Controllo motore - Si® @lbert Site
Download
Report
Transcript Controllo motore - Si® @lbert Site
Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia
Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica - Informatica
A.A. 2005/2006 – II Periodo di lezione
Corso di:
Dinamica e Controllo delle Macchine
Docente: Prof. Giuseppe Cantore
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad
Accensione Comandata
EMISSIONI INQUINANTI
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
1
EFFICIENZA DEL CATALIZZATORE
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
2
INDICE D’ARIA – DEFINIZIONE
Indice d’aria l
ma
l
mf
ma
mf s
ma = massa di aria
mf = massa di combustibile (fuel)
pedice ()s = quantità stechiometriche
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
3
CONTROLLO INIEZIONE
Per assicurarci che la combustione avvenga con un rapporto
aria/combustibile più vicino possibile a quello stechiometrico ci
si basa su misure compiute all’aspirazione del motore, usate in un
primo momento in catena aperta
La centralina, tramite sensori forniscono segnali elettrici, stima la
quantità di aria aspirata e valuta di conseguenza la massa di
benzina da iniettare, decidendo, infine, il tempo di durata di
iniezione per avere una miscela stechiometrica
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
4
CONTROLLO INIEZIONE
Il procedimento così visto si presenta in catena aperta e non è
certo esente da imperfezioni
Per ovviare a questo problema si è pensato di far operare la centralina
in retroazione grazie alla sonda l, posizionata allo scarico del motore,
che provvede ad informare la centralina per quanto riguarda il rapporto
aria/benzina, così che la centralina possa correggere la durata
dell’iniezione, tinj
Affinché il catalizzatore funzioni correttamente la variazione del
rapporto A/F rispetto al valore stechiometrico non deve essere
superiore al 1%
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
5
CONTROLLO IN CATENA APERTA
Schema del sistema di aspirazione
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
6
MASSA D’ARIA ASPIRATA
Sistemi di misura:
Sistemi di misura
della massa di aria
aspirata dal motore
M.A.F.
-n
s–d
Mass Air Flow
Alfa Speed
Speed Density
(Anemometro a
filo caldo)
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
7
MASSA D’ARIA ASPIRATA
Sistemi di misura:
Sistema M.A.F.: il M.A.F. misura attraverso un anemometro a
filo caldo la portata d’aria nel collettore e, quindi, dividendo per il
numero dei cilindri, la portata per cilindro.
Di conseguenza l’anemometro viene posto a monte del collettore,
ed è un sensore molto delicato: teme le impurità dell’aria e non
distingue il verso del flusso confondendo così flussi entranti o
uscenti
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
8
MASSA D’ARIA ASPIRATA
Sistemi di misura:
Sistema s – d (speed-density): noto il volume del cilindro, si calcola la
massa di aria aspirata conoscendo la temperatura e la pressione dell’aria
nel collettore:
p c o ll
R T c o ll
= densità dell’aria nel collettore
pcoll = pressione dell’aria nel collettore
Tcoll = temperatura dell’aria nel collettore
R = costante del gas
ma,asp = massa di aria aspirata
m a , asp V cil v
Vcil = volume del cilindro
v = rendimento volumetrico del motore
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
9
MASSA D’ARIA ASPIRATA
Se riuscissimo ad avere le misure di pressione e di temperatura
all’interno del cilindro stesso il sistema sarebbe molto più
raffinato e preciso
Purtroppo però questo non è possibile per varie ragioni:
- l’ambiente presente all’interno del cilindro (si raggiungono
picchi di pressione e di temperatura elevati per i sensori);
- le variazioni della temperatura sono molto veloci e i sensori
usati in questa misura hanno una elevata costante di tempo,
quindi non sarebbero in grado di seguirne l’andamento in tempi
brevi;
- inoltre esiste anche una ragione economica: infatti avrei bisogno
di 2 sensori (per p e T) per ogni cilindro, e questa tipologia di
sensori è solitamente molto costosa
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
10
MASSA D’ARIA ASPIRATA
Andamento della pressione all’interno del cilindro
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
11
MASSA D’ARIA ASPIRATA
Quindi poiché nel cilindro non si possono rilevare né la pressione
né la temperatura l’unica alternativa è misurare la pressione e la
temperatura nel collettore a monte del motore
Se le condizioni del fluido rimanessero inalterate passando dal
collettore al cilindro allora avremmo la misura corretta della
massa di aria aspirata ma, purtroppo, le caratteristiche variano a
causa delle temperature elevate che si raggiungono all’interno
della camera di combustione, delle perdite di carico attraverso le
