ITBO20090027A1 - Metodo di controllo di un motore a combustione interna pluricilindrico con spegnimento di una parte dei cilindri in condizioni di basso carico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:

"METODO DI CONTROLLO DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA PLURICILINDRICO CON SPEGNIMENTO DI UNA PARTE DEI CILINDRI IN CONDIZIONI DI BASSO CARICO"

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione è relativa ad un metodo di controllo di un motore a combustione interna pluricilindrico con spegnimento di una parte dei cilindri in condizioni di basso carico.

ARTE ANTERIORE

Un motore a combustione interna comprende una pluralità di cilindri, i quali sono disposti in linea in una unica bancata oppure sono suddivisi in due bancate tra loro angolate. Generalmente i motori presentanti una cilindrata relativamente ridotta (tipicamente fino a due litri) hanno un limitato numero di cilindri (normalmente quattro, ma anche tre o cinque) disposti in linea in una unica bancata; al contrario i motori presentanti una cilindrata elevata (oltre i due litri) hanno un maggiore numero di cilindri (sei, otto, dieci o dodici) in genere suddivisi in due bancate tra loro angolate (l'angolo tra le bancate è generalmente compreso tra 60° e 180°).

Un motore di cilindrata elevata (oltre i due litri) è in grado di generare una potenza massima elevata, la quale, tuttavia, durante la normale guida su strada viene raramente sfruttata; particolarmente durante la guida in città, il motore deve generare una potenza molto limitata, la quale, nel caso di un motore di cilindrata elevata, è una frazione limitata della potenza massima. E' inevitabile che quando un motore di cilindrata elevata eroga un potenza limitata, tale erogazione di potenza avvenga sia con un rendimento molto basso, sia con una alta emissione di inquinanti .

In un motore di cilindrata elevata è stato proposto di spegnere una parte (generalmente metà) dei cilindri quando al motore viene richiesto di generare una potenza limitata; in questo modo, i cilindri che rimangono in funzione possono operare in condizioni più favorevoli aumentando il rendimento complessivo del motore e riducendo l'emissione di inquinanti. Ad esempio, la domanda di brevetto W02006100575A1 descrive un motore a combustione interna comprendente una pluralità di cilindri suddivisi in un primo gruppo ed in un secondo gruppo ed una centralina di controllo per spegnere a basso carico tutti i cilindri del secondo gruppo.

Tuttavia, i metodi di controllo fin qui proposti per spegnere una parte dei cilindri quando al motore viene richiesto di generare una potenza limitata possono essere ulteriormente migliorati per ottimizzare in tutte le condizioni di funzionamento il rendimento del motore.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo di controllo di un motore a combustione interna pluricilindrico con spegnimento di una parte dei cilindri in condizioni di basso carico, il quale metodo di controllo sia privo degli inconvenienti sopra descritti e sia nel contempo di facile ed economica implementazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di controllo di un motore a combustione interna pluricilindrico con spegnimento di una parte dei cilindri in condizioni di basso carico secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:

• la figura 1 è una vista schematica di un motore a combustione interna che implementa il metodo di controllo con spegnimento di una parte dei cilindri della presente invenzione; e

• la figura 2 è una vista schematica di una variante del motore a combustione interna della figura 1.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un motore a combustione interna per un autoveicolo (non illustrato).

Il motore 1 a combustione interna conprende dodici cilindri 2 disposti in due bancate 3a e 3b che formano tra loro un angolo di 90°. Il motore 1 a combustione interna conprende due condotti 4 di aspirazione, ciascuno dei quali è regolato da una valvola 5 a farfalla e sfocia in un collettore di aspirazione (non illustrato) che distribuisce l'aria aspirata ai cilindri 2 di una propria bancata 3 mediante rispettivi condotti di aspirazione (non illustrati) regolati da valvole di aspirazione (non illustrate) . Il motore 1 a combustione interna conprende due collettori 6 di scarico, ciascuno dei quali riceve i gas di scarico dai cilindri 2 di una propria bancata 3 mediante rispettivi condotti 7 di scarico regolati da valvole di scarico (non illustrate) . Ciascun collettore 6 di scarico convoglia i gas di scarico espulsi dai cilindri 2 della propria bancata 3 verso un sistema 8 catalitico comprendente un precatalizzatore 9, un catalizzatore 10 ed una coppia di sensori 11 per rilevare la composizione dei gas di scarico a monte ed a valle del sistema 8 catalitico stesso,- preferibilmente, i sensori 11 comprendono una sonda lambda UEGO disposta a monte del sistema 8 catalitico ed una sonda lambda ON/OFF disposta a valle del sistema 8 catalitico. Secondo una alternativa forma di attuazione non illustrata, ciascun sistema 8 catalitico con3⁄4?rende un unico catalizzatore denominato commercialmente "monocat" che integra in un unico componente il precatalizzatore 9 ed il catalizzatore 10.

