Modellazione CFD del processo di combustione a bassa temperatura ed elevato rendimento in motori Diesel per impiego industriale

Subject of this work is the CFD analysis of PCCI combustion in heavy duty en- gines. First the CFD solver is valited by comparing its results with experimental data from two different engines. Then is demonstrated that a detailed approach to chemistry is needed in order to have a good prediction of auto-ignition phenome- non. A new engine project is tested to check if good results can be obtained both in Diesel combustion and in PCCI combustion mode. The influence of the following parameters is investigated: SOI, EGR, spray targeting and fuel temperature. The results obtained have shown that efficiency is high only in a narrow region around the optimized value of SOI. Outside this region, different values of EGR and fuel temperature could be used in order to enhance oxidation and mixing processes. The PCCI combustion process is hard to control in the engine considered. Further studies are needed to find efficient control strategies.

In questa tesi si è effettuata un’analisi CFD volta allo studio della combustione PCCI in motori industriali di grande taglia. Lo studio si è focalizzato inizialmente sulla validazione del solutore, effettuata confrontando i risultati delle simulazioni con dati sperimentali di due motori differenti. Viene dimostrato che per prevedere correttamente il fenomeno dell’auto-accensione nei motori PCCI è necessario un approccio dettagliato alla cinetica chimica. Le simulazioni hanno poi permesso di verificare la possibilità di funzionamento duale di un motore in fase di progettazio- ne, il quale consente di ottenere un buon rendimento sia in modalità Diesel che in modalità PCCI. In seguito si è cercato di studiare il comportamento del motore al variare dei principali parametri operativi e di controllo: SOI, ricircolo dei gas com- busti, inclinazione dello spray e temperatura del combustibile. I risultati ottenuti hanno messo in evidenza che l’efficienza del processo è accettabile solo in un campo ristretto di valori di SOI. Si è sottolineata l’importanza dello spray targeting e dei moti turbolenti al fine di ottenere un buon processo di miscelamento. La correzione di parametri quali il grado di EGR e la temperatura del combustibile permettono di aumentare leggermente l’efficienza del processo nel campo di funzionamento a SOI non ottimizzato. Si conclude che la regolazione della combustione in questo motore è problematica. Si evidenzia la necessità di condurre ulteriori studi al fine di trovare delle strategie di controllo efficienti.