1D Modeling of strategies to improve the performance of gasoline, turbocharged, direct injection engines

Abstract

[ES] Hoy en día, las empresas del sector de la automoción se encuentran en una atmósfera cada vez más competitiva, dado que su actividad está liderada por una combinación de reducción de costes, tecnología más compleja, regulaciones anticontaminación más estrictas y una demanda de menores emisiones de CO2. A pesar de este escenario desafiante, parece claro que los motores de combustión y, más específicamente, los motores de gasolina pueden seguir liderando el futuro a mediano plazo del sector del transporte por carretera, a través de vehículos convencionales o híbridos. Con respecto a los motores de gasolina, se han venido desarrollando varias estrategias en estos últimos años para reducir el consumo de combustible y, en consecuencia, las emisiones de CO2. En relación con esto, las estrategias más notables son la inyección directa, la reducción del tamaño del motor con un sistema de turbosobrealimentación, el uso de sistemas de distribución variable (VVT) y la recirculación de gases de escape (EGR). Mientras tanto, es notable que las técnicas de modelado se conviertan en herramientas esenciales debido a su potencial para reducir los costes de desarrollo durante las primeras etapas del diseño del motor. Dado que las simulaciones por ordenador permiten analizar y predecir el comportamiento del motor, reducen los costes y recursos y seguramente aceleran su desarrollo para lograr soluciones óptimas. Por lo tanto, el objetivo principal del presente trabajo es evaluar el impacto de diferentes estrategias en el rendimiento de los motores de gasolina, turbosobrealimentados, de inyección directa (GTDI), utilizando una herramienta de modelado 1D.

[EN] Nowadays, the automotive sector's companies are found in a growingly competitive atmosphere, given that their activity is led by a combination of cost reduction, more complex technology, tighter pollutant regulations and higher efficiencies. Despite this challenging scenario, it seems clear that IC engines and, more specifically, gasoline engines may keep leading the medium-term future of the road transport sector, through conventional or hybrid vehicles. Concerning gasoline engines, several strategies were developed over the years, in order to reduce the fuel consumption and, in consequence, the CO2 emissions. On this matter, the most remarkable strategies are direct injection, downsizing with a turbocharging system, variable valve timing (VVT) and exhaust gas recirculation (EGR). Meanwhile, it is remarkable that modeling techniques become essential tools due to their potential to reduce development costs during the first stages of the ICE design. Since engine simulations allow analyzing and predicting the entire engine performance, reducing costs and resources and surely accelerating its development to achieve optimal solutions. Therefore, the main objective of the present master thesis is to assess the impact of different strategies on the performance of gasoline, turbocharged, direct injection (GTDI) engines, by using a 1D modeling tool.