Il motore 1 a combustione interna comprende, infine, almeno una centralina 12 elettronica di controllo, la quale sovrintendere al funzionamento del motore 1 a combustione interna ed in particolare è in grado di spegnere i cilindri 2 quando al motore 1 a combustione interna viene richiesto di generare una potenza limitata (cioè quando il motore 1 a combustione interna si trova in condizioni di basso carico) . In questo modo, i cilindri 2 che rimangono attivi possono operare in condizioni più favorevoli aumentando, a parità di potenza erogata, il rendimento complessivo del motore 1 a combustione interna e riducendo l'emissione di inquinanti .

Secondo una preferita forma di attuazione, per spegnere (disattivare) dei cilindri 2 del motore 1 a combustione interna, la centralina 12 elettronica di controllo taglia l'alimentazione di carburante ai cilindri 2 da spegnere agendo sui corrispondenti iniettori senza intervenire in alcun modo sull'attuazione delle valvole di aspirazione e di scarico, le quali continuano a venire azionate (eventualmente con una variazione della fase agendo sul sistema di variazione della fase per ottimizzare i rendimenti). in altre parole, per spegnere (disattivare) dei cilindri 2 del motore 1 a combustione interna la centralina 12 elettronica di controllo interrompe l'alimentazione di carburante ai cilindri 2 da spegnere e non effettua alcun tipo di intervento sulla attuazione delle valvole di aspirazione e di scarico (se non una variazione della fase). Secondo una preferita forma di attuazione, non viene effettuato alcun tipo di intervento sulle candele dei cilindri 2 che vengono spenti, le quali candele vengono pilotate normalmente anche in assenza di carburante; tale scelta viene fatta per semplificare il controllo e per mantenere puliti e quindi pienamente efficienti gli elettrodi delle candele. Secondo una diversa forma di attuazione, le candele dei cilindri 2 che vengono spenti vengono pilotate con una frequenza ridotta rispetto al normale.

Durante il funzionamento del motore 1 a combustione interna, la centralina 12 elettronica di controllo decide se utilizzare per la generazione della coppia motrice tutti i cilindri 2, oppure se spegnere (disattivare) una parte dei cilindri 2 e quindi utilizzare per la generazione della coppia motrice solo una parte dei cilindri 2. Generalmente, una parte dei cilindri 2 viene spenta (disattivata) quando al motore 1 a combustione interna viene richiesto di generare una potenza limitata ed è prevedibile che a breve termine la richiesta di potenza non sia destinata a repentini aumenti. E' importante sottolineare che vi possono essere diverse condizioni che una volta verificate comportano una esclusione o una forte limitazione dello spegnimento (disattivazione) di parte dei cilindri 2; a titolo di esempio, lo spegnimento di parte dei cilindri 2 non viene effettuato quando il motore 1 a combustione interna è freddo, in caso di guasti e malfunzionamenti, oppure quando il pilota ha selezionato uno stile di guida sportivo o corsaiolo. In particolare, lo spegnimento (disattivazione) dei cilindri 2 viene effettuato solo quando il motore 1 ha raggiunto e mantiene uno stato di riscaldamento minimo che può venire definito come minima tenperatura di un liquido di raffreddamento del motore 1 e/o come minima efficienza dei sistemi 8 catalitici del motore 1. E' importante osservare che al di sotto di una certa temperatura l'efficienza dei sistemi 8 catalitici diminuisce vistosamente (fino ad annullarsi per temperature molto basse), quindi la stima della efficienza dei sistemi 8 catalitici è un equivalente della stima della temperatura dei sistemi 8 catalitici. In altre parole, mantenere i sistemi 8 catalitici in temperatura equivale a mantenere i sistemi 8 catalitici efficienti. L'efficienza di ciascun sistema 8 catalitico viene determinata mediante un confronto delle misure fornite dai sensori 11 per rilevare la composizione dei gas di scarico disposti a monte ed a valle del sistema 8 catalitico stesso.

