Simulazione ed analisi della combustione HPLI in motori Diesel con codici tridimensionali

INTRODUZIONE I motori a combustione interna hanno subito negli anni una notevole evoluzione dal punto di vista tecnologico. I motori Diesel, in particolare, hanno mostrato uno sviluppo molto ampio grazie alla tecnologia Common Rail ad iniezione diretta introdotta nell’anno 1997. A partire da allora, il volume di vendite delle vetture con motorizzazione Diesel è costantemente incrementato nel tempo, fino a raggiungere una penetrazione del 50% nel mercato occidentale dell’auto. Tale successo è stato reso possibile da tre fattori, che costituiscono il “vantaggio” dei motori Diesel rispetto ai propulsori ad accensione comandata: minor consumo di combustibile, maggiore piacevolezza di guida ottenuta grazie alla sovralimentazione (ormai generalizzata), confort vibro-acustico migliorato simile a quello dei motori a benzina. Tali vantaggi sono stati ottenuti attraverso una costante attività di ricerca e sviluppo condotta dai tecnici motoristi. Gli studi sulle nuove evoluzioni dei motori Diesel, tuttavia, non sono certo ultimati. Le nuove normative europee anti-inquinamento EURO 5 ed EURO 6 impongono limiti stringenti al quantitativo di sostanze inquinanti che i motori Diesel dei prossimi anni potranno emettere. La tendenza verso una normativa “fuel neutral” richiede una sostanziale riduzione degli ossidi di azoto e del particolato prodotti dai motori Diesel. Tali risultati possono essere ottenuti soltanto agendo sul processo di combustione e sui gas di scarico, mediante opportuni sistemi di post-trattamento. Le tecnologie abilitanti al rispetto dei limiti imposti dalla normativa EURO 5 si focalizzano sull’utilizzo della “trappola del particolato” (Diesel Particulate Filter, DPF) per il motore Diesel, la quale consente un notevole decremento della quantità di particolato emessa allo scarico di una vettura. La riduzione del rapporto di compressione volumetrico, l’utilizzo di Exhaust Gas Recirculation (EGR) esterni in configurazione long-route e l’applicazione di sistemi di variazione della fasatura delle valvole, consentono inoltre di limitare il quantitativo di ossidi di azoto prodotti. Le soluzioni menzionate, attualmente, sono ritenute inadatte al raggiungimento dei limiti imposti dalla normativa EURO 6, la quale nel 2014 richiederà una netta diminuzione degli ossidi di azoto prodotti da un motore Diesel. Tale riduzione può essere ottenuta mediante sistemi di post-trattamento dei gas di scarico (catalizzatori De-