ITTO940782A1 - Metodo e sistema per il controllo del funzionamento di un motore a combustione interna con alimentazione a metano. - Google Patents

Abstract

Vengono descritti un metodo ed un sistema per il controllo del funzionamento di un motore a combustione interna con alimentazione a metano, del tipo in cui ad ogni cilindro del motore è associato un rispettivo dispositivo iniettore di metano. Secondo l'invenzione, almeno quando la velocità di rotazione del motore è inferiore ad una soglia predeterminata, l'iniezione di metano in ogni cilindro viene comandata quando la relativa valvola di aspirazione è già aperta.(Figura 2).

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Metodo e sistema per il controllo del funzionamento di un motore a combustione interna con alimentazione a metano"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un metodo ed un sistema per il controllo del funzionamento di un motore a combustione interna con alimentazione a metano, del tipo in cui ad ogni cilindro del motore é associato un rispettivo dispositivo iniettore di metano ed in cui é prevista una centralina elettronica di controllo che provvede a comandare i dispositivi iniettori sulla base di segnali indicativi dei parametri di funzionamento del motore.

Nei motori del tipo sopra indicato, un parametro di calibrazione fondamentale per garantire la regolarità di funzionamento in termini di ripartizione omogenea della miscela aria/metano cilindro per cilindro é la fasatura dell'inizio iniezione.

Nei motori tradizionali con iniezione indiretta di benzina, il dispositivo iniettore associato ad ogni cilindro viene comandato per effettuare l'iniezione di benzina quando la valvola di aspirazione del relativo cilindro é ancora chiusa. Ciò viene fatto per lasciare alla benzina il tempo di miscelarsi con l'aria (tempo di volo) prima di entrare nel cilindro.

Studi ed esperienze condotti dalla richiedente hanno portato a rilevare che nei motori a combustione interna con alimentazione a metano mediante iniezione cilindro per cilindro (multipoint injectìon) il suddetto modo di operare é origine di inconvenienti. Infatti, dato che il metano viene iniettato nel condotto di aspirazione di ogni singolo cilindro del motore in fase gassosa, esso occupa un volume superiore di almeno duecento volte quello di una massa eguale di benzina iniettata in fase liquida. Questo comporta che il metano se iniettato in un cilindro a valvole di aspirazione chiuse può essere risucchiato nel condotto di un altro cilindro che in quella fase presenta le valvole di aspirazione aperte. La bassa inerzia di un gas rispetto ad un liquido ed il volume occupato nel condotto sono le principali ragioni per cui si verifica il suddetto fenomeno con l'iniezione di un gas e non con l'iniezione di un liquido. Il fenomeno di riflusso comporta una malripartizione della miscela aria/metano fra cilindro e cilindro e quindi allo scarico una fluttuazione delle concentrazioni dei gas combusti emessi (in particolare monossido di carbonio ed ossigeno) che impedisce un controllo in controreazione mediante sonda lambda della composizione dei gas di scarico per ottimizzare l'efficienza di conversione del catalizzatore.

In vista di ovviare a tale inconveniente, la presente invenzione ha per oggetto un metodo per il controllo del funzionamento di un motore a combustione interna con alimentazione a metano, del tipo in cui ad ogni cilindro del motore é associato un rispettivo dispositivo iniettore di metano, caratterizzato dal fatto che almeno quando la velocità di rotazione del motore é inferiore ad una soglia predeterminata, l'iniezione di metano in ogni cilindro viene comandata quando la valvola di aspirazione di detto cilindro é già aperta.

L'invenzione ha anche per oggetto un sistema per il controllo del funzionamento di un motore a combustione interna con alimentazione a metano, del tipo sopra indicato in cui ad ogni cilindro del motore é associato un rispettivo dispositivo iniettore di metano ed in cui é prevista una centralina elettronica di controllo che provvede a comandare i dispositivi iniettori sulla base di segnali indicativi dei parametri di funzionamento del motore, caratterizzata dal fatto che, almeno quando la velocità di rotazione del motore é inferiore ad una soglia predeterminata, detta centralina é predisposta per comandare l'iniezione di metano in ogni cilindro quando la valvola di aspirazione del relativo cilindro é già aperta.

