IT201700004557A1 - Metodo di controllo di un turbocompressore provvisto di attuazione elettrica in un motore a combustione interna sovralimentato - Google Patents

Metodo di controllo di un turbocompressore provvisto di attuazione elettrica in un motore a combustione interna sovralimentato Download PDF

Info

Publication number
IT201700004557A1
IT201700004557A1 IT102017000004557A IT201700004557A IT201700004557A1 IT 201700004557 A1 IT201700004557 A1 IT 201700004557A1 IT 102017000004557 A IT102017000004557 A IT 102017000004557A IT 201700004557 A IT201700004557 A IT 201700004557A IT 201700004557 A1 IT201700004557 A1 IT 201700004557A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
internal combustion
exhaust
combustion engine
mechanical power
electric generator
Prior art date
Application number
IT102017000004557A
Other languages
English (en)
Inventor
Fabrizio Favaretto
Original Assignee
Ferrari Spa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ferrari Spa filed Critical Ferrari Spa
Priority to IT102017000004557A priority Critical patent/IT201700004557A1/it
Priority to US15/872,192 priority patent/US10590840B2/en
Priority to EP18152188.1A priority patent/EP3348819B1/en
Publication of IT201700004557A1 publication Critical patent/IT201700004557A1/it

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/16Silencing apparatus characterised by method of silencing by using movable parts
    • F01N1/18Silencing apparatus characterised by method of silencing by using movable parts having rotary movement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/04Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using kinetic energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/34Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps
    • F02B33/40Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of non-positive-displacement type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002Controlling intake air
    • F02D41/0007Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/04Methods of control or diagnosing
    • F01N2900/0408Methods of control or diagnosing using a feed-back loop
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/025Engine noise, e.g. determined by using an acoustic sensor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/60Input parameters for engine control said parameters being related to the driver demands or status
    • F02D2200/604Engine control mode selected by driver, e.g. to manually start particle filter regeneration or to select driving style
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

