Spontaneous Cdc42 polarization independent of GDI-mediated extraction and actin-based trafficking.

The small Rho-family GTPase Cdc42 is critical for cell polarization and polarizes spontaneously in absence of upstream spatial cues. Spontaneous polarization is thought to require dynamic Cdc42 recycling through Guanine nucleotide Dissociation Inhibitor (GDI)-mediated membrane extraction and vesicle trafficking. Here, we describe a functional fluorescent Cdc42 allele in fission yeast, which demonstrates Cdc42 dynamics and polarization independent of these pathways. Furthermore, an engineered Cdc42 allele targeted to the membrane independently of these recycling pathways by an amphipathic helix is viable and polarizes spontaneously to multiple sites in fission and budding yeasts. We show that Cdc42 is highly mobile at the membrane and accumulates at sites of activity, where it displays slower mobility. By contrast, a near-immobile transmembrane domain-containing Cdc42 allele supports viability and polarized activity, but does not accumulate at sites of activity. We propose that Cdc42 activation, enhanced by positive feedback, leads to its local accumulation by capture of fast-diffusing inactive molecules.

Analisi termofluidodinamica per lo sviluppo di motori GDI turbo di ultima generazione

Valutazione dei principali parametri motoristi per incrementare l'efficienza di un motore GDI turbo di ultima generazione al fine di rispettare le normative anti-inquinamento.

Simulazioni multifase del flusso di iniettori per applicazioni a motori gdi

Questo lavoro si concentra sullo studio fluidodinamico del flusso multifase cavitante di un iniettore per applicazioni a motori ad iniezione diretta (GDI). L’analisi è stata svolta tramite l’uso del software CFD (Computational Fluid Dynamics) Star-CCM+^® sviluppato da CD-ADAPCO. L’obiettivo di questo studio è investigare i motivi che portano ad un diverso comportamento tra i rilievi della prova sperimentale di caratterizzazione dell’iniettore e quanto atteso dai valori nominali dettati dalla specifica dell’iniettore, con particolare riferimento alla distribuzione di portata fra i diversi ugelli. Il presente lavoro fa parte di una coppia di elaborati collegati tra loro e, pertanto, ha inoltre lo scopo di fornire dati utili allo sviluppo dell’altro tema di analisi mirato alla individuazione di parametri di qualità della miscela aria-combustibile non reagente utili alla previsione della formazione del particolato prodotto dalla combustione di un motore GDI. L’elaborato, costituito di 5 capitoli, è strutturato secondo lo schema sottostante. Nel capitolo 1 vengono presentate le motivazioni che lo hanno avviato e viene esposto lo stato dell’arte della tecnologia GDI. Il capitolo 2 è a sfondo teorico: in esso vengono riportati i fondamenti del processo di cavitazione nella prima parte e i modelli numerici utilizzati nell’analisi nella seconda. Il capitolo 3 descrive la modellazione e successiva validazione dei modelli tramite confronto con il test case ‘Comprensive hydraulic and flow field documentation in model throttle experiments under cavitation conditions’ (E. Winklhofer, 2001). Nella scelta dei modelli e dei parametri relativi, l’analisi si è basata su precedenti lavori trovati in letteratura. Successivamente è stato svolto uno studio di sensibilità per valutare la stabilità della soluzione a piccole variazioni nei valori dei parametri. La scelta dei parametri modellistici nel caso di interesse, l’iniettore multihole, si è basata inizialmente sui valori ‘ottimali’ ottenuti nel test case ed è l’argomento del capitolo 4. All’interno del capitolo si parla inoltre dell’analisi di sensibilità successiva, svolta con lo scopo di comprendere i motivi che portano allo sbilanciamento tra fori corrispondenti e al maggiore sviluppo del getto centrale rispetto agli altri. Nel capitolo 5 dopo un breve riepilogo dei punti fondamentali trattati nello svolgimento dell’elaborato, si tirano le conclusioni sull’analisi e si espongono gli sviluppi futuri.

