IT201900006862A1

IT201900006862A1 - Metodo per stimare e controllare il rendimento di aspirazione di un motore a combustione interna

Info

Publication number: IT201900006862A1
Application number: IT102019000006862A
Authority: IT
Inventors: Marco Panciroli
Original assignee: Marelli Europe Spa
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2020-11-15
Also published as: JP2021001599A; EP3739192A1; US20210340925A1; CN111946505A; US11384701B2; US11098665B2; US20200362781A1

Description

“Metodo per stimare e controllare il rendimento di aspirazione di un motore a combustione interna”

DESCRIZIONE

SFONDO TECNOLOGICO DELL’INVENZIONE

Campo di applicazione.

La presente invenzione riguarda un metodo, effettuato mediante elaborazione elettronica, per stimare e controllare il rendimento di aspirazione di un motore a combustione interna.

In particolare, l’invenzione si riferisce ad un metodo per determinare la massa di aria intrappolata in ciascun cilindro di un motore a combustione interna e ad un metodo per controllare ed attuare il funzionamento di almeno un cilindro di un motore a combustione interna.

Descrizione dell’arte nota.

Come è noto, un motore a combustione interna sovralimentato mediante un sistema di sovralimentazione a turbocompressore comprende un numero di iniettori che iniettano il combustibile in rispettivi cilindri, ciascuno dei quali è collegato ad un collettore di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione e ad un collettore di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico.

Il collettore di aspirazione riceve una miscela di gas che comprende sia gas di scarico sia aria fresca, cioè aria proveniente dall’ambiente esterno attraverso un condotto di aspirazione, provvisto di un filtro aria per il flusso di aria fresca e regolato da una valvola a farfalla. Lungo il condotto di aspirazione, preferibilmente a valle del filtro aria, è disposto anche un debimetro (meglio noto come“Air FlowMeter”).

Il debimetro è un sensore collegato ad una unità di controllo elettronica e destinato a rilevare la portata di aria fresca aspirata dal motore a combustione interna. La portata di aria fresca aspirata dal motore a combustione interna è un parametro estremamente importante per il controllo motore, in particolare per determinare la quantità di combustibile da iniettare nei cilindri in modo da ottenere un determinato rapporto aria/combustibile in un condotto di scarico a valle del collettore di scarico.

Tipicamente, tuttavia, il debimetro è un componente molto costoso e anche piuttosto delicato in quanto vapori di olio e polveri possono sporcarlo alterando la lettura del valore di portata di aria fresca aspirata dal motore a combustione interna.

Emerge quindi l’esigenza di determinare la portata di aria fresca aspirata dal motore a combustione interna (ovvero la massa intrappolata in ciascun cilindro) possibilmente evitando l’uso del debimetro, ma mantenendo un’elevata precisione, in linea con i requisiti di prestazione richiesti in questo settore tecnico.

Le soluzioni note, al proposito, non soddisfano le esigenze sopra menzionate, in particolare nell’ambito di motori a combustione interna in cui sono applicate tecniche di controllo VVH (Variable Valve Height), oppure in cui sono applicate sia tecniche VVH sia tecniche VVT (Variable Valve Timing).

SOMMARIO DELL’INVENZIONE Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo per determinare la massa di aria intrappolata in ciascun cilindro di un motore a combustione interna, che consenta di ovviare almeno parzialmente agli inconvenienti qui sopra indicati con riferimento alla tecnica nota e di rispondere alle summenzionate esigenze particolarmente avvertite nel settore tecnico considerato.

Tale scopo è raggiunto mediante un metodo in accordo con la rivendicazione 1.

Ulteriori forme di realizzazione di tale metodo sono definite dalle rivendicazioni 2-35.

Forma altresì oggetto della presente invenzione un metodo per controllare e attuare il funzionamento di almeno un cilindro di un motore a combustione interna secondo la rivendicazione 36 o la rivendicazione 37.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dei metodi secondo l’invenzione, sopra menzionati, risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle annesse figure, in cui:

- la figura 1 illustra schematicamente una preferita forma di attuazione di un motore a combustione interna provvisto di una centralina elettronica di controllo che implementa un metodo realizzato in accordo con la presente invenzione;

- la figura 2 illustra in modo più dettagliato un cilindro del motore della figura 1;

