Documento PDF - AMS Tesi di Laurea
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1. bar m o i i i i i L 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 RPM Figura V 2 c PMI e PME in funzione della velocit E evidente come la PME anche sperimentalmente sia sempre minore della PMI portando quindi ad un rendimento organico sempre minore di 1 essendo definito come PME PMI Il consumo di carburante orario viene determinato e spedito all Host dalla bilancia no vedi capitolo II 3 50 CONCLUSIONI 8000 7 T T T T T 0 TPS 15 TPS 30 7000 H TPS 40 DAN AEE AH TPS70W 7PS 100 E GOOD Fre P PRE ein NE RESI 4 i ig perizie al 5000 4000 Consumo Orario g h 3000 2000 1000 i i i i i i 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 RPM Figura V 2 d Consumo orario in funzione della velocit Il consumo specifico invece viene determinato analiticamente tramite la semplice equazione Ch g h Cs g kWh O I punti ad 85000 RPM sono controtendenza per i motivi sopra spiegati come nel caso della coppia Consumo Specifico g kWh 0 TPS 30 0 TPS 40 7PS709 P3 10096 Ra O 150 i i i i 3000 4000 6000 7000 8000 3000 RPM 5000 Figura V 2 e Consumo specifico in funzione della velocit 51 CONCLUSIONI V 3 LAMBDA SWITCH Per poter rientrare nei parametri di emissione dei gas di scarico facendo in modo che il catalizzatore lavori alla massim2. TORRE EVAPORATIVA i FUEL h FUEL INTERCOOLER enza e nti USCITA INTERCOOLER Cho PRIMARIO RAFF coLD HOT RAFF motore gt aa to morore CONTROCORRENTE MOTORE cai FRENO MOTORE Pe G VALVOLA TERMOSTATICA FRENO CON SCAMBIATORE A CONVEZIONE INTERNO Figura II 2 a Circuito Idraulico Il circuito di raffreddamento del prototipo a 4 tempi stato radicalmente modificato rispetto a quello del motore originale in vista del funzionamento al banco Il motore originale era dotato di uno scambiatore aria acqua il radiatore nel quale il liquido di raffreddamento veniva raffreddato per effetto della convezione dell aria incontrata dalla motocicletta durante il suo avanzamento Il radiatore prevedeva inoltre una ventola azionata da un termostato nel caso in cui la convezione naturale fosse risultata insufficiente a raffreddare il liquido Poich il prototipo si trover a funzionare al banco in un ambiente chiuso stato sostituito il radiatore con uno scambiatore a superficie che utilizza l acqua corrente per sottrarre calore al liquido di raffreddamento del motore circuito secondario Il circuito primario prevede che l acqua calda in uscita dallo scambiatore sia raffreddata nella torre evaporativa posta 22 ALLESTIMENTO BANCO PROVA all esterno dell Hangar e successivamente l acqua fredda entrando nello scambiatore controcorrente raffreddi l acqua del circ
3. 36 DESCRIZIONE SENSORI E COMPONENTI misura di pressione precedente Gli input dell hardware pressione cilindro amplificata sensore di fase ed eventuali input da sensori per analisi detonazioni si possono vedere a schermo poich l OBI collegato direttamente al PC in real time Il tutto viene controllato e visualizzato dal computer tramite un software dedicato L acquisizione effettuata da OBI viene utilizzata quindi come riferimento e metro di giudizio per i valori ottenuti dai sensori IV 5 PICK UP Il pick up un sensore a riluttanza variabile posizionato sul carter motore perpendicolarmente ai denti della ruota fonica ha il compito di misurare le rotazioni dell albero motore in modo da sincronizzare le attuazioni che devono essere fasate con la posizione angolare del motore accensione ed iniezione Il sensore costituito da una bobina avvolta attorno ad un magnete permanente e collegata al terminale di rilevamento della velocit angolare L allontanarsi ed avvicinarsi delle prominenze costruite in materiale ferromagnetico ruota fonica causa una variazione del flusso del campo magnetico che viene trasformato dal pick up in un segnale in tensione dal quale si pu risalire alla velocit angolare del motore circuito magnetico magnete permanente dente sensore a riluttanza variabile Figura IV 5 a Schema di funzionamento Pick Up 37 DESCRIZIONE SENSORI E COMPONENTI Il passaggio del dente
4. 53 APPENDICI APPENDICI A MAPPA CABLAGGIO FI sini JAE 26 P MX23A SE AMP 2 P SUPERSEALI 5 SERIES AMP 2 P SUPERSEAL 1 5 SERIES FEMALE CONTACT FEMALE CONTACT 282080 1 BLACK MALE CONTACT 282104 1 BLACK ETONE POWERS 2 4 fi kd a 1 3 H IGNITION COIL AMP 2 P M TIMER FEMALE CONTACT 282189 1 BLACK BATTERY IGNITION COIL 20 FUEL PUMP IGNITION COIL IOLE VALVE INJECTOR RELAY NAIS CBI R 12V INJECTOR AMP 2 P M TIMER FEMALE CONTACT 282189 1 BLACK BATTERY lo l INJECTOR 20 COOLING FAN RELAY NAIS CB1 R 12V IDLE VALVE AMP 2 P M TIMER FEMALE CONTACT 282189 1 BLACK BATTERY 10 IDLE VALVE 20 T 7 COOLING FAN 2P nm FBATTERY 10 GND 20 BATTERY 12V 12Ah REGULATOR Ol USE 30A MAIN SWITCH ENGINE STOP loo AAND U T dia R DA SAWPOUA J1O01 VETO 54 PINOUT E C U 1 ECU POWER POSITIVE BATTERY 2 ECU GND NEGATIVE BATTERY 25 3 RELAY FUEL PUMP INJECTOR IDLE VALVE IGNITION COIL 4 RELAY COOLING FAN 5 HIGH VOLTAGE IGNITION COIL NEGATIVE CONTROL 6 N C 7 INJECTOR NEGATIVE CONTROL 8 IDLE VALVE NEGATIVE CONTROL 9 NC 10 NC 11 OXYGEN SENSOR GND 12 OXYGEN SENSOR INPUT SIGNAL pe ARTI CRAAK AMP 3 P SUPERSEAL 1 5 SERIES FEMALE CONTACT 282087 1 BLACK AMP 2 P SUPERSEALI 5 SERIES FEMALE CONTACT 282080 1 PLACK 010 MP 02 SENSOR
5. Figura II 3 a Per evitare qualsiasi problema di adescamento e cavitazione delle pompe i serbatoi sono tutti posti in linea d aria soprabattente ovvero le pompe sono tutte ad un livello geodetico inferiore Il circuito interno diviso in due rami quello principale che porta benzina al motore e quello della bilancia che fa fare un giro ulteriore al carburante in modo da poterne rilevare il consumo BILANCIA OUT IN E IN IN BANCO 1 A A BANCHI 2 amp 3 I x OUT OUT BANCO 1 a dii 2 amp 3 FILTRO Figura II 3 c Schema circuito benzina interno bilancia Il ramo principale Figura II 3 b costituito da un rubinetto per aprire o chiudere l alimentazione al banco una combinazione di tre vie per poter accedere al ramo bilancia una pompa per mandare il fluido in pressione e il regolatore di pressione tarato come detto in precedenza in modo da avere al motore una prevalenza di 2 6 bar che la stessa esercitata dalla pompa di serie sulla motocicletta Il circuito bilancia Figura II 3 c comune a tutti e tre i banchi prova e tramite l ausilio di due rubinetti tre vie si sceglie su quale banco misurare il consumo del propulsore 27 ALLESTIMENTO BANCO PROVA Bilancia La bilancia misura il consumo di combustibile ed di tipo massico cio misura la variazione di massa contenuta in un serbatoio nell ambito di un dato intervallo temporale misurando la variazione di
6. di carburante iniettato all interno del singolo cilindro per ciclo attraverso il tempo d iniezione la fasatura d accensione e il bypass idle Per funzionare necessita dei dati 34 DESCRIZIONE SENSORI E COMPONENTI provenienti dai sensori di temperatura acqua e olio motore fase pick up caduta o ribaltamento stampella pressione ambiente sensore implementato in centralina e Air Fuel Ratio sonda A allo scarico in modo da poter calcolare e impostare al ciclo successivo tutte le variabili desiderate Durante l installazione al banco del motore si mantenuta collegata la ECU originale e con la stessa sono stati effettuati i test che verranno successivamente presentati In un secondo momento la centralina stata sostituita con un nuovo prototipo prodotto da Alma Automotive srl IV 3 CANDELA STRUMENTATA Per rilevare l andamento della pressione cilindro si sfruttato un particolare sensore di pressione integrato all interno della candela di accensione stessa In particolare si tratta di una candela strumentata Kistler 6113B con la quale appunto possibile determinare l andamento della pressione in camera di combustione senza dover forare il cilindro Figura IV 3 a Schema candela strumentata 35 DESCRIZIONE SENSORI E COMPONENTI Partendo da questa informazione si pu cos risalire alle grandezze definite indicate in quanto si riferiscono al ciclo indicato Il sensore si basa su un funzio
