Studio sperimentale di tecniche per il controllo in retroazione di motori 4T A. C.

(1)

ALLEGATO I

Le principali normative antinquinamento

dei piccoli motori non stradali

(2)

Allegato 1 II

California Air Resources Board (CARB)

Limiti alle emissioni dei piccoli motori (<25 CV) industriali e agricoli :

HANDHELD EQUIPMENT Emission levels in g/bHp-hr*

Year Displacement HC CO NOx PM

1995-98 Less than 20cc** 220 600 4.0 ... “ 20cc to<50cc 180 600 4.0 ... “ 50cc and greater 120 300 4.0 ... NON-HANDHELD EQUIPMENT Emission levels in g/bHp-hr

Year Displacement HC + NOx CO PM

1995-98 Less than 225cc 12.0 300 0.9

“ 225cc and gr. 10.0 300 0.9

Tabella 1 – 1995-1998 Utility Engine Emission Standards

*grams per brake horsepower-hour **cubic centimeter

HANDHELD EQUIPMENT Emission levels in g/bHp-hr*

Year Displacement HC CO NOx PM

1999 and later All 50 130 4.0 0.25

NON-HANDHELD EQUIPMENT

Emission levels in g/bHp-hr

Year Displacement HC + NOx CO PM

1999 and later All 3.2 100 0.25

(3)

Allegato 1 III

Environment Protection Agency (EPA)

Limiti alle emissioni dei piccoli motori (<25 CV) industriali e agricoli :

Engine Class Engine Type Engine Disp. [cm3] CO [g/kWh] HC [g/kWh] NOx [g/kWh] HC+NOX [g/kWh] I NonHandheld <225 517 - - 16.1 II NonHandheld >225 517 - - 13.4 III Handheld <20 805 295 5.36 - IV Handheld ≥ 20,<50 603 241 5.36 - V Handheld ≤50 603 161 5.36 -

Tabella 3 – US Federal emission standards for small non-road s.i. engines at or below 19kW (Phase I)

Engine Class Engine Disp. [cm3] CO [g/kWh] NMHC+NOx [g/kWh] HC+NOX [g/kWh] I <225 610 14.8 16.1 Effective date

August 1, 2007; in addition, any Class I engine family initially produced on

or after August 1, 2003 must meet the Phase 2 Class I standards before

they may be introduced into commerce.

Tabella 4 - PHASE 2 CLASS I ENGINE EXHAUST EMISSION STANDARDS

Model year Engine class Emission requirement 2001 2002 2003 2004 2005 II HC+NOx NMHC+NOx CO 18 16.7 610 16.6 15.3 610 15.0 14.0 610 13.6 12.7 610 12.1 11.3 610

Tabella 5 - PHASE 2 CLASS II ENGINE EXHAUST EMISSION STANDARDS BY MODEL YEAR

Engine Class 2002 2003 2004 2005 2006 2007 and

later

III 238 175 113 50 50 50

IV 196 148 99 50 50 50

V - - 143 119 96 72

(4)

Allegato 1 IV

COMUNITA’ EUROPEA (EU)

I paragrafi seguenti sono tratti dalla “DIRETTIVA 2002/88/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIO” del 9 dicembre 2002, che stabilisce le regole per il rilascio delle omologazioni per i motori off road negli Stati membri dell’Unione Europea.

Motori ad accensione comandata: suddivisione in classi

Ai fini della presente direttiva i motori ad accensione comandata vengono suddivisi nelle seguenti classi:

Classe principale S: piccoli motori con potenza netta ≤ 19kW. La classe principale S si suddivide a sua volta in due categorie: H: motori per macchine portatili

N: motori per macchine non portatili

Classe/Categoria Cilindrata (Cm3₎ Motori Portatili Classe SH:1 <20 Classe SH:2 ≥20 <50 Classe SH:3 ≥50

Motori non Portatili

Classe SN:1 <66 Classe SN:2 ≥66 <100 Classe SN:3 ≥100 <225 Classe SN:4 ≥225

(5)

Allegato 1 V

FASE I DI OMOLOGAZIONE

Gli Stati membri negano il rilascio dell'omologazione per un tipo di motore o una famiglia di motori e il rilascio dei documenti di cui all'allegato VII e ogni altra omologazione per le macchine mobili non stradali su cui sia montato un motore dopo l'11 agosto 2004, se il motore non soddisfa i requisiti stabiliti dalla presente direttiva e se le emissioni di inquinanti gassosi prodotte dal motore in questione non sono conformi ai valori limite definiti nella tabella di cui al punto 4.2.2.1 dell'allegato I.

