di  -  lunedì 20 dicembre 2010

Scusandomi per l’assenza dello scorso lunedì, quest’oggi riprendiamo il precedente post andando a presentare una soluzione proposta dalla casa automobilistica giapponese Nissan, ovvero parleremo della soluzione Modulated Kinetics (MK).

DALLA TEORIA ALLA PRATICA – MK

Fin qui si è parlato di principi, di idee, di concetti e probabilmente tutto ciò può avere dato la duplice impressione da una parte di avere trovato l’uovo di Colombo, la soluzione ai problemi,  e pare assurdo che queste soluzioni non trovino immediatamente applicazione, mentre dall’altra parte l’impressione potrebbe essere stata che la ricerca sviluppi tante soluzioni fini a se stesse.

La realtà di fatto è più complessa, ed entrambe le “impressioni” possono essere corrette allo stesso tempo, in quanto la ricerca da una parte punta a comprendere meglio i fenomeni che stanno alla base, mentre dall’altra punta a risolvere in maniera concreta i problemi stessi, e per fare tutto ciò è necessario che diverse anime convergano nello studio, dai ricercatori puri alle aziende che poi implementeranno tali soluzioni risolvendo quei problemi di uso pratico che sono più tipici della ricerca industriale pura.

Il concetto Modulated Kinetict (MK) è un concetto di Premixed Low Temperature Combustion, il quale cerca di ridurre in maniera sensibile il particolato e gli NOx agendo sui parametri che ne regolano la formazione in maniera piuttosto interessante e particolare.

Uno schema del principio di funzionamento della soluzione MK è rappresentato nella seguente figura:

Si parte dalla riduzione degli NOx agendo sulla temperatura di combustione, fattore controllabile mediante l’impiego dell’EGR, il quale però porta ad un naturale incremento del particolato (indicato come Smoke) dovuto alla riduzione dell’ossigeno in camera di combustione.

Per ridurre il particolato diventa necessario adottare qualche strategia che intervenga sull’altro parametro che ne caratterizza la formazione, ovvero la presenza di zone dove il rapporto di miscela è particolarmente ricco, pertanto si cerca di adottare una adeguata premiscelazione del combustibile con l’aria, e questa nella strategia MK viene ottenuta ritardando l’iniezione oltre il punto morto superiore (o Top Dead Center TDC) ed adottando una camera di combustione che favorisca il miscelamento tra l’aria ed il combustibile.

Il ritardo dell’iniezione appare quasi un controsenso in quanto avvicinandosi e superando il TDC, dove usualmente si raggiunge la massima compressione e si da l’avvio vero e proprio alla combustione, appare inferiore in tempo a disposizione dell’iniezione, ma di fatto ritardando l’iniezione si sposta la combustione in avanti ed il suo sviluppo, a causa del superamento del punto morto superiore, porterà ad avere minori picchi di pressione ed un rilascio dell’energia termica meno brusco, come evidente dal seguente diagramma (nel quale è presente una comparazione con il diesel classico):

DURATA DELL’INIEZIONE E PROBLEMATICHE

Questa soluzione permette una notevole riduzione delle emissioni di particolato ed NOx, ma porta ad incrementi in termini di incombusti in quanto la scarsità di ossigeno da una parte e le minori temperature di combustione dall’altra influenzano la loro formazione, pertanto per ridurne la quantità è necessario utilizzare camere di combustione la cui geometria risulti ottimizzata per favorire una buona miscelazione.

Un’altro problema consiste nell’incremento dei consumi specifici, in quanto spostando la combustione “in avanti” si ha una riduzione della coppia generata e pertanto a parità di coppia (o potenza) si avrà un consumo superiore.