Nel caso tipico in cui l'apertura della valvola di aspirazione avviene con un certo anticipo rispetto al raggiungimento del punto morto superiore da parte dello stantuffo nel cilindro, l'iniezione può essere comandata in corrispondenza di detto punto morto superiore.

Grazie alle suddette caratteristiche, il metodo ed il sistema secondo l'invenzione consentono di ovviare agli inconvenienti sopra indicati, garantendo una ripartizione sostanzialmente uniforme della miscela aria/metano nei vari cilindri del motore.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno dalla descrizione che segue con riferimento ai disegni annessi.

forniti a puro titolo di esempio non limitativo in cui :

la figura 1 illustra un diagramma delle fasi di aspirazione e di scarico in un cilindro di un motore a combustione interna con alimentazione a metano, controllato secondo i principi che sono alla base della presente invenzione,

la figura 2 illustra uno schema del sistema secondo l'invenzione, e

le figure 3, 4 sono diagrammi che illustrano risultati sperimentali che dimostrano i vantaggi della presente invenzione.

La figura 1 é un diagramma che illustra le fasi di aspirazione e di scarico in un cilindro di un motore a combustione interna con alimentazione a metano, in funzione dell'angolo di rotazione dell'albero motore. La linea indicata con 1 si riferisce al campo angolare di rotazione dell'albero motore in cui la valvola di aspirazione del cilindro é aperta. La freccia R indica il senso di rotazione dell'albero motore. Come si vede, la valvola di aspirazione si apre in corrispondenza di una posizione angolare Al, ad esempio in anticipo di 2 gradi rispetto al raggiungimento del punto morto superiore (PMS) da parte dello stantuffo e termina in corrispondenza di una posizione angolare A2 che é in ritardo ad esempio di circa 42 gradi rispetto al raggiungimento del punto morto inferiore (PMI). La valvola di aspirazione rimane aperta pertanto in corrispondenza di un campo angolare A della rotazione dell'albero motore.

La valvola di scarico associata al cilindro si apre invece in corrispondenza di una posizione Bl, ad esempio in anticipo di 42 gradi circa rispetto alla PMI e si chiude in corrispondenza di un punto B2, ad esempio in ritardo di circa 2 gradi rispetto al PMS. La valvola di scarico rimane pertanto aperta per un campo angolare B.

Secondo l'invenzione, il dispositivo iniettore di metano associato ad un dato cilindro del motore viene comandato per effettuare l'iniezione di metano in corrispondenza del punto morto superiore, ossia quando la valvola di aspirazione é già aperta. In tal modo, si evita il rischio che é stato sopra indicato di un ingresso della miscela aria/metano in un altro cilindro del motore ed una conseguente ripartizione disuniforme della miscela nei vari cilindri. Il suddetto modo di operare viene mantenuto fintanto che il motore é al minimo o comunque ha una velocità di rotazione inferiore ad un valore determinato, ad esempio nell'ordine di 2.500 giri al minuto. Al di sopra di tale valore, l’iniezione viene anticipata, in modo tale da essere effettuata anche in anticipo rispetto all'apertura della valvola di aspirazione. Ad esempio, ad una velocità di rotazione pari a 2.700 giri al minuto, l'iniezione può essere comandata in corrispondenza del punto C (figura 1) ossia 90 gradi in anticipo rispetto alla PMS. Al di sopra di 5.000 giri al minuto, l'iniezione può essere comandata in corrispondenza del PMI.

La figura 2 illustra schematicamente i quattro iniettori di metano II, 12, 13, 14 associati ai quattro cilindri di un motore a combustione interna con alimentazione a metano. Secondo una tecnica per se' nota, i quattro iniettori sono controllati da una centralina elettronica E in funzione di segnali S indicativi dei parametri di funzionamento del motore.

