Simulazione delle prestazioni di un motore a combustione interna al variare della geometria del sistema di scarico = Simulation of internal combustion engine performances by varying the exhaust system geometry

Il presente lavoro di tesi, svolto presso Termignoni S.p.A, con la collaborazione con BSim Engineering, ha avuto come obiettivo lo studio delle prestazioni di un motore a combustione interna per applicazioni motociclistiche al variare della geometria dell'impianto di scarico, mediante simulazioni dell'intero sistema attraverso il software di calcolo Simcenter Amesim. Termignoni S.p.A è un'azienda che progetta e produce impianti di scarico per motocicli ad utilizzo stradale ed agonistico, lavorando indipendentemente dalla casa costruttrice del motociclo e del motore. Il software di calcolo utilizzato per svolgere il lavoro ed il relativo supporto è stato fornito da BSim Engineering. Gli impianti di scarico prodotti da Termignoni sono progettati principalmente per l'incremento delle prestazioni del motore, oltre a dover rispettare dei canoni estetici e le normative riguardanti acustica ed emissioni di inquinanti. Per testare le prestazioni del motore col relativo impianto di scarico si eseguono delle prove su banco dinamometrico a rulli. Pertanto, lo scopo del lavoro è stato quello di cercare di sviluppare un modello virtuale del sistema motore - impianto di scarico per cercare di ridurre i tempi di prototipazione relativi alla fase di ottimizzazione delle prestazioni eseguiti al banco prova. La criticità principale è stata quella di avere avuto a disposizione pochi dati relativi al motore ed al suo funzionamento interno poiché l'azienda lavora indipendentemente dalla casa costruttrice del motore. Il rilievo di tali dati richiederebbe dei costi elevati che non sono giustificabili dall'azienda poiché tutt'ora si riesce comunque a trovare delle configurazioni ottimali dell'impianto di scarico. Si è quindi cercato di sviluppare un modello che fosse in grado di simulare la variazione di prestazioni (curva di coppia e potenza) rispetto ad uno scarico di riferimento (generalmente quello di serie), piuttosto che le singole caratteristiche di coppia e potenza, poiché questo richiederebbe la disponibilità dei dati sopracitati e dei lunghi tempi per la calibrazione del modello. Si è consapevoli che con tale metodologia si può ottenere, al massimo, una stima del guadagno di coppia e/o potenza rispetto ad un impianto di scarico di riferimento. Si è però tentata questa strada perché una variazione di prestazioni indotta da un impianto di scarico è imputabile principalmente ad una variazione di un parametro motoristico detto "coefficiente di riempimento", il quale può essere ben simulato grazie ai dati sulle geometrie del motore e dei condotti di aspirazione e scarico. I risultati ottenuti non sono però stati quelli sperati per diverse ragioni, imputabili soprattutto alla mancanza di alcuni dati critici e a problematiche di modellazione di alcuni componenti del sistema. In questo documento è pertanto riportata la metodologia seguita per la costruzione e l'impostazione del modello virtuale del sistema. Si sono quindi analizzati i risultati ottenuti e le possibili soluzioni implementabili per migliorarli.