“METODO DI CONTROLLO DI UN TURBOCOMPRESSORE PROVVISTO DI ATTUAZIONE ELETTRICA IN UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA SOVRALIMENTATO”
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione è relativa ad un metodo di controllo di un turbocompressore provvisto di attuazione elettrica in un motore a combustione interna sovralimentato.
ARTE ANTERIORE
Come è noto, alcuni motori a combustione interna sono provvisti di un sistema di sovralimentazione a turbocompressore, il quale è in grado di aumentare la potenza sviluppata dal motore sfruttando l’entalpia dei gas di scarico per comprimere l’aria aspirata dal motore e quindi aumentare il rendimento volumetrico dell’aspirazione. Un sistema di sovralimentazione a turbocompressore tradizionale comprende un turbocompressore provvisto di un unico albero comune sul quale sono montati una turbina, la quale è disposta lungo un condotto di scarico per ruotare ad alta velocità sotto la spinta dei gas di scarico espulsi dal motore, ed un compressore che viene portato in rotazione dalla turbina ed è disposto lungo il condotto di alimentazione dell’aria per comprimere l’aria aspirata dal motore.
Il dimensionamento e la modalità di controllo di un turbocompressore sono sempre un compromesso tra le esigenze del compressore e le esigenze della turbina e tra la necessità di contenere il ritardo del turbo (“turbo lag”) e la necessità di fornire un incremento di potenza rilevante; di conseguenza, nella grande maggioranza del tempo nessuna delle due macchine pneumatiche può operare in condizioni ottimali. Inoltre, le due macchine pneumatiche devono venire obbligatoriamente progettate per lavorare insieme (cioè sempre alla stessa velocità di rotazione); di conseguenza, le due macchine pneumatiche non possono venire ottimizzate per massimizzare i rispettivi rendimenti.
Per migliorare il funzionamento del turbocompressore è stato proposto (come ad esempio descritto nella domanda di brevetto US2006218923A1) di collegare all’albero del turbocompressore una macchina elettrica reversibile che può venire fatta funzionare come motore elettrico per accelerare il compressore non appena viene richiesto un aumento della potenza erogata e quindi senza attendere l’effetto dell’aumento del volume e della velocità dei gas di scarico, e che può venire fatta funzione come generatore elettrico per “rigenerare” la parte di potenza meccanica generata dalla turbina e non utilizzata dal compressore. Tuttavia, anche in queste soluzioni il compressore e la turbina sono angolarmente solidali e quindi ruotano sempre alla stessa velocità di rotazione.
Per superare i sopra descritti inconvenienti, la domanda di brevetto EP2096277A1 descrive un turbocompressore comprendente una turbina che porta in rotazione un generatore elettrico, ed un compressore che è meccanicamente indipendente dalla turbina ed è portato in rotazione da un motore elettrico. Questa soluzione costruttiva permette di ottenere la massima flessibilità di funzionamento del compressore e della turbina che essendo meccanicamente del tutto indipendenti tra loro possono venire controllati unicamente per ottimizzare il proprio rendimento in tutte le possibili condizioni di funzionamento.
Una componente importante nel giudizio di un vettura sportiva ad alte prestazioni è la “qualità” del suono emesso allo scarico (non solo e non tanto in termini di intensità del suono, ma soprattutto in termini di “piacevolezza” del suono stesso), ovvero il grado di soddisfazione nell’utilizzo di una vettura sportiva ad alte prestazioni è influenzato in modo rilevante anche dalla “qualità” del suono emesso allo scarico. Per potere controllare in modo attivo il suono emesso allo scarico, diverse vetture sportive ad alte prestazioni presentano un sistema di scarico a geometrica variabile, ovvero un sistema di scarico provvisto di una o più valvole pilotate elettricamente che permettono di modificare il percorso dei gas di scarico (e quindi del suono) lungo il sistema di scarico; di conseguenza, in uso, la centralina elettronica di controllo del motore modifica in tempo reale la geometria del sistema di scarico per cercare di offrire sempre un suono emesso allo scarico corrispondente alle attese degli utilizzatori della vettura.