7. Le R x R Ri Se i valori delle resistenze Ri Rz e R si conoscono con molta precisione il valore di R pu essere determinato con accuratezza Piccole variazioni nel valore di R romperanno l equilibrio e saranno chiaramente identificati da una variazione di tensione tra i capi a e b La forza da misurare deforma leggermente l estensimetro Rx provocando una variazione proporzionale alla forza stessa il segnale che ne deriva dell entit di pochi millesimi di Volt viene amplificato ed elaborato e permette di ricavare il valore della forza della coppia motrice noto il braccio da questo valore assieme al numero di giri rilevati si risale al valore della potenza sviluppata dal propulsore nel dato momento Freno a correnti parassite Per testare e sviluppare il sistema di controllo per un motore endotermico macchina motrice serve una macchina cuplometrica macchina operatrice che permetta di controllare il carico ed il regime di funzionamento del M C I E stato utilizzato un freno a correnti parassite Borghi amp Saveri FE 350 S Figura 2 2 a che permette di far lavorare il motore in tutti i sui punti di funzionamento un punto motore 12 INTRODUZIONE costituito da una coppia di valori caratteristici per esempio regime di rotazione coppia Una fase fondamentale il matching della macchina operatrice con quella motrice in modo da poter far funzionare il motore in condizioni controllate in tutto il suo campo d u
8. O 5 20 l DemCurrent T 0 00 A k 2 5 22 5 RESET DemPosition T 0 00 mm s 25 gt x CANopen Stat Bool Check Cell Motore f TH200utMot 16 83 Di al ja Reset ESC Tscarico 18 C Toil 16 4 aC Lambda Dati Motore Buzzer Mute SHA si as Lambda FN FN 17 53 ii a HEGO ZAN A CoppiaMot N j A TEER 0 00 Di St 08 PME 0 00 BarA j B 8 0 6 Consumption 0 00 kgh E 2 u 023 PotFarf3V 21747 i J 10 0 karta ter KT 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 Time s 71 72 73 74 75 76 77 Time s 78 79 8081 reli Test it Figura V 1 a Figura V 1 a Panoramica Test it e percentuale potenziometro ventilatore e 2a taratura attuatore frizione e 2b abilita i comandi attuatore frizione e 2c dati input e output attuatore frizione ECU Dwell ECU IdleStart ECU IdleStop ECU InjTime ECU IntTemp CONCLUSIONI Sala 0 g 0 ki 0 0 0 0 z 994 19 51 46 Refill Bool ECU 0 00 0 00 caD 0 00 EU 0 00 0 00 se 0 00 x 0 00 ki 0 00 Da 0 00 Mel 0 00 cui 0 00 c 0 00 j 0 00 y 1 Pannello di controllo per giri motore percentuale potenziometro farfalla e 3 Sensori motore di temperatura acqua termocoppia uscita cilindro scarichi e olio motore percentuale del potenziometro farfalla utilizzabile con la centralina Ducati coppia motore ammette soluzione diversa da zero solo quando la frizione viene lasci
9. anche se per un breve periodo nel mondo dei macchinisti e mi ha offerto cos la possibilit di vedere imparare e testare cose di mio grande interesse per le quali avevo scelto di intraprendere questa Facolt Un ringraziamento obbligatorio per i tecnici del Dipartimento di Macchine presenti nell Hangar della Seconda Facolt di Ingegneria in particolar modo all ing Michele Taccioli che ha collaborato lavorando sugli attuatori alla messa in moto del motore all ing Marco Cangini e all ing Lorenzo Zoffoli e alla loro quotidiana disponibilit anche virtuale via mail nel seguirmi lungo il lavoro svolto e nel rispondere a qualsiasi mio quesito anche banale senza mai perdere la pazienza rispondendo sempre in modo garbato e con estrema accuratezza Un grazie indirizzato alla mia famiglia che mi ha sempre supportato e sopportato facendo anche sacrifici in questi mesi di lavoro nonostante gli insuccessi e 1 fallimenti Un ringraziamento anche a tutti i miei amici per i momenti di svago e di distrazione che mi hanno permesso di alleggerire il peso del lavoro durante questi anni affrontati in particolare ai ragazzi della Continuit Filo Bicio Pier e Dy che condividono con me tutto a qualsiasi persona che passata dalla Porta Giovani di Cesena anche se mi ha donato solo un sorriso a tutti gli associati dell A C in particolar modo gli educatori che condividono con me la passione di vivere con una marcia in pi a t
10. aumenta la permeabilit magnetica relativa del circuito magnetico con conseguente diminuzione della riluttanza magnetica Rm Quindi il flusso magnetico aumenta di conseguenza Fm Rm con Fn si intende la forze magnetomotrice la variazione del flusso genera una forza elettromotrice e pari a d dt Questi sensori forniscono un segnale in tensione molto preciso ripetibile e veloce e dell ordine di microsecondi adatto ad essere usato per questo tipo di applicazione Le caratteristiche del sensore il traferro distanza che separa il sensore dalla ruota fonica le dimensioni dei denti della ruota fonica determinano l ampiezza del segnale da inviare all ECU IV 6 BYPASS IDLE Il bypass idle componente gi integrato sul motore di serie un dispositivo che permette di bypassare la valvola a farfalla e il mantenimento del minimo di giri motore anche a farfalla chiusa IV 7 POTENZIOMETRO FARFALLA TPS La valvola a farfalla gestita tramite un attuatore controllato da sala che ne permette l apertura totale o parziale in modo da poter compiere pi prove con differenti carichi di lavoro I potenziometri sono dei sensori di posizione che si basano sul principio del ripartitore resistivo infatti la differenza di potenziale tra il cursore e il polo di alimentazione legata linearmente allo spostamento del cursore Viene utilizzato 38 DESCRIZIONE SENSORI E COMPONENTI quindi per definire la posizione de
11. mn 9 x x F e 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 RPM Figura V 2 b Potenza in funzione della velocit Si noti che per un valore nullo di coppia vedi prova a 7 000 RPM a 15 di apertura farfalla si ha anche un valore nullo di potenza Con PMI si intende la Pressione Media Indicata e con PME la Pressione Media Effettiva La PMI per definizione il lavoro del ciclo termodinamico indicato Li per unit di cilindrata ed ottenuta e calcolata direttamente da OBI vedi capitolo IV 4 Li l p dV La potenza indicata invece si trova derivando il lavoro indicato in funzione del tempo oppure n Pi pmi V ri dove con V si intende la cilindrata i un indice che nel nostro caso 2 poich si tratta di un motore a 4 tempi e con n la velocit espressa in Giri al secondo 49 CONCLUSIONI La PME invece il rapporto fra lavoro utile per ciclo e cilindrata ed anche direttamente proporzionale alla coppia C C 2m pme 1 V Dove la pme si misura in Pascal la coppia in Nm e il volume in m mentre i un indice che nel nostro caso 2 poich si sta lavorando su un motore a 4 tempi Il passaggio da Pascal a bar immediato infatti 1 bar 100 000 Pa PMI TPS 15 PMI TPS 30 PMI TPS 40 10 PMI TPS 70 PMI TPS 100 PME TPS 15 amp _ PME TPS 30 PME TPS 40 PME TPS 70 PME TPS 100 DD
