Schematizzazione del motore per lo sviluppo di un modello matematico finalizzato al controllo elettronico.
Engine sketch to develop a mathematical model suitable for electronic control.
(1) Cilindro - Cylinder
(2) Stantuffo - Piston
(3) Candela - Spark plug
(4) Albero a gomiti - Crankshaft
(5-6-8-9) Condotto di aspirazione - Intake manifold
(7) Valvola a farfalla - trottle valvle
(10) Iniettore - Injection nozzle
(12) Condotto di scarico - Exhaust manifold
(13-14-15) Circuito per il ricircolo dei gas di scarico - Exhaust gas recirculation circuit
Andamento calcolato della concentrazione molare di ossidi di azoto in condizioni di equilibrio (linea tratteggiata) e considerando la cinetica di formazione (linea continua). L'origine delle ascisse coincide con il punto morto superiore alla fine della fase di compressione.
Nitrogen oxide molar fraction evaluated in equilibrium condition (dashed line) and regarding the effective kinetic of formation (solid line). Crank angle degrees start from the top dead center at the end of the compression stroke.
IL CONTROLLO ELETTRONICO NEI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA (MCI) AD ACCENSIONE COMANDATA
Il rispetto delle nuove normative sui livelli di emissione allo scarico di MCI ad accensione comandata per autotrazione richiede sistemi di iniezione del combustibile a controllo elettronico in grado, non ultimo, di garantire elevate prestazioni del motore (accelerazione, guidabilità, coppia, potenza, etc.).
Il successo di tale tecnica dipende da numerosi fattori tra i quali la disponibilità di modelli matematici del motore, la messa a punto di sensori per le specie inquinanti caratteristiche dei MCI, la definizione del sistema di regolazione e delle strategie di intervento.
L'attività in svolgimento presso il Dipartimento di Energetica riguarda da un punto di vista teorico:
a) lo sviluppo di un modello matematico dei processi nei MCI che maggiormente influenzano la formazione di HC, NOx, CO. Queste procedure sono in grado di fornire soluzioni in tempi caratteristici dell'ordine di quelli di durata del ciclo motore. Si tratta di un modello tempo dipendente che considera la fluodinamica nei condotti di aspirazione, di scarico, di ricircolo, dei convertitori catalitici e le trasformazioni termodinamiche all'interno del cilindro. Accanto alla cinetica delle specie inquinanti (formazione all'interno del cilindro e modifiche nei condotti di scarico e di aspirazione), il modello considera le prestazioni dei sistemi di abbattimento in relazione alle principali variabili operative e funzionali del motore;
b) caratterizzazione teorica del funzionamento di subsistemi (convertitore catalitico, gruppo turbina compressore per la sovralimentazione, riscaldamento dei componenti affacciati alla camera di combustione, etc.) che possono essere integrati in codici più generali per la previsione delle prestazioni del motore;
c) individuazione di strategie di controllo dell'iniezione del combustibile in relazione alle caratteristiche dei cicli di prova del motore in sede di omologazione.
Da un punto di vista sperimentale è in fase di realizzazione un banco prova con motore monocilindrico da ricerca a controllo elettronico dell'iniezione (AVL 540). Le prime valutazioni riguarderanno la taratura del modello sviluppato e, quindi, la verifica dell'efficacia di nuove possibili strategie di regolazione.
THE ELECTRONIC CONTROL OF SPARK IGNITED INTERNAL COMBUSTION ENGINES (ICE).
The new regulations on the levels of the permissible pollutant emissions of the spark ignited ICE can be respected only by an electronic control of the fuel injection which is, also, able to preserve high performances of the engine (acceleration, driveability, torque, power, etc.).
The effectiveness of this technique depends on a number of factors: between the most importants, the development of a mathematical model of the engine, the availability of specific sensors for ICE, the definition of the control system and of its strategies.
The research under development at the Dipartimento di Energetica from a theoretical point of view concerns:
a) the development of a mathematical model which considers the main processes influencing the formation of HC, NOx, CO able to give a solution in computing times of the order of those of the engine cycle. This model considers these processes during cycle: more specifically, the fluodynamics of the intake, exhaust and recirculating ducts, of the catalytic converters, and the transformations inside the cylinder. The performances of the devices and of the techniques normally used to lower the polluting emissions have been introduced in the model: their effectiveness is under prediction in function of the main operative variables of the engine;
b) the modelling of single subsistems or subprocesses (catalytic converter, turbine and compressor for supercharging, the temperature variations of the components facing gases, etc.) which may be inserted in more general codes for the prediction of the performances of the engine;
c) the study of more effective strategies to control the injection of the fuel in accordance with the characteristics of the engine testing procedures.
From an experimental point of view it is under development a test rig equipped with an experimental one-cylinder research engine (AVL 540) electronically controlled. The first activity will concern the application of the model developed to this engine and the verification of the success of new possible control strategies.