ITTO990664A1

ITTO990664A1 - Sistema di rilevazione delle fasi operative di un motore alternativo acombustione interna.

Info

Publication number: ITTO990664A1
Application number: IT1999TO000664A
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: EP1072776A3; IT1310645B1; US6494086B1; ITTO990664A0; EP1072776A2

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Sistema di rilevazione delle fasi operative di un motore alternativo a combustione interna"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema di rilevazione delle fasi operative di un motore alternativo a combustione interna.

Nei motori ad iniezione controllati elettronicamente, l'unità elettronica di controllo che comanda gli iniettori deve conoscere la fase di ciascun cilindro per comandare l'iniezione di carburante e l'accensione in istanti prestabiliti di ciascun ciclo di funzionamento. Al momento dell'avviamento del motore, l'unità elettronica di controllo non conosce ancora quali sono le fasi operative dei singoli cilindri. Solitamente, per cercare di avviare il motore nel più breve tempo possibile, durante la fase iniziale dell'avviamento si inietta contemporaneamente su tutti i cilindri in una certa quantità di carburante. Tuttavia, in questo modo si producono emissioni inquinanti di idrocarburi incombusti che causano problemi dal punto di vista delle normative antinquinamento.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire un sistema di rilevazione delle fasi operative di un motore che, al momento dell'avviamento del motore, consenta di individuare nel più breve tempo possibile le fasi operative dei vari cilindri del motore, per permettere al motore di funzionare nel più breve tempo possibile in modo sequenziale e fasato, cioè con iniezione di carburante effettuata al momento giusto ed in modo sequenziale nei vari cilindri.

Secondo la presente invenzione, tale scopo, viene raggiunto da un sistema avente le caratteristiche formanti oggetto della rivendicazione 1.

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 illustrante un motore a combustione interna per veicoli munito di un sistema di rilevazione secondo la presente invenzione,

- la figura 2 è una vista schematica della ruota fonica indicata dalla freccia II nella figura 1,

- la figura 3 è una variante costruttiva della ruota di figura 2, e

- le figure 4 e 5 sono diagrammi schematici illustranti il funzionamento del sistema secondo l'invenzione.

Con riferimento alla figura 1, il numero di riferimento 10 indica un motore alternativo a combustione interna per veicoli, avente quattro cilindri indicati con Cl, C2, C3 e C4. Il motore 10 ha un albero motore 12 sul quale è fissato un volano 14 munito di una dentatura esterna 16 che, durante la fase di avviamento del motore, ingrana con un pignone 18 azionato in rotazione da un motore di avviamento 20. Il motore 10 comprende inoltre almeno un albero di distribuzione 22 munito di camme 24 che comandano l'apertura di valvole (non illustrate) di aspirazione e di scarico del motore 10. Un primo sensore 28 è affacciato, in posizione stazionaria, alla dentatura esterna 16 del volano 14 e produce un segnale elettrico indicativo della frequenza di rotazione dell'albero motore 12. Un secondo sensore 30 è affacciato alla periferia esterna della ruota fonica 26. I segnali prodotti dai sensori 28, 30 vengono inviati ad un'unità elettronica di controllo 32 che comanda l'iniezione di carburante tramite iniettori (non illustrati) associati a rispettivi cilindri del motore 10. Con riferimento alla figura 2, la ruota fonica 26 è suddivisa ih un numero di settori pari al numero dei cilindri del motore 10, aventi tutti la stessa estensione angolare. Nell'esempio illustrato, la ruota fonica 26 ha quattro settori SI, S2, S3 ed S4 ciascuno con un'estensione angolare di 90°. La ruota 26 ha sulla sua periferia esterna una pluralità di sporgenze o recessi 34. Ciascun settore S1, S2, S3 ed S4 ha un numero di sporgenze o recessi 34 diverso da quello degli altri settori. Ciascun settore ha una prima sezione in cui le sporgenze od i recessi 34 sono distanziati fra loro di un passo costante ed una sezione residua in cui il passo residuo è pari al passo fra le sporgenze od i recessi del settore successivo. La ruota fonica 26 è fissata sull'albero di distribuzione 22 in modo che ciascun settore SI, S2, S3 ed S4 corrisponda ad una fase di un rispettivo cilindro del motore. Ad esempio, i settori SI, S2, S3 ed S4 potrebbero essere in relazione di fase, rispettivamente, con i cilindri Cl, C2, C3 e C4. Più precisamente, il periodo di tempo durante il quale il settore SI transita in corrispondenza del sensore 30 durante la rotazione nel verso indicato dalla freccia 36 nella figura 2 è esattamente correlato ad una precisa fase del motore nel rispettivo cilindro. Ad esempio, i settori potrebbero essere correlati alla fase di compressione per cui il passaggio di ciascun settore SI, S2, S3 ed S4 in corrispondenza del sensore 30 indica che nei rispettivi cilindri Cl, C2, C3 e C4 è in corso la fase di compressione. Le sporgenze od i recessi 34 sono realizzati in modo tale per cui la prima variazione di passo all'interno di ciascun settore indica che il rispettivo cilindro ha raggiunto una posizione di punto morto.

