IT201600080647A1 - Metodo di controllo del funzionamento di un motore a combustione interna a due tempi ed accensione comandata - Google Patents

Metodo di controllo del funzionamento di un motore a combustione interna a due tempi ed accensione comandata

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IT201600080647A1
IT201600080647A1 IT102016000080647A IT201600080647A IT201600080647A1 IT 201600080647 A1 IT201600080647 A1 IT 201600080647A1 IT 102016000080647 A IT102016000080647 A IT 102016000080647A IT 201600080647 A IT201600080647 A IT 201600080647A IT 201600080647 A1 IT201600080647 A1 IT 201600080647A1
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Gianluca Barbolini
vincenzo Gagliardi
Alessandro Grisendi
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Emak Spa
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Description

“METODO DI CONTROLLO DEL FUNZIONAMENTO DI UN MOTORE A
COMBUSTIONE INTERNA A DUE TEMPI ED ACCENSIONE COMANDATA”
Campo della tecnica
La presente invenzione attiene ai motori a combustione interna ad accensione comandata, in particolare ai motori a due tempi destinati ad essere utilizzati per azionare piccoli utensili da lavoro, come ad esempio motoseghe, decespugliatori e simili. Più in dettaglio, la presente invenzione riguarda un metodo per controllare il funzionamento dei suddetti motori.
Tecnica nota
Come noto i motori a due tempi comprendono almeno un cilindro che coopera con un rispettivo pistone per definire una camera di combustione a volume variabile, alTintemo della quale viene periodicamente immessa una miscela di aria e combustibile.
Il pistone è meccanicamente collegato ad un albero a gomiti attraverso una biella, cosicché il movimento lineare del pistone viene trasformato in un movimento rotatorio dell’albero a gomiti e viceversa.
Nella camera di combustione è posta una candela di accensione che viene ciclicamente comandata a generare una scintilla che innesca la combustione della miscela di aria e combustibile, producendo gas di scarico in rapida espansione che causano il movimento del pistone.
L’aria è aspirata all'interno della camera di combustione attraverso un condotto di aspirazione che mette in comunicazione il cilindro del motore con l'ambiente esterno.
La quantità d’aria immessa all’interno del cilindro può essere regolata mediante una valvola parzializzatrice, tipicamente una valvola a farfalla, la quale è posta nel condotto di aspirazione ed è azionabile dall’esterno al fine di variarne il grado di apertura.
L’azionamento della valvola parzializzatrice può essere demandato ad un opportuno organo acceleratore, ad esempio una leva, il quale è azionabile manualmente dall’utilizzatore.
Il combustibile è normalmente fornito attraverso un carburatore, il quale comprende un tubo di Venturi posto lungo il condotto di aspirazione, tipicamente a monte della valvola parzializzatrice, ed un ugello di erogazione che sfocia all’interno del tubo di Venturi ed è in comunicazione con una camera di contenimento del combustibile.
In questo modo, il flusso d’aria che scorre lungo il tubo di Venturi genera una depressione che, attraverso l’ugello di erogazione, aspira il combustibile dalla camera di contenimento e lo miscela con l’aria diretta verso la camera di combustione.
Nei motori tradizionali, gli organi del carburatore sono dimensionati in modo tale che la miscela abbia un rapporto tra aria e combustibile sempre costante e sostanzialmente pari ad un prefissato valore di taratura (normalmente leggermente inferiore al rapporto stechiometrico).
Questo valore di taratura è un valore di calibrazione scelto al fine da garantire un bilanciamento ottimale tra efficienza del motore ed emissioni inquinanti, quando il motore si trova ad operare in condizioni di pressione e temperatura atmosferiche standard.
Un inconveniente di questi motori a due tempi è stato tuttavia riscontrato nel fatto che, qualora l’utilizzatore comandi un passaggio repentino da una condizione di funzionamento a pieno carico (valvola parzializzatrice completamente aperta o quasi) ad una condizione di funzionamento a minimo carico (valvola parzializzatrice completamente chiusa o quasi), la decelerazione del motore avviene in tempi piuttosto lunghi, peggiorando la dinamica con cui il motore risponde ai comandi dell’utilizzatore.
Sommario dell'invenzione
Alla luce di quanto esposto, uno scopo della presente invenzione è quello di risolvere il menzionato inconveniente della tecnica nota, rendendo disponibile un metodo di controllo del motore che consenta di migliorare la dinamica con cui il motore risponde ai comandi dell’utilizzatore.
Un ulteriore scopo è quello di raggiungere il menzionato obiettivo nell’ambito di una soluzione semplice, razionale e dal costo il più possibile contenuto.
Questi ed altri scopi sono raggiunti dalle caratteristiche dell'invenzione che sono riportate nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell'invenzione.
In particolare, una forma di attuazione della presente invenzione rende disponibile un metodo per controllare il funzionamento di un motore a combustione interna ad accensione comandata, in cui il motore comprende:
- una camera di combustione,
- un condotto di aspirazione atto a porre in comunicazione la camera di combustione con l’esterno
- una valvola parzializzatrice posta all’interno del condotto di aspirazione, - un carburatore atto ad immettere combustibile all’interno del condotto di aspirazione per formare una miscela di aria e combustibile destinata ad essere aspirata nella camera di combustione, ed
- una candela di accensione posta all’interno della camera di combustione per generare una scintilla atta ad innescare la combustione della miscela di aria e combustibile,
il metodo comprendendo le fasi di:
- monitorare il grado di apertura della valvola parzializzatrice,
- monitorare la velocità del motore,
- impedire alla candela di accensione di generare la scintilla, se il grado di apertura della valvola parzializzatrice cala al di sotto di un primo valore di soglia del grado di apertura (ad esempio un valore di soglia indicativo del fatto che la valvola parzializzatrice è chiusa o quasi chiusa) e la velocità del motore è superiore ad un primo valore di soglia della velocità del motore (tipicamente un valore di soglia pari alla velocità di minimo o prossimo alla velocità di minimo).
Grazie a questa soluzione è vantaggiosamente possibile impedire la generazione della scintilla ogni qualvolta che la valvola parzializzatrice viene portata in una posizione di chiusura o di quasi-chiusura del condotto di aspirazione. Impedendo la generazione della scintilla, si impedisce l’innesco della combustione in camera di combustione, con il risultato che il motore continua a funzionare unicamente per effetto delle inerzie delle parti in movimento. Pertanto, la decelerazione del motore risulta molto più rapida rispetto alla tecnica nota, migliorandone la dinamica ed il tempo di risposta al comando dell’utilizzatore.
Secondo un aspetto dell'invenzione, il metodo può comprendere anche la fase di mantenere (costante o quasi-costante) la velocità del motore ad un prefissato valore di target, ad esempio alla velocità di minimo, se la velocità del motore cala al di sotto del primo valore di soglia della velocità del motore.
Grazie a questa soluzione, dopo la fase di decelerazione conseguente alla chiusura o quasi-chiusura della valvola parzializzatrice, il motore può essere vantaggiosamente mantenuto al minimo, ossia rimesso in funzione (riattivando la scintilla) e mantenuto ad una prefissata velocità minima (ossia ad una prefissata velocità di rotazione minima dell’albero a gomiti).
Secondo un aspetto dell’invenzione, la velocità del motore può essere mantenuta al prefissato valore di target regolando il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore.
In particolare, il rapporto tra aria e combustibile nella miscela può essere regolato mediante un sistema di controllo, ad esempio un sistema di controllo ad anello chiuso, configurato per minimizzare la differenza tra la velocità del motore ed il prefissato valore di target.
