RICERCA ITALIANA     

Controllo Cycle-Resolved delle Emissioni nei Motori a Combustione Interna Mediante un Innovativo Sensore Ottico

Università degli Studi di Lecce

Abstract

Il programma di ricerca si propone di sviluppare un innovativo sistema per la misura cycle-resolved delle emissioni di NOx e CO nei motori a combustione interna e del relativo sistema di controllo.
Attraverso la misura cycle-resolved delle emissioni nei gas di scarico si intende effettuare il controllo retroazionato e l'adeguamento in tempo reale dei parametri che regolano il processo di combustione, quali per esempio la pressione di iniezione, il numero delle iniezioni per ciclo ed il loro posizionamento, il livello di EGR, ecc., al fine di ottimizzare, anche in regime transitorio, il consumo di carburante e le emissioni. Grazie al monitoraggio on line delle emissioni sarà, inoltre, possibile compensare eventuali perdite di prestazioni dovute all'usura dei componenti installati. Il sistema che si intende sviluppare consiste di un elemento sensibile a base di nitruro di gallio e alluminio (Alx-Ga-Nx) in grado di rilevare la variazione dello spettro emesso da una sorgente luminosa al variare della concentrazione dei gas combusti, da una sorgente luminosa che emetta nella regione spettrale dell'UV e da un sistema di controllo motore in grado di sfruttare il segnale del sensore. Il principale problema che ha impedito l'uso di sensori ottici per la rilevazione delle emissioni in campo automobilistico è che essi tendono a sporcarsi a seguito della deposizione di particelle di carbonio e di altre sostanze organiche provenienti dal combustibile in uso e dagli oli necessari >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Antonio FICARELLA Università degli Studi di LECCE

Obiettivo del Programma di Ricerca

L'obiettivo del presente programma di ricerca è di sviluppare un sensore di gas di tipo innovativo operante ad alta temperatura e velocità di risposta per la misura cycle-resolved delle emissioni di NOx e CO nei motori a combustione interna. Tale misura effettuata in tempo reale ed a valle del sistema di scarico permetterà il controllo retroazionato dei parametri del processo di combustione e il loro adeguamento.
Il controllo di parametri quali la pressione di iniezione, il numero delle iniezioni per ciclo ed il loro posizionamento, il livello di EGR permetterà di ottimizzare, anche in regime transitorio, il consumo di carburante e le emissioni, consentendo inoltre di individuare e compensare velocemente possibili perdite di prestazioni dovute all'usura o malfunzionamento di componenti del propulsore.
Per raggiungere tali obiettivi, il programma di ricerca prevede lo sviluppo di un prototipo di sensore in cui l'elemento sensibile sarà un rivelatore ottico operante nell'ultravioletto. Il fotorivelatore sarà basato su nitruro di gallio (GaN) e suoi composti e sarà in grado di operare alle alte temperature con alta velocità di risposta. Tale elemento sensibile sarà integrato entro un dispositivo attraverso cui circolerà il flusso dei gas combusti e sarà affacciato ad una sorgente luminosa che emetta nella regione spettrale dell'UV. Il prototipo sarà infine dotato di un sistema di controllo motore in grado di sfruttare il segnale del sensore.
Il principio >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il problema dello smog nelle grandi aree urbane è causato da reazioni fotoattivate dalla luce solare fra gli ossidi di azoto e idrocarburi incombusti provenienti, fra le altre fonti, dai gas di scarico degli autoveicoli. Risulta pertanto determinante un monitoraggio sulle emissione di tali gas di scarico.
Oltre alla salvaguardia dell'ambiente, attraverso un controllo in tempo reale dell'emissione dei gas di scarico è possibile il controllo retroazionato e l'adeguamento dei parametri del processo di combustione, permettendone la completa ottimizzazione, anche in regime transitorio. Ciò può consentire la riduzione sia del consumo di carburante sia delle emissioni inquinanti residue, permettendo, inoltre, di compensare eventuali perdite di prestazioni di componenti dovute all'usura. Ciò avrebbe un enorme impatto nel campo automobilistico.
In quest'ottica le nuove strategie di monitoraggio devono prevedere l'uso di informazioni di feedback. Per il controllo della combustione in ambito automobilistico sono già in uso simili strategie ma queste non consentono di spingere il controllo su base ciclo [1]. Nei motori automobilistici, il controllo delle emissioni è effettuato combinando diverse tecnologie fra cui il controllo elettronico dell'iniezione, l'uso di marmitte catalitiche e il controllo del rapporto aria combustibile attraverso sensori relativamente lenti in modalità closed-loop. Si è inoltre notato che la maggior parte delle emissioni viene formata quando il >>>