ITBO20100341A1 - Metodo di determinazione della velocita' di rotazione di un compressore in un motore a combustione interna - Google Patents

Metodo di determinazione della velocita' di rotazione di un compressore in un motore a combustione interna Download PDF

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ITBO20100341A1
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IT
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compressor
rotation speed
rotation
sound signal
internal combustion
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IT000341A
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Cesare Matteo De
Gabriele Serra
Federico Stola
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Magneti Marelli Spa
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Description

D E S C R I Z I O N E
del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:
“METODO DI DETERMINAZIONE DELLA VELOCITA’ DI ROTAZIONE DI UN COMPRESSORE IN UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNAâ€
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo di determinazione della velocità di rotazione di almeno un compressore in un motore a combustione interna.
ARTE ANTERIORE
Un motore a combustione interna sovralimentato à ̈ provvisto di un turbocompressore (turbocompressore azionato dai gas di scarico o turbocompressore volumetrico azionato dall’albero motore) che in alcuni momenti comprime l’aria aspirata per aumentare il rendimento volumetrico. Per effetto dell’azione del turbocompressore, in un motore a combustione interna sovralimentato nel plenum del collettore di aspirazione può essere presente una leggera depressione determinata dall’azione di aspirazione generata dai cilindri (turbocompressore non attivo) oppure può essere presente una sovrapressione determinata dall’azione di compressione del turbocompressore (turbocompressore attivo). Di conseguenza, in un motore a combustione interna sovralimentato à ̈ importante poter controllare in modo preciso la velocità di rotazione di un compressore del turbo compressore che determina la sovrapressione nel plenum del collettore di aspirazione. La soluzione più nota ed impiegata per determinare la velocità di rotazione del compressore, prevedeva di disporre un sensore di posizione che legge la posizione angolare assoluta attorno ad un asse di rotazione del compressore e determina la velocità angolare di rotazione del compressore stesso. Il sensore di posizione à ̈ normalmente fissato ad una parete di un diffusore del compressore in una posizione affacciata ed in prossimità delle pale.
Questa soluzione presenta però lo svantaggio di garantire prestazioni non soddisfacenti in termini di affidabilità e inoltre richiede delle lavorazioni meccaniche sul compressore che potrebbero risultare dispendiose per i tempi ed i costi della lavorazione.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un metodo di determinazione della velocità di rotazione di un compressore in un motore a combustione interna, il quale metodo di determinazione sia privo degli inconvenienti dello stato dell’arte e, in particolare, sia di facile ed economica implementazione.
Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di determinazione della velocità di rotazione di un compressore in un motore a combustione interna secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
- la figura 1 à ̈ una vista schematica di un motore a combustione interna sovralimentato provvisto di una unità di controllo che implementa il metodo determinazione della velocità di rotazione del compressore oggetto della presente invenzione;
- la figura 2 Ã ̈ una vista schematica di un turbocompressore del motore a combustione interna della figura 1;
- la figura 3 illustra la caratteristica di funzionamento di un compressore della figura 2;
- la figura 4 à ̈ un grafico che illustra la FFT dell’intensità del segnale sonoro generato dalla rotazione di un compressore della figura 2.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 Ã ̈ indicato nel suo complesso un motore a combustione interna sovralimentato mediante un sistema 2 di sovralimentazione a turbocompressore.
Il motore 1 a combustione interna comprende quattro cilindri 3, ciascuno dei quali à ̈ collegato ad un collettore 4 di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione (non illustrata) e ad un collettore 5 di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico (non illustrata). Il collettore 4 di aspirazione riceve aria fresca (cioà ̈ aria proveniente dall’ambiente esterno) attraverso un condotto 6 di aspirazione, il quale à ̈ provvisto di un filtro 7 aria ed à ̈ regolato da una valvola 8 a farfalla. Lungo il condotto 6 di aspirazione à ̈ disposto un intercooler 9 avente la funzione di raffreddare l’aria aspirata. Al collettore 5 di scarico à ̈ collegato un condotto 10 di scarico che alimenta i gas di scarico prodotti dalla combustione ad un sistema di scarico, il quale emette i gas prodotti dalla combustione nell’atmosfera e comprende normalmente almeno un catalizzatore 11 ed almeno un silenziatore (non illustrato) disposto a valle del catalizzatore 11.
