ITTO990663A1

ITTO990663A1 - Procedimento per il controllo del regime di minimo di un motore a com-bustione interna.

Info

Publication number: ITTO990663A1
Application number: IT1999TO000663A
Authority: IT
Inventors: Cesare Ponti
Original assignee: Fiat Ricerche
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2001-01-28
Also published as: DE60005444D1; EP1072778A2; ITTO990663A0; ES2207483T3; IT1310644B1; EP1072778B1; DE60005444T2; EP1072778A3

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento per il controllo del regime di minimo di un motore a combustione interna'’

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento per il controllo del regime di minimo di un motore a combustione interna per veicoli.

I moderni autoveicoli sono muniti di una pluralità di dispositivi accessori, quali ad esempio il compressore dell'impianto di climatizzazione, l'alternatore ed i relativi carichi elettrici, che nel loro insieme generano una coppia resistente applicata all'albero di uscita del motore. Tale coppia resistente ha un valore variabile in funzione dello stato operativo dei singoli dispositivi accessori. Durante la marcia al minimo del motore a combustione interna la variazione della coppia resistente dovuta ai dispositivi accessori tende a produrre una variazione del numero di giri del motore.

I moderni motori per veicoli sono normalmente muniti di un'unità elettronica di controllo che è in grado di correggere la quantità di aria e di carburante alimentati al motore per mantenere quanto più possibile costante il regime di rotazione del motore durante il funzionamento al minimo. Nelle soluzioni tradizionali, l'unità elettronica di controllo rileva la velocità di rotazione del motore e corregge le variazioni rispetto a un regime di rotazione prestabilito variando la quantità di aria e carburante iniettati oppure variando l'anticipo di accensione del motore. I sistemi di controllo di tipo tradizionale non hanno alcuna informazione sul carico resistente applicato al motore ed effettuano le correzioni in funzione della variazione di velocità del motore causata dalle variazioni di coppia resistente. In pratica, la correzione viene effettuata dopo aver rilevato il risultato di una variazione di coppia resistente. Dato che il motore ha una certa inerzia, esiste un ritardo dal momento in cui varia la coppia resistente al momento in cui l'unità elettronica di controllo rileva una variazione di velocità del motore. Per evitare che nel tempo necessario affinchè l'unità elettronica di controllo del motore effettui la correzione si verifichi lo spegnimento del motore, è necessario che il regime di rotazione prestabilito del motore sia relativamente alto, in modo che l'inerzia del motore compensi i tempi di risposta del sistema di controllo del minimo.

Il problema su cui è basata la presente invenzione è quello di ridurre il regime di rotazione di minimo di un motore a combustione interna evitando tuttavia spegnimenti del motore dovuti ad improvvisi aumenti della coppia resistente prodotta da dispositivi accessori.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto da un procedimento avente le caratteristiche formanti oggetto delle rivendicazioni .

La presente invenzione verrà ora descritta dettagliatamente con riferimento ai disegni allegati, dati a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

la figura 1 è una vista schematica di un motore a combustione interna con controllo elettronico del regime di minimo, e

la figura 2 è un diagramma illustrante la variazione di pressione nella camera di scoppio di un cilindro e la variazione di coppia applicata all’albero motore durante un ciclo di 360‘ del motore.

Nella figura 1 è indicato con 10 un motore a combustione interna a quattro tempi e quattro cilindri, munito di un albero motore 12 sul quale è montata una ruota fonica 14 associata ad un sensore 16 ad esempio di tipo elettromagnetico atto a rilevare la velocità istantanea di rotazione dell'albero motore 12. Il motore 10 è munito di un condotto di aspirazione 18 sul quale è interposta una valvola a farfalla 20 comandata dall 'utilizzatore mediante il pedale dell'acceleratore. Un condotto di by-pass 22 è disposto in parallelo alla valvola a farfalla 20. Una seconda valvola a farfalla 24 è disposta sul condotto di by-pass 22 ed è azionata da un attuatore elettrico 26. Una pluralità di iniettori 28 sono disposti sul condotto di aspirazione 18 in corrispondenza dei vari cilindri del motore 10. Un albero di distribuzione 30 comanda l’apertura e la chiusura di valvole di aspirazione e di scarico (non illustrate). Sull'albero di distribuzione 30 è montata una ruota fonica di fase 32 associata ad un sensore 34 che fornisce un segnale indicativo della fase del motore 10. Un'unità elettronica di controllo 36 riceve i segnali provenienti dal sensore di velocità angolare 16 e dal sensore di fase 34. L'unità elettronica di controllo 36 è programmata, fra le altre cose, per controllare il regime di minimo del motore 10. Sulla base delle informazioni fornite dai sensori 16 e 34 l'unità di controllo 36 corregge la portata d'aria aspirata dal motore 10 in condizioni di funzionamento al minimo aprendo o chiudendo la valvola a farfalla 24 mediante l’attuatore 26. Contemporaneamente alla correzione della portata d'aria aspirata, l'unità di controllo 36 corregge la quantità di carburante iniettato modificando il tempo di apertura degli iniettori 28.

Il bilancio meccanico di un motore termico visto come corpo rigido si può esprimere a valori medi sul ciclo come:

cioè la coppia di inerzia Cine equivale alla differenza della coppia sviluppata dai gas Cina e le coppie resistenti Cres interne e di carico Ccar applicato all'albero motore. La coppia di inerzia è scomponibile in due contributi: C1ne = Crot Calt, in cui Crot è la coppia di inerzia della masse rotanti e Calt è la coppia dovute alle masse in moto alterno. La coppia è proporzionale al quadrato delle velocità di rotazione del motore e risulta trascurabile al regime di rotazione minimo del motore. Si può quindi approssimativamente porre Calt = 0 ed ottenere:

Nel trattamento in tempo reale di dati da parte di un'unità elettronica di controllo di un motore occorre ridurre al minimo la potenza di calcolo necessaria senza perdere il contenuto di informazioni necessarie al controllo. Secondo la presente invenzione, l'unità elettronica di controllo 36 è programmata per acquisire, in regime di funzionamento al minimo, informazioni relative alla coppia resistente complessiva data dalla somma dei contributi Crot Cres Ccar.

