Analisi CFD dell’iniezione, del miscelamento e della combustione in un motore a gas naturale ad iniezione diretta = CFD analysis of the injection, mixing and combustion process in a DI natural gas engine

Questo lavoro fa parte di un'attività di ricerca svolta al Politecnico di Torino da parte di un team composto da studenti di Ingegneria di 2° livello e dottorandi, sotto la supervisione dei professori E. Spessa, D. Misul e M. Baratta. In particolare questa attività è parte del lavoro svolto dal Politecnico di Torino all'interno del progetto GasOn. GasOn è un progetto europeo finalizzato allo sviluppo di un nuovo ciclo di omologazione con condizioni di guida reali e di un motore a combustione interna più efficiente, in grado di soddisfare gli standard emissivi proposti dalle normative sempre più severe. L'obiettivo più vicino è quello di ridurre del 20% le emissioni di CO2 entro il 2020. Il progetto GasOn mira a realizzare questi obiettivi attraverso lo sviluppo di motori monocarburanti alimentati a gas naturale compresso (CNG), grazie al minor contenuto di carbonio presente in quest'ultimo rispetto, ad esempio, alla benzina. L'intero progetto è strutturato in diverse parti, denominate Work Package, ognuna raggruppante a sua volta diverse tecnologie, tra cui: Variable Valve Actuator (VVA), boosting avanzato, rapporto di compressione variabile, combustione diluita e miglioramento nell'after-treatment. In particolare questa tesi ha preso parte al Worck Package numero 4 (WP4). Questo coinvolge Renault, IFP, Continental ed il Politecnico di Torino, ed è dedicato alla diluizione di carica ed al controllo della temperatura dei gas in uscita. Questo lavoro di tesi ha focalizzato la sua attenzione sul comportamento dell'iniezione e della combustione del motore GasOn attraverso la fluidodinamica computazionale (CFD - Computational Fluid Dynamics ). Parte centrale del lavoro è stata la calibrazione del modello CFD, più precisamente dei modelli di accensione, combustione ed iniezione, rispetto a dati ottenuti da prove sperimentali svolte da IFPEN. In seguito è stato eseguito il post-processing dei risultati in 2D e 3D, in modo da analizzare l'influenza dell'iniezione sulla miscelazione e sulla turbolenza. Questo è stato analizzato attraverso l'esecuzione di simulazioni con strategie di anticipo e di posticipo di iniezione a carico parziale ed a pieno carico(early injection e late injection rispettivamente). Nell'ultima parte di questo lavoro di tesi, sono state effettuate delle analisi aggiuntive focalizzate sull'effetto di rottura della miscelazione a causa del posticipo di iniezione ad alte velocità/carico parziale ed a pieno carico.