Il sistema 2 di sovralimentazione del motore 1 a combustione interna comprende un turbocompressore 12 provvisto di una turbina 13, che à ̈ disposta lungo il condotto 10 di scarico per ruotare ad alta velocità sotto l’azione dei gas di scarico espulsi dai cilindri 3, ed un compressore 14, il quale à ̈ disposto lungo il condotto 6 di aspirazione ed à ̈ collegato meccanicamente alla turbina 13 per venire trascinato in rotazione dalla turbina 13 stessa così da aumentare la pressione dell’aria alimentata nel condotto 6 di aspirazione.
Lungo il condotto 10 di scarico à ̈ previsto un condotto 15 di bypass, il quale à ̈ collegato in parallelo alla turbina 13 in modo da presentare le proprie estremità collegate a monte e a valle della turbina 13 stessa; lungo il condotto 15 di bypass à ̈ disposta una valvola 16 di wastegate, la quale à ̈ atta a regolare la portata dei gas di scarico che fluiscono attraverso il condotto 15 di bypass ed à ̈ pilotata da un attuatore 17. Lungo il condotto 6 di aspirazione à ̈ previsto un condotto 18 di bypass, il quale à ̈ collegato in parallelo al compressore 14 in modo da presentare le proprie estremità collegate a monte e a valle del compressore 14 stesso; lungo il condotto 18 di bypass à ̈ disposta una valvola 19 di Poff, la quale à ̈ atta a regolare la portata di aria che fluisce attraverso il condotto 18 di bypass ed à ̈ pilotata da un attuatore 20.
Il motore 1 a combustione interna à ̈ controllato da una centralina 21 elettronica di controllo, la quale sovrintende al funzionamento di tutte le componenti del motore 1 a combustione interna.
Il motore 1 a combustione interna comprende, inoltre, un circuito 22 canister, il quale ha la funzione di recuperare i vapori di carburante che si sviluppano in un serbatoio 23 del carburante e di immettere tali vapori di carburante nei cilindri 3 in modo tale che vengano bruciati; in questo modo, si evita che i vapori di carburante che si sviluppano nel serbatoio 23 del carburante possano fuoriuscire dal serbatoio 23 del carburante (in particolare quando il tappo del carburante viene aperto durante un rifornimento di carburante) e disperdersi liberamente nell’atmosfera.
Secondo quanto illustrato nella figura 1, à ̈ previsto un sistema 24 di controllo che, oltre alla centralina 21 di controllo comprende almeno un sensore 25 del livello di pressione acustico, cioà ̈ un microfono 25, il quale à ̈ collegato alla centralina 21 di controllo ed à ̈ atto a rilevare l’intensità S del segnale sonoro che rileva la movimentazione del compressore 14.
Secondo quanto meglio illustrato nella figura 2, il compressore 14 comprende un disco 26 palettato girevole attorno all’asse X ed un diffusore 27 fisso. Il microfono 25 à ̈ disposto in modo da rilevare l’intensità S del segnale sonoro emesso dalla rotazione delle pale 28 ed in una posizione riparata tale da non risentire in modo eccessivo del rumore prodotto dal clacson, dall’insorgere di fenomeni di detonazione, ecc.
Le pale 28 sono suddivise in un gruppo di cinque pale 28A di lunghezza maggiore (cosiddette full blade) ed un gruppo di cinque pale 28B di lunghezza minore (cosiddette spliter blade) che si alternano attorno all’asse X.
Il microfono 25 à ̈ di tipo omnidirezionale e per acquisire l’intensità S del segnale sonoro viene utilizzata una campionatura a frequenza relativamente elevata avente un valore dell’ordine di grandezza di 100 kHz.
Nella figura 4 à ̈ illustrato a titolo di esempio un grafico che rappresenta la variazione dell’intensità S del segnale sonoro che rileva il contenuto sonoro del compressore 14 in funzione del tempo che à ̈ espresso in secondi.
