Sistemi di iniezione nei motori AS

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Benvenuto Esposito
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1 Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica A.A. 2007/2008 III Periodo di lezione Corso di: Macchine B Docente: Prof. Stefano Fontanesi Sistemi di iniezione nei motori AS

2 Classificazione dei sistemi In base all attuazione: - MECCANICI - ELETTRONICI In base al numero di iniettori: - SINGLE POINT - MULTI POINT In base alla fasatura dell iniezione: - FULL GROUP - SEQUENZIALI 1

3 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) α -n Alfa Speed s d Speed Density 2

4 Massa d aria aspirata Sistemi di misura: Sistema M.A.F.: il M.A.F. misura attraverso un anemometro a filo caldo (Hot-Wire) la portata in massa 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. E un sensore molto delicato: teme le impurità dell aria e non distingue il verso del flusso confondendo così flussi entranti o uscenti. Per tale ragione talvolta si preferisce un sensore di tipo Hot-Plate (a griglia) 3

5 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: m ρ= Massa d aria aspirata p R T coll coll, =ρ V η aasp cil v Sistemi di misura: ρ = densità dell aria nel collettore p coll = pressione dell aria nel collettore T coll = temperatura dell aria nel collettore R = costante del gas m a,asp = massa di aria aspirata V cil = volume del cilindro η v = rendimento volumetrico del motore 4

6 Massa d aria aspirata Se riuscissimo ad avere le misure di p e T all interno del cilindro 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. 5

7 Massa d aria aspirata Poiché nel cilindro non si possono rilevare né la pressione né la temperatura l unica alternativa è misurarle 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 6

8 Massa d aria aspirata Sistema speed-density: Rendimento volumetrico relativo: ci si riferisce alle condizioni presenti nel collettore: η = vol, rel m m areale, acoll, m a,reale = massa di aria realmente presente nel cilindro m a,coll = massa di aria che sarebbe presente nel cilindro se questo avesse le caratteristiche (p e T) presenti nel collettore 7

9 Massa d aria aspirata Sistema speed-density: 8

10 Massa d aria aspirata Sistema speed-density: 9

11 Massa d aria aspirata Sistema alfa-speed: Rendimento volumetrico assoluto: ci si riferisce a condizioni standard nell ambiente esterno (p = 760 mmhg e T= 20 C): η = vol, ass m m areale, aamb, m a,reale = massa di aria realmente presente nel cilindro m a,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 10

12 Massa d aria aspirata Sistema alfa-speed: 11

13 Massa d aria aspirata Sistema alfa-speed: 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 In entrambi i casi, 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 12

14 Massa d aria aspirata Sistema alfa-speed: 13

15 Rendimento Volumetrico Risposta ai transitori: Chiusura acceleratore, farfalla rpm 14

16 Rendimento Volumetrico Risposta ai transitori: Chiusura acceleratore, farfalla rpm 15

17 Rendimento Volumetrico Risposta ai transitori: Chiusura acceleratore, farfalla rpm 16

18 Rendimento Volumetrico Risposta ai transitori: MAP = pressione nel collettore di aspirazione 17

19 Rendimento Volumetrico Risposta ai transitori: M = η V ρ aria vol, ass cil amb 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 alfaspeed fornisce alla centralina un valore errato dell aria aspirata, perché riferita ad un valore di η 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 18

20 Massa d aria aspirata 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 a 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 19

Sistema Mono-Jetronic (Bosch) Sistema: - single point - full-group - elettronico p inj =1 bar (circa): Misura portata aria tramite sistema α-s 1. serbatoio; 2.