Viene di seguito descritto la modalità dello spegnimento (disattivazione) di parte dei cilindri 2 del motore 1 a combustione interna illustrato nella figura 1.

Durante una fase di progettazione del motore 1 a combustione interna viene determinata una soglia TI di carico che indica un carico motore al di sotto del quale il motore 1 a combustione interna viene considerato a basso carico,· inoltre, durante una fase di progettazione del motore 1 a combustione interna viene determinata una soglia T2 di carico (inferiore alla soglia TI di carico) che indica un carico motore al di sotto del quale il motore 1 a combustione interna viene considerato a bassissimo carico. Le soglie TI e T2 di carico vengono espresse come PME o Pressione Media Effettiva riferita a tutti i cilindri 2 del motore 1 a combustione interna (indipendentemente dal fatto che alcuni cilindri 2 siano temporaneamente spenti) e vengono misurate in [bar]. Una volta determinate, le soglie TI e T2 di carico vengono memorizzate in una memoria della centralina 12 elettronica di controllo.

Durante il normale funzionamento del motore 1 a combustione interna la centralina 12 elettronica di controllo determina un carico motore del motore 1 a combustione interna espresso come PME o Pressione Media Effettiva riferita a tutti i cilindri 2 del motore 1 a combustione interna (indipendentemente dal fatto che alcuni cilindri 2 siano temporaneamente spenti). Una volta determinato il carico motore la centralina 12 elettronica di controllo paragona il carico motore con le due soglie TI e T2 di carico e spegne un numero NI di cilindri 2 quando il carico motore del motore 1 è inferiore alla soglia TI di carico e spegne un numero N2 di cilindri 2 maggiore del numero NI di cilindri 2 quando il carico motore del motore 1 è inferiore alla soglia T2 di carico.

Come detto in precedenza, lo spegnimento (disattivazione) di parte dei cilindri 2 viene effettuato solo quando il motore 1 ha raggiunto e mantiene uno stato di riscaldamento minimo che può venire definito come minima temperatura di un liquido di raffreddamento del motore 1 e/o come minima efficienza dei sistemi 8 catalitici del motore 1. Se in seguito allo spegnimento (disattivazione) di parte dei cilindri 2 i sistemi 8 catalitici (o almeno un sistema 8 catalitico) perdono eccessivamente di efficienza (cioè la loro efficienza scende al di sotto di una soglia minima predefinita) allora lo spegnimento (disattivazione) di parte dei cilindri 2 può venire interrotto utilizzando per un certo periodo di tempo tutti i cilindri 2 indipendentemente dal carico motore del motore 1 in modo da riportare ad una efficienza accettabile tutti i sistemi 8 catalitici .

Secondo una preferita forma di attuazione, il numero NI di cilindri 2 è pari a metà del numero complessivo di cilindri 2 ed il secondo numero N2 di cilindri 2 è pari all'incirca a metà del numero NI di cilindri 2; nel motore 1 illustrato nella figura 1 comprendente dodici cilindri 2 divisi in due bancate 3, il numero NI di cilindri 2 è pari a sei, ed il numero N2 di cilindri 2 è pari a tre. In un diverso motore 1 conprendente dieci cilindri 2 divisi in due bancate 3, il numero NI di cilindri 2 è pari a cinque, ed il numero N2 di cilindri 2 è pari a tre. In un ulteriore motore 1 comprendente otto cilindri 2 divisi in due bancate 3, il numero NI di cilindri 2 è pari a quattro, ed il numero N2 di cilindri 2 è pari a due.

Quando una parte dei cilindri 2 viene spenta.

preferibilmente la centralina 12 elettronica di controllo varia ciclicamente i cilindri 2 spenti ed i cilindri 2 accessi in modo tale che ciclicamente tutti i cilindri 2 siano spenti per un certo intervallo di tempo ed attivi per un altro intervallo di tempo. In questo modo, le sollecitazioni meccaniche e termiche vengono suddivise in modo omogeneo tra tutti i cilindri 2 ed entrambi i sistemi 8 catalitici vengono mantenuti in teirperatura per presentare sempre una efficacia adeguata.