Tuttavia, gli attuali sistemi di scarico a geometrica variabile non sempre sono in grado di garantire un suono emesso allo scarico ottimale in tutte le condizioni di funzionamento in quanto le valvole che vengono utilizzate nei sistemi di scarico sono generalmente di tipo ON/OFF e quindi permettono di ottenere solo una regolazione grossolana delle emissioni sonore.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è fornire un metodo di controllo di un turbocompressore provvisto di attuazione elettrica in un motore a combustione interna sovralimentato, il quale metodo di controllo sia esente dagli inconvenienti sopra descritti, ovvero permetta di migliorare la “qualità” del suono emesso allo scarico, e, nello stesso tempo, sia di facile ed economica realizzazione.
Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di controllo di un turbocompressore provvisto di attuazione elettrica in un motore a combustione interna sovralimentato, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento al disegno annesso, che ne illustra un esempio di attuazione non limitativo; in particolare, la figura allegata è una vista schematica di un motore a combustione interna sovralimentato comprendente un turbocompressore che è provvisto di attuazione elettrica ed è realizzato in accordo con la presente invenzione.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE
Nella figura allegata, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un motore a combustione interna sovralimentato mediante un sistema 2 di sovralimentazione a turbocompressore.
Il motore 1 a combustione interna comprende quattro cilindri 3, ciascuno dei quali è collegato ad un collettore 4 di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione (non illustrata) e ad un collettore 5 di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico (non illustrata). Il collettore 4 di aspirazione riceve aria fresca (cioè aria proveniente dall’ambiente esterno) attraverso un condotto 6 di aspirazione, il quale è provvisto di un filtro 7 aria ed è regolato da una valvola 8 a farfalla. Lungo il condotto 6 di aspirazione è disposto un intercooler 9 avente la funzione di raffreddare l’aria aspirata. Al collettore 5 di scarico è collegato un condotto 10 di scarico che alimenta i gas di scarico prodotti dalla combustione ad un sistema di scarico, il quale emette i gas prodotti dalla combustione nell’atmosfera e comprende normalmente almeno un catalizzatore 11 ed almeno un silenziatore (non illustrato) disposto a valle del catalizzatore 11.
Il sistema 2 di sovralimentazione del motore 1 a combustione interna comprende un turbocompressore 12 provvisto di una turbina 13, che è disposta lungo il condotto 10 di scarico per ruotare ad alta velocità sotto l’azione dei gas di scarico espulsi dai cilindri 3, ed un compressore 14, il quale è disposto lungo il condotto 6 di aspirazione per aumentare la pressione dell’aria alimentata dal condotto 6 di alimentazione ed è meccanicamente indipendente dalla turbina 13 (cioè non presenta alcun collegamento meccanico con la turbina 13).
Lungo il condotto 10 di scarico è previsto un condotto 15 di bypass, il quale è collegato in parallelo alla turbina 13 in modo da presentare le proprie estremità collegate a monte e a valle della turbina 13 stessa; lungo il condotto 15 di bypass è disposta una valvola 16 di wastegate, la quale è atta a regolare la portata dei gas di scarico che fluiscono attraverso il condotto 15 di bypass ed è pilotata da un attuatore 17. Lungo il condotto 6 di scarico è previsto un condotto 18 di bypass, il quale è collegato in parallelo al compressore 14 in modo da presentare le proprie estremità collegate a monte e a valle del compressore 14 stesso; lungo il condotto 18 di bypass è disposta una valvola 19 Poff, la quale è atta a regolare la portata dei gas di scarico che fluiscono attraverso il condotto 18 di bypass ed è pilotata da un attuatore 20.
La turbina 13 ed il compressore 14 non sono tra loro collegati meccanicamente e possono quindi venire disposti in zone diverse del motore 1 a combustione interna. La turbina 13 è calettata ad un generatore 21 elettrico, il quale viene portato in rotazione dalla turbina 13 stessa per generare corrente elettrica; il generatore 21 elettrico è elettricamente collegato ad un dispositivo 22 di pilotaggio elettronico, il quale è a sua volta collegato ad un sistema 23 di accumulo costituto da una batteria o da un pacco di batterie. Il compressore 14 è calettato ad un motore 24 elettrico, il quale porta in rotazione il compressore 14 stesso; il motore 24 elettrico è elettricamente collegato ad un dispositivo 25 di pilotaggio elettronico, il quale è a sua volta collegato al sistema 23 di accumulo.