- le figure 3-5 sono diagrammi che rappresentano le leggi di apertura e chiusura della valvola di scarico (curva nella parte sinistra) e della valvola di aspirazione (curva nella parte destra) in condizioni, rispettivamente, di solo controllo di alzata VVH, di solo controllo di fasatura VVT, e di applicazione contemporanea dei controlli di alzata VVH e di fasatura VVT;

- la figura 6 illustra schematicamente la fase di incrocio di una valvola di aspirazione e di una valvola di scarico del motore della figura 1;

- la figura 7 rappresenta una legge nota dell’andamento di un fattore di compressione di un flusso isoentropico attraverso un orifizio di raggio r, in funzione del rapporto tra le pressioni dopo e prima dell’orifizio.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Prima della descrizione del metodo, per chiarezza di illustrazione, viene qui di seguito descritto in modo schematico e semplificato, con riferimento alle figure 1 e 2, un esempio di motore 1 nel quale il metodo secondo l’invenzione può essere applicato.

Il motore 1 è un motore a combustione interna.

Preferibilmente, tale motore 1 è un motore sovralimentato mediante un sistema di sovralimentazione a turbocompressore.

Il motore 1 comprende un certo numero di iniettori che iniettano il combustibile in rispettivi cilindri 2 (ad esempio, quattro cilindri, preferibilmente disposti in linea); tipicamente, per ciascun cilindro 2 è previsto un corrispondente iniettore. Ciascuno dei cilindri 2 è collegato ad un collettore 4 di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola 5 di aspirazione e ad un collettore 6 di scarico tramite almeno una rispettiva valvola 7 di scarico. Secondo diverse possibili opzioni implementative, l’iniezione può essere di tipo indiretto (in cui ciascun iniettore è disposto a monte del rispettivo cilindro in un condotto di aspirazione che collega il collettore di aspirazione al cilindro), oppure può essere di tipo diretto (in cui ciascun iniettore è parzialmente disposto all’interno del cilindro).

Ciascun cilindro 2 alloggia un rispettivo pistone 3 meccanicamente collegato mediante una biella ad un albero 11 motore per trasmettere all’albero motore 11 la forza generata dalla combustione all’interno del cilindro 3 (in modo di per sé noto).

Il collettore di aspirazione 4 riceve una miscela di gas che comprende sia gas di scarico sia aria fresca, proveniente dall’ambiente esterno attraverso un condotto di aspirazione 8, che è preferibilmente provvisto di un filtro aria per il flusso di aria fresca ed è regolato da una valvola a farfalla 12 preferibilmente a controllo elettronico mobile tra una posizione di chiusura ed una posizione di massima apertura. Nella soluzione qui illustrata, lungo il condotto di aspirazione 8 non è previsto alcun debimetro (ovvero“Air FlowMeter”).

La posizione di ciascuna valvola di scarico 7 e la posizione di ciascuna valvola di aspirazione 5 vengono controllate, ad esempio, da rispettivi alberi a camme che ricevono il moto dell’albero motore 11.

Preferibilmente, lungo il condotto di aspirazione 8 è disposto un intercooler, che può essere integrato nel collettore di aspirazione 4 e che svolge la funzione di raffreddare l’aria aspirata. Al collettore 6 di scarico è collegato un condotto di scarico 9 che alimenta i gas di scarico prodotti dalla combustione ad un sistema di scarico, che emette i gas prodotti dalla combustione nell’atmosfera. Il sistema di scarico comprende tipicamente un catalizzatore e, a valle di questo, un silenziatore.

Il sistema di sovralimentazione del motore 1 a combustione interna comprende un turbocompressore provvisto di una turbina, disposta lungo il condotto di scarico 9 per ruotare ad alta velocità sotto l’azione dei gas di scarico espulsi dai cilindri 3, ed un compressore, il quale è disposto lungo il condotto 8 di aspirazione ed è collegato meccanicamente alla turbina per venire trascinato in rotazione dalla turbina stessa così da aumentare la pressione dell’aria presente nel condotto di aspirazione 8.

La descrizione sopra riportata fa riferimento ad un motore 1 a combustione interna sovralimentato mediante un turbocompressore. In alternativa, il metodo della presente invenzione può essere vantaggiosamente applicato in un qualsiasi motore a combustione interna sovralimentato, ad esempio, mediante un compressore dinamico o volumetrico.

Nel motore 1 a combustione interna, qui considerato, viene eseguito un controllo variabile di alzata della valvola di aspirazione, detto anche VVH (Variable Valve Height).

