The aim of this thesis is the analysis of engine maps and 1D transient simulation of the NEF6 turbocharged diesel engine that is developed by FPT (Fiat Powertrain Technologies) for buses. The simulations required for the analysis are performed on Gasdyn – a one-dimensional engine simulation software developed by ICE group of the Department of Energy at Politecnico di Milano and now licensed by Exothermia (world leader in the development and application of software tools for automotive aftertreatment system simulations). The proposed engine is a compression ignition 6-cylinder turbocharged engine. The thesis incorporates the simulation of key performance indices of the engine in comparison with the experimental data. In addition to the base model, a control is applied on the boost pressure and the injected mass of fuel entering the combustion chamber. Static engine maps entailing different operating loads have also been emulated for both control strategies and the relative errors of the performance indices with respect to the experimental data are reported. All these results are post processed in MS Excel to allow a broad and comprehensive overview of the results. This analysis helped in identifying different issues for CI engines in Gasdyn and in this way made it possible to continuously adjust and improve the software. Mainly, the control on BMEP by actuating the injected fuel mass is investigated in this thesis. Finally, a BSC bus driving cycle transient analysis is performed for a model vehicle to evaluate the fuel consumption. The evaluation is done by considering the vehicle as point mass and incorporating the engine, tyre, transmission and resistance forces to calculate the fuel consumption.

Lo scopo di questa tesi è l'analisi delle mappe del motore e la simulazione transitoria 1D del motore diesel turbocompresso NEF6 sviluppato da FPT (Fiat Powertrain Technologies) per gli autobus. Le simulazioni richieste per l'analisi sono eseguite su Gasdyn - un software di simulazione del motore monodimensionale sviluppato dal gruppo ICE del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano e ora concesso in licenza da Exothermia (leader mondiale nello sviluppo e nell'applicazione di strumenti software per il post-trattamento automobilistico simulazioni di sistema). Il motore proposto è un motore turbo 6 cilindri con accensione a compressione. La tesi incorpora la simulazione di indici di prestazione chiave del motore rispetto ai dati sperimentali. Oltre al modello base, viene applicato un controllo sulla pressione di sovralimentazione e sulla massa iniettata di carburante che entra nella camera di combustione. Sono state inoltre emulate mappe dei motori statici che comportano carichi operativi diversi per entrambe le strategie di controllo e sono riportati gli errori relativi degli indici di prestazione rispetto ai dati sperimentali. Tutti questi risultati vengono post elaborati in MS Excel per consentire una panoramica ampia e completa dei risultati. Questa analisi ha aiutato a identificare diversi problemi per i motori CI in Gasdyn e in questo modo ha permesso di regolare e migliorare continuamente il software. Principalmente, il controllo su BMEP attuando la massa di carburante iniettata viene studiato in questa tesi. Infine, viene eseguita un'analisi transitoria del ciclo di guida del bus BSC per un modello di veicolo per valutare il consumo di carburante. La valutazione viene effettuata considerando il veicolo come massa in punti e incorporando le forze del motore, dello pneumatico, della trasmissione e della resistenza per calcolare il consumo di carburante.

1D transient simulation and fuel injection control of a turbocharged Diesel engine

BALOCH, DANIYAL ALTAF
2019/2020

Abstract

The aim of this thesis is the analysis of engine maps and 1D transient simulation of the NEF6 turbocharged diesel engine that is developed by FPT (Fiat Powertrain Technologies) for buses. The simulations required for the analysis are performed on Gasdyn – a one-dimensional engine simulation software developed by ICE group of the Department of Energy at Politecnico di Milano and now licensed by Exothermia (world leader in the development and application of software tools for automotive aftertreatment system simulations). The proposed engine is a compression ignition 6-cylinder turbocharged engine. The thesis incorporates the simulation of key performance indices of the engine in comparison with the experimental data. In addition to the base model, a control is applied on the boost pressure and the injected mass of fuel entering the combustion chamber. Static engine maps entailing different operating loads have also been emulated for both control strategies and the relative errors of the performance indices with respect to the experimental data are reported. All these results are post processed in MS Excel to allow a broad and comprehensive overview of the results. This analysis helped in identifying different issues for CI engines in Gasdyn and in this way made it possible to continuously adjust and improve the software. Mainly, the control on BMEP by actuating the injected fuel mass is investigated in this thesis. Finally, a BSC bus driving cycle transient analysis is performed for a model vehicle to evaluate the fuel consumption. The evaluation is done by considering the vehicle as point mass and incorporating the engine, tyre, transmission and resistance forces to calculate the fuel consumption.
CERRI, TARCISIO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
29-apr-2020
2019/2020
Lo scopo di questa tesi è l'analisi delle mappe del motore e la simulazione transitoria 1D del motore diesel turbocompresso NEF6 sviluppato da FPT (Fiat Powertrain Technologies) per gli autobus. Le simulazioni richieste per l'analisi sono eseguite su Gasdyn - un software di simulazione del motore monodimensionale sviluppato dal gruppo ICE del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano e ora concesso in licenza da Exothermia (leader mondiale nello sviluppo e nell'applicazione di strumenti software per il post-trattamento automobilistico simulazioni di sistema). Il motore proposto è un motore turbo 6 cilindri con accensione a compressione. La tesi incorpora la simulazione di indici di prestazione chiave del motore rispetto ai dati sperimentali. Oltre al modello base, viene applicato un controllo sulla pressione di sovralimentazione e sulla massa iniettata di carburante che entra nella camera di combustione. Sono state inoltre emulate mappe dei motori statici che comportano carichi operativi diversi per entrambe le strategie di controllo e sono riportati gli errori relativi degli indici di prestazione rispetto ai dati sperimentali. Tutti questi risultati vengono post elaborati in MS Excel per consentire una panoramica ampia e completa dei risultati. Questa analisi ha aiutato a identificare diversi problemi per i motori CI in Gasdyn e in questo modo ha permesso di regolare e migliorare continuamente il software. Principalmente, il controllo su BMEP attuando la massa di carburante iniettata viene studiato in questa tesi. Infine, viene eseguita un'analisi transitoria del ciclo di guida del bus BSC per un modello di veicolo per valutare il consumo di carburante. La valutazione viene effettuata considerando il veicolo come massa in punti e incorporando le forze del motore, dello pneumatico, della trasmissione e della resistenza per calcolare il consumo di carburante.
Tesi di laurea Magistrale
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