ITNA20130018A1 - Metodo per la determinazione della pressione media indicata ed istantanea vibrazionale nei motori a combustione interna attraverso trasformata wavelet - Google Patents

Metodo per la determinazione della pressione media indicata ed istantanea vibrazionale nei motori a combustione interna attraverso trasformata wavelet

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ITNA20130018A1
ITNA20130018A1 IT000018A ITNA20130018A ITNA20130018A1 IT NA20130018 A1 ITNA20130018 A1 IT NA20130018A1 IT 000018 A IT000018 A IT 000018A IT NA20130018 A ITNA20130018 A IT NA20130018A IT NA20130018 A1 ITNA20130018 A1 IT NA20130018A1
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Vincenzo Avagliano
Vincenzo Niola
Giuseppe Quaremba
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Description

"METODO PER LA DETERMINAZIONE DELLA PRESSIONE MEDIA INDICATA ED ISTANTANEA VIBRAZIONALE NEI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA ATTRAVERSO TRASFORMATA WAVELET"
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Questa invenzione fa riferimento al campo della tecnica relativo alle utilizzate per la rilevazione della pressione media indicata nei motori a combustione interna, al fine di controllare ed eliminare su ciascun cilindro il problema di eventuali anomalie nella combustione che comprometterebbero l'affidabilità del motore.
Infatti tali anomalie che si verificano principalmente in camera di combustione, con il tempo, possono portare a gravi avarie dell'intero motore ovvero a un decadimento delle perfomance.
Tra i tanti fenomeni c'Ã ̈ quello del cosiddetto knocking. Ad oggi per studiare, a banco, l'andamento della combustione, si utilizza, tra l'altro, una candela strumentata montata sul cilindro che, attraverso un trasduttore di pressione, consente di ottenere il valore della pressione istantanea ovvero quella media indicata.
Dai suddetti segnali, forniti dal trasduttore di pressione e da un accelerometro, viene ricavato lo spettro di Fourier. Da esso si procede alla identificazione di particolari frequenze che possano, in qualche modo, essere premonitori di fenomeni causati da malfunzionamento.
Pertanto, attualmente, l'identificazione di eventuali malfunzionamenti legati alla non corretta combustione vengono gestiti attraverso l'analisi spettrale del solo segnale accelerometrico (accelerometro montato su autoveicoli di serie). Ovviamente, l'andamento della pressione in camera di combustione, può essere effettuata a banco e con l'impiego di apposita candela strumentata (non montata su autoveicoli di serie).
La metodologia proposta da questo brevetto, consente di intervenire in tempo reale, attraverso l'analisi del segnale accelerometrico (a mezzo trasformata wavelet) e tachimetrico (ottenibile da apposita ruota fonica e proximity, anche essi montati già di serie) ed in maniera mirata sulle cause che hanno condotto alla cattiva combustione, dando così la possibilità ad esempio alla centralina, di regolare la fasatura d'accensione per eliminare il problema (ad esempio, del knocking) e ottenere così una combustione regolare, migliorando in tal senso le prestazioni e la durata del motore.
Questo brevetto, utilizzando i segnali provenienti da un unico accelerometro e dalla relativa tachimetrica, già montati di serie sul motore degli attuali autoveicoli a benzina, trattati secondo un preciso schema funzionale basato sull'utilizzo della trasformata wavelet permette la ricostruzione della pressione media indicata e di quella istantanea vibrazionale, che morfologicamente sono molto simili a quelle che vengono rilevate utilizzando il trasduttore di pressione (diagramma indicato), ad es. a mezzo candela strumentata.
La metodologia proposta da questo brevetto, consente una diagnosi immediata grazie ad acquisizioni di pochi secondi (circa 3s). Infatti, più che la quantità del segnale, in termini di lunghezza, la metodica incide fortemente sulla qualità della informazione che à ̈ possibile estrarre da esso. Da questo punto di vista il lavoro svolto in laboratorio può avere un'applicazione reale. Infatti, l'immagazzinamento di dati e, successivamente, scaricabili durante le normali operazioni di manutenzione che si svolgono in officina, consente di avere a disposizione un numero elevato di informazioni relative alle varie fasi di vita del motore. La metodologia proposta da questo brevetto si articola seguendo i seguenti passi funzionali:
-un macro blocco identificato come "ricerca massimo" ha il compito di identificare quei picchi del segnale tachimetrico che permettono di estrarre il periodo dell'albero motore dal segnale accelerometrico.
