POLITECNICO DI TORINO

Applicazione dell’iniezione diretta di benzina in un motore a 2 tempi di tipo innovativo

Tesi di laurea

Relatori

Prof.Ing. Patrizio NUCCIOProf.Ing. Mario Rocco MARZANO

Candidato

Valerio AMADIO

Obiettivi della tesi

• Applicazione dell’apparato di iniezione elettronica diretta della benzina

• Allestimento del banco di prova e installazione del motore

• Verifica del corretto funzionamento del

motore e degli apparati connessi

Perché innovativo?

• Compressore roots esterno, regolabile, come pompa di lavaggio

• Lavaggio unidirezionale ascendente

• 4 valvole comandate per lo scarico

• Sistema di lubrificazione forzata

Perché iniezione diretta?

Contenimento emissioni inquinanti

Fase di lavaggio effettuata con sola aria

• Assenza di perdite di benzina allo scarico

• Elevata precisione della quantità e dell’istante di iniezione

• Possibilità di stratificazione della carica

• Complicazione costruttiva

• Costo

• Necessità di iniettare in tempi molto brevi

PRO CONTRO

Schema del sistema di iniezione

serbatoio

pompa di bassa

pressione

filtro

rilevazione dei

consumi

scambiatore

regolatore di pressione

iniettore

manometro

pompa di alta

pressione

sfiato dell’aria

Componenti del sistema di iniezione

filtro

manometro sfiato dell’aria

serbatoio scambiatore

pompa di alta

pressione

valvola di regolazione

sensore di pressione

Componenti del sistema di iniezione

burette

regolazione della

pressione

encoder

principio di funzionamento del segnale di marker

IniettoreSiemens Automotive 3527

utilizza un solenoide nonostante i 100 bar di pressione massima della benzina

Fissaggio iniettoreparticolari del sistema di fissaggio

porta-iniettore ed iniettore assemblatisezione longitudinale della testatasezione trasversale della testata

Configurazione del banco di prova

motore

pulpito

pannello componenti

linea benzina

burette misura consumibilancia freno

centraline elettroniche

Logica di controllo dell’iniezione

segnale di marker

segnale di comando dell’iniettore

ritardo di iniezione

durata dell’iniezionenota: questo sistema opera con dati espressi in termini di tempo e non in gradi di rotazione dell’albero motore

Momento in cui iniettare• iniezione a scarico chiuso

• calcolo di prima approssimazione della quantità da iniettare

dopo 220° DPMS

tempo di apertura dell’iniettore necessario

si ritarda al massimo l’iniezione

• si cerca di limitare l’influenza della variazione di velocità di rotazione

valori di ritardo contenuti

segnale di marker a circa 250° DPMS e ritardo di iniezione quasi nullo

Segnali visualizzati sull’oscilloscopiofunzionamento regolare

pick-up

marker

accensione

iniezione

Segnali in funzione dei gradi di rotazionenota la velocità di rotazione del motore si ricavano i segnali in funzione dei gradi di rotazione

Parametri di intervento per regolare il funzionamento del motore

• anticipo di accensione

• ritardo di iniezione

• durata dell’iniezione

• velocità di rotazione del compressore roots

• apertura della valvola a farfalla

Emissioni inquinantiprimo test sugli inquinanti

GAS VALORE

CO 2,6-2,7%

CO2 6,3-6,4%

HC 790-820 ppm

O2 6,4-6,6%

Confronto con motore Benelli 1FB 1226

Prototipo in esame

Benelli GII Benelli GDI

velocità di rotazione

800 giri/min 1500 giri/min 1500 giri/min

potenza erogata

0,64 kW 0,81 kW 1,18 kW

consumo specifico

975,647 g/(kWh) 861,592 g/(kWh) 619,091 g/(kWh)

CO 2,6-2,7% 1,1% 1,1%

HC 790-820 ppm 3820 ppm 626 ppm

O2 6,4-6,6% 7,3% 7,3%

Principali criticità riscontrate

• Problemi di isolamento dei segnali da disturbi elettromagnetici (es. candela)

• Difetti di tenuta nel sistema di lubrificazione

• Trafilamenti dal circuito di refrigerazione

Sviluppi futuri• Eliminazione dei disturbi

nei segnali

• Gestione del compressore roots

• Centralina elettronica di controllo dell’iniezione

accensione

iniezione

sistema di regolazione della velocità

utilizzo della valvola di by-pass

in termini di gradi e non di tempi

asservimento di fase e durata al regime di rotazione del motore

Conclusioni

• Installazione completa del sistema di iniezione e di accensione

• Completamento del banco di prova

• Prove preliminari di messa a punto

• Primi risultati in termini di prestazioni, consumi ed emissioni

Impianto di alimentazione

lobi per rotore 2

cilindrata di una camera 282,5 cm3

cilindrata totale 1130 cm3

rapporto di compressione 1,3

coefficiente di lavaggio 1,4

velocità nominale motore elettrico

1420 giri/min

Pompa di alta pressioneingresso del fluido radiale e mandata assiale

cilindrata unitaria 0,360 cm3/giro

rendimento volumetrico 0,95 a 69 bar

massima temperatura di esercizio

120 °C

filtraggio <5 m

potenza assorbita 175 W a 2500 giri/min

peso 2,25 kg

Cono di iniezione e quantità iniettata

cono cavo con apertura di circa 72°

minimo tempo di apertura per

avere l’iniezione:

1,75 ms

Trasformazione a monocilindrico del motore 4 cilindri Lancia

motore di partenza:

Lancia Thema, 4 tempi, 4 cilindri in linea, 16 valvole, 1995 cm3

si è utilizzato un solo cilindro, avendo aumentato l’alesaggio di 2 mm la cilindrata è passata da 498,76 cm3 a 522,79 cm3

Trasformazione a monocilindrico del motore 4 cilindri Lancia

condotti di lavaggio praticati nel cilindro

Trasformazione a monocilindrico del motore 4 cilindri Lancia

4 valvole comandate, due alberi a camme

Trasformazione a monocilindrico del motore 4 cilindri Lancia

diagramma distribuzione

possibilità di prolungare la fase di scarico sfruttando la presenza

di due alberi a camme

rischio di interferenza tra le coppie di valvole

Trasformazione a monocilindrico del motore 4 cilindri Lancia

eliminazione dei due contralberi di equilibramento

realizzazione dei raccordi per il refrigerante