4.2.2.1. Le emissioni di monossido di carbonio, idrocarburi, ossido d'azoto e la somma totale di idrocarburi e ossidi di azoto non devono superare, per la fase I, i valori indicati nella tabella seguente:

Classe Monossido di carbonio(CO)

[g/kWh]

Somma di Idrocarburi e Ossido di azoto (HC+NOx)

[g/kWh] SH:1 805 50 SH:2 805 50 SH:3 603 72 SN:1 610 50,0 SN:2 610 40,0 SN:3 610 16,1 SN:4 610 12,1 Tabella 5.8 - EU - Fase I

(6)

Allegato 1 VI

FASE II DI OMOLOGAZIONE

Gli Stati membri negano il rilascio dell'omologazione per un tipo di motore o una famiglia di motori e il rilascio dei documenti di cui all'allegato VII e di ogni altra omologazione per le macchine mobili non stradali su cui sia montato un motore:

- successivamente al 1o agosto 2004 per le classi di motori SN:1 ed SN:2; - successivamente al 1o agosto 2006 per la classe di motori SN:4;

- successivamente al 1o agosto 2007 per le classi di motori SH:1, SH:2 ed SN:3; - successivamente al 1o agosto 2008 per la classe di motori SH:3,

se il motore non soddisfa i requisiti stabiliti dalla presente direttiva e se le emissioni di

inquinanti gassosi prodotte dal motore in questione non sono conformi ai valori limite definiti nella tabella di cui al punto 4.2.2.2 dell'allegato I.

4.2.2.3 Le emissioni di monossido di carbonio e la somma totale di idrocarburi e ossidi di azoto non devono superare, per la fase II , i valori indicati nella tabella seguente.

Classe Monossido di carbonio(CO) [g/kWh] Idrocarburi (HC) [g/kWh] Ossidi di azoto (NOx) [g/kWh]

Somma di Idrocarburi e Ossido di azoto (HC+NOx) [g/kWh] SH:1 805 295 5,36 SH:2 805 241 5,36 SH:3 603 161 5,36 SN:1 519 50 SN:2 519 40 SN:3 519 16,1 SN:4 519 13,4 Tabella 5.9 – EU -Fase II

(7)

ALLEGATO 2

La funzione

analisi_segnale.m

(8)

Allegato 2 VIII

Listato della funzione analisi_segnale.m

function[] = analisi_segnale(ciclo,velo)

%Calcola la durata dell'acquisizione

T=60/velo*2; angolo=ciclo(:,1);

%Calcola il numero di campioni acquisiti

N_camp=length(angolo);

%Calcola la frequenza di campionamento e di Nyquist

freq_camp=N_camp/T; freq_nyq=freq_camp/2; %Vettorizzazione dati detonazione=ciclo(:,4); lambda=ciclo(:,3); pressione=ciclo(:,2);

%Media il valore di lambda

lambdamedio=mean(lambda);

%Calcola il valore massimo di pressione

[pmax,indice]=max(pressione); angolo(indice)

%Applica un filtro passabanda di Butterworth al segnale del sensore di detonazione

wf=[5000/freq_nyq,22000/freq_nyq]; [b,a] = butter(5,wf);

detonazione=filter(b,a,detonazione); %pressione=filter(b,a,pressione);

%Rappresenta graficamente l'andamento delle grandezze rilevate

figure(1); %[Ax]=plotyy(angolo(300*5:300*5+135*5),pressione(300*5:300*5+135*5),angolo(300*5:300 *5+135*5),detonazione(300*5:300*5+135*5)); [Ax]=plotyy(angolo,pressione,angolo,detonazione); %[Ax]=plotyy(angolo(320*5:320*5+80*5),pressione(320*5:320*5+80*5),angolo(320*5:320*5 +80*5),detonazione(320*5:320*5+80*5)); %[Ax]=plotyy(angolo(100*5:3600),pressione(100*5:3600),angolo(100*5:3600),detonazione(10 0*5:3600)); xlabel('Angolo [°]'); set(get(Ax(1),'Ylabel'),'String','Pressione [bar]') set(get(Ax(2),'Ylabel'),'String','Vibrazione [V]') %set(get(Ax(2),'Ylabel'),'String','Tensione [V]')

