IT201800002757A1

IT201800002757A1 - Sistema per la gestione di un motore a combustione interna, in particolare per la gestione della relativa lubrificazione

Info

Publication number: IT201800002757A1
Application number: IT102018000002757A
Authority: IT
Inventors: Fabio Cococcetta; Jonathan Borg
Original assignee: Fpt Motorenforschung Ag
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2019-08-16

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “SISTEMA PER LA GESTIONE DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA, IN PARTICOLARE PER LA GESTIONE DELLA RELATIVA LUBRIFICAZIONE”

Campo dell’invenzione

La presente invenzione è relativa al campo della lubrificazione dei motori a combustione.

Descrizione della tecnica anteriore

È ben noto che il sistema di lubrificazione del motore ha due diverse mansioni: raffreddare certi componenti, lubrificare altri componenti e lubrificare e raffreddare ancora altri componenti. Pertanto, a dispetto del nome “sistema di lubrificazione”, è chiamato anche a sviluppare una mansione dedicata al raffreddamento in parallelo a una mansione di lubrificazione.

I cuscinetti della turbina sfruttano sia gli effetti della lubrificazione che del raffreddamento.

Il sistema di lubrificazione del motore comprende un circuito idraulico accoppiato a una pompa di pressurizzazione del circuito idraulico con olio aspirato da una coppa dell’olio in cui l’olio cade dopo l’esecuzione delle relative mansioni summenzionate.

L’olio è solitamente raffreddato da uno scambiatore di calore, disposto su detto circuito idraulico, in grado di rilasciare calore al circuito di raffreddamento del motore, in cui l’acqua è fatta circolare. Pertanto, detto scambiatore di calore è solitamente un tipo liquido-aliquido.

Ciascun produttore di motori suggerisce il tipo di olio che dovrebbe essere implementato nei propri motori.

La designazione SAE per gli oli multigrade include due gradi di viscosità; ad esempio, 10W-30 designa un olio multigrado comune.

Prima di tutto, i produttori di motori indicano tale designazione SAE per dotare i propri motori con un olio di corretta viscosità.

La viscosità richiesta dipende dalle tolleranze dei cuscinetti del motore.

Tolleranze più basse hanno bisogno di olio a bassa viscosità, che permette di ridurre la pressione dell’olio all’interno del circuito dell’olio, ottenendo un sensibile riduzione di consumo carburante.

Spesso, quando la pompa dell’olio ha una geometria fissa ed è azionata dal motore, il circuito dell’olio è dotato di una valvola di sovrapressione, pertanto quando la pressione dell’olio supera una soglia predeterminata tale valvola scarica l’eccesso di olio nella coppa dell’olio.

In alternativa, la pompa dell’olio ha una geometria variabile e/o è una pompa elettrica, adeguata a controllare il flusso dell’olio secondo una pressione dell’olio obiettivo, misurata solitamente nella galleria principale.

In ogni caso la pressione dell’olio è selezionata sulla base delle tolleranze e della viscosità dell’olio.

L’uso di oli di qualità inferiore influenza la stabilità della viscosità rispetto alla temperatura con un aumento generalizzato della viscosità a bassa e alta temperatura (ad esempio 100°C e 150°C). Ciò significa che quando è implementato un olio con caratteristiche di qualità inferiore, invece di quelle suggerite dal produttore, la sua viscosità potrebbe superare i valori predeterminati e la suddetta valvola di sovrapressione può scaricare olio con un’insufficiente lubrificazione del cuscinetto. Lo stesso accade quando sono implementate pompe a flusso variabile.

Il grado di viscosità non è l’unica caratteristica che dovrebbe essere tenuta in considerazione.

In Europa, secondo l’ACEA, l’olio a basso contenuto di ceneri è etichettato come C1 (0,5% di cenere), C2 (0,8% di cenere - più adeguato per motori a prestazioni più elevate) e C3. In America vi è il CJ-4.

Pertanto un olio motore etichettato 5W30 C1, C2 o C3 è un olio di grado 5W30 adatto per veicoli dotati di DPF (DPF è un ben noto acronimo per filtri anti-particolato). Pertanto anche la specifica C1, C2 o C3 deve essere verificata.

L’uso di un olio avente caratteristiche diverse rispetto a quelle suggerite dal rispettivo produttore rappresenta un rischio elevato per la durabilità del motore.

Quando il produttore indica due qualità di olio multigrade alternative significa che la pompa dell’olio, la valvola di sovrapressione e i cuscinetti sono ovviamente adeguati per entrambe le alternative. Pertanto, le scelte del conducente hanno un impatto rilevante sulla durabilità del motore.

