IT201600112687A1 - Metodo di controllo dell’alimentazione di olio ad un motore a combustione interna - Google Patents

Description

“Metodo di controllo dell’alimentazione di olio ad un motore a combustione interna”

La presente invenzione ha per oggetto un metodo di controllo dell’alimentazione di olio ad un motore a combustione interna, in particolare finalizzato al rilevamento dell’intasamento del filtro dell’olio posto a monte del motore o del grado di “contaminazione da combustibile” all’interno dell’olio lubrificante.

Tale metodo trova applicazione in un sistema di alimentazione dell’olio ad un motore a combustione interna, ad esempio di un veicolo.

Ad oggi per i veicoli è normalmente programmato un piano di interventi di manutenzione in funzione del numero di chilometri percorsi o degli anni di vita. Uno degli interventi previsti è la sostituzione del filtro dell’olio. Infatti con il funzionamento quest’ultimo tende ad intasarsi a causa dei residui metallici derivanti dall’usura di pistoni, fasce elastiche, cuscinetti, ecc.

Tale intervento viene programmato in funzione di dati statistici generali che suggeriscono la sostituzione del filtro. Essi non tengono però conto delle specificità del veicolo in questione che potrebbe richiedere di anticipare tale intervento per prevenire seri danni al motore o viceversa potrebbe permettere di posticipare tale scadenza ad esempio in ragione di uno scarso utilizzo del veicolo.

Altra fonte di usura del motore potrebbe essere legata ad elevate quantità di combustibile nell’olio dal momento che vengono ridotte le proprietà lubrificanti di quest’ultimo. La presenza di eccessiva quantità di combustibile nel carburante è particolarmente evidente nei motori diesel ad iniezione common rail. Infatti in tal caso per permettere la rigenerazione del filtro antiparticolato, anche in alcune condizioni di marcia in cui la temperatura del motore è relativamente contenuta, viene introdotto del gasolio verso la fine del ciclo di combustione: ciò ha come obiettivo di evitare la completa combustione nel cilindro, ma di riscaldare i gas di scarico con una post-combustione che a loro volta rigenereranno il filtro anti-particolato. Una parte di tale combustibile in eccesso fluisce indesideratamente nell’olio passando attraverso le fasce elastiche dei pistoni (blow by).

Risulta quindi molto importante poter avere delle informazioni sulla eccessiva presenza di combustibile nell’olio lubrificante.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è proporre un metodo di controllo dell’alimentazione di olio ad un motore a combustione interna che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un metodo di controllo dell’alimentazione di olio ad un motore a combustione interna comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un metodo di controllo, come illustrato nella vista schematica di figura 1.

Oggetto della presente invenzione è un metodo di controllo dell’alimentazione di olio ad motore a combustione interna. Tale metodo comprende una procedura di rilevamento di una condizione potenzialmente pericolosa per il corretto funzionamento di un motore 1 a combustione interna. Tale condizione potenzialmente pericolosa per il corretto funzionamento del motore 1 è l’intasamento del filtro 3 dell’olio posto a monte del motore 1 o l’eccessiva presenza di combustibile all’interno dell’olio lubrificante. Entrambe tali condizioni hanno infatti conseguenze negative sull’usura del motore. L’intasamento del filtro può determinare cali di pressione che potrebbero compromettere una corretta lubrificazione o un by-pass del filtro stesso mentre un’eccessiva quantità di combustibile nell’olio potrebbe diminuirne le capacità di lubrificazione (come già accennato in precedenza).

La procedura di rilevamento di una condizione potenzialmente pericolosa per il funzionamento del motore comprende la fase di modificare (almeno di un valore predeterminato) la portata di olio che transita attraverso un filtro 3 e che viene elaborata da una pompa 2 di alimentazione dell’olio al motore. Preferibilmente la portata viene modificata almeno del 20%. Tale pompa 2 preleva l’olio da un serbatoio (coppa 6 dell’olio) in cui poi viene ricircolato (dopo essere transitato per il motore 1). Il filtro 3 è posto a monte del motore 1. Opportunamente è interposto tra la pompa 2 e il motore 1. In particolare la fase di modificare la portata di olio prevede di aumentarla o diminuirla. La modifica della portata deve essere repentina. Ad esempio tale modifica deve avvenire nell’ordine dei decimi di secondo, ad esempio circa 0,2 secondi.