Il segnale non filtrato che viene acquisito dal microfono 25 si presenta ricco di informazioni, ma à ̈ difficilmente correlabile alla velocità di rotazione del compressore 14. Per poter ottenere queste informazioni à ̈ necessario operare una trasformata di Fourier veloce (Fast Fourier Transform – FFT) per scomporre il segnale ottenuto in una somma di armoniche con frequenze, ampiezze e fasi diverse, secondo quanto illustrato nel grafico della figura 4. Tra le frequenze di maggior ampiezza dello spettro completo dell’intensità S del segnale sonoro filtrato, sono presenti quelle relative al passaggio di varie irregolarità geometriche del disco 26 palettato all’interno del diffusore 27. In particolare, le irregolarità geometriche rilevate possono essere relative alle singole pale 28 di cui à ̈ costituita il disco 26 palettato del compressore 14, oppure irregolarità di altro tipo, come ad esempio la presenza di due gruppi di pale 28A e 28B di lunghezza diversa.
Il grafico della figura 4 illustra due tracce A e B corrispondenti a due multipli della frequenza di rotazione del compressore 14, ciascuna delle due tracce A e B Ã ̈ associata ad un rispettivo gruppo di pale 28A e 28B del disco 26 palettato.
Conoscendo la geometria del disco 26 palettato à ̈ possibile ricavare la velocità di rotazione in [rpm] attraverso la formula che segue:
N = (60 * f) / z
in cui:
f = frequenza istantanea [Hz];
z = numero di pale 28 del compressore 14 per ciascun gruppo di pale 28A e 28B;
N = velocità di rotazione compressore 14 espressa in rpm.
La presenza delle tracce A e B sullo spettro completo dell’intensità S del segnale sonoro filtrato relativamente al singolo compressore 14 à ̈ utile per migliorare la robustezza dell’algoritmo di riconoscimento del segnale e/o per tracciare la velocità di più turbo gruppi nel caso di un sistema multi stadio.
La conoscenza dell’informazione di velocità del compressore 14 può essere utilizzata per protezione dello stesso in condizioni di over-speed in cui entra in funzione un sistema di sicurezza che taglia il combustibile in ingresso al turbocompressore 12 oppure per migliorare il controllo della sovralimentazione riducendo il ritardo del turbocompressore 12 nel rispondere all'azionamento per l’inerzia della turbina 13.
Il metodo prevede poi di stimare un ulteriore valore della velocità di rotazione del compressore 14, in particolare il metodo prevede di individuare un intervallo di frequenze plausibili per la velocità di rotazione del compressore 14 e poi stimare in modo completamente indipendente dall’intensità S del segnale sonoro filtrato, la velocità di rotazione del compressore 14 all’interno dell’ intervallo di frequenze plausibili.
Il valore della velocità di rotazione del compressore 14 all’interno dell’intervallo di frequenze plausibili calcolato in modo completamente indipendente viene utilizzato per validare il valore della velocità di rotazione del compressore 14 stimata in funzione del contenuto in frequenza dell’intensità S del segnale sonoro filtrato con riferimento sempre all’interno dell’intervallo di frequenze plausibili.
Un primo metodo per stimare in modo completamente indipendente la velocità di rotazione del compressore 14, prevede l’impiego di una funzione matematica calibrata a partire dalla caratteristica di funzionamento del compressore 14 fornita dal costruttore del compressore 14 ed illustrata nella figura 3 che fornisce la velocità di rotazione del compressore 14 in funzione del rapporto di compressione β e della portata AMComprdi aria che attraversa il compressore 14.
Il modello di stima esprime quindi la velocità di rotazione del compressore 14 in funzione del rapporto di compressione β, della portata AMComprche attraversa il compressore 14 e delle temperature di aspirazione e mandata.
In particolare, il valore della velocità N di rotazione del compressore 14 può essere espresso come segue:
N = f(β, AMCompr)
in cui :
β: rapporto di compressione, ovvero il rapporto rispettivamente tra la pressione in uscita e la pressione in ingresso al compressore 14; e
AMCompr: portata di aria che attraversa il compressore 14.
Secondo una preferita variante, per quanto riguarda la portata AMComprdi aria che attraversa il compressore 14, questo valore viene corretto attraverso la temperatura aria Tair.
