Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica - Informatica A.A. 2007/2008 – II Periodo di lezione Corso di: Dinamica e Controllo delle Macchine Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 1/2

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 = massa di aria mf = massa di combustibile (fuel) pedice ()s = quantità stechiometriche Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 3

Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 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 che 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 di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 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. Mass Air Flow (Anemometro a filo caldo) - n Alfa Speed s – d Speed Density Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 7

Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 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

Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 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:  = 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 Vcil = volume del cilindro v = rendimento volumetrico del motore Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 9

Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 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

Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 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: 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

MAPPATURA IN CENTRALINA Sistema speed-density: Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 14

MAPPATURA IN CENTRALINA Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 15

Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 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): 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 16

MAPPATURA IN CENTRALINA Sistema alfa-speed: Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 17

Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 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 18

MAPPATURA IN CENTRALINA Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 19

RENDIMENTO VOLUMETRICO Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 20

RENDIMENTO VOLUMETRICO Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 21