-In ingresso a questo macro blocco occorrono due informazioni: numero di impulsi che il segnale tachimetrico fornisce per ogni giro dell'albero motore e frequenza di campionamento SF (sample frequency) dei segnali accelerometrico e tachimetrico.
-Il macro blocco "ricerca massimo" identifica i picchi in base a 3 condizioni: la prima à ̈ quella che pone un threshold al di sotto del quale il segnale tachimetrico à ̈ considerato rumore. -Altra condizione à ̈ che, nell'ambito di una sequenza numerica, un punto può essere definito massimo e quindi picco, se esso contemporaneamente à ̈ maggiore dell'elemento che lo precede e maggiore di quello che lo segue consecutivamente.
-Infine, una terza condizione, utile nel caso di sbalzi di tensione che possono creare doppi picchi, Ã ̈ che per riconoscere il massimo, e quindi il picco di interesse, Ã ̈ opportuno escludere quei picchi che, scelto un opportuno intorno del picco corrente, ricadano in quest'ultimo.
-Noti gli indici della successione numerica, e quindi le posizioni degli elementi che possiamo definire massimi, si possono estrarre dal segnale accelerometrico le sequenze generatesi durante un intero giro dell'albero motore slfS2,..., sN.
-Siano, inoltre, tltt^..., tNle sequenze tachimetriche associabili alle sequenze accélerometriche sifi=l,2,...,N. Tali sequenze, non avendo pari lunghezza a causa del grado di irregolarità Î ́ del motore, vengono normalizzate rispetto alla lunghezza minima, in tal modo ogni sequenza accelerometrica à ̈ composta da un uguale numero di elementi.
-Successivamente, tali sequenze vanno a comporre le righe di una matrice [MATS], mentre le corrispondenti sequenze tachimetriche vanno a comporre la matrice [MATt]. Da tali matrici à ̈ possibile estrapolare le righe pari e le righe dispari, in modo da poter far riferimento ad omologhe sequenze di accensione (cioà ̈ relative alle stesse coppie di cilindri). -Tali righe andranno a comporre i vettori: vett_z_l vettore segnale accelerometrico composto dalle sequenze dispari, vett_z_ll vettore segnale accelerometrico composto dalle sequenze pari, vett_tj vettore segnale tachimetrico composto dalle sequenze tachimetriche dispari e vett_tjl vettore segnale tachimetrico composto dalle sequenze tachimetriche pari.
-La convoluzione tra il vett_z_l, selezionato attraverso il vett_t_l ed opportuna funzione wavelet, genera la matrice [MATWTL composta da N righe di coefficienti wavelet. Interpolando ogni riga della matrice [MATWT], attraverso la funzione 1FFT e con un numero opportuno di armoniche, si ottengono gli andamenti delle N pressioni istantanee vibrazionali (P.l.v.).
-Effettuando sugli elementi della matrice [MATWT] una operazione di media geometrica e successiva interpolazione a mezzo IFFT con n armoniche, si ricostruisce la cosiddetta pressione media indicata vibrazionale (P.M.I.v.).
-Analogo processamento à ̈ ripetuto per le sequenze pari dove questa volta i vettori vett_z_ll e vett_t_ll sono messi in convoluzione con opportuna funzione wavelet. Come detto in precedenza si ottiene la matrice [MATWT] composta da N righe di coefficienti wavelet. Da essi con analogo procedimento già descritto si ottengono le pressioni medie ed istantanee indicate vibrazionali (P.M.I.v. e P.l.v. rispettivamente). Le caratteristiche dell'invenzione saranno meglio comprese, da chiunque del mestiere, da una lettura della descrizione dei disegni, come segue:
Tav. 1 Fig.l: Schema a blocchi dei passaggi funzionali alla base della metodologia proposta da questo brevetto
Tav. 2 Fig.2: Viene illustrato l'andamento mediato nel tempo di circa 60 cicli di combustione (diagramma di pressione medio indicata vibrazionale). Essa riporta sull'asse delle ascisse il crank angle (in gradi), mentre su quello delle ordinate i coefficienti wavelet (ovviamente adimensionali).
La curva (4) rappresenta il rilevamento accelerometrico in termini di coefficienti wavelet in funzione del crank angle, in un range fra -30° ÷ 30°, per 59 cicli compiuti in sequenza dai 4 cilindri, cioà ̈ senza selezionare le coppie di cilindri.
La curva (2) Ã ̈ stata ottenuta dalla (4) ricostruendo il segnale con 8 armoniche (A8) mediate geometricamente 59 volte.
Per evidenziare la ripetibilità del diagramma della pressione media indicata vibrazionale così ottenuta, sono state inserite sempre altre due curve, cioà ̈ quella (1) e quella (3). Esse rappresentano, così come quella (2), la ricostruzione del segnale accelerometrico ottenuta con 8 armoniche mediate 59 volte, ma si riferiscono a rilevamenti accelerometrici temporalmente sfasati rispetto a quello rappresentato in (4).