La stima del valore PinCdi pressione in ingresso al compressore 14 Ã ̈ ottenuto in funzione della differenza fra il valore di pressione atmosferica Patme la portata di aria aspirata dal motore 1 a combustione interna e rilevata da un debimetro (non illustrato).
Il modello di stima consente di disporre di un valore di stima della velocità di rotazione del compressore 14 all’interno dell’intervallo di frequenze plausibili, a partire dal quale à ̈ possibile validare la stima della velocità di rotazione del compressore 14 ottenuto dal contenuto in frequenza dell’intensità S del segnale sonoro filtrato all’interno dell’intervallo di frequenze plausibili.
E’ inoltre possibile adattare la caratteristica di funzionamento fornita dal produttore sulla base del compressore 14 in uso; in particolare, la propagazione dell’adattamento avviene secondo una legge matematica predeterminata attraverso un sistema di equazioni (che non verranno descritte nel seguito) che vengono implementate dalla centralina 21 elettronica di controllo per propagare l’apprendimento e per rafforzare la mappa della caratteristica di funzionamento del compressore 14.
In caso di velocità di rotazione del compressore 14 sostanzialmente elevate e superiori ad un valore di soglia TV1preimpostato, la prima stima della velocità di rotazione del compressore 14 fornita dal contenuto in frequenza dell’intensità S del segnale sonoro filtrato à ̈ affidabile e viene utilizzata per adattare la caratteristica di funzionamento del compressore illustrata nella figura 3.
In caso invece di velocità di rotazione del compressore 14 ridotte e inferiori al valore di soglia TV1preimpostato, la prima stima della velocità di rotazione del compressore 14 fornita dal contenuto in frequenza dell’intensità S del segnale sonoro filtrato à ̈ meno affidabile e quindi non viene utilizzata per adattare la caratteristica di funzionamento del compressore illustrata nella figura 3.
Il modello fin qui descritto può trovare vantaggiosa applicazione anche come strumento di diagnosi del microfono 25 per valutare eventuali derive dovute all’obsolescenza del microfono 25 stesso. In questo caso, il modello prevede di stabilire in una fase preliminare di set up e messa a punto, un valore di tolleranza iniziale (per esempio ± 10%) accettabile all’inizio della vita utile del microfono 25 per lo scostamento fra i due valori stimati della velocità di rotazione del compressore 14 ed un valore di tolleranza a regime(per esempio ± 20%), il quale à ̈ superiore al valore di tolleranza iniziale per tenere conto della inevitabile obsolescenza del microfono 25. Nel caso in cui, lo scostamento fra i due valori stimati della velocità di rotazione del compressore 14 sia superiore al valore di tolleranza iniziale o di regime, la centralina 21 elettronica di controllo provvede a segnalare l’insorgere di un guasto al microfono 25.
Una variante del metodo fin qui descritto, prevede la possibilità di stimare l’ulteriore valore della velocità di rotazione del compressore 14 in modo completamente indipendente dall’intensità S del segnale sonoro filtrato attraverso un modello adattativo, al fine di rendere più robusta la stima della velocità di rotazione del compressore 14 nei punti in cui l’intensità S del segnale sonoro à ̈ più debole o disturbato da rumore.
Secondo una prima variante, il modello adattativo si basa su una formula matematica con termini non lineari.
In particolare, la velocità del compressore 14 viene stimata attraverso la formula non lineare che segue:
N = c2*(β -c1)<c3>+(c4 * β)+(c5 * AMCompr<c6>)+(AMCompr/β)<c8>/c7 in cui :
β: rapporto di compressione;e
AMCompr: portata di aria che attraversa il compressore 14; e
c1-c8: coefficienti caratteristici del compressore 14.
Il valore iniziale dei coefficienti caratteristici c1-c8 sono identificati in una fase preliminare messa a punto, a partire dalla caratteristica nominale di funzionamento fornita dal costruttore e/o vengono ottenuti da dati sperimentali al banco motore, e in seguito adattati on-line per ciascun compressore 14.
Il modello adattativo prevede di lasciare invariati i coefficienti c3, c6 e c8 caratteristici durante l’adattamento rispetto alla caratteristica nominale di funzionamento; mentre i coefficienti c1, c2, c4, c5, c7 caratteristici vengono aggiornati.
