Riassunto analitico
Grazie all’esponenziale crescita della potenza dei moderni calcolatori, l’industria automobilistica ha accolto l’idea che lo sviluppo di nuove tecnologie possa richiedere l’uso di simulazioni numeriche in ogni fase del processo di progettazione. Di conseguenza, la modellazione e la simulazione di motori a combustione interna, e più in generale, di sistemi power-train stanno diventando sempre più importanti, nella prospettiva di ridurre il tempo richiesto per lo sviluppo e la calibrazione di nuove tecnologie. Dal momento che gli standard sulle emissioni imposti dai governi europei stanno diventando sempre via via più restrittivi, i produttori di automobili stanno costantemente migliorando le loro tecnologie per progettare e sviluppare motori sempre più efficienti nella prospettiva di ridurre il consumo di combustibile e le emissioni di inquinanti allo scarico. In questo contesto, il tirocinio della durata di un anno nella divisione Model Based Design di Toyota Motor Europe ha avuto lo scopo di supportare lo sviluppo di una piattaforma di simulazione veicolo con il quale facilitare la progettazione e lo sviluppo di nuovi motori a benzina. Nello specifico, è stato analizzato un motore a benzina turbocompresso, il cui modello a valori medi “MVEM” realizzato in GT-POWER® è stato integrato in un ambiente MATLAB-Simulink® , comprendente il modello di trasmissione, del veicolo e del guidatore con tutte le necessarie connessioni con il modello ECU. Un modello statistico di emissioni e un modello di sistema di abbattimento sono stati abbinati, allo scopo di valutare le emissioni allo scarico per molteplici cicli di omologazione. In ultima analisi, è stato possibile valutare le capacità predittive di un modello motore mono-dimensionale cosiddetto “FRM”, comparandolo poi a quello modello “MVEM”. Questa comparazione è stata possibile con la connessione tra il modello “FRM” e quello di una ECU reale, considerata l’importanza di controllare in maniera adeguata l’anticipo di accensione e l’attuazione delle valvole a fasatura variabile per valutare in futuro l’impatto di strategie di controllo in cicli cold-start.
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Abstract
Thanks to the exponential growth of computational power, ground transportation industry has accepted that fast, efficient, and cost effective engine and vehicle development necessitates the use of numerical simulation at every stage of the design process. Therefore, virtual engine modeling and powertrain simulations are becoming more and more important in the automotive industry, in order to reduce the time required for the development and the calibration of new engines technology. As emission regulations and standards imposed by the European governments are increasingly becoming more restrictive, car manufacturers are always improving their technologies to design and develop more efficient engines in the prospective to reduce fuel-consumption and tailpipe emissions. In this sense, my one year internship in the Powertrain - Model Based Design division at Toyota Motor Europe had the aim to support the development of a complete virtual engine-vehicle tool chain with which facilitate the design process of new gasoline engines. A gasoline turbocharged engine has been investigated, whose “MVEM” GT-POWER® model was integrated into a MATLAB-Simulink®-based architecture, comprehending a transmission, drive-train and driver model with all the necessary I/O connections to the ECU. A statistical emission model and an exhaust after-treatment model have been implemented in order to predict tailpipe emissions for future homologation cycles. Finally, the assessment of the predictive capabilities of mono-dimensional engine model “FRM” were compared to MVEM. This has been possible by connecting the “FRM” with a real ECU model in order to control in a proper way the spark advance and variable valve timing in order to predict in the future the impact of control strategy in cold-start cycles.
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