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Corso di Sistemi di Trazione A. Alessandrini – F. Cignini – C. Holguin – D. Stam AA 2014-2015 Lezione 11: Il moto degli autoveicoli, misura di consumi.

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1 Corso di Sistemi di Trazione A. Alessandrini – F. Cignini – C. Holguin – D. Stam AA Lezione 11: Il moto degli autoveicoli, misura di consumi ed emissioni dei veicoli al banco e su strada. Ing. F. Ortenzi (Ph.D) – ENEA (Centro Ricerche Casaccia)

2 Obiettivi Caratterizzazione Cicli di marcia Analisi energetico-ambientale del veicolo nel suo reale utilizzo (Potenze, consumi emissioni ecc.) Analisi dello stile di guida del conducente Gestione remota di Flotte di Veicoli (prevenzione guasti, localizzazione ecc.)

3 Metodologia Costruzione di una strumentazione: Lettura dei parametri caratterizzanti il comportamento del veicolo dalla centralina Acquisizione della posizione dal ricevitore GPS Elaborazione (validazione e calibrazione) dei dati acquisiti per il calcolo delle potenze, consumi ed emissioni

4 Presa Diagnostica OBD

5 Acquisizione dati da connettore OBD Lettura di 5 parametri ogni secondo (se OBD) o 15 ogni 0.1 s. (se CAN) con la seguente modalità: Ogni 10-30s o se per 3s consecutivi V=0 lettura dati relativi al V=0 altrimenti Lettura dati relativi a V>0 Scrittura nel file di testo

6 Dati GPS Lettura posizione da GPS – Latitudine, Longitudine, Altitudine (per il calcolo della pendenza stradale) – Velocità (utilizzata qualora la comunicazione tra centralina e interfaccia fosse interrotta) Calibrazione dei dati –Se si usa la velocità, questa può avere degli errori, che devono essere filtrati. All’aumentare della velocità l’errore tra velocità misurata via CAN e quella del GPS cresce linearmente

7 Post-Processing Analisi Cicli di marcia: –Velocità media, percorrenza, tempi… Analisi energetico-ambientale: –Potenza, Coppia, consumi, emissioni; Analisi stile di guida: –Posizione pedale dell’acceleratore, freno, frizione, marcia innestata…. Gestione flotte –Diagnostica, trasporto a chiamata, localizzazione …

8 Esempio Honda Civic IMA 2003

9 Emissioni (La Strumentazione) Horiba OBS 1300 Sistema di misura on board: NOx CO CO2 HC Rapporto A/F Portata gas di scarico Pressione gas di scarico Temperature gas di scarico Pressione, Temperatura e Umidità ambientale

10 Condizioni di massime emissioni: Cold Start

11 Condizioni di massime emissioni: Pieno carico

12 Condizioni di massime emissioni: Transitori Honda Civic 2000 cc. 160 cv

13 NEDC: emissioni istantanee di CO (Honda Hybrid)‏ Ciclo molto leggero con emissioni solo a freddo

14 Confronto ibrido/convenzionale sul ciclo di omologazione Prove eseguite all’Istituto Motori di Napoli su una Honda Hybrid e una Alfa Romeo 147

15 Confronto ibrido/convenzionale sui cicli ARTEMIS Prove eseguite all’Istituto Motori di Napoli su una Honda Hybrid e una Alfa Romeo 147

16 Misure su strada: il percorso di prova START Lunghezza: 4.6 km Presenza di pendenze, intersezioni semaforiche e tratti a velocità elevata Percorso da 20 guidatori 2 volte ciascuno 3 veicoli testati: Honda Hybrid, IMA e v

17 Confronto Energetico-Emissivo (1/3) CO 2 prodotta in g/km dai tre veicoli testati: Honda Civic Hybrid, IMA e v CO 2 [g/Km] % Missions Hybrid IMA v