Tale controllo VVH è realizzato mediante un dispositivo VVH o attuatore VVH, di per sé noto (ad esempio, per citare soluzioni ben note all’esperto del settore, di tipo META o di tipo VALVTRONIC). L’attuatore VVH è simbolicamente indicato come blocco col riferimento numerico 50 nella figura 2.

L’attuatore VVH permette di variare in modo continuo la legge di alzata della valvola di aspirazione. Tipicamente, ogni valore possibile di alzata H (che può essere imposto dall’attuatore VVH) implica anche un corrispondente valore dell’anticipo dell’apertura e un corrispondente valore del ritardo della chiusura della valvola di aspirazione.

Come verrà meglio illustrato nel seguito, l’attuatore VVH comprende ad esempio un variatore dell’alzata di valvola di aspirazione che è in grado di modificare la legge di alzata, partendo dal profilo ad alzata massima e determinando un diverso profilo, con alzata H ed ampiezza ridotte, ossia ritardando l’apertura e anticipando la chiusura della valvola di aspirazione. Tipicamente il variatore dell’alzata valvola agisce mediante specifiche caratteristiche meccanico/geometriche, e presenta un grado di libertà γ, corrispondente a una posizione del variatore/attuatore, che è in corrispondenza biunivoca con l’alzata H(γ).

Il motore 1 a combustione interna è controllato da una centralina elettronica di controllo 10, che sovrintende al funzionamento di tutte le componenti del motore 1. In particolare, la centralina elettronica di controllo 10 è collegata a una pluralità di sensori, ad esempio: sensori che misurano temperatura e pressione lungo il condotto di aspirazione 8 a monte del compressore; sensori che misurano temperatura e pressione lungo il condotto di aspirazione 8 a monte della valvola a farfalla 12; sensori che misurano la temperatura T e la pressione P della miscela di gas presente nel collettore di aspirazione 4.

Inoltre, la centralina elettronica di controllo 10 può essere collegata ad un sensore che misura la posizione angolare dell’albero motore 11, e quindi la velocità di rotazione n del motore (cioè, ad esempio, il numero di giri al minuto rpm del motore).

Inoltre, la centralina elettronica di controllo 10 può essere collegata ad un sensore che misura il rapporto aria/combustibile dei gas di scarico a monte del catalizzatore (ad esempio, una sonda lineare ad ossigeno di tipo UHEGO o UEGO, di per sé nota e non descritta qui in dettaglio) e ad un sensore che misura la fase della valvola di aspirazione e/o la fase della valvola di scarico.

Alcuni dei suddetti sensori sono indicati schematicamente come circoletti scuri, in figura 2, ciascuno denominato come la variabile che è in grado di rilevare.

Nella centralina elettronica di controllo 10 viene memorizzato il suddetto “modello di riempimento” o modello di calcolo, mediante il quale determinare tra l’altro la massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro 2 (per ciascun ciclo) e la massa MTOT di aria aspirata dal motore 1 a combustione interna.

Si osservi che, come evidente da quanto sopra illustrato, la centralina elettronica di controllo 10 è operativamente collegata con tutti gli attuatori (ad esempio, ai blocchi indicati in figura 2 con i riferimenti 50, 51, 52) e con tutti i sensori (ad esempio, ai blocchi indicati in figura 2 con i riferimenti P, T, VVti, VVte, H, TEXH, PEXH) di tutti i cilindri del motore. Tali ovvi collegamenti non sono raffigurati nelle figure 1 e 2, che privilegiano la chiarezza di illustrazione di altri aspetti.

Con riferimento alle figure 1-7, viene ora descritto un metodo per determinare la massa mdi aria intrappolata in ciascun cilindro 2 di un motore 1 a combustione interna comprendente un certo numero di cilindri 2. Ciascuno dei cilindri 2 è collegato ad un collettore di aspirazione 4, da cui riceve aria fresca tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione 5, e ad un collettore di scarico 6 in cui immette i gas di scarico prodotti dalla combustione tramite almeno una rispettiva valvola di scarico 7. L’almeno una valvola di aspirazione 5 è pilotata in modo variare in maniera controllata l’alzata Hdella valvola di aspirazione 5.

Il metodo comprende innanzi tutto la fase di determinare, sulla base di un modello di riempimento utilizzante grandezze fisiche misurate e/o stimate, un valore per ciascuna grandezza di un primo gruppo di grandezze di riferimento.

