Controllo dei motori a combustione interna

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Irma Buono
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1 dei motori a combustione interna 1. Perché? Quali sono gli obiettivi? 2. Motori ad accensione comandata: controllo iniezione 3. Motori ad accensione comandata: controllo accensione 4. Motori diesel: controllo iniezione 5. Motori diesel: controllo inquinanti 6. OBD: on board diagnosis 1. Obiettivi: ARIA P COMBUSTIBILE INQUINAMENTO 1

2 1. Obiettivi: ARIA P COMBUSTIBILE INQUINAMENTO ridurre l inquinamento; minimizzare il consumo di combustibile; aumentare la potenza sviluppata; aumentare l efficienza globale; ecc. 1. Obiettivi: esempio di sistema Volvo B5454T: 142 kw/5100 rpm, 270 Nm/ rpm Sistema di controllo Bosch Motronic 4.4 INPUT OUTPUT 2

3 1. Obiettivi: esempio di sistema 1. MOTRONIC 4.4 INPUT (sensori) 2. Velocità motore 3. Portata aria 4. Temperatura motore 5. Vibrazioni blocco motore 6. Concentrazione ossigeno gas di scarico 7. Posizione albero a camme 8. Posizione valvola a farfalla 9. Accelerometro 10. Sistema climatizzazione 11. Pressione impianto aria condizionata 12. Pressione atmosferica 13. Pressione sistema lubrificazione 14. Temperatura esterna 15. Pressione serbatoio benzina OUTPUT (attuatori) 16. Relais sistema 17. Relais pompa combustibile 18. Pompa combustibile 19. Iniettori 20. By-pass valvola a farfalla 21. Turbocompressore 22. Accensione 23. Relais impianto aria condizionata 24. Compressore aria condizionata 25. Relais ventilatore sistema raffreddamento 26. Ventilatore sistema raffreddamento 27. Relais pompa aria secondaria (impianto catalitico) 28. Pompa aria secondaria (impianto catalitico) 29. Pompa d aria 30. Valvola spurgo canister 31. Valvola chiusura canister 1. Obiettivi: esempio di sistema Volvo B5454T: 142 kw/5100 rpm, 270 Nm/ rpm Sistema di controllo Bosch Motronic funzioni principali iniezione (aliment.); accensione sovralimentazione velocità al minimo sistema canister aria secondaria (aria condizionata) emissioni inquinanti 3

4 2. sistema alimentazione (carburazione): η i p i λ [-] p i = pressione media indicata η i = rendimento indicato λ = coefficiente di dosaggio 2. sistema alimentazione (carburazione): p i η i λ [-] 4

2. sistema alimentazione (carburazione): η i p i 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.

5 2. sistema alimentazione (carburazione): η i p i λ [-] potenza massima miscela ricca efficienza massima miscela magra 2. sistema alimentazione (carburazione): p i η i λ [-] potenza massima miscela ricca efficienza massima miscela magra 5

6 2. sistema alimentazione: HC CO NOx 2. sistema iniezione: controllo iniezione λ = 1 NO x HC CO N 2 + O 2 H CO 2 CO 2 6

7 CO = prodotto derivato dalla ossidazione parziale degli idrocarburi (combustione incompleta) HC = combustione incompleta, irregolarità della combustione/accensione, film d olio, spazi morti (ad esempio pistone cilindro) NO X = ossidazione dell azoto presente nell aria comburente in presenza delle elevate temperature nella camera di combustione Misure a monte della marmitta catalitica 7

8 Misure a valle della marmitta catalitica 2. sistema iniezione: anticipo quantità 8

9 2. sistema iniezione: m = f (ρ, A, p, τ) = ct = ct ct parametro di controllo INPUT 2. sistema iniezione: misuratore portata catalizzatore Sonda λ FEEDFORWARD τ τ FEEDBACK ECU 9

10 2. sistema iniezione: PMS 180 gradi PMI Cil.1 Cil.2 iniezione simultanea 360 gradi iniezione sequenziale 360 gradi aspirazione compressione espansione scarico 2. sistema iniezione: portata aria aspirata INIEZIONE SEQUENZIALE segnale λ posizione angolare (albero motore) ECU Comando iniettori (tempo apertura, anticipo) 10

