6. RISULTATI
6.1. Risultati Modello non predittivo
In questo paragrafo vengono presentati i risultati dei principali parametri di valutazione del modello del motore rispetto ai dati ottenuti sperimentalmente.
Per ognuno di questi parametri è stato inoltre valutato l’errore quadratico medio (RMSE), il quale rappresenta un ottimo indicatore per il confronto tra i risultati.
Per quanto riguarda la validazione dei parametri strettamente legati alla combustione come la pressione di picco in camera (PFP), l’angolo di manovella corrispondente al 50% del combustibile bruciato (MFB 50) e la durata della combustione, sono stati valutati rispetto ai risultati dell’analisi TPA a causa dell’incertezza e delle differenze in merito al rilevamento di tali dati sperimentalmente.
La validazione è stata effettuata rispetto a tutti i punti motore (103) presenti nella mappa riportata in figura 6.1.
Figura 6.1. - Mappa punti motore utilizzati per la validazione del modello non predittivo.
Figura 6.2. - Confronto tra la massima pressione in camera dell’analisi TPA e quella del modello non predittivo.
Figura 6.3. - Confronto tra temperatura dell’aria prima del CAC sperimentale e quella del modello non predittivo.
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized Pressure
Case
Peak Firing Pressure
Analisi TPA Modello Non Predittivo
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized Temperature
Case
Temperature Before Intercooler
Sperimentale Modello Non Predittivo
RMSE = 8,55 °C RMSE = 2,29 bar
Figura 6.4. - Confronto tra temperatura dell’aria dopo il CAC sperimentale e quella del modello non predittivo.
Figura 6.5. - Confronto tra l’efficienza del CAC sperimentale e quella del modello non predittivo.
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized Temperature
Case
Temperature After Intercooler
Sperimentale Modello Non Predittivo
70 75 80 85 90 95 100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Efficiency [%]
Case
CAC Efficiency
Sperimentale Modello Non Predittivo
RMSE = 1,30 °C
RMSE = 3,50 %
Figura 6.6. - Confronto tra la portata di EGR nel circuito High Pressure sperimentale e quella del modello non predittivo.
Figura 6.7. - Confronto tra la frazione di EGR nel circuito High Pressure sperimentale e quella del modello non predittivo.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized Mass Flow Rate
Case
HP EGR Mass Flow Rate
Sperimentale Modello Non Predittivo
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized EGR Fraction
Case
HP EGR Fraction
Sperimentale Modello Non Predittivo
RMSE = 0,31 g/s
RMSE = 0,04 %
Figura 6.8. - Confronto tra la pressione all’aspirazione sperimentale e quella del modello non predittivo.
Figura 6.9. - Confronto tra la portata all’aspirazione sperimentale e quella del modello non predittivo.
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized Pressure
Case
Intake Pressure
Sperimentale Modello Non Predittivo
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized Mass Flow Rate
Case
Intake Mass Flow Rate
Sperimentale Modello Non Predittivo
RMSE = 0,02 bar
RMSE = 2,25 g/s
Figura 6.10. - Confronto tra la portata di combustibile sperimentale e quella del modello non predittivo.
Figura 6.11. - Confronto tra la IMEP sperimentale e quella del modello non predittivo.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized Mass Flow Rate
Case
Fuel Mass Flow Rate
Sperimentale Modello Non Predittivo
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized IMEP
Case
IMEP
Sperimentale Modello Non Predittivo
RMSE = 0,02 mg/cycle
RMSE = 0,33 bar
Figura 6.12. - Confronto tra la potenza sviluppata dal motore sperimentalmente e quella nel modello non predittivo.
Figura 6.13. - Confronto tra la coppia sviluppata dal motore sperimentalmente e quella nel modello non predittivo.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized Power
Case
Engine Power
Sperimentale Modello Non Predittivo
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized Torque
Case
Brake Torque
Sperimentale Modello Non Predittivo
RMSE = 1,07 kW
RMSE = 4,76 Nm
Figura 6.14. - Confronto tra la durata della combustione dell’analisi TPA e quella nel modello non predittivo.
Figura 6.15. - Confronto tra l’angolo di manovella del 50% della combustione dell’analisi TPA e quella nel modello non predittivo.
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Combustion Duration [deg]
Case
Combustion Duration (10-90%)
Analisi TPA Modello Non Predittivo
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized MFB50
Case
MFB 50
Analisi TPA Modello Non Predittivo
RMSE = 0,72 deg RMSE = 2,26 deg
Figura 6.16. - Confronto tra la pressione allo scarico ottenuta dai dati sperimentali e quella dal modello non predittivo.