Tale primo gruppo di grandezze di riferimento comprende: pressione di aspirazione P misurata all’interno del collettore di aspirazione 4; velocità di rotazione del motore n; massa di gas prodotti dalla combustione (OFF) nel ciclo di lavoro precedente e presenti all’interno del cilindro 2, stimata in funzione della suddetta alzata H; angolo di ritardo di chiusura IVC della valvola di aspirazione, dipendente dalla suddetta alzata H.

Il metodo prevede quindi la fase di determinare, sulla base del suddetto modello di riempimento, il volume effettivo interno V di ciascun cilindro 2 in funzione della suddetta velocità di rotazione del motore n, della suddetta alzata H della valvola di aspirazione e del suddetto angolo di ritardo di chiusura della valvola di aspirazione IVC.

Il metodo prevede infine di determinare la massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro 2 in funzione del primo gruppo di grandezze di riferimento e del volume effettivo interno V di ciascun cilindro 2, attraverso la seguente relazione:

m= (P * V) – OFF [1] Secondo un’opzione implementativa preferita, il suddetto “modello di riempimento” o modello di calcolo, che consente di determinare tra l’altro la massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro 2 (per ciascun ciclo) viene memorizzato nella centralina elettronica di controllo 10.

In accordo con una forma di realizzazione (illustrata nel diagramma della figura 3), il metodo comprende inoltre la fase di pilotare la valvola di aspirazione 5 mediante un variatore di alzata di valvola di aspirazione 50, variando in maniera controllata la legge di alzata di valvola di aspirazione, in maniera da definire secondo un solo grado di libertà γsia l’alzata H sia l’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione IVOsia l’angolo di ritardo chiusura valvola di aspirazione IVC.

Secondo un’opzione implementativa di tale forma di realizzazione, la suddetta fase di pilotare comprende determinare l’angolo di anticipo apertura di valvola di aspirazione IVOmediante la relazione:

IVO(H) = IVOhmax - Δivo(H) [2] dove IVOhmax è l’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione corrispondente all’alzata massima (indicata come Hmax in figura 3), e Δivo(H) è una variazione di angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione dipendente dall’alzata comandata H.

Inoltre, la suddetta fase di pilotare comprende determinare l’angolo di ritardo chiusura di valvola di aspirazione IVC mediante la relazione

IVC(H) = IVChmax - Δivc(H) [3] dove IVChmax è l’angolo di ritardo chiusura valvola di aspirazione corrispondente all’alzata massima Hmax, e Δivc(H) è una variazione di angolo di ritardo valvola di aspirazione dipendente dall’alzata comandata H.

Le suddette grandezze dipendenti dall’alzata H (IVO(H), IVC(H), Δivo(H), Δivc(H)) dipendono anche dal suddetto grado di libertà γ, dal momento che, come sopra osservato, Hdipende da γ.

In figura 3, i riferimenti “bdc” e “tdc” indicano rispettivamente il punto morto inferiore e il punto morto superiore.

Secondo un’opzione implementativa, il grado di libertà γè legato ad una posizione dell’attuatore VVH.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo si applica ad un motore 1 a combustione interna nel quale viene effettuato anche un controllo di fasatura delle valvole variabile nel tempo (VVT: Variable Valve Timing). Quindi, questa forma di realizzazione opera in presenza di entrambi i controlli VVHe VVT.

In tal caso, la valvola di aspirazione 5 e/o la valvola di scarico 7 sono pilotate con un dispositivo VVT, ovvero un attuatore VVT, ovvero un variatore di fase VVT, che, ad esempio, agisce idraulicamente sull’albero che aziona le valvole di aspirazione 5 e/o le valvole di scarico 7, modificandone la fasatura rispetto ad un albero motore.

In particolare, secondo la forma di realizzazione del metodo qui considerata, l’almeno una valvola di aspirazione 5 è inoltre pilotata in modo variare in maniera controllata lo scalettamento di valvola di aspirazione VVTi, e/o l’almeno una valvola di scarico 7 è pilotata in modo variare in maniera controllata lo scalettamento di valvola di scarico VVTe.

La fase di determinare un valore per un primo gruppo di grandezze di riferimento comprende determinare l’angolo di ritardo di chiusura della valvola di aspirazione IVC sulla base sia della alzata H della valvola di aspirazione sia dello scalettamento della valvola di aspirazione VVTi.

