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I depositi della camera di combustione si trovano praticamente in tutti i motori a combustione interna dopo poche centinaia di ore di funzionamento. I depositi si formano sulle superfici del cilindro, del pistone e della testa che sono in contatto con la miscela aria-carburante durante il ciclo del motore. Gli effetti dei depositi includono l’aumento delle emissioni di NOx del motore, l’aumento dei requisiti di ottano e i cambiamenti nella velocità della fiamma e nell’efficienza termica. Viene sviluppata una struttura per esaminare i processi fisici e chimici che contribuiscono alla formazione di depositi nella camera di combustione. In primo luogo, un’ipotesi per il meccanismo generale di formazione dei depositi è sviluppata da una revisione del lavoro precedente su questo tema. Le caratteristiche chiave di questo meccanismo sono la formazione di specie precursori dei depositi dal carburante e dall’aria quando la fiamma si spegne sulla parete del motore, il trasporto diffusivo e convettivo di queste specie alla parete e la condensazione o l’adsorbimento sulla superficie della parete. Il sistema sperimentale e la metodologia sviluppati in questo lavoro hanno lo scopo di fornire informazioni sulle interazioni tra questi processi, e in particolare di studiare i meccanismi chimici che contribuiscono alla formazione delle specie precursori dei depositi. Un bruciatore a fiamma piatta raffreddato a bassa pressione è usato per produrre fiamme stazionarie di propano-aria drogate con toluene, una specie nota per la formazione di depositi.

(cont.) I profili delle concentrazioni e della temperatura sono misurati usando tecniche di spettroscopia infrarossa e di gascromatografia. Insieme agli esperimenti, viene sviluppato un modello numerico unidimensionale, in grado di simulare l’estinzione della fiamma con deposizione su una gamma di condizioni che si estende dalla bassa pressione, dagli esperimenti con bruciatore a stato stazionario alle condizioni del motore ad alta pressione e transitorio rapido, usando meccanismi chimici di formazione dei precursori che possono essere determinati sperimentalmente. La modellazione della deposizione con meccanismi chimici semplificati rivela che la deposizione per condensazione può riprodurre le tendenze osservate negli esperimenti di altri ricercatori; tuttavia, l’adsorbimento potrebbe ancora essere un fattore che contribuisce. Le osservazioni sperimentali di fiamme drogate con toluene mostrano la formazione di composti ossigenati come benzaldeide e benzofurano, che sono probabili candidati precursori del deposito. La metodologia sviluppata in questa tesi è promettente per determinare le identità dei precursori dei depositi e i meccanismi di formazione di importanti componenti del combustibile, e per chiarire il ruolo dei processi in fase gassosa nella formazione dei depositi della camera di combustione.

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