il controllo del motore diesel
Una breve guida per il controllo ECU di un motore diesel.
Per controllare un moderno motore diesel ? necessario controllare:
Quantit? di carburante iniettata
Anticipo d'Iniezione
Durata Iniezione
Al fine di controllare l'iniezione del carburante ? necessario sapere quanta aria fluisce nel motore ed ? necessario conoscere la velocit? del motore.
In modo da avere 5 fattori strettamente collegati.
Massa d'aria che scorre (MAF)
Quantit? di carburante iniettato
Anticipo d'Iniezione
Durata Iniezione
Velocit? del motore (rpm)
Questi fattori sono controllati dal pedale dell'acceleratore tramite la centralina del motore.
I pedali elettronici inviano un segnale alla centralina che mostra quanto il conducente sta spingendo il pedale.
La misura ? di solito una percentuale.
0% non ? schiacciato in modo che il motore gira al minimo. 100% ? completamente schiacciato.
Cos? a 0% si "strozzano" gli iniettori per dare una quantit? fissa di carburante, per un tempo determinato a partire da un tempo fisso. Ci? si traduce in un prefissato regime di minimo. ad esempio a 800 giri al minuto. Cos? il regime di minimo ? stato mappato a un valore specifico per la maf,quantit?,durata e anticipo.
Al 100% del gas gli iniettori deve dare una quantit? fissa di carburante, per un tempo determinato a partire da un tempo fisso. Quindi al 100% della valvola a farfalla ? stato mappato a un valore specifico per MAF, quantit?, durata e anticipo.
Questo significa che ogni altra percentuale da 1% a 99% dovr? anche essere mappato a un valore specifico per MAF, quantit?, durata e dal anticipo.
Comprendere fatti e cifre. (Basato su motore 1.9 TDI PD VAG.)
CONTROLLO ARIA
Non vi ? alcun controllo aria veramente in un motore diesel!
Questo perche il motore ha una capacit? di 1,9 litri o 1900 centimetri cubi (cm3 ).
La cifra esatta ? in realt? 1.897 centimetri3.
Il motore ? un quattro cilindri in modo che ogni cilindro ? 474 centimetri3 . (1897/4)
Tutti i quattro cilindri sono identici quindi abbiamo solo bisogno di "trattare" con uno per semplificare.
Se un cilindro ha un volume di 474 centimetri3,la quantit? massima di aria e carburante che pu? contenere ? 474 centimetri3.
Se ignoriamo il carburante per un momento e anche le efficienze volumetriche,significa che la massima quantit? di aria che il cilindro pu? contenere ? 474 centimetri3
Se l'aria era un liquido, la vita sarebbe facile. La quantit? di un liquido che si inserisce in 474 centimetri3 ? 474 centimetri3.
L'Aria ? un gas e quindi pu? "adattarsi a diverse quantit?" di aria nello stesso spazio a seconda di pressione temperatura e densit?.
Cos? quanta aria si inserisce in 474 centimetri3 del nonstro cilindro?
Questo ? determinato dalla densit? dell'aria e la densit? dell'aria dipende dalla temperatura ambiente e pressione.
La densit? dell'aria al ****llo del mare e su una giornata calda,diciamo a 20? C ? compresa tra 1milligrammmo/cm3 e 1,2 milligrammi/cm3.
E 'pi? facile pensare che sia 1,0 mg/cm3.
Cos? 474 centimetri3 di un cilindro conterr? 474x1,0 mg di aria, che ? 474 mg.
Cos? ogni corsa del pistone si aspirareranno 474 mg di aria. Questo ? indicato come 474 mg/corsa.
Il motore o meglio l'ecu non ha bisogno di misurare questo dato, perch? questo ? si ottiene senza cercare.
Allora perch? il motore ha un misuratore di portata massica d'aria quando si s? che sta aspirando 474mg/corsa del flusso d'aria di massa?
Il MAF o (misuratore massa aria) ? un mezzo dell'ecu per misurare il ricircolo dei gas di scarico (EGR).
Il modo pi? semplice per misurare il flusso EGR ? quello di misurare,attraverso il MAF,il flusso aspirato dal motore.
L'ECU conosce che il motore sta aspirando 474mg/corsa abbiamo detto quindi la misurazione MAF deve essere 474mg/corsa.Ma se la misurazione MAF per? scende a 274mg/corsa mentre deve essere ancora a 474 mg/corsa... dove sono gli altri 200 mg/corsa?