Con la definizione “scalettamento (o angolo di scalettamento) di valvola di aspirazione VVTi” si intende in questa descrizione indicare un’ampiezza angolare di uno scostamento, pari alla variazione di posizione angolare dell’attuatore VVTi di aspirazione riferita all’angolo motore (di manovella), rispetto ai valori di riferimento della valvola di aspirazione cui corrisponde VVTi nullo.

Analogamente, con la definizione “scalettamento (o angolo di scalettamento) di valvola di scarico VVTe” si intende in questa descrizione indicare un’ampiezza angolare di uno scostamento pari alla variazione di posizione angolare dell’attuatore VVTe di scarico riferita all’angolo motore (di manovella), rispetto ai valori di riferimento della valvola di scarico cui corrisponde VVTe nullo.

Come sopra osservato, lo scalettamento si riferisce dunque ad una variazione di posizione dell’attuatore VVT.

Secondo un’opzione implementativa di questa forma di realizzazione, il metodo comprende inoltre le fasi di pilotare la valvola di aspirazione 5 mediante un variatore di fase di valvola di aspirazione 51 variando in maniera controllata lo scalettamento di valvola di aspirazione VVTi, in modo che sia l’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione IVO sia l’angolo di ritardo chiusura valvola di aspirazione IVC dipendano non solo dall’alzata H ma anche dallo scalettamento di valvola di aspirazione VVTi; e pilotare la valvola di scarico 7 mediante un variatore di fase di valvola di scarico 71 variando in maniera controllata lo scalettamento di valvola di scarico VVTe, in modo che sia l’angolo di anticipo apertura valvola di scarico EVO sia l’angolo di ritardo chiusura valvola di scarico EVC dipendano dallo scalettamento di valvola di scarico VVTe.

Più in particolare, la fase di pilotare comprende determinare l’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione IVO mediante la relazione:

IVO(H) = IVOref - Δivo(H) – VVTi [4] dove IVOref è un valore di riferimento dell’angolo di anticipo apertura della valvola di aspirazione in assenza di variazione di fasatura, VVTi è l’angolo di scalettamento del variatore di fase di valvola di aspirazione 51 rispetto ad una rispettiva posizione di riferimento corrispondente al suddetto valore di riferimento IVOref.

La fase di pilotare comprende inoltre determinare l’angolo di ritardo chiusura valvola di aspirazione IVC mediante la relazione:

IVC(H) = IVCref - Δivc(H) VVTi [5] dove IVCref è un valore di riferimento dell’angolo di ritardo chiusura della valvola di aspirazione in assenza di variazione di fasatura.

La fase di pilotare comprende inoltre determinare l’angolo di anticipo apertura valvola di scarico EVO mediante la relazione

EVO= EVOref – VVTe [6] dove EVOref è un valore di riferimento dell’angolo di anticipo apertura valvola di scarico in assenza di variazione di fasatura, e VVTe è l’angolo di scalettamento del variatore di fase di valvola di scarico 71 rispetto ad una rispettiva posizione di riferimento rappresentata dal suddetto valore di riferimento EVOref.

La fase di pilotare comprende inoltre determinare l’angolo di ritardo chiusura valvola di scarico EVC mediante la relazione

EVC = EVCref VVTe [7] dove EVCref è un valore di riferimento dell’angolo di ritardo chiusura valvola di scarico in assenza di variazione di fasatura.

Poiché il controllo VVT varia la fasatura delle valvole di aspirazione 5 e del loro incrocio con le valvole di scarico 7 (la fase di incrocio è la fase in cui valvola di aspirazione 5 e valvola di scarico 7 sono aperte contemporaneamente), il modello di riempimento comprende anche la conoscenza dei parametri sopra menzionati. Tali parametri (illustrati in figura 4 rispetto al punto morto superiore tdc e al punto morto inferiore bdc) vengono ancora qui di seguito sintetizzati:

IVC<ref >angolo di riferimento di chiusura della valvola 5 di aspirazione;

IVOref angolo di riferimento di apertura della valvola 5 di aspirazione;

EVC<ref >angolo di riferimento di chiusura della valvola 7 di scarico;

EVO<ref >angolo di riferimento di apertura della valvola 7 di scarico;

IVC angolo di ritardo di chiusura della valvola 5 di aspirazione;

IVO angolo di anticipo di apertura della valvola 5 di aspirazione;

EVC angolo di ritardo di chiusura della valvola 7 di scarico;

EVO angolo di anticipo di apertura della valvola 7 di scarico.