Modellazione e verifica sperimentale delle dinamiche di aspirazione di un motore turbo GDI

Obiettivo di questo elaborato è quello di provvedere alla elaborazione dei dati geometrici necessari alla modellazione dei condotti di aspirazione e scarico di un motore 4 cilindri turbo benzina ad iniezione diretta (GDI) disponibile a banco prove. I dati sperimentali raccolti sono stati elaborati e sintetizzati, con lo scopo di fare avvicinare il più possibile le caratteristiche del modello a quelle del sistema a banco (cercando dunque di rendere il modello il più veritiero possibile). In primo luogo, saranno descritte le principali caratteristiche dei motori a combustione interna, con particolare enfasi rivolta ai componenti ed ai processi che caratterizzano i motori turbo GDI. In un secondo momento, sarà descritto come si è proceduto nella raccolta dei dati necessari alla modellazione e nell’elaborazione degli stessi. Il software cui l’elaborazione dei dati necessari alla modellazione è stata rivolta è GT-Suite, prodotto da Gamma Technologies e largamente utilizzato dalla maggior parte delle aziende del settore automotive.

Numerical assessment of the water injection application to GDI engines

A possible future scenario for the water injection (WI) application has been explored as an advanced strategy for modern GDI engines. The aim is to verify whether the PWI (Port Water Injection) and DWI (Direct Water Injection) architectures can replace current fuel enrichment strategies to limit turbine inlet temperatures (TiT) and knock engine attitude. In this way, it might be possible to extend the stoichiometric mixture condition over the entire engine map, meeting possible future restrictions in the use of AES (Auxiliary Emission Strategies) and future emission limitations. The research was first addressed through a comprehensive assessment of the state-of-the-art of the technology and the main effects of the chemical-physical water properties. Then, detailed chemical kinetics simulations were performed in order to compute the effects of WI on combustion development and auto-ignition. The latter represents an important methodology step for accurate numerical combustion simulations. The water injection was then analysed in detail for a PWI system, through an experimental campaign for macroscopic and microscopic injector characterization inside a test chamber. The collected data were used to perform a numerical validation of the spray models, obtaining an excellent matching in terms of particle size and droplet velocity distributions. Finally, a wide range of three-dimensional CFD simulations of a virtual high-bmep engine were realized and compared, exploring also different engine designs and water/fuel injection strategies under non-reacting and reacting flow conditions. According to the latter, it was found that thanks to the introduction of water, for both PWI and DWI systems, it could be possible to obtain an increase of the target performance and an optimization of the bsfc (Break Specific Fuel Consumption), lowering the engine knock risk at the same time, while the TiT target has been achieved hardly only for one DWI configuration.

Analisi degli effetti dell’iniezione d’acqua mediante simulazione CFD in un motore GDI ad alta potenza specifica

Negli ultimi anni il panorama evolutivo delle normative omologative ha dettato una severa evoluzione dei limiti sulla concentrazione degli inquinanti gassosi allo scarico, inclusa la CO2 per ragioni legate all'effetto serra ed al contenimento dei consumi di fonti energetiche non rinnovabili. L'obiettivo di sviluppo dei nuovi motori a combustione interna è principalmente rivolto all'incremento dell'efficienza di conversione limitato da fenomeni di combustione anomala quali la detonazione. Per superare tale limite è necessario individuare nuove soluzioni che riducano il rischio di detonazione all'aumentare della potenza specifica del motore tra cui trova interesse l'iniezione d'acqua in fase liquida perché l'elevato calore latente di vaporizzazione può fornire il raffreddamento della miscela desiderato. Il progetto sviluppato in questa tesi consiste nella valutazione degli effetti dell'iniezione d'acqua in un motore ad accensione comandata ad alta potenza specifica al fine di analizzarne gli effetti termo-fluidodinamici e valutarne i possibili benefici e svantaggi. La metodica di ricerca è stata di tipo numerico tramite l'adozione della simulazione CFD tridimensionale. Dopo una valutazione preliminare dei tempi caratteristici evaporativi e del rischio di saturazione, lo sviluppo di questa tesi si è articolato in un confronto tra le due soluzioni tecnologiche disponibili, iniezione d'acqua diretta e indiretta, analizzando l'influenza dell'iniezione d'acqua sulle grandezze motoristiche di maggiore interesse, quali titolo della miscela, intensità di turbolenza e temperatura, la cui ottimizzazione e il cui controllo sono fondamentali per il raggiungimento della massima efficienza di un motore ad accensione comandata e per superare il limite della detonazione.