La fase di modificare la portata di olio mediante la pompa 2 può avvenire determinando una modifica della cilindrata della pompa. In tal caso la pompa 2 sarà a cilindrata variabile, ad esempio una pompa dotata di un rotore a palette che si muove internamente ad uno statore. Per modificare la cilindrata della pompa è in tal caso possibile eseguire uno spostamento relativo tra lo statore e l’asse di rotazione del rotore.

In aggiunta o in alternativa la fase di modificare la portata di olio mediante la pompa 2 prevede di eseguire una variazione del numero di giri della pompa 2 (ad esempio in caso di pompe a comando elettrico).

La procedura di rilevamento sopraindicata comprende anche la fase di rilevare il tempo che intercorre tra la modifica della portata di olio e un rilevamento di una predeterminata variazione di un parametro legato almeno alla pressione a valle di detto filtro 3. Opportunamente ciò avviene con cadenze prefissate (ad esempio sin dai primi avviamenti, a veicolo nuovo o dopo la sostituzione del filtro); inoltre avviene con temperature all’interno di un range prefissato (per fare in modo che le condizioni al contorno siano il più possibile similari ad ogni rilevazione; infatti se l’olio è più caldo esso risulta più fluido); a questo proposito può essere utilizzato un sensore di temperatura dell’olio (posto ad esempio a monte del motore 1).

Il parametro legato alla pressione a valle del filtro 3 di cui si è detto in precedenza potrebbe essere ad esempio:

-il valore di pressione fornito da un sensore 9 posto a valle del filtro 3; o -una differenza di pressione tra valle e monte del filtro 3 (in tal caso oltre al sensore 9 è utilizzato anche un sensore 90 addizionale posto a monte del filtro 3).

La variazione di questo parametro è diretta conseguenza della modifica della portata. Se si modifica la portata della pompa 2 si hanno infatti variazioni della pressione a valle della pompa 2.

La pressione è tipicamente misurata nella “main gallery” del sistema di adduzione di olio al motore 1. Solitamente si usa il sensore 9 di pressione che è già previsto in soluzioni standard. Qualora si voglia misurare la differenza di pressione tra valle e monte del filtro 3 può essere previsto l’ulteriore sensore 90 posto ad esempio alla mandata della pompa 2.

La procedura di rilevamento sopraindicata comprende inoltre la fase di confrontare con valori predeterminati il tempo che intercorre tra la modifica della portata di olio e un rilevamento della predeterminata variazione del sopraindicato parametro legato alla pressione.

Infatti se tale tempo è superiore ad una soglia predeterminata significa che il filtro 3 è da sostituire dal momento che esplica una funzione di tappo all’onda generata dalla variazione di portata.

Inoltre si riescono a rilevare anche informazioni relative alla presenza di combustibile nell’olio: maggiore è la presenza di carburante nell’olio e maggiore è la fluidità di quest’ultimo, conseguentemente si ravviserà con minor ritardo la variazione di portata. Il livello di contaminazione dell’olio da parte del carburante può essere riconosciuto in quanto sarà ad esempio proporzionale al delta pressione prima e dopo il filtro (che cambierà a causa della diversa fluidità dell’olio). Il livello di contaminazione è maggiore quando si opera nel ciclo urbano rispetto a quando si opera in ciclo extra urbano. Quando si opera con cicli gravosi, marcia in salita o ad alta temperatura, le temperature favoriscono l’evaporazione a scapito della formazione di residui carboniosi, di natura abrasiva. Quanto sopra è tanto più importante se si considera che l’accumulo di carburante nell’olio (veicolo che opera prevalentemente in ciclo urbano) può raggiungere valori tali che l’evaporazione diventa impossibile. Tutto ciò causa perenne degrado dell’olio e conseguente perdita del potere lubrificante, con aumento dei consumi e delle emissioni di anidride carbonica, oltre all’inquinamento ambientale per precoce cambio dell’olio, che, se non attuato, porterà all’innesco di usure importanti del motore.

Se durante la fase di confrontare detto tempo con valori predeterminati viene segnalata una anomalia essa viene trasmessa:

- ad una strumentazione interna ad una cabina di un veicolo azionato dal motore 1; o

- ad uno spazio di memoria remota a cui è possibile accedere tramite internet (ad esempio cloud).

Più in generale ad una strumentazione in cabina o ad uno spazio di memoria remoto può essere trasmessa una informazione legata al tempo che intercorre tra la variazione di portata e il rilevamento della variazione di pressione (quindi tale informazione potrebbe essere inviata in ogni caso non solo in presenza di un’anomalia).

