• Accuracy
• MATLAB
• Model
• Performance
• Test Cell

Il progetto di questa tesi è stato svolto all’interno della Sala Prova 1 del reparto di Testing presso HPE Coxa. In particolare, i dati per il seguente studio provengono da sperimentazioni eseguite su un motore monocilindrico ad alte prestazioni derivato dalla versione V6 1.6L per Formula Uno.
L’obbiettivo di questo elaborato è quello di creare uno strumento che sia in grado di determinare le principali fonti di incertezza associate alle misure sperimentali sulle prestazioni del motore, focalizzandosi principalmente, ma non esclusivamente, sulle quantità coinvolte nell’analisi della heat rejection. Questo studio è frutto della necessità di identificare le cause che portano ad una differenza relativamente ampia tra i dati teorici, ottenuti dai calcoli usando le quantità nominali, e i valori reali, ottenuti da misure dirette ed indirette nella sala prova.
Nel capitolo 1 viene data una breve introduzione riguardo alle incertezze. Il punto principale è che le misure sono sempre affette da errori. Questi errori sono di diverso tipo e contribuiscono in modi differenti al valore finale del misurando. Perciò, è importante sapere come tenerli in considerazione e come rappresentarli correttamente.
Nel capitolo 2 viene fornita una panoramica sullo specifico motore sul quale lo studio è basato. Particolare attenzione è posta sullo spiegare gli svariati passi preliminari per preparare il motore per le prove: montarlo sul banco, installare tutti i sensori richiesti e le linee degli ausiliari, e controllare che tutto sia stato fatto in accordo con le regolamentazioni tecniche e le procedure specifiche. Successivamente, il capitolo 3 presenta una dettagliata descrizione dell’attrezzatura installata e utilizzata nella sala prova dove sono stati svolti gli esperimenti. Infatti, al contrario di una sala prova comune, in una sala prova per un motore monocilindrico tutti i sistemi ausiliari sono simulati da impianti esterni invece di essere installati direttamente sul motore stesso. In particolare, tutti questi sistemi sono stati realizzati ad hoc per rispettare adeguatamente le specifiche richieste del cliente.
Dopodichè, ha inizio l’effettivo sviluppo della tesi: l’idea è quella di definire un codice MATLAB che sia in grado di calcolare l’effettiva incertezza associata alle grandezze prestazionali coinvolte nell’analisi della heat rejection del motore, fornendo inoltre una rappresentazione visiva tramite grafici per consentire una miglior comprensione dei risultati. Per raggiungere questo obbiettivo, viene fatta una selezione dei principali segnali richiesti per il calcolo finale. Nel capitolo 4 i relativi sensori vengono quindi studiati in termini di accuratezza e, per ognuno di essi, viene definita una funzione MATLAB da sfruttare nel codice finale.
Nel capitolo 5 è inclusa la spiegazione, passo per passo, del codice finale: tutte le specifiche funzioni, definite seguendo le linee guida del cliente e le formule che descrivono i fenomeni fisici del caso, sono esaminate in maniera approfondita e il funzionamento complessivo del codice viene quindi chiarito.
Infine, nel capitolo 6, sono riportati tutti i grafici e i risultati vengono analizzati, anche in termini di accettabilità tramite l’uso di indici appositamente definiti. Dopo ciò, vengono fornite considerazioni su possibili future opportunità di miglioramento, con l’obbiettivo di minimizzare gli errori, aumentando quindi l’affidabilità dei risultati, e allo stesso tempo continuare a soddisfare le richieste del cliente, senza aumentare troppo i costi totali.

The project of this thesis was carried out within Test Cell 1 of the Testing facility at HPE Coxa. In particular, the data for the following study comes from experimentation performed on a high-performance single-cylinder engine derived from a full-scale V6 1.6L Formula One one. The purpose of this dissertation is to create a tool that is able to determine the main sources of uncertainty associated to the experimental measurements on the engine’s performance, focusing mainly, but not exclusively, on quantities related to the heat rejection analysis. This study comes from the need of identifying the causes leading to a relatively large difference between theoretical data, obtained from calculations using nominal quantities, and real values, obtained from direct and indirect measurements in the test cell. In chapter 1, a brief introduction regarding uncertainties is given. The main point is that measurements are always affected by errors. These errors are of many types and contribute in different ways to the final value of the measurand. Thus, it is important to know how to take them into account and how to represent them correctly. In chapter 2 an overview of the specific engine on which the study is based on is provided. Particular attention is placed on explaining the several preliminary steps to prepare the engine for the tests: mounting it on the bench, installing all the required sensors and system lines, and checking that all was done accordingly to technical regulations and specific procedures. Subsequently, chapter 3 presents a thorough description of the equipment installed and employed in the test cell where the experiments were done. As a matter of fact, in contrast to a common one, in a single-cylinder test cell all the auxiliaries are simulated by external plants instead of being installed directly on the engine itself. In particular, all of these systems have been custom-made to properly fit the specific needs of the client. Afterwards, the actual development of the thesis starts: the idea is to define a MATLAB script that is able to calculate the actual uncertainty associated to the performance-related quantities involved in the heat rejection analysis of the engine, providing also visual representation through plots and graphs in order to allow a better understanding of the results. To achieve this objective, a selection of the main signals required for the final calculation is performed. In chapter 4 the related sensors are then studied in terms of accuracy and, for each of them, a MATLAB function is defined in order to be exploited by the final code. In chapter 5 the explanation of the final script, step-by-step, is included: all the specific functions, defined following the customer’s guidelines and the equations describing the physical phenomena involved, are thoroughly looked into, and the overall operation of the code is then made clear. Finally, in chapter 6, all the plots and graphs are reported and the results are analyzed, also in terms of acceptability through the use of specifically-defined indexes. After that, thoughts on possible future opportunities of improvement are provided, with the objective of minimizing the errors, thus increasing the reliability of the results, while at the same time still fulfilling the client’s requests and without increasing too much the overall costs.