Un altro aspetto dell’invenzione prevede che il metodo possa comprendere la fase di regolare l'istante in cui la candela di accensione genera la scintilla (ossia il timing di accensione) in base al grado di apertura della valvola parzializzatrice e alla velocità del motore, se il grado di apertura della valvola parzializzatrice è compreso tra un secondo ed un terzo valore di soglia del grado di apertura, in cui detto secondo valore di soglia del grado di apertura è inferiore a detto terzo valore di soglia del grado di apertura (ad esempio il secondo valore di soglia può essere indicativo del fatto che la valvola parzializzatrice è almeno minimamente aperta, mentre il terzo valore di soglia può essere indicativo del fatto che la valvola parzializzatrice è completamente aperta o quasi).
Grazie a questa soluzione, quando la valvola parzializzatrice viene aperta parzialmente, ad esempio per accelerare il motore o per mantenerlo ad un carico medio, è vantaggiosamente possibile regolare l'istante di accensione della miscela al fine di ottenere un rendimento ottimale del motore e/o una riduzione delle emissioni inquinanti.
L’istante in cui la candela di accensione genera la scintilla può essere fornito in uscita da una mappa di calibrazione che riceve in ingresso la velocità del motore ed il grado di apertura della valvola parzializzatrice.
Secondo un altro aspetto dell’invenzione, il metodo può ulteriormente comprendere le fasi di monitorare la corrente di ionizzazione all’interno della camera di combustione e di utilizzare la corrente di ionizzazione per regolare il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore, se il grado di apertura della valvola parzializzatrice supera detto terzo valore di soglia del grado di apertura.
Grazie a questa soluzione, ogni qualvolta che la valvola parzializzatrice viene portata in una posizione di completa apertura o quasi-completa apertura del condotto di aspirazione, la quantità di combustibile può essere vantaggiosamente regolata al fine di garantire un bilanciamento ottimale tra efficienza del motore ed emissioni inquinanti, anche qualora le condizioni di funzionamento del motore (pressione esterna, temperatura esterna, ecc.) dovessero cambiare rispetto a quelle standard di progetto.
In particolare, la regolazione del rapporto tra aria e combustibile in questa fase può comprendere le seguenti attività:
- far funzionare il motore con un rapporto aria/combustibile pari ad un predeterminato valore iniziale;
- per il valore iniziale del rapporto aria/combustibile costruire una prima curva rappresentativa della corrente di ionizzazione in funzione della posizione angolare di un albero a gomito del motore;
- calcolare un valore pari all’integrale della prima curva in un prefissato intervallo angolare dell’albero a gomito;
- modificare il rapporto aria/combustibile del motore portandolo ad un secondo valore diverso dal valore iniziale;
- per il secondo valore del rapporto aria/combustibile costruire una seconda curva rappresentativa della corrente di ionizzazione in funzione della posizione angolare dell’albero a gomito;
- calcolare un valore pari all’integrale della seconda curva in un intervallo angolare dell’albero a gomito uguale al precedente;
- calcolare una differenza tra il valore dell’integrale della seconda curva ed il valore dell’integrale della prima curva;
- se la differenza ha un valore assoluto maggiore di un prefissato valore di soglia intervenire sulla carburazione variando il valore iniziale del rapporto aria combustibile.
In pratica, questo controllo prevede di eseguire un test di efficienza: se la differenza tra i due valori dell’integrale della corrente di ionizzazione ha un valore assoluto inferiore o uguale al valore di soglia, significa che il valore iniziale del rapporto aria/combustibile permette di ottenere un buon compromesso tra rendimento del motore e quantità di emissioni inquinanti, cosicché il motore potrà continuare ad essere fatto funzionare con quel valore iniziale; se viceversa la differenza tra i due valori dell’integrale della corrente di ionizzazione ha un valore assoluto maggiore del valore di soglia, significa che il valore iniziale del rapporto aria/combustibile non permette di ottenere un buon compromesso tra rendimento del motore e quantità di emissioni inquinanti, cosicché il controllo varierà tale valore iniziale, facendo funzionare il motore con una diversa quantità di combustibile in rapporto alla quantità d’aria.
Questo test di efficienza può essere ripetuto più volte, utilizzando ogni volta come valore iniziale del rapporto aria/combustibile quello mantenuto costante o eventualmente regolato al termine della precedente esecuzione del test di efficienza, ottenendo in questo modo un controllo continuo del rapporto aria/combustibile del motore che rimane perciò sempre compreso in un intervallo di valori che garantiscono un buon compromesso fra rendimento del motore e quantità di emissioni inquinanti.
Un altro aspetto dell’invenzione prevede che il metodo possa comprendere anche la fase di ridurre la velocità del motore, se la velocità del motore supera un secondo valore di soglia della velocità del motore che è superiore al primo valore di soglia della velocità del motore (ad esempio un valore di velocità indicativo del fatto che il motore sta andando fuori giri).
Grazie a questa soluzione è possibile introdurre una funzione di sicurezza che impedisce alla velocità del motore (ossia alla velocità di rotazione dell’albero a gomiti) di raggiungere valori eccessivamente elevati, ad esempio quando il motore funziona a pieno carico ed in condizioni in cui la coppia resistente è nulla o quasi-nulla.
La riduzione della velocità del motore può essere ottenuta in questa fase diminuendo il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore (tipicamente aumentando la quantità di combustibile).
In particolare, il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore può essere diminuito mediante un sistema di controllo configurato per aumentare la quantità di combustibile sino a provocare una riduzione della velocità del motore.
Un’altra forma di attuazione della presente invenzione rende disponibile un motore a combustione interna ad accensione comandata comprendente:
- una camera di combustione,
- un condotto di aspirazione atto a porre in comunicazione la camera di combustione con l’esterno,
- una valvola parzializzatrice posta all’interno del condotto di aspirazione, - un carburatore atto ad immettere combustibile all’interno del condotto di aspirazione per formare una miscela di aria e combustibile destinata ad essere aspirata nella camera di combustione,
- una candela di accensione posta all’interno della camera di combustione per generare una scintilla atta ad innescare una combustione della miscela di aria e combustibile, ed
- una unità elettronica configurata per monitorare il grado di apertura della valvola parzializzatrice, monitorare la velocità del motore ed impedire alla candela di accensione di generare la scintilla, se il grado di apertura della valvola parzializzatrice cala al di sotto di un primo valore di soglia del grado di apertura e la velocità del motore è superiore ad un primo valore di soglia della velocità del motore.
Questa soluzione consegue sostanzialmente gli stessi vantaggi menzionati in precedenza con riferimento al metodo di controllo, in particolare quello di rendere più rapida la decelerazione del motore quando la valvola parzializzatrice viene portata in una posizione di chiusura o di quasi-chiusura del condotto di aspirazione.
Naturalmente, l'unità elettronica del motore può implementare anche tutti gli altri aspetti del metodo di controllo.
Ad esempio, l’unità elettronica può essere ulteriormente configurata per mantenere la velocità del motore ad un prefissato valore di target, ad esempio alla velocità di minimo, se la velocità del motore cala al di sotto del primo valore di soglia della velocità del motore.
In particolare, l’unità elettronica può mantenere la velocità del motore al valore di target regolando il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore, ad esempio mediante un sistema di controllo, come un sistema di controllo ad anello chiuso, configurato per minimizzare la differenza tra la velocità del motore ed il prefissato valore di target.
L’unità elettronica può inoltre essere configurata per regolare l'istante in cui la candela di accensione genera la scintilla (ossia il timing di accensione) in base al grado di apertura della valvola parzializzatrice e alla velocità del motore, se il grado di apertura della valvola parzializzatrice è compresa tra un secondo ed un terzo valore di soglia del grado di apertura, in cui detto secondo valore di soglia del grado di apertura è inferiore a detto terzo valore di soglia del grado di apertura.
L’istante in cui la candela di accensione genera la scintilla può essere fornito in uscita da una mappa di calibrazione che riceve in ingresso la velocità del motore ed il grado di apertura della valvola parzializzatrice.