Per aggiornare il valore dei cinque coefficienti c1, c2, c4, c5, c7 caratteristici sono chiaramente necessari un numero minimo di 5 punti di misura; i cinque punti di misura vengono memorizzati in un buffer di memoria all’interno della centralina 21 elettronica di controllo. Dalla conoscenza dei valori di β, AMCompre N à ̈ possibile ottenere un sistema di equazioni, tramite cui ottenere i valori aggiornati dei coefficienti c1, c2, c4, c5, c7 caratteristici.
La risoluzione del sistema non lineare à ̈ possibile sfruttando la semplificazione della summenzionata formula non lineare che si ottiene per portate medio - basse. In queste condizioni, infatti i coefficienti c5 e c7 caratteristici moltiplicatori di AMComprpossono essere considerati nulli e la velocità del compressore 14 viene stimata attraverso la formula semplificata che segue:
N = f(β, AMCompr)
= c2*(β -c1)<c3>+(c4*β)
Secondo una variante, l’adattamento dei coefficienti c1-c8 caratteristici del modello adattativo può essere realizzato anche ricorrendo ad un metodo di minimizzazione dell’errore implementato nella centralina 21 elettronica di controllo durante il normale funzionamento. Anche in questo caso, il valore iniziale dei coefficienti c1-c8 caratteristici sono identificati in una fase preliminare di settaggio e messa a punto, a partire dalla caratteristica di funzionamento nominale fornita dal costruttore e/o vengono ottenuti da dati sperimentali al banco motore.
Per verificare la bontà dell’adattamento, occorre determinare un valore di tolleranza TV2in un fase preliminare di settaggio e messa a punto. L’adattamento sarà considerato valido se la differenza fra il valore adattato ed il valore di partenza (cioà ̈ stabilito dal costruttore o al banco motore) à ̈ inferiore al valore di tolleranza TV2in punti di funzionamento aggiuntivi diversi rispetto ai detti almeno punti di funzionamento utilizzati per realizzare l’apprendimento.
Secondo una seconda variante, il modello adattativo si basa su una rete neurale. Come à ̈ noto, una rete neurale rappresenta l'interconnessione di informazioni tra elementi definiti neuroni artificiali, e processi che utilizzano un approccio di connessionismo di calcolo. La rete neurale à ̈ di per sé una struttura adattiva non lineare che cambia la sua struttura basandosi su informazioni esterne o interne che scorrono attraverso la rete durante la fase di apprendimento.
In particolare, per stimare la velocità del compressore 14 si utilizza una rete neurale con un’architettura molto semplice (2 ̧3 strati di nodi con 3 ̧4 neuroni in totale), in modo che l’onere computazionale per la centralina 21 elettronica di controllo non sia eccessivamente gravoso.
L’addestramento iniziale di ciascun parametro NN caratteristico della rete neurale viene fatto a partire dalla caratteristica di funzionamento del costruttore e/o da dati sperimentali ottenuti in un fase preliminare al banco motore e in seguito adattata per ciascun compressore 14. In particolare, l’adattamento di ciascun parametro NN caratteristico della rete neurale durante il normale funzionamento del compressore 14 può essere ottenuto attraverso un numero minimo di 6-10 punti di misura memorizzati in un buffer di memoria all’interno della centralina 21 elettronica di controllo ed uniformemente distribuiti in tutte le regione di funzionamento del compressore 14.
Anche in questo caso, per verificare la bontà dell’adattamento, occorre determinare un valore di tolleranza TV3in un fase preliminare di settaggio e messa a punto. L’adattamento sarà considerato valido se la differenza fra il valore adattato ed il valore di partenza (cioà ̈ stabilito dal costruttore o al banco motore) à ̈ inferiore al valore di tolleranza TV3in punti di funzionamento aggiuntivi diversi dai detti 6-10 punti di funzionamento utilizzati per realizzare l’apprendimento.
