Studio parametrico sulla mappatura dell’anticipo di accensione (Combustion Start)

Valori ottenuti variando l'angolo al quale il 50% della curva di Wiebe (anchor angle)

Si riportano in seguito i valori ottenuti variando l'angolo al quale il 50% della curva di Wiebe (anchor angle) tra 2° e 18° con passo di 1° rispetto al PMS. In questo modo, per ogni regime di rotazione considerato, è garantita l'osservazione del massimo della curva di coppia.

RPM	Anchor angle (°)	Torque (Nm)	Brake
1000	2	138	136
1000	3	156	154
1000	4	155	153
1000	5	136	134
1000	6	152	151
1000	7	130	128
1000	8	149	148
1000	9	126	124
1000	10	146	144
1000	11	2	3
1000	12	4	5
1000	13	6	7
1000	14	8	9
1000	15	10	11
1000	16	12	13
1000	17	14	15
1000	18	16	17

Continua...

4500 rpm170 164162168 [Nm][Nm] 160166 torquetorque 158164 156162 BrakeBrake 154160 152150158 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617182 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718 Anchor angle [°]Anchor angle [°] 5500 rpm5000 rpm 150166164 148[Nm] 162 146[Nm]160torque 144158 142torque156Brake 140154 Brake 138152 136150 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617182 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718 Anchor angle [°]Anchor angle [°]6000 rpm 6500 rpm128 112111126 110[Nm] [Nm] 109124 108torque torque122 107106120Brake Brake 105104118 103116 1022 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718Anchor angle [°]Anchor angle [°]Regime [rpm] Coppia massima [Nm] Anchor angle [°] Combustion start [°]1000 137,2 13 -17.31500 155,3 11 -18.22000 160 10 -18.22500 150,3 8 -18.93000 159 8 -17.63500 162,2 7 -19.34000 168,6 6 -21.14500 163,1323 6 -21.25000 163,8 6 -23.25500 147,6826 6 -24.36000 126,2281 6 -25.36500 111,318 6 -25.3Tabella [3]Dato che le simulazioni sono state fatte a

regimi costanti, il massimo della potenza si troverà incorrispondenza del massimo della coppia, dunque non sono state riportate le curve di potenza in funzione dell'anchor angle.

4. Parte B

In questa analisi viene introdotto un limite sulla pressione massima a 65 bar per tenere conto delle sollecitazioni strutturali. Inoltre il modello viene modificato considerando il fenomeno della detonazione, dunque la mappatura verrà eseguita scegliendo l'angolo di ottimo tale che abbia un margine di sicurezza di 5° rispetto al caso in cui è presente tale fenomeno. In seguito vengono riportati i risultati ottenuti:

1000 rpm

138 7060

136[Nm]

50 [bar]

134 Brake torque [Nm]

40 torque

Pressione

132

30 Maximum pressure

Brake [bar]

130

20 Maximum pressure

128

10 allowed [bar]

126

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Anchor angle [°]

Detonazione

1000 rpm

probability 1,5

10,5 Angolo

Angolo

Angolo

Angolo

Knock

0 detonazione

coppia minimo

ottimale

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

massima

accettabileAnchor angle [°] 12° 13° 17° 17°1500 rpm156 70155 60[Nm] Brake torque154 [bar]50 [Nm]153torque 40 Pressure152 30 Maximum151Brake pressure [bar]20150 10149148 02 4 6 8 10 12 14 16 18Anchor angle [°]Detonazione 1500 rpmprobability 1,510,5 Angolo Angolo Angolo AngoloKnock 0 detonazione coppia minimo ottimale2 4 6 8 10 12 14 16 18 massima accettabileAnchor angle [°] 10° 11° 15° 15°2000 rpm161 70160 60[Nm] [bar]159 50 Brake torque [Nm]torque 158 40 Pressure157 30 Maximum pressureBrake 156 20 [bar]155 10 Maximum pressure154 0 allowed [bar]2 4 6 8 10 12 14 16 18Anchor angle [°]Detonazione 2000 rpmprobability 21 Angolo Angolo Angolo Angolo0 detonazione coppia minimo ottimaleKnock 2 4 6 8 10 12 14 16 18 massima accettabileAnchor angle [°] 10° 11° 15° 15°2500 rpm151 70150 60149[Nm] 50 [bar] Brake torque [Nm]148 40torque Pressure147 30 Maximum pressure [bar]146Brake 20145 Maximum pressure10 allowed [bar]144143 02 4 6