Il motore 1 illustrato nella figura 1 comprende due collettori 6 di scarico, ciascuno dei quali è collegato ad un numero di cilindri 2 pari al numero NI (cioè sei), e due sistemi 8 catalitici, ciascuno dei quali è accoppiato ad un corrispondente collettore 6 di scarico per ricevere i gas di scarico solo dal corrispondente collettore 6 di scarico stesso. Quando il carico motore del motore 1 è inferiore alla soglia T2 di carico vengono lasciati attivi parte dei cilindri 2 che sono collegati ad uno stesso collettore 6 di scarico e quindi ad uno stesso sistema 8 catalitico; invece, quando il carico motore del motore 1 è conpreso tra la soglia TI di carico e la soglia T2 di carico vengono lasciati attivi tutti e soli i cilindri 2 che sono collegati ad uno stesso collettore 6 di scarico e quindi ad uno stesso sistema 8 catalitico.

Il motore 1 illustrato nella figura 2 comprende quattro collettori 6 di scarico (indicati nella figura 2 con i numeri 6a, 6b, 6c e 6d), ciascuno dei quali è collegato ad un numero di cilindri 2 pari al numero N2 (cioè tre), e quattro sistemi 8 catalitici (indicati nella figura 2 con i numeri 8a, 8b, 8c e 8d), ciascuno dei quali è accoppiato ad un corrispondente collettore 6 di scarico per ricevere i gas di scarico solo dal corrispondente collettore 6 di scarico stesso. Quando il carico motore del motore 1 è inferiore alla soglia T2 di carico vengono lasciati attivi tutti e soli i cilindri 2 che sono collegati ad uno stesso collettore 6 di scarico e quindi ad uno stesso sistema 8 catalitico; invece, quando il carico motore del motore 1 è compreso tra la soglia TI di carico e la soglia T2 di carico vengono lasciati attivi tutti e soli i cilindri 2 che sono collegati a due collettori 6 di scarico e quindi a due sistemi 8 catalitici.

Essendo ciascun sistema 8 catalitico dotato di rispettivi sensori 11, anche quando alcuni cilindri 2 vengono spenti la centralina 12 elettronica di controllo può utilizzare i sensori 11 del sistema 8 catalitico (o dei sistemi 8 catalitici) che ricevono i gas di scarico da tutti e soli i cilindri 2 attivi per determinare la qualità della combustione e di conseguenza regolare l'iniezione di carburante. Inoltre, i segnali fom iti dai sensori 11 dei sistemi 8 catalitici possono venire utilizzati per decidere quale gruppo di cilindri 2 attivare/disattivare.

