Riassunto analitico
Questo progetto di tesi è stato condotto in collaborazione con Hypertec Solution SrL presso il Dipartimento di Ingegneria Enzo Ferrari.
Lo scopo principale di questa tesi è stato quello di modellare, calibrare, ottimizzare e validare un motore a 2 tempi, ispirandosi alle caratteristiche fondamentali del motore TM30, grazie all'utilizzo del codice di simulazione numerica monodimensionale GT-Power, sviluppato dalla Gamma Technologies.
La prima fase ha riguardato la costruzione e la messa a punto del modello, che simuli il motore originale, compreso di tutti i suoi componenti, sul software. Questo, ovviamente include:
• il circuito di aspirazione, ossia il filtro dell’aria, il corpo farfallato, il compressore, il plenum, la valvola di sfiato (limitatrice di pressione o Pop-Off).
• il circuito di lavaggio e termico, ossia i 2 condotti superiore e inferiore, la flap valve, i travasi A, B e C e le loro luci corrispondenti (con la designazione della loro legge di apertura), il cilindro, l’iniettore, il manovellismo e la puleggia di collegamento di quest’ ultimo con il compressore.
• Il circuito di scarico, ossia la luce di scarico (con la parametrizzazione delle due valvole, parzialiazzatrice e rotante e la designazione della loro legge di apertura), catalizzatore e silenziatore.
A questi vanno aggiunti anche la modellazione di tutti gli altri componenti più piccoli di giunzione, collegamento, restringimento o allargamento di sezione, curvatura e divisione del flusso che hanno garantito il corretto funzionamento e completamento del modello.
La seconda fase ha riguardato l’ottimizzazione del Diametro della puleggia condotta collegata al compressore e il conseguente ottenimento di un certo rapporto di trasmissione che potesse assicurare una determinata sicurezza termo-meccanica al motore e un avvicinamento dal punto di vista prestazionale al motore TM300.
La terza fase ha implicato la creazione di un primo sistema di attuazione e controllo della Pop-Off, ossia un PID che regolasse l’apertura di tale farfalla per controllare le prestazioni del motore e garantire condizioni termo-meccaniche di sicurezza per il plenum ed il compressore al fine di tracciare la curva di coppia massima (ovvero 100% del carico, Wide Open Throttle) che ricalcasse in modo più preciso possibile la coppia sperimentata del TM300.
Infine, si è passati ad un primo studio e lavoro per la scelta più oculata possibile della legge di apertura delle due valvole di scarico, con conseguente creazione di una tabella chiarificatrice (sempre al 100% del carico).
Con la quarta fase si è passati dallo studio del 100% del carico allo studio dei carichi parziali, in particolare l’80%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, con l’appropriata creazione di un secondo sistema di controllo e attuazione, ossia un controllore sulla farfalla a monte del compressore che regolasse l’apertura di quest’ultima al fine di raggiungere i target di coppia dei vari carichi, ottenuti semplicemente scalando la curva di coppia massima, o meglio moltiplicandola, rispettivamente per 0.8, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2 .
Una volta terminata la fase di calibrazione si è giunti, poi, all’ultima fase, ossia quella dell’ottimizzazione finale delle varie leggi di fasatura delle 2 valvole di scarico, ai molteplici carichi, cercando di effettuare una sorta di trade-off per rispettare i vincoli sui parametri del rendimento di intrappolamento, della dosatura, della %EGR e avendo come obiettivo finale quello di minimizzare il consumo specifico (BSFC). Il tutto ha portato poi alla realizzazione di grafici, tabelle e mappe del consumo specifico che esplicitassero i risultati finali ottenuti.
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