Modellazione di un motore a combustione interna motociclistico tramite reverse engineering

Performance modelling has become essential in engine development in order to evaluate the correctness of the targets achieved and to verify the performances once the mass-production has begun. Competitor Benchmarking area works mainly on Reverse Engineering. Thus, it’s important to have a tool that can reproduce the performances of a competitor product immediately after a testing phase, as it can rarely be repeated in time and on different models. The focus of this thesis is to model the engine behaviour on the basis of performances and outputs (such as emissions and fuel rate) measured in a wide operational range. Analytic engine modelling can’t be used in Reverse Engineering. In fact, it involves lots of complex thermodynamic, chemical and mechanical correlations and needs a wide and detailed number of both geometric and physical data. Thus, black-box modelling is preferred. The suggested procedure takes few prearranged input data and calculates the output values trying to predict them in the most accurate way, without claiming to simulate the real chemical and physical behaviour of the engine. Input data are carefully chosen to provide relevant information about the engine behaviour. Thus, not only physical aspects such as speed and accelerations (by means of instant power) are used; also time, by means of cumulated work, is chosen to take into account the heating process of engine and catalytic converter, which will modify the behaviour and the quantity of the emissions during the tests.

Nelle attività di sviluppo di nuovi motori si presenta la necessità di generare un’immagine del prodotto in termini di output prestazionale, indispensabile per valutarne l‘aderenza agli obiettivi di progetto e per la gestione della verifica della qualità della performance del prodotto una volta avviata la produzione massiva. In ambito di Analisi della Concorrenza, operando in termini di Reverse Engineering, è altresì determinante poter disporre di uno strumento adatto a rendere disponibili gli output prestazionali di un prodotto concorrente subito a valle di una fase di testing, che raramente può essere ripetuta nel tempo e su esemplari diversi. Tema fondamentale di questa tesi è, quindi, vagliare la possibilità di virtualizzare un motore del quale sono state misurate le prestazioni e l’output in un ampio range di condizioni di funzionamento. La modellizzazione analitica del motore è un tema che coinvolge aspetti molto complessi di natura termodinamica, chimica e meccanica che sono affrontati da specifiche branche della simulazione motoristica e presuppone la disponibilità di numerosi e circostanziati dati geometrici e fisici. Non è, quindi, applicabile nel caso di analisi di Reverse Engineering. Per questi motivi viene proposta una metodologia di simulazione che vede il motore come una scatola nera (black box) che elabora dei dati di input prestabiliti e restituisce dei valori di output il più possibile accurati, senza la pretesa di simulare la realtà fisica e chimica. I dati di input vengono scelti attentamente così da fornire indicazioni importanti circa il comportamento del motore; per tale motivo, oltre a dati fisici come velocità, accelerazione e potenza del veicolo, si è scelto di considerare anche il tempo (nella forma della cumulata del lavoro erogato) per poter tenere in considerazione l’effetto dovuto al riscaldamento del motore e del catalizzatore, che andranno sicuramente a modificare il comportamento e la quantità delle emissioni in esame.