ITTO20000911A1

ITTO20000911A1 - Dispositivo di controllo di un elettromagnete di comando di una valvola di dosaggio di un iniettore di combustibile per un motore a combusti

Info

Publication number: ITTO20000911A1
Application number: IT2000TO000911A
Authority: IT
Inventors: Mario Ricco; Stefano Maria Borrione
Original assignee: Fiat Ricerche
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-03-29
Also published as: ATE374312T1; EP1193384A3; EP1193384B1; US20020066438A1; EP1193384A2; US6578556B2; DE60130612T2; IT1320679B1; ITTO20000911A0; DE60130612D1

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di controllo di un elettromagnete di comando di una valvola di dosaggio di un iniettore di combustibile per un motore a combustione interna, ed al relativo metodo di controllo.

Come è noto, la valvola di dosaggio viene in genere aperta eccitando un elettromagnete di comando della valvola. L'eccitazione dell'elettromagnete inizia ad un determinato istante dipendente dalla fase del corrispondente cilindro del motore, e si effettua con una prima corrente. Dopo un certo ritardo, sufficiente a garantire la completa apertura della valvola, la prima corrente viene sostituita da una seconda corrente di valore minore, ad esempio dell’ordine della metà di quello della prima corrente, giacché essa deve soltanto mantenere l'eccitazione dell’elettromagnete per tenere aperta la valvola. La seconda corrente cessa in istante dipendente dalla quantità di combustibile richiesto dal motore, per cui la durata totale dell'eccitazione dell'elettromagnete viene controllata in funzione delle condizioni di funzionamento del motore, quali il numero di giri, la coppia, ecc.

A causa dell'isteresi del nucleo dell'elettromagnete, che dipende dal tipo di materiale usato, il tempo di decadimento del campo magnetico della bobina varia col tempo, per cui l'elettromagnete viene eccitato con una corrente il cui andamento nel tempo a partire dal primo istante comprende una zona di crescita rapida fino ad una prima corrente di valore sostanzialmente costante, una zona di diminuzione fino ad una seconda corrente di valore minore a partire da un altro istante avente un ritardo prefissato rispetto al primo istante, ed una zona di diminuzione della seconda corrente a partire da un secondo istante, finché essa viene azzerata.

Nei dispositivi di controllo noti, il suddetto ritardo viene scelto in modo da garantire l'apertura della valvola in qualsiasi condizione, ed in particolare con qualsiasi temperatura del motore e del combustibile, per cui tale ritardo risulta relativamente lungo. La transizione dell'eccitazione dell'elettromagnete, dalla corrente di valore maggiore alla corrente di valore minore, provoca una non linearità della quantità di combustibile iniettato, in funzione del tempo di eccitazione. Inoltre, nei dispositivi noti e in determinate condizioni di funzionamento del motore, la non linearità si trova spesso in una zona critica del funzionamento del motore, creando una discontinuità nella potenza erogata.

Scopo dell'invenzione è quello di realizzare un dispositivo, ed un metodo, di controllo dell'elettromagnete di comando di una valvola di dosaggio di un iniettore di combustibile, i quali siano della massima semplicità e sicurézza di funzionamento ed eliminino gli inconvenienti sopra elencati per i noti.

Secondo l'invenzione, questo scopo viene raggiunto da un dispositivo di controllo di un elettromagnete di comando di una valvola di dosaggio di un iniettore di combustibile per un motore a combustione interna, il quale comprende un circuito elettrico atto a generare una prima corrente elettrica di un predeterminato valore tale da eccitare detto elettromagnete in modo da aprire detta valvola di dosaggio, detto circuito elettrico essendo atto a generare una seconda corrente elettrica di un valore minore di detto valore predeterminato e tale da mantenere detto elettromagnete così eccitato, mezzi di temporizzazione essendo previsti per controllare detto circuito elettrico in funzione di condizioni di funzionamento di detto motore, ed è caratterizzato dal fatto che detti mezzi di temporizzazione sono inoltre atti controllare detto circuito elettrico in modo da variare la durata di detta prima corrente in funzione della temperatura di funzionamento di detto motore.