La coppia di carico Caar può essere distinta in due contributi:

Caf : carico esterno al motore visto a se stante, cioè disaccoppiato dalla trasmissione (ad esempio idroguida, condizionatore, carichi elettrici);

Cat: carico applicato a valle del volano (massa vettura nelle varie marce e condizioni di carico) attraverso la linea elastica della trasmissione.

Quando il veicolo è fermo (cambio disaccoppiato) il contributo è nullo e la coppia dovuta al carico applicato all'albero motore Ccar- equivale al carico esterno al motore dovuto ai dispositivi accessori comandati dal motore direttamente od indirettamente.

Il modo in cui l'unità elettronica di controllo 36 acquisisce informazioni relative alla coppia resistente applicata all'albero motore verrà chiarito nel seguito con riferimento al diagramma di figura 2. Nel grafico indicato con P è schematicamente indicata la variazione di pressione all'interno di una cerniera di scoppio durante un ciclo corrispondente a 360" di rotazione dell'albero motore. Il massimo della curva di pressione P si manifesta poco dopo il punto morto superiore indicato nella figura con PMS. Nella figura 2 è anche indicata la variazione della coppia applicata dai gas in espansione all'albero del motore. La coppia ha un valore negativo nell'intervallo dell'angolo di manovella compreso fra 0 (PMS) e -180" ed un valore positivo nell’intervallo compreso fra 0 {PMS) e 180". Il valore minimo della coppia resistente dal punto di vista fisico rappresenta il valore della coppia resistente complessiva: Cmin = Cres Caf (in condizioni di cambio disaccoppiato). Il valore medio durante il ciclo di 360” della coppia C dal punto di vista fisico rappresenta la coppia di inerzia delle masse rotanti Crot.

La coppia istantanea C è proporzionale all’accelerazione istantanea dell'albero a gomiti del motore. Di conseguenza, secondo la presente invenzione, l’unità elettronica di controllo 36 viene programmata per acquisire tramite il sensore 16 e la ruota fonica 14 dati di accelerazione rappresentativi della coppia Cmin ≡ Cres Caf e della coppia C*.^ . Il calcolo di un valore di accelerazione istantaneo può essere effettuato con un'espressione del tipo:

dove è l'accelerazione istantanea in un punto del ciclo e Δω è la variazione di velocità misurata nell'intervallo di tempo Δt relativo al punto del ciclo considerato.

Il valore minimo della coppia può essere stimato come valore medio dell'accelerazione nell'intervallo Δα (figura 2) la cui posizione è determinata in funzione della posizione angolare della ruota fonica .

In sintesi, durante ciascun ciclo di 360° del motore l'unità elettronica di controllo 36 acquisisce tramite il sensore di velocità 14, 16 un'informazione di coppia resistente stimata, data dalla somma di due contributi di accelerazione: un primo dei quali viene calcolato come valore medio dell'accelerazione dell'albero motore calcolato su 360° di angolo di manovella ed una seconda accelerazione calcolata come valore istantaneo minimo in un prestabilito intervallo Δα immediatamente prima del punto morto superiore. In realtà le due accelerazioni non risultano coerenti come fattori di scala in quanto l'una è calcolata come valore istantaneo (Cres Caf) mentre è calcolata come valore medio. I due contributi vengono quindi pesati opportunamente mediante parametri di calibrazione. Tali parametri compensano anche i ritardi del controllo e le inerzie meccaniche e fluidodinamiche del sistema.

Sulla base dei dati rappresentativi del valore di coppia Crot Cres Caf l'unità elettronica di controllo 36 effettua correzioni ai valori di portata di aria e di quantità di combustibile iniettato secondo una mappatura determinata in modo sperimentale al fine di mantenere costante il regime di rotazione del motore. Il sistema di controllo basato sulla rilevazione del valore di coppia si sovrappone ad un sistema di controllo di tipo tradizionale basato sulla rilevazione della velocità di rotazione del motore. Il sistema di controllo aggiuntivo compensa con maggiore rapidità le situazioni in cui si verificano variazioni di carico perchè sorveglia direttamente la grandezza fisica che è la causa delle variazioni di velocità angolare.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione, cosi come definita nelle rivendicazioni che seguono.

Claims

RIVENDICAZIONI 1- Procedimento per il controllo del regime di minimo di un motore a combustione interna per veicoli, comprendente le fasi di: - sorvegliare almeno un parametro operativo del motore, e correggere la quantità di aria/carburante inviata al motore in funzione delle variazioni di detto parametro operativo, in modo da mantenere il regime di rotazione del motore sostanzialmente pari ad un valore di riferimento prestabilito, il procedimento essendo caratterizzato dal fatto che prevede di determinare un valore stimato di una coppia applicata al motore in funzione di un valore di accelerazione angolare rilevato durante un ciclo del motore a combustione interna e di effettuare una correzione della quantità di aria/carburante inviata al motore in funzione delle variazioni di detto valore stimato di coppia.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la coppia stimata applicata all'albero del motore è determinata in funzione di un primo valore di accelerazione angolare misurato in un intervallo (Δα) immediatamente precedente la posizione di punto morto superiore del motore e di un secondo valore di accelerazione calcolato come valore medio durante un ciclo del motore.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il suddetto primo valore di accelerazione è un valore indicativo del valore minimo di accelerazione durante un ciclo del motore. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.