di  -  lunedì 10 gennaio 2011

Dopo la pausa Natalizia riprendiamo regolarmente con la nostra consueta rubrica del lunedì andando a parlare di un’altra soluzione operante in regime di Low Temperature Combustion (LTC) sviluppata da una casa automobilistica, ovvero parleremo della soluzione Toyota UNIBUS (Uniform Bulcky Combustion System).

TOYOTA UNIBUS – IN COSA CONSISTE E COME FUNZIONA

Il concetto sviluppato da Toyota è per certi versi diametralmente opposto alla soluzione Nissan MK, pur perseguendo lo stesso obiettivo, ovvero l’ottenimento delle condizioni di LTC.

Per fare ciò il concetto UNIBUS opera mediante due iniezioni di gasolio (o Diesel secondo la dicitura Inglese) la cui prima notevolmente anticipata rispetto al punto morto superiore (PMS o TDC – Top Dead Center) con lo scopo di creare una miscela omogenea, la quale non deve autoaccendersi prima della seconda iniezione che avviene successivamente al PMS.

Il tempo intercorrente tra la prima e la seconda iniezione è cruciale per il successivo sviluppo della combustione in quanto in questa fase si ha lo sviluppo di reazioni a bassa temperatura che rappresentano dei veri e proprio “precursori di fiamma“.

Una condizione che deve assolutamente venire evitata è quella dell’innesco della combustione vera e propria durante questa fase in quanto questo processo non sarebbe gestibile essendo “temporizzato” mediante la seconda iniezione che funge da “start”.

Lo sviluppo della combustione secondo questo schema permette di operare in regime di LTC con tutti i vantaggi che da essa derivano in termini di emissioni inquinanti, ma ovviamente non si tratta di un sistema privo di inconvenienti.

Il primo problema consiste per l’appunto nel riuscire ad evitare che la combustione abbia inizio tra le due iniezioni, e per fare ciò si utilizza un certo ammontare di gas ricircolati refrigerati (cooled EGR) anche se questa soluzione porta ad una diluizione della carica che interferisce in maniera più o meno sensibile con l’efficienza di combustione (e quindi con gli incombusti ed i consumi).

Un secondo problema (che si presenterà anche nella soluzione che verrà illustrata nel prossimo post) consiste nel cosiddetto “wall impingment“, ovvero nell’iniezione di combustibile che impatta sulle pareti del cilindro in quanto una iniezione ad elevata pressione con una fasatura molto anticipata porta ad iniettare quando il pistone (e quindi la camera di combustione che è ricavata nel cielo dello stesso) si trova parecchio distante dal TDC.

Questo fenomeno porta dei problemi legati all’accumulo del combustibile nella zona dell’intercapedine tra la fascia elastica superiore (crevices) ed il cielo del pistone che originano un incremento degli incombusti ed inoltre si può arrivare a fenomeni di combustione improvvisa di questo accumulo in maniera assolutamente imprevedibile e fuori fase con possibili rotture del pistone.

TOYOTA UNIBUS – UN PO’ DI NUMERI

La soluzione UNIBUS è stata sviluppata su un motore derivato dalla produzione di serie del costruttore Giapponese caratterizzato da una cilindrata di 2982 cm3 , doppio albero a valvole in testa (DOHC – Double OverHead Camshaft), rapporto di compressione pari a 18.4:1 ed un timing relativo alla prima iniezione pari a 44° BTDC (ovvero 44° in anticipo rispetto al PMS) mentre la seconda iniezione viene collocata a 13° ATDC (13° dopo il PMS).

Con questo concludiamo anche questa “puntata” nel mondo dei motori a combustione interna, e l’appuntamento si rinnova lunedì prossimo con l’ultimo post previsto di questa serie (anche se capiteranno ulteriori post motoristici), quando parleremo delle ricerche forse più particolari ed innovative degli ultimi anni, sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.

3 Commenti »

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  • # 1
    brunposta
     scrive: 

    molto interessante!

    Mi piacerebbe sapere come si posiziona il multy air di Fiat in questo scenario… per quello che ne so dovrebbe avere qualcosa a che fare con la rinuncia della valvola a farfalla per la miascelazione aria/combustibile, sostituita da un meccanismo comandato da un computer, che permette di raggiungere il raporto stechiometrico aria/combustibile ideale… no??

  • # 2
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ brunposta

    il multiair nasce per i motori ad accensione comandata, nei quali si regola il carico mediante la variazione della portata d’aria, essendo il rapporto aria combustibile sempre grossomodo stechiometrico.
    Nei motori ad accensione spontanea come i diesel (e derivati quali quelli esposti nei vari post) si varia proprio il rapporto aria combustibile a parità di aria aspirata (tenendo presente che questa varia al variare delle condizioni fluidodinamiche, quindi anche del grado di sovralimentazione) andando a variare la quantità di combustibile… pertanto questi motori operano da condizioni di carica magra a condizioni di carica ricca.

    Il multiair porta dei benefici in termini di rendimento volumetrico andando a ridurre le perdite di carico nel condotto di aspirazione operando la regolazione della portata d’aria direttamente mediante le valvole di aspirazione (che seguono pertanto una opportuna legge di apertura dipendente pertanto anche da questa variabile)… poi di fatto non è stata rimossa la valvola a farfalla che però viene gestita da un comando separato e non è più direttamente dipendente dall’acceleratore

  • # 3
    brunposta
     scrive: 

    Grazie simone!

    se fosse stato scritto in aramaico non ci avrei capito molto di piu, ma certamente il tema e’ tecnico e… quando il gioco si fa duro…

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