(9)

Allegato 2 IX

%title(['Ciclo rilevato a ',int2str(velo),' giri e per lambda = ',num2str(lambdamedio), ]); figure(2); subplot(2,1,1); plot(angolo(340*5:340*5+95*5),detonazione(340*5:340*5+95*5),'g'); xlabel('Angolo [°]'); ylabel('Ampiezza');

title('Segnale sensore di detonazione'); subplot(2,1,2);

plot(angolo(340*5:340*5+95*5),pressione(340*5:340*5+95*5)); xlabel('Angolo [°]');

ylabel('Ampiezza');

title('Segnale sensore di pressione');

risposta=input('Si desidera limitare l''analisi della detonazione ai 45° successivi al PMS?(1/0) ');

if risposta==1

%Analisi in frequenza detonazione filtrata in fase N_fil=N_camp/16; detonazione2=detonazione; down_fase=1; while angolo(down_fase)<(-15), down_fase=down_fase+1; end detonazione=detonazione(down_fase:(down_fase+(N_fil-1))); length(detonazione); %Fine filtro

%Analisi in frequenza del sensore di detonazione

f_det=fft(detonazione); N=length(f_det); f_det_n=f_det(1:(N_fil-1)/2+1); a_f_det=abs(f_det_n); i=(0:1:(N_fil-1)/2); k_freq=i*(16/T)/1000;

%Fine analisi in frequenza detonazione

%Analisi in frequenza pressione

pressione=pressione(down_fase:(down_fase+(N_fil-1))); f_pre=fft(pressione);

%Np=length(f_pre);

f_pre2=f_pre(1:(N_fil-1)/2+1); a_f_pre=abs(f_pre2);

%Fine analisi in frequenza pressione

%Il filtraggio elimina le frequenze al difuori della caratteristica del sensore

down=1;

(10)

Allegato 2 X down=down+1; end up=length(k_freq); while k_freq(up)>45 up=up-1; end

%Fine filtraggio sensore

figure(3); plot(k_freq(down:up),a_f_det(down:up)); figure(4); subplot(2,1,1); plot(k_freq(down:up),a_f_det(down:up),'g'); xlabel('f [kHz]'); ylabel('Ampiezza');

title('Risposta in frequenza sensore di detonazione'); subplot(2,1,2);

plot(k_freq(down:up),a_f_pre(down:up)); xlabel('f [kHz]');

ylabel('Ampiezza');

title('Risposta in frequenza sensore di pressione');

%Calcolo della PSD

h=length(f_det);

Pyy = f_det .*conj(f_det)/h; Pyy(N_fil/2+2:N_fil) = [] ; Pyy(2:N_fil/2+1) = 2*Pyy(2:N_fil/2+1); figure(5) plot(k_freq(down:up),Pyy(down:up)); xlabel('f [kHz]'); ylabel('Ampiezza');

title('PSD del segnale di detonazione');

else

%Analisi in frequenza detonazione

f_det=fft(detonazione); N=length(f_det); f_det2=f_det(1:N/2+1); a_f_det=abs(f_det2); i=(0:1:N/2); k_freq=i*(1/T)/1000;

%Fine analisi in frequenza detonazione

%Analisi in frequenza pressione

f_pre=fft(pressione); Np=length(f_pre);

(11)

Allegato 2 XI

f_pre2=f_pre(1:Np/2+1); a_f_pre=abs(f_pre2);

%Fine analisi in frequenza pressione

figure(2);

plot(k_freq,a_f_det); xlabel('f [kHz]'); ylabel('Ampiezza');

title('Risposta in frequenza');

%Il filtraggio elimina le frequenze al di fuori della caratteristica del sensore

down=1; while k_freq(down)<5, down=down+1; end up=length(k_freq); while k_freq(up)>22 up=up-1; end

