PON01_1517 – Metodologie Innovative di Sviluppo di Motopropulsori Automobilistici
Il Progetto si prefigge di definire, sviluppare e validare un insieme di metodologie e modelli di calcolo, progettazione, controllo, sperimentazione e diagnosi da impiegare nel processo di sviluppo di motori e sistemi di trasmissione per impiego automobilistico.
La complessità dei moderni propulsori, derivante dalla necessità di rispondere a sempre crescenti richieste di compatibilità ambientale ed elevata efficienza energetica, soprattutto nel settore automobilistico, ha fortemente condizionato la fase di sviluppo ed industrializzazione dei nuovi prodotti. Rispetto al passato, si assiste, nelle fasi precedenti la commercializzazione, ad un impiego di risorse e tempo molto più esteso, e, in fase di esercizio, alla necessità di utilizzo di più articolate tecniche di gestione, controllo e diagnosi.
Le tradizionali metodologie di sviluppo dei motori sono inadeguate alle attuali necessità, per via dei motivi di seguito elencati:
- lo sviluppo e la validazione del motopropulsore e dei suoi componenti si basano soprattutto su prove sperimentali che ne esplorano tutto il campo di funzionamento;
- le indagini a calcolo sono svolte soprattutto per determinare le condizioni limite di utilizzo, con obiettivi affidabilistici;
- le strategie di controllo e diagnosi sono basate su tabelle di regolazione, progettate per agire su un singolo attuatore attraverso la misura di un singolo sensore elaborata in lunghe catene di controllo, e calibrate adoperando approcci trial-and-error generalmente non basati sul modello dinamico del processo, mediante prove sperimentali estensive;
- i sistemi di diagnosi a bordo agiscono a livello di sottosistema e non sono progettati sulla base di un modello complessivo del sistema, risultando insufficienti perché i sottosistemi interagiscono e i malfunzionamenti possono propagarsi.
Nell’ambito del Progetto sono in via di sviluppo metodologie innovative di progettazione, in grado di ridurre il time-to-market di nuove tecnologie motoristiche.
Le principali caratteristiche di tali metodologie sono:
- la capacità di gestire i complessi fenomeni in gioco grazie ad un approccio di tipo multidisciplinare;
- la possibilità di tenere conto della forte multivariabilità dei processi;
- l’impiego di un ridotto numero di prove al banco ed il ricorso alla sperimentazione “virtuale”;
- la suscettibilità di utilizzo per scopi diversi ed in progetti eventualmente gestiti da diversi gruppi di lavoro operanti in diverse aree geografiche;
- la capacità di gestire problemi multi-obiettivo, con scopi decisionali anche tra loro fortemente in contrasto.
Il progetto è caratterizzato da un approccio multidisciplinare che coinvolge in modo organico vari settori della tecnica motoristica quali: la termodinamica, la meccanica e la fluidodinamica delle macchine generatrici ed operatrici, l’oleodinamica, la controllistica, la modellistica, la sensoristica ecc.
Finalità ultima del progetto è la messa a punto di strutture di controllo del processo di conversione dell’energia di tipo model-based, in grado di sfruttare appieno i legami dinamici esistenti fra gli elementi in gioco; multi-variabili per aumentare la base informativa con cui le leggi di controllo agiscono, con capacità di riconfigurazione in caso di guasto; ottimali rispetto a criteri di prestazioni, consumi ed emissioni; robuste rispetto alle incertezze dei modelli, a disturbi e variabilità costruttive; tolleranti a guasti e malfunzionamenti; capaci in una qualche misura di auto-riconfigurarsi.
In questo contesto le attività oggetto di IM-CNR sono incentrate sulle seguenti tematiche:
- Stima numerica del rumore gasdinamico all’aspirazione mediante simulazione numerica di tipo aeroacustico; Ing. Daniela Siano
- Accoppiamento di modelli 1D-3D per l’ottimizzazione delle prestazioni energetiche; Ing. Michela Costa
- Sensoristica avanzata di rilievo delle grandezze per i cicli di controllo; dr. Bianca M.Vaglieco
- Diagnostica avanzata di rilievo di detonazione e misfiring; Ing. Paolo Sementa
- Modellazione di detonazione ed autoaccensione, tecniche matematiche di knock detection a partire da rilievi vibrazionali; Ing. Daniela Siano
- Simulazione 3D dei processi termofluidodinamici interni al cilindro finalizzata alla previsione di condizioni operative per le quali si verifichino condizioni operative di combustione anomala. Ing. Michela Costa