Secondo l'invenzione, la centralina elettronica viene programmata per effettuare l'iniezione in ciascun cilindro successivamente all'apertura della relativa valvola di aspirazione. Ad esempio, come si é visto, l'iniezione in ogni cilindro viene effettuata in corrispondenza del PMS. Il suddetto modo di operare viene mantenuto per lo meno quando la velocità di rotazione del motore é inferiore ad un valore predeterminato, ad esempio nell'ordine di 2.500 giri al minuto. Al di sopra di tale velocità, l'inizio dell’iniezione può essere anticipato, in modo tale per cui l'iniezione viene effettuata quando la valvola di aspirazione é ancora chiusa.

I diagrammi delle figure 3, 4 illustrano i vantaggi dell'invenzione. Il diagramma della figura 3 indica la dosatura, ossia la percentuale aria/combustibile nei quattro cilindri del motore, per diverse velocità di rotazione del motore e per diverse pressioni medie effettive nei cilindri. Come si vede, per ciascun regime di funzionamento del motore, vengono indicati quattro istogrammi corrispondenti alla dosatura nei quattro cilindri del motore. L'istogramma corrispondente a ciascun cilindro é caratterizzato da un diverso tratteggio, come indicato al fondo nella figura 3-Come si vede dall'esame della figura 3, che si riferisce al caso di un motore a metano secondo la tecnica convenzionale, la ripartizione della miscela nei quattro cilindri del motore ai diversi regimi é molto disuniforme.

La figura 4 illustra il medesimo diagramma della figura 3 nel caso di un motore controllato secondo la presente invenzione. Come si vede, grazie al fatto che l'iniezione viene effettuata in ciascun cilindro quando la valvola di aspirazione é già aperta, la ripartizione della miscela aria/metano nei quattro cilindri del motore é molto più uniforme rispetto alla soluzione tradizionale.

Nella presente descrizione, i dettagli di costruzione relativi al sistema di alimentazione del metano ed in particolare i dispositivi iniettori, nonché al sistema elettronico di controllo dell'iniezione, ed in particolare alla centralina elettronica di controllo E, non sono indicati, in quanto i suddetti componenti possono essere realizzati in un qualunque modo noto ed in quanto tali dettagli, presi a se stanti, non rientrano nell'ambito della presente invenzione. Inoltre, l'eliminazione di tali dettagli dai disegni rende questi ultimi di più pronta e facile comprensione.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1. Mètodo per il controllo del fun2ionamento di un motore a combustione interna con alimentazione a metano, del tipo in cui ad ogni cilindro del motore é associato un rispettivo dispositivo iniettore di metano (II, 12, 13, 14), caratterizzato dal fatto che almeno quando la velocità di rotazione del motore é inferiore ad una soglia predeterminata, l'iniezione di metano in ogni cilindro viene comandata quando la valvola di aspirazione di detto cilindro é già aperta.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in ogni cilindro 1'iniezione viene comandata in corrispondenza del PMS del relativo stantuffo.
3. 3. Sistema per il controllo del funzionamento di un motore a combustione interna con alimentazione a metano, del tipo in cui ad ogni cilindro del motore é associato un rispettivo dispositivo iniettore di metano (II, 12, 13, 14) ed in cui é prevista una centralina elettronica di controllo (E) che provvede a comandare i dispositivi iniettori sulla base di segnali (S) indicativi dei parametri di funzionamento del motore, caratterizzato dal fatto che, almeno quando la velocità di rotazione del motore é inferiore ad una soglia predeterminata, detta centralina (E) é predisposta per comandare l'iniezione di metano in ogni cilindro quando la valvola di aspirazione di detto cilindro é già aperta.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che in ogni cilindro l'iniezione viene comandata in corrispondenza del PMS del relativo stantuffo. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.