12. motore a combustione interna ad accensione comandata espresse dal motore in diversi range di velocit di rotazione e diversi valori di apertura della valvola a farfalla TPS 15 gt 3 000 7 000 RPM TPS 30 gt 37500 8 500 RPM TPS 40 gt 4 500 8 500 RPM TPS 70 gt 57500 8 500 RPM TPS 100 gt 6 000 8 500 RPM 47 CONCLUSIONI Per quanto riguarda la curva di coppia avendo usufruito di prove discrete e non continue su tutto l arco degli RPM non presentano la caratteristica curva ma hanno un andamento pi lineare spigoloso Un curioso caso quello verificatosi tra gli 8 000 e 8 500 RPM dove le prove a 30 40 e 70 di apertura farfalla presentano un inversione di tendenza di coppia succeder anche con le grandezze derivate come la potenza e la PME iniziando ad incrementare anzich diminuire nonostante non vi siano apparentemente cause che provochino questo comportamento anomalo vedi capitolo V 3 25 sie O SSIS TPS 30 TPS 40 20 TPS70 l TPS 100 Coppia Nm 0 5 gt 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 RPM Figura V 2 a Coppia in funzione della veocit Il valore della potenza invece viene ottenuto dalla moltiplicazione tra coppia misurata al banco e la velocit angolare P C w 48 CONCLUSIONI IPSJ5EN TPS 30 TPS 40 _ 15540 7P3 100 pereeo aa ae ABATE a a Potenza kW 5
13. ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA SCUOLA DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA Sede di Forl Corso di Laurea in INGEGNERIA MECCANICA TESI DILAUREA In Macchine Installazione al banco e prova di un motore motociclistico CANDIDATO Isacco Battistini RELATORE Prof Ing Enrico Corti Anno Accademico 2013 2014 Sessione III Ai miei genitori che mi hanno sempre sostenuto nonostante i passi falsi Al mio nonno Natale che avvera il sogno di avere un nipote laureato Al mio nonno Giovanni che il mio angelo custode INDICE INDICE ELENCO FIGURE amp TABELLE OGGETTO DELLA TESI CAPITOLO I Introduzione 1 Banco prova amp Freno a correnti parassite 2 Specifiche motore in oggetto 3 Dettagli propulsore CAPITOLO II Allestimento banco prova 1 Lavori preliminari amp Trasporto al banco 2 Circuito di raffreddamento amp Vaso di espansione 3 Circuito benzina amp Bilancia 4 Camera di controllo CAPITOLO II Cablaggio 1 Introduzione 2 Cablaggio di serie 3 Cablaggio rack CAPITOLO IV Descrizione sensori e componenti 1 Introduzione 2 Centralina ECU 3 Candela strumentata 4 OBI 5 Pick Up pag 6 pag 8 pag 9 pag 9 pag 15 pag 16 pag 19 pag 19 pag 22 pag 26 pag 30 pag 31 pag 31 pag 31 pag 32 pag 34 pag 34 pag 34 pag 35 pag 36 pag 37 6 By Pass Idle 7 Potenziometro Farfalla TPS 8 Sonda Lambda 9 Termocoppia
14. O BANCO PROVA II 1 LAVORI PRELIMINARI E TRASPORTO AL BANCO Le prime tappe di avvicinamento alla sistemazione del motore sul basamento sono state quelle di creare un sostegno per il propulsore e di ruotare gli scarichi di 180 rispetto la loro posizione originale in modo da poter lavorare meglio sul motore Questo lavoro Figura II 1 a stato eseguito dai tecnici presenti in officina Il prototipo ha due terminali di scarico valle catalizzatore essendo per un monocilindrico il collettore in uscita dal cilindro unico e qui sono alloggiati la sonda lambda lineare UEGO la sonda lambda isterica EGO e il sensore di temperatura dei gas di scarico Si deciso di ruotare i due terminali di 180 come sopra descritto poich la loro posizione originale creava problemi con il sostegno motore f Figura II 1 a Basamento del banco sinistra amp sostegno motore destra x Parallelamente alla costruzione del supporto stato verificato e pulito il circuito interno benzina poich in precedenza era stato utilizzato un altro carburante etanolo E85 Inoltre la valvola di regolazione della pressione benzina stata impostata a 2 6 19 ALLESTIMENTO BANCO PROVA bar secondo quanto osservato sull unit originale Il propulsore una volta ancorato al sostegno stato prima trasportato con l ausilio di un carrello dall officina nei pressi del banco e successivamente p
15. S GND AMP 2 P SUPERSEAL 1 5 SERIES e ia lo cacio BLACK PHA OR PU NAI E EZ AAE SENIORO oA INJECTION DIAGNOSTICS SYSTE NEGATIVE CONTROL AMP 2 P SUPERSEAL 1 5 SERIES MALE CONTACT 282104 1 BLACK APPENDICI 14 INPUT STARTER 15 PHASE SENSOR INPUT SIGNAL 16 PHASE SENSOR GND 17 SENSORS GNO 18 N C 19 WATER TEMPERATURE SENSOR INPUT SIGNAL 20 TPS SENSOR INPUT SIGNAL 21 TPS SENSOR POWER 5V 22 INJECTION DIAGNOSTICS SYSTEM NEGATIVE CONTROL MAX 0 5A 23 RPM OUT SIGNAL NEGATIVE CONTROL MAX 0 5A 24 ECU DIAGNOSTICS 25 N C 26 N C Merom tows nNeL y AWIA MSA TD CAu gt ATO AMP 3 P M TIMER FEMALE CONTACT 282191 1 BLACK 01 TPS SENSOR POWER 5V 02 TPS SENSOR INPUT SIGNAL 03 SENSORS GND TPS SENSOR AMP 2 P SUPERSEAL 1 5 SERIES MALE CONTACT 282104 1 BLACK Mn IR OIL TEMPERATURE SENSOR OR INP NA PICK UP SENSOR PHASE SENSOR GND 10 OXYGEN SENSOR AMP 2 P SUPERSEAL1 5 SERIES FEMALE CONTACT 282080 1 BLACK rternte rt E OXYGEN SENSOR INPUT SIGNAL 02 OXYGEN SENSOR GND Cdo S CATO INJECTION SYSTEM WIRING MTWL PRELIMINARY 55 RINGRAZIAMENTI RINGRAZIAMENTI Al termine di questo percorso di studi vorrei ringraziare le persone per l aiuto che mi hanno dato In primo luogo sono grato al Professore Enrico Corti che ha accettato la mia richiesta di tesi e di tirocinio in Hangar nel laboratorio di Macchine permettendo di inserirmi
16. Tipo K 10 Termoresistenze CAPITOLO V Conclusioni 1 Panoramica Test It 2 Analisi dati prove sperimentali 3 Lambda switch APPENDICE a Mappa cablaggio RINGRAZIAMENTI BIBLIOGRAFIA E RIFERIMENTI INDICE pag 38 pag 38 pag 39 pag 41 pag 42 pag 43 pag 43 pag 46 pag 51 pag 54 pag 54 pag 56 pag 58 ELENCO FIGURE amp TABELLE Figura I l a Figura I l b Figura I 1 c Tabella I 1 a Figura I 2 a Figura 1 3 a Figura I 3 b Figura I 3 c Figura II l a Figura II 1 b Figura II 1 c Figura II 2 a Figura II 2 b Figura II 2 c Figura II 2 d Figura II 2 e Figura II 3 a Figura II 3 b Figura II 3 c Figura II 3 d Figura II 3 e Figura II 3 f Figura II 3 g Figura II 4 a Figura III 2 a Figura III 3 a Banco prova Schema elettrico ponte di Wheatstone Freno FE350S a correnti parassite Dati tecnici freno FE350S Schema funzionamento cilindro DOHC Vista anteriore motore Vista laterale motore Vista laterale motore particolare Basamento del banco amp sostegno motore Trasporto motore al banco Particolare tubo raccordo scarico Circuito idraulico Radiatore di serie Circuito idraulico definitivo Ventole da PC Ventilatore industriale Schema circuito benzina esterno Schema circuito benzina interno principale Schema circuito benzina interno bilancia Bilancia AVL 733 Principio funzionamento della bilancia Motore bilancia Configurazione banchi Camera di contr
17. a efficienza possibile il valore di A F misurato dovrebbe aggirarsi attorno allo stechiometrico 14 6 Per ottenere invece incrementi di prestazioni e ottenere il massimo dal propulsore sono stati implementati nella centralina algoritmi che permettono dopo circa 20 secondi di funzionamento ai massimi carichi nel nostro caso 8 000 8 500 RPM di raggiungere una posizione di lambda grasso 11 8 Questo accorgimento permette di avere in camera di combustione un maggior quantitativo di carburante ottenendo quindi un miglioramento delle prestazioni 24 AJF 1 Potenza kW Coppia Nm 22 20 18 16 14 12 Time 8 Figura V 3 a A F Potenza e Coppia in funzione del tempo di registrazione Come si pu dedurre dal grafico poco prima del passaggio da lambda stechiometrico a lambda grasso si ha un picco del rapporto A F in magro con un leggero calo delle 52 CONCLUSIONI prestazioni mentre si sta commutando in grasso i risultati iniziano a migliorare L incremento di potenza cos ottenuto facilmente calcolabile _P2 P1_ 19 6 17 8 kW Pa 17 8 kW AP 10 1 A causa della variazione dell anticipo si ottengono temperature ai terminali di scarico minori vedi Figura V 3 b migliorando cos una situazione delicata 595 590 n QO n 590 575 Temperatura scarico C n mm 565 560 0 Time s Figura V 3 b Temperatura scarichi in funzione del tempo di registrazione