Come già osservato, gli angoli di scalettamento VVTi e VVTe possono anche essere definiti come:

VVTi: ampiezza angolare dello scostamento di apertura oppure chiusura, rispetto ai valori di riferimento, della valvola di aspirazione 5, pari allo variazione di fase dell’attuatore VVT di aspirazione;

VVTe: ampiezza angolare dello scostamento di apertura oppure chiusura, rispetto ai valori di riferimento, della valvola di scarico 7, pari allo variazione di fase dell’attuatore VVT di scarico.

L’azione combinata dei controlli VVT e VVH, ed i relativi parametri, sono illustrati in figura 5.

Considerando ora la fase di determinare il volume interno effettivo V del cilindro 2, si deve osservare che tale volume V è geometricamente variabile in funzione dell’angolo IVC di ritardo di chiusura della rispettiva valvola di aspirazione: V=f(IVC). Infatti, il volume interno effettivo V del cilindro 2 è dato dalla somma del volume V<CC >della camera di combustione del cilindro 3 e del volume V<c >spazzato dal rispettivo pistone 3 fino alla chiusura della rispettiva valvola 5 di aspirazione (cioè dell’angolo di rotazione della manovella rispetto al punto PMS morto superiore).

La legge cinematica usata per calcolare il volume interno effettivo V del cilindro 2 in corrispondenza dell’angolo di manovella α viene qui di seguito riportata, senza fornire ulteriori dettagli (dal momento che essa è ben nota in letteratura): V(α) = VCC VC(α), cioè, esplicitando VC(α):

V(α)= V<CC>+ S*r* [(1+1/λ)*(1-(δ/(1+λ)<2>)<1/2 >– cosα -- 1/λ*(1-(λ*senα-δ)<2>)<1/2>] [8] dove V è il volume interno effettivo del cilindro; V<CC >è il volume della camera di combustione del cilindro; α è l’angolo di rotazione della manovella rispetto al punto morto superiore PMS; r è il raggio di manovella; L è la lunghezza della biella; S è la superficie del pistone; d è il disassamento fra l’asse del cilindro e l’asse di rotazione dell’albero motore; λ indica il rapporto r/L; δ indica il rapporto d/L.

In generale, il volume da utilizzare per il calcolo del riempimento del cilindro è funzione di: angolo di ritardo chiusura valvola di aspirazione IVC, alzata valvola di aspirazione H, velocità di rotazione motore n, pressione di aspirazione P.

La Richiedente, sulla base di esperimenti e calcoli, ha identificato le seguenti modalità per esprimere la suddetta dipendenza (sopra definita in modo del tutto generale, e poco utile operativamente) in modo più efficace, tale da costituire una buona approssimazione e da consentire una più semplice calibrazione del modello.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, la fase di determinare il volume effettivo V interno di ciascun cilindro comprende calcolare il volume effettivo V interno di ciascun cilindro 2 mediante una prima mappa fv(IVC,n), una seconda mappa fh(H,n) e una terza mappa fp(P,n).

La prima mappa fv(IVC,n) è funzione dell’angolo IVC di ritardo di chiusura di valvola di aspirazione e della velocità di rotazione del motore n.

La seconda mappa fh(H,n) è funzione dell’alzata di valvola di aspirazione H e della velocità di rotazione del motore n.

La terza mappa fp(P,n) è funzione della pressione di aspirazione P e della velocità di rotazione del motore n.

Secondo una più specifica opzione implementativa, il volume effettivo interno V di ciascun cilindro 2 è calcolato mediante la relazione:

V = fv(IVC, n) * fh(H,n) * fp(P,n) [9] Viene ora considerato un ulteriore possibile affinamento del calcolo della massa d’aria intrappolata nel cilindro, che tiene conto anche di parametri di temperatura.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, il suddetto primo gruppo di grandezze di riferimento comprende inoltre la temperatura T rilevata all’interno del collettore 4 di aspirazione e la temperatura TH2O del fluido refrigerante del motore.

La fase di determinare la massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro 2 comprende calcolare la massa mdi aria intrappolata in ciascun cilindro 2 in funzione del primo gruppo di grandezze di riferimento e del volume V effettivo interno di ciascun cilindro 2 attraverso la relazione:

m= [(P * V) – OFF] * f<1>(T, P) * f<2>(T<H2O>, P) [10] dove f<1 >(T, P) e f<2>(T<H2O>, P) sono funzioni note appartenenti al suddetto modello di riempimento.