L’unità elettronica può essere ulteriormente configurata per monitorare la corrente di ionizzazione all’interno della camera di combustione e di utilizzare la corrente di ionizzazione per regolare il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore, se il grado di apertura della valvola parzializzatrice supera detto terzo valore di soglia del grado di apertura.
In particolare, l’unità elettronica può essere configurata per eseguire tale regolazione mediante le seguenti attività:
- far funzionare il motore con un rapporto aria/combustibile pari ad un predeterminato valore iniziale;
- per il valore iniziale del rapporto aria/combustibile costruire una prima curva rappresentativa della corrente di ionizzazione in funzione della posizione angolare di un albero a gomito del motore;
- calcolare un valore pari all’integrale della prima curva in un prefissato intervallo angolare dell’albero a gomito;
- modificare il rapporto aria/combustibile del motore portandolo ad un secondo valore diverso dal valore iniziale;
- per il secondo valore del rapporto aria/combustibile costruire una seconda curva rappresentativa della corrente di ionizzazione in funzione della posizione angolare dell’albero a gomito;
- calcolare un valore pari all’integrale della seconda curva in un intervallo angolare dell’albero a gomito uguale al precedente;
- calcolare una differenza tra il valore dell’integrale della seconda curva ed il valore dell’integrale della prima curva;
- se la differenza ha un valore assoluto maggiore di un prefissato valore di soglia intervenire sulla carburazione variando il valore iniziale del rapporto aria combustibile.
Secondo l'invenzione, l’unità elettronica può anche essere configurata per ridurre la velocità del motore, se la velocità del motore supera un secondo valore di soglia della velocità del motore che è superiore al primo valore di soglia della velocità del motore.
La riduzione della velocità del motore può essere ottenuta diminuendo il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore, ad esempio mediante un sistema di controllo configurato per aumentare la quantità di combustibile sino a provocare una riduzione della velocità del motore.
Si desidera evidenziare che in tutti i casi menzionati in precedenza, Il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore può essere regolato variando i tempi di apertura e chiusura di una valvola posta ad intercettare un condotto che pone in comunicazione l’ugello di erogazione del carburatore con una camera di contenimento del combustibile.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione seguente fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle figure illustrate nelle tavole allegate.
La figura 1 è uno schema di un motore a combustione a due tempi ad accensione comandata.
La figura 2 è lo schema di un carburatore appartenete al motore di figura 1 .
La figura 3 è uno schema di una macchina a stati utilizzata per controllare il funzionamento del motore di figura 1 .
Descrizione dettagliata
In figura 1 si rileva un motore a combustione interna 100, in particolare un motore a due tempi ad accensione comandata, del tipo di quelli che possono essere utilizzati per azionare piccoli utensili da lavoro portatili, come ad esempio motoseghe, decespugliatori e simili.
Il motore 100 comprende generalmente un cilindro 105 in cui è scorrevolmente accolto un pistone 110, il quale definisce all'interno del cilindro 105 una camera di combustione 115.
Tramite una biella 120, il pistone 110 è collegato ad un albero a gomiti 125 (detto anche albero del motore), definendo con esso un manovellismo di spinta capace di trasformare il movimento alternativo del pistone 110 in una rotazione dell'albero a gomiti 125 e viceversa.
L’albero a gomiti 125 è contenuto all’interno di un carter 130, il cui volume interno 135 è separato dalla camera di combustione 115 dal pistone 110, con l’ausilio di opportuni anelli di tenuta non illustrati.
Il cilindro 105 comprende una luce di scarico 140 atta a porre in comunicazione la camera di combustione 115 con un condotto di scarico 145 sfociante nell’ambiente esterno.
Il cilindro 105 comprende inoltre una luce di aspirazione 150 atta a porre in comunicazione la camera di combustione 115 con un condotto di aspirazione 155 anch’esso comunicante con l’ambiente esterno.
In particolare, il condotto di aspirazione 155 può sfociare nel volume interno 135 del carter 130 ed essere in comunicazione con la luce di aspirazione 150 attraverso un condotto di travaso 160, il quale collega il volume interno 135 del carter 130 con la luce di aspirazione 150.
Una valvola parzializzatrice 165, tipicamente una valvola a farfalla, può è colloca ta all'interno del condotto di aspirazione 155 per regolare la portata del flusso d’aria.
In particolare, la valvola parzializzatrice 165 può essere mossa e arresta in qualunque posizione tra una posizione di massima chiusura del condotto di aspirazione 155, in cui la sezione di passaggio per il flusso d’aria è minima (al limite nulla), ed una posizione di massima apertura del condotto di aspirazione 155, in cui la sezione di passaggio per il flusso d’aria è massima (al limite coincidente con la sezione del condotto di aspirazione 155).
La posizione della valvola parzializzatrice 165 può essere espressa in termini del suo grado di apertura, cosicché un grado di apertura dello 0% indica che la valvola parzializzatrice 165 si trova in posizione di massima chiusura del condotto di aspirazione 155, mentre un grado di apertura del 100% indica che la valvola parzializzatrice 165 si trova in posizione di massima apertura del condotto di aspirazione 155.
L’azionamento ed il mantenimento della valvola parzializzatrice 165 nelle varie posizioni può essere effettuato manualmente da colui che utilizza il motore 100, ad esempio attraverso un organo acceleratore, come una leva, una manopola o un pedale, il quale può essere collegato alla valvola parzializzatrice 165 in modo meccanico e/o elettronico.
Il motore 100 comprende inoltre un carburatore 170 atto ad immettere combustibile all’interno del condotto di aspirazione 155, in modo da formare una miscela di aria e combustibile destinata ad essere aspirata nella camera di combustione 115.
Il carburatore 170 comprende un tubo di Venturi 175 posto a definire un tratto del condotto di aspirazione 155, tipicamente a monte della valvola parzializzatrice In questo modo, il flusso d’aria che attraversa il tubo di Venturi 175 è atto a generare all'interno del condotto di aspirazione 155 (per effetto Venturi) una depressione localizza.
Il carburatore 170 comprende inoltre un ugello erogatore 180, il quale è in comunicazione con una fonte di combustibile 185 ed è posto in corrispondenza della zona del tubo di Venturi 175 in cui si genera la depressione, generalmente in corrispondenza del tratto centrale a sezione ristretta.
In questo modo, la depressione generata dal tubo di Venturi 175 richiama combustibile dalla fonte di combustibile 185 e la immette nel condotto di aspirazione 155 attraverso l’ugello erogatore 180, miscelandola al flusso d’aria diretto alla camera di combustione 115.
Secondo la forma di realizzazione illustrata in figura 2, la fonte di combustibile 185 può comprendere una camera di accumulo 190 che comprende un condotto di aspirazione 195 in comunicazione con un serbatoio del combustibile 200 ed un condotto di mandata 205 in comunicazione con l’ugello erogatore 180.
La camera di accumulo 190 può essere almeno parzialmente definita da una membrana flessibile 210, la quale suddivide il volume interno di un involucro cavo 215 in due distinte camere, di cui una prima camera è la già citata camera di accumulo 190, mentre la seconda camera 220 è posta in comunicazione con l’ambiente esterno.
La membrana flessibile 210 è meccanicamente collegata ad una valvola 225, la quale è atta ad aprire e chiudere il condotto di aspirazione 195 in risposta alle oscillazioni della membrana flessibile 210.
In particolare, quando il combustibile fuoriesce dalla camera di accumulo 190 verso l’ugello erogatore 180, la membrana flessibile 210 si deforma, per effetto della pressione atmosferica che regna nella seconda camera 220, nel senso di ridurre il volume della camera di accumulo 190.