Gli altri 200 mg/corsa "provengono" dalla valvola EGR come gas di ricircolo dei gas di scarico.
Quindi il motore a 200 mg/EGR/corsa + 274 mg/MAF/corsa aspirati per un totale di 474 mg/corsa.
Quindi la centralina "sa" che il MAF dovrebbe essere 474 mg/corsa senza il ricircolo dei gas di scarico. (valvola EGR) e meno di 474 mg/corsa con la valvola EGR aperta.
Quindi, se la cifra MAF rimane costantemente alta (vicino a 474 mg/corsa) la valvola EGR ? bloccata chiusa.
Se la cifra MAF rimane costantemente basso (vicino a 274 mg/corsa) la valvola EGR ? bloccata aperta.
Allora perch? il motore ha questa valvola EGR.
EGR contribuisce a ridurre gli ossidi di azoto (NOx) che inquinano l'atmosfera.
I 474mg/corsa di aria contiene pi? ossigeno di quanto il combustibile pu? bruciare.
Quando il consumo di carburante ? finito una parte del gas esausti prodotti reagisce con l'ossigeno ****** che renderono ossidi di azoto.
Questo problema pu? essere ridotto riducendo la quantit? di ossigeno in mg 474/corsa di aria.
Il modo pi? semplice per farlo ? quello di avere meno aria.
Il modo pi? semplice per avere meno aria ? quello di aggiungere dei gas di scarico.
Ecco perch? si ha una valvola EGR e un sensore MAF.
CONTROLLO PRESSIONE DELL'ARIA - TURBOCOMPRESSORI.
La pressione dell'aria e la sua temperatura varia a seconda di dove si vive nel mondo,clima umidita,altitudine,ecc...
Di seguito si presuppone una temperatura dell'aria di circa 20? C ha una pressione di 1000 millibar (mbar).
Supponiamo ora che i nostri cilindri ricevono aria a pressione 1000 mbar e temperatura 20? C ad una flusso di 474 mg/corsa. (Per semplificare le cose, supponiamo che l'EGR non ? coinvolto)
Un tipico valore di sovralimentazione del turbocompressore ? quello di aggiungere un extra 1000 - 1500 mbar di pressione dell'aria. Cos? un tipico grafico della pressione di sovralimentazione turbo contro rpm si svolger? dal 1000 mbar (senza amplificazione di boost) fino a 2500 mbar di boost max.
(Quindi il turbo "spinge" 1500 mbar)
La pressione dell'aria in pi?,quindi se abbiamo 474 mg di aria a 1000 mbar possiamo avere 948 mg di aria extra a 2000 mbar. Quindi, con aria radoppiata abbiamo pi? pressione nel cilindro e pu? bruciare il doppio del combustibile molto piu efficientemente di prima.
Il risultato ? il motore di sviluppa pi? potenza.
Bisogna per? controllare il turbo in quanto la progettazione del motore pu? sopportare solo certi ****lli di boost e questo avvine tramite il MAP che informa l'ecu di un certo ****llo boost.
Il motore o meglio l'ecu ha quindi un sensore di pressione di sovralimentazione sul collettore detto sensore di pressione assoluta (MAP) E un sensore per la temperatura dell'aria di aspirazione (IAT).
Questi sensori permettono all'ecu di confrontare l'attuale pressione di boost attraverso il MAP e correlare il segnale col boost memorizzato in mappa ECU.
La centralina ha anche un valore singolo Boost Limiter (SVBL), che agisce come una situazione di emergenza tagliando il boost nel caso in cui questo veng? raggiunto ? superato.
Un MAP turbo sar? utilizzato dall'ecu per aumentare la quantit? di iniezione in linea con la spinta maggiore.
Un'altra mappa turbo confronta aumento effettivo di boost(da sensore mappa) con l'aumento necessario di boost per il raggiungimento di un data pressione turbo. (BOOST LIMITER)
La spinta effettiva del turbo deve seguire approssimativamente la forma della mappa turbo.
Se la spinta effettiva rimane sempre troppo alto o troppo basso, la centralina v? in recovery.
Il recovery si attiva anche se la spinta effettiva supera il valore singolo Boost Limiter. (SVBL).
il controllo del motore diesel: il controllo del gasolio.
IL CONTROLLO DEL GASOLIO
Come abbiamo detto nella precedente guida i motori diesel aspiranno sempre il massimo della aria a disposizione al netto dell efficienze volumetriche.