Preferibilmente (ma non obbligatoriamente), è prevista una macchina 26 elettrica reversibile, la quale può venire fatta funzionare come motore elettrico per assorbire energia elettrica e produrre una coppia motrice meccanica oppure come generatore per assorbire energia meccanica e produrre energia elettrica. La macchina 26 elettrica reversibile è elettricamente collegata ad un dispositivo 27 di pilotaggio elettronico collegato a sua volta al sistema 23 di accumulo. Inoltre, la macchina 26 elettrica reversibile è meccanicamente collegata direttamente o indirettamente ad una linea 28 di trasmissione del motore 1 a combustione interna che trasmette la coppia motrice generata dal motore 1 a combustione interna stesso alle ruote motrici. Ad esempio, la macchina 27 elettrica reversibile può venire collegata meccanicamente ad un albero motore del motore 1 a combustione interna, ad un albero primario di un cambio, ad un albero secondario di un cambio oppure direttamente alle ruote motrici.
Il motore 1 a combustione interna è controllato da una centralina 29 elettronica di controllo, la quale sovrintende al funzionamento di tutte le componenti del motore 1 a combustione interna tra le quali il sistema 2 di sovralimentazione. In particolare, la centralina 29 elettronica di controllo pilota gli attuatori 17 e 20 della valvola 16 di wastegate e della valvola 19 Poff e pilota i dispositivi 22, 25 e 27 di azionamento.
Durante il funzionamento del motore 1 a combustione interna, la centralina 26 elettronica di controllo pilota in modo completamente autonomo uno rispetto all’altro il motore 24 elettrico che porta in rotazione il compressore 14 ed il generatore 21 elettrico che è portato in rotazione dalla turbina 13. In altre parole, la centralina 26 elettronica di controllo pilota il motore 24 elettrico che porta in rotazione il compressore 14 con il solo obiettivo di ottimizzare l’aspirazione dei cilindri 3 in funzione delle prestazioni richieste (cioè coppia e potenza che il motore 1 a combustione interna deve erogare); invece, la centralina 26 elettronica di controllo pilota il generatore 21 elettrico che è portato in rotazione dalla turbina 13 normalmente con l’obiettivo di ottimizzare la generazione di energia elettrica, cioè massimizzare la potenza elettrica generata, senza ovviamente penalizzare il funzionamento del motore 1 a combustione interna.
In uso, quando il motore 1 a combustione interna eroga con continuità una potenza relativamente elevata (ad esempio quando il veicolo viaggia in autostrada) i gas di scarico prodotti nei cilindri 3 presentano una elevata entalpia e di conseguenza il generatore 21 elettrico portato in rotazione dalla turbina 13 è in grado di generare una potenza elettrica ampiamente superiore rispetto alla potenza elettrica assorbita dal motore 24 elettrico per portare in rotazione il compressore 14; in queste condizione, la frazione di potenza elettrica generata dal generatore 21 elettrico e non assorbita dal motore 24 elettrico viene alimentata alla macchina 26 elettrica reversibile che viene fatta funzionare come motore per generare una coppia motrice addizionale che si somma alla coppia motrice generata dal motore 1 a combustione interna. In questo modo è possibile massimizzare il rendimento complessivo del sistema sfruttando completamente l’entalpia dei gas di scarico prodotti nei cilindri 3.
Invece, in uso, quando il motore 1 a combustione interna è a bassi regimi e quindi eroga una potenza modesta e viene richiesto un rapido aumento della potenza erogata, il motore 24 elettrico viene pilotato per aumentare rapidamente la pressione di aspirazione assorbendo dal sistema 23 di accumulo una potenza elettrica ampiamente superiore alla potenza elettrica generata dal generatore 21 elettrico portato in rotazione dalla turbina 13; in questo modo, la risposta del motore 1 a combustione interna alla richiesta di aumento della potenza erogata è sostanzialmente istantanea (ovvero del tutto priva del cosiddetto “turbo-lag”).
Come detto in precedenza, in tutte le condizioni di funzionamento la centralina 26 elettronica di controllo pilota il motore 24 elettrico che porta in rotazione il compressore 14 con il solo obiettivo di ottimizzare l’aspirazione dei cilindri 3 in funzione delle prestazioni richieste (cioè coppia e potenza che il motore 1 a combustione interna deve erogare); in altre parole, il pilotaggio del compressore 14 è unicamente rivolto ad ottimizzare la combustione nei cilindri 3.