In questa configurazione, la membrana flessibile 210 provoca l’apertura della valvola 225, consentendo l’aspirazione di altro combustibile dal serbatoio 200 per compensare quello immesso nel condotto di aspirazione 155.
L’ingresso di questo nuovo combustibile nella camera di accumulo 190 provoca contestualmente la deformazione della membrana flessibile 210 in senso opposto al precedente, ossia nel senso di ridurre il volume della seconda camera 220, provocando la chiusura della valvola 225.
Grazie a questa continua oscillazione della membrana flessibile 210 viene sostanzialmente raggiunta una condizione di equilibrio che mantiene la camera di accumulo 190 piena di combustibile, indipendentemente dalla orientazione che può assumere il carburatore 170 durante l’utilizzo.
Per consentire una regolazione della quantità di combustibile immessa nel condotto di aspirazione 155, che sia indipendente dalla pressione generata dal tubo di Venturi 175, il carburatore 170 può comprendere una valvola 230 posizionata lungo il condotto di mandata 205 che collega la camera di accumulo 190 con l’ugello erogatore 180.
In alcune forme di realizzazione, la valvola 230 è una valvola ON-OFF che può essere comandata in una posizione di chiusura, in cui chiude completamente il condotto di mandata 205, ed una posizione di apertura, in cui lascia il condotto di mandata 205 completamente aperto.
Quando la valvola 230 è in posizione di apertura, la quantità di combustibile immesso nel condotto di aspirazione 155 è massima e dipende solamente dalla depressione generata dal tubo di Venturi 175. Quando viceversa la valvola 230 è in posizione di chiusura, la quantità di combustibile immesso nel condotto di aspirazione 155 è sempre nulla.
Durante il funzionamento del motore, la valvola 230 può essere comandata ad aprirsi e chiudersi ciclicamente, in modo tale da immettere globalmente nel condotto di aspirazione 155 una quantità di combustibile non nulla ma comunque inferiore al valore massimo definito della depressione generata dal tubo di Venturi 175.
Regolando opportunamente il rapporto tra il tempo di apertura ed il tempo di chiusura della valvola 230 nell’arco di un prefissato arco temperale, la quantità di combustibile globalmente immesso nel condotto di aspirazione 155 può dunque essere regolata in modo indipendente dalla depressine generata dal tubo di Venturi 175.
Poiché la depressine generata dal tubo di Venturi 175 dipende dalla portata d’aria che lo attraversa, ne consegue che questo tipo di regolazione permette vantaggiosamente di modificare il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore 170.
Si desidera osservare che la valvola 230 può essere comandata elettricamente, ad esempio mediante un segnale PWM, e che la regolazione può essere ottenuta variando il duty cycle di questo segnale PWM.
Tornando a figura 1 , il motore 100 comprende inoltre una candela di accensione 235, la quale è associata al cilindro 105 ed è atta a generare ciclicamente una scintilla all’interno della camera di combustione 115, al fine di innescare la combustione della miscela di aria e combustibile.
In generale, la candela di accensione 235 viene comandata a generare la scintilla ogni volta che il pistone 110 si trova in prossimità del suo punto morto superiore, ossia in prossimità della posizione per la quale il volume della camera di combustione 115 è minimo.
Normalmente la posizione del pistone 110 viene indicata in base alla posizione angolare dell’albero a gomiti 125, assumendo come angolo 0°la posizione angolare dell’albero a gomiti 125 che corrisponde al punto morto superiore del pistone 110.
La candela di accensione 235 viene generalmente comandata a generare la scintilla con alcuni gradi di anticipo rispetto al punto morto superiore del pistone 110, ovvero mentre il pistone 110 si sta ancora muovendo nel senso di ridurre il volume della camera di combustione 1 15.
Una volta generata la scintilla, la combustione della miscela di aria e combustibile produce gas di scarico in rapida espansione che spingono il pistone 110 a scorrere all’interno del cilindro 105 dal punto morto superiore verso punto morto inferiore, ossia verso la posizione per la quale il volume della camera di combustione 1 15 è massimo.
Durante questa corsa di discesa, il pistone 110 apre per prima cosa la luce di scarico 140 per consentire ai gas di scarico di fuoriuscire verso l’ambiente esterno, dopo di che apre anche la luce di aspirazione 150 per ammettere una nuova carica di miscela di aria e combustibile all’interno della camera di combustione 115.
In particolare, la nuova carica di miscela viene immessa nella camera di combustione 115 attraverso il condotto di travaso 160, per effetto del movimento del pistone 110 che, scorrendo verso il punto morto inferiore, dapprima chiude il condotto di aspirazione 155 e quindi pompa la miscela che è contenuta nel carter 130 verso la camera di combustione 115.
Una volta raggiunto il punto morto inferiore, il pistone 110 inizia una corsa di salita verso il punto morto superiore, aprendo nuovamente il condotto di aspirazione 155 e quindi consentendo l'aspirazione di nuova miscela di aria e combustibile all'interno del carter 130.
Contemporaneamente, durante questa corsa di salita, il pistone 110 chiude dapprima la luce di aspirazione 150 e la luce di scarico 140 e quindi riduce progressivamente il volume della camera di combustione 115, comprimendo la miscela di aria e combustibile in essa contenuta.
Quando il pistone 110 si trova nuovamente in prossimità del punto morto superiore, la candela di accensione 235 viene comandata a generare un’altra scintilla ed il ciclo si ripete.
Il funzionamento del motore 100 può essere controllato da una unità elettronica 240 in comunicazione con uno o più sensori e/o dispositivi associati al motore 100.
In particolare, l'unità elettronica 240 può ricevere segnali di ingresso provenienti da vari sensori configurati per generare segnali in proporzione a vari parametri fisici associati con il motore 100.
Questi sensori possono includere un sensore 245 della velocità del motore 100, ovvero un sensore atto a rilevare la velocità di rotazione dell’albero a gomiti 125 (esprimendola ad esempio in termini di round per minute - Rpm), ed un sensore 250 della posizione ovvero del grado di apertura della valvola parzializzatrice 165 (esprimendola ad esempio in termini percentuali).
L’unità elettronica 240 può inoltre generare segnali di uscita a vari dispositivi che influenzano il funzionamento del motore 100, tra cui la candela di accensione 235 che determina la tempistica di combustione e la valvola 230 che determina il rapporto tra aria e combustibile nella miscela.
Secondo la presente trattazione, l'unità elettronica 240 può essere configurata per controllare il funzionamento del motore 100 mediante una macchina a stati come quella rappresentata in figura 3.
La macchina a stati comprende una pluralità di procedure di controllo (stati) che vengono eseguite dall’unità elettronica 240 in modo selettivo e alternativo, passando dall’una all’altra sulla base di opportuni criteri che verranno spiegati di volta in volta nel prosieguo.
Nel contesto della presente trattazione il “passaggio” da una procedura di controllo ad un’altra significa che l’esecuzione della prima procedura di controllo viene interrotta e che subito dopo viene attivata l’esecuzione dell’altra procedura di controllo.
La macchina a stati comprende anzitutto una procedura di avviamento S100, la quale entra in funzione solo quando il motore 100 viene avviato.
Il motore 100 può essere avviato tramite uno starter elettrico o, più comunemente in questo tipo di applicazioni, attraverso un sistema manuale a corda.
La procedura di avviamento S100 prevede che l’unità elettronica 240 comandi la candela di accensione 235 a generare la scintilla al solo scopo di avviare il motore 100, mentre non è previsto alcun particolare controllo della carburazione ovvero del rapporto tra aria e combustibile nella miscela, il quale è dunque semplicemente settato a prefissati valori di taratura.
La procedura di avviamento S100 prevede comunque che l’unità elettronica 240 monitori la velocità V del motore 100, ovvero la velocità di rotazione dell’albero a gomiti 125.