Una ulteriore variante, prevede di non utilizzare le informazioni ricavate da un modello del tipo descritto in precedenza per validare in modo completamente indipendente dall’intensità S del segnale sonoro filtrato il valore della velocità di rotazione del compressore 14 stimata in funzione del contenuto in frequenza della detta intensità S. Questa ulteriore variante trova vantaggiosa applicazione soprattutto nel caso in cui il motore 1 a combustione interna non sia provvisto del debimetro per rilevare la portata di aria aspirata dal motore 1 a combustione interna e dei sensori di pressione preposti alla rilevazione della pressione PoutCin uscita dal compressore o della pressione atmosferica Patm.
Tale variante prevede di affidarsi alla ridondanza di informazioni ricavabili dal contenuto in frequenza dell’intensità S del segnale sonoro filtrato. In particolare, secondo quanto illustrato nella figura 4 sono previste due tracce A e B corrispondenti a due multipli della frequenza di rotazione del compressore 14, ciascuna delle due tracce A e B à ̈ associata ad un rispettivo gruppo di pale 28A e 28B del disco 26 palettato.
In questo caso vengono cercate le frequenze di ampiezza maggiore all’interno di un intervallo di frequenze plausibili della velocità di rotazione dell’albero di rotazione del compressore e vengono scelti vengono scelti i valori multipli delle frequenze di ampiezza maggiore. Una volta ottenuta un’informazione che soddisfi tale criterio, la ricerca può continuare in un range centrato sul punto precedente, di ampiezza maggiore della massima variazione di velocità in positivo o in negativo della turbomacchina nel tempo considerato dal numero di campioni utilizzato per la trasformata di Fourier.
In questo caso si procede in un primo momento individuando le frequenze di ampiezza massima nel contenuto in frequenza del segnale sonoro generato dalla rotazione del compressore 14 illustrato in figura 4 e, in un secondo momento, riconoscendo le frequenze di ampiezza massima che sono multipli o sottomultipli una dell’altra. La determinazione della velocità di rotazione del compressore 14 avviene utilizzando le informazioni ridondanti ricavabili solamente dalle frequenze di ampiezza massima che siano multipli o sottomultipli una dell’altra.
In una fase preliminare di progettazione e messa a punto, si determina un intervallo di frequenza plausibile e le frequenze di ampiezza massima nel contenuto in frequenza del segnale sonoro generato dalla rotazione del compressore 14 vengono ricercate esclusivamente all’interno dell’intervallo di frequenza plausibile.
Secondo una prima variante, si procede poi calcolando l’accelerazione del compressore 14 dividendo la differenza tra il valore attuale della velocità di rotazione del compressore 14 ed il valore precedente della velocità di rotazione del compressore 14 (vale a dire fra due valori della velocità di rotazione del compressore 14 determinati in successione uno all’altro) per l’intervallo di tempo che intercorre tra i due istanti in cui sono state determinate le due velocità di rotazione del compressore 14. Nel caso in cui l’accelerazione del compressore 14 sia superiore ad un valore TVacc_1massimo predefinito in una fase preliminare di messa a punto, la centralina 21 elettronica di controllo provvede a generare un segnale di errore.
Secondo una seconda variante invece, si procede determinando un intervallo di ricerca che à ̈ centrato sul valore della velocità di rotazione del compressore 14 calcolato al passo di implementazione precedente ed ha una semiampiezza pari alla massima accelerazione possibile moltiplicata per l’intervallo di tempo che intercorre tra gli istanti in cui vengono determinati, rispettivamente, il valore attuale della velocità di rotazione del compressore 14 ed il valore precedente della velocità di rotazione del compressore 14. Il nuovo valore della velocità di rotazione del compressore 14 viene ricercato utilizzando le frequenze di ampiezza massima che siano multipli o sottomultipli una dell’altra unicamente all’interno dell’intervallo di ricerca.
La strategie di controllo descritte nella trattazione che precede possono trovare vantaggiosa applicazione anche per il controllo di qualsiasi altro compressore all’interno del motore 1 a combustione interna, come per esempio un compressore direttamente dall’albero motore.
Inoltre, le strategie di controllo descritte nella trattazione che precede possono trovare vantaggiosa applicazione anche per il controllo di un turbo compressore del tipo multistadio. Il compressore multistadio solitamente comprende due o più unità collegate in cascata una all’altra; una turbina di dimensioni minori, ha una risposta veloce e una ridotta pressione d'uscita, mentre una turbina di dimensioni maggiori ha una risposta tendenzialmente lenta, ma con una elevata pressione d'uscita.
