Controllo Cycle-Resolved delle Emissioni nei Motori a Combustione Interna Mediante un Innovativo Sensore Ottico

PRIN 2005 Il programma di ricerca si propone di sviluppare un innovativo sistema per la misura cycle-resolved delle emissioni di NOx e CO nei motori a combustione interna e del relativo sistema di controllo. Attraverso la misura cycle-resolved delle emissioni nei gas di scarico si intende effettuare il controllo retroazionato e l’adeguamento in tempo reale dei parametri che regolano il processo di combustione, quali per esempio la pressione di iniezione, il numero delle iniezioni per ciclo ed il loro posizionamento, il livello di EGR, ecc., al fine di ottimizzare, anche in regime transitorio, il consumo di carburante e le emissioni. Grazie al monitoraggio on line delle emissioni sarà, inoltre, possibile compensare eventuali perdite di prestazioni dovute all’usura dei componenti installati. Il sistema che si intende sviluppare consiste di un elemento sensibile a base di nitruro di gallio e alluminio (Alx-Ga-Nx) in grado di rilevare la variazione dello spettro emesso da una sorgente luminosa al variare della concentrazione dei gas combusti, da una sorgente luminosa che emetta nella regione spettrale dell’UV e da un sistema di controllo motore in grado di sfruttare il segnale del sensore. Il principale problema che ha impedito l’uso di sensori ottici per la rilevazione delle emissioni in campo automobilistico è che essi tendono a sporcarsi a seguito della deposizione di particelle di carbonio e di altre sostanze organiche provenienti dal combustibile in uso e dagli oli necessari per la lubrificazione. Nell’ambito del presente progetto tale problema sarà risolto per la parte sensibile mediante l’uso di nitruri di gallio e alluminio che consentono la realizzazione di un sensore in grado di lavorare ad una temperatura di esercizio superiore a quella di ossidazione del carbonio e delle altre sostanze organiche presenti nei gas di scarico impedendo così lo sporcamento del sensore stesso. Invece, per evitare lo sporcamento della sorgente luminosa si utilizzerà come sorgente UV un arco voltaico che verrà fatto scoccare fra due elettrodi opportunamente posizionati rispetto al sensore. Per il sensore e la sorgente luminosa, verrà, quindi, studiato un opportuno packaging che ne consenta la facile installazione nei condotti di scarico di un motore alternativo ed un rapido collegamento con la parte di controllo e acquisizione del segnale. Infine, con questo progetto si svilupperà un sistema di controllo motore in grado di utilizzare il segnale del sensore per effettuare un controllo cycle-resolved del motore.