Allestimento canna cilindro-stantuffo di un MCI (AVL 530) per misure di temperatura. Il motore opera in un ampio campo di condizioni di funzionamento.
Cilinder liner and piston equipped for temperature measurement of a research engine (AVL 530). The engine runs in a wide range of operating conditions.
Campi termici a regime termico stabilizzato (canna-cilindro-stantuffo). La figura presenta lo stantuffo in due posizioni lungo la canna del cilindro: il modello considera il moto dello stantuffo e le interazioni termiche sulle superfici di contatto.
Thermal fields at thermally stabilized conditions (cylinder liner - piston). The figure shows two position of the piston in the cylinder liner: the model considers the movement of the piston and its thermal interactions with the surfaces in contact.
LO STUDIO DELLO SCAMBIO TERMICO NEI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA ALTERNATIVI (MCI).
Lo scambio termico tra il gas e pareti nei MCI condiziona, come noto, numerosi fondamentali processi tra i quali la conversione dell'energia termica (primaria) in energia meccanica, lo stato di sollecitazione termomeccanico dei componenti, la lubrificazione delle superfici in contatto di strisciamento, l'affidabilità dei componenti, ecc.
La ricerca presso il Dipartimento di Energetica è relativa ad aspetti che interessano attività teoriche e sperimentali. Per le prime, lo studio in corso riguarda:
a) l'impostazione del processo di scambio termico globale (convettivo e radiante) tra gas e pareti in forma non stazionaria. Rispetto alle correlazioni quasi-stazionarie disponibili in letteratura ciò consente una determinazione più accurata dei campi di flusso termico e di temperatura sulle superfici dei componenti affacciati ai gas;
b) l'elaborazione di un modello di previsione delle temperature (periodicamente variabili) dei componenti in esame che considera le modalità di scambio termico alle superfici, il moto alterno dello stantuffo, le interazioni termiche sulle superfici tra cilindro e stantuffo termicamente accoppiate.
La parte sperimentale riguarda:
a) misura delle temperature stazionarie sui componenti fissi e mobili che delimitano la camera di combustione. Ciò è stato effettuato tramite termocoppie su componenti fissi (cilindro e testa) e termoresistenze sullo stantuffo. Per quest'ultimo componente la trasmissione del segnale di temperatura verso l'esterno avviene per via elettromagnetica tramite l'accoppiamento periodico (al punto morto inferiore) di due circuiti induttivi. La sperimentazione è stata condotta mediante un motore da ricerca (AVL 530) in un ampio campo operativo di funzionamento;
b) misura delle temperature non stazionarie sulle superfici affacciate ai gas sulla testa del motore: essa è stata effettuata tramite termocoppie a film sottile;
c) predisposizione della catena di misura delle temperature non stazionarie delle superfici dello stantuffo tramite un accoppiamento ottico senza contatto (sistema telemetrico a raggio infrarosso).
Quanto sopra è stato sviluppato nell'ambito del Progetto Finalizzato Trasporti II del CNR ed ha permesso l'interazione con realtà industriali e di ricerca che operano nel settore dei motori e dei combustibili.
HEAT TRANSFER PROCESSES IN RECIPROCATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES (ICE).
The heat transfer between gases and the walls of mechanical components facing it influences a number of phenomena that are characteristical of the behaviour of the ICE: the conversion of the primary energy into a mechanical form, the thermal stresses and strain fields of the mechanical components, the lubrication of the surfaces, the damages on the surfaces of the components due to wear and to the cyclic thermal fatigue, the formation of some pollutants in regions close to the surfaces.
The modelling of heat transfer in ICE is quite complex and far from being satisfactory even though it has been extensively investigated in the past decades; the experimental approach to the measurement of the instantaneous varying temperatures and heat fluxes is, also, quite difficult due to the severe measurement environment.
The research under development at the Dipartimento di Energetica involves theoretical and experimental aspects. Regarding the prior, there has been developed:
a) an approach to the overall heat transfer process in a truer unsteady form, using identification theory procedures: this allows for stricter evaluation of the time-varying thermal and heat fluxes fields on the surfaces facing gases;
b) a procedure to calculate the unsteady thermal fields (periodically stabilized) inside the components which considers the relative motion between the piston and cylinder and their thermal interactions.
From an experimental point of view the research concerns:
a) the measurement of the steady temperatures inside the cylinder, the head using beaded thermocouples and inside the piston using NTC resistors. The engine was a one cylinder research type (AVL 530). An electromagneting coupling at BDC permitted the extraction of the temperatures from the piston;
b) the measurement of the unsteady temperatures on the surfaces of the head exposed to gases. This is done by means of thin film thermocouples;
c) the building up of the measurement chain of the unsteady temperatures from the surfaces of the piston using a telemetry optical system, transmitting in the infrared region.
The activity under development is contracted by CNR (National Research Council) under specific projects and also with national firms.