Corso di: Dinamica e Controllo delle Macchine Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica - Informatica.

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1 Corso di: Dinamica e Controllo delle Macchine Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica - Informatica A.A. 2008/2009 – II Periodo di lezione Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata

2 rapporto di miscela (Air/Fuel ratio) valori stechiometrici Indice d’aria Rapporto di equivalenza INFLUENZA DELL’INDICE D’ARIA Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata

3 Andamento tipico dell’influenza del rapporto di miscela sulla potenza, sul consumo e sul rendimento globale del motore INFLUENZA DELL’INDICE D’ARIA Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata

4 1 EMISSIONI INQUINANTI Andamento qualitativo della concentrazione di emissioni inquinanti in funzione della dosatura del motore

5 Efficienza della conversione degli NOx, del CO e degli HC in un catalizzatore trivalente in funzione della dosatura del motore INFLUENZA DELL’INDICE D’ARIA Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata

6 Massimo rendimento e minimo consumo (Lambda=1.1÷1.2) Miscela magra Miscela stechiometrica Miscela grassa Massima potenza (Lambda=0.85 ÷ 0.95) Massima efficienza del catalizzatore (Lambda=1±0.01) INFLUENZA DELL’INDICE D’ARIA Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata

7 4 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

8 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 5 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  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, t inj  Affinché il catalizzatore funzioni correttamente la variazione del rapporto A/F rispetto al valore stechiometrico non deve essere superiore al  1%

9 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 6 CONTROLLO IN CATENA APERTA Schema del sistema di aspirazione

10 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 7 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

11 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 8 MASSA D’ARIA ASPIRATA  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 Sistemi di misura:

12 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 9 MASSA D’ARIA ASPIRATA  Sistema s – d (speed-density) Sistemi di misura: In fase di messa a punto del motore vengono mappati all’interno della ECU i valori di rendimento volumetrico al variare della velocità di rotazione e della densita’ (pressione) dell’aria nel collettore di aspirazione

13 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 9 MASSA D’ARIA ASPIRATA  Sistema s – d (speed-density) Sistemi di misura: Durante il funzionamento del motore la centralina sfrutta i valori di rendimento volumetrico salvati per determinare il rendimento volumetrico in funzione della velocità di rotazione e della densita’ (pressione) dell’aria e quindi calcolare la massa d’aria aspirata speed density vv

14 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 9 MASSA D’ARIA ASPIRATA  Sistema  – d (alpha-speed) Sistemi di misura: In fase di messa a punto del motore vengono mappati all’interno della ECU i valori di rendimento volumetrico al variare della velocità di rotazione e della posizione della valvola a farfalla

15 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 9 MASSA D’ARIA ASPIRATA  Sistema  – d (alpha-speed) Sistemi di misura: Durante il funzionamento del motore la centralina sfrutta i valori di rendimento volumetrico salvati per determinare il rendimento volumetrico in funzione della velocità di rotazione e posizione della valvola a farfalla e quindi calcolare la massa d’aria aspirata alpha speed vv

16 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 1818 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 delle condizioni ambientali

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

18 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata RENDIMENTO VOLUMETRICO 22 Chiusura acceleratore, farfalla  rpm 

19 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata RENDIMENTO VOLUMETRICO 24 Chiusura acceleratore, farfalla  rpm  Alpha - speed Speed - density

20 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata RENDIMENTO VOLUMETRICO 25 MAP = pressione nel collettore di aspirazione

21 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata RENDIMENTO VOLUMETRICO 26 Sistema alfa-speed: 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

22 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata RENDIMENTO VOLUMETRICO 23 Chiusura acceleratore, farfalla  rpm 

23 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata 27 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

24 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata CONTROLLO IN CATENA CHIUSA 28

25 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata CONTROLLO IN CATENA CHIUSA 29

26 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata CONTROLLO IN CATENA CHIUSA 30

27 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata CONTROLLO IN CATENA CHIUSA 3232 Sonda Lambda 1 Corpo di ceramica speciale 2 Elettrodi al platino 3 Ceramica porosa di protezione 4 Tubo di scarico

28 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata CONTROLLO IN CATENA CHIUSA 3232 Sonda Lambda

29 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata CONTROLLO IN CATENA CHIUSA 3 Sonda Lambda 1 Contatto 2 Supporto di ceramica 3 Ceramica nella sonda 4 Tubo protetto (lato gas di scarico) 5 Collegamento elettrico 6 Molla a tazza 7 Guaina protettiva (lato aria) 8 Carcassa (-) 9 Elettrodo (-) 10 Elettrodo (+).

30 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata CONTROLLO IN CATENA CHIUSA 3434 Sonda UEGO (Universal Exhaust Gas Oxygen)

31 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata CONTROLLO IN CATENA CHIUSA 3535

32 Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata CONTROLLO IN CATENA CHIUSA 3636