Riassunto analitico
Le normative impongono limiti sempre più stringenti sulle emissioni inquinanti, forzando l’utilizzo di sistemi di after-treatment di crescente complessità; tali sistemi consentono di abbattere le emissioni, in aggiunta alla gestione elettronica del motore e all’ottimizzazione della combustione, che hanno già significativamente ridotto la quantità di inquinanti prodotta. Nel presente lavoro di tesi si concentra l’attenzione sul sistema di post-trattamento dei gas di scarico di un motore Diesel per applicazioni off-road. La calibrazione è un componente fondamentale del processo di sviluppo di un motore gestito da un’unità di controllo elettronico (ECU). Essa è finalizzata all’ottimizzazione del funzionamento del motore, in termini di prestazioni ed emissioni inquinanti. La centralina si occupa della lettura dei sensori e del controllo degli attuatori del motore e dei sistemi ad esso interconnessi. Lo scopo della presente tesi è l’analisi, la calibrazione e la validazione di alcuni modelli di centralina finalizzati a stimare le emissioni allo scarico e il comportamento del catalizzatore ossidante (DOC) e del filtro antiparticolato (DPF), di cui il motore oggetto di studio è equipaggiato; particolare attenzione è riservata all’accumulo di soot nel filtro, dato fondamentale per la gestione della rigenerazione da parte della ECU. L’approccio utilizzato per la calibrazione dei modelli è iterativo e sfrutta le potenzialità della tecnica del Software In the Loop. Tale metodologia consente di implementare e testare, in ambiente MATLAB, il modello Simulink del software della centralina; in questo modo è possibile replicare il processo di calcolo esattamente come avverrebbe nella ECU reale, ma in modo accelerato. L’ambiente di simulazione permette di testare numerose combinazioni di variabili calibrabili dei modelli, in modo completamente virtuale e prendendo come riferimento i dati acquisiti da prove reali al banco, risparmiando così tempo e risorse. I risultati ottenuti e l’attività di validazione hanno permesso di verificare l’accuratezza della stima dei modelli, in particolare del livello di soot loading nel DPF, in confronto a dati sperimentali acquisiti al banco prova motore.
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Abstract
Regulations set ever more stringent limits for polluting emissions, so more complex exhaust after-treatment systems are needed; these systems allow to reduce emissions, in addition to engine electronic control and combustion optimization, which have already reduced pollutants produced by the engine. In this Master Thesis the focus is the exhaust after-treatment system of a Diesel engine for off-road applications.
Calibration is an essential part of the development process of an engine managed by an electronic control unit (ECU). Its purpose is the optimization of the engine behaviour, in terms of performances and polluting emissions. The ECU deals with sensors reading and control of the actuators and other systems connected to the engine.
This Master Thesis purpose is the analysis, the calibration and the validation of some models of the ECU which allow to estimate the exhaust polluting emissions and the behaviour of the Diesel Oxidation Catalyst (DOC) and the Diesel Particulate Filter (DPF), which are installed on the studied engine; the main focus is the soot accumulation in the filter, essential for the management of the regeneration by the ECU.
The procedure used for the models calibration is iterative and it takes advantage of Software In the Loop potentiality. This method allows to implement and test, in MATLAB environment, the Simulink model of the ECU software; so, it is possible to reproduce the exact calculation process of the real ECU, but faster. The simulation environment permits to test many combinations of models calibration variables, in a virtual way and considering data from real tests as reference, so saving time and resources.
The obtained results and the validation activity allowed to verify the accuracy of models estimation, in particular of soot loading in the DPF, in comparison to experimental data from test bench.
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