Descrizione della commessa "Motori ad accensione comandata alimentati con combustibili liquidi e gassosi, sistemi energetici elettrochimici e materiali nanostrutturati (ET.P02.002)"

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  • Descrizione della commessa "Motori ad accensione comandata alimentati con combustibili liquidi e gassosi, sistemi energetici elettrochimici e materiali nanostrutturati (ET.P02.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le ricerche effettuate contribuiscono alla messa a punto di sistemi di propulsione innovativi e in particolare motori di nuova generazione in grado di contenere i consumi nel rispetto delle più stringenti normative riguardanti le emissioni. Le conoscenze e le indicazioni prodotte potranno essere di supporto allo sviluppo di soluzioni ottimali sotto il profilo sia ecologico che energetico e quindi orientare la scelta verso mezzi di trasporto, che implementando le soluzioni individuate, comportino un minore impatto ambientale, soprattutto nelle aree urbane. Ciò consentirà di soddisfare la richiesta di mobilità e di produzione energia elettrica e termica distribuita con una minore esposizione delle persone ai rischi per la salute connessi ad un elevato tasso di inquinamento. Il know-how sulla sintesi di nanomateriali nelle applicazioni di sistemi energetici nonché nelle tematiche di heat transfer e sensor technology è parte dello sforzo già in atto da oltre una decade nei laboratori strategici dell'intero pianeta. (literal)
Strumentazione
  • Sono disponibili sale prova motori alimentati con combustibili convenzionali ed alternativi, liquidi e gassosi e sale per propulsori e sistemi cogenerativi basati su fuel cells nonché laboratori attrezzati: - per attività di indagine e diagnostica di processi chimico-fisici di combustione; - per la nucleazione in fase gassosa di cluster metallici; - per lo studio di materiali nanostrutturati. In particolare: - sale prova dinamiche con macchine asincrone da 250 kW (4000- 12000) e da 315 kW (2000- 3500 giri/min), (per prove con procedura ETC di motori heavy duty alimentati con combustibili gassosi) con banchi di analisi dei gas di scarico, sistema di acquisizione ed analisi del ciclo di pressione; - quattro sale prova motori per prove in stazionario con sistemi di acquisizione e processamento dei dati; - laboratorio per lo studio in condizioni controllate dei processi di base caratteristici dei motori a c.i, dotato di reattore ad alta pressione, sorgenti di luce laser e rivelatori a stato solido; - ambienti per stoccaggio e utilizzo di gas naturale compresso e miscele gas naturale idrogeno; -laboratorio di aerosol e nanostrutture, set-up di sintesi, prelievo e caratterizione (literal)
Tematiche di ricerca
  • - Controllo di attuatori elettromeccanici ed elettroidraulici delle valvole; - Sviluppo di strategie di controllo di motori ad accensione comandata, PFI/DI, simulazione numerica con codici 1D e 3D; - Messa a punto di sistemi di misura della corrente di ionizzazione per il controllo del knock e diagnostica della combustione; - Ottimizzazione di prestazioni ed emissioni di motori ad accensione comandata e dual fuel alimentati con GNC e miscele NG/H2; - Caratterizzazione dei meccanismi di combustione di H2 (puro o in miscela con CH4), in bomba, mediante diagnostica ottica; - Studi per lo sviluppo di piccoli motori 2T con basso consumo ed emissioni inquinanti e controllo carburazione con correnti di ionizzazione; - Assorbimento della CO2 da fumi di combustione mediante anidrasi carbonica; - Studio sperimentale di propulsori e sistemi cogenerativi basati su fuel cells e batterie innovative; - Produzione catalitica di H2 e suo accumulo su solidi adsorbenti ; - Nucleazione in fase gassosa di cluster metallici; materiali nanostrutturati per applicazioni energetiche; uso della radiazione di sincrotrone (SAXS e NEXFAS) per lo studio della crescita di nanomateriali carboniosi. (literal)
Competenze
  • - Meccanica, misure meccaniche, termiche e di termofluidodinamica, modellistica 1D/3D; - Formulazione di modelli dinamici di controllo e studio di componentistica per MCI; - Simulazione e progettazione di dispositivi elettromeccanici; - Gestione di prove su un banco ad alta dinamica light-duty ed heavy duty; - Procedure di prova secondo normative per rilievo di prestazioni ed emissioni; - Sviluppo di motori a gas (mono fuel, dual fuel) e a bio-combustibili; - Sviluppo di motori alimentati con miscele gas naturale idrogeno; - Tecniche di diagnostica ottica con elevata risoluzione spaziale e temporale per lo studio di processi di combustione in condizioni controllate. - Metodi di sintesi di nanomateriali metallici (gas-phase e CVD) e cluster carboniosi (combustion), tecniche di light scattering e di radiazione di sincrotrone, spettroscopia UV-VIS; - Dimensionamento di base e gestione di impianti chimici meccanici ed elettrici per lo studio dei processi di conversione e accumulo di energia nei sistemi di celle a combustibile; - Progettazione realizzazione e conduzione di prove cinetiche per la valutazione di proprietà chimico-fisiche di materiali per uso catalitico. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • I risultati delle attività di ricerca, sviluppata nell'ambito della Commessa, per quanto attiene lo sviluppo di motori alimentati a gas naturale, potranno essere utilizzati, sia dalle aziende produttrici di propulsori per autobus urbani e veicoli da trasporto in genere, assicurando la disponibilità di automezzi con bassissime emissioni e consumi, che direttamente dalle aziende di trasporto. Queste ultime possono contenere l'impatto ambientale e ridurre il consumo di combustibile convenzionale anche attuando trasformazioni degli automezzi attualmente in circolazione per il cambio di alimentazione, eventualmente i più vecchi. Lo sviluppo di sistemi VVA con controllo elettronico avanzato nonché di un sistema per il controllo della combustione in generale e della detonazione in particolare potrà essere utilizzato per la realizzazione di nuove motorizzazioni innovative caratterizzate da migliore efficienza e minori emissioni inquinanti con elevate potenze specifiche e basse emissioni di CO2. Possibili applicazioni dei nanomateriali nei sistemi integrati di produzione e gestione dei flussi energetici su piccola scala. (literal)
Tecnologie
  • Le tecnologie di intervento riguardano il motopropulsore in generale nei suoi componenti meccanici ed elettronici di controllo e nei materiali utilizzati per alcuni specifici componenti. In particolare: - progettazione e modifica del sistema di combustione, del sistema di alimentazione e del sistema di trattamento dei gas di scarico; - progettazione e modifica di strategie di controllo e ottimizzazione del sistema di controllo del motopropulsore; - elaborazione di procedure operative e schemi di diagnostica ottica realizzati ad-hoc, in funzione degli obiettivi e delle esigenze sperimentali dell'attività di laboratorio. (literal)
Obiettivi
  • Gli obiettivi dell'attività della Commessa sono: - la realizzazione di sistemi flessibili di attuazione delle valvole di aspirazione e scarico per la implementazione della fasatura variabile sugli MCI per autotrazione con relativi tools di controllo di basso e alto livello; - la messa a punto di sensori innovativi utilizzabili nella diagnostica e nel controllo del processo di combustione dei MCI; - l'acquisizione delle conoscenze specifiche per lo sviluppo di motori, sia mono che dual-fuel,, a basso impatto ambientale ad elevata efficienza, alimentati con gas naturale o con miscele di gas naturale ed idrogeno nonchè con combustibili di derivazione biologica per l'ulteriore contenimento delle emissioni di CO2; - la generazione di dati caratteristici relativi alla combustione di idrogeno, metano e loro miscele, di fondamentale interesse per l'applicazione in motori a c. i. ; -la produzione e caratterizzazione di materiali nanostrutturati per applicazioni energetiche con particolare riferimento ai settori heat transfer e sensor technology; - lo sviluppo di sistemi di propulsione e di generazione stazionaria dell'energia innovativi. (literal)
Stato dell'arte
  • Per la sostenibiltà, propulsori con impatto ambientale sempre più contenuto nonchè con prestazioni sempre più elevate sono richiesti. Gli attuali motori SI con TWC, con fasatura fissa e iniezione nel collettore, pur rappresentando un'ottima soluzione, non offrono più margini per soddisfare le esigenze future. L'iniezione diretta e il VVA consentirebbero di implementare processi di combustione innovativi caratterizzati da migliore efficienza e minori emissioni inquinanti con elevate potenza specifiche. L'impiego di gas naturale o biogas assicurerebbe ulteriore contenimento dell'impatto ambientale (minore CO2, HC meno tossici). L'idrogeno, quale miglioratore delle caratteristiche di combustione con emissione nulla di CO2, potrebbe portare alla formulazione di combustibili ottimali specialmente in ambito urbano. La tecnologia dual fuel, particolarmente adatta ai motori a gas, può contribuire ulteriormente alla riduzione dell'impatto ambientale e della CO2. Ulteriori e consistenti miglioramenti potrebbero essere conseguiti con sistemi energetici innovativi basati sulla conversione elettrochimica soprattutto con l'impiego di materiali nanostrutturati per la produzione e l'accumulo. (literal)
Tecniche di indagine
  • Esecuzione di prove motoristiche, sia in stazionario che in transitorio, secondo procedure normalizzate e non e successiva valutazione dei risultati sperimentali sulla base di confronti con le prescrizioni delle normative nazionale ed internazionale o con risultati accreditati dalla bibliografia specifica sull'argomento o con risultati relativi a soluzioni prese come termine di paragone. Misura dell'evoluzione della pressione e di altre grandezze in camera di combustione. Analisi termodinamica del ciclo di pressione mediante codici di calcolo zero, mono e pluridimensionali, attraverso software orientati alla simulazione dei processi che avvengono nel ciclo di funzionamento del motore, con validazione basata sulla sperimentazione su banco prova. Analisi su scala di laboratorio dei processi fondamentali dei motori a c.i., in maniera controllata e ripetibile. Applicazione di tecniche di diagnostica ottica non intrusiva (shadowgrafia, fluorescenza di radicali OH e/o CH). Sintesi in fase gassosa di nanomateriali e caratterizzazione con metodi convenzionali (SEM, TEM, UV-VIS, EDX, XRD, DRIFTS) e Radiazione di Sincrotrone (SAXS, NEXAFS). (literal)
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