Normalmente (ovvero per la maggior parte del tempo di utilizzo), la centralina 26 elettronica di controllo pilota il generatore 21 elettrico che è portato in rotazione dalla turbina 13 per massimizzare l’efficienza energetica, ovvero per massimizzare la potenza elettrica generata, senza nel contempo penalizzare il funzionamento del motore 1 a combustione interna. Tuttavia, in alcune situazioni particolari, la centralina 26 elettronica di controllo pilota il generatore 21 elettrico anche (oppure solo) in funzione di un obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna; in altre parole, la centralina 26 elettronica di controllo stabilisce un obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna e quindi controlla il generatore 21 elettrico in funzione dell’obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna (cioè per inseguire l’obiettivo di emissione acustica allo scarico).
L’obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna può essere alternativo o abbinato all’obiettivo di efficienza energetica, ovvero la centralina 26 elettronica di controllo può inseguire solo l’obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna indipendentemente dalla efficienza energetica del sistema oppure potrebbe cercare un compromesso tra l’obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna e l’efficienza energetica.
Secondo una possibile forma di attuazione, la centralina 26 elettronica di controllo controlla il generatore 21 elettrico in funzione dell’obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna mediante un controllo ad anello aperto, ovvero una strategia di controllo priva di retroazione. Secondo una alternativa forma di attuazione, la centralina 26 elettronica di controllo controlla il generatore 21 elettrico in funzione dell’obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna mediante un controllo ad anello chiuso che utilizza come variabile di retroazione un segnale acustico rilevato da (almeno) un microfono; a titolo di esempio, il microfono potrebbe essere installato all’interno dell’abitacolo in prossimità della testa del guidatore per captare il suono che viene udito dal guidatore stesso (potrebbe essere lo stesso microfono utilizzato per eseguire le telefonate in “viva voce”). Ovviamente, è possibile che la centralina 26 elettronica di controllo controlli il generatore 21 elettrico in funzione dell’obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna sia mediante un controllo ad anello aperto, sia mediante un controllo ad anello chiuso.
Secondo una preferita forma di attuazione, l’obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna comprende sia un intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna, sia un tono dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna; è possibile che una delle due caratteristiche (generalmente l’intensità ma potrebbe anche essere il tono in alcune situazioni particolari) sia considerata come principale (cioè più importante) mentre l’altra caratteristica (generalmente il tono ma potrebbe essere anche l’intensità in alcune situazioni particolari) sia considerata come secondaria (cioè meno importante). In alternativa, l’obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna comprende solo l’intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna oppure solo il tono dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna.
La centralina 26 elettronica di controllo stabilisce quando è necessario aumentare l’intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna e quindi riduce la potenza meccanica effettivamente assorbita dal generatore 21 elettrico rispetto alla potenza meccanica disponibile (ovvero alla massima potenza meccanica assorbibile dal generatore 21 elettrico nelle condizioni correnti) per aumentare l’intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna; in altre parole, in alcune situazioni in cui si vuole aumentare l’intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna la centralina 26 elettronica di controllo “sacrifica” parte (o tutta) della potenza meccanica disponibile (ovvero alla massima potenza meccanica assorbibile dal generatore 21 elettrico nelle condizioni correnti) per aumentare l’intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna. In altre parole, tanto maggiore è la potenza meccanica assorbita dal generatore 21 elettrico, tanto maggiore è l’energia che viene sottratta ai gas di scarico e quindi tanto maggiore risulta essere l’attenuazione sonora a carico dei gas di scarico. Di conseguenza, viene ridotta (annullata) la potenza meccanica assorbita dal generatore 21 elettrico per aumentare (massimizzare) l’intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna.
Normalmente, viene aumentata la velocità di rotazione del generatore 21 elettrico per rendere più acuto il tono dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna e viceversa (cioè viene ridotta la velocità di rotazione del generatore 21 elettrico per rendere più greve il tono dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna). In altre parole, tanto più veloce ruota la turbina 13, tanto più l’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna presenta un tono acuto, mentre tanto più lentamente ruota la turbina 13, tanto più l’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna presenta un tono greve.