Secondo il relativo metodo di controllo, l'elettromagnete viene eccitato dapprima con una prima corrente elettrica di un predeterminato valore tale da comandare l'apertura della valvola di controllo, e viene successivamente mantenuto eccitato da una seconda corrente elettrica di un valore minore di detto valore predeterminato, ed è caratterizzato dal fatto di variare la durata di detta prima corrente in funzione della temperatura di funzionamento di detto motore.

Per una migliore comprensione dell'invenzione viene qui descritta una forma preferita di realizzazione, fatta a titolo esemplificativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui:

la figura 1 è uno schema a blocchi di un dispositivo di controllo dell'elettromagnete, secondo 1''invenzione;

le figure 2-4 sono dei diagrammi del funzionamento del dispositivo di figura 1.

Con riferimento alla figura 1, con 5 è genericamente indicato un motore a combustione interna, ad esempio a ciclo diesel, il 'quale è munito di una serie,di cilindri, ciascuno alimentato con combustibile ad alta pressione, mediante un iniettore 6 di tipo noto. Ciascun iniettore 6 viene azionato tramite una valvola di dosaggio comandata da un corrispondente elettromagnete 7. In particolare, gli iniettori 6 sono collegati ad un contenitore comune di combustibile 8, comunemente noto come "common rail", il quale è alimentato dall'usuale serbatoio di combustibile, tramite apposite pompe.

Gli elettromagneti 7 vengono controllati da un dispositivo di controllo, genericamente indicato con 9, il quale comprende un circuito elettrico 11 controllato da mezzi di temporizzazione, ad esempio un'unità di controllo elettronico 12, in funzione delle condizioni di funzionamento del motore 5. A tale scopo, l'unità di controllo 12 riceve in ingresso dei segnali di informazione S, misurati sul motore 5, quali il numero di giri, la potenza o la coppia richiesta, la fase di ciascun cilindro, e genera in -uscita dei segnali di temporizzazione t utilizzati dal circuito 11 per il comando degli elettromagneti 7.

Per comandare ciascun elettromagnete 7, il circuito elettrico 11 è atto a generare una prima corrente elettrica 13 (vedi anche Figura 2) di un predeterminato valore, tale da eccitare ciascun elettromagnete 7 per aprire la valvola di dosaggio. Inoltre, il circuito elettrico 11 è atto a generare una seconda corrente elettrica 14 di valore minore di quello della corrente 13, la quale è atta a mantenere eccitato l'elettromagnete 7, con il minimo dispendio di energia. Pertanto, dopo una determinata durata della prima corrente 13, la seconda corrente 14 si sostituisce alla prima, mantenendo aperta la valvola di dosaggio.

Vantaggiosamente, la prima corrente 13 può essere scelta di un valore medio dell'ordine di 20 A, mentre la seconda corrente 14 può essere scelta dell'ordine di 10 A. Il circuito elettrico 11 può essere del tipo descritto nella domanda di brevetto italiano n° T096A000637 della Richiedente. In tale domanda di brevetto, l'unità di controllo è atta a definire un .primo istante tl di inizio dell'eccitazione dell'elettromagnete 7, un secondo istante t2 di comando della fine dell'eccitazione, ed un istante intermedio t3 di comando della fine della prima corrente 13.

Il diagramma di Figura 2 rappresenta l'andamento della corrente I di eccitazione dell'elettromagnete 7 in funzione del tempo t. Esso presenta, a partire dal primo istante tl, una zona 16 di crescita rapida fino ad un valore che definisce la prima corrente 13. Questa

corrente 13 è in realtà leggermente crescente a causa

della struttura del circuito 11 prescelto. A partire

dall'istante intermedio t3, il diagramma della corrente

I presenta una zona 17 di diminuzione rapida fino ad un valore che definisce la seconda corrente 14. Infine, a partire dall'istante t2, il diagramma della corrente I

presenta un'altra zona 18 di diminuzione rapida della seconda corrente 14, che termina quando essa viene azzerata .

Nel diagramma di Figura 3 è indicata la quantità Q di combustibile iniettato, in funzione del tempo di3⁄4 eccitazione dell'elettromagnete. Da tale diagramma risulta la zona 17 crea una transizione nell'eccitazione dell'elettromagnete 7, dalla corrente. 13 di valore maggiore alla corrente 14 di valore minore, che provoca una zona 19 di non linearità della quantità Q di combustibile iniettato, in funzione del tempo di eccitazione .

