Modeling and kidney position analysis for a variable displacement vane pump

The actual trend in the production of the new variable displacement oil pump prototypes is to use experimental characterization and modeling techniques for a deeper understanding of pump operation and for an effective pump regulation mechanism implementation. For this reason, mathematical models are very useful means to achieve industry time-to-market goals. For a company like VHIT Spa BOSCH Company, the development of this type of mathematical models is important for two reasons: improving the results obtained by the company research and development team and at the same time, using it as a commercial tool. In this context, extending the company know how to a new simulation software environments becomes crucial to fulfill both the research and commercial goals. In this work the mathematical model of the variable displacement oil pump and the validation of the models developed in Modelica and GT Suite simulation software environments will be discussed. Furthermore, a research activity on the position and extension of variable displacement oil pump kidney openings will be covered. An accurate modeling of the high frequency oscillatory dynamic of the delivered volume flow rate and the outlet pressure, requires in both simulation environments a necessary reduction of the time step size which ultimately revolves in a long required simulation time. Therefore, at the end of this work a simplified new model will be presented: it solves the problem of the simulation time required by the original model and at the same time ensures a certain accuracy in the system analysis.

Il trend attuale nella produzione è quello di sviluppare nuovi prototipi di pompe dell'olio ad eccentricità variabile con l'utilizzo di tecniche di caratterizzazione sperimentale e modelli matematici, per una comprensione più approfondita del funzionamento della pompa e per un'implementazione più efficace del meccanismo di regolazione della stessa. Per questo motivo, i modelli matematici sono dei mezzi molto utili per raggiungere obiettivi industriali in linea con le richieste del mercato. Per una multinazionale come la VHIT Spa BOSCH, lo sviluppo di questa tipologia di modelli matematici è importante principalmente per due motivi: il primo, per migliorare i risultati ottenuti dal team di ricerca e sviluppo dell'azienda ed in secondo luogo, per usare i medesimi modelli come uno strumento commerciale. In questo contesto, ampliare il know-how aziendale con l'utilizzo di nuovi ambienti di simulazione diventa cruciale al fine di soddisfare gli obbiettivi commerciali e di ricerca. In questo lavoro verrà trattato sia il modello matematico della pompa dell'olio ad eccentricità variabile che la validazione del medesimo modello implementato nei due ambienti di simulazione, Modelica e GT Suite. Verrà inoltre posto l'accento anche su un lavoro di ricerca riguardante la posizione e l'estensione delle due aperture che permettono la circolazione dell'olio all'interno della pompa. Una modellizzazione accurata della dinamica oscillatoria ad alta frequenza della portata volumetrica in uscita dalla pompa e della pressione, richiede però in entrambi gli ambienti di simulazione un passo di integrazione molto piccolo e quindi un lungo tempo di simulazione. Per questo motivo, a conclusione del presente elaborato, verrà presentato un modello semplificato in grado di poter risolvere il problema del tempo di simulazione del modello originale e garantendo comunque una certa accuratezza per analisi di sistema.