Simulazione della combustione in motori ad accensione comandata mediante modello frattale e valutazione della variabilità da cilindro a cilindro = Simulation of combustion in spark-ignition engines using a fractal model and assessment of cylinder-to-cylinder variability

Negli ultimi anni, le sempre più severe e stringenti normative sulle emissioni dei veicoli stanno portando ad ulteriori riduzioni delle formazioni di inquinanti e di risparmio di carburante. Come conseguenza, la ricerca e lo sviluppo sui motori gioca un ruolo fondamentale, sia in termini di tempo che di costi. Proprio per ridurli al minimo, stanno prendendo sempre più impiego gli strumenti di simulazione virtuale che consentono una calibrazione e uno sviluppo molto più rapido ed economico rispetto alle consuete attività di sperimentazione sul banco prova. La continua evoluzione della ricerca richiede uno sviluppo sempre più massiccio di modelli termodinamici che siano sempre più affidabili e in grado di simulare la reale combustione e, quindi, le principali prestazioni del motore. In quest'ottica, è fondamentale riuscire a creare un modello che sia di tipo predittivo, cioè che sia in grado di simulare più accuratamente possibile le differenze di performance al variare di alcuni parametri operativi. Il lavoro svolto in questa tesi è uno sviluppo, con successiva calibrazione e applicazione, di un modello di combustione basato su un approccio di tipo frattale, applicato a un motore PFI alimentato a metano. Questo modello era stato precedentemente implementato all'interno di un software 0D-1D CFD (GT-Suite, sviluppato dalla Gamma Technologies). Per prima cosa si è deciso di andare ad affinare le analisi precedentemente effettuate, cercando di replicare lo sbilanciamento di temperature presenti tra cilindri esterni ed interni. In questa parte è stata eseguita una analisi di primo principio della termodinamica, in modo da vedere quanta energia venga scambiata in ogni cilindro. Successivamente, si è andato a calibrare il modello su alcuni punti di funzionamento del motore, in modo da creare una regressione. In seguito, si è analizzato come il modello reagisce al di fuori dei punti di funzionamento calibrati, in modo da vedere quanto fosse accurata la predizione. Per analizzare questi punti, è stato necessario implementarli all'interno del software, in quanto erano disponibili solamente le misure sperimentali. Infine, si è studiata la variabilità da cilindro a cilindro nella fase di validazione. L'obiettivo finale è lo studio della variazione ciclica, sulla base della fluttuazione di alcuni parametri importanti della combustione.