Secondo una preferita forma di attuazione, la centralina 26 elettronica di controllo modula in modo coordinato la velocità di rotazione del generatore 21 elettrico e la coppia meccanica assorbita dal generatore 21 elettrico in funzione dell’obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna. La potenza meccanica assorbita dal generatore 21 elettrico è proporzionale al prodotto tra la coppia meccanica assorbita dal generatore 21 elettrico e la velocità di rotazione del generatore 21 elettrico; quindi, variando la coppia meccanica assorbita dal generatore 21 elettrico è possibile variare la velocità di rotazione del generatore 21 elettrico mantenendo inalterata la potenza meccanica assorbita dal generatore 21 elettrico oppure è possibile variare la potenza meccanica assorbita dal generatore 21 elettrico mantenendo inalterata la velocità di rotazione del generatore 21 elettrico.
Secondo una preferita (ma non limitante) forma di attuazione, la centralina 26 elettronica di controllo pilota il generatore 21 elettrico in funzione dell’obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna solo in condizioni particolari e per brevi periodi di tempo per fornire in certe situazioni un “suono” particolare; ad esempio, quando il guidatore affonda l’acceleratore durante la guida sportiva la centralina 26 elettronica di controllo pilota il generatore 21 elettrico per ottenere un “suono” particolare che sottolinei anche acusticamente il crescendo di coppia motrice (è importante sottolineare che rinunciare a parte della potenza recuperabile attraverso il generatore 21 elettrico per brevi e limitati periodi non ha un impatto rilevante sull’efficienza energetica complessiva). A tale proposito è importante evidenziare che le vetture sportive ad alte prestazioni permettono al guidatore di selezionare il tipo di guida desiderato (comfort, sportiva, corsaiola …) e quindi in funzione del tipo di guida desiderato è possibile stabilire degli obiettivi adeguati e coerenti dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna.
Ad esempio, viene ridotta la potenza meccanica effettivamente assorbita dal generatore 21 elettrico rispetto alla potenza meccanica disponibile per aumentare l’intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna quando la velocità di rotazione del motore 1 a combustione interna (ovvero dell’albero motore del motore 1 a combustione interna) è crescente; preferibilmente, la potenza meccanica effettivamente assorbita dal generatore 21 elettrico viene ridotta rispetto alla potenza meccanica disponibile tanto di più quanto maggiore è l’accelerazione angolare del motore 1 a combustione interna.
Infine, è importante osservare che il sopra descritto controllo del generatore 21 elettrico in funzione dell’obiettivo di emissione acustica allo scarico del motore 1 a combustione interna è utilizzabile in alternativa oppure in abbinamento ai sistemi di scarico a geometria variabile.
Il metodo di controllo sopra descritto presenta numerosi vantaggi.
In primo luogo, il metodo di controllo sopra descritto permette di ottenere, quando desiderato, una sonorità ottimale allo scarico del motore 1 a combustione interna eventualmente anche senza l’utilizzo di sistemi di scarico a geometria variabile.
Il metodo di controllo sopra descritto non comporta alcuna modifica fisica ad un turbocompressore provvisto di attuazione elettrica, ma è implementabile completamente via software. Quindi, il metodo di controllo sopra descritto è di semplice ed economica implementazione anche in una vettura esistente (ovviamente dotata di un turbocompressore provvisto di attuazione elettrica).
Il metodo di controllo sopra descritto permette di ottenere un campo di variazione del suono allo scarico particolarmente ampio, in quanto agisce sia sull’intensità del suono allo scarico, sia sul tono del suono allo scarico. Inoltre, Il metodo di controllo sopra descritto permette di ottenere un campo di variazione del suono allo scarico ben modulabile, in quanto è possibile variare in modo molto fine, preciso e stabile sia la coppia (potenza) meccanica assorbita dal generatore 21 elettrico, sia la velocità di rotazione del generatore 21 elettrico.
Infine, il metodo di controllo sopra descritto è utilizzabile solo quando lo si desidera e quindi non ha un impatto negativo significativo sull’efficienza energetica complessiva.

