Riassunto analitico
Il presente lavoro di tesi si propone di analizzare le potenzialità dei sistemi di attuazione variabile delle valvole nei motori diesel Heavy-Duty. L’idea del progetto nasce dalla collaborazione tra l’Università di Modena e Reggio Emilia e Streparava S.p.A., azienda operante nei settori automotive ed industriale per lo sviluppo e la produzione di sistemi powertrain e driveline. L’obiettivo è quello di sfruttare l’attuazione variabile delle valvole per implementare nel motore differenti strategie volte a migliorarne l’efficienza, le prestazioni o ridurre le emissioni inquinanti, tematiche quest’ultime di estremo interesse per i costruttori. Lo strumento fondamentale alla base di tutto lo studio condotto è la simulazione fluidodinamica monodimensionale, divenuta ormai indispensabile in ambito motoristico soprattutto in ottica di predizione delle prestazioni. Il progetto ha previsto diverse fasi.
La prima parte del lavoro ha riguardato la realizzazione di un modello GT-Power di un motore diesel HD di riferimento (Cursor 13, FPT Industrial), successivamente calibrato tramite una serie di dati sperimentali relativi ad una prova al banco nella condizione di pieno carico: scopo di questa prima fase è quello di ottenere un modello valido e robusto da prendere come base di partenza per gli sviluppi successivi.
Si è passati quindi alla fase di realizzazione di nuovi profili camma per implementare due differenti strategie, ovvero il ciclo Miller tramite chiusura ritardata delle valvole di aspirazione, e un sistema evoluto di freno motore a decompressione con un’apposita camma di scarico. I nuovi profili camma sono stati realizzati servendosi di un tool di progettazione specifico (VTDesign), che permette di avere un controllo anche sulle derivate di ordine elevato.
La fase successiva è stata quella di valutare le prestazioni del ciclo Miller con i profili realizzati in ottica di incremento delle prestazioni e riduzione dei consumi, mantenendo inalterato il livello di sollecitazioni meccaniche. Le simulazioni effettuate hanno permesso di analizzare l’influenza dei vari profili realizzati e di validare quello migliore per raggiungere gli obiettivi prefissati. È stato poi effettuato anche uno studio ai carichi parziali, ipotizzando un’opportuna strategia, per valutare l’impatto complessivo sul consumo medio nel ciclo di omologazione ESC.
Infine, sono state effettuate simulazioni in modalità freno motore per valutare le prestazioni della specifica camma realizzata. Il sistema evoluto di freno motore a decompressione analizzato, tramite un sofisticato controllo dei bilancieri valvole e un’accurata ottimizzazione del profilo, consente di sfruttare due corse di compressione e di incrementare notevolmente la potenza frenante rispetto ad un sistema a decompressione tradizionale che prevede una sola corsa di compressione. In ultima analisi, è stato effettuato un confronto numerico con gli altri sistemi di freno motore esistenti, analizzando per ciascuno il funzionamento specifico e le potenze frenanti derivanti.
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