Calibrazione e validazione di un modello di combustione predittivo per un'applicazione "Heavy-Duty". = Calibration and Validation of a Predictive Combustion Model for a Heavy-Duty Diesel Engines.

Lo scopo principale di questa tesi è quello di calibrare e validare un modello di combustione predittivo, grazie all'utilizzo del codice di simulazione numerica GT-Power, sviluppato dalla Gamma Technologies. Oggi, l'incremento del prezzo del combustibile e le sempre più stringenti normative antinquinamento, hanno posto in essere una grande domanda nello sviluppo di nuovi motori con elevate efficienze e basse emissioni. Questo ha portato allo sviluppo di diverse soluzioni tecnologiche in modo da rispettare gli standard di emissione e per ottimizzare il più possibile l'utilizzo dei motori a combustione interna per il trasporto su strada. Per questo motivo, la necessità di avere un veloce e affidabile modello di combustione predittivo sta diventando sempre più importante, poiché per rispettare i limiti emissivi introdotti dalla normativa, è necessario effettuare un’ottimizzazione del processo di combustione con molteplici gradi di libertà. Considerando questi problemi, le simulazioni numeriche, in particolare quelle monodimensionali, hanno avuto un ruolo chiave negli ultimi anni per ridurre il tempo necessario allo sviluppo di queste nuove tecnologie. Il motore che è stato selezionato per quest'analisi è un Diesel Euro VI, sovralimentato con una turbina TwinScroll con WestGate. Il set di dati sperimentali utilizzato include 191 punti operativi del motore. La procedura di calibrazione del modello, inizia con una preliminare validazione del modello motore dettagliato, utilizzando un modello di combustione non predittivo, nel quale le traccia di pressione nel cilindro vengono utilizzate come input per il calcolo del burn-rate. A questo scopo, la metodologia di calcolo nota come "CPOA" è stata utilizzata. Dopo che il modello motore dettagliato è stato validato imponendo al suo interno i burn-rate calcolati a partire dai cicli di pressione, la calibrazione del DIPulse è stata avviata. Per la calibrazione del modello di combustione predittivo, sono stati utilizzati un totale di 32 punti operativi, 24 dei quali a carico parziale e 8 in pieno carico. Come per il modello di combustione non predittivo, un modello mono-cilindro, è stato inizialmente utilizzato per calibrare adeguatamente il DiPulse, variando i suoi parametri di calibrazione in modo da predire correttamente il processo di combustione sotto esame. Per ottenere un singolo set di valori costanti di coefficienti diverse procedure di calibrazione sono state valutate, utilizzando il tool di ottimizzazione Direct Optimizer, presente all’interno di GT-Power. Terminata la calibrazione, il modello DIPulse stato inserito all’interno del modello motore dettagliato per la predizione dei burn rate e di tutti gli altri parametri di performance del motore. Successivamente, è stato affiancato al modello di combustione un modello per il calcolo delle emissioni di NOx, basato sul meccanismo di Zeldovich, e disponibile all’interno della libreria di GT-Power. Concludendo e riassumendo i risultati ottenuti, il modello di combustione predittivo DIPulse è stato ampiamente impiegato durante questa attività come supporto alle operazioni di calibrazione del motore e per scopi legati alla selezione dell’hardware del motore stesso. In questo modo infatti, una sorta di banco di prova virtuale è stato ottenuto, nel quale gli effetti di diverse calibrazioni del motore possono essere analizzate con una significativa riduzione dei tempi necessari per queste fasi del progetto.