Figura 6.17. - Confronto tra la temperatura allo scarico ottenuta dai dati sperimentali e quella dal modello non predittivo.
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Nomalized Pressure
Case
Engine-out Pressure
Sperimentale Modello Non Predittivo
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Nomalized Temperature
Case
Engine-out Temperature
Sperimentale Modello Non Predittivo
RMSE = 0,07 bar
RMSE = 26,67 °C
Figura 6.18. - Confronto tra l’efficienza volumetrica ottenuta sperimentalmente e quella del modello non predittivo.
Figura 6.19. - Confronto tra la dosatura relativa ottenuto dai dati sperimentali e quella del modello non predittivo.
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized Volumetric Efficiency
Case
Volumetric Efficiency
Sperimentale Modello Non Predittivo
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Normalized Lambda
Case
Dosatura relativa
Sperimentale Modello Non Predittivo
RMSE = 5,07 %
RMSE = 0,12
Si può notare dai grafici precedenti come sia ottima la corrispondenza tra i risultati sperimentali e quelli ottenuti dal modello non predittivo a testimonianza della solidità dell’impostazione del modello e della capacità di GT-Power di riprodurre il comportamento del motore.
Questo è ulteriormente visibile dal confronto tra l’errore quadratico medio di alcune grandezze e quello consigliato, come mostrato nella tabella 6.1.
RMSE Consigliato RMSE modello non
predittivo
Peak Firing Pressure [bar] 3 2,29
IMEP [bar] 2 0,33
MFB 50 [deg] 1 0,72
Tabella 6.1. - Confronto RMSE consigliato con quello ottenuto dal modello non predittivo.
Le discrepanze maggiori sono relative alle temperature prima dell’intercooler (CAC) ed allo scarico, dovute al fatto che GT-Power utilizza un modello termico bizona che introduce delle differenze rispetto ai valori determinati sperimentalmente tramite una termocoppia.
6.1.1. Comportamento a pieno carico
Per la valutazione del comportamento a pieno carico sono stati confrontati i risultati del modello non predittivo relativi alla BMEP e al consumo specifico BSFC (“Brake Specific Fuel Consuption”) con quelli sperimentali.
Figura 6.20. - Confronto tra la BMEP a pieno carico sperimentale e quella del modello non predittivo.
Si può notare dalla figura 6.20. come la BMEP nel modello non predittivo presenti degli scostamenti molto contenuti rispetto ai dati sperimentali.
La differenza più grande si verifica per una velocità di rotazione di 1000 rpm dove si ha un errore del 6,55%.
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000
Normalized BMEP
Engine Speed [rpm]
BMEP - Full Load
Sperimentale Modello Non Predittivo
RMSE = 0,28 bar
Figura 6.21. - Confronto tra il BSFC a pieno carico sperimentale e quello del modello non predittivo.
Anche l’andamento del BSFC ottenuto dal modello non predittivo risulta quasi corrispondere con quello ricavato dai dati sperimentali.
La differenza maggiore si verifica per una velocità di rotazione di 1000 rpm, dove l’errore è pari al 6,15%.
6.1.2. Comportamento a carico parziale
Per la valutazione del comportamento a carico parziale, sono stati presi i punti dal 44 al 55, facendo riferimento alla figura 6.1., in cui si ha una variazione del carico compresa tra il 30%
ed il 50% rispetto al valore massimo.
Anche in questo caso sono stati valutati la BMEP ed il consumo medio specifico (BSFC).
Figura 6.22. - Confronto tra la BMEP a carico parziale ottenuta sperimentale e quella del modello non predittivo.
0,2 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 0,38 0,4
750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000
Normalized BSFC
Engine Speed [rpm]
BSFC - Full Load
Sperimentale Modello Non Predittivo
RMSE = 6,55 g/kWh
0,2 0,4 0,6 0,8 1
750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000
Normalized BMEP
Engine Speed [rpm]
BMEP - Middle Load
Sperimentale Modello Non Predittivo
RMSE = 0,23 bar
Si può notare dalla figura 6.22. come anche a carico parziale le differenze tra la BMEP ricavata sperimentalmente e quella ottenuta dal modello non predittivo siano molto limitate.
In questo caso lo scostamento maggiore si verifica per una velocità di rotazione di 3750 rpm a cui corrisponde un errore massimo tra le due BMEP del 5,57%.
Figura 6.23. - Confronto tra il BSFC a carico parziale ottenuto sperimentalmente e quello del modello non predittivo.
Anche a carico parziale sono stati ottenuti due andamenti del BSFC quasi sovrapponibili.
Anche per il consumo medio specifico, la differenza maggiore si verifica per una velocità di rotazione di 3750 rpm, dove l’errore è pari al 5,90 %.