18. ante che andrebbero a creare delle sovrappressioni nel circuito rischiando di danneggiarlo La pressione che si crea nell impianto pari a quella della colonna di acqua esistente tra il vaso aperto e il propulsore Raffreddamento scarichi e attuatori Durante le prove effettuate si notato che gli scarichi e gli attuatori si surriscaldavano rischiando di compromettere il componente in oggetto Per ovviare tali problemi sono stati installate due ventole da PC Figura II 2 d che aspirano il calore generato dall attuatore e un ventilatore industriale Figura II 2 e per limitare la temperatura agli scarichi Figura II 2 d Ventole da PC Figura II 2 e Ventilatore industriale 25 ALLESTIMENTO BANCO PROVA II 3 CIRCUITO BENZINA Per quanto riguarda il circuito di alimentazione lo si pu dividere in due parti principali all interno e all esterno dell edificio SALA lt n SERBATOIO BENZINA SERBATOIO Figura II 3 a Schema circuito benzina esterno ETANOLO E85 All esterno dell Hangar c un vano dove sono conservati sotto chiave i serbatoi del carburante SERBATOI IN BILANCIA REGOLATORE DI PRESSIONE MOTORE OUT BILANCIA Figura II 3 b Schema circuito benzina interno principale 26 ALLESTIMENTO BANCO PROVA Ad ogni serbatoio collegato in serie un rubinetto e siccome sono stati usati sullo stesso banco quello benzina e quello etanolo sono sulla stessa via
19. ata PME consumo carburante e percentuale del potenziometro farfalla utilizzabile con la centralina AlmaAutomotive 44 CONCLUSIONI A grafici istantanei A t utilizzata sia sonda EGO che UEGO 5 potenza coppia e giri del motore ammettono soluzione diversa da zero solo quando la frizione viene rilasciata 6 grafici istantanei coppia e potenza t 7 Stato sala livello carburante bilancia giri al minuto del freno coppia sul freno differenza giri tra freno e motore in modo da poter valutare lo slittamento della frizione pressione temperatura e umidit in sala 8 Alarm History 9 Pulsante per riempire la bilancia 10 POBI uno strumento di misura differente e non diretto lo si utilizza per avere un feedback e una controprova rileva i giri motore PMI istantanea e la posizione angolare istantanea la pressione massima nel cilindro e la posizione angolare della pressione massima al cilindro infine la d uso della CPU 11 Dati letti dalla centralina via CAN tra i quali angolo di apertura e chiusura bypass tempo di iniezione A dalla sonda EGO giri motore ottenuti dalla ruota fonica SOI start of injection angolo di inizio iniezione TPS throttle position sensor che corrisponde a PotFarf3V e VBatt indica il livello di tensione della batteria 12 il primo pulsante initialization quando lo si attiva attua un operazione di inizializzazione dei linmo
20. atica la temperatura crollava facendo cos nascere un comportamento intermittente della valvola stessa L unico modo per evitarlo era quello di rendere similari le portate operazione possibile solo posizionando le valvole sul circuito primario in posizioni prossime alla totale chiusura Questa soluzione era inefficiente perch solo con un piccolo scostamento si ritornava alla situazione precedente Successivamente si verificato che impiegando il circuito di raffreddamento di serie composto dal radiatore e dal circuito di by pass era possibile stabilizzare il motore a temperature corrispondenti al normale funzionamento a caldo BY PASS VALVOLA TERMOSTATICA M RADIATORE CON VASO DI ESPANSIONE INTEGRATO Figura II 2 c Circuito idraulico definitivo 24 ALLESTIMENTO BANCO PROVA Vaso di espansione Il vaso di espansione un componente idraulico che funge da volano di pressione ovvero svolge la funzione di contenere le variazioni di pressione del circuito evitando pericolosi sbalzi e colpi d ariete che altrimenti dovrebbero essere assorbiti dalle tubature e dal resto dell impianto Il vaso di espansione pone il fluido a diretto contatto con l atmosfera Per compensare correttamente la pressione del circuito deve essere collocato necessariamente nel punto pi alto dell impianto Un altro pregio relativo all inserimento di questo componente la compensazioni di eventuali incrementi di volumi di fluido refriger
21. da sola Mentre a misurazione ultimata se rimasto del carburante nella bilancia e lo si vuole recuperare lo si pu far evacuare in cinque semplici step banchi 2 3 Figura II 3 g Configurazione banchi Chiudere il rubinetto che collega l impianto ai serbatoi esterni Figura II 3 b Posizionare i rubinetti sottostanti in configurazione bilancia Figura I1 3 f 29 ALLESTIMENTO BANCO PROVA e Verificare che i rubinetti sotto la bilancia siano diretti verso il banco interessato Figura II 3 g e Alimentare la pompa del motore al banco con una tensione di 12V e Al fine di evitare il danneggiamento della suddetta bisogna tagliarne l alimentazione non appena la bilancia si completamente vuotata e ci si pu verificare collegando a quest ultima un controller che in tempo reale ne verifica lo stato 11 4 CAMERA DI CONTROLLO La camera di controllo posta di fronte al banco su cui stato installato il prototipo possibile controllare l andamento delle prove anche visivamente poich presente una finestra in vetro antisfondamento Da essa possibile modificare le condizioni di funzionamento del motore e tenere sotto controllo alcune grandezze significative All interno Figura II 4 a ci sono due file di tavoli paralleli dove sono disposti i computer che si usano per il controllo motore e per la ricerca al centro del tavolo sotto il finestrone posizionata la chiave per accendere il motore Fig
22. di Figura III 3 b CAN bus a Host PC Figura III 3 b Schema elettrico OBI 33 DESCRIZIONE SENSORI E COMPONENTI CAPITOLO IV DESCRIZIONE SENSORE E COMPONENTI IV 1 INTRODUZIONE Per portare a termine nella maniera pi esaustiva possibile l analisi al banco di un propulsore indispensabile poter carpire il maggior numero possibile di informazioni e variabili che ne caratterizzano il funzionamento Per queste ragioni la combinazione dei sensori originali e secondari del motore Mahindra la seguente a quattro termocoppie acqua motore olio motore scarico acqua in uscita dal cilindro b due sonde allo scarico UEGO EGO c bypass IDLE d tempo carica bobina e conseguentemente istante angolare di scarica bobina al quale corrisponde l anticipo di accensione attuato SA e tempo di iniezione f ruota fonica pick up g candela strumentata h apertura valvola farfalla TPS In seguito una descrizione dei componenti pi importanti montati sul propulsore IV 2 ECU ENGINE CONTROL UNIT L ECU il dispositivo di controllo motore in particolare si tratta di un hardware in grado di comandare gli attuatori del MCI a fronte di determinati segnali in input derivanti dai sensori di serie L utilizzo di un controllo di tipo elettronico permette di ottimizzare la formazione della miscela la combustione ed infine il contenimento delle emissioni inquinanti Nel caso specifico la centralina controlla la quantit
23. forza peso In sala presente il sistema AVL 733 Figura II 3 d che si avvale di un serbatoio di misura sospeso su un sistema a m 6 1 Fuelsupplvconnections 4 5 Blade spring 2 Damping device 6 Measurement beam 3 Capacitive sensor 7 Calibrating weight 4 Tara weight 8 Measuring vessel Figura II 3 d Bilancia AVL 733 Figura II 3 e Principio di funzionamento della bilancia bilancia con due bracci e contrappesi fissi Il dispositivo dotato di un sistema automatico di lettura del consumo massico attraverso il rilevamento del moto dei bracci con sensore capacitivo La misurazione del consumo viene programmata ed il risultato acquisito attraverso comunicazione seriale Le Figura II 3 f Motore Bilancia 28 ALLESTIMENTO BANCO PROVA Per poter effettuare la misura la bilancia deve essere riempita e ci pu avvenire in cinque semplici passi Dopo aver controllato che non sia in funzione nessun motore in sala vi si pu accedere per il riempimento della bilancia che prevede Aprire il rubinetto che collega l impianto ai serbatoi esterni Figura I1 3 b Posizionare i rubinetti sottostanti in configurazione bilancia Figura I1 3 f Aprire il rubinetto della bilancia Verificare che 1 rubinetti sottostanti siano diretti verso il banco interessato Figura II 3 g Alimentare la pompa della bilancia con una tensione di 12V Al termine del riempimento la pompa anche se alimentata smette di funzionare
