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STUDIO DI SISTEMI INNOVATIVI PER IL RECUPERO ENERGETICO A BORDO DEI VEICOLI

Il progetto di ricerca è articolato secondo tre linee principali per lo sviluppo dei modelli di calcolo (powertrain; TEG; Turbo-Compound). L’integrazione dei tre modelli permetterà di eseguire le analisi energetiche richieste per la progettazione e l’ottimizzazione delle strategie di controllo.PowertrainIl modello del sistema motore-trasmissione-veicolo sarà realizzato in ambiente Matlab-Simulink. Esso consentirà la simulazione del comportamento di un veicolo equipaggiato con motore Diesel 1.3 Multijet sovralimentato e di calcolare il consumo di carburante e le emissioni di anidride carbonica. L’approccio modulare faciliterà l’accoppiamento tra i modelli di base (motore, sovralimentatore) - per l’analisi delle prestazioni standard - ed i modelli del TEG e del TC. In accordo con le esigenze di elevata velocità di calcolo del modello complessivo, si impiegheranno prevalentemente dei sottomodelli di tipo black-box, derivati da dati sperimentali. Le manovre di cambio marcia saranno assunte istantanee ed eseguite in corrispondenza di soglie di velocità del motore. Le simulazioni saranno eseguite in funzione di cicli di prova al variare della velocità e del rapporto al cambio.Generatore Termo-ElettricoIl modello del TEG sarà realizzato secondo una struttura a blocchi, disposti su vari livelli; al livello più basso vi è il singolo modulo termoelettrico ed il relativo sistema di scambio termico tra le superfici del TEG ed i gas di scarico, dal lato caldo, e l’acqua di raffreddamento, dal lato freddo. Per ogni modulo si valuterà il bilancio energetico tra i flussi termici ed elettrici in funzione delle proprietà del materiale termoelettrico selezionato, tra questi si analizzeranno quelli più adatti alle condizioni di esercizio del motore. La struttura di calcolo terrà conto della variabilità della temperatura dei fluidi in funzione della struttura complessiva del TEG e della collocazione dei singoli elementi. Ciascun blocco sarà collegato ad altri moduli per formare strutture connesse fluidodinamicamente ed elettricamente in serie o in parallelo. Il modello complessivo calcolerà i flussi di calore sul lato caldo e sul lato freddo, la corrente totale, la resistenza elettrica degli elementi, la potenza elettrica e l’efficienza.Turbo-CompoundNel corso del lavoro si analizzerà il comportamento stazionario e dinamico di un TC. Il relativo modello sarà realizzato attraverso l’implementazione di mappe di funzionamento, secondo un approccio black-box per la descrizione delle prestazioni di compressore e turbina. In particolare, dalle mappe si potranno calcolare: portate corrette e rendimenti in funzione dei rapporti di compressione ed espansione, del regime di giri e della posizione delle palette statoriche della turbina. L’equazione della dinamica per il bilancio tra potenza elettrica (positiva/negativa), potenza del compressore (negativa) e potenza della turbina (positiva) permetterà di calcolare la velocità di rotazione del TC in funzione del valore dell’inerzia complessiva. La macchina elettrica sarà simulata inizialmente con una funzione di trasferimento (rendimento costante) poi si implementerà una mappa per tener conto della variabilità di tale termine, fortemente influenzato anche dagli elevati valori e dalle forti escursioni del regime di rotazione.Analisi energeticaL’accoppiamento dei tre modelli permetterà di eseguire delle valutazioni energetiche complessive da utilizzare in successivi studi per l’ottimizzazione delle strategie di controllo integrate motore-TEG-TC. A tal fine, si eseguiranno delle simulazioni su cicli di guida standard (NEDC, FTP) per valutare le variazioni dei consumi e delle emissioni di CO2 ed il margine di riduzione possibile in funzione dei parametri di controllo del motore e del TC.