21 Sistema Mono-Jetronic (Bosch) Sistema: - single point - full-group - elettronico p inj =1 bar (circa): Misura portata aria tramite sistema α-s 1. serbatoio; 2. pompa elettroidraulica; 3. filtro; 4. regolatore di pressione; 5. iniettore; 6. sensore T aria; 7. ECU; 8. attuatore farfalla; 9. potenziometro farfalla; 12. sonda lambda; 13. sensore T refrigerante; 20

22 Sistema K-Jetronic (Bosch) Sistema: - multi point - full-group - meccanico p inj =3.8 bar (circa) Misura portata aria tramite sistema a piatto flottante (misura portata volumetrica) 1. serbatoio; 2. pompa elettroidraulica; 3. accumulatore; 4. filtro; 5. regolatore fase di warm-up; 6. iniettore; 7. iniettore partenza a freddo; 9. distributore/regolatore; 10. misuratore portata aria; 12. sonda lambda; 13. sensore temporizzatore motore freddo; 15. valvola aria supplementare; 16. farfalla; 17. ECU 21

Sistema K-Jetronic (Bosch) Il distributore/regolatore è mosso tramite un sistema a bilanciere direttamente dal piattello di misura portata d aria.

23 Sistema K-Jetronic (Bosch) Il distributore/regolatore è mosso tramite un sistema a bilanciere direttamente dal piattello di misura portata d aria. La sua posizione assiale regola l apertura delle luci (4), in numero pari al numero di iniettori. La pressione a cavallo delle luci viene mantenuta costante dal regolatore differenziale (5), per cui la portata di combustibile è proporzionale solo alla posizione assiale del cilindretto. L iniettore si apre automaticamente a una pressione di 3.8 bar, e non ha funzione di regolazione di portata. 22

24 Sistema L-Jetronic (Bosch) Sistema: - multi point - sequenziale - elettronico Δp inj =3.0 bar Misura portata aria tramite potenziometro azionato dal deflettore (misura portata volumetrica) 1. serbatoio; 2. pompa elettroidraulica; 3. filtro; 4. ECU; 5. iniettore; 6. regolatore pressione fuel; 7. collettore aspirazione; 8. iniettore partenza a freddo; 9. regolatore farfalla; 10. misuratore portata aria; 11. sonda lambda; 12. sensore temporizzatore motore freddo; 13. sensore T refrigerante; 15. valvola aria supplementare; 16. farfalla; 17. ECU 23

25 Sistema L-Jetronic (Bosch) Il sensore di portata d aria è costituito da una doppia aletta flottante, la cui rotazione (per effetto della portata d aria) aziona un potenziometro che invia un segnale all ECU L iniettore è composto da un perno spruzzatore (1) e uno spillo (2), normalmente in posizione di chiusura. Il segnale elettrico dall ECU genera un campo magnetico nel solenoide (5) che solleva l ancoretta (3) in materiale ferromagnetico e quindi lo spillo. La portata è quindi proporzionale al tempo di eccitazione del solenoide, quindi è regolata elettronicamente dall ECU. 24

26 Sistema LH-Jetronic (Bosch) Sistema: - multi point - sequenziale - elettronico Nel sistema LH la misura della portata aria avviene tramite anemometro a filo caldo (MAF) 1. serbatoio; 2. pompa elettroidraulica; 3. filtro; 4. ECU; 5. iniettore; 7. regolatore pressione fuel; 8. collettore aspirazione; 9. regolatore farfalla; 10. misuratore portata aria MAF; 11. sonda lambda; 12. sensore T refrigerante; 14. attuatore valvola aria supplementare; 25

Sistema Motronic (Bosch) Sistema che gestisce contemporaneamente e simultaneamente le informazioni e le attuazioni dei sistemi di iniezione e accensione, basandosi sul regime di rotazione e sul

27 Sistema Motronic (Bosch) Sistema che gestisce contemporaneamente e simultaneamente le informazioni e le attuazioni dei sistemi di iniezione e accensione, basandosi sul regime di rotazione e sul carico. Nei motori più moderni, integra e gestisce informazioni relative a: -Sensore di detonazione; -Controllo di trazione; -Iniezione; -Accensione; -Sonda lambda; -Posizione valvola EGR; -Ecc. 26

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