Quando la velocità V del motore 100 supera un prefissato valore di soglia VA, l’unità elettronica 240 passa dalla procedura di avviamento S100 and una procedura di gestione del minimo S105.
Il valore di soglia VA della velocità V del motore 100 è generalmente un valore piuttosto basso, il quale può essere uguale o poco differente rispetto alla velocità di minimo del motore 100.
La velocità di minimo è definibile come la minima velocità che il motore 100 deve mantenere per vincere gli attriti delle parti in movimento.
Il valore di soglia VA della velocità V del motore 100 può essere ad esempio pari a circa 2900 Rpm.
La procedura di gestione del minimo S105 prevede che l’unità elettronica 240 mantenga costante (o quasi costante) la velocità V del motore 100 ad un prefissato valore di target, tipicamente alla velocità di minimo o comunque ad un valore molto prossimo alla velocità di minimo.
Il valore di target della velocità V del motore può essere ad esempio compreso tra 2900 Rpm e 3600 Rpm.
Per mantenere la velocità V del motore 100 al prefissato valore di target, la procedura di gestione del minimo S105 può prevedere che l’unità elettronica 240 regoli opportunamente il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore 170.
Ad esempio, l’unità elettronica 240 può eseguire un ciclo di controllo ad anello chiuso che prevede di misurare la velocità V del motore 100, di calcolare la differenza tra la velocità V misurata ed il valore di target e di fornire questa differenza in input ad un controllore, ad esempio un controllore proporzionale (P), proporzionale integrativo (PI) o proporzionale-integrativo-derivativo (PID), il cui output modifica il rapporto aria/combustibile in modo da minimizzare la suddetta differenza.
L’output del controllore può essere un segnale in grado di modificare il rapporto tra il tempo di apertura ed il tempo di chiusura della valvola 230 in un prefissato arco temporale, come ad esempio il duty cycle del segnale PWM che comanda la valvola 230.
Contemporaneamente, la procedura di gestione del minimo S105 prevede che l’unità elettronica 240 monitori la posizione della valvola parzializzatrice 165, ovvero il suo grado di apertura G, e lo confronti con un prefissato valore di soglia GA.
Il valore di soglia GA può essere un valore al di sopra del quale l’utilizzatore sta richiedendo al motore 100 di accelerare.
Il valore di soglia GA può essere ad esempio pari a circa il 6%.
Se il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 supera il valore di soglia GA, l’unità elettronica 240 passa dalla procedura di gestione del minimo S105 ad una procedura di gestione delle accelerazioni S110.
La procedura di gestione delle accelerazioni S110 prevede che l’unità elettronica 240 mantenga il rapporto aria/combustibile sostanzialmente costante ad un valore prefissato, ad esempio mantenendo costante il rapporto tra il tempo di apertura ed il tempo di chiusura della valvola 230.
Questo valore prefissato del rapporto aria/combustibile può essere un valore di taratura eventualmente corretto durante il funzionamento del motore 100 a massimo carico come verrà spiegato in seguito.
La procedura di gestione delle accelerazioni S110 può anche prevedere che l’unità elettronica 240 continui a monitorare la velocità V del motore 100 ed il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165, e che regoli l'istante in cui la candela di accensione 235 genera la scintilla (ossia l’anticipo della scintilla rispetto al punto morto superiore del pistone 110) in base a questi due parametri di funzionamento.
In senso generale, si prevede che l’unità elettronica 240 aumenti l’anticipo della scintilla (ad esempio da -28° a -31*) a mano a mano che il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 e/o la velocità V del motore 100 aumentano, e viceversa.
In termini pratici, il valore dell’anticipo può essere fornito in uscita da una mappa di calibrazione che riceve in ingresso la velocità V del motore ed il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165.
Contemporaneamente, la procedura di gestione delle accelerazioni S110 prevede che l’unità elettronica 240 confronti il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 con un prefissato valore di soglia GB ed il valore della velocità V del motore 100 con un prefissato valore di soglia VB.
Il valore di soglia GB è un valore al di sotto del quale la valvola parzializzatrice 165 è sostanzialmente chiusa, mentre il valore di soglia VB è un valore al di sotto del quale il motore 100 si trova sostanzialmente al minimo.
Il valore di soglia GB può essere uguale o inferiore al valore di soglia GA o comunque aN’incirca pari al 3%, mentre il valore di soglia VB può essere uguale o poco superiore al valore di target utilizzato nella procedura di gestione del minimo S105 o comunque aN’incirca pari a 3600 Rpm.
Se il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 scende al di sotto del valore di soglia GB o se il valore della velocità V del motore 100 scende al di sotto del valore di soglia VB, l’unità elettronica 240 passa dalla procedura di gestione delle accelerazioni S110 nuovamente alla procedura di gestione del minimo S105.
La procedura di gestione delle accelerazioni S110 prevede anche che l’unità elettronica 240 confronti il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 con un prefissato valore di soglia GC ed il valore della velocità V del motore 100 con un prefissato valore di soglia VC.
Il valore di soglia GC è un valore che indica che il motore 100 sta funzionando con la valvola parzializzatrice 165 quasi completamente aperta, mentre il valore di soglia VC è un valore che indica che il motore 100 è prossimo al massimo regime di rotazione ammissibile.
Il valore di soglia GC può essere decisamente superiore al valore di soglia GA, ad esempio all’incirca pari al 70%, ed il valore di soglia VC può essere decisamente superiore al valore di target utilizzato nella procedura di gestione del minimo S105, ad esempio all’incirca pari a 6000 Rpm.
Se il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 supera il valore di soglia GC e se la velocità V del motore 100 supera il valore di soglia VC, l’unità elettronica 240 passa dalla procedura di gestione delle accelerazioni S110 ad una procedura di gestione del pieno carico S115.
La procedura di gestione delle accelerazioni S110 prevede infine che l’unità elettronica 240 confronti il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 anche con altri due prefissati valori di soglia GD e GE, tra i quali la valvola parzializzatrice 165 risulta aperta in modo parziale.
Il valore di soglia GD può essere compreso tra il valore di soglia GA ed il valore di soglia GC, ad esempio può essere all’incirca pari al 15%, mentre il valore di soglia GE è superiore al valore di soglia GD e può essere uguale o inferiore al valore di soglia GC, ad esempio all’incirca pari a 65%.
Se il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 raggiunge un valore compreso tra i valori di soglia GD e GE, l’unità elettronica 240 passa dalla procedura di gestione delle accelerazioni S110 ad una procedura di gestione dei carichi medi S120.
La procedura di gestione dei carichi medi S120 prevede di controllare l’anticipo di accensione allo stesso modo della procedura di gestione delle accelerazioni S110, ossia in base alla velocità V del motore 100 ed al grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 come spiegato in precedenza.
Per quanto riguarda invece la carburazione, la procedura di gestione dei carichi medi S120 prevede semplicemente di aumentare il rapporto aria/combustibile rispetto a quello utilizzato nella procedura di gestione delle accelerazioni S110 per evitare fenomeni di misfire.
Contemporaneamente, la procedura di gestione dei carici medi S120 prevede che l’unità elettronica 240 confronti il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 con un prefissato valore di soglia GF.
Il valore di soglia GF può essere un valore al di sotto del quale la valvola parzializzatrice 165 è considerata pressoché chiusa, il che significa che l’utilizzatore sta richiedendo al motore 100 di decelerare.
Ad esempio, il valore di soglia GF può essere sostanzialmente uguale al valore di soglia GA o comunque può essere sostanzialmente pari a 6%.
Se il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 scende al di sotto del valore di soglia GF, l’unità elettronica 240 passa dalla procedura di gestione dei carici medi S120 ad una procedura di gestione delle decelerazioni S125.