%Fine filtraggio sensore

figure(3); subplot(2,1,1);

plot(k_freq(down:up),a_f_det(down:up)); xlabel('f [kHz]');

ylabel('Ampiezza');

title('Risposta in frequenza sensore di detonazione'); subplot(2,1,2);

plot(k_freq(down:up),a_f_pre(down:up),'g'); xlabel('f [kHz]');

ylabel('Ampiezza');

title('Risposta in frequenza sensore di pressione'); end

(12)

ALLEGATO 3

La funzione

irregolarità.m

(13)

Allegato 3 XIII

Listato della funzione irregolarità.m

function[]=irregolarità() load g6820ma1.txt load g6820ma2.txt; ... ... load g6820ma50.txt; pressione1=g6820ma1(:,2); [pmax(1),Ind(1)]=max(pressione1); pressione2=g6820ma2(:,2); [pmax(2),Ind(2)]=max(pressione2); ……… ……… pressione50=g6820ma50(:,2); [pmax(50),Ind(50)]=max(pressione50); pmaxmax=max(pmax); pmaxmin=min(pmax); pmaxmean=mean(pmax); risultatip = [pmaxmax,pmaxmean,pmaxmin]; disp(' '); disp(' ');

disp(' Pmax_max Pmax_mean Pmax_min'); disp(risultatip); somma=0; for i = 1:50 scartoq=(pmax(i)-pmaxmean)*(pmax(i)-pmaxmean); somma=somma+scartoq; end sigma=sqrt(somma/50); COV=sigma/pmaxmean*100; Statp=[sigma,COV];

disp(' Sigma_Pmax COV_Pmax'); disp(Statp); lambda1=g6820ma1(:,3); lambda(1)=mean(lambda1); lambda2=g6820ma2(:,3); lambda(2)=mean(lambda2); ………. ………. lambda50=g6820ma50(:,3); lambda(50)=mean(lambda50); lambda50=mean(lambda);

disp(' Lambda medio'); disp(lambda50);

angolo1=g6820ma1(:,1); angolo2=g6820ma2(:,1); ………

(14)

Allegato 3 XIV ……… angolo50=g6820ma50(:,1); Imep(1)=imep(angolo1,pressione1); Imep(2)=imep(angolo2,pressione2); ………. ………. Imep(50)=imep(angolo50,pressione50); imepmax=max(Imep); imepmean=mean(Imep); imepmin=min(Imep); Risultati_im=[imepmax,imepmean,imepmin]; disp(' Imep_max Imep_mean Imep_min'); disp(Risultati_im); somma=0; for i = 1:50 scartoq=(Imep(i)-imepmean)*(Imep(i)-imepmean); somma=somma+scartoq; end sigma_i=sqrt(somma/50); COV_i=sigma_i/imepmean*100; stat_i=[sigma_i,COV_i];

disp(' Sigma_i COV_i') disp(stat_i); AngPmax(1)=angolo1(Ind(1)); AngPmax(2)=angolo2(Ind(2)); ………. ………. AngPmax(50)=angolo50(Ind(50)); AngPmaxmean=mean(AngPmax); AngPmaxmax=max(AngPmax); AngPmaxmin=min(AngPmax); Risultati_a=[AngPmaxmax,AngPmaxmean,AngPmaxmin]; disp(' An_max_Pmax An_mean_Pmax An_min_Pmax'); disp(Risultati_a); somma=0; for i = 1:50 scartoqang=(AngPmax(i)-AngPmaxmean)*(AngPmax(i)-AngPmaxmean); somma=somma+scartoqang; end sigma_a=sqrt(somma/50); COV_a=sigma_a/AngPmaxmean*100; stat_a=[sigma_a,COV_a];

disp(' Sigma_a COV_a') disp(stat_a);

(15)

Allegato 3 XV

Listato della funzione imep.m

function[imep]=imep(angolo,pressione) % Dati motore alesaggio=71; lman=49.33/2; lbiel=88.70; lam=lman/lbiel;

%Fine dati motore

angolorad=angolo*pi/180;

s=lman*(1+lam/4-cos(angolorad)-lam/4*cos(2*angolorad));

% Calcolo del lavoro indicato

Li=0;

for i = 2:3600,

dV(i)=pi*(alesaggio^2)/4*(s(i)-s(i-1));