Opportunamente il metodo comprende anche una fase di attivazione di un ciclo di riduzione del livello di contaminazione di carburante nell’olio (ciò permetterebbe di far evaporare il combustibile fluito nella coppa 6 dell’olio anche in condizioni di funzionamento prevalentemente urbano). Per le ragioni indicate in precedenza, tale condizione può essere vista come una indesiderata conseguenza della necessità di rigenerare un filtro antiparticolato posto a valle del motore 1; essa va comunque contrastata. A questo proposito il ciclo di riduzione del livello di contaminazione di carburante nell’olio comprende la fase di riscaldare l’olio, ciò determinando l’evaporazione del combustibile presente nell’olio.

Ad esempio la fase di riscaldare l’olio determina il riscaldamento del fluido presente in una coppa 6 dell’olio da cui quest’ultimo è prelevato per mezzo della pompa 2 e in cui ricircola dopo il passaggio nel motore 1. In tal caso l’evaporazione del fluido presente nella coppa 6 dell’olio determina il convogliamento del combustibile evaporato in una camera 10 di combustione del motore attraverso un disoleatore 7 e un sistema 8 di aspirazione del comburente. Il disoleatore 7 è in comunicazione con la coppa 6 e permette di separare il combustibile evaporato (che fluisce nel sistema 8 di aspirazione del comburente) da particelle di olio presenti nel fluido evaporato che ritornano nella coppa 6.

Il riscaldamento dell’olio può essere ottenuto in vario modo. Ad esempio la fase di riscaldare l’olio può comprendere la fase di far funzionare la pompa 2 in una condizione in cui assume una cilindrata massima superiore a quella prevista dalla mappatura operativa di funzionamento. In altre parole, la pompa 2 in una prima modalità operativa presenta una mappatura che prevede un primo valore per la cilindrata massima; la fase di riscaldare l’olio comprende la fase di far funzionare la pompa 2 in una seconda modalità operativa in cui assume una cilindrata massima superiore alla cilindrata massima prevista nella prima modalità operativa. La fase di riscaldare l’olio può comprendere una fase di apertura di un condotto collegante valle e monte della pompa 2 e che permette ad una parte della portata di olio di by-passare il motore 1. In tale condotto fluisce quindi un eccesso di portata della pompa (quest’ultima essendo preferibilmente bloccata alla massima cilindrata), non tutta onde evitare problemi di funzionamento del motore. In tal modo l’olio ricircolando si riscalda.

La fase di riscaldare l’olio può eventualmente prevedere di:

- innalzare, momentaneamente, una soglia termica alla quale viene attivato uno scambiatore di calore di raffreddamento dell’olio; o

- modificare, momentaneamente, il sistema di termoregolazione del motore (tarandolo non a 90°-100°C bensì a 120°-150°C).

Il metodo comprende inoltre una procedura di tracciamento dell’avvenuto cambiamento di un filtro dell’olio.

La procedura di tracciamento comprende le fasi di:

- rilevare periodicamente mediante un sensore 9 la pressione a valle del filtro 3;

- regolare retroattivamente almeno un primo parametro di funzionamento della pompa 2 mantenendolo su valori che permettono di mantenere la pressione rilevata dal sensore 9 in un intervallo prefissato indipendentemente dal grado di intasamento del filtro (ad esempio tale primo parametro di funzionamento potrebbe essere la velocità di rotazione della pompa 2);

- monitore l’andamento nel tempo dei valori di detto almeno un primo parametro che permettono di mantenere la pressione rilevata dal sensore 9 in un intervallo prefissato indipendentemente dal grado di intasamento del filtro;questo permette di individuare una variazione di detti valori superiore ad una soglia predeterminata in un intervallo di tempo inferiore ad un limite predefinito (infatti la sostituzione di un filtro intasato con uno nuovo determina una brusca riduzione delle perdite di carico e dunque bisogna ritarare la pompa per mantenere il medesimo livello di pressione rilevato dal sensore 9);

- registrare, in mezzi 4 di memoria associati ad una centralina 5 di controllo, l’avvenuta sostituzione del filtro 3 al rilevamento di detta variazione (in ragione di quanto detto prima tale brusca variazione indica che c’è stata una variazione delle perdite di carico e quindi si deduce che è stato sostituito il filtro 3).

Questo consente di avere, all’occorrenza, una prova dell’avvenuta sostituzione del filtro dell’olio indipendentemente da quanto scritto nella documentazione cartacea che viene rilasciata dalle officine meccaniche al termine di un intervento di manutenzione. Si può quindi evitare che per dimenticanze in buona fede o per motivi fraudolenti il filtro dell’olio non venga effettivamente sostituito.

La presente invenzione consegue importanti vantaggi.

