Development of a Numerical Platform to Support the Optimization of the PHOENICE Highly Efficient Spark Ignition Engine

Il pacchetto “Fit for 55”, approvato dal Parlamento Europeo nel Giugno 2022 ai fini di raggiungere emissioni nette di CO2 pari a zero entro il 2050, bannerà i motori a combustione interna (ICEs) entro il 2035, portando ad un drastico aumento del numero di veicoli elettrici (BEV). Ciò nonostante, l’utilizzo congiunto di tecnologie innovative nei motori a combustione e l’ibridizzazione del powertrain possono ancora svolgere un ruolo cruciale nella riduzione dell’impronta ecologica del settore dei trasporti. In questo frangente, questo progetto di tesi supporta, tramite simulazione numerica, l’ottimizzazione del motore PHOENICE (PHev tOwards zero EmissioNs & ultimate ICE efficiency), il quale punta a raggiungere un rendimento termico indicato pari a 47% grazie all’utilizzo di una combustione molto diluita (EGR + Aria), di un innovativo moto della carica di aspirazione, del ciclo di Miller ad alto rapporto di compressione e di un turbocompressore elettrico. La calibrazione di un modello così complesso non può basarsi solo su risultati sperimentali, è necessario far uso di un’affidabile piattaforma numerica per trovare i parametri operativi in grado di massimizzare le performance. Per questo motivo, in questo progetto di ricerca, è stato creato un gemello digitale in GT-Suite del motore, ponendo particolare attenzione alla capacità del modello di combustione di riprodurre correttamente i burn rate in ambiente magro. Il modello include tutte le feature del motore reale, i quali sotto-assiemi sono stati calibrati tramite dati sperimentali. Il modello è stato poi utilizzato per ottimizzare le alzate valvola per diversi punti operativi. In conclusione, la robustezza del banco prova virtuale è stata confermata comparando i risultati delle simulazioni a quelli di un set di test preliminari, condotti, per differenti rapporti aria-benzina (A/F) e percentuali di EGR, nei laboratori di IFPEN sul primo prototipo motore.