Presentazione di PowerPoint Internet/Catalogo Tesi... · FPGA ( field programmatic gate arrays) 9e’ utilizzata per effettuare alcune ... L’obiettivo della tesi è stato raggiunto

27 Luglio 2005 Anno Accademico 2004-2005 1

STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DI UN STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI CONTROLLO DA BANCO SISTEMA DI CONTROLLO DA BANCO PROVA PER DIESEL COMMON RAILPROVA PER DIESEL COMMON RAIL

RELATORE:RELATORE:Prof. Prof. Ing.Ing. Luca Luca PiancastelliPiancastelliCORELATORI:CORELATORI:Dott.Ing.BonifacioDott.Ing.Bonifacio GrisoliaGrisolia

Tesi di Laurea di:Tesi di Laurea di:

Francesco Francesco FaberiFaberi


PremessaPremessaAttualmente viene programmata una centralina di sviluppo per ciascun motore che deve essere messo a punto al banco prova. Esistono diverse centraline di sviluppo per i diversi tipi di pompa ad alta pressione, per i diversi tipi di iniettore e per il frazionamento della cilindrata.


.

Lo stesso sistema HW/SW può essere utilizzato su diversi tipi edarchitetture di motori, diesel o benzina con minime modifiche alsoftware.La disponibilità di un software interattivo di programmazione estremamamente semplice consente la realizzazione di un’interfaccia utente intuitiva che non richiede come le centraline di sviluppo attuali una programmazione da parte di ingegneri elettronici altamente specializzati. La mappatura del motore può essere gestita direttamente dal personale del banco. come avveniva prima dell’era dei controlli elettronici. Questo approccio abbrevia significativamente i tempi di sviluppo non richiedendo la pre-programmazione e l’installazione della centralina di sviluppo con riduzione significativa del “time-to-market”. Questa attività è in corso in varie Università e Centri di Ricerca in tutto il mondo.

Realizzazione di un sistema di controllo per motori Diesel common rail basato su componenti hardware della NationalInstruments e software Labview quindi su hardware commerciale programmabile tramite software comunemente usato nei laboratori.

OBIETTIVO DEL PROGETTOOBIETTIVO DEL PROGETTO


FASI DEL PROGETTOFASI DEL PROGETTO

Acquisizione dei segnali dei sensori presenti sul banco prova sperimentale

Determinazione dei tempi d’iniezione

Implementazione del software di controllo dell’iniezione

Verificare la risposta effettiva dell’amplificatore

OBIETTIVI DELLA TESI


Passi principaliPassi principaliRicevere i segnali in ingresso tramite

una scheda hardwaredella National instrument

per inquadrare lasituazione

Elaborare una logica diprogrammazioneSoftware tramite

Labview 7.1

Inviare i segnalitramite una scheda hardware

della National instrument

Acquisire i segnali dal banco prova iniezione

e verificare il funzionamento del sistema


Schema generale del Common RailSchema generale del Common Rail

Al posto della centralina

ECU si acquisiscono i

segnali tramite la scheda

della National PXI 7831R

e la gestione avviene

tramite PC con l’ausilio

del software Labview


La scheda utilizza la tecnologia La scheda utilizza la tecnologia FPGA ( FPGA ( fieldfield programmaticprogrammatic gate gate arraysarrays))

ee’’ utilizzata per effettuare alcune utilizzata per effettuare alcune funzioni logiche su hardware funzioni logiche su hardware

frequenza di campionamento frequenza di campionamento fino a 40 fino a 40 MHzMHz

TerminalieraTerminaliera a 90 canali analogicia 90 canali analogici--digitali di comunicazione digitali di comunicazione SchedaScheda--PlantPlant

Parte Hardware:Parte Hardware:la scheda e i collegamentila scheda e i collegamenti


Acquisizione/AttuazioneAcquisizione/Attuazione

Pxi 7831R LabVIEW

Sensore fase

Sensore giriEqualizzatore

Tensione

Effettuando le prove al banco sperimentale e’ stata verificata la logica di programmazione sviluppata in

precedenza

PCPC


Impostazione del problemaImpostazione del problema

BANCO PROVA

E’ stato realizzato in una precedente tesi di laurea la simulazione e l’acquisizione dei segnali provenienti dal

sensore di fase e da quello di giri per la sperimentazione del sistema di iniezione senza il motore

Sensore di fase

Sensore di giri


Regolatore di pressioneRegolatore di pressione

La frequenza del segnalerimane invariata, ciò che cambia è

il tempo di salita e discesadel fronte d’onda

L’otturatore sferico 1 è mantenuto sulla sua sede da un’asta 2 premuta dalla molla (precarico 150 bar/1000giri/min) e dalla forza generata dall’elettromagnete 3 quando viene mandata corrente attraverso i collegamenti 5; per motivi di sicurezza si fa corrispondere ad un aumento di corrente una maggiore chiusura della valvola e quindi un aumento di pressione nel rail.

