- Real-Time Engine Diagnostic and Control Based on Acoustic Emissions Analysis
- Businaro, Andrea <1987>
Subject
- ING-IND/08 Macchine a fluido
Description
- Engine developers are putting more and more emphasis on the research of maximum thermal and mechanical efficiency in the recent years. Research advances have proven the effectiveness of downsized, turbocharged and direct injection concepts, applied to gasoline combustion systems, to reduce the overall fuel consumption while respecting exhaust emissions limits. These new technologies require more complex engine control units. The sound emitted from a mechanical system encloses many information related to its operating condition and it can be used for control and diagnostic purposes. The thesis shows how the functions carried out from different and specific sensors usually present on-board, can be executed, at the same time, using only one multifunction sensor based on low-cost microphone technology. A theoretical background about sound and signal processing is provided in chapter 1. In modern turbocharged downsized GDI engines, the achievement of maximum thermal efficiency is precluded by the occurrence of knock. Knock emits an unmistakable sound perceived by the human ear like a clink. In chapter 2, the possibility of using this characteristic sound for knock control propose, starting from first experimental assessment tests, to the implementation in a real, production-type engine control unit will be shown. Chapter 3 focus is on misfire detection. Putting emphasis on the low frequency domain of the engine sound spectrum, features related to each combustion cycle of each cylinder can be identified and isolated. An innovative approach to misfire detection, which presents the advantage of not being affected by the road and driveline conditions is introduced. A preliminary study of air path leak detection techniques based on acoustic emissions analysis has been developed, and the first experimental results are shown in chapter 4. Finally, in chapter 5, an innovative detection methodology, based on engine vibration analysis, that can provide useful information about combustion phase is reported.
- Negli ultimi anni, nel panorama automobilistico mondiale è stata introdotta una nuova generazione di motori, che rappresentano la ricerca della massima efficienza termica e meccanica. Numerose ricerche hanno dimostrato l'efficacia dei concetti di iniezione diretta, riduzione della cilindrata, sovralimentazione applicate a sistemi di combustione ad accensione comandata, per ridurre il consumo e rispettare i limiti di emissioni. Queste nuove tecnologie richiedono sistemi di gestione sempre più complessi. Il suono emesso da un sistema meccanico racchiude molte informazioni relative alla sua condizione operativa e attraverso una opportuna elaborazione può essere utilizzato con finalità di controllo e diagnostica. Nella tesi verrà mostrato come funzioni specifiche svolte da sensori differenti presenti in vettura, possono essere eseguite tramite un unico sensore multifunzione basato su una tecnologia microfonica a basso costo. Il primo capitolo introdurrà alcune nozioni di acustica e del trattamento dei segnali. Il capitolo 2 illustra lo sviluppo di indici di detonazione basati sull’elaborazione del segnale acustico applicati sia a motori automobilisti che motociclistici. Questa tecnica di identificazione è stata implementata in una reale centralina di produzione. Nel terzo capitolo viene analizzata la capacità di rilevamento di mancate accensioni mediante l’analisi sonora. Nel dominio delle basse frequenze sonore, è possibile individuare caratteristiche relative a ciascun ciclo di combustione di ogni cilindro. Il vantaggio presentato da questa metodologia di identificazione è di non essere influenzato dalle condizioni della linea di trasmissione e della strada, come invece accade per la tecnologia più largamente utilizzata, che è basata sull’analisi della velocità istantanea dell’albero motore. Nel capitolo 4 vengono mostrati i primi studi e risultati sperimentali nello sviluppo di una tecnica di identificazione di perdite del giro aria mediante analisi acustica. Nel capitolo 5 verrà descritta una metodologia di analisi innovativa del segnale accelerometrico in grado di fornire informazioni utili per la determinazione della fase di combustione.
Date
- 2017-05-24
Type
- Doctoral Thesis
- PeerReviewed
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:unibo-20848
Businaro, Andrea (2017) Real-Time Engine Diagnostic and Control Based on Acoustic Emissions Analysis, [Dissertation thesis], Alma Mater Studiorum Università di Bologna. Dottorato di ricerca in Meccanica e scienze avanzate dell'ingegneria