Chiaramente, i due compressori 14 hanno rispettive velocità di rotazione che differiscono una dall’altra a cui sono associate frequenze diverse; di conseguenza mediante un unico microfono 25 à ̈ possibile rilevare il rumore emesso da entrambi i compressori e scomporre il segnale in due tracce, ciascuna delle quali à ̈ associata ad un rispettivo compressore 14.
Le strategie fin qui descritte possono essere utilizzate vantaggiosamente dalla centralina 21 di controllo elettronica per controllare la velocità di rotazione del compressore 14 di un motore a combustione interna 1 e per mettere in atto una serie di strategie che sono atte a spingere quanto più possibile il funzionamento del turbocompressore 12 a prestazioni elevate, pur rimanendo al di sotto del limite strutturale del turbocompressore 12 stesso. Inoltre un ulteriore vantaggio risiede nel carico computazionale della centralina 21 elettronica di controllo 2 non eccessivamente gravoso per implementare le summenzionate strategie.

Claims (4)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Metodo di determinazione della velocità di rotazione di almeno un compressore (14) che comprime l’aria in aspirazione in un motore (1) a combustione interna; il metodo di determinazione durante il normale funzionamento del motore (1) a combustione interna comprende le fasi di: rilevare mediante un microfono (25) l’intensità di un segnale sonoro generato dalla rotazione del compressore (14); determinare un contenuto in frequenza del segnale sonoro generato dalla rotazione del compressore (14); e determinare la velocità di rotazione del compressore (14) in funzione del contenuto in frequenza del segnale sonoro generato dalla rotazione del compressore (14); il metodo di determinazione à ̈ caratterizzato dal fatto che la fase di determinare la velocità di rotazione del compressore (14) comprendere le ulteriori fasi di: individuare le frequenze di ampiezza massima nel contenuto in frequenza del segnale sonoro generato dalla rotazione del compressore (14); riconoscere le frequenze di ampiezza massima che siano multipli o sottomultipli una dell’altra; e determinare la velocità di rotazione del compressore (14) utilizzando solo le frequenze di ampiezza massima che siano multipli o sottomultipli una dell’altra.
  2. 2) Metodo secondo la rivendicazione 1 e comprendente le ulteriori fasi di: determinare un intervallo di ricerca che à ̈ centrato sul precedente valore della velocità di rotazione del compressore (14) ed ha una semiampiezza pari alla massima accelerazione possibile moltiplicata per l’intervallo di tempo che intercorre tra l’istante in cui à ̈ stata determinato il precedente valore della velocità di rotazione del compressore (14) e l’istante in cui viene determinato il nuovo valore della velocità di rotazione del compressore (14); e ricercare il nuovo valore della velocità di rotazione del compressore (14) utilizzando le frequenze di ampiezza massima che siano multipli o sottomultipli una dell’altra unicamente all’interno dell’intervallo di ricerca.
  3. 3) Metodo secondo la rivendicazione 1 e comprendente le ulteriori fasi di: calcolare l’accelerazione del compressore (14) dividendo la differenza tra il nuovo valore della velocità di rotazione del compressore (14) ed il precedente valore della velocità di rotazione del compressore (14) per l’intervallo di tempo che intercorre tra l’istante in cui à ̈ stata determinato il precedente valore della velocità di rotazione del compressore (14) e l’istante in cui viene determinato il nuovo valore della velocità di rotazione del compressore (14); e generare un segnale di errore se l’accelerazione del compressore (14) à ̈ superiore ad un valore (TVacc_1) massimo predefinito.
  4. 4) Metodo secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui il motore (1) a combustione interna comprende almeno due stadi di compressione dell’aria in aspirazione, ciascuno provvisto di un rispettivo compressore; il metodo comprende le ulteriori fasi di: rilevare mediante il microfono (25) l’intensità del segnale sonoro generato dalla rotazione del compressore di ciascuno stadio di compressione; e determinare la velocità di rotazione del compressore di ciascuno stadio di compressione analizzando l’intensità del segnale sonoro secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3.