PWMPWM

FREQUENZA FREQUENZA 1 KHZ1 KHZ


Avviamento motoreAvviamento motoreEffettuando un corretto montaggio della cinghia di distribuzione in corrispondenza del 19° dente

della ruota fonica il pistone del cilindro preso come riferimento si trova al PMS

N

N/2

In fase di accensione rileviamo il segnale del sensore di fase ,una volta avviato il motore saremo in grado di ottenere le informazioni

sulla fase unicamente dal segnale della ruota fonica attraverso il conteggio dei denti.Il

contatore verrà azzerato ad ogni ciclo motore e i due denti mancanti verranno calcolati

tramite software

Puleggia albero di distribuzione

Ruota fonica


chiavechiaveConteggio

frontiConteggio

fronti

RuotafonicaRuotafonica

PuleggiaAlberocamme

PuleggiaAlberocamme

ON

INTERROMPI

OFF

INTERROMPI

Sincro ?Sincro ? SI

NO

Contatore = 240Contatore = 240 SI

NOAzzera

contatoreAzzera

contatore

Rileva Tempo fronti

Rileva Tempo frontiRileva frontiRileva fronti Calcola

rpmCalcola

rpm

Calcola fronte in cui

iniettare

Calcola fronte in cui

iniettare

LOGICA DI PROGRAMMAZIONELOGICA DI PROGRAMMAZIONE

hardware

Sceltaanticipo

software

Sceltaanticipo

Lancia il segnaleall’iniettore

Lancia il segnaleall’iniettore

Calcolo durata

iniezione

Calcolo durata

iniezione

Fronti > 240Fronti > 240SI

NO

==NOSI

Press.rail

Press.rail

Vol.carburante

Vol.carburante


Determinazione della durata di Determinazione della durata di iniezioneiniezione

Per ogni tipologia di Per ogni tipologia di iniettore utilizzato iniettore utilizzato esistono delle tabelle esistono delle tabelle che indicano il tempo di che indicano il tempo di iniezione (iniezione (μμss) in ) in funzione della pressione funzione della pressione del rail (bar) e del del rail (bar) e del volume (mmvolume (mm33) di ) di carburante che si vuole carburante che si vuole iniettare ogni ciclo.iniettare ogni ciclo.

Si prevede per il Si prevede per il momento lavorare a momento lavorare a bassa pressione (300 bassa pressione (300 bar).bar).


Schema di massima Schema di massima delldell’’amplificatore di potenzaamplificatore di potenza

Due livelli di Due livelli di alimentazione 80 V e 12 alimentazione 80 V e 12 V comandati da PWM V comandati da PWM generati dalla scheda generati dalla scheda FPGAFPGA

La corrente che La corrente che passa nellpassa nell’’iniettore iniettore viene invece viene invece controllata in controllata in retroazione a valle retroazione a valle dello stesso.dello stesso.

FPGAFPGA

PxiPxi 7831 7831


PROFILO DI CORRENTE GENERATO PROFILO DI CORRENTE GENERATO

CON PWMCON PWM


LL’’angolo dangolo d’’anticipoanticipoSettaggio valori:

Rpm = 0 [ giri /minuto]

Anticipo = 0 [ ° ]

Rpm = 3800 [ giri /minuto]

Anticipo = 14 [ ° ]

Routine d’avviamento:

Rpm < 300 [ giri /minuto]

Anticipo = 0 [ ° ]

Angolo d’anticipo [ ° ]

RPM

[giri/minuto]

14

00

300 3800

Angolo d’ anticipo =Rpm • 14

3800


Selezione cilindro e anticipoSelezione cilindro e anticipo[(15+ α ant) / d ] = N + resto

T / 30 = t1/10

30 – resto = α att

αatt • t1/10 = T attesa

N°fronti anticipo = N +1

N = n° fronti interi compresi nell’anticipo

T = tempo tra due fronti successivi

t1/10 = tempo per percorrere 1/10 di grado

α ant = angolo d’anticipo (1/10 °)

α att = angolo d’ attesa

T attesa = tempo d’attesa

d = distanza angolare tra 2 fronti (3°)

N+1 N 0123

d

resto

α ant

α att

1,5°

Conteggio fronti

Per un ciclo motore2 x 60 = 120 denti 240 fronti d’onda

In un motore quattro cilindri lo sfasamento di accensione è di180°. Ciò significa che il sensore regime albero motore deverilevare 30 denti (cioè 60 fronti d’onda) tra due accensioni

consecutive.


Schema logico per lSchema logico per l’’invio del PWMinvio del PWM

==

azzeroazzero

Rileva fronte

Rileva fronte ( Fronte PMS ) – ( n° fronti di anticipo )( Fronte PMS ) – ( n° fronti di anticipo )

TimerTimer Tempo diattesa

Tempo diattesa

Invio del segnale all’amplificatore

Invio del segnale all’amplificatore

NO

NO

SI

SI

==

Il primo cilindro raggiungerà il PMS in corrispondenza del 38-esimo fronte.

Gli altri cilindri raggiungeranno il PMS alla distanza di 60 fronti uno dall’altro.


Il pannello frontaleIl pannello frontale

Il pannello frontale Il pannello frontale delldell’’ HOST VI HOST VI contiene tutti i contiene tutti i comandi ed i dati comandi ed i dati necessari al necessari al controllo controllo delldell’’iniezioneiniezione

LL’’utilizzo risulta utilizzo risulta essere semplice ed essere semplice ed efficace.efficace.


CONCLUSIONICONCLUSIONIL’obiettivo della tesi è stato raggiunto completando alcune fasi fondamentali del progetto in questione:

La durata d'iniezioneL'anticipo d'iniezioneGenerazione del segnale PWM di comando Determinazione dell’istante in cui inviare il segnaleAcquisizione del segnale e verifica tramite oscilloscopio

Sviluppi futuriVerificare la risposta dell’amplificatore

Apertura iniettori al banco prova iniettori

Prove al banco con il motore

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Presentazione di PowerPoint Internet/Catalogo Tesi... · FPGA ( field programmatic gate arrays) 9e’ utilizzata per effettuare alcune ... L’obiettivo della tesi è stato raggiunto