Le sempre più stringenti normative sulle emissioni inquinanti dei motori e sulla riduzione dei consumi, sia in termini di ossidi di carbonio, ossidi di azoto, idrocarburi incombusti e particolato, sia di emissioni di gas serra, spingono verso lo studio sempre più avanzato dell’accoppiamento fra il sistema di iniezione del motore e il motore stesso.
In particolare, le recenti normative riguardanti i motori a benzina a iniezione diretta impongono una forte limitazione nell’emissione di particolato, mentre la necessità di una riduzione dei consumi porta ad un elevato downsizing del motore.
Un ruolo fondamentale nella ricerca delle migliori prestazioni è ricoperto dalla forma dello spray che si sviluppa nella camera di combustione. La definizione dello spray nel motore è detta spray targeting, il cui obiettivo è garantire la corretta formazione di una miscela omogenea o stratificata, a seconda delle modalità di gestione del motore, con elevata ripetibilità per tutto l’arco di funzionamento del motore, riducendo e controllando la generazione di film di combustibile sulle pareti della camera di combustione e garantendo un’elevata polverizzazione del getto.
La forma dello spray è fortemente influenzata dalle condizioni operative del motore e dai diversi parametri di controllo del sistema di iniezione, quali pressione di iniezione, inizio e durata dell’iniezione e quantità e distribuzione delle iniezioni nel singolo ciclo motore. L’interazione tra lo spray e i moti dell’aria nel cilindro e la modalità di evaporazione delle gocce (con la possibilità di flash-boiling) sono determinanti nella definizione del target dello spray.
L’iniettore viene progettato e realizzato per determinare la forma di spray obiettivo, che deve essere progettato assieme alla camera di combustione o adattato ad essa. Nelle prime fasi della progettazione l’uso esteso di software CAE per la progettazione assistita dal calcolatore permette, mediante simulazioni, di creare e ottimizzare lo spray pattern per il motore in progettazione: oltre ad accelerare il processo di progettazione, l’utilizzo di modelli di simulazione avanzati permette di analizzare fenomeni altrimenti difficilmente osservabili. La simulazione virtuale dell’intero motore, e in particolare quella tridimensionale della camera di combustione con lo spray, è poi affiancata dalla validazione sperimentale. La metodologia di spray targeting sviluppata permette di trovare la migliore soluzione per ogni tipologia di motore GDI (side-mounted o center-mounted, aspirato o compresso, ecc.).
