Modellazione orientata al controllo degli scambi termici a parete per motori GDI sovralimentati ad alte prestazioni

I moderni motori a combustione interna hanno bisogno di funzionare con anticipi d’accensione che garantiscono un elevato rendimento di conversione dell’energia chimica in energia meccanica. Tuttavia, applicando l’anticipo d’accensione ottimo si può incorrere nel fenomeno della detonazione: si tratta di una combustione anomala che può portare alla rottura dei componenti interni del motore, a causa delle elevate pressioni e temperature che si generano. All’interno del dipartimento DIN è stato sviluppato un sistema di controllo della detonazione che è in grado di calcolare il danno indotto sul pistone, in modo tale che il motore possa funzionare sempre con un anticipo di accensione il più vicino possibile a quello di massima efficienza. Il controllo per operare ha bisogno di un modello di temperatura del pistone, che è in grado di calcolare la temperatura di alcuni punti di questo componente, noti i carichi termici. È qui che si inserisce il lavoro di tesi, all’interno del quale viene proposto un approccio fisico per il calcolo e la modellazione orientata al controllo del flusso termico agente sul pistone, sia in assenza che in presenza di detonazione. In precedenza, tale grandezza era stata modellata sfruttando misure di durezza fatte sui pistoni danneggiati. Per svolgere tutta l’attività sono stati utilizzati due software: MATLAB, per l’elaborazione di tutti i dati di combustione del motore utilizzato per le prove al banco dell’Università di Bologna, e GT-POWER, con il quale è stato calibrato un modello di combustione non predittivo e uno di scambio termico a parete. Per la calibrazione di quest’ultimo, è indispensabile imporre la temperatura delle pareti della camera di combustione, per cui viene introdotto anche un metodo per la stima del loro stato termico, sfruttando i dati di combustione.