1D simulation of a turbocharged 3-cylinder SI engine : development of a warm-up model including the cooling circuit

The current world situation highlights a strong issue regarding global warming and local pollution, leading the countries of the European union to adopt, over the years, more and more incisive solutions in different areas such as energy production, transportation, building efficiency, etc. To cope with this circumstance, vehicle manufacturers are required to consider fuel consumption and emissions during development, in accordance with current regulations. For these reasons, it has become necessary to have computational tools capable of simulating the vehicle operation under very different conditions. The use of simulation models in the development of new technologies has several benefits since they allow engineers to simulate the complete engine while taking into consideration all the physical processes involving various system components. In addition, these models allow to take into account the cold-start, phase known to be inefficient in terms of emissions and fuel consumption. Therefore, a model capable of simulating the warm-up phase is essential, accordingly this thesis work focuses on developing and improving the already existing Fortran model, starting from the thesis work of Farello and Pigozzi. The engine, a turbocharged 1.0 l GDi, of a Renault Captur was chosen as the object of investigation and its characteristics are reported in Appendix A. In addition a sensitivity analysis on the cooling system has been performed, in order to evaluate how different regulation strategies can impact on fuel consumption and level of emissions.

L'attuale situazione mondiale evidenzia un forte problema di riscaldamento globale e inquinamento locale, che ha portato i paesi dell'Unione Europea ad adottare, nel corso degli anni, soluzioni sempre più incisive in diversi ambiti come produzione di energia, trasporti, efficienza degli edifici, ecc. Per far fronte a questa circostanza, i produttori di veicoli sono tenuti a considerare il consumo di carburante e le emissioni in fase di sviluppo, in conformità alle normative vigenti. Per questi motivi, è diventato necessario disporre di strumenti di calcolo in grado di simulare il funzionamento del veicolo in condizioni differenti. L'uso di modelli di simulazione nello sviluppo di nuove tecnologie presenta diversi vantaggi, in quanto consente agli ingegneri di simulare il motore completo tenendo conto di tutti i processi fisici che interessano i vari componenti del sistema. Inoltre, questi modelli permettono di prendere in considerazione l'avviamento a freddo, fase nota per essere inefficiente in termini di emissioni e consumo di carburante.Pertanto, un modello in grado di simulare la fase di riscaldamento è essenziale. Questo lavoro di tesi si concentra sullo sviluppo e sul miglioramento del modello Fortran già esistente, partendo dal lavoro di tesi di Farello e Pigozzi. Il motore, un 1.0 l turboaspirato GDi, di una Renault Captur è stato scelto come oggetto di indagine e le sue caratteristiche sono riportate nell'Appendice A. Inoltre, è stata eseguita un'analisi di sensibilità sul sistema di raffreddamento, al fine di valutare come, per valutare l'impatto delle diverse strategie di regolazione sul consumo di carburante e sul livello di emissioni.