Claims (8)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Metodo di controllo di un turbocompressore (12) provvisto di attuazione elettrica in un motore (1) a combustione interna sovralimentato; il turbocompressore (12) comprende: una turbina (13) che è inserita in un condotto (10) di scarico per ruotare sotto la spinta dei gas di scarico ed aziona un generatore (21) elettrico, ed un compressore (14) che è meccanicamente indipendente dalla turbina (13), è inserito in un condotto (6) di aspirazione per aumentare la pressione dell’aria ed è azionato da un motore (24) elettrico; il metodo di controllo è caratterizzato dal fatto di comprendere le ulteriori fasi di: stabilire quando è necessario aumentare l’intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore (1) a combustione interna; e ridurre la potenza meccanica effettivamente assorbita dal generatore (21) elettrico rispetto alla potenza meccanica disponibile per aumentare l’intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore (1) a combustione interna.
  2. 2) Metodo di controllo la rivendicazione 1, in cui la riduzione della potenza meccanica effettivamente assorbita dal generatore (21) elettrico rispetto alla potenza meccanica disponibile viene eseguita mediante un controllo ad anello aperto.
  3. 3) Metodo di controllo la rivendicazione 1 o 2, in cui la riduzione della potenza meccanica effettivamente assorbita dal generatore (21) elettrico rispetto alla potenza meccanica disponibile mediante un controllo ad anello chiuso che utilizza come variabile di retroazione un segnale acustico rilevato da un microfono.
  4. 4) Metodo di controllo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui viene annullata la potenza meccanica assorbita dal generatore (21) elettrico per massimizzare l’intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore (1) a combustione interna.
  5. 5) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui viene aumentata la velocità di rotazione del generatore (21) elettrico per rendere più acuto il tono dell’emissione acustica allo scarico del motore (1) a combustione interna e viceversa.
  6. 6) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui normalmente il generatore (21) elettrico viene pilotato per assorbire tutta la potenza meccanica disponibile tranne brevi istanti in cui viene ridotta la potenza meccanica effettivamente assorbita dal generatore (21) elettrico rispetto alla potenza meccanica disponibile per aumentare l’intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore (1) a combustione interna.
  7. 7) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui viene ridotta la potenza meccanica effettivamente assorbita dal generatore (21) elettrico rispetto alla potenza meccanica disponibile per aumentare l’intensità dell’emissione acustica allo scarico del motore (1) a combustione interna quando la velocità di rotazione del motore (1) a combustione interna è crescente.
  8. 8) Metodo di controllo la rivendicazione 7, in cui la potenza meccanica effettivamente assorbita dal generatore (21) elettrico viene ridotta rispetto alla potenza meccanica disponibile tanto di più quanto maggiore è l’accelerazione angolare del motore (1) a combustione interna. p.i.: FERRARI S.P.A. Matteo MACCAGNAN
IT102017000004557A 2017-01-17 2017-01-17 Metodo di controllo di un turbocompressore provvisto di attuazione elettrica in un motore a combustione interna sovralimentato IT201700004557A1 (it)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102017000004557A IT201700004557A1 (it) 2017-01-17 2017-01-17 Metodo di controllo di un turbocompressore provvisto di attuazione elettrica in un motore a combustione interna sovralimentato
US15/872,192 US10590840B2 (en) 2017-01-17 2018-01-16 Method to control an electrically-operated turbocharger in a supercharged internal combustion engine for increasing acoustical emission in the exhaust
EP18152188.1A EP3348819B1 (en) 2017-01-17 2018-01-17 Method to control an electrically-operated turbocharger in a supercharged internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102017000004557A IT201700004557A1 (it) 2017-01-17 2017-01-17 Metodo di controllo di un turbocompressore provvisto di attuazione elettrica in un motore a combustione interna sovralimentato