24. i poi sia in Excel che in Matlab Con Test It possibile fare due tipi di acquisizioni REC e MEMO La prima riferita alla singola prova mentre la seconda in riferimento ai dati ottenute dalle prove precedenti la scrittura su file di tutte le medie dei valori per poter avere un idea di fondo senza dover esaminare in profondit tutti i registri 46 CONCLUSIONI Time Toil Tscarico TH2OoutMot POTfarf1 Pamb Tamb Uamb PresFreno Lambda hhmmss C C C mbar C v U 122056 94 91895 537 0588 91 0722 16 11102 998 8861 20 1516 43 50215 2 214895 14 65934 122135 95 2434 530 4071 91 1973 18 63465 998 9878 20 21182 43 44466 2 212383 14 66762 122219 95 69331 525 078 91 27586 21 13782 998 978 20 22879 43 19259 2 199733 14 69174 Tabella V 2 b MEMO prima parte HEGO TH20ECU GirFreno Potenza Giri Motore PME CoppiaMot Filling Level Consumption U C rom KW rom BarA Nm g kg h 0 571946 92 8419 610 767 3 306728 5501 007 2 469014 0 591471 92 93933 609 711 4 375806 5491 667 3 272651 0 581778 93 03716 610 07 4 954055 5494 837 3 702997 Tabella V 2 c MEMO seconda parte Le prove eseguite sul propulsore sono state programmate ad apertura farfalla costante e a velocit motore costante secondo il piano sperimentale In questo elaborato saranno rappresentate alcune delle curve di prestazione classiche di un
25. ibile per ottenere un ampiezza di oscillazione adeguata al funzionamento del catalizzatore La sonda lambda lineare permette invece di centrare il titolo della miscela al valore voluto che non necessariamente quello stechiometrico ma pu essere qualunque senza che si verifichino oscillazioni di AFR nell intorno di tale valore Il vantaggio dell impiego della sonda lineare risiede nella possibilit di raggiungere un valore qualsiasi del rapporto A F ad esempio quando vi richiesta di una maggiore prestazione del motore si pu pensare di spostare AFR ad un valore grasso Le differenze tra la sonda di tipo EGO e quella di tipo HEGO si riscontrano prevalentemente nella temperatura di funzionamento infatti la sonda lambda deve raggiungere temperature prossime ai 300 400 C mentre la EGO viene riscaldata dai soli gas di scarico la HEGO dotata di una resistenza elettrica in grado di diminuire il tempo necessario per raggiungere la temperatura di regime riducendo il transitorio seguente l avviamento in cui la sonda lambda non in grado di generare il segnale elettrico IV 9 TERMOCOPPIE La termocoppia un sensore di temperatura largamente diffuso In particolare le termocoppie sono ampiamente utilizzate perch economiche facilmente sostituibili standardizzate e possono misurare un ampio intervallo di temperature Nonostante il loro vasto utilizzo il loro limite pi grande l accuratezza infatti errori sistematici m
26. igeno nei gas di scarico per cui in base al valore di tensione possibile risalire al valore effettivo di AFR Air Fuel Ratio Exhaust Gas Q COHC H NO B Cal Ip Ez C _ l Free Ar Heater e H Figura IV 8 a Schema di funzionamento Sonda Lambda UEGO Pi precisamente sottoponendo l elettrolita a corrente possibile spostare ioni O da una parte all altra dell elettrolita stesso in direzione dipendente dal verso della corrente Nella UEGO viene usato l accoppiamento della pompa di corrente ad una cella di Nernst Nella camera di misura a contatto con l ambiente di scarico si cerca di mantenere una miscela stechiometrica riferimento dell amplificatore differenziale 450mV corrispondente a stechiometria Lo squilibrio rispetto a questo valore porta a pompare corrente in una direzione o in quella opposta La corrente una misura del titolo della miscela che compone i gas di scarico L adozione di una sonda lambda isterica provoca l oscillazione di AFR nell intorno del valore stechiometrico data l impossibilit di confrontare istantaneamente la massa di combustibile iniettato con il segnale proveniente dalla sonda lambda relativo al valore AFR effettivo con sonde di tipo EGO HEGO dunque possibile ottenere una miscela continuamente oscillante attorno al valore stechiometrico si 40 DESCRIZIONE SENSORI E COMPONENTI dovr agire unicamente sull entit della correzione della massa di combust
27. inguibili in base ai due conduttori elettrici che compongono la giunzione ed al campo di applicazione industriale scientifico alimentare medico ecc Le termocoppie montate sul propulsore sono quelle di tipo K Chromel Ni Cr Alumel Ni A1 Sono termocoppie di uso generale economiche e disponibili in una grande variet di formati Il loro intervallo di misura va da 200 C a 1260 C La sensibilit di circa 41 uV C IV 10 TERMORESISTENZE Le termoresistenze sono dei sensori la cui resistivit quindi anche la resistenza dipende linearmente dalla temperatura La conversione in tensione la forza elettromotrice prodotta quindi avviene attraverso il ponte di Wheatstone vedi Capitolo I 1 42 CONCLUSIONI CAPITOLO V CONCLUSIONI V 1 PANORAMICA TEST IT LAS TestIT un software ideato per il controllo e la gestione di un qualsiasi sistema dinamico attuatori sale prove motore forni industriali ecc e per l acquisizione dei parametri di funzionamento Il sistema costituito dai seguenti componenti eRemote Target PXI or cRIO National Instruments da un lato s interfaccia con il sistema controllato sia in input acquisizione dei segnali sia in output attuazioni dall altro s interfaccia con il PC HOST a cui invia i dati acquisiti e da cui riceve i parametri di configurazione impostati dall utente Il Remote Target dotato di un motore Real Time interno che garantisce determinis
28. inori di un grado Celsius sono difficili da ottenere Inoltre le termocoppie sono dei dispositivi non lineari Il principio di funzionamento di una termocoppia prevede che in un circuito formato da due conduttori di natura differente sottoposto ad un gradiente di temperatura instauri una differenza di potenziale Questo fenomeno chiamato effetto Seebeck sfruttato dalle termocoppie Il fenomeno non pu sussistere in un circuito formato da un solo conduttore omogeneo Una termocoppia quindi costituita da una coppia di 41 DESCRIZIONE SENSORI E COMPONENTI conduttori elettrici di diverso materiale uniti tra loro in un punto Questa giunzione convenzionalmente chiamata giunto caldo o giunzione calda ed il punto nel quale viene applicata la temperatura da misurare L altra estremit costituita dalle estremit libere dei due conduttori convenzionalmente chiamata giunto freddo o giunzione fredda Quando esiste una differenza di temperatura tra la zona del giunto caldo e la zona del giunto freddo si pu rilevare una differenza di potenziale elettrico tra le estremit libere della termocoppia in corrispondenza del giunto freddo La relazione tra la differenza di temperatura e la differenza di potenziale prodotta non lineare Essa pu essere approssimata dalla seguente equazione polinomiale N AT X an V n Dove i valori an variano in relazione ai materiali utilizzati Esiste una grande variet di termocoppie dist
