Caratterizzazione sperimentale di un motore Diesel heavy-duty alimentato con combustibili alternativi o dotato di sistema elettromagnetico after-market

Candidato: Ing. Rossella Provenzano
Relatore: Prof. Ing. Adolfo Senatore (Sperimentazione sulle macchine)
Corelatore: Ing. F. Larezza (CNR-Istituto Motori)
Dipartimento: DIME
Anno: Marzo 2003

Questo lavoro di tesi è il risultato di un’attività sperimentale svolta presso le sale prova del Cnr Istituto Motori di Napoli. Suo scopo è la valutazione dell’efficacia, rispetto alla riduzione di emissioni delle sostanze inquinanti allo scarico di un motore diesel heavy-duty, di un dispositivo elettromagnetico after-market e di due combustibili alternativi. In particolare il dispositivo, costituito da una scheda elettronica e da un’antenna a radiofrequenze, si propone di ottimizzare la combustione, generando frequenze vibratorie che riducano i macro-agglomerati di idrocarburi presenti nel combustibile. Il primo dei due combustibili alternativi in analisi è un’emulsione acqua/gasolio al 12% in peso, il secondo un biocombustibile costituito da una miscela biodiesel/gasolio al 25% in peso.
Il motore utilizzato per le suddette valutazioni, scelto in quanto rappresentativo del parco circolante di autobus nella città di Napoli in termini di tipologia ed ore di moto accumulate, non ha subito alcuna modifica nel corso della sperimentazione.

Tutte le prove sono state effettuate secondo il ciclo stazionario ESC (European Standard Cycle) previsto dalla direttiva 1999/96/CE del 13 dicembre 1999. Tale ciclo è costituito da tredici modi di funzionamento del motore, posto su banco dinamometrico: il primo modo a regime di minimo, seguito da otto modi a regime basso e medio con carichi differenziati e da quattro modi finali a regime elevato e carico variabile. I punti di prova vengono determinati sulla base delle curve caratteristiche di coppia e potenza del motore, tracciate di volta in volta sperimentalmente. La figura successiva riporta, come esempio, le curve ricavate alimentando il motore con gasolio commerciale, oltre ai sedici punti corrispondenti, rispettivamente, ai tredici modi del ciclo e ai tre punti (in rosso) richiesti dalla normativa per la verifica degli NOx.

Al termine di ciascuna prova sono stati ricavati i valori, espressi in g/kWh, delle emissioni specifiche delle specie inquinanti regolamentate (CO, HC, NOx, particolato) presenti allo scarico del motore e il valore del consumo specifico di combustibile. Nel caso dei due combustibili alternativi, emulsione e biocombustibile, è stata effettuata anche l’analisi delle specie non regolamentate, in particolare degli Idrocarburi Policiclici Aromatici e dei Composti Carbonilici.

L’insieme dei risultati ottenuti ci ha portati ad affermare, innanzitutto, che il dispositivo elettromagnetico non apporta alcun miglioramento alle prestazioni del motore, in termini di potenza erogata e di consumi; inoltre, esclusa una lieve diminuzione dell’emissione di NOx, i livelli delle altre specie inquinanti sono tutti aumentati.

Nel caso dell’emulsione, al contrario, la presenza dell’acqua ha portato effettivamente ad un abbassamento dei picchi di temperatura durante la fase di combustione e quindi a minori livelli di emissione di NOx. Alla stessa presenza dell’acqua, causa di una diminuzione del contenuto energetico del combustibile, è da attribuirsi, tuttavia, una certa perdita di potenza nonché un incremento dei consumi. Ciò spiega l’aumento verificatosi nei livelli di emissione degli idrocarburi incombusti, che si è ritrovata anche sottoforma di incremento della percentuale della frazione solubile del particolato.

Il biocombustibile non ha provocato alcuna perdita di potenza; ha, però, determinato un innalzamento dei livelli di emissione di tutte le specie regolamentate, ad esclusione della riduzione di circa il 13% degli HC, dovuta alla presenza dell’ossigeno.