Pesante ottimizzato

Aug 01, 2023

Un team dell'Empa - Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali e FPT Motorenforschung riferisce in un articolo ad accesso libero sulla rivista Fuel sulle prestazioni e le caratteristiche di emissione di un motore ad accensione spontanea per carichi pesanti da 11 litri che è stato ottimizzato appositamente per DME (etere dimetilico) combustione. Il motore DME era basato su un motore di produzione in serie FPT Cursor 11.

Efficienza termica del freno del motore DME. La mappa BTE si presenta come ci si aspetterebbe da un motore ad accensione spontanea: migliori livelli di efficienza a velocità di crociera e carico medio-alto e una riduzione dell'efficienza in condizioni di carico inferiore. Al di sopra di circa 6–7 bar bmep, l'efficienza del motore è superiore al 40% e l'efficienza massima è leggermente superiore al 45%. Tuttavia, il motore di prova non disponeva del pacchetto di riduzione dell'attrito più recente. Con la progettazione più recente si può prevedere un aumento del livello di efficienza di circa 1–2 punti percentuali. Soltic et al.

Le modifiche includevano una pompa common rail ad alta pressione adattata al DME, iniettori adattati e un sistema di alimentazione del carburante a bassa pressione in grado di erogare DME a 10 bar e restituire di conseguenza i riflussi degli iniettori, nonché della pompa common rail. La pompa common rail è stata lubrificata esternamente dall'olio motore in modo da poter gestire il basso potere lubrificante del carburante.

Il motore era inoltre dotato di una pompa volumetrica azionata elettricamente nel percorso di ricircolo dei gas di scarico (EGR) che dà la libertà di impostare qualsiasi tasso EGR desiderato, indipendentemente dai rapporti di pressione attraverso il turbocompressore.

Sistema EGR composto da un radiatore EGR, una pompa EGR azionata elettricamente e le rispettive tubazioni. Soltic et al.

I ricercatori hanno inoltre ottimizzato la geometria della camera di combustione e il rapporto di compressione (da 16,5 a 20,5) per il DME.

I risultati sperimentali hanno mostrato che il funzionamento del DME mantiene le prestazioni del motore diesel di base (potenza di picco di 338 kW) riducendo significativamente le emissioni del motore.

Configurazione del motore, montato sul banco prova. Soltic et al.

Il compromesso NOx-fuliggine, tipico delle applicazioni Diesel, sostanzialmente non esiste più, quindi il livello di NOx desiderato può essere impostato sostanzialmente senza le restrizioni della combustione della fuliggine. Inoltre la combustione è molto completa e si possono rilevare livelli molto bassi di emissioni inquinanti regolamentate e non regolamentate (ad esempio per monossido di carbonio, DME, metano, benzene, toluene, acetaldeide, formaldeide, acido formico).

Il funzionamento transitorio non presenta problemi ed è possibile ottenere emissioni molto basse utilizzando lo stesso sistema di trattamento dei gas di scarico del diesel. I livelli totali di emissioni di idrocarburi, monossido di carbonio e particelle previsti dall'attuale Euro VI e forse anche dalla proposta legislazione stradale Euro VII potrebbero essere rispettati senza alcuna purificazione dei gas di scarico.

Schema dell'apparato sperimentale (non mostrato: misurazione dell'ammoniaca post-ATS). Soltic et al.

In termini di emissioni di CO2 dallo scarico, è possibile una riduzione di circa l’11% rispetto a un motore diesel.

L’equa densità energetica del DME in combinazione con i numerosi percorsi per la produzione sostenibile, l’elevata efficienza di conversione simile al diesel insieme alla possibilità di soddisfare normative sulle emissioni estremamente rigide con uno sforzo tecnico relativamente basso per la purificazione dei gas di scarico rendono il DME un carburante molto interessante per una serie di applicazioni in futuro.

Gli autori raccomandano pertanto che il DME venga considerato seriamente come un futuro carburante sostenibile per il settore dei veicoli pesanti su strada e fuoristrada. Il DME ha il potenziale tecnico, economico ed ecologico per integrare idealmente altri combustibili sostenibili come idrogeno, metanolo, metano o ammoniaca.

Durante gli esperimenti descritti in questo documento, non sono stati riscontrati problemi con la pompa DME lubrificata esternamente. Tuttavia, prima che questa tecnologia possa essere industrializzata, è necessario effettuare una valutazione approfondita della durabilità di tale pompa per tutta la durata di vita desiderata.

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