29. ione del flusso magnetico e di conseguenza al movimento del rotore La forza generata dall azione frenante del freno viene contrastata con una forza uguale e contraria da parte dello statore per via del principio di azione e reazione in questa situazione l intero corpo frenante che supportato all estremit dell albero da due cuscinetti inizierebbe a ruotare su s stesso ma questo viene impedito dalla cella di carico Figura I 1 b schema elettrico di un ponte di Wheatstone Va Vs X Ri Ri R2 La cella di carico costituita da un insieme di estensimetri a resistenza uniti a formare un ponte di Wheatstone Figura LI b e racchiusi in una custodia metallica di protezione Il ponte di Wheatstone permette di misurare con ottima precisione il valore di AV Vab ottenibile come misura indiretta e Vb Vs X Rx R Rx Vab Va Vb Vs X Ri Ri R2 Rx R R con R variabile ma non nota R e R sono resistori di valore fisso e noto mentre il resistore R variabile noto anch esso La relazione nel caso ci sia una condizione di equilibrio dei due resistori del lato conosciuto R2 R2 R1 11 INTRODUZIONE uguale alla relazione delle altre due resistenze del lato non noto Rx Rx R3 quindi la differenza di potenziale elettrico tra i due punti intermedi v sar nulla e pertanto non circoler corrente elettrica in condizioni di equilibrio
30. ll attuatore che gestisce l apertura della valvola a farfalla l J gt O GWU ATA Figura IV 7 a Schema di funzionamento del potenziometro TPS IV 8 SONDA LAMBDA A La sonda lambda un trasduttore della pressione parziale dell ossigeno contenuto nei gas di scarico in grado di generare un segnale elettrico in funzione della concentrazione di ossigeno nei gas di scarico viene cos chiamata poich si soliti indicare con la lettera A l eccesso d aria La correlazione tra concentrazione di ossigeno e segnale elettrico dipende dalla tipologia della sonda se ne distinguono pertanto tre tipi la EGO Exhaust Gas Oxygen sensor un sensore di tipo isterico il segnale elettrico generato uscita di tipo a gradino caratterizzato cio da una transizione del segnale in corrispondenza di 1 tra il valore di tensione corrispondente a miscele grasse circa pari a 0 9 V e quello relativo a miscele magre circa pari a 0 09 V il valore di tensione generata cambia di un fattore 10 la HEGO Heated Exhaust Gas Oxygen sensor presenta il medesimo principio di funzionamento riscontrato precedentemente per la EGO con l unica differenza di essere pre riscaldata da una resistenza interna la UEGO Universal Exhaust Gas Oxygen sensor di tipo lineare il segnale elettrico generato uscita ha andamento lineare in funzione della pressione parziale 39 DESCRIZIONE SENSORI E COMPONENTI di oss
31. mo temporale nell esecuzione di operazioni automatizzate e totale sicurezza nella gestione delle fasi di emergenza ePC HOST tramite il software LAS TestIT permette di modificare i parametri di configurazione impostare l esecuzione di prove in modalit manuale semi automatica e automatica e di visualizzare e salvare i dati acquisiti nel test Queste e altre funzionalit verranno esaminate all interno del manuale eCavo di connessione LAN permette di connettere il Remote Target PXI o cRIO e il PC consentendo la comunicazione tra i dispositivi Si utilizza questo tipo di connessione diretta per far s che lo scambio dei dati sia il pi possibile in Real Time 43 View Setup Help DEM_RPM Setpoint DEM_ALPHA Setpoint A Clutch Pos mm Clutchforward Pos mm Clutchback Pos mm Enable Clutch Bool ible Throttle Bool Mahindra l Taterface B 5000 u 0 0 35 10 32 TurboFan 86 Clutch ON Booll 50 CoppiaMot Nm OBI T i 1416 7 rpm OBI 0 iwa utomotive 12 18 gt 10 20 Initialization Booll MEP Doo Bas 2c LinMot rpm rpm 8 227 Mah 6 24 MFB cyll 0 deg Stat Clutch 0 sE e 3 P masl 0 Bar G A a 2 28 Read Status Bool Mi APmaxl 30 deg 0 0 0 DemCurrent C 0 00 A o CPU 0 w LU 0 0 DemPosition C 0 00 Potenza kW T Synchro g 125 _ Stat Throttle 0 10 15 dl Alarm His Error Code T 0 TS DS EEA
32. namento di tipo piezoelettrico Temperatura di esercizio 20 C 200 C Intervallo di pressione 0 bar 200 bar Output 10 pC bar Tabella IV 3 a Dati tecnici candela strumentata L effetto piezoelettrico consiste nella variazione di resistenza elettrica del materiale quando viene deformato meccanicamente AR AL r dove la costante di proporzionalit G chiamata gauge factor La particolarit di questo modello risiede nel fatto che stato inserito il sensore di pressione all interno della candela che fa scoccare la scintilla Questa caratteristica fa s che non ci sia necessit di modificare la testata del motore e l installazione risulta semplice e poco invasiva IV 4 OBI OBI On Board Indicating uno strumento che permette di fare una analisi indicating in tempo reale Con analisi indicating si intende la determinazione dei parametri caratterizzanti un ciclo di combustione inerente ad un ciclo indicato Tutta l analisi si basa sul segnale di pressione cilindro il quale viene analizzato e fasato sulla base della rilevazione della fase del motore encoder o VRS esso viene amplificato e analizzato dall hardware OBI Da queste due informazioni possibile calcolare in tempo reale grandezze inerenti ad un ciclo motore indicato quali PMI PMIH MFB10 MFB50 MFB90 MAPO picco di pressione posizione del picco di pressione e calore rilasciato La catena di acquisizione dati quindi si basa sulla
33. o del motore stesso in uno scatolone hanno permesso di accendere il propulsore al banco prova INTRODUZIONE CAPITOLO INTRODUZIONE 1 1 BANCO PROVA Il banco prova uno strumento di misura progettato per il rilevamento delle caratteristiche meccaniche dei motori potenza coppia motrice e consumi EA iii urge Figura I 1 a Banco Prova INTRODUZIONE Il banco permette di rilevarne le caratteristiche nei diversi regimi di funzionamento dal regime minimo fino a quello massimo consentito dalle caratteristiche intrinseche o dal limitatore di giri montato su quasi tutti i motori endotermici a partire dagli anni settanta Come anticipato in precedenza nei laboratori della Facolt sono presenti tre banchi prova per il test delle motorizzazioni In quello utilizzato per lo svolgimento delle prove sperimentali installato un banco freno della casa produttrice Borghi amp Saveri nella fattispecie il modello FE350S Si tratta di un banco prova a correnti parassite in grado di restituire in output la velocit di rotazione e la coppia erogata conseguentemente anche la potenza da un generico albero in rotazione collegato allo strumento Un banco prova essenzialmente composto da un dispositivo in grado di applicare una coppia resistente modulabile all albero del motore in prova questa si basa su vari tipi di freno che possono essere meccanici idraulici o elettrici a correnti parassite o attive Un banco di tipo semplice co
34. ollo Cablaggio di serie Rack e schema composizione rack ELENCO FIGURE pag 8 pag 10 pag 12 pag 13 pag 14 pag 15 pag 16 pag 17 pag 18 pag 19 pag 20 pag 21 pag 22 pag 23 pag 24 pag 24 pag 25 pag 25 pag 26 pag 27 pag 27 pag 27 pag 28 pag 29 pag 30 pag 31 Figura III 3 b Figura IV 3 a Tabella IV 3 a Figura IV 5 a Figura IV 7 a Figura IV 8 a Figura V l a Tabella V 2 a Tabella V 2 b Tabella V 2 c Figura V 2 a Figura V 2 b Figura V 2 c Figura V 2 d Figura V 2 e Figura V 3 a Figura V 3 b Schema elettrico OBI Schema candela strumentata Dati tecnici candela strumentata Schema funzionamento pick up Schema di funzionamento del potenziometro TPS Schema di funzionamento sonda lamda UEGO Panoramica Test It Piano sperimentale MEMO prima parte MEMO seconda parte Coppia in funzione della velocit Potenza in funzione della velocit PMI PME in funzione della velocit Consumo orario in funzione della velocit Consumo specifico in funzione della velocit A F potenza e coppia in funzione del tempo Temperatura scarichi in funzione del tempo ELENCO FIGURE pag 32 pag 34 pag 35 pag 36 pag 38 pag 39 pag 43 pag 45 pag 46 pag 46 pag 47 pag 48 pag 49 pag 50 pag 50 pag 51 pag 52 OGGETTO DELLA TESI OGGETTO DELLA TESI L industria automotive a causa della sempre maggiore complessit dei motori di nuova generazione e degli accresciuti standard q