Poiché, nei dispositivi di controllo della tecnica nota, l'istante t3 è costante, esso deve essere scelto in modo da garantire l'apertura della valvola di dosaggio in qualsiasi condizione di temperatura e di funzionamento del motore, per cui il ritardo t3-tl è molto lungo. Di conseguenza la zona 19 di non linearità si trova sovente in una zona operative critica per il motore. Ad esempio, quando il motore lavora al minimo, è possibile che l'istante t2 si verifichi prima che la corrente I raggiunga il valore della corrente 14, per cui la zona 18 ha una durata maggiore di quella prevista.

Secondo l'invenzione, l'unità di controllo 12 è atta a controllare il circuito elettrico 11 in modo da variare la durata della corrente 13 in funzione della temperatura di funzionamento del motore 5. In particolare, il dispositivo di controllo 9 comprende un circuito 21 di segnalazione della temperatura, il quale è atto ad emettere un segnale elettrico di temperatura T, in funzione delle temperature rilevate da sensori in uno o più punti del motore 5, ad esempio in funzione della media di tali temperature. Il segnale T viene elaborato dall'unità di controllo 12 per determinare l'istante t3, ossia la durata della corrente di valore maggiore 13.

A tale scopo, il circuito 21 è atto a ricevere un segnale da un sensore 22 della temperatura dell'acqua di raffreddamento del -motore 5, un altro segnale da un sensore 23 dell'olio di lubrificazione del motore, ed un ulteriore segnale da un sensore 24 della temperatura del combustibile, disposto ad esempio nel contenitore comune. Il segnale T emesso dal circuito 21 può essere rappresentativo della media delle temperature rilevate dai sensori 22-24. E' ovvio che, a motore 5 freddo e nella stagione invernale, tali temperature risultano molto più basse che con motore 5 a regime e nella stagione estiva.

Sotto il controllo del segnale T del circuito 21, l'unità di controllo 12 è atta a far variare il segnale t3 in modo che la durata della prima corrente 13 sia massima quando il segnale T indica una temperatura inferiore o uguale a -40°C e sia minima quando il segnale T indica una temperatura uguale o superiore a 10°C. In tal modo, alle basse temperature viene opportunamente aumentata la durata della prima corrente 13.

In Figura 4 è indicato un diagramma della durata t3-tl in funzione della temperatura indicata dal segnale T. Tale durata varia da un massimo dell'ordine di 400 μεβο ad un minimo compreso tra 250 e 150 μεεο, a seconda del tipo di impianto di iniezione su cui il dispositivo di controllo 9 viene usato.

In Figura 2, con linea tratteggiata è indicata la zona di discesa 17' della prima corrente 13 nel caso di temperatura minore o uguale a -40°C, mentre con linee a tratto e punto sono indicate le zone 17" di discesa della corrente 13 entro cui questa discesa può variare nel caso di temperatura maggióre o uguale a -10°C. Preferibilmente, l'istante t3 che determina la zona 17' è tale che tale zona di discesa non oltrepassi la zona di discesa 18 della seconda corrente 14 prevista in qualsiasi condizione di funzionamento del motore 5.

Risulta chiaro che il· dispositivo di controllo 9 funziona in modo da implementare un metodo di controllo di un elettromagnete 7 di comando della valvola di dosaggio di un iniettore 5 di combustibile, in cui l'elettromagnete 7 viene eccitato dapprima con una prima corrente elettrica 13 di un predeterminato valore, tale da eccitare l'elettromagnete 7 in modo da aprire la valvola di dosaggio, e viene successivamente tenuto eccitato da una seconda corrente elettrica 14 di un valore minore, per tenere la valvola di dosaggio aperta, la durata t3-tl della prima corrente 13 essendo variata in funzione della temperatura di funzionamento del motore 5.

Da quanto visto sopra risultano evidenti i vantaggi del dispositivo, e del metodo, di controllo dell'invenzione rispetto alla tecnica nota. Infatti, alle temperatura superiori a -10°C, viene ridotta la durata della corrente 13,· per cui anche per il funzionamento del motore 5 al minimo, l'istante t2 non si verificherà mai nella zona di transizione dell’azionamento del motore 5.

