Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia
Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica - Informatica
A.A. 2005/2006 – II Periodo di lezione
Corso di:
Dinamica e Controllo delle Macchine
Docente: Prof. Giuseppe Cantore
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad
Accensione Comandata
EMISSIONI INQUINANTI
Controllo di un Motore a Combustione Interna ad Accensione Comandata
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EFFICIENZA DEL CATALIZZATORE
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INDICE D’ARIA – DEFINIZIONE
Indice d’aria l
ma
mf
l
 ma 


 mf  s
 ma = massa di aria
 mf = massa di combustibile (fuel)
 pedice ()s = quantità stechiometriche
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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 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
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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%
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CONTROLLO IN CATENA APERTA
Schema del sistema di aspirazione
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MASSA D’ARIA ASPIRATA
Sistemi di misura:
Sistemi di misura
della massa di aria
aspirata dal motore
M.A.F.
-n
s–d
Mass Air Flow
Alfa Speed
Speed Density
(Anemometro a
filo caldo)
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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
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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:
pcoll

R  Tcoll
  = 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
ma ,asp    Vcil  v
 Vcil = volume del cilindro
 v = rendimento volumetrico del motore
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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
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MASSA D’ARIA ASPIRATA
Andamento della pressione all’interno del cilindro
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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
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MASSA D’ARIA ASPIRATA
Sistema speed-density:
 Rendimento volumetrico relativo: ci si riferisce alle condizioni
presenti nel collettore:
vol ,rel 
ma ,reale
ma ,coll
 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
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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):
vol ,ass 
ma ,reale
ma ,amb
 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
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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
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MAPPATURA IN CENTRALINA
Sistema speed-density:
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MAPPATURA IN CENTRALINA
Sistema alfa-speed:
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MAPPATURA IN CENTRALINA
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MAPPATURA IN CENTRALINA
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RENDIMENTO VOLUMETRICO
vol ,rel 
ma ,reale
 pcoll 
Vcil  

R

T
coll 

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RENDIMENTO VOLUMETRICO
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RENDIMENTO VOLUMETRICO
Chiusura acceleratore, farfalla  rpm 
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RENDIMENTO VOLUMETRICO
Chiusura acceleratore, farfalla  rpm 
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RENDIMENTO VOLUMETRICO
Chiusura acceleratore, farfalla  rpm 
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RENDIMENTO VOLUMETRICO
MAP = pressione nel collettore di aspirazione
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RENDIMENTO VOLUMETRICO
Sistema alfa-speed:
Maria  vol ,ass  Vcil  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 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
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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
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CONTROLLO IN CATENA CHIUSA
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