Quindi i motori diesel non controllano la loro "presa d'aria" tramite una valvola a farfalla come i benzina ma motore deve essere controllato dal carburante iniettato.
Non ? possibile far aspirare il combustibile ad un diesel,come accade nei motori a benzina perch? il gasolio deve essere inserito quando il cilindro ha schiacciato l'aria. Cos? il gasolio viene iniettato nel cilindro.
La pressione e la temperatura d'aria nel cilindro ? molto alta (al termine dello schiacciamento) in modo che il combustibile deve essere iniettato ad alta pressione.
quindi:
L'ECU sa quanto carburante iniettare perch? sa quanta aria c'? nel cilindro.
e questa in gergo viene detta "quantit? di carburante di iniezione" (per quantit?).
precedentemente abbiamo detto che nel motore preso in esame(vw1.9 tdi pd) Il cilindro contiene 474 mg di aria.Il Diesel brucia per avere il massimo rendimento con circa 14,6 mg di aria per 1 grammo di carburante. Quindi, 474 mg di aria bruceranno in modo efficiente 32,5 mg di gasolio. (474 / 14,6)
Questo non significa che gli iniettori iniettano 32,5 mg di carburante per corsa (mg / corsa).
32,5 mg / corsa ? il massimo ideale, assumendo una alimentazione normale aria e rispettando un dato rapporto Air Fuel(aria-carburante)
Se gli iniettori iniettano pi? di 32,5 mg / corsa, parte del combustibile non bruciar? correttamente e uscir? del motore come fumo nero. (Questo ? spesso descritto come il limite di fumo).
Gli iniettori possono iniettare qualsiasi quantit? di carburante inferiore a 32,5 mg / corsa e questo ? quello che fanno.
Al minimo gli iniettori possono iniettare pi? o meno 6,0 mg / corsa di gasolio.
Per aumentare la velocit? del motore aumenter? la quantit? di iniezione gasolio
La quantit? di iniezione ? controllato da una mappa nella centralina. I driver wish per la velocit? del motore che in pi? ? controllata dal pedale dell'acceleratore.
Al minimo il pedale dell'acceleratore viene impostato a 0%, in modo che nessun iniezione EXTRA si verificher?.
Quando ? completamente premuto (a pieno gas) il pedale dell'acceleratore sar? premuto del 100%.
Quindi l'ECU riceve un segnale che varia tra 0% e 100%.
Se si preme il 30% del pedale acceleratore l'ecu consulta le mappe driver wish e controlla la quantit? necessaria di iniezione e inietta tale importo.
semplice.
Purtroppo questo non ? proprio cos? semplice, in quanto i motori diesel in realt? non misurano la quantit? di carburante che si inietta "a valle degl'iniettori.l'ecu si fa dei calcoli algoritmici "a monte" ma in realt? l'iniezione di carburante ? molto complicata,quindi questa ? una spiegazione fatta molto semplicemente.
Immaginate un iniettore di combustibile come una siringa caricata con 100 mg di carburante.
Il conducente preme il pedale dell'acceleratore per il 30%. L'ecu consulta le mappe driver wish e decide di iniettare 16 mg di carburante.abbastanza semplice...
MA...Quando si inietta il carburante? e sopratutto per quanto tempo l'iniezione deve durare?
I progettisti di motori misurarano il tempo della durata iniezione in gradi di rotazione dell'albero motore. ? per questo che si sente la gente che f? riferimento alla fasatura del motore.
Il punto ideale di iniettare il carburante ? generalmente considerato come il punto morto superiore. Questo ? il punto in cui entrambe le valvole sono generalmente chiuse e l'aria ? stato schiacciata al massimo.
TDC ? spesso definito come una "finestra temporale" in gradi in anticipo rispetto al punto morto superiore (PMS) o in gradi dopo il punto morto superiore. Entrambi sono la stessa cosa,sono solo l'opposto dell'altro.
Quindi 4? BTDC ? la stessa cosa che di -4? dal PMS. ( noi useremo solo BTDC qui)
tornando alla durata per iniettare 16mg di carburante si richieder? un certo tempo (durata apunto) e perch? il pistone sta andando su e gi?, ? necessario un punto di INIZIO DI INIEZIONE.(il quando che dicevamo prima)
Supponiamo ora che 2mg di carburante vengano iniettati in 1 grado di rotazione dell'albero motore (? gradi radiali)
Supponendo che il tempo migliore di iniezione ? a 0? al PMS e per 16mg si avr? bisogno di 8? di durata
l'iniezione sar? necessariamente anticipata a 8? prima del PMS, invece che a 0? al PMS.