La figura 4 illustra schematicamente lo sviluppo in piano della ruota fonica 26 e la sua relazione con le fasi dei cilindri Cl, C2, C3 e C4. Il sensore 30 associato alla ruota fonica 36 è ad esempio un sensore ad effetto hall e fornisce all'unità elettronica di controllo 32 un segnale elettrico indicativo della frequenza di passaggio delle sporgenze o recessi 34. L'unità elettronica di controllo 32 riceve inoltre dal sensore 28 un segnale elettrico indicativo della frequenza di passaggio dei denti del volano 14 in corrispondenza del sensore 28. Il rapporto fra la velocità di rotazione dell'albero di distribuzione 22 e quella dell'albero motore 12 è fisso (tipicamente è pari a 1:2). Pertanto, il rapporto fra il segnale proveniente dal sensore 30 ed il segnale proveniente dal sensore 28 è indipendente dalla velocità di rotazione del motore ed individua univocamente un settore SI, S2, S3 od S4. Pertanto, l'unità elettronica di controllo 32 sulla base del rapporto fra i segnali provenienti dai sensori 30 e 28 è in grado di individuare quale settore della ruota fonica 26 si trova in corrispondenza del sensore 30 e conseguentemente quale cilindro Cl, C2, C3, C4 si trova in fase di compressione. Quindi, il rapporto fra i segnali provenienti dai sensori 30 e 28 individua la fase del motore ed una variazione di tale rapporto indica i punti morti del ciclo. Conseguentemente, l'unità elettronica di controllo 32 può comandare gli iniettori in modo fasato e sequenziale evitando l'iniezione di carburante in cilindri che al momento dell'iniezione non si trovano nella fase corretta.

La figura 5 indica schematicamente la sequenza di fasi che avvengono durante l'avviamento del motore. I riferimenti numerici 14 e 26 indicano rispettivamente gli sviluppi in piano del volano e della ruota fonica. La linea indicata con A indica l'istante in cui inizia l'avviamento del motore (cranking) . Nell'istante B il sistema riconosce il primo intervallo di fase e subito dopo, nell'istante C, riconosce il cilindro in fase di aspirazione. Nella fase D viene effettuata l'iniezione nel cilindro in fase di aspirazione. Nell'istante E il sensore 30 rileva la prima variazione di passo sulla ruota fonica 26 e riconosce il punto morto superiore del cilindro sul quale è avvenuta l'iniezione. Nel frattempo, il sensore 28 associato al volano 14 riconosce i primi tre denti del volano validi nell'istante F. Nell'istante E in cui avviene il riconoscimento del primo punto morto superiore il sensore 28 inizia a conteggiare i denti del volano per preparare l'anticipo di accensione. Nella fase G si ha la seconda iniezione di carburante che è già fasata correttamente. Quindi, nell'istante H avviene l'attuazione della scintilla sul primo cilindro e nell'intervallo K si ha la prima combustione utile. A questo punto, la velocità del motore aumenta rapidamente ed il controllo di fase viene effettuato esclusivamente sulla base delle informazioni provenienti dal sensore 28 associato al volano 14. Qualora si manifestasse una perdita di informazioni provenienti dal sensore 28 (ad esempio a causa di disturbi esterni) sarà possibile ristabilire una fasatura corretta, seppure approssimata, mediante la procedura utilizzata durante la fase di avviamento.