18 Confronto Energetico-Emissivo (2/3) CO prodotto in g/km per Homda Civic Hybrid, IMA e v (Limite EURO 4: 1.0 [g/km]) >3.25 CO [g/Km] % Missions HybridIMA v EURO 4 limit for CO [g/Km]

19 Confronto Energetico-Emissivo (3/3) >0.24 NOx [g/Km] % Missions HybridIMA v EURO 4 limit for NOx [g/Km] NOx prodotti in g/km per Hybrid, IMA e v (Limite EURO 4: 0.08 [g/km])

20 Confronto sui consumi Consumo di combustibile in km/l per Hybrid, IMA e v >14.5 Consumption [Km/litre] % Missions HybridIMA v

21 Sviluppo di modelli di calcolo delle emissioni Identificare gli agenti inquinanti –Per veicoli ad accensione comandata –Per veicoli diesel Identificare i parametri motoristici (disponibili da OBD/CAN) che influenzano le emissioni Sviluppo di relazioni che le quantificano Sviluppo di una procedura di calibrazione

22 Quali modelli per calcolare gli inquinanti Benzina Consumo – calcolato moltiplicando la portata d’aria per il rapporto aria combustibile CO2 e CO – calcolato con un modello di equilibrio chimico e dissociazzione/riassociazione in funzione della temperatura usando portata d’aria, rapporto aria combustibile, temperatura del catalizzatore HC e NOx – modelli empirici ottenuti da regressioni sui dati sperimentali in funzione della derivata del pedale dell’acceleratore Diesel Consumo – calcolato moltiplicando la portata d’aria per il rapporto aria combustibile (o carico) CO2 – in funzione del consumo HC e CO (trascurabili nei moderni motori Diesel) Nox,PM (modello in funzione del carico ottenuto per regressione da dati sperimentali)

23 Esempio di modelli: la produzione degli NOx nel Diesel Ossidazione dell’azoto presente nell’aria alle elevate temperature (oltre 2000 °K) raggiunte in camera di combustione In letteratura la temperatura in camera di combustione dipende principalmente da: –carico motore: per un veicolo Diesel, è il rapporto tra la portata di gasolio iniettata e quella iniettabile ad un certo numero di giri in condizioni standard (SAE J1979) –regime di rotazione –EGR: dispositivo per il ricircolo dei gas di scarico raffreddati in aspirazione

24 NOx al variare del carico motore misurati al banco su un ciclo ARTEMIS Motorway

25 NOx al variare del numero di giri misurati al banco su un ciclo ARTEMIS Motorway

26 NOx al variare del grado di EGR misurati al banco su un ciclo ARTEMIS Motorway

27 Il modello di calcolo degli NOx per il motore Diesel Gli NOx hanno mostrato una relazione più evidente con il carico motore che con il regime di rotazione e l’EGR Il modello ipotizza di far dipendere la concentrazione degli NOx nei gas di scarico solo dal carico motore con una legge di tipo esponenziale: La calibrazione del modello è stata poi ripetuta con prove sperimentali in condizioni stazionarie (a carico costante) al banco a rulli ENEA, essendo queste prove più affidabili dei valori istantanei delle emissioni di NOx misurati nei cicli Artemis

28 FIAT 500 al banco ENEA con Horiba OBS 1300

29 Calibrazione del modello mediante prove a carico costante

30 Procedura di calibrazione con due prove Semplificazione della procedura di calibrazione Determinare le due costanti di calibrazione (C e D) richiede la misura degli NOx per almeno 2 livelli di carico Si effettuano 2 sole prove, una a carico minimo ed una a pieno carico per –rappresentare le condizioni estreme del motore –semplicità di esecuzione

31 Confronto tra le due calibrazioni

32 UDC (Ripetiz. 1) UDC (Ripetiz. 2) Regime variabile Correlazione istantanea Correlazione integrali NO x modello (mg/km) NO x Horiba (mg/km) Errore (%) Confronto del modello con le prove sperimentali

33 Grazie per l’attenzione!


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