Inoltre, talora, è necessario eseguire almeno una parziale sostituzione dell’olio, ma purtroppo il conducente non ha la possibilità di utilizzare tali oli suggeriti dal produttore.

Riepilogo dell’invenzione

L’oggetto principale della presente invenzione è fornire un sistema per la gestione di una lubrificazione dei motori a combustione in grado di limitare/risolvere i suddetti problemi/inconvenienti.

Il principio fondamentale dell’invenzione è acquisire le caratteristiche dell’olio e regolare il funzionamento del circuito dell’olio di conseguenza.

Tale regolazione può essere eseguita:

- sulla valvola di sovrapressione, quando la pompa dell’olio ha una geometria fissa,

- sulla pompa dell’olio, quando quest’ultima ha una geometria variabile e/o è elettrica,

- sul termostato che controlla la temperatura dell’olio.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, anche la curva della coppia rispetto alla velocità può essere regolata secondo le caratteristiche dell’olio.

Secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione, il body computer del veicolo ha una funzione specifica che permette al conducente di impostare le caratteristiche dell’olio implementato.

Il body computer può essere dotato di un’interfaccia umana in grado di acquisire la designazione multigrade e ulteriori sigle rappresentate nell’etichetta del contenitore dell’olio implementato oppure il body computer è dotato di un’interfaccia senza fili e il conducente può essere in possesso di un’applicazione adeguata per l’esecuzione su uno smartphone adatto per comunicare con l’interfaccia senza fili del body computer, in modo che il conducente possa facilmente comunicare, per mezzo dell’applicazione, le caratteristiche dell’olio al body computer.

L’olio lubrificante può essere associato a un codice univoco, pertanto detta designazione di olio secondo il SAE o altre istituzioni, inclusi i produttori di motore, può essere sintetizzata attraverso detto codice univoco.

Il body computer può essere programmato per ottenere automaticamente dette caratteristiche dell’olio da detto codice univoco.

Secondo una forma di realizzazione ulteriormente preferita dell’invenzione, quando il body computer ha una connessione Internet, è configurato per interagire con il server remoto di un produttore configurato per fornire ulteriori istruzioni specifiche al body computer al fine di ottenere un adattamento ottimale del motore all’olio implementato.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, che può essere combinata con qualsiasi delle forme di realizzazione precedenti, è possibile acquisire anche la quantità aggiunta dell’olio.

Tale aspetto è vantaggioso quando la sostituzione dell’olio è parziale. In questo caso, il body computer può pesare le caratteristiche dell’olio fresco con quello precedentemente riempito.

Per mezzo della presente invenzione, il livello di pressione dell’olio è determinato in modo che una quantità volumetrica desiderata di olio sia erogata dalla pompa dell’olio agli elementi di consumo del motore ottenendo un consumo di carburante ottimale e assicurando al contempo che tutti gli elementi di consumo dell’olio siano alimentati con la quantità richiesta di olio.

Non soltanto il motore può essere in grado di fornire la quantità volumetrica desiderata di olio ma può essere inoltre in grado di mantenere l’olio nella finestra di temperatura che, secondo le caratteristiche fisico-chimiche acquisite dell’olio, permette di ottenere una viscosità obiettivo.

Questi e altri obiettivi sono realizzati per mezzo delle rivendicazioni allegate, che descrivono forme di realizzazione preferite dell’invenzione, formando una parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione risulterà completamente chiara dalla seguente descrizione dettagliata, fornita a titolo di mera esemplificazione e non di esempio limitativo, da leggersi facendo riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

- la figura 1 mostra diagrammi di diversi oli in termini di viscosità in rapporto alla temperatura;

- la figura 2 mostra un diagramma che descrive l’interrelazione tra la pressione dell’olio e il consumo di carburante del motore, che dipende direttamente dalla viscosità dell’olio;

- la figura 3 descrive un esempio di sistema secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 4 descrive un esempio di sistema secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 5 descrive un dettaglio delle forme di realizzazione secondo le figure 3 e 4;

- la figura 6 descrive un’architettura che include il dettaglio della figura 5 in combinazione con uno smartphone dotato di una specifica applicazione e un server remoto gestito dal produttore del motore.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure designano parti uguali o funzionalmente equivalenti.

Secondo la presente invenzione, il termine “secondo elemento” non implica la presenza di un “primo elemento”, primo, secondo, ecc. sono utilizzati solo per migliorare la chiarezza della descrizione e non vanno interpretati in modo limitativo.

Descrizione dettagliata delle forme di realizzazione preferite

Il principio fondamentale dell’invenzione è acquisire le caratteristiche dell’olio e regolare il funzionamento del circuito dell’olio OC di conseguenza.

