLLO DEL RAPPORTO DI MISCELA Maggiore stabilità della combustione Minore richiesta di arricchimento miscela 7

12 - GDI Svantaggi - Difficoltà nel controllo della carica stratificata; Formazione di idrocarburi ai bassi regimi causa i ridotti tempi per l evaporazione; Aumento del grado di atomizzazione in termini di aumento della pressione di iniezione causa ridotti tempi di miscelamento; Possono insorgere problemi di impingement sul pistone o sulle pareti se la fasatura non è ottimale; 8

13 - GDI Carica Stratificata - 9

14 - GDI Architetture - 11

15 - GDI Architetture - NARROW-SPACING Si sfrutta la bowl del pistone per direzionare il flusso sulla candela; Iniezione diretta prevalentemente omogenea; Formazione della miscela relativamente indipendente dalla geometria della testa pistone; Ridotte dimensioni delle valvole; Possibilità di impingement sulla testa del pistone 12

16 - GDI Architetture - WIDE-SPACING Si sfruttano i moti della carica (swirl e tumble) Possibilità di aumentare dimensioni delle valvole; Aumento del tempo necessario alla miscelazione; Facilità di istallazione e rimozione dell iniettore; Minore possibilità di impingement sulla candela; Maggiore possibilità di impingement sulle pareti; 13

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