Publications (1)

Publication Number Publication Date
IT201700004557A1 true IT201700004557A1 (it) 2018-07-17

Family

ID=58701776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT102017000004557A IT201700004557A1 (it) 2017-01-17 2017-01-17 Metodo di controllo di un turbocompressore provvisto di attuazione elettrica in un motore a combustione interna sovralimentato

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10590840B2 (it)
EP (1) EP3348819B1 (it)
IT (1) IT201700004557A1 (it)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018109010A1 (de) * 2018-04-17 2019-10-17 Man Energy Solutions Se Vorrichtung zum Aufladen eines Verbrennungsmotors
DE102021132507A1 (de) 2021-12-09 2023-06-15 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschinenanordnung mit einer Turbinen-Generator-Anordnung
US11802489B1 (en) * 2022-09-12 2023-10-31 Hamilton Sundstrand Corporation Energy harvesting for hybrid propulsion systems

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4131438C1 (en) * 1991-09-21 1992-12-03 Mercedes-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De IC engine exhaust gas silencer - provides proportional noise suppression and reuses energy by assigning generator to rotor in exhaust pipe
EP2096277A1 (en) * 2008-02-27 2009-09-02 MAGNETI MARELLI POWERTRAIN S.p.A. Supercharged internal-combustion engine
FR3014947A1 (fr) * 2013-12-13 2015-06-19 Renault Sa Ligne d'echappement de moteur a combustion interne et moteur a combustion interne comportant une telle ligne d'echappement
WO2016000016A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-07 Kerbs Autotech Pty Ltd An internal combustion engine heat energy recovery system
DE102015119016A1 (de) * 2014-11-17 2016-05-19 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) System und Verfahren, um einem Benutzer zu ermöglichen, den Betrieb eines Antriebsstrangs in einem Fahrzeug anzupassen, das Aussehen einer Benutzerschnittstelleneinrichtung in dem Fahrzeug anzupassen und/oder ein Fahrzeuggeräusch anzupassen

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7076954B1 (en) * 2005-03-31 2006-07-18 Caterpillar Inc. Turbocharger system
DE102010005912B4 (de) * 2010-01-27 2022-11-24 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Geräuschgestaltung bei einer Verbrennungskraftmaschine
GB201414761D0 (en) * 2014-08-20 2014-10-01 Jaguar Land Rover Ltd Vehicle noise suppression method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4131438C1 (en) * 1991-09-21 1992-12-03 Mercedes-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De IC engine exhaust gas silencer - provides proportional noise suppression and reuses energy by assigning generator to rotor in exhaust pipe
EP2096277A1 (en) * 2008-02-27 2009-09-02 MAGNETI MARELLI POWERTRAIN S.p.A. Supercharged internal-combustion engine
FR3014947A1 (fr) * 2013-12-13 2015-06-19 Renault Sa Ligne d'echappement de moteur a combustion interne et moteur a combustion interne comportant une telle ligne d'echappement
WO2016000016A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-07 Kerbs Autotech Pty Ltd An internal combustion engine heat energy recovery system
DE102015119016A1 (de) * 2014-11-17 2016-05-19 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) System und Verfahren, um einem Benutzer zu ermöglichen, den Betrieb eines Antriebsstrangs in einem Fahrzeug anzupassen, das Aussehen einer Benutzerschnittstelleneinrichtung in dem Fahrzeug anzupassen und/oder ein Fahrzeuggeräusch anzupassen

Also Published As

Publication number Publication date
EP3348819B1 (en) 2020-10-07
US20180202353A1 (en) 2018-07-19
EP3348819A1 (en) 2018-07-18
US10590840B2 (en) 2020-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4320859B2 (ja) ターボ過給機付エンジンの制御装置
RU142670U1 (ru) Система транспортного средства
IT201700004557A1 (it) Metodo di controllo di un turbocompressore provvisto di attuazione elettrica in un motore a combustione interna sovralimentato
JP2014506651A (ja) 過給される内燃機関とターボコンパウンドシステムとを有するドライブトレイン
JP2008531906A5 (it)
JP2004360487A (ja) 遊星歯車機構を備えた過給機
JP2008525690A (ja) 排気ターボチャージャ及びパワータービンを有する内燃機関の作動方法
CN110067642A (zh) 用于增压控制的系统和方法
ITBO20120322A1 (it) Metodo di controllo di un motore a combustione interna
WO2014132539A1 (ja) 車両の制御装置
CN107795357A (zh) 发动机排气系统控制
JP2009228624A (ja) 電動過給機付き内燃機関
CN105966383A (zh) 用于清洁阀门的方法
KR20160146242A (ko) 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치 및 방법
ITBO20120323A1 (it) Metodo di controllo di un motore a combustione interna
JP2007112331A (ja) ディーゼルエンジンの排気浄化方法及び排気浄化装置
ITBO20120324A1 (it) Metodo di controllo di un motore a combustione interna
US10988134B2 (en) Method to control a hybrid drive system for a road vehicle
JP6048426B2 (ja) 車両の減速制御装置
CN109026357A (zh) 用于具有进气侧旁通管线的升压内燃发动机的系统和方法
GB2539482A (en) Sound generator
JP2011080398A (ja) 電動過給機の制御装置
EP3199819A1 (en) Electric supercharging apparatus and electric supercharging system
JPH03202629A (ja) ターボ過給機の駆動装置
JPS59141709A (ja) タ−ボ過給機付エンジンの排気浄化装置