MODELLING AND FUEL CONSUMPTION EVALUATION FOR A VARIABLE COMPRESSION RATIO SYSTEM

Dati obbiettivi di emissione crescentemente stringenti, l’efficienza del motore è diventata di primaria importanza. Accrescere il rapporto di compressione può portare a crescite di efficienza, portando però anche ad avere più alte temperature e pressioni in camera, accrescendo perciò il rischio di knock. Una possibile soluzione è l’utilizzo di un sistema a rapporto di compressione variabile, il quale è in grado di sfruttare i vantaggi ottenibili da un rapporto di compressione alto contemporaneamente limitando i suoi svantaggi operando a bassi carichi con un rapporto di compressione alto e, ad alti carichi con un rapporto di compressione basso, dove il knock costituisce una importante minaccia. Questo studio descrive lo sviluppo di un modello per il calcolo dei consumi di benzina per un motore equipaggiato con un sistema VCR sopra cicli di guida rappresentativi e punta ad analizzare come la sua efficienza è influenzata da vari parametri relativi al propulsore e al veicolo. Come primo passo, il tempo necessario al cambio di rapporto di compressione è stato assunto costante indipendentemente dalle condizione operative del motore. Successivamente, un tempo dipendente da velocità-carico motore è stato introdotto basandosi su valori misurati su un sistema VCR reale. Poi, l’effetto di transitori durante i cambi di rapporto di compressione è stato considerato attraverso l’introduzione di una percentuale peggiorativa applicata alla massa di benzina iniettata. Dopodiché, l’impatto delle caratteristiche del veicolo è stato valutato considerando quattro veicoli, ognuno appartenente ad un diverso segmento. Separatamente, l’influenza della massa del veicolo e del rapporto del differenziale è stata anche analizzata. Inoltre, simulazioni sono state eseguite su cinque diversi cicli di guida dell’EPA e della Commissione Europea, così da determinare il ruolo delle caratteristiche del ciclo di guida sulle performance di un sistema a rapporto di compressione variabile. Infine, i possibili vantaggi ottenibili dall'utilizzo di un sistema VCR a tre rapporti di compressione sono stati valutati. I risultati hanno mostrato miglioramenti tra il 0.3% e il 0.7% nei consumi di carburante rispetto a un rapporto di compressione statico di 10:1, in base a veicolo e ciclo di guida scelto. Tuttavia, l’ analisi sull'effetto dei transitori ha dimostrato che una crescita di circa il 2% nella massa di benzina iniettata durante cambi di rapporto di compressione può controbilanciare tutti i vantaggi derivanti dall'adozione di un sistema VCR. Inoltre, è stato dimostrato che l’efficacia di un sistema VCR cresce in condizioni di bassa potenza richiesta, dove un alto rapporto di compressione può essere utilizzato su buona parte di un ciclo di guida. Perciò, veicoli leggeri e cicli di guida con accelerazioni più gentili e velocità del veicolo più basse sono più adatti a questo tipo di sistema. In aggiunta, un sistema VCR a tre rapporti di compressione è più efficiente nel ridurre i consumi che uno a soli due rapporti di compressione.