1D thermo-fluid dynamic simulation of a heavy duty turbocharged CI engine : performance and emissions

More often, we wish to know what a real-time system will behave experimentally; however, it is expensive, impractical or impossible to experiment directly with the system. Hence numerical models were introduced. Numerical models are mathematical models that uses numerical time-step procedure to obtain the models behavior over time through analysis at different aspect of the system. This further leads to predict, forecast, simulate and to improve the existing system in an efficient way. Numerical modelling for dynamic thermo-fluid process in Internal combustion engines has evolved as a necessary tool to design and develop engine based on the various related parameters. In this thesis, a work carried out deals with the analysis using Numerical Model for Heavy duty, six cylinders, turbocharged, compression ignition Diesel engine coupled with Exhaust Gas Recirculation system (EGR) dedicated to truck transportation. In this analysis the various parameters which has an impact on the engine efficiency is considered and the result obtained from the simulation tool is compared with the empirical outcome. This engine is built by Fiat Power Train (FPT), provides a relative experimental result associated with various parameter of the engine which has been analyzed with the results obtained using the numerical models. For the current work only twelve points at different engine speed and different load conditions are taken into an account for validation of the above-mentioned engines. A code been researched and developed by the Internal Combustion Engine (ICE) group of Politecnico di Milano to build the 1D Computational Fluid Dynamic (CFD) model named as GASDYN. To make use of the code in an optimal way, a Graphical User Interface (GUI) has been implemented, known as GASDYNPRE3, which is way more powerful, that implements all the main component of the engine been drawn. Complete engine scheme has been implemented by creating the necessary input file necessary to perform the thermo-fluid dynamic simulations.

Più spesso, desideriamo sapere che cosa si comporterà sperimentalmente un sistema in tempo reale; tuttavia, è costoso, poco pratico o impossibile sperimentare direttamente con il sistema. Quindi sono stati introdotti modelli numerici. I modelli numerici sono modelli matematici che utilizzano la procedura numerica passo-passo per ottenere il comportamento dei modelli nel tempo attraverso l'analisi su diversi aspetti del sistema. Ciò consente inoltre di prevedere, prevedere, simulare e migliorare il sistema esistente in modo efficiente. La modellistica numerica per il processo dinamico del fluido termico nei motori a combustione interna si è evoluta come strumento necessario per progettare e sviluppare il motore in base ai vari parametri correlati. In questa tesi, un lavoro svolto si occupa dell'analisi utilizzando il modello numerico per motori diesel Heavy Duty, sei cilindri, turbo, ad accensione spontanea accoppiato con il sistema di ricircolo dei gas di scarico (EGR) dedicato al trasporto di camion. In questa analisi vengono considerati i vari parametri che hanno un impatto sull'efficienza del motore e il risultato ottenuto dallo strumento di simulazione viene confrontato con l'esito empirico. Questo motore è costruito da Fiat Power Train (FPT), fornisce un risultato sperimentale relativo associato a vari parametri del motore che è stato analizzato con i risultati ottenuti utilizzando i modelli numerici. Per il lavoro corrente vengono presi in considerazione solo dodici punti a diversi regimi del motore e condizioni di carico diverse per la convalida dei motori sopra menzionati. Un codice è stato studiato e sviluppato dal gruppo di ICE (Internal Combustion Engine) del Politecnico di Milano per costruire il modello 1D Computational Fluid Dynamic (CFD) denominato GASDYN. Per utilizzare il codice in modo ottimale, è stata implementata un'interfaccia grafica utente (GUI), nota come GASDYNPRE3, che è molto più potente, che implementa tutti i componenti principali del motore. Lo schema del motore completo è stato implementato creando il file di input necessario per eseguire le simulazioni fluidodinamiche.