valvole, dell’iniezione di benzina
Allora per evitare di commettere degli errori troppo elevati nella
misura della massa di aria aspirata si introduce un rendimento di
carica o volumetrico
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
12
MASSA D’ARIA ASPIRATA
Sistema speed-density:
Rendimento volumetrico relativo: ci si riferisce alle condizioni
presenti nel collettore:
v o l , re l
m a , re a le
m a ,c o ll
ma,reale = massa di aria realmente presente nel cilindro
ma,coll = massa di aria che sarebbe presente nel cilindro se
avesse le caratteristiche (p e T) presenti nel collettore
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
13
MASSA D’ARIA ASPIRATA
Sistema alfa-speed:
Rendimento volumetrico assoluto: ci si riferisce alle condizioni
dell’ambiente esterno (p = 760 mmHg e T= 20 °C):
v o l ,a s s
m a , re a le
m a ,a m b
ma,reale = massa di aria realmente presente nel cilindro
ma,amb = massa di aria che sarebbe presente nel cilindro se
avesse le caratteristiche (p e T) presenti nell’ambiente esterno
al momento della prova al banco
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
14
MASSA D’ARIA ASPIRATA
Il sistema alfa-speed è senza dubbio più economico rispetto al
sistema speed-density, in quanto non necessita di sensori di
pressione e di temperatura nel collettore
Esso è tuttavia completamente insensibile alle variazioni
ambientali
Per valutare la massa realmente aspirata nel cilindro devo avere
memorizzato in centralina il valore del rendimento volumetrico
assoluto o relativo, a secondo del sistema considerato
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
15
MAPPATURA IN CENTRALINA
Sistema speed-density:
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
16
MAPPATURA IN CENTRALINA
Sistema alfa-speed:
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
17
MAPPATURA IN CENTRALINA
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
18
MAPPATURA IN CENTRALINA
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
19
RENDIMENTO VOLUMETRICO
m a , re a le
v o l , re l
V c il
p c o ll
R
T
c o ll
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
20
RENDIMENTO VOLUMETRICO
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
21
RENDIMENTO VOLUMETRICO
Chiusura acceleratore, farfalla rpm
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
22
RENDIMENTO VOLUMETRICO
Chiusura acceleratore, farfalla rpm
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
23
RENDIMENTO VOLUMETRICO
Chiusura acceleratore, farfalla rpm
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
24
RENDIMENTO VOLUMETRICO
MAP = pressione nel collettore di aspirazione
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
25
RENDIMENTO VOLUMETRICO
Sistema alfa-speed:
M aria vol ,ass V cil am b
Valore finale del transitorio
In ogni caso a fine transitorio i valori delle grandezze sono gli stessi per i due
sistemi ma per tutta la durata del transitorio il sistema alfa-speed fornisce alla
centralina un valore errato dell’aria aspirata, perché riferita ad un valore di
vol,ass che è quello reale a fine transitorio, per cui in tutto l’intervallo viene
stimata una massa d’aria minore di quella reale con conseguente combustione
magra
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
26
CONCLUSIONI
Il sistema alfa-speed è impreciso durante i transitori causati da
una brusca variazione della farfalla: questo comporta errori sulla
valutazione della massa d’aria aspirata, sulla quantità di benzina
da iniettare e quindi sulla durata del tempo di iniezione
Inoltre la mappatura del sistema alfa-speed è fatta in riferimento
alle condizioni atmosferiche ambientali presenti durante la prova
al banco, comunque diverse da quella in cui il motore opererà
durante la sua vita
Per contro, però, il sistema alfa-speed non richiede sensori e
quindi risulta meno costoso
Il sistema speed-density è meno vantaggioso economicamente ma
è più preciso nei transitori
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
27
CONTROLLO IN CATENA CHIUSA
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
28
CONTROLLO IN CATENA CHIUSA
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
29
CONTROLLO IN CATENA CHIUSA
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
30
CONTROLLO IN CATENA CHIUSA
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
31
CONTROLLO IN CATENA CHIUSA
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
32
CONTROLLO IN CATENA CHIUSA
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
33
CONTROLLO IN CATENA CHIUSA
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
34
CONTROLLO IN CATENA CHIUSA
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
35
CONTROLLO IN CATENA CHIUSA
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
36