Lacquisizione della pressione non è su¢ciente ad illustrare esaustivamente le caratteristiche termodinamiche del motore. E¤ettuando il campionamento in modo sincrono il risultato della misurazione è un array di n misure istantanee
2.3. ENCODER ANGOLARE 13 rilevate al tempo n dt = fnc . Tuttavia nelle acquisizioni motoristiche è buona norma riferirsi non al tempo, bensì allangolo di manovella # per descrivere landamento delle grandezze in gioco. Inoltre molte caratteristiche del mo- tore come lanticipo, la fasatura delle valvole e molti parametri qualitativi della combustione sono espressi in angoli. La sola misura della pressione, si diceva, non è su¢ciente poichè la relazione # = ! t ha senso solo quando la velocità angolare ! si può ritenere costante ed è noto che nei motori la velocità angolare è uttuante e il regime di rotazione è di fatto una velocità mediata sul giro. Serve pertanto una seconda misurazione che permetta il passaggio da p = f (t) a p = f (#) e tale misurazione si e¤ettua mediante lencoder angolare.
Figura 2.3: Lencoder angolare e tutto il corredo necessario per il collega- mento allalbero motore ed allapparecchiatura di acquisizione.
Lencoder angolare è uno strumento per misure di posizione costituito da un sensore solidale al motore che invia un segnale ottico che incide e si riette sulle tacche di disco rotante con lalbero del motore. Le tacche sono distribuite sul disco in modo che la distanza angolare fra di esse sia un r# pre ssato che costituisce la risoluzione dello strumento. Il segnale riesso è ricevuto nuovamente dal sensore ed è convertito in un segnale di tensione. Il risultato della misurazione è costituito da due segnali temporali: un onda
quadra i cui picchi corrispondono alle posizioni in cui il segnale ottico si ri- ette sulle tacche ed una seconda onda quadra il cui unico picco si presenta solo quando il segnale ottico si riette su una tacca di riferimento. Il primo segnale si utilizza per determinare la posizione istantanea dellalbero motore; misurando con la stessa frequenza di campionamento i due segnali p = f (t) e # = g(t) si può legare univocamente la pressione allangolo di manovella indipendentemente dalle uttuazioni di velocità angolare dellalbero motore. Identi cando quindi i picchi dellonda quadra proveniente dallencoder e se- lezionando solo i corrispondenti valori di pressione letti dal sensore piezoelet- trico è in ne possibile ottenere un array di n pressioni ognuna di esse cor- rispondente alla posizione angolare n r#.
Figura 2.4: Lencoder angolare correttamente posizionato sul motore studi- ato.
Appare dunque chiaro che grazie allutilizzo del sensore di posizione si elimina laleatorietà dovuta alle uttuazioni di regime ed operazioni quali la determinazione della pressione in corrispondenza di precisi eventi come lapertura e la chiusura delle valvole, linnesco della combustione o i punti morti diventano immediate. Inoltre è possibile confrontare cicli di¤erenti sulla stessa scala angolare indipendetemente dal regime del motore.
2.3. ENCODER ANGOLARE 15
Figura 2.5: Lencoder angolare correttamente posizionato sul motore studi- ato.
E tuttavia indispensabile fare una precisazione su questo metodo e su come sia stato utilizzato nel presente lavoro. Avendo un mezzo di confronto così potente si è tentati, e lo si è fatto proprio in questo lavoro, di ignorare i dati grezzi subito dopo che essi sono stati utilizzati per ricavare le curve di pressione in funzione dellangolo di manovella. Le ragioni di tale com- portamento sono chiare: minore mole di dati da analizzare, minore spazio necessario per archiviare i dati, minore peso da elaborare (gli array di pres- sione acquisiti inizialmente sono molto grandi e condizionano le prestazioni delle macchine per lanalisi), inoltre le informazioni ottenibili dai soli cicli indicati sono spesso esaustive. Nel corso di questo lavoro ci si è chiesti in che caso questi dati possano essere ancora utili a dispetto degli svantaggi com- putazionali riscontrati. Si è giunti alla conclusione che essi possono ancora essere utili qualora si decidesse eseguire analisi in frequenza. Questi dati,
infatti, contengono ancora moltissime informazioni nel caso in cui si vogliano studiare più approfonditamente i fenomeni di detonazione. I fenomeni legati alla detonazione avvengono con frequenze elevate che vengono perse utiliz- zando il proccedimento sopra illustrato. Noto tutto questo si può scegliere di archiviare in toto tutto quello che si è acquisito e individuare la presenza della detonazione utilizzando il segnale di pressione nel tempo, alternativamente si può scegliere di studiare la detonazione mediante lutilizzo di accelerometri che misurino le vibrazioni sul cilindro utilizzando, in pratica, lo stesso metodo che la centralina del motore utilizza per controllare e scongiurare linsorgere dei fenomeni detonanti.
2.3.1
Misure di velocità
Lencoder angolare, utilizzato con le modalità di acquisizione del presente la- voro, può essere sfruttato anche per misurare con unottima approssimazione il regime angolare del motore. La velocità angolare media del motore è data dal rapporto r#
rt. La frazione angolare r# è misurata mediante lencoder an-
golare ed il tempo è facilmente deducibile dal numero di campioni acquisiti nellintervallo r# . Noto il numero di campioni, ed acquisendo a frequenza di campionamento costante, il tempo trascorso fra gli estremi dellintervallo r# si ottiene come:
rt = n 1 fc
(2.1)
Pertanto è possibile calcolare la velocità istantanea del motore con unapprossimazione legata alla minima distanza misurabile dallencoder. In questo lavoro si cal-
colerà il regime del motore considerando lintervallo r# = 2, in questo modo si avrà unindicazione della velocità media del motore utile per rego- lare in modo ottimale la frequenza di campionamento al variare del regime del motore.