Tale regolazione può essere eseguita sulla valvola di sovrapressione, quando la pompa dell’olio ha una geometria fissa.

La figura 3 descrive schematicamente un motore a combustione E e una rispettiva coppa dell’olio S.

Una pompa P, avente una geometria fissa azionata dall’albero a manovella del motore (non descritto), è dotata di un tubo di bypass BP che collega l’ingresso della pompa con l’uscita della pompa.

Una valvola V2, denominata anche valvola di sovrapressione, è disposta sul tubo di bypass BP e permette di scaricare la quantità di olio in eccesso nella coppa dell’olio.

Un’unità di controllo ECU riceve un segnale da un sensore di pressione S, preferibilmente disposto in corrispondenza della galleria principale del circuito dell’olio, e controlla detta valvola V2 attraverso un rispettivo attuatore elettrico A2. In particolare, l’attuatore può azionare la valvola direttamente o può regolare la calibrazione di apertura variando un precaricamento di una molla.

La figura 4 descrive una forma di realizzazione alternativa in cui la pompa dell’olio P ha una geometria variabile V2 controllata dall’unità di controllo ECU per mezzo dell’attuatore A2.

L’unità di controllo ECU controlla anche il motore, il carburante iniettato nei suoi cilindri e monitora qualsiasi parametro riguardante il funzionamento del motore.

Il circuito dell’olio OC comprende solitamente un dispositivo di raffreddamento dell’olio raffreddato dall’acqua del motore. Il dispositivo di raffreddamento dell’olio è spesso integrato nel motore. Il dispositivo di raffreddamento è dotato di un bypass attivato/disattivato per mezzo di un termostato Th allo scopo di bypassare il dispositivo di raffreddamento quando l’olio è al di sotto di una soglia di temperatura predeterminata. Il termostato è solitamente a base di cera. Secondo la presente invenzione, il veicolo è dotato di un body computer B-C adeguato per comunicare con la ECU, ad esempio per mezzo della rete CAN di bordo. Attraverso il body computer, la ECU acquisisce le caratteristiche dell’olio e regola il funzionamento del motore di conseguenza. Il funzionamento del circuito dell’olio è uno dei sottosistemi che possono essere regolati.

Quando la pompa dell’olio ha una geometria fissa e una valvola di sovrapressione, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, la ECU è programmata per regolare l’attuatore di valvola A2 secondo le caratteristiche dell’olio.

Quando la pompa dell’olio ha una geometria controllabile variabile, secondo un’altra forma di realizzazione della presente invenzione, la ECU è programmata per regolare la geometria della pompa in base alle caratteristiche dell’olio.

In particolare, la ECU è programmata per aumentare la pressione della galleria principale con l’aumento della viscosità cinematica dell’olio, in modo da assicurare una corretta lubrificazione dei cuscinetti del motore senza danneggiare alcun elemento di consumo dell’olio o alcuna tenuta d’olio.

Grazie alla presente invenzione, il livello di pressione dell’olio è determinato in modo che una quantità volumetrica desiderata di olio sia erogata dalla pompa dell’olio agli elementi di consumo del motore ottenendo un consumo di carburante ottimale e assicurando al contempo che tutti gli elementi di consumo dell’olio siano alimentati con la quantità richiesta di olio.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione dell’invenzione che può essere implementata indipendentemente o in combinazione con una delle forme di realizzazione precedenti, il termostato si basa su una valvola elettrica e controllabile e la ECU è programmata per controllare il funzionamento della valvola del termostato secondo le caratteristiche dell’olio. In alternativa, la ECU controlla un attuatore disposto per regolare la calibrazione di apertura della valvola variando un pre-carico di una molla.

In particolare, il termostato bypassa il dispositivo di raffreddamento in modo tale che la temperatura dell’olio induce l’olio in condizioni più vicini alle specifiche del produttore.

In altri termini se l’olio implementato ha una viscosità superiore o inferiore rispetto al grado dell’olio di riferimento per quel motore, il termostato può essere regolato per ottenere una viscosità più vicina all'olio di riferimento regolando la sua temperatura, essendo la viscosità cinematica dipendente dalla temperatura.

Il controllo della viscosità permette di ottenere una pressione dell’olio inferiore e pertanto un consumo di carburante inferiore.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, che può essere implementata da sola o in combinazione con qualsiasi delle precedenti, anche la curva della coppia/rispetto alla velocità può essere regolata secondo le caratteristiche dell’olio.

La coppia e la velocità del motore possono essere limitate secondo il grado di lubrificazione non efficiente.