Innanzitutto permette di ridurre i costi e semplificare la metodologia per riconoscere l’intasamento del filtro dell’olio e/o riconoscere il livello di contaminazione di carburante nell’olio. Ciò si basa sull’uso di pompe a cilindrata variabile di tipo meccanico (MOP-VD) oppure di tipo a comando elettrico. Inoltre si potrà valutare la necessità di eseguire una sostituzione del filtro sulla base del suo reale intasamento e non con riferimento a parametri statistici, normalmente molto conservativi (quindi con evidenti risparmio dei costi di esercizio).

L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo che la caratterizza. Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, tutti i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.Metodo di controllo dell’alimentazione di olio ad un motore a combustione interna comprendente una procedura di rilevamento di una condizione potenzialmente pericolosa per il corretto funzionamento di un motore (1) a combustione interna, detta procedura di rilevamento essendo caratterizzata dal fatto di comprendere le fasi di: -modificare la portata di olio che transita attraverso il filtro (3) e che viene elaborata da una pompa (2) di lubrificazione del motore (1); -rilevare il tempo che intercorre tra la modifica della portata di olio e un rilevamento di una predeterminata variazione di un parametro legato almeno alla pressione a valle di detto filtro (3), detta variazione essendo determinata da detta modifica della portata, detto filtro (3) essendo posto a monte del motore (1); -confrontare detto tempo con valori predeterminati; detta condizione potenzialmente pericolosa per il corretto funzionamento di un motore (1) a combustione interna essendo l’intasamento del filtro (3) dell’olio posto a monte del motore (1) o l’eccessiva presenza di combustibile all’interno dell’olio lubrificante. 2.Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto parametro legato alla pressione a valle del filtro (3) è una differenza di pressione tra valle e monte del filtro (3). 3.Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la fase di modificare la portata di olio prevede di eseguire una variazione di cilindrata della pompa (2). 4.Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la fase di modificare la portata di olio prevede di eseguire una variazione del numero di giri della pompa (2). 5. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di attivazione di un ciclo di riduzione del livello di contaminazione di carburante nell’olio; detto ciclo comprendendo la fase di riscaldare l’olio, ciò determinando l’evaporazione del combustibile presente nell’olio. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la fase di riscaldare l’olio determina il riscaldamento del fluido presente in una coppa (6) dell’olio da cui quest’ultimo è prelevato dalla pompa (2) e in cui è ricircolato dopo il passaggio nel motore (1); l’evaporazione del fluido presente nella coppa dell’olio determinando il convogliamento del combustibile evaporato in una camera (10) di combustione del motore attraverso un disoleatore (7) e un sistema (8) di aspirazione del comburente. 7. Metodo secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che la pompa (2) in una prima modalità operativa presenta una mappatura che prevede un primo valore per la cilindrata massima; la fase di riscaldare l’olio comprende la fase di far funzionare la pompa (2) in una seconda modalità operativa in cui assume una cilindrata massima superiore alla cilindrata massima prevista nella prima modalità operativa. 8. Metodo secondo la rivendicazione 5 o 6 o 7, caratterizzato dal fatto che la fase di riscaldare l’olio comprende una fase di apertura di un condotto collegante valle e monte della pompa (2) in modo che una parte della portata di olio by-passi il motore (1). 9. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che se durante la fase di confrontare detto tempo con valori predeterminati viene segnalata una anomalia essa viene trasmessa: - ad una strumentazione interna ad una cabina di un veicolo azionato dal motore (1); o - ad uno spazio di memoria remota a cui è possibile accedere tramite internet. 10. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una procedura di tracciamento dell’avvenuto cambiamento del filtro (3) dell’olio a sua volta comprendente le fasi di: - rilevare periodicamente mediante un sensore (9) la pressione a valle del filtro (3); - regolare retroattivamente almeno un primo parametro di funzionamento della pompa (2) mantenendolo su valori che permettono di mantenere la pressione rilevata dal sensore (9) in un intervallo prefissato indipendentemente dal grado di intasamento del filtro; - monitore l’andamento nel tempo dei valori di detto almeno un primo parametro che permettono di mantenere la pressione rilevata dal sensore (9) in un intervallo prefissato indipendentemente dal grado di intasamento del filtro e individuare una variazione di detti valori che sia superiore ad una soglia predeterminata in un intervallo di tempo inferiore ad un limite predefinito;- registrare in mezzi (4) di memoria associati ad una centralina (5) di controllo l’avvenuta sostituzione del filtro (3) al rilevamento di detta variazione superiore ad una soglia predeterminata.