Si intende che al dispositivo ed al metodo descritti possono essere apportate varie modifiche e perfezionamenti senza uscire dall'ambito delle rivendicazioni .

Claims

R IV E N D I CA Z I O N I 1. Dispositivo di controllo di un elettromagnete (7) di comando di una valvola di dosaggio di un iniettore (6) di combustibile per un motore (5) a combustione interna, comprendente un circuito elettrico (11) atto a generare una prima corrente elettrica (13) di un predeterminato valore tale da eccitare detto elettromagnete (7) in modo da aprire detta valvola di dosaggio, detto circuito elettrico (11) essendo atto a generare una seconda corrente elettrica (14) di un valore minore di detto valore predeterminato e tale da mantenere detto elettromagnete (7) così eccitato, mezzi di temporizzazione (12) essendo previsti per controllare detto circuito elettrico (11) in funzione di condizioni di funzionamento di detto motore, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di temporizzazione sono inoltre atti controllare detto circuito elettrico (11) in modo da variare la durata (t3-tl) di detta prima corrente (13) .in funzione della temperatura di funzionamento di detto motore (5).
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di temporizzazione (12) sono atti a definire un primo istante (tl) di inizio di detta prima corrente (13) ed un secondo istante (t2) di fine di detta seconda corrente (14), caratterizzato dal fatto di comprendere un sensore (22-24) della temperatura del motore (5) e/o del combustibile da iniettare per emettere un corrispondente segnale elettrico (T), detti mezzi di temporizzazione (12) essendo atti a definire un terzo istante (t3) in cui detta prima corrente (13) viene sostituita da detta seconda corrente (14) in funzione di detto segnale elettrico (T).
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di temporizzazione (12) fanno variare detto terzo istante (13) in modo che detta durata (t3-tl) sia massima quando detto segnale elettrico (T) corrisponde ad una temperatura inferiore o uguale a -40°C e sia minima quando detto segnale elettrico (T) corrisponde ad una temperatura uguale o superiore a -10°C. .
4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto segnale elettrico (T) fa variare detta durata (13—11) tra un valore massimo dell'ordine di 400 μsec ed un valore minimo compreso tra 250 e 150 μsec.
5. Dispositivo secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto di comprendere un circuito (21) di segnalazione della temperatura, il quale è atto ad emettere detto segnale elettrico (T) in funzione della temperatura rilevata da almeno due dei seguenti sensori di temperatura: un sensore (22) dell'acqua di raffreddamento del motore (5), un sensore (23) dell'olio di lubrificazione del motore (S), un sensore (24) del combustibile di alimentazione dell'iniettore (7).
6. Metodo di controllo di un elettromagnete di comando di una valvola di dosaggio di un iniettore (7) di combustibile per un motore (5) a combustione interna, in cui detto elettromagnete (7) viene eccitato dapprima con una prima corrente elettrica (13) di un predeterminato valore tale da eccitare detto elettromagnete (7), e viene successivamente tenuto eccitato da una seconda corrente elettrica (14) di un valore minore di detto valore predeterminato, caratterizzato dal fatto di variare la durata (t3-tl) di detta prima corrente (13) in funzione della temperatura di funzionamento di detto motore (5).
7. Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta durata (t3-tl) viene controllata in funzione della temperatura del motore (5) e/o del combustibile da iniettare per definire un istante (t3) variabile in cui detta prima corrente (13) viene sostituita da detta seconda corrente (14).
8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto istante (13) viene variato in modo che la durata di detta prima corrente (13) sia massima quando detta temperatura è inferiore o uguale a -40°C e sia minima quando detta temperatura è uguale o superiore a -10°C.
9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta durata (t3-tl) viene variata tra un valore massimo dell’ordine di 400 μsec ed un valore minimo compreso tra 250 e 150 μsec.
10. Dispositivo secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che detta durata (t3-tl) viene variata in funzione della temperatura rilevata da almeno due delle seguenti sorgenti di calore: l'acqua di raffreddamento del motore (5), l'olio di lubrificazione del motore (5), il combustibile di alimentazione dell'iniettore (6).
11. Dispositivo di controllo di un elettromagnete di comando di una valvola di dosaggio di un iniettore di combustibile per un motore a combustione interna, e relativo metodo di controllo, sostanzialmente come descritti con riferimento agli annessi disegni.