La lubrificazione dipende dalla temperatura dell’olio e dalla pressione dell’olio nella galleria principale. Pertanto, conoscere il grado dell’olio permette di ottenere la sua viscosità in funzione della sua temperatura.

Il grado di lubrificazione, pertanto, è in funzione della viscosità e della pressione nella galleria principale. In base a queste due misurazioni, rispettivamente, indiretta e diretta, è possibile stimare il grado di lubrificazione. La coppia e la velocità del motore sono rese direttamente proporzionali a detto grado di lubrificazione D, pertanto, di conseguenza, una limitazione sulla coppia prodotta dal motore e la sua velocità è resa dipendente dal grado di lubrificazione non efficiente ND, con ND = 1 – D.

Se il grado di lubrificazione è compreso tra 0 e 1, il grado non efficiente è compreso tra 1 e 0.

Secondo una forma di realizzazione dell’invenzione, il body computer del veicolo ha una funzione specifica che permette al conducente di impostare le caratteristiche dell’olio implementato.

Il body computer può essere dotato di un’interfaccia umana in grado di acquisire la designazione multigrade e ulteriori segni rappresentati nell’etichetta del serbatoio dell’olio implementato. Secondo un’altra forma di realizzazione preferita dell’invenzione, il body computer è dotato di un’interfaccia senza fili, ad esempio Bluetooth, e il conducente può essere in possesso di un’applicazione adeguata per l’esecuzione su uno smartphone in modo da comunicare al body computer le caratteristiche dell’olio sfruttando l’interfaccia utente dello smartphone per digitare la gradazione dell’olio e possibilmente ulteriori caratteristiche dell’olio.

Secondo un'ulteriore forma di realizzazione preferita dell’invenzione, quando il body computer ha una connessione Internet, è configurato per interagire con un server remoto di un produttore configurato per fornire ulteriori istruzioni specifiche al body computer in modo da ottenere un adattamento del motore ottimale all’olio implementato.

Ad esempio, secondo le caratteristiche dell’olio, anche il funzionamento operativo del sistema di post trattamento (After Treatment System, ATS) può essere variato, ad esempio variando il ciclo di rigenerazione del suo filtro antiparticolato o altri dispositivi quali NSC o simili.

Tali variazioni possono essere decise dalla ECU o possono essere decise dal server remoto e la ECU è istruita di conseguenza dal server remoto.

Quando non è possibile implementare alcun adattamento motore all’olio introdotto nel motore, la ECU può visualizzare, attraverso il body computer, un messaggio che sollecita il conducente a sostituire l’olio introdotto.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, che può essere combinata con qualsiasi delle forme di realizzazione precedenti, anche la quantità aggiunta dell’olio può essere acquisita/specificata.

Tale aspetto è vantaggioso quando la sostituzione dell’olio è parziale. In questo caso, il body computer o la ECU possono pesare le caratteristiche dell’olio fresco con quello riempito precedentemente.

La presente invenzione può essere implementata vantaggiosamente in un programma di computer che comprende mezzi di codice di programma per eseguire una o più fasi di tale metodo, quando tale programma è in esecuzione su un computer. Per questa ragione, il brevetto coprirà anche tale programma di computer e il supporto leggibile da computer che comprende un messaggio registrato, tale supporto leggibile da computer comprendendo i mezzi di codice di programma per eseguire una o più fasi di tale metodo, quando tale programma è in esecuzione su un computer.

Numerosi cambiamenti, numerose modifiche, variazioni e altri utilizzi e applicazioni dell’invenzione in oggetto risulteranno evidenti agli esperti nella tecnica dopo aver tenuto in considerazione la specifica e i disegni allegati che descrivono sue forme di realizzazione preferite come descritto nelle rivendicazioni allegate.

Le caratteristiche descritte nello stato della tecnica anteriore sono introdotte solamente per una migliore comprensione dell’invenzione e non come una dichiarazione dell’esistenza di una tecnica anteriore nota. Inoltre, dette caratteristiche definiscono il contesto della presente invenzione, pertanto tali caratteristiche dovranno essere considerate in comune con la descrizione dettagliata.