8 10 12 14 16 18Anchor angle [°]Assenza di detonazione, angolo di ottimo in corrispondenza della coppia massima: 8°3000 rpm160 70159 60158[Nm] 50157 [bar] Brake torque [Nm]156 40torque Pressure155 30 Maximum pressure [bar]154Brake 153 20 Maximum pressure152 10 allowed [bar]151150 02 4 6 8 10 12 14 16 18Anchor angle [°]Assenza di detonazione, angolo di ottimo in corrispondenza della coppia massima: 8°3500 rpm163 70162 60161[Nm] 50 [bar]160 Brake torque [Nm]159torque 40 Pressure158 30157 Maximum pressureBrake 156 [bar]20155 10 Maximum pressure154 allowed [bar]153 02 4 6 8 10 12 14 16 18Anchor angle [°]Detonazione 3500 rpmprobability 2 Angolo Angolo Angolo Angolo1 detonazione coppia minimo ottimaleKnock massima accettabile0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 3° 7° 8° 8°Anchor angle [°]4000 rpm170 80[Nm] 168 60 [bar] Brake torque [Nm]166torque Pressure164 40 Maximum pressure162Brake [bar]20160 Maximum pressure158 0 allowed [bar]2 4 6 8 10 12 14 16 18Anchor

angle [°]Detonazione 4000 rpmprobability Angolo Angolo Angolo Angolo1,51 detonazione coppia minimo ottimale0,5 massima accettabileKnock 0 4° 6° 9° 9°2 4 6 8 10 12 14 16 18Anchor angle [°]4500 rpm164 80[Nm] 162 [bar]60160 Brake torque [Nm]torque 158 Pressure40156 Maximum pressureBrake 154 20 [bar]152 Maximum pressure150 0 allowed [bar]2 4 6 8 10 12 14 16 18Anchor angle [°]Detonazione 4500 rpmprobability Angolo Angolo Angolo Angolo2 detonazione coppia minimo ottimale1Knock massima accettabile0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 3° 6° 8° 8°Anchor angle [°]5000 rpm166 80164 70[Nm] 162 60 [bar] Brake torque [Nm]160 50torque Pressure158 40 Maximum pressure156 30Brake [bar]154 20 Maximum pressure152 10 allowed [bar]150 02 4 6 8 10 12 14 16 18Anchor angle [°]Detonazione 5000 rpmprobability 2 Angolo Angolo Angolo Angolo1 detonazione coppia minimo ottimale0Knock massima accettabile2 4 6 8 10 12 14 16 18 4° 6° 9° 9°Anchor angle5500 rpm150

70148 60146 50 [bar] Brake torque [Nm][Nm] 144 40 Pressuretorque 142 30 Maximum pressure[bar]140 20
Brake 138 10 Maximum pressureallowed [bar]136 0
2 4 6 8 10 12 14 16 18Anchor angle [°]

Assenza di detonazione, angolo di ottimo in corrispondenza della coppia massima: 6°

6000 rpm127 70126 60125124 50 [bar] Brake torque [Nm]123[Nm] 40
122 Pressuretorque 121 30 Maximum pressure120 [bar]20
119Brake 118 Maximum pressure10117 allowed [bar]116 0
2 4 6 8 10 12 14 16 18Anchor angle [°]

Assenza di detonazione, angolo di ottimo in corrispondenza della coppia massima: 6°

6500 rpm112 7060110[Nm] [bar]50 Brake torque [Nm]108
torque 40 Pressure30106 Maximum pressureBrake 20 [bar]104
10 Maximum pressure102 0 allowed [bar]2 4 6 8 10 12 14 16 18Anchor angle [°]

Assenza di detonazione, angolo di ottimo in corrispondenza della coppia massima: 6°

Come si può notare, in alcuni casi (da 3500 [rpm] a 5000 [rpm]) la pressione massima raggiunta
in camera di combustione supera quella consentita,

Ma questo accade per valori di anchor angle inferiori rispetto a quelli ottimali, scelti rispettando la condizione di 5° di margine alla detonazione. In definitiva si hanno i valori riportati in tabella [4]:

Regime [rpm]	Anchor angle [°]	Combustion pressure [bar]	Maximum detonation angle [°]	Margine della start [°]
1000	17	-13.3	36.1	4
1500	15	-14.2	41.6	4
2000	11	-17.2	48.7	1
2500	8	-18.9	50.4	0
3000	8	-17.6	54.3	0
3500	8	-18.3	57.8	1
4000	9	-18.1	58.7	3
4500	8	-20.2	60.3	2
5000	9	-20.2	59.7	3
5500	6	-24.3	59.7	0
6000	6	-25.3	51.8	0
6500	6	-25.3	48.5	0

Tabella [4]

Determinata ora la fasatura ottimale in funzione del regime di rotazione, si effettuerà un confronto tra questa e la configurazione di riferimento, caratterizzata da un anchor angle fissato a 12°. Confronto potenza:

Confronto coppia:

130120110100 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
Engine speed [rpm]
Non ottimizzato Ottimizzato con detonazione
Confronto consumo specifico
310 300 290 [g/kWh] 280
specifico 270 260
Consumo 250 240 230 220
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
Engine speed [rpm]
Non ottimizzato Ottimizzato con detonazione
Confronto pressione massima
70 65 60 [bar] pressure 55 50
Maximm 45 40 35
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
Engine speed [rpm]
Non ottimizzato Ottimizzato con detonazione
Ottimizzato senza detonazione Maximum pressure allowed
Dal confronto si può notare come l'ottimizzazione più marcata è nei regimi medi-alti poiché l'influenza della detonazione è meno restrittiva rispetto ai bassi regimi. Ciò è spiegabile dal fatto che a basse velocità di rotazione si ha minore turbolenza in camera di combustione, dunque il fronte di fiamma si propaga più lentamente dando agli end-gas

il tempo necessario per