11 2. sistema iniezione: a) portata aria anemometro filo caldo film caldo 2. sistema iniezione: a) portata aria 11

12 2. sistema iniezione: a) portata aria 2. sistema iniezione: Principio di Nernst p1 V = K T log + C p 2 12

13 2. sistema iniezione: 2. sistema iniezione: elettrodo esterno (gas di scarico); supporto ceramico; elettrodo interno (aria); canale per l'aria di riferimento; isolatore (supporto) ; collegamenti elettrici. 13

2. sistema iniezione: elettrodo esterno (gas di scarico); supporto ceramico; elettrodo interno (aria); canale per l'aria di riferimento; isolatore (supporto) ; collegamenti elettrici.

14 2. sistema iniezione: elettrodo esterno (gas di scarico); supporto ceramico; elettrodo interno (aria); canale per l'aria di riferimento; isolatore (supporto) ; collegamenti elettrici. 2. sistema iniezione: elettrodo esterno (gas di scarico); supporto ceramico; elettrodo interno (aria); canale per l'aria di riferimento; isolatore (supporto) ; collegamenti elettrici. 14

15 2. sistema iniezione: elettrodo esterno (gas di scarico); supporto ceramico; elettrodo interno (aria); canale per l'aria di riferimento; isolatore (supporto) ; collegamenti elettrici. Sensore lambda finger type 2. sistema iniezione: 1. strato poroso protettivo; 2. elettrodo esterno (gas di scarico); 3. supporto ceramico; 4. elettrodo interno (aria); 5. canale per l'aria di riferimento; 6. isolatore; 7. resistenza per riscaldamento; 8. supporto; 9. collegamenti elettrici. 15

2. sistema iniezione: 1. strato poroso protettivo; 2. elettrodo esterno (gas di scarico); 3. supporto ceramico; 4. elettrodo interno (aria); 5. canale per l'aria di riferimento; 6. isolatore; 7.

16 2. sistema iniezione: 1. strato poroso protettivo; 2. elettrodo esterno (gas di scarico); 3. supporto ceramico; 4. elettrodo interno (aria); 5. canale per l'aria di riferimento; 6. isolatore; 7. resistenza per riscaldamento; 8. supporto; 9. collegamenti elettrici. 2. sistema iniezione: 1. strato poroso protettivo; 2. elettrodo esterno (gas di scarico); 3. supporto ceramico; 4. elettrodo interno (aria); 5. canale per l'aria di riferimento; 6. isolatore; 7. resistenza per riscaldamento; 8. supporto; 9. collegamenti elettrici. 16

17 2. sistema iniezione: 1. strato poroso protettivo; 2. elettrodo esterno (gas di scarico); 3. supporto ceramico; 4. elettrodo interno (aria); 5. canale per l'aria di riferimento; 6. isolatore; 7. resistenza per riscaldamento; 8. supporto; 9. collegamenti elettrici. 2. sistema iniezione: 1. strato poroso protettivo; 2. elettrodo esterno (gas di scarico); 3. supporto ceramico; 4. elettrodo interno (aria); 5. canale per l'aria di riferimento; 6. isolatore; 7. resistenza per riscaldamento; 8. supporto; 9. collegamenti elettrici. 17

18 2. sistema iniezione: 1. strato poroso protettivo; 2. elettrodo esterno (gas di scarico); 3. supporto ceramico; 4. elettrodo interno (aria); 5. canale per l'aria di riferimento; 6. isolatore; 7. resistenza per riscaldamento; 8. supporto; 9. collegamenti elettrici. 2. sistema iniezione: 1. strato poroso protettivo; 2. elettrodo esterno (gas di scarico); 3. supporto ceramico; 4. elettrodo interno (aria); 5. canale per l'aria di riferimento; 6. isolatore; 7. resistenza per riscaldamento; 8. supporto; 9. collegamenti elettrici. 18