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BRPI1103206-5A BRPI1103206B1 (pt) 2010-06-03 2011-06-03 Método para determinar a velocidade de rotação de um compressor em um motor à combustão interna
CN201110156822.5A CN102330595B (zh) 2010-06-03 2011-06-03 用于确定内燃机中的增压器的旋转速度的方法
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112013001966T5 (de) * 2012-05-11 2015-01-15 Borgwarner Inc. Abgasturbolader
US8903598B2 (en) * 2013-04-18 2014-12-02 Chrysler Group Llc Techniques for detecting supercharger belt slip
US9617931B2 (en) 2014-04-07 2017-04-11 MAGNETI MARELLI S.p.A. Method to control a supercharged internal combustion engine provided with a turbocharger by means of an estimation of the average power delivered by the turbine of the turbocharger
US20160201611A1 (en) * 2015-01-08 2016-07-14 General Electric Company Sensor for Determining Engine Characteristics
FR3040493B1 (fr) * 2015-08-31 2019-06-07 Safran Landing Systems Procede pour mesurer la vitesse de rotation d'une roue de vehicule
CN105181352A (zh) * 2015-09-23 2015-12-23 华晨汽车集团控股有限公司 一种涡轮增压器进气泄压阀泄压噪声测试装置
WO2017104029A1 (ja) * 2015-12-16 2017-06-22 株式会社 電子応用 燃焼状態推定装置
US11053875B2 (en) 2016-02-10 2021-07-06 Garrett Transportation I Inc. System and method for estimating turbo speed of an engine
WO2018191225A1 (en) 2017-04-11 2018-10-18 Borgwarner Inc. Turbocharger, vibration detection assembly, and method of using same
US10605161B2 (en) * 2017-05-18 2020-03-31 Ford Global Technologies, Llc Method and system for indicating degradation of boosted engine system
SE541796C2 (en) * 2017-11-22 2019-12-17 Husqvarna Ab A power tool communication system
US10895495B2 (en) 2018-03-20 2021-01-19 Simmonds Precision Products, Inc. Vibration signal analysis for determining rotational speed
CN114599870A (zh) * 2019-10-25 2022-06-07 沃尔沃卡车集团 使用神经网络的虚拟涡轮增压器速度传感器的系统和方法
CN112924710A (zh) * 2019-12-06 2021-06-08 新疆金风科技股份有限公司 转速相位分析仪及其控制方法、转速相位分析系统、介质
EP3901635A1 (en) * 2020-04-20 2021-10-27 ABB Schweiz AG Rotating machine speed estimation
DE102020215917A1 (de) * 2020-12-15 2022-06-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben einer Strömungsmaschine, Steuergerät
CN115561483A (zh) * 2022-07-29 2023-01-03 东风汽车集团股份有限公司 一种发动机废气涡轮增压器转速测量方法、装置及设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994017420A1 (en) * 1993-01-22 1994-08-04 F. Wennström System Ab A method and a device for measuring the number of revolutions in turbo aggregates for motors
DE10241005A1 (de) * 2002-09-05 2004-03-25 Zf Friedrichshafen Ag Rotordrehzahl-Messanordnung
DE102005054736A1 (de) * 2005-11-17 2007-05-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004010263A1 (de) * 2004-03-03 2005-09-22 Daimlerchrysler Ag Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlerfassung von Turboladern
DE102004045618A1 (de) * 2004-09-17 2006-04-13 Siemens Ag Abgasturbolader
DE102004052695A1 (de) * 2004-10-29 2007-05-10 Siemens Ag Abgasturbolader
US7937996B2 (en) * 2007-08-24 2011-05-10 GM Global Technology Operations LLC Turbo speed sensor diagnostic for turbocharged engines
IT1400363B1 (it) * 2010-06-03 2013-05-31 Magneti Marelli Spa Metodo di determinazione della velocita' di rotazione di un compressore in un motore a combustione interna

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994017420A1 (en) * 1993-01-22 1994-08-04 F. Wennström System Ab A method and a device for measuring the number of revolutions in turbo aggregates for motors
DE10241005A1 (de) * 2002-09-05 2004-03-25 Zf Friedrichshafen Ag Rotordrehzahl-Messanordnung
DE102005054736A1 (de) * 2005-11-17 2007-05-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine

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