Il sistema secondo la presente invenzione consente di evitare l'uso di una seconda ruota fonica calettata sull'albero motore 12. Nelle soluzioni tradizionali, tale ruota fonica fornisce un'informazione di fase del motore poiché presenta una discontinuità (generalmente costituita dalla mancanza di due denti) che permette ad un sensore di ricavare informazioni di fase del motore. Rilevando la frequenza di rotazione del motore sul volano 14 invece che su una ruota fonica si hanno i seguenti vantaggi:

- elevata immunità dei disturbi vibrazionali (il volano è disposto in un nodo di vibrazione), - minore errore nel taglio dei denti,

- maggiore risoluzione angolare,

- possibilità di caratterizzare la coppia ad ogni combustione in tutti i punti di funzionamento del motore.

Il sistema secondo la presente invenzione consente di individuare il cilindro in fase di compressione entro i primi 90° di rotazione del motore. Il sistema permette inoltre di individuare il punto morto superiore del primo cilindro in compressione entro i primi 180° di rotazione del motore e consente, nell'ipotesi migliore, l'inizio della prima combustione utile entro i primi 270° del motore. Nell'ipotesi peggiore il sistema garantisce l'inizio della combustione entro i primi 480° di rotazione del motore. Qualora il sensore 28 della frequenza del motore fosse interrotto o scollegato, il sistema permette il recupero della fasatura del motore in meno di 200° di rotazione del motore.

La rilevazione delle sporgenze o dei recessi 34 da parte di un sensore ad effetto hall potrebbe non essere abbastanza precisa ad elevati regimi. Per ovviare a tale inconveniente, si potrebbe utilizzare una ruota fonica 26 realizzata come illustrato nella figura 3, utilizzando un sensore 30 abilitato alla rilevazione del fronte di salita e del fronte di discesa di ciascuna sporgenza o recesso. La forma di realizzazione di figura 3 permette di utilizzare una spaziatura fra i denti della ruota di valore superiore al valore minimo rilevabile da parte del sensore 30.

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 dell'invenzione così come definita dalle rivendicazioni che seguono.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di rilevazione delle fasi operative di un motore alternativo a combustione interna (10) comprendente una pluralità di cilindri (Cl, C2, C3, C4), un albero motore (12) ed almeno un albero di distribuzione (22), in cui il sistema comprende: - primi e secondi mezzi sensori (14, 28, 26, 30) includenti ciascuno un sensore (28, 30) ed una ruota (14, 26), atti a rilevare, rispettivamente, la frequenza di rotazione dell'albero motore (12) e la posizione angolare di almeno un albero di distribuzione (22), e - un'unità elettronica di controllo (32) atta a determinare le fasi operative dei cilindri (Cl, C2, C3, C4) in funzione dei segnali provenienti da detti primi e secondi mezzi sensori, caratterizzato dal fatto che i secondi mezzi sensori comprendono una ruota fonica (26) suddivisa in un numero di settori (S1, S2, S3, S4) pari al numero di cilindri (Cl, C2, C3, C4), in cui ciascun settore (SI, S2, S3, S4) ha un numero caratteristico di sporgenze o recessi '(34) diverso da quello degli altri settori, la ruota fonica (26) essendo fissata all'albero di distribuzione (22) in modo da stabilire una correlazione fra la posizione angolare di ciascun settore ed una fase operativa di un rispettivo cilindro, e dal fatto che l'unità elettronica di controllo (32) è programmata per determinare le fasi operative dei cilindri in funzione del rapporto fra i segnali provenienti dai primi e dai secondi mezzi sensori (28, 30).
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i primi mezzi sensori comprendono un sensore di posizione stazionario (28) affacciato ad una dentatura periferica (16) di un volano (14) fissato all'albero motore (12).
3. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dopo il completamento dell'avviamento del motore il sistema effettua il controllo di fase esclusivamente sulla base delle informazioni provenienti dai suddetti primi mezzi sensori (28). Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.