Presentazione di PowerPoint Internet/Catalogo Tesi... · FPGA ( field programmatic gate arrays)...
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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
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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.
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.
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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).
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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
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PROFILO DI CORRENTE GENERATO PROFILO DI CORRENTE GENERATO
CON PWMCON PWM
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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
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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.
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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.
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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.
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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