Studio numerico dell’effetto dell’iniezione d’acqua sul rischio di detonazione di motori GDI ad alta potenza specifica

Nel contesto motoristico odierno, in cui le normative sulle emissioni sono sempre più stringenti, il costo dei carburanti è in costante rialzo e il diffondersi della consapevolezza che l’inquinamento prodotto dall’uomo ha alterato irreversibilmente il delicato equilibrio climatico, ha spinto i legislatori verso l’introduzione di norme sempre più stringenti per quanto riguarda le emissioni massime consentite ai motori ad accensione comandata. Questo ha portato alla ricerca di strategie che permettessero di proporre motori più efficienti mantenendo al contempo elevati livelli prestazionali. Il presente lavoro ha voluto meglio delineare le potenzialità e criticità di un sistema di iniezione d’acqua diretto studiandone gli effetti sul ciclo medio di combustione di un motore GDI ad alta potenza specifica alimentato con miscela stechiometrica. La metodica di ricerca è stata di tipo numerico tramite l’adozione di simulazioni CFD tridimensionali. Dopo una prima fase di studio per determinare la miglior combinazione di timing e pressione di iniezione in grado di portare i migliori benefici sotto l’aspetto termo-fluidodinamico nel motore in esame, si è analizzata la fase di combustione, realizzata con diversi anticipi e per quantitativi variabili d’acqua iniettata, procedendo poi al confronto con i risultati di combustione in condizioni di miscela ricca e assenza di acqua, rappresentativa delle condizioni di funzionamento attuali, al fine di individuare la minima massa d’acqua necessaria all’ottenimento delle medesime prestazioni. Si è proceduto poi a ricercare la massima prestazione tramite l’adozione di elevate pressioni d'iniezione, tali da permettere l’impiego di consistenti masse d’acqua. Infine, si sono indagati gli effetti dell’iniezione d’acqua al crescere del rapporto di compressione.

Valutazione delle potenzialità dell'iniezione d'acqua nei motori GDI di ultima generazione

L'industria automobilistica sta assistendo ad un importante cambiamento verso motorizzazioni con cilindrata unitaria minore, turbocompressi, e con iniezione diretta in camera, a causa delle normative sempre più stringenti sull'emissione di inquinanti allo scarico, inclusa la CO2 per ragioni legate all'effetto serra ed al contenimento dei consumi di fonti energetiche non rinnovabili. I motori turbocompressi lavorano con una pressione media effettiva maggiore, con conseguenti maggiori pressioni e temperature in camera, che di fatto aumentano il rischio di insorgenza di eventi di combustione anomale come pre-accensione e detonazione. Questo porta ad utilizzare il motore con angoli sub-ottimali di anticipo di accensione e con arricchimento della miscela per diminuire le temperature dei gas in ingresso alla turbina. Queste strategie non sono più compatibili con le nuove regolamentazioni, in quanto superano i limiti imposti di emissioni e consumo specifico in cicli reali di utilizzo su strada. Tra le varie possibili soluzioni, l'iniezione d'acqua è una tecnologia già conosciuta, che permette un controllo della tendenza alla detonazione. Il principio consiste nella riduzione della temperatura della carica grazie all'elevato calore latente di vaporizzazione della massa d'acqua iniettata. In questo lavoro sono stati valutati entrambi i layout di iniezione d'acqua, nel condotto e in camera di combustione, in due punti motore: massima potenza e massima coppia. La metodica di ricerca è stata di tipo numerico tramite l'utilizzo di simulazioni tridimensionali CFD a partire da una metodologia basata su modelli fisici solidamente validati. Il software commerciale utilizzato è stato AVL FIRE, che permette di manipolare in modo agevole i risultati sia al suo interno, sia tramite ambienti di calcolo esterno.