Cos? l'inizio dell'iniezione (SOI) deve essere avanzata o anticipata di 8 gradi di rotazione dell'albero motore.
Cos? l'ECU per decidere deve consultare le sue mappe in funzione della
Quantit? di iniezione richiesta dalla posizione dell'acceleratore e stabilire
la durata d'iniezione ricavata con la quantit? di iniezione
e l'avvio iniezione o Soi sempre calcolato dalla quantit? di iniezione.
Cos? una precisa quantit? di carburante viene iniettato per la corretta quantit? di tempo (? GR), partendo esattamente in tempo.
La centralina pu? essere sicura di questo, perch? i sensori albero motore e albero a camme la informano con maggiore precisione delle posizioni del pistone. Queste misure finiscono sul cruscotto della velocit? del motore misurata in giri al minuto (rpm).
Se soltanto per? la vita era davvero cos? semplice l'ecu non avrebbe bisogno di calcolatori molto potenti per stabilire in base a semplici parametri cosa fare...perch? se il motore funzionasse sempre con una precisa temperatura e pressione dell'aria, le cose sarebbero molto semplici.
MA...non ? possibile ignorare le leggi della fisica.E i gas e i liquidi si comportano diversamente a diverse temperature e pressioni.
Cos? l'ECU deve contenere mappe di correzione per i cambiamenti di temperatura e pressione.
Le variazioni di pressione non riguardano la maggior parte delle persone che vivono in prossimit? del ****llo del mare.le temperature invece interessano tutti, perch? tutti i motori all'avviamento sono freddi e poi si scaldano.
In un motore freddo si inietta pi? carburante di quel che si dovrebbe per una serie di motivi.
A motore caldo,quindi l'ecu deve sapere che il motore non ? piu freddo per smettere di iniettare pi? carburante. Questo pu? apparire come un consumo di carburante maggiore e pi? fumo dallo scarico.
per questo in ecu esistono delle mappe di correzione.
moto e sviluppo dello spray del gasoilo nel motore diesel
comunque se volete approfondire l'argomento potete leggere queste righe estrapolate da un pdf che si trova anche in rete....e premetto come sempre che quanto scritto non ha in alcun modo la pretesa di spiegare tutto quanto c?? da sapere in merito. Vuole solo essere una introduzione per chi, appassionato di auto, di scienza e tecnica o solo curioso, ha voglia di approfondire o imparare qualcosa di nuovo.
Al fine di ottenere un buon processo di combustione del carburante all?interno della camera di combustione, le caratteristiche della carica iniettata sono di primaria importanza.
Il veloce e ?intimo? miscelamento del carburante con l?aria, come anche la capacit? di tale miscela di occupare quanto pi? volume possibile tra quello a disposizione, sono assolutamente necessari per raggiungere l?obiettivo.
Le strade percorse dai progettisti per ottenere tali effetti sono almeno due:
- La cura della fluidodinamica con lo studio dei moti di squish, tumble e swirl;
- Lo studio della formazione dello spray e le sue caratteristiche.
La formazione di finissime goccioline ? di estrema importanza. L?evaporazione ? infatti un processo superficiale, di conseguenza, la velocit? con cui lo stesso volume liquido passa allo stato vapore pu? essere aumentata aumentando la superficie liquida a disposizione. Questo permette una rapida formazione della miscela aria combustibile e una pi? completa combustione.da questo si evince che ad esempio in camera di combustione il rapporto tra aria e gasolio pu? variare da 0 all'interno di una microgoccia di carburante incombusta all'infinito in zone dove ce solo aria che non interagisce col combustibile....
Il processo di atomizzazione quindi ? molto complesso; dipende infatti dall?interazione dello spray con l?aria all?interno del cilindro, che si traduce in un bilancio di forze tra il getto liquido e l?aria. Ovviamente hanno un ruolo importante anche le caratteristiche chimico-fisiche del liquido stesso.
Lo studio di tali fenomeni non ? semplice, e i modelli matematici esistenti sono per lo pi? empirici.
Si ? ipotizzato che la formazione dello spray avviene in due fasi:
- L?atomizzazione primaria;
- L?atomizzazione secondaria.