La suddetta forma di realizzazione si basa sulle seguenti considerazioni. Il modello di riempimento parte dalla ben nota legge dei gas perfetti, da cui si ricava:

m= (P * V) / (R * T) [11] dove P è la media della pressione misurata per il ciclo motore all’interno del collettore di aspirazione; T è la temperatura all’interno del collettore di aspirazione 4 del mix di aria fresca e/o gas di scarico; R costante dei gas, pari a 287 [J/kg*K] per i gas perfetti; V è il volume interno del cilindro quando le rispettive valvole di aspirazione 5 e di scarico 7 sono chiuse.

La legge [11] dei gas perfetti è stata adattata sperimentalmente per il modello di riempimento incorporando la costante R del mix di aria fresca e/o gas di scarico in modo che la massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro 2 per ogni ciclo, sia espressa come: m= P * V * f<1>(T, P) * f<2>(T<H2O>, P), dove T<H2O>è la temperatura del motore 1, ovvero la temperatura del liquido di raffreddamento del motore 1.

Poi, la legge dei gas perfetti viene ulteriormente adattata sperimentalmente, per il modello di riempimento, in modo che il calcolo della massa mdi aria intrappolata in ciascun cilindro 2 per ogni ciclo tenga conto dei gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente e presenti all’interno del cilindro (perché non fuoriusciti dal cilindro 3 stesso, o perché riaspirati all’interno del cilindro), ottenendo così la suddetta formula [10], dove OFF è una variabile (massa) che tiene conto dei gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente e presenti all’interno del cilindro 2.

Per calibrare il modello di riempimento, si effettuano esperimenti in corrispondenza di valori di riferimento delle temperature T e TH2O. Ad esempio, la temperatura di riferimento T può essere scelta pari a 40<°>C, la temperatura T<H2O>può essere scelta pari a 90<°>C. A tali temperature di riferimento (usate per la calibrazione) le suddette funzioni f<1 e >f<2 >assumono un valore pari a 1.

Verranno nel seguito descritte forme di realizzazione del metodo applicabili a motori in grado di operare in condizioni di ricircolo interno di gas di scarico (EGRi) e/o in condizioni di “lavaggio” (in inglese “scavenging”). Tali condizioni operative sono note, così come sono noti i dispositivi e le caratteristiche (non ulteriormente descritti qui) che consentono ad un motore a combustione interna di operare nelle suddette condizioni.

Si deve considerare che, all’inizio della fase di aspirazione di qualsiasi ciclo motore, all’interno del cilindro 2 sono presenti anche i gas residui della combustione del ciclo motore precedente.

Geometricamente, il volume occupato dai gas residui della combustione del ciclo motore precedente, ovvero “volume morto”, può essere espresso attraverso la somma del volume geometrico nominale della camera di combustione del cilindro e di un volume VCspazzato dal rispettivo pistone all’interno del cilindro.

Tale “volume morto” è una sorta di “volume effettivo di camera di combustione”, e verrà chiamato nel seguito, per semplicità, “volume di camera di combustione Vcc”. Da un punto di vista geometrico, tale volume può essere correlato all’angolo di rotazione della manovella α mediante la suddetta formula [8].

Il volume V<C>spazzato dal pistone 3 all’interno del cilindro 2 è variabile, a seconda di possibili diverse condizioni operative, il che può essere descritto mediante un parametro TVC, che verrà meglio illustrato in seguito.

In particolare, secondo diverse possibili varianti, il volume VC spazzato dal pistone all’interno del cilindro corrisponde:

- al volume spazzato dal pistone fino all’istante di chiusura della valvola di scarico 7, nel caso in cui la valvola di aspirazione 5 si apra successivamente alla chiusura della valvola di scarico 7; oppure - al volume spazzato dal pistone fino all’istante di apertura della valvola di aspirazione 5, nel caso in cui la valvola di scarico 7 si chiuda successivamente all’apertura della valvola di aspirazione 5; oppure

- al volume spazzato dal pistone fino al punto morto superiore PMS, nel caso in cui l’istante di apertura della valvola di aspirazione 5 preceda il punto morto superiore PMS; in tal caso, il volume VCspazzato dal pistone all’interno del cilindro è nullo, e il volume interno effettivo V del cilindro corrisponde esattamente al volume V<CC>della camera di combustione del cilindro.