Studio dell'effetto dell'iniezione di acqua diretta in motori GDI mediante simulazioni CFD

L’introduzione di normative antinquinamento sempre più stringenti ha costretto le case automobilistiche a progettare motori sempre più efficienti e puliti, sviluppando propulsori downsized sovralimentati sottoposti a notevoli sollecitazioni termomeccaniche. L’iniezione di acqua è una tecnologia innovativa che sfrutta il calore latente di evaporazione dell’acqua per raffreddare la carica, allontanando il rischio di detonazione nei motori ad accensione comandata. Essa punta a sostituire l’attuale arricchimento della miscela nei punti di funzionamento critici, in modo da diminuire i consumi di carburante e contenere le emissioni di CO, sottoposte nel prossimo futuro a limitazioni più stringenti nei cicli di omologazione RDE. Il presente lavoro di tesi ha voluto indagare, tramite simulazioni CFD, gli effetti dell’iniezione diretta di acqua su un motore GDI sovralimentato, modellato virtualmente. Le simulazioni hanno coinvolto dapprima le fasi di aspirazione e compressione, valutando l’effetto di raffreddamento sulla carica, la dinamica di evaporazione dell’acqua immessa e l’interazione sia con la dinamica dell’aria all’interno del cilindro, sia con la miscelazione aria-combustibile. Presi come riferimento i casi con λ1 e λ0,75 senz’acqua, l’analisi è iniziata quindi valutando quale fosse la fasatura di iniezione ottimale ed è proseguita analizzando gli effetti di due sistemi di iniezione a 50 bar e 150 bar al variare della quantità di acqua immessa. Una volta trovati i casi migliori nelle due configurazioni, si è proceduto a simulare la combustione, verificando che i benefici ottenuti fossero sfruttati in questa importante fase. Il raffreddamento della miscela permette di aumentare gli anticipi di accensione e quindi avere sia un maggior margine alla detonazione, sia un aumento di lavoro indicato. L’acqua però, comportandosi da inerte, inibisce la propagazione della fiamma, generando combustioni molto lunghe, che influiscono negativamente sulle temperature di scarico.

Sviluppo di un modello matematico per il controllo della massa iniettata da un iniettore GDI benzina ad alta pressione

Una delle principali sfide odierne è la volontà di ridurre l’impatto ambientale, causato dalle attività umane, riducendo le emissioni inquinanti. Per questo motivo, negli ultimi anni, i requisiti di omologazione dei motori a combustione interna sono diventati sempre più selettivi, evidenziando la necessità di utilizzare nuove e più avanzate tecnologie. Tra le possibili alternative, le nuove tecnologie che forniscono i risultati più promettenti sono le cosiddette Low Temperature Combustions (LTC). Una di esse è la Gasoline Compression Ignition (GCI) che è caratterizzata da una combustione mediante il processo di auto-accensione di un carburante tipo benzina ed è in grado di ottenere un’elevata efficienza con ridotte emissioni inquinanti. Per poter controllare correttamente una combustione GCI, è necessario realizzare un pattern di iniezioni consecutive al fine di raggiungere le condizioni termodinamiche nel cilindro per garantire l’auto-accensione della benzina. I principali problemi dovuti alla realizzazione di un’iniezione multipla sono la generazione di onde di alta pressione nel condotto di iniezione e, nel caso di iniettori Gasoline Direct Injection (GDI) solenoidali, la magnetizzazione residua dei coil dello stesso. Sia le onde di pressione che la magnetizzazione residua comportano una variazione di massa iniettata rispetto al valore previsto. In questo elaborato è presentato un modello matematico realizzato per compensare le variazioni di massa che avvengono durante un pattern di due iniezioni consecutive in un iniettore GDI benzina ad alta pressione. Con tale modello, è possibile correggere i parametri che caratterizzano le iniezioni per introdurre il quantitativo desiderato di benzina indipendentemente dal pattern selezionato.