La procedura di gestione dei carici medi S120 prevede inoltre che l’unità elettronica 240 confronti la velocità V del motore 100 con un prefissato valore di soglia VD.
Il valore di soglia VD può essere un valore massimo ammissibile oltre il quale il motore 100 rischia di andare fuori giri.
Ad esempio, il valore di soglia VD può essere superiore al valore di soglia VC o comunque essere sostanzialmente pari a 9300 Rpm.
Se la velocità V del motore supera il valore di soglia VD, l’unità elettronica 240 passa dalla procedura di gestione dei carici medi S120 ad una procedura di gestione delle condizioni limite S130.
La procedura di gestione dei carici medi S120 prevede infine di confrontare il grado di apertura della valvola parzializzatrice 165 anche con un prefissato valore di soglia GG.
Il valore di soglia GG è un valore che indica che la valvola parzializzatrice 165 è completamente aperta o quasi.
Ad esempio, il valore di soglia GG può essere sostanzialmente uguale al valore di soglia GC o comunque aN’incirca pari al 70%.
Se il grado di apertura della valvola parzializzatrice 165 supera il valore di soglia GG, l’unità elettronica 240 passa dalla procedura di gestione dei carici medi S120 alla già citata procedura di gestione del pieno carico S115.
La procedura di gestione del pieno carico S115 può prevedere che l’unità elettronica monitori la corrente di ionizzazione all'interno della camera di combustione 115 e che usi la corrente di ionizzazione per regolare il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore 170.
Il fenomeno della ionizzazione nasce all’interno della camera di combustione 115, ove per effetto della reazione di ossidazione del combustibile, e per azione del calore generato dalla combustione, si generano degli ioni.
In presenza di due poli diversamente caricati posti nella camera di combustione 115 si verifica tra i poli una migrazione di ioni dando origine ad un passaggio di corrente che prende il nome di corrente di ionizzazione ci.
E’ possibile utilizzare come poli gli elettrodi della candela di accensione 235 della miscela di combustibile.
La corrente di ionizzazione CÌ è la corrente che transita tra i due elettrodi, misurata dall’esterno del motore 100, ovvero attraverso il circuito elettrico che fa capo alla candela di accensione 235.
I sistemi di misura della corrente Ci sono noti e quindi non saranno descritti nel dettaglio.
L’unità elettronica 240 può essere configurata per monitorare la corrente di ionizzazione Ci in funzione dell’angolo di rotazione dell’albero a gomiti 125 ad ogni ciclo del motore [ci = f(a)] e per calcolare ad ogni ciclo motore un parametro z che esprime il valore dell’integrale da 0° a 360° della curva CF f(a), ossia della corrente di ionizzazione in quel ciclo motore.
Durante la procedura di gestione del pieno carico S115, l’unità elettronica 240 può eseguire un test di efficienza che prevede anzitutto di comandare la valvola 230 affinché il motore 100 funzioni ad un predeterminato valore iniziale λο del rapporto aria/combustibile.
Questo valore iniziale λο del rapporto aria/combustibile può essere un valore di taratura, ad esempio quello che garantisce il miglior compromesso tra efficienza del motore ed emissioni inquinanti in condizioni di funzionamento standard, oppu re può essere l’ultimo valore ottenuto durante una precedente esecuzione della procedura di gestione del pieno carico S115.
Per questo valore iniziale λο viene costruita la curva [CF f(a)] e viene calcolato l’integrale zo da 0°a 360° della curva c F f(a), ovvero il valore dell’integrale della corrente di ionizzazione durante il ciclo motore corrente.
Durante un ciclo motore successivo, viene modificato automaticamente il rapporto aria/combustibile e si ricalcola il valore dell’integrale della corrente di ionizzazione.
La modifica del rapporto aria/combustibile si può eseguire interrompendo l’alimentazione del motore 100 per qualche secondo, o meglio per qualche ciclo del motore, ad esempio per tre o più cicli motore consecutivi.
In pratica, la valvola 230 del carburatore 170 viene mantenuta chiusa per il suddetto intervallo di tempo, ad esempio per tre o cinque cicli motore consecutivi, cosicché il motore 100 verrà alimentato solamente con la quantità di combustibile rimasto nel circuito, provocando globalmente un aumento del rapporto aria/combustibile.
In questo modo si verifica una modifica del rapporto aria/combustibile dal valore iniziale λο ad un diverso valore λ-ι, sempre maggiore rispetto a λο, a cui corrisponde il calcolo di un nuovo valore zi dell’integrale della corrente di ionizzazione nel ciclo motore.
Confrontando i valori zo e zi si calcola la differenza Δζ=ζι-ζο e se lo scostamento in valore assoluto è superiore ad un certo valore di riferimento Azrif significa che la carburazione non è corretta e che va modificata.
Ad esempio il valore di riferimento Azrif può essere pari a 8.32 pA*rad, cosicché la differenza tra i due valori zo e zi dell’integrale è accettabile solo se è inferiore a detto valore di riferimento (Δζ< 8.32 pA*rad).
In particolare se il valore assoluto di Δζè < ΔΖΓΐί si ritiene che la carburazione sia corretta. In questo caso, l’unità elettronica 240 comanda la valvola 230 affinché, nei cicli motore successivi, il motore 100 torni ad essere fatto funzionare con il valore iniziale λο del rapporto aria/combustibile, senza interventi sulla carburazione.
Se il valore assoluto di Δζè > Azrif e Δζè un valore negativo, significa che la miscela aria/combustibile è troppo magra. In questo caso, l’unità elettronica 240 comanda la valvola 230 in modo da arricchire la miscela aria/combustibile, ad esempio di una quantità fissa. In altre parole, l’unità elettronica 240 comanda la valvola 230 affinché, nei cicli motore successivi, il motore venga fatto funzionare con una maggiore quantità di combustibile rispetto a quella corrispondente al valore iniziale λο, ovvero con un nuovo valore del rapporto aria/combustibile che è inferiore al valore λο.
Viceversa se il valore assoluto di Δζ> Azrif e Δζè un valore positivo, significa che la miscela aria/combustibile è troppo grassa. In questo caso, l’unità elettronica 240 comanda la valvola 230 in modo da smagrire la miscela aria/combustibile, ad esempio di una quantità fissa. In altre parole, l’unità elettronica 240 comanda la valvola 230 affinché, nei cicli motore successivi, il motore venga fatto funzionare con una minore quantità di combustibile rispetto a quella corrispondente al valore iniziale λο, ovvero con un nuovo valore del rapporto aria/combustibile che è maggiore al valore iniziale λο. Questo nuovo valore del rapporto aria/combustibile potrebbe coincidere con il valore λι ma potrebbe anche essere differente.
Questo test di efficienza viene ripetuto più volte durante l’esecuzione della procedura di gestione del pieno carico S1 15, utilizzando ogni volta come valore iniziale λο del rapporto aria/combustibile quello a cui stava funzionando il motore immediatamente prima, ovvero quello risultante (mantenuto costante o regolato) al termine dell’ultimo test di efficienza eseguito precedentemente.
In particolare, il test di efficienza può essere ripetuto ad intervalli regolari, ad esempio ogni 15-20 secondi, in modo tale che le carburazione venga continuamente adeguata e mantenuta in prossimità di un valore ottimale del rapporto aria/combustibile in funzione delle condizioni di impiego e ambientali di funzionamento del motore 100.
Il valore del rapporto aria/combustibile ottenuto al termine dell’ultimo test di efficienza eseguito prima di uscire dalla procedura di gestione del pieno carico S1 15 può essere memorizzato, ed utilizzato successivamente come valore prefissato del rapporto aria/combustibile nelle procedura di gestione delle accelerazioni S1 10 e di gestione del minimo S1 05.
