POLITECNICO DI TORINO
Tesi di laurea
Applicazione dell’iniezione diretta di benzina in
un motore a 2 tempi di tipo innovativo
Relatori
Prof.Ing. Patrizio NUCCIO
Prof.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?
PRO
CONTRO
• Assenza di perdite di
benzina allo scarico
Contenimento emissioni
inquinanti
• Complicazione
costruttiva
• Elevata precisione della
quantità e dell’istante di
iniezione
• Costo
• Necessitàcon
di iniettare
Fase di lavaggio effettuata
sola inaria
• Possibilità di
stratificazione della carica
tempi molto brevi
Schema del sistema di iniezione
rilevazione
dei
consumi
sfiato
dell’aria
pompa di
alta
pressione
manometro
filtro
iniettore
pompa di
bassa
pressione
regolatore
di pressione
serbatoio
scambiatore
Componenti del sistema di iniezione
manometro
pompa di
alta
pressione
sfiato dell’aria
sensore di
pressione
valvola di
regolazione
filtro
serbatoio
scambiatore
Componenti del sistema di iniezione
encoder
regolazione
della
pressione
burette
principio di funzionamento del
segnale di marker
Iniettore
Siemens Automotive 3527
utilizza un solenoide nonostante i 100 bar di
pressione massima della benzina
Fissaggio iniettore
particolari del sistema di fissaggio
sezione trasversale della testata
porta-iniettore ed iniettore assemblati
sezione longitudinale della testata
Configurazione del banco di prova
motore
centraline
elettroniche
pannello
componenti
linea
benzina
pulpito
bilancia freno
burette misura
consumi
Logica di controllo dell’iniezione
ritardo di iniezione
segnale di marker
segnale di comando
dell’iniettore
nota: questo sistema opera con dati
espressi in termini di tempo e non
in gradi di rotazione dell’albero
motore
durata dell’iniezione
Momento in cui iniettare
• iniezione a scarico chiuso
dopo 220° DPMS
• calcolo di prima approssimazione della quantità da iniettare
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’oscilloscopio
funzionamento regolare
pick-up
marker
accensione
iniezione
Segnali in funzione dei gradi di rotazione
nota 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 inquinanti
primo 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
800 giri/min
1500 giri/min
1500 giri/min
0,64 kW
0,81 kW
1,18 kW
975,647 g/(kWh)
861,592 g/(kWh)
619,091 g/(kWh)
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%
velocità di
rotazione
potenza
erogata
consumo
specifico
CO
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
accensione
• Eliminazione dei disturbi
nei segnali
• Gestione del compressore
roots
iniezione
sistema di regolazione della velocità
utilizzo della valvola di by-pass
• Centralina elettronica di
controllo dell’iniezione
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 pressione
ingresso del fluido radiale e mandata assiale
cilindrata unitaria
rendimento
volumetrico
0,360 cm3/giro
0,95 a 69 bar
massima
temperatura di
esercizio
120 °C
filtraggio
<5 mm
potenza assorbita
peso
175 W a 2500 giri/min
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