19 2. sistema iniezione: 1. strato poroso protettivo; 2. elettrodo esterno (gas di scarico); 3. supporto ceramico; 4. elettrodo interno (aria); 5. canale per l'aria di riferimento; 6. isolatore; 7. resistenza per riscaldamento; 8. supporto; 9. collegamenti elettrici. 2. sistema iniezione: 1. strato poroso protettivo; 2. elettrodo esterno (gas di scarico); 3. supporto ceramico; 4. elettrodo interno (aria); 5. canale per l'aria di riferimento; 6. isolatore; 7. resistenza per riscaldamento; 8. supporto; 9. collegamenti elettrici. Sensore lambda planar type 19

2. sistema iniezione: 1. Componente filettato; 2. Supporto ceramico; 3. Collegamenti; 4. Protezione; 5. Sensore; 6. Contatto elettrico; 7. Cilindro esterno; 8. Elemento riscaldante; 9.

20 2. sistema iniezione: 1. Componente filettato; 2. Supporto ceramico; 3. Collegamenti; 4. Protezione; 5. Sensore; 6. Contatto elettrico; 7. Cilindro esterno; 8. Elemento riscaldante; 9. Connessione elastica; 10. Rondella elastica. 1. Protezione; 2. Tenuta; 3. Componente filettato; 4. Supporto ceramico; 5. Sensore planare; 6. Cilindro esterno; 7. Collegamenti; 2. sistema iniezione: c) posizione angolare sensore induttivo 1. cavo schermato 2. magnete permanente 3. sensore 4. carter 5. nucleo (ferro dolce) 6. bobina 7. traferro 8. ruota dentata 20

21 2. sistema iniezione: c) posizione angolare sensore induttivo Tensione in uscita: b = f(traferro, materiali, geometria) m = numero denti ω = velocità angolare frequenza t = tempo 1. cavo schermato 2. magnete permanente 3. sensore 4. carter 5. nucleo (ferro dolce) 6. bobina 7. traferro 8. ruota dentata posizione angolare velocità angolare 2. sistema iniezione: c) posizione angolare sensore induttivo n=750 rpm n=3000 rpm 21

22 2. sistema iniezione: iniezione λ = 1 indiretta iniezione diretta λ = 1 CO FINESTRA LAMBDA HC NOx λ = 1 miscela rica λ<1 miscela magra λ>1 η i p i Zona 1 = miscela magra stratificata λ>1 Zona 2 = miscela magra omogenea λ> λ [-] Zona 3 = miscela stechiometrica omogenea λ=1 2. sistema iniezione: iniezione diretta λ = 1 quantità iniettata anticipo iniezione Zona 1 = miscela magra stratificata λ>1 Zona 2 = miscela magra omogenea λ>1 Zona 3 = miscela stechiometrica omogenea λ=1 22

23 2. sistema iniezione: iniezione diretta λ = 1 quantità iniettata anticipo iniezione Zona 1 = miscela magra stratificata λ>1 Zona 2 = miscela magra omogenea λ>1 Zona 3 = miscela stechiometrica omogenea λ=1 2. sistema iniezione: Anticipo grande Miscela omogenea Anticipo basso Miscela stratificata 23

24 3. sistema accensione: - anticipo accensione - energia trasferita nella miscela 3. sistema accensione: - anticipo accensione - energia trasferita nella miscela 24

25 3. sistema accensione: - anticipo accensione - energia trasferita nella miscela E 3. sistema accensione: - anticipo accensione - energia trasferita nella miscela 25

26 3. sistema accensione: - anticipo accensione - energia trasferita nella miscela 3. sistema accensione: I D BA BO CA 0 τ1 τ τ2 0 26

27 3. sistema accensione: E = L 1 i 1max 2 2 I D BA BO 0 τ1 τ τ2 CA 0 3. sistema accensione: 0 τ1 τ τ2 0 27

28 3. sistema accensione: 0 τ1 τ τ sistema accensione: 0 τ1 τ τ2 0 28

29 3. sistema accensione: angolo giri/min carico anticipo Dwell Imax B Sistema di controllo motore ad accensione comandata 29

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