Calibrazione e validazione di un modello 0D della linea di aspirazione di un motore ad alte prestazioni

The increasing regulatory focus on the reduction of pollutant emissions, together with climate stability objectives, requires the development of increasingly efficient vehicles and design processes capable of reducing time, costs, and environmental impact. In this context, the use of simulation tools plays a key role in limiting experimental testing on engine test benches and on the road. The Virtual Test Bed (VTB) concept fits into this framework with the aim of transferring a significant portion of calibration and validation activities from the physical environment to the virtual one, while maintaining a level of accuracy suitable for development needs. This thesis focuses on the calibration and validation of a zero-dimensional (0D) model of the intake system of a high-performance engine, developed in the AVL CRUISE™ M environment and intended for VTB applications. The model includes the main components of the intake system, such as the throttle body, intercooler, turbocharger, and air filter, with the goal of reliably reproducing their fluid-dynamic behavior under different operating conditions. The calibration activity was carried out using an extensive set of experimental steady-state data, focusing on the accurate reproduction of pressures upstream and downstream of the individual components, air and fuel mass flow rates, and temperatures along the intake line. When some quantities were not directly measured, correlations and reconstruction strategies consistent with the model architecture were adopted. The validation phase allowed the assessment of the model’s predictive capability, using the coefficient of determination (R²) as the main metric for comparison between simulated results and experimental data. The results show a good level of agreement for the main fluid-dynamic and thermal quantities, confirming the effectiveness of the adopted approach and the suitability of the model to support analysis and calibration activities in a virtual environment. Overall, the work demonstrates that a properly calibrated 0D model of the intake system can adequately represent a Virtual Test Bed, contributing to the reduction of experimental activities and providing a solid basis for future developments, including integration into advanced simulation platforms and Hardware-in-the-Loop applications.

La crescente attenzione normativa verso la riduzione delle emissioni inquinanti, insieme agli obiettivi di stabilità climatica, impone lo sviluppo di veicoli sempre più efficienti e di processi di progettazione capaci di ridurre tempi, costi e impatto ambientale. In questo scenario, l’impiego di strumenti di simulazione assume un ruolo centrale nel limitare prove sperimentali su banco e su strada. Il concetto di Virtual Test Bed (VTB) si integra in tale contesto con l’obiettivo di trasferire una parte significativa delle attività di calibrazione e validazione dall’ambiente fisico a quello virtuale, mantenendo un livello di accuratezza adeguato alle esigenze di sviluppo. La tesi si concentra sulla calibrazione e validazione di un modello 0D della linea di aspirazione di un motore ad alte prestazioni, sviluppato nell’ambiente AVL CRUISE™ M e concepito per applicazioni VTB. Il modello include i principali componenti del sistema di aspirazione, quali corpo farfallato, intercooler, turbocompressore e filtro dell’aria, con l’obiettivo di riprodurne in modo affidabile il comportamento fluidodinamico in diverse condizioni operative. L’attività di calibrazione è stata condotta a partire da un ampio set di dati sperimentali in condizioni stazionarie, focalizzandosi sulla corretta riproduzione delle pressioni a monte e a valle dei singoli componenti, delle portate massiche d’aria, di benzina e delle temperature lungo la linea di aspirazione. Laddove alcune grandezze non risultavano direttamente misurate, sono state adottate correlazioni e strategie di ricostruzione coerenti con l’architettura del modello. La validazione ha permesso di valutare la qualità del modello in termini di capacità predittiva, utilizzando il coefficiente di determinazione R² come principale metrica di confronto tra risultati simulati e dati sperimentali. I risultati mostrano un buon livello di accordo per le principali grandezze fluidodinamiche e termiche, confermando l’efficacia dell’approccio adottato e l’idoneità del modello a supportare attività di analisi e calibrazione in ambiente virtuale. Nel complesso, il lavoro dimostra come un modello 0D accuratamente calibrato della linea di aspirazione possa rappresentare adeguatamente una Virtual Test Bed, contribuendo alla riduzione delle attività sperimentali e costituendo una base solida per futuri sviluppi, inclusa l’integrazione in piattaforme di simulazione avanzata e Hardware-in-the-Loop.