35. oni gestito da un PC in real time ed collegato tramite cavo ethernet all Host di sala 2 N a AJAT 6 MIL yS H BNC 2090A COMPACT BNC RIO 2110 XI TERMOCOPPIE Figura III 3 a Rack amp schema composizione rack Il rack composto da e BNC 2090A e COMPACT RIO e BNC 2110 e PXI e DCU e Amplificatore di carica 32 CABLAGGIO e Dal pannello che raccoglie tutte le termocoppie e OBI I primi tre elementi sono delle pannelliere composte da schede di acquisizione tramite BNC e di interfaccia dati ovvero tramite le quali possibile comandare attuazioni vedi ventilatore mediante 1 Host Il PXI permette di interfacciare la DCU con il real time che comandato dall Host dove la DCU il pannello del controllo freno per mezzo del quale possibile calibrare e modificare i parametri caratteristici del freno regime e coppia La pannelliera delle termocoppie direttamente collegata al SCXI che ha gi la compensazione del giunto freddo vedi capitolo successivo OBI e l amplificatore di carica gestiscono e rendono visibile a Test It il segnale in uscita dalla candela strumentata vedi capitolo successivo che rende possibile l analisi indicating Il segnale in uscita dalla candela strumentata pC bar viene amplificato e implementato da pC bar passa a mV dall amplificatore di carica e arriva ad OBI che lo rende visibile all Host come un segnale di pressione bar ve
36. osizionato sul basamento del banco prova tramite una gru del carroponte Figura II 1 b Il basamento del banco prova poggia su fondazioni distinte da quelle del fabbricato allo scopo di non trasmettere vibrazioni alle strutture di quest ultimo Si ha a che fare con un monocilindrico che quindi naturalmente soggetto ad una notevole quantit di vibrazioni durante il funzionamento Figura II 1 b Trasporto motore al banco 20 ALLESTIMENTO BANCO PROVA Trasporto motore al banco Figura II 1 b 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Gru porta carichi Camino Rack contenente controller Ventilatore Freno utilizzatore Attuatore del cambio Attuatore della frizione Tubi per il ricircolo dell aria Motore al banco 10 Bilancia per misurare la massa del carburante utilizzato Dopo aver installato il propulsore al banco prova la priorit era quella di incanalare i gas esausti della combustione al camino vedi punto 2 Figura II 1 b la soluzione adottata stata quella di collegare ciascuno degli scarichi sezione destra della Figura II 1 c tramite un raccordo divergente sezione centrale della Figura II 1 c saldato ad hoc che si immette in un tubo flessibile sezione sinistra della Figura II 1 c collegato al camino Figura II 1 c Particolare da sinistra verso destra tubo raccordo scarico 21 ALLESTIMENTO BANCO PROVA II 2 CIRCUITO DI RAFFREDDAMENTO Modifiche al circuito idraulico
37. spersioni d energia per regolare Figura I 2 a Schema di il moto delle valvole avendo una punteria con meno M sedi parti in movimento contrariamente ai motori con distribuzione ad aste e bilancieri e la distribuzione stessa meno bisognosa di manutenzione in quanto le camme sono a diretto contatto con le valvole o vi interposto un bilanciere a dito che permette di ridurre le forze laterali applicate alle punterie 15 INTRODUZIONE 1 3 DETTAGLI MOTORE Figura I 3 a Vista anteriore del motore Vista anteriore del motore Figura 1 3 a 1 Sensore sonda lambda EGO 2 Ingresso benzina al motore monte filtro 3 Uscita camicia cilindro acqua calda 4 Aspirazione pompa centrifuga acqua fredda 5 Mandata pompa centrifuga 16 INTRODUZIONE Figura I 3 b Vista laterale motore Vista laterale del motore Figura 1 3 b 1 Sonda lambda EGO 2 Ingresso e filtro benzina 3 Uscita camicia cilindro acqua calda 4 Sensore temperatura motore 5 Sensore posizione albero motore VRS 6 Connettore alternatore 7 Sensore posizione cambio 8 Leva del cambio 17 INTRODUZIONE Figura I 3 c Vista laterale motore particolare Vista laterale del motore particolare Figura 1 3 c 1 Sonda lambda EGO 2 Leva frizione 3 Aspirazione pompa centrifuga acqua fredda 4 Potenziometro farfalla TPS Throttle Position Sensor 5 Bypass Idle 18 ALLESTIMENTO BANCO PROVA CAPITOLO Il ALLESTIMENT
38. stituito da un basamento che prende il nome di base sismica ove viene fissato il motore da provare che viene collegato al rotore tramite il suo albero Il punto da cui esso trasmette il moto di norma l albero secondario del cambio per i motori motociclistici e l albero motore per i motori da autotrazione viene collegato attraverso un giunto l albero del freno dinamometrico L asse principale sostenuto da cuscinetti flottante ed al naturale movimento che assumerebbe se lasciato libero si contrappone il sistema di misura dalla coppia che pu essere meccanico bilancia o elettronico cella di carico o flangia torsiometrica Il funzionamento di dispositivi frenanti basato sul principio delle correnti parassite o correnti di Foucault che vengono generate dal movimento di parti metalliche all interno di un campo magnetico producendovi una modifica di flusso cui corrisponde una forza frenante perci si parla di freni elettromagnetici Di massima il freno costituito da un rotore e da un disco polare a forma stellare che ruota fra due camere di raffreddamento integrate nel corpo frenante sedi di un campo magnetico prodotto da una bobina eccitata in corrente continua 10 INTRODUZIONE La rotazione del disco polare provoca una variazione nel tempo del flusso magnetico generando le correnti parassite sullo strato metallico delle superfici delle camere di raffreddamento queste correnti indotte si oppongono alla variaz
39. t in modo da farli posizionare nella posizione desiderata attivare prima di ogni avvio mentre il pulsante sottostante read status qualora fosse attivo lascia aperta la comunicazione con i linmot 13 se attivo enable throttle permette di controllare il potenziometro farfalla 45 CONCLUSIONI V 2 ANALISI DATI Questo lavoro di tesi aveva come obbiettivo primario l installazione al banco del motore Mahindra avendolo compiuto con successo si automaticamente passati alla fase successiva l analisi dei dati L ultima fase dello studio del propulsore al banco prova quella della raccolta della maggior parte possibile di dati sperimentali prima di installare la nuova centralina in modo da poterli confrontare in futuro Per questa ragione stato definito un piano sperimentale vedi tabella V 2 a in modo da poter valutare i risultati sulle stesse tipologie di prove La differenza del colore della marcatura con una x delle differenti prove sta ad indicare le differenti date in cui sono state effettuate x X G M A MS MG OE S MES X x X Xx x i I x x gt lt x ac x x xixjx xixixixixixixixixixijixixjx x lt ac ac x gt lt gt lt ac ac gt lt gt lt ac Tabella V 2 a Piano sperimentale I dati sono ottenuti per mezzo di Test It vedi capitolo V 1 il quale permette di acquisire i dati in file di testo txt che possono essere elaborat