Ulteriori dettagli di implementazione non saranno descritti, in quanto l’esperto nella tecnica è in grado di realizzare l’invenzione a partire dall’insegnamento della precedente descrizione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema per la gestione di un motore a combustione interna, il motore comprendendo sottosistemi che comprendono un circuito di lubrificazione dell’olio (OC), mezzi di alimentazione del carburante (J) e un sistema di post trattamento (ATS) e mezzi di regolazione (p, A2; p, V2, A2; Th, J, ATS) adatti a regolare il funzionamento del motore, il sistema comprendendo inoltre mezzi di acquisizione (B-C) adattati per acquisire caratteristiche dell’olio lubrificante e per regolare di conseguenza il funzionamento di almeno uno di detti sottosistemi.
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di regolazione sono adattati per regolare il funzionamento del circuito dell’olio attraverso detti mezzi di regolazione in base a dette caratteristiche dell’olio lubrificante acquisite.
3. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui detto circuito dell’olio comprende una pompa a geometria fissa (p) azionata dal motore e detti mezzi di regolazione comprendono una valvola di sovrapressione (V2) attivata o regolata elettricamente da un attuatore elettrico (A2), in cui detta valvola di sovrapressione è disposta per scaricare un eccesso di pressione di olio lubrificante in una coppa dell’olio del motore e in cui detta valvola di sovrapressione è regolata per ottenere una pressione del circuito dell’olio dipendente da dette caratteristiche dell’olio lubrificante acquisite.
4. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui detto circuito dell’olio comprende una pompa a geometria variabile (p) e detti mezzi di regolazione comprendono un attuatore elettrico adattato per regolare detta geometria variando una pressione del circuito dell’olio, in cui detta geometria è regolata per ottenere una pressione del circuito dell’olio lubrificante dipendente da dette caratteristiche dell’olio acquisite.
5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 2 a 4, in cui il circuito dell’olio comprende inoltre un dispositivo di raffreddamento dell’olio e mezzi di bypass attivati selettivamente per mezzo di un termostato (Th) e in cui detto termostato è attuato o regolato elettricamente per mantenere detto olio lubrificante in un intervallo di temperatura dipendente da detta caratteristica dell’olio acquisita.
6. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di regolazione sono adattati per regolare i mezzi di alimentazione del carburante (J) in base a dette caratteristiche dell’olio lubrificante acquisite.
7. Sistema secondo la rivendicazione 6, in cui detti mezzi di regolazione sono adattati per stimare una viscosità effettiva dell’olio e a limitare una coppia fornita dal motore a combustione interna e/o la sua massima velocità di rotazione.
8. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di regolazione sono adattati per regolare dette condizioni di funzionamento dell’ATS e/o detto ciclo di rigenerazione dell’ATS.
9. Sistema secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 1 a 8, in cui il sistema comprende inoltre un body computer (B-C) di un rispettivo veicolo, in cui il body computer ha una funzione che permette a un conducente di impostare dette caratteristiche dell’olio lubrificante implementato.
10. Sistema secondo la rivendicazione 9, in cui - detto body computer è dotato di un’interfaccia umana adattato per acquisire la designazione multigrade e ulteriori segni rappresentati in un’etichetta del serbatoio dell’olio lubrificante implementato e/o in cui - detto body computer è dotato di un’interfaccia senza fili e il conducente è in possesso di un’applicazione adatta all’esecuzione su uno smartphone del conducente adattato per comunicare al body computer dette caratteristiche dell’olio attraverso detta interfaccia senza fili.
11. Sistema secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 8 a 10, in cui detto body computer ha una connessione Internet ed è configurato per interagire con un server remoto del produttore adatto per fornire ulteriori istruzioni specifiche al body computer allo scopo di ottenere un adattamento ottimale del motore all’olio implementato o per visualizzare un messaggio che sollecita il conducente a sostituire detto olio lubrificante implementato.
12. Sistema secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 8 a 11, in cui detto body computer è programmato per acquisire un valore che indica che una sostituzione parziale dell’olio lubrificante del motore è parziale.
13. Metodo per la gestione di un motore a combustione interna, il motore comprendendo sottosistemi che comprendono un circuito di lubrificazione dell’olio (OC), mezzi di alimentazione del carburante (J) e un sistema di post-trattamento (ATS) e mezzi di regolazione (p, A2; p, V2, A2; Th, J, ATS) adatti a regolare il funzionamento del motore, il metodo comprendendo l’acquisizione delle caratteristiche dell’olio e conseguente regolazione del funzionamento di almeno uno di detti sottosistemi.
14. Architettura di sistema comprendente un sistema per la gestione di un motore a combustione interna basato su un body computer secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 11, uno smartphone o simili dotato di un’applicazione adattata per acquisire detta caratteristica dell’olio lubrificante e a trasmettere detta caratteristica a detto body computer attraverso una connessione senza fili.
15. Architettura di sistema secondo la rivendicazione 14, comprendente inoltre un server remoto (RS) del produttore del motore adattato per comunicare con detto body computer e per ricevere da esso dette caratteristiche dell’olio lubrificante e a fornire istruzioni di conseguenza a detto body computer.