Gender inequality, poverty and human development in Kenya: Main indicators, trends and limitations

Indicators of gender inequality, poverty and human development in Kenya are examined. Significant and rising incidence of absolute poverty occurs in Kenya and women are more likely to be in poverty than men. Female/male ratios in Kenyan decision-making institutions are highly skewed against women and they experience unfavourable enrolment ratios in primary, secondary and tertiary institutions. The share of income earned by women is much lower than men's share. General Kenyan indicators highlight declining GDP per capita, increased poverty rates especially for women, reduced life expectancy, a narrowing of the difference in female/male life expectancy rates, increased child mortality rates and an increase in the female child mortality rates. This deterioration results in an increased socio-economic burden on women, not adequately captured in the HPI, HDI, GDI and GEM. This paper advocates the use of household level gender disaggregated data because much gender inequality occurs in and emanates from the household level where culture plays a very important role in allocation of resources and decision-making. Because most human development indicators are aggregates or averages, they can be misleading. They need to be supplemented by distributional and disaggregated data as demonstrated in the Kenyan case. The importance is emphasised of studying coping mechanisms of household/families for dealing with economic hardship and other misfortunes, such AIDS.

A critical note on UNDP's gender inequality indices

This paper analyses the different indices applied for the measurement of human development as constructed by the United Nations Development Program. Of special interest is the Gender Development Index (GDI), introduced in the 1995 Human Development Report and the Gender Empowerment Measure (GEM). In light of the mate bias in the Indian socioeconomic context, the application of the GDI and GEM acquires special significance. A critical appraisal of their theoretical base and their application has been undertaken in this paper. The conclusion is that GDI and GEM. although praise-worthy achievements on the part of the UNDP, do not adequately reflect or measure male/female disparity in the Indian context. Both indices suffer from the weakness of employing a pre-assigned value of the Gender Sensitive Equity Indicator. They also exhibit several other shortcomings, outlined here. GDI is a poor indicator of the relative deprivation of females as shown by our analysis of the relationship between the GDI and the female/male ratio for 16 Indian core states.

Sequential analysis of trans-SNARE formation in intracellular membrane fusion.

SNARE complexes are required for membrane fusion in the endomembrane system. They contain coiled-coil bundles of four helices, three (Q(a), Q(b), and Q(c)) from target (t)-SNAREs and one (R) from the vesicular (v)-SNARE. NSF/Sec18 disrupts these cis-SNARE complexes, allowing reassembly of their subunits into trans-SNARE complexes and subsequent fusion. Studying these reactions in native yeast vacuoles, we found that NSF/Sec18 activates the vacuolar cis-SNARE complex by selectively displacing the vacuolar Q(a) SNARE, leaving behind a Q(bc)R subcomplex. This subcomplex serves as an acceptor for a Q(a) SNARE from the opposite membrane, leading to Q(a)-Q(bc)R trans-complexes. Activity tests of vacuoles with diagnostic distributions of inactivating mutations over the two fusion partners confirm that this distribution accounts for a major share of the fusion activity. The persistence of the Q(bc)R cis-complex and the formation of the Q(a)-Q(bc)R trans-complex are both sensitive to the Rab-GTPase inhibitor, GDI, and to mutations in the vacuolar tether complex, HOPS (HOmotypic fusion and vacuolar Protein Sorting complex). This suggests that the vacuolar Rab-GTPase, Ypt7, and HOPS restrict cis-SNARE disassembly and thereby bias trans-SNARE assembly into a preferred topology.

Carboxyl terminus structural requirements for glycosyl-phosphatidylinositol anchor addition to cell surface proteins.

Glycosyl phosphatidylinositol (GPI)-anchored proteins contain in their COOH-terminal region a peptide segment that is thought to direct glycolipid addition. This signal has been shown to require a pair of small amino acids positioned 10-12 residues upstream of an hydrophobic C-terminal domain. We analysed the contribution of the region separating the anchor acceptor site and the C-terminal hydrophobic segment by introducing amino acid deletions and substitutions in the spacer element of the GPI-anchored Thy-1 glycoprotein. Deletions of 7 amino acids in this region, as well as the introduction of 2 charged residues, prevented the glycolipid addition to Thy-1, suggesting that the length and the primary sequence of the spacer domain are important determinants in the signal directing GPI anchor transfer onto a newly synthesized polypeptide. Furthermore, we tested these rules by creating a truncated form of the normally transmembranous Herpes simplex virus I glycoprotein D (gDI) and demonstrating that when its C-terminal region displays all the features of a GPI-anchored protein, it is able to direct glycolipid addition onto another cell surface molecule.