M odelliz zazi on e

4.2.4.1 Bl occo compl eto

La Fi gura 4.1 m ost ra il li vello superiore del m odello. In generale, i blocchi che si poss ono osservare corri spondono a grandi li nee con la lista dell e funzioni dat e nel la descrizi one del modello nel paragrafo precedente. A loro volta, all’interno di questi blocchi (o sottosistemi) sono pres enti alt ri blocchi. I s otto paragrafi s eguent i descriveranno questi blocchi più pi ccoli.

F i g . 4 . 1 : B l o c c o m o t o r e a c o m b u s t i o n e i n t e r n a .

L’unico ingresso del blocco del motore a combustione interna è l’angolo di farfall a e l a coppi a resist ente alt ro non è che la coppi a el ettrom agneti ca prodott a dal generatore mes so in rotazi one dal m otore stesso.

4.2.4.2 Sot tosi stema farfall a e c oll ett or e

Come si può osservare dalla Figura 4.2, all’interno del blocco “Throttle & Manifold” s ono presenti alt ri due sot tosist emi che rappresent ano l a dinamica del fl usso di ari a in aspi razione – il blocco farfall a e il blocco coll ett ore.

F i g . 4 . 2 : B l o c c o T h r o t t l e & M a n i f o l d .

La val vol a a farfall a si comport a i n maniera non l ineare ed è modellizzat a come un sottosi stema a tre ingressi . Simulink implementa le si ngole equazi oni, in particol are l e (4.1), (4.2) e (4.3), come bl occhi funzione. Questo forni sce una vi a conveni ent e per des cri vere una equazione non li neare con molte vari abil i . Come most rato in Fi gura 4.3, un bl occo s wit ch det erm ina s e il fl usso è soni co confront ando il rapporto di pressione con la s ua sogl ia di swit ch, che è im post at a su un m ezzo.

Se il regim e è s oni co, il flusso è funz ione solo d ell a posi zione dell a farfal la. La di rezione del flusso è dall a regione di pressi one m aggi ore all a regione di press ione minore ed è det erm inat a dal bl occo Segno. Con questo noto, il blocco “min” assicura che il rapporto di pressione sia sempre ugual e o infe riore all’unit à.

L’equazione differenziale dell’equazione (4.4) determina la pressione di aspi razione nel coll ettore. Una funzione blocco di S imuli nk , evi denziat a in Fi gura 4.4, cal cola l a portata in m assa che fl uis ce all’i nterno del cilindro utilizzando l ’equazione (4.5).

F i g . 4 . 4 : B l o c c o I n t a k e M a n i f o l d .

4.2.4.3 Sot tosi stema aspir azione e c ompressi one

Un integratore accumula il fluss o di mas sa di ari a del cili ndro nel bl occo di aspirazione (posizionato all’interno del sottosistema “Throttle and Mani fold”). Il blocco “Valve Ti ming”, mostrat o in Fi gura 4. 5, genera impulsi che corrispondo a posizioni di rotazione ben definit e, al fine di gest ire i t empi di aspirazi one e di compressione.

F i g . 4 . 5 : B l o c c o V a l v e T i m i n g .

Gli eventi occorrono ogni rotazione dell a camm a, oppure ogni 180 gradi di rotazione dell’albero motore. Ogni evento innesca una singola es ecuzione del sottos istem a C ompressi one, mos trato in Fi gura 4. 6.

F i g . 4 . 6 : B l o c c o C o m p r e s s i o n .

L’uscita del blocco Trigger permette al sottosistema Compressione di resettare l’integratore di aspirazione. In questo modo, anche se entrambe i segnali di tri gger concett ualm ente occorrono nello s tesso istant e di tempo, l’uscita dell’integratore è elaborata dal blocco Compre ssione immediat am ent e prima di ess ere resett ata. Funzional ment e, il sottos ist ema C ompressi one utilizz a un blocco Unit Del a y per ins erire 180 gradi di ritardo tra l’aspirazione e la combustione di ogni carica di ari a.

Si consideri un ci cl o compl eto di un mo tore a quattro t empi per un cilindro. Durant e l a fase di aspirazione, il blocco Aspi razione int egra il flusso di m assa di ari a proveni ent e dal col let tore. Dopo 180 gradi di

rot azione della m anovella, l a val vol a di as pi razione vi ene chi usa e il blocco “Unit Delay” all’interno del sottosistema Compressione fornisce un ulteriore intervallo di tempo all’integratore per riportare il pistone al PMS per sim ul are l a fase di compressi one . Il valore dell a m assa di ari a accumulata è disponibile all’uscita del sottosis tema Compressione con un ritardo di 180 gradi per es sere util izzata per l a combustione. Durant e la fase di espansione, l a m anovell a accelera grazi e alla coppia generata dall a com bust ione. I 180 gradi fi nal i, che rappres ent ano la fas e di scari co, t ermina co n un reset dell’integratore di aspirazione, preparandol o per il prossimo ci cl o completo per questo cil indro di 720 gradi.

Per un motore quat tro cilindri si possono util izzare quatt ro bl occhi aspi razione, quatt ro sottosi st emi compressi one, et c., m a ognuno s arà inattivo per il 75% del tempo. L’implementazione di questo modello è stata resa più efficiente grazie all’esecuzione in contemporanea di tutte le fasi del ci clo Ott o. Questo è possibil e in quanto, al li vel lo di dett agli o con cui è st at a eseguit a la m od ellizzazione del m otore, ogni fase è applicat a ad un sol o cilindro per volt a.

4.2.4.4 Sot tosi stema c ombustione e g enerazione di coppia

La coppia generat a dal mot ore termi co, come pu ò es sere osservato in Fi gura 4.7 , è funzione di quattro vari abi li. Il modello utilizz a un blocco “Mux” per combinare queste quattro variabili in un vettore da fornire in ingresso ai blocchi “Torque Gen”, due blocchi funzione che implementano l’equazione empirica (4.6).

La coppi a resist ent e appli cat a al m otore, che alt ro non è che l a coppi a el ettrom agneti ca prodott a dal generat ore accoppi ato dirett am ente ad ess o attraverso l’albero, è sommata, in quanto negativa, alla coppia motrice prodotta direttamente dal motore stesso all’interno del sott osistema “Engine Dynamics”, mostrato in Figura 4. 8. Il risultato di questa operazione è diviso per l’inerzia del blocco motore -generatore per ricavare l’accelerazione che a sua volta sarà integrata per ottenere la velocità dell’albero motore.

F i g . 4 . 8 : B l o c c o E n g i n e D y n a m i c s .