Il metodo di controllo sopra descritto è di semplice ed economica attuazione, in quanto non richiede la presenza di dispositivi meccanici di disaccoppiamento per mantenere una parte delle valvole di aspirazione e/o delle valvole di scarico in posizione di chiusura quando vengono spenti una parte dei cilindri 2. Inoltre, grazie al fatto di prevedere due soglie TI e T2 di carico differenziate e quindi due numeri NI ed N2 di cilindri 2 da spegnere differenziati il metodo di controllo sopra descritto riesce a fare lavorare il motore 1 sempre in condizioni di massimo rendimento o comunque in condizioni prossime al massimo rendimento; questo risultato è particolarmente evidente in motori con un elevato numero di cilindri (almeno otto e preferibilmente dodici) e di elevata cilindrata (superiore a 4 litri), in cui la potenza massima generata dal motore è enormemente superiore alla potenza necessaria alla guida a bassa velocità in centri urbani. Infine, grazie al fatto di alternare ciclicamente i cilindri 2 attivi e spenti, il metodo di controllo sopra descritto permette di mantenere caldi tutti i sistemi 8 catalitici per garantire in ogni condizione di funzionamento almeno una efficienza accettabile dei sistemi 8 catalitici stessi.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1) Metodo di controllo di un motore (1) a combustione interna comprendente una pluralità di cilindri (2); il metodo di controllo comprende le fasi di: determinare, durante una fase di progettazione, una prima soglia (Tl) di carico,-determinare un carico motore del motore (1); e spegnere un primo numero (NI) di cilindri (2) quando il carico motore del motore (1) è inferiore alla prima soglia (Tl) di carico; il metodo è caratterizzato dal fatto di conprendere le ulteriori fasi di: determinare, durante una fase di progettazione, una seconda soglia (T2) di carico inferiore alla prima soglia (Tl) di carico; e spegnere un secondo numero (N2) di cilindri (2) maggiore del primo numero (NI) di cilindri (2) quando il carico motore del motore (1) è inferiore alla seconda soglia (T2) di carico.
2. 2) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui il carico motore e le soglie (Tl, T2) di carico vengono espresse come PME O Pressione Media Effettiva riferita a tutti i cilindri (2) del motore (1) e vengono misurate in [bar].
3. 3) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il primo numero (NI) di cilindri (2) è pari a metà del numero complessivo di cilindri (2) ed il secondo numero (N2) di cilindri (2) è pari all'incirca a metà del primo numero (NI) di cilindri (2).
4. 4) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui il motore (1) comprende dodici cilindri (2) divisi in due bancate (3), il primo numero (NI) di cilindri (2) è pari a sei, ed il secondo numero (N2) di cilindri (2) è pari a tre.
5. 5) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui il motore (1) comprende dieci cilindri (2) divisi in due bancate (3), il primo numero (NI) di cilindri (2) è pari a cinque, ed il secondo numero (N2) di cilindri (2) è pari a tre.
6. 6) Metodo secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui il motore (1) comprende otto cilindri (2) divisi in due bancate (3), il primo numero (NI) di cilindri (2) è pari a quattro, ed il secondo numero (N2) di cilindri (2) è pari a due.
7. 7) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6 e comprendente la ulteriore fase di variare ciclicamente i cilindri (2) spenti ed i cilindri (2) accessi in modo tale che ciclicamente tutti i cilindri (2) siano spenti per un certo intervallo di teirpo ed attivi per un altro intervallo di tempo.
8. 8) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7 e comprendente la ulteriore fase di attivare lo spegnimento dei cilindri (2) solo quando il motore (1) ha raggiunto e mantiene uno stato di riscaldamento minimo.
9. 9) Metodo secondo la rivendicazione 8 e comprendente l'ulteriore fase di determinare il raggiungimento dello stato di riscaldamento minimo in funzione di una temperatura di un liquido di raffreddamento del motore (1).
10. 10) Metodo secondo la rivendicazione 8 e comprendente l'ulteriore fase di determinare il raggiungimento dello stato di riscaldamento minimo in funzione di una efficienza di un sistema (8) catalitico del motore (l).
11. 11) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui il motore (1) comprende: quattro collettori (6) di scarico, ciascuno dei quali è collegato ad un numero di cilindri (2) pari al secondo numero (N2); e quattro sistemi (8) catalitici, ciascuno dei quali è accoppiato ad un corrispondente collettore (6) di scarico per ricevere i gas di scarico solo dal corrispondente collettore (6) di scarico stesso; quando il carico motore del motore (1) è inferiore alla seconda soglia (T2) di carico vengono lasciati attivi tutti e soli i cilindri (2) che sono collegati ad uno stesso collettore (6) di scarico e quindi ad uno stesso sistema (8) catalitico; e quando il carico motore del motore (1) è compreso tra la prima soglia (Tl) di carico e la seconda soglia (T2) di carico vengono lasciati attivi tutti e soli i cilindri (2) che sono collegati a due collettori (6) di scarico e quindi a due sistemi (8) catalitici.
12. 12) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui il motore (1) comprende: due collettori (6) di scarico, ciascuno dei quali è collegato ad un numero di cilindri (2) pari al primo numero (NI); e due sistemi (8) catalitici, ciascuno dei quali è accoppiato ad un corrispondente collettore (6) di scarico per ricevere i gas di scarico solo dal corrispondente collettore (6) di scarico stesso; quando il carico motore del motore (1) è inferiore alla seconda soglia (T2) di carico vengono lasciati attivi parte dei cilindri (2) che sono collegati ad uno stesso collettore (6) di scarico e quindi ad uno stesso sistema (8) catalitico; e quando il carico motore del motore (1) è compreso tra la prima soglia (Tl) di carico e la seconda soglia (T2) di carico vengono lasciati attivi tutti e soli i cilindri (2) che sono collegati ad uno stesso collettore (6) di scarico e quindi ad uno stesso sistema (8) catalitico.