La superficie del getto liquido uscente dall?ugello, viene messo in rapida oscillazione. Queste oscillazioni, che sono funzione anche delle caratteristiche geometriche dell?ugello, vengono amplificate dall?interazione del liquido con l?aria. Quando la loro intensit? supera un certo valore limite, avviene la frantumazione del getto, detta appunto atomizzazione primaria.
Le gocce cos? formate subiscono l?azione di diverse forze, che dipendono dalla velocit? delle gocce stesse, (che dipende a sua volta dalla pressione di alimentazione ma anche dalla viscosit? del gasolio), ma anche da altre caratteristiche del carburante (densit?, tensione superficiale). Queste forze determinano una seconda frammentazione delle gocce, fenomeno noto come atomizzazione secondaria.
Per quanto scritto si pu? dire che la formazione dello spray, oltre ad essere funzione delle caratteristiche geometriche dell?ugello (tra cui il diametro dei fori ma non solo), dipende da:
- Pressione di iniezione (aumentano la velocit? delle gocce ma anche l?intensit? delle forze aerodinamiche);
- Pressione interna dell?aria nel cilindro;
- Propriet? del combustibile;
Ma anche dalla durata dell?iniezione.
Ovviamente oltre alla formazione di particelle di piccola dimensione, va considerata come detto in precedenza, la capacit? dello spray di occupare il maggiore volume possibile.
Di ci? si tiene conto attraverso due parametri, la penetrazione dello spray e l?angolo di apertura del cono di spray.
- La penetrazione aumenta all?aumentare del diametro della goccia;
- Aumenta all?aumentare della pressione di iniezione (solo fino a un certo punto poich? ad alte pressioni si ha formazione di particelle molto piccole che evaporano facilmente);
- Al ridursi della contropressione (questo effetto ? forse pi? importante sul cono di spray).
Ma vediamo in che modo questi parametri agiscono.
Dipendenza dalla pressione:
http://img547.imageshack.us/img547/1...enetration.jpg
In breve, nel grafico ? mostrato l?andamento della lunghezza di penetrazione dello spray in funzione della pressione di alimentazione e del tempo di iniezione, per un ugello di tipo VCO con fori da 200um di diametro.
Come aspettato vi ? una chiara differenza tra 60, 100 e 130MPa nelle lunghezze dello spray , come anche nel coefficiente angolare dei best-fit. Anomalo pu? invece apparire l?andamento dei dati sperimentali tra 130 e 160MPa, dove non si notano evidenti differenze.
Ci? ? probabilmente dovuto alla maggiore evaporazione delle gocce prodotte a 160MPa, che quindi non possono penetrare a lungo nel cilindro
Dipendenza dal tipo di ugelli:
http://img607.imageshack.us/img607/999/injugelli.jpg
Il test condotto su due tipi di ugelli (VOC e mini-sac) , con diametro dei fori variabile tra 0.1 - 0.15 e 0.2 mm, ha mostrato un minore grado di penetrazione da parte degli ugelli di tipo VOC di pari dimensione.
Ci? ? probabilmente dovuto a una maggiore capacit? nebulizzante da parte dei VOC, che si trasforma in un migliore tasso di evaporazione del gasolio.
L?analisi potrebbe andare avanti su innumerevoli parametri. La forma dello spray ? infatti dipendente anche dalla durata dell?iniezione, dalla temperatura dell?aria nel cilindro a parit? di pressione (anche se non molto) e da altri fattori quali le caratteristiche chimico fisiche del carburante.
Va ricordato che, sebbene si possano ipotizzare le condizioni di densit?, viscosit? e tensione superficiale del carburante, come valori presenti in condizioni normali (1Atm e 25?C), le condizioni cambiano alle temperature e alle pressioni di esercizio tipicamente presenti in un iniettore, compresa la densit?, che per i liquidi e comunemente considerata costante, data la tipica incomprimibilit? dei liquidi, ma che a 1600-2000 bar subisce delle variazioni.
Non volendo appesantire la trattazione, che vuole essere solo un approccio valido per tutti, si pu? in definitiva dire che, quando si effettua una modifica ai parametri di iniezione (tempi, anticipi di iniezione, pressione rail,) ma anche alla pressione turbo, tutto si pu? dire, tranne che fare una previsione su come verr? modificato lo spray.
Spero di non avere tralasciato nulla di importante nel tentare di semplificare un discorso di per se molto articolato.
