Riassunto analitico
Questa tesi si propone di illustrare il processo di ottimizzazione dei collettori di scarico di un motore V6 Diesel turbocompresso prodotto da una nota casa automobilistica. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con l’azienda produttrice del propulsore e con l’azienda produttrice del software di ottimizzazione.
L'intero lavoro sfrutta l'accoppiamento tra simulazione monodimensionale e tridimensionale: il calcolo accoppiato consente di esaminare con maggior dettaglio il funzionamento del componente considerato ed è in grado di fornire risultati più accurati. A partire dal modello monodimensionale dell'intero motore e dalla geometria dei collettori, sono state esaminate inizialmente le performance della geometria originale. Dopo aver affrontato alcune criticità del metodo, la simulazione accoppiata è stata integrata nel software di ottimizzazione CAESES, con il quale è stato possibile condurre inizialmente un Design of Experiment e infine trovare il punto ottimo di funzioni obiettivo quali la potenza erogata a pari rapporto aria/combustibile, e il consumo di carburante a pari potenza erogata. Il contributo di chi scrive comprende la risoluzione delle criticità del metodo, la generazione del modello parametrico dei collettori, il lancio del Design of Experiment, la successiva ricerca dei punti di ottimo, la raccolta dei risultati e la loro interpretazione.
I risultati prodotti indicano l'applicabilità del metodo nella realtà industriale e come e quanto alcune variazioni geometriche dei collettori siano in grado di influenzare le performance dell'intero motore: dal consumo specifico alle perdite di pompaggio, dalla potenza erogata al funzionamento del turbocompressore.
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Abstract
This thesis aims to illustrate the optimization process of the exhaust manifolds of a V6 turbocharged Diesel engine produced by a well known automotive company. The work has been carried out in cooperation with the producer of the engine and with the company which developed the optimization software.
The entire job takes advantage of the coupling between 1D and 3D simulation: the coupling allows to examine in a more detailed manner how the component works and to supply more accurate results. Starting from the monodimensional model of the entire engine and from the geometry of the manifolds, the performances of the original geometry have been assessed. After facing the critic points of the method, the coupled simulation has been integrated within the optimization software CAESES, which has made possible to realize first a Design of Experiment and then to find the optimum points of objective functions such as the power at a fixed air/fuel ratio and the fuel consumption at a fixed power output. The contribution of the author comprehends the resolution of the critic aspects of the method, the generation of the parametric model of the manifolds, the setup of the Design of Experiment and of the research of the optimum points, data collection and their interpretation.
The results indicate the applicability of the method into industrial reality and how and how much some geometric variations can have some influence on the performance of the entire engine: from specific fuel consumption to pumping losses, from power output to the operating point of the turbocompressor.
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