Contemporaneamente, la procedura di gestione del pieno carico S115 prevede che l’unità elettronica 240 continui a monitorare il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 e la velocità V del motore 100.
Il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 viene confrontato con due prefissati valori di soglia GH e Gl, tra i quali la valvola parzializzatrice 165 risulta aperta in modo parziale.
Il valore di soglia GH può essere superiore al valore di soglia GA ed inferiore al valore di soglia GC, ad esempio può essere sostanzialmente pari al valore di soglia GD o comunque pari all’incirca a 15%, mentre il valore di soglia Gl è superiore al valore di soglia GH e può essere uguale o inferiore al valore di soglia GC, ad esempio può essere sostanzialmente uguale al valore di soglia GE o comunque pari airincirca a 65%.
Se il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 raggiunge un valore compreso tra il valore di soglia GH ed il valore di soglia Gl, l’unità elettronica 240 passa dalla procedura di gestione del pieno carico S115 nuovamente alla procedura di gestione dei carichi medi S120.
La procedura di gestione del pieno carico S115 prevede inoltre che l’unità elettronica 240 confronti la velocità V del motore con un prefissato valore di soglia VE.
Il valore di soglia VE può essere un valore massimo ammissibile oltre il quale il motore 100 rischia di andare fuori giri.
Ad esempio, il valore di soglia VE della velocità del motore 100 può essere sostanzialmente uguale al valore di soglia VD o comunque sostanzialmente pari a 9300 Rpm.
Se la velocità V del motore supera il valore di soglia VE, l’unità elettronica 240 passa dalla procedura di gestione del pieno carico S115 alla già citata procedura di gestione delle condizioni limite S130.
La procedura di gestione del pieno carico S115 prevede infine che l’unità elettronica 240 confronti il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 con un prefissato valore di soglia GM.
Il valore di soglia GM può essere un valore al di sotto del quale la valvola parzializzatrice 165 è considerata pressoché chiusa, il che significa che l’utilizzatore sta richiedendo al motore 100 di decelerare rapidamente.
Ad esempio, il valore di soglia GM può essere uguale o poco superiore al valore di soglia GF ed inferiore al valore di soglia GC, ad esempio sostanzialmente uguale al valore di soglia GD o comunque sostanzialmente pari a 15%.
Se il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 scende al di sotto del valore di soglia GM, l'unità elettronica 240 passa dalla procedura di gestione del pieno carico S115 alla già menzionata procedura di gestione delle decelerazioni S125.
La procedura di gestione delle decelerazioni S125 prevede che l’unità elettronica 240 impedisca alla candela di accensione 235 di generare la scintilla, ad esempio per tutti i cicli motore in cui la procedura di gestione delle decelerazioni S125 rimane attiva.
In altre parole, in questa fase l’unità elettronica 240 comanda la candela di accensione 235 affinché non generi la scintilla.
In questo modo, anche nel caso in cui una minima quantità di miscela di aria e combustibile venisse aspirata all’interno della camera di combustione 115, essa non verrebbe bruciata e quindi non verrebbe comunque prodotta alcuna coppia motrice all’albero a gomiti 125.
Grazie a questa soluzione, la procedura di gestione delle decelerazioni S125 produce una rapida decelerazione della velocità del motore 100, poiché l’albero a gomiti 125 è sottoposto unicamente alle coppie frenanti dovute agli attriti e all’effetto pompante del pistone 120, migliorandone la dinamica e rendendo più rapida la sua risposta al rilascio dell’acceleratore.
Per quanto riguarda la carburazione, la procedura di gestione delle decelerazioni S125 può contestualmente prevedere che l’unità elettronica comandi e mantenga la valvola 230 in posizione di chiusura, in modo da evitare che piccole quantità di combustibile vengano immesse nel condotto di aspirazione 155 e quindi rilasciate incombuste allo scarico.
La procedura di gestione delle decelerazioni S125 prevede comunque anche di mantenere monitorate la velocità V del motore 100 ed il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165.
In particolare, la procedura di gestione delle decelerazioni S125 prevede che l'unità elettronica 240 confronti la velocità V del motore 100 con un prefissato valore di soglia VF.
Il valore di soglia VF è un valore al di sotto del quale il motore 100 sta funzionando nella zona del minimo.
Ad esempio, il valore di soglia VF può essere sostanzialmente pari al valore di soglia VB o comunque sostanzialmente pari a 3600 Rpm.
Se la velocità V del motore 100 scende al di sotto del valore di soglia VF, l’unità elettronica 240 passa dalla procedura di gestione delle decelerazioni S125 alla procedura di gestione del minimo S105.
La procedura di gestione delle decelerazioni S125 prevede inoltre che l’unità elettronica 240 confronti il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 con un prefissato valore di soglia GL.
Il valore di soglia GL può essere superiore al valore di soglia GM ed inferiore al valore di soglia GC, ad esempio può essere sostanzialmente pari a 20%.
Se invece il grado di apertura G della valvola parzializzatrice 165 supera il valore di soglia GM, l’unità elettronica 240 passa dalla procedura di gestione delle decelerazioni S125 alla procedura di gestione delle accelerazioni S110.
Tornando ora alla procedura di gestione delle condizioni limite S130, questa procedura può prevedere che l’unità elettronica 240 mantenga costante il rapporto aria/combustibile ad un valore prefissato. Questo valore del rapporto aria/combustibile può essere l’ultimo valore ottenuto durante la procedura di ge stione del pieno carico S115 oppure può essere un valore di calibrazione, ad esempio un valore di sicurezza che non pone il motore 100 nelle condizioni di massima efficienza e che quindi dovrebbe causare una diminuzione della velocità V.
In ogni caso, durante la procedura di gestione delle condizioni limite S130 l'unità elettronica 240 non esegue mai il test di efficienza della carburazione previsto dalla procedura di gestione del pieno carico S115 e quindi non regola il rapporto aria/combustibile. La ragione di ciò è che, al di sopra di un certo regime di rotazione, il test potrebbe non risultare più significativo.
Contemporaneamente, la procedura di gestione delle condizioni limite S130 prevede che l’unità elettronica 240 continui a monitorare la velocità V del motore 100 e la confronti con un prefissato valore di soglia VG inferiore al valore di soglia VE. Il valore di soglia VG può essere ad esempio inferiore al valore di soglia VE di una quantità prefissata che può essere aN’incirca uguale a 300 Rpm.
Se la velocità V del motore 100 scende sotto al valore di soglia VG, l’unità elettronica 240 può passare dalla procedura di gestione delle condizioni limite S130 nuovamente alla procedura di gestione del pieno carico S115.
La procedura di gestione delle condizioni limite S130 prevede inoltre che l’unità elettronica 240 confronti la velocità V del motore 100 con un prefissato valore di soglia VH.
Il valore di soglia VH può essere superiore al valore di soglia VE, ad esempio aN’incirca pari a 9600 Rpm.
Se la velocità V del motore 100 supera il valore di soglia VH, l’unità elettronica 240 può passare dalla procedura di gestione delle condizioni limite S130 ad una procedura di limitazione della velocità S135.
La procedura di limitazione della velocità S135 può prevedere che l’unità elettronica 240 provochi attivamente una riduzione della velocità V del motore 100.
Per ridurre attivamente la velocità V del motore 100, la procedura di limitazione della velocità S135 può prevedere che l’unità elettronica 240 diminuisca opportunamente il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore 170.
Ad esempio, l’unità elettronica 240 può eseguire un ciclo di controllo che prevede di misurare la velocità V del motore e di ridurre il rapporto aria/combustibile sino a quando la velocità V del motore 100 comincia a diminuire.
Il rapporto aria/combustibile può essere diminuito aumentando la quantità di combustibile, ad esempio aumentando il rapporto tra il tempo di apertura ed il tempo di chiusura della valvola 230 in un prefissato arco temporale, ovvero aumentando il duty cycle del segnale PWM che comanda la valvola 230.
