Diesel engines combustion simulation : heat release rate analysis and model calibration

This master thesis project illustrates combustion modelling, mainly for modern multi-injection Diesel engines. The final goal is analysing and trying to improve the actual combustion model implemented in Gasdyn, a one-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis tool for internal combustion engines. Firstly a combustion model calibration process is realized on an already existing one-dimensional model of a last generation Diesel engine for truck applications. The purpose is optimizing it in order to improve the matching between simulation results and real behaviour of the engine by making comparisons with the available data for some specific operating points. Secondly, a further possibility of improvement for the same Diesel engine combustion model is presented. Working on the available experimental data, the target is identifying mathematical relations which allow us to calculate the parameters of a heat release function starting from the operating data of a specific engine operating condition. Even if the analysis is done on specific operating points of a specific engine, the aim is to find out general strategies which can also be applied on similar engine types and on the entire operating field of them.

Questo progetto di tesi magistrale descrive la modellazione della combustione, principalmente per moderni motori Diesel ad iniezione multipla. Lo scopo ultimo è analizzare e provare a migliorare il modello di combustione attualmente implementato in Gasdyn, uno strumento di analisi fluido dinamica computazionale (CFD) monodimensionale per motori a combustione interna. Innanzitutto viene mostrato un processo di calibrazione del modello di combustione applicato a un modello monodimensionale già esistente di un motore Diesel di ultima generazione utilizzato per il trasporto pesante. L’obiettivo è ottimizzarlo per migliorare la corrispondenza tra i risultati delle simulazioni e il comportamento reale del motore, utilizzando i dati disponibili per specifici punti operativi. Successivamente è proposta un’ulteriore possibilità di miglioramento dello stesso modello di combustione per motori Diesel. Sfruttando i dati sperimentali disponibili, lo scopo è identificare delle relazioni matematiche che ci consentano di calcolare i parametri di una funzione di rilascio del calore a partire da dati operativi in una specifica condizione di funzionamento del motore. Nonostante l’analisi sia condotta su determinati punti operativi di uno specifico motore, l’obiettivo è la definizione di strategie generali applicabili a tutti i motori dello stesso tipo e sull’intero campo operativo di essi.