Un ultimo problema consiste nella necessità, al crescere del carico, di avere una certa separazione tra la fine dell’iniezione e l’inizio della combustione, in quanto aumentando le quantità iniettate si rende necessario un tempo maggiore perché l’iniezione termini prima della combustione (che altrimenti diverrebbe diffusiva):

Per ovviare a questo problema, l’idea è stata quella di usare iniettori capaci di maggiori portate nell’unità di tempo e  pressioni di iniezione più elevate, oltre ad interventi sul rapporto di compressione e sull’EGR.

Tale soluzione è stata sviluppata negli anni (la prime pubblicazioni risalgono alla fine degli anni novanta), e nel 200o si è giunti all’annuncio del lancio di una vettura utilizzante la prima implementazione stradale della tecnologia MK (anche se da alcune fonti mi risulta che già nel 1998 per il mercato Giapponese fosse disponibile una vettura impiegante tale soluzione), ovvero la Nissan Almera 2.2 M-Fire, mentre nel 2007 è stato annunciata una soluzione utilizzante la tecnologia MK unitamente ad un catalizzatore per NOx ed HC ed un DPF capaci nel complesso di rispettare i livelli di emissione SULEV (Super Ultra Low Emission Level).

Per quest’oggi è tutto, ed augurandovi un Buon Natale, vi invito a rimanere sempre con noi su AppuntiDigitali e sulla rubrica Energia e Futuro.

7 Commenti »

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  • # 1
    Giacomo
     scrive: 

    Interessante.
    Si sa come questa tecnologia si rapporta ai parametri Euro5-6?

  • # 2
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Giacomo

    La soluzione MK singolarmente non è sufficiente per l’EURO5 e 6, ma con l’adozione di un catalizzatore per NOx e UHC ed un DPF dovrebbe essere a norma EURO6

  • # 3
    lucusta
     scrive: 

    ..logicamente si e’ deve aumentare sensibilmente il rapporto di compressione geometrico, in quanto per utilizzare una combustione ritardata si dovranno avere temperature comunque adeguate per l’innesco della combustione.
    questo non porta ad una maggiore perdita di rendimento per pompaggio?
    l’aumento del rapporto di compressione geometrico in una macchina turbocompressa, non ha come conseguenza una riduzione della sovralimentazione ed in finale delle potenze specifiche ottenibili?
    usando questa strada si riducono gli inquinanti, ma a scapito di una riduzione di rendimento notevole, e quindi si e’ costretti a fornire piu’ carburante per ottenere le stesse potenze, il che porta ad aumentare gli inquinanti… alla fine non e’ un cane che rincorre la propria coda, ossia che e’ una strada chiusa, senza una rosea prospettiva di sviluppo?

    insomma, a me piu’ che l’uovo di colombo e’ un “mettiamoci una pezza, per ora”.

    buone feste anche a te, simone.

  • # 4
    lucusta
     scrive: 

    EC:”..logicamente si e’ dovuto aumentare..” … la fretta, scusate…

  • # 5
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ locusta

    Il rapporto di compressione in genere viene ridotto per permettere di salire ad alti carichi, il rapporto di compressione originario nasce per favorire la combustione iniettando secondo le necessità del ciclo diesel, ma cambiando la strategia di iniezione cambia un po’ tutto, perché se è vero che la combustione si deve innescare, è anche vero che questa dipende principalmente dalla ricchezza del rapporto di miscela “locale”, pertanto è proprio con un’adeguata premiscelazione che si rendono le condizioni accettabili, e la combustione può svilupparsi a temperature inferiori (da qui la definizione di LTC – Low Temperature Combustion).

    Per quanto riguarda il rapporto tra sovralimentazione e rapporto di compressione non dimentichiamo che, trattandosi di un motore ad accensione spontanea, non vi sono i problemi tipici dei motori ad accensione comandata relativi all’autoaccensione

  • # 6
    smoke.kills
     scrive: 

    Grazie per l’articolo

    Buone feste Simone :)

  • # 7
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    Grazie a tutti e di nuovo buone feste (anche se potrebbe esserci un articolo ulteriore durante le festività…)

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