La procedura di limitazione della velocità S135 prevede comunque di mantenere monitorata la velocità V del motore 100 e di confrontarla con un prefissato valore di soglia VI inferiore a VH.
Il valore di soglia VI può essere ad esempio inferiore al valore di soglia VH di una quantità prefissata che può essere aN’incirca uguale a 300 Rpm.
Quando la velocità V del motore 100 scende al di sotto del valore di soglia VI, l’unità elettronica 240 può passare dalla procedura di limitazione della velocità S135 nuovamente alla procedura di gestione delle condizioni limite S130.
Tutti i valori di soglia menzionati nella precedente descrizione sono “predeterminati” nel senso che sono valori di progetto determinati in fase di programmazione, ad esempio con l’ausilio di opportuni test sperimentali, e memorizzati nel sistema di memoria dell’unità elettronica 240.
L’unità elettronica 240 può infatti includere una unità digitale di elaborazione centrale (CPU) in comunicazione con un sistema di memoria e un bus di interfaccia. La CPU può essere configurata per eseguire istruzioni memorizzate come un programma nel sistema di memoria, e inviare e ricevere segnali al/dal bus di interfaccia. Il sistema di memoria può includere vari tipi di archiviazione inclusa la memorizzazione ottica, memorizzazione magnetica, memorizzazione a stato solido, e l'altra memoria non volatile. Il bus interfaccia può essere configurato per inviare, ricevere, e modulare segnali analogici e/o segnali digitali dai/ai vari sensori e dispositivi di controllo. Il programma può includere istruzioni che consentono alla unità elettronica 240 di eseguire i metodi di controllo descritti in precedenza. Al posto dell’unità elettronico 240, il motore 100 potrebbe essere equipaggiato con un diverso tipo di processore per eseguire i metodi di controllo, ad esempio un sistema elettronico integrato (embedded) o qualsiasi altro modulo di elaborazione concentrato o distribuito.
Ovviamente al motore 100 e al relativo metodo di controllo un tecnico del settore potrebbe apportare numerose modifiche di natura tecnico-applicativa, senza per questo uscire daN’ambito dell’invenzione come sotto rivendicata.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per controllare il funzionamento di un motore a combustione interna (100) ad accensione comandata, in cui il motore (100) comprende: - una camera di combustione (115), - un condotto di aspirazione (155) atto a porre in comunicazione la camera di combustione (115) con l’esterno, - una valvola parzializzatrice (165) posta all'interno del condotto di aspirazione (155), - un carburatore (170) atto ad immettere combustibile all'interno del condotto di aspirazione (155) per formare una miscela di aria e combustibile destinata ad essere aspirata nella camera di combustione (115), ed - una candela di accensione (235) posta all’interno della camera di combustione (115) per generare una scintilla atta ad innescare la combustione della miscela di aria e combustibile, il metodo comprendendo le fasi di: - monitorare il grado di apertura (G) della valvola parzializzatrice (165), - monitorare la velocità (V) del motore (100), - impedire alla candela di accensione (235) di generare la scintilla, se il grado di apertura (G) della valvola parzializzatrice (165) cala al di sotto di un primo valore di soglia (GM) del grado di apertura e la velocità (V) del motore (100) è superiore ad un primo valore di soglia (VF) della velocità del motore.
  2. 2. Un metodo secondo la rivendicazione 1 , comprendente la fase di mantenere la velocità (V) del motore (100) ad un prefissato valore di target, se la velocità (V) del motore (100) cala al di sotto del primo valore di soglia (VF) della velocità del motore.
  3. 3. Un metodo secondo la rivendicazione 2, in cui la velocità (V) del motore (100) è mantenuta al prefissato valore di target regolando il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore (170).
  4. 4. Un metodo di controllo secondo la rivendicazione 3, in cui il rapporto tra aria e combustibile nella miscela è regolato mediante un sistema di controllo configurato per minimizzare una differenza tra la velocità (V) del motore (100) ed il prefissato valore di target
  5. 5. Un metodo secondo la rivendicazione 1 , comprendente la fase di regolare istante in cui la candela di accensione (235) scocca la scintilla in base al grado di apertura (G) della valvola parzializzatrice (165) e alla velocità (V) del motore (100), se il grado di apertura (G) della valvola parzializzatrice (165) è compreso tra un secondo ed un terzo valore di soglia (GA, GC) del grado di apertura, in cui detto secondo valore di soglia (GA) è inferiore a detto terzo valore di soglia (GC) del grado di apertura.
  6. 6. Un metodo secondo la rivendicazione 5, in cui l’istante in cui la candela di accensione (235) genera la scintilla può essere fornito in uscita da una mappa di calibrazione che riceve in ingresso la velocità (V) del motore (100) ed il grado di apertura (G) della valvola parzializzatrice (165).
  7. 7. Un metodo secondo la rivendicazione 5, comprendente le fasi di monitorare la corrente di ionizzazione all'interno della camera di combustione (115) e di utilizzare la corrente di ionizzazione per regolare il rapporto tra aria e combustibile nella miscela formata dal carburatore (170), se il grado di apertura (G) della valvola parzializzatrice (165) supera detto terzo valore di soglia (GC) del grado di apertura.
  8. 8. Un metodo secondo la rivendicazione 7, in cui la regolazione del rapporto tra aria e combustibile in questa fase può comprendere le seguenti attività: - far funzionare il motore (100) con un rapporto aria/combustibile pari ad un predeterminato valore iniziale; - per il valore iniziale del rapporto aria/combustibile costruire una prima curva rappresentativa della corrente di ionizzazione in funzione della posizione angolare di un albero a gomito (125) del motore; - calcolare un valore pari all’integrale della prima curva in un prefissato intervallo angolare dell’albero a gomito (125); - modificare il rapporto aria/combustibile del motore portandolo ad un secondo valore diverso dal valore iniziale; - per il secondo valore del rapporto aria/combustibile costruire una seconda curva rappresentativa della corrente di ionizzazione in funzione della posizione angolare dell’albero a gomito (125); - calcolare un valore pari all’integrale della seconda curva in un intervallo angolare dell’albero a gomito (125) uguale al precedente; - calcolare una differenza tra il valore dell’integrale della seconda curva ed il valore dell’integrale della prima curva; - se la differenza ha un valore assoluto maggiore di un prefissato valore di soglia intervenire sulla carburazione variando il valore iniziale del rapporto aria combustibile
  9. 9. Un metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente la fase di ridurre la velocità del motore, se la velocità (V) del motore supera un secondo valore di soglia (VH) della velocità del motore che è superiore al primo valore di soglia (VF) della velocità del motore.
  10. 10. Un motore a combustione interna (100) ad accensione comandata comprendente: - una camera di combustione (115), - un condotto di aspirazione (155) atto a porre in comunicazione la camera di combustione (115) con l’esterno, - una valvola parzializzatrice (165) posta all'interno del condotto di aspirazione (155), - un carburatore (170) atto ad immettere combustibile all'interno del condotto di aspirazione (155) per formare una miscela di aria e combustibile destinata ad essere aspirata nella camera di combustione (115), - una candela di accensione (235) posta all'interno della camera di combustione (115) per generare una scintilla atta ad innescare una combustione della miscela di aria e combustibile, ed - una unità elettronica (240) configurata per monitorare il grado di apertura (G) della valvola parzializzatrice (165), monitorare la velocità (V) del motore (100) ed impedire alla candela di accensione (235) di generare la scintilla, se il grado di apertura (G) della valvola parzializzatrice (165) cala al di sotto di un primo valore di soglia (GM) del grado di apertura e la velocità (V) del motore (100) è superiore ad un primo valore di soglia (VF) della velocità del motore.
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