40. tilizzo Figura I 1 c Freno FE 350 S a correnti parassita Le macchine cuplometriche hanno la carcassa oscillante 1 in figura che ruota attorno all asse coincidente con quello dell albero motore in giallo in figura La rotazione per impedita da una cella di carico 2 in figura contenente il ponte di Wheatstone vedi capitolo precedente posta tra il basamento 3 in figura che fissato al terreno e la carcassa mobile ad una certa distanza dall asse di rotazione braccio b La cella di carico misura la forza F necessaria ad impedire la rotazione 13 INTRODUZIONE ed essendo noto e costante il braccio il momento torcente Coppia univocamente determinato C Fxb Quindi conosceremo anche la potenza zan P sCxo Cx 60 rad Ss i iri i Da dove ui la velocit angolare istantanea e n sono i giri a cui il freno sta mantenendo il motore Il collegamento motore freno per l installazione presa in considerazione avviene tramite catena 4 in figura ad uso motociclistico a maglie Diametro albero B B D Numero rotori Diametro rotore Coppia massima Nm 1400 Velocit rotazione massima RPM 8000 350 257 40 0 618 Dime aieo momori OO Dimerore bum 50 Coppia masi as azione massima e I Potenza massima B kW Momento d inerzia kgm N kamml Portata liquido raffreddamento m3 h 11 0 Peso A N U3 ON Pa a
41. tl Tabella I 1 a Dati tecnici freno FE350S Tra motore e freno vi un rapporto di riduzione T 3 4286 calcolato 2 dove zl numero di denti della corona mentre z2 numero di denti del pignone Il rapporto di riduzione totale noto tiot 9 007 ed stato ottenuto tramite il rapporto dei numeri di giri di freno e motore rilevati rispettivamente dal freno e dal segnale di ruota fonica 14 INTRODUZIONE di OBI sistema di cui si parla successivamente In questo modo possibile ottenere il rapporto di riduzione interno relativo al posizionamento del cambio sulla 4 marcia tot Tint Ottenuto pari a 2 627 E stato calcolato solo quello relativo alla 4 marcia poich tutti i test e le prove si sono svolte con il cambio posizionato sulla 4 marcia 1 2 SPECIFICHE TECNICHE MOTORE MAHINDRA Il propulsore in questione un Mahindra Mojo 300 albero a camme punteria a N bicchierino raffreddato a liquido Il Mojo caratterizzato da un unico cilindro da 300cc DOHC che produrr circa 26 27 CV a 8500rpm e 24 25 Nm di coppia a 7000rpm Il propulsore dotato del sistema di iniezione elettronica di carburante Ducati Energia ad iniezione indiretta ed equipaggiato Siec infine di un cambio a sei marce Con DOHC Double Overhead Camshaft si intende la distribuzione con doppio albero a camme in testa Tale tipologia di distribuzione migliora la potenza e la durata del motore in quanto ci sono meno di
42. ualitativi imposti dal mercato necessita di strumenti sempre pi accurati e selettivi per poter qualificare i motori prodotti Un Banco Prova uno di quegli strumenti e mette a disposizione diverse funzioni dalla pi semplice il rilevamento della potenza alla ruota o all albero alle pi complesse quale l interfacciamento la programmazione e la mappatura di una centralina regolando i parametri di controllo Il laboratorio del dipartimento di Ingegneria Industriale DIN della facolt dell universit di Bologna situato in un hangar dell aeroporto Ridolfi di Forl dove si trovano tre banchi prova nei quali sono montati tre propulsori Mahindra Mojo 300 alimentato a benzina Turbina di elicottero alimentata a cherosene e Motore Multijet 1300 alimentato a gasolio In questa tesi si approfondiscono in particolar modo gli aspetti preparatori per il test e la calibrazione del sistema di controllo del motore Mahindra montato al banco prova Verr chiarito come si proceduto per arrivare a questo risultato i problemi che si sono incontrati e le soluzioni che sono state adottate Nel primo capitolo di quest elaborato verr presentato il banco prova e il propulsore oggetto di studio analizzandone l architettura gli aspetti funzionali e le peculiarit tecniche Il secondo capitolo dedicato all installazione al banco del motore Partendo dall adattamento del castelletto motore saranno spiegati gli step che dall arriv
43. uito secondario Il circuito primario stato ramificato in modo da mandare acqua fredda al freno che possiede uno scambiatore a convezione interno e raccogliere l acqua calda in uscita dal freno stesso Figura II 2 b Radiatore di serie Ritorno al circuito idraulico di serie Dopo aver accesso il propulsore si notato che la temperatura dell acqua rimaneva troppo bassa l acqua di raffreddamento ha infatti una temperatura di circa 90 C in normali condizioni di funzionamento Poich la potenza scambiata dello scambiatore in controcorrente supera di gran lunga la potenza termica prodotta dal propulsore a causa delle elevate differenze di portata nei due circuiti appena si apre la valvola termostatica la temperatura dell acqua nel circuito secondario cala di molto facendo chiudere immediatamente la valvola La potenza scambiata 23 ALLESTIMENTO BANCO PROVA Q Gxclx AT dove G ce sta per la portata in massa cl il calore specifico mentre AT K la differenza di temperatura tra i fluidi Per ovviare al problema si provato a far variare i parametri ma essendo il medesimo fluido il calore specifico lo stesso e sulle temperature non stato possibile agire quindi stato inserito un by pass in modo da poter miscelare acqua calda e fredda per ottenere la temperatura ideale Tuttavia come gi detto a causa della maggior potenza scambiata nello scambiatore non appena si apriva la valvola termost
44. ura II 4 a Camera di controllo 30 CABLAGGIO CAPITOLO Ill CABLAGGIO III 1 INTRODUZIONE Un componente di primaria importanza per il funzionamento di un motore il cablaggio elettrico L idea di fondo del cablaggio stata quella di operare mantenendo tutti i dispositivi in sala prove lasciando in sala di controllo solo la chiave per l accensione del motore e l host di controllo Il componente basilare di questo sistema la centralina motore anche detta ECU Engine Control Unit vedi capitolo successivo Il motore arrivato quasi completamente strumentato molti dei sensori che si utilizzano sono quelli montati di serie sulla vettura altri per sono stati installati in laboratorio Il cablaggio si pu suddividere in due circuiti serie e rack III 2 CABLAGGIO DI SERIE Il cablaggio di serie prevede due percorsi il primo quello in cui i dati raccolti dai sensori arrivano alla centralina mentre nel secondo i dati elaborati dall ECU procedono nel senso opposto andando ad agire direttamente sulle attuazioni del propulsore Figura III 2 a Cablaggio di serie 31 CABLAGGIO III 3 CABLAGGIO RACK x Il circuito di cablaggio contestualizzata con cablaggio rack stato introdotto in modo da poter comunicare e comandare tramite l Host tutti gli azionamenti agenti sul propulsore il rack l armadio in cui sono inseriti tutti gli hardware che ricevono e inviano dati e segnalazi
45. utti gli arbitri delP AIA Cesena che condividono con me un cammino di crescita sportiva e personale 56 RINGRAZIAMENTI Un gigantesco ringraziamento va a Elisabetta Pinza che ha sempre creduto in me molto pi di me stesso mi sempre stata vicino e mi ha aiutato di giorno in giorno a concludere quest avventura 57 BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA E RIFERIMENTI Azzoni Piero M 2006 Strumenti e misure per l ingegneria meccanica Avvio alla comprensione delle moderne tecniche sperimentali Hoepli Milano Mosconi N 2011 Analisi sviluppo e validazione sperimentale di un sistema di controllo per un motore GDI a doppio stadio di sovralimentazione Tesi di Laurea in Ingegneria Meccanica Facolt di Ingegneria Bologna Amadio V 2003 Applicazione dell iniezione diretta di benzina in un motore a 2 tempi di tipo innovativo Tesi di Laurea in Ingegneria Meccanica Facolt di Ingegneria Torino Minardi L 2012 Sviluppo di un torsiometro per applicazioni on board Tesi di Laurea in Ingegneria Meccanica Facolt di Ingegneria Bologna Borghi e Saveri 2002 Manuale uso e manutenzione Sae Digital Library Vaso di espansione http www motorbeam com categorv bikes mahindra mojo 58 59
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