Claims (1)

  1. RIVENDICAZIONI DELL'INVENZIONE AVENTE PER TITOLO: "METODO PER LA DETERMINAZIONE DELLA PRESSIONE MEDIA INDICATA ED ISTANTANEA VIBRAZIONALE NEI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA ATTRAVERSO TRASFORMATA WAVELET" TESTO DELLE RIVENDICAZIONI [1]- Un metodo per la determinazione della pressione media indicata ed istantanea vibrazionale nei motori a combustione interna attraverso trasformata wavelet, che comprende le fasi di rilevazione dei segnali: z(t), segnale acceierometrico rilevato lungo l'asse z, asse del cilindro del motore, e x(t) , il segnale tachimetrico. -un macro blocco identificato come ricerca massimo ha il compito di identificare quei picchi del segnale tachimetrico che permettono di estrarre il periodo dell'albero motore dal segnale acceierometrico z(t ) . -In ingresso a questo macro blocco occorrono due informazioni: numero di impulsi che il segnale tachimetrico fornisce per ogni giro dell'albero motore e frequenza di campionamento SF sample frequency dei segnali acceierometrico e tachimetrico. -Il macro blocco ricerca massimo identifica i picchi in base a 3 condizioni: la prima à ̈ quella che pone un threshold, di sotto del quale il segnale tachimetrico à ̈ considerato rumore. -Altra condizione à ̈ che, nell'ambito di una sequenza numerica, un punto può essere definito massimo e quindi picco, se esso contemporaneamente à ̈ maggiore dell'elemento che lo precede e maggiore di quello che lo segue consecutivamente. -Infine, una terza condizione, utile nel caso di sbalzi di tensione che possono creare doppi picchi, à ̈ che per riconoscere il massimo, e quindi il picco di interesse, à ̈ opportuno escludere quei picchi che, scelto un opportuno intorno del picco corrente, ricadano in quest'ultimo. -Noti gli indici della successione numerica, e quindi le posizioni degli elementi che possiamo definire massimi, si possono estrarre dal segnale accelerometrico le sequenze generatesi durante un intero giro dell'albero motore Si, S2,...,SN. -Siano, inoltre, ti, t2(..., tNle sequenze tachimetriche associabili alle sequenze accelerometriche s,, /=1,2,...,N. Tali sequenze, non avendo pari lunghezza, a causa del grado di irregolarità Î ́ del motore, vengono normalizzate rispetto alla lunghezza minima, in tal modo ogni sequenza accelerometrica à ̈ composta da un uguale numero di elementi. -Successivamente, tali sequenze vanno a comporre le righe di una matrice [MATS], mentre le corrispondenti sequenze tachimetriche vanno a comporre la matrice [MATJ. Da tali matrici à ̈ possibile estrapolare le righe pari e le righe dispari, in modo da poter far riferimento ad omologhe sequenze di accensione cioà ̈ relative alle stesse coppie di cilindri. -Tali righe andranno a comporre i vettori: vett_z_l vettore segnale accelerometrico composto dalle sequenze dispari, vett_zjl vettore segnale accelerometrico composto dalle sequenze pari, vett_t_l vettore segnale tachimetrico composto dalle sequenze tachimetriche dispari e vett_t_ll vettore segnale tachimetrico composto dalle sequenze tachimetriche pari. -La convoluzione tra il vett_z_l, selezionato attraverso il vett_t_l ed opportuna funzione wavelet, & matrice [MATwr], composta da N righe di coefficienti wavelet. Interpolando ogni riga della matrice [MATWT], attraverso la funzione IFFT e con un numero opportuno di armoniche, si ottengono gli andamenti delle N pressioni istantanee vibrazionali. -Effettuando sugli elementi delia matrice [MATWT] una operazione di media geometrica e successiva interpolazione a mezzo IFFT con n armoniche, si ricostruisce la cosiddetta pressione media indicata vibrazionale. -Analogo processamento à ̈ ripetuto per le sequenze pari dove questa volta i vettori vett_z_ll e vett_t_ll sono messi in convoluzione con opportuna funzione wavelet. Come detto in precedenza si ottiene la matrice [MATWT] composta da n righe di coefficienti wavelet. Da essi con analogo procedimento già descritto si ottengono le pressioni medie ed istantanee indicate vibrazionali.
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