A fronte dei suddetti possibili casi, il parametro TVC può corrispondere alternativamente a diversi valori (diversi angoli), come verrà descritto nel seguito.

In accordo con una forma di realizzazione, applicabile al caso in cui il motore 1 operi in condizione di ricircolo interno dei gas di scarico EGRi, il metodo comprende l’ulteriore fase di calcolare il volume della camera di combustione Vcc (ovvero il volume Vcc occupato dai gas residui della combustione del ciclo motore precedente) del cilindro 2 sulla base di una quarta mappa fe(TVC, n) funzione di un primo parametro TVC e della velocità di rotazione del motore n, di una quinta mappa g<e>(OVL, n) funzione di un secondo parametro OVL e della velocità di rotazione del motore n, e di una sesta mappa h<e>(H, n) funzione dell’alzata H e della velocità di rotazione del motore n.

Il suddetto primo parametro TVC è alternativamente uguale all’angolo EVC di ritardo di chiusura della valvola di scarico 7, oppure al massimo fra zero ed il valore minimo fra l’angolo EVC di ritardo di chiusura della valvola di scarico 7 e il valore dell’angolo IVOdi anticipo di apertura della valvola di aspirazione 5 moltiplicato per -1.

Il suddetto secondo parametro OVL è rappresentativo della durata della fase di incrocio tra le curve di aspirazione e scarico (in cui le valvole di aspirazione e scarico sono aperte contemporaneamente), ed è definito come la somma dell’angolo di ritardo chiusura valvola di scarico EVC e dell’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione IVO.

Il parametro OVL è indicato nel diagramma della figura 6.

Secondo una più specifica opzione implementativa, il suddetto volume della camera di combustione Vcc è calcolato mediante la formula:

Vcc = f<e>(TVC, n) * g<e>(OVL, n) * h<e>(H, n) [12] dove f<e>, g<e>, h<e >sono funzioni note appartenenti al suddetto modello di riempimento.

In accordo con un’altra forma di realizzazione, applicabile al caso in cui il motore 1 sia configurato per operare in una condizione di lavaggio (in inglese “scavenging” SCAV), in cui la pressione di aspirazione è maggiore della pressione di scarico, determinando aspirazione di aria fresca che porta via i gas di scarico residui presenti nella camera di combustione, il metodo comprende l’ulteriore fase di calcolare il volume della camera di combustione Vcc del cilindro 2 sulla base di una quarta mappa fs(TVC,n) funzione di un primo parametro TVC e della velocità di rotazione del motore n, di una quinta mappa gs(OVL,n) funzione di un secondo parametro OVL e della velocità di rotazione del motore n, e di una sesta mappa hs(H,n) funzione dell’alzata H e della velocità di rotazione del motore n.

In tal caso, il suddetto primo parametro TVC è alternativamente uguale all’angolo EVC di ritardo di chiusura della valvola di scarico 7, oppure al massimo fra zero ed il valore minimo fra l’angolo EVC di ritardo di chiusura della valvola di scarico 7 e il valore dell’angolo IVO di anticipo di apertura della valvola di aspirazione 5 moltiplicato per -1.

In tal caso, il suddetto secondo parametro OVL è rappresentativo della durata della fase di incrocio tra le curve di aspirazione e scarico, ed è definito come la somma dell’angolo di ritardo chiusura valvola di scarico EVC e dell’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione IVO, cioè OVL = EVC IVO.

Vcc= fs(TVC, n) * gs(OVL, n) * hs(H, n) [13] dove fs, gs, hs sono funzioni note appartenenti al suddetto modello di riempimento.

In accordo con un’ulteriore forma di realizzazione, il metodo prevede l’ulteriore fase di calcolare la massa del flusso gassoso MOVL che fluisce attraverso la fase di incrocio (cioè attraverso la valvola 5 di aspirazione e la valvola 7 di scarico, in caso di ricircolo interno di gas esausti EGRi o di lavaggio SCAV), sulla base della seguente relazione:

MOVL = PERM* β(P/P0,n) * P0/P0_REF* (T0_REF/T0)<1/2>/n [14] dove PERM è la permeabilità idraulica dell’incrocio; n è la velocità di rotazione del motore; P0_REFè una pressione di riferimento a monte della sezione di passaggio o incrocio; T0_REF è una temperatura di riferimento a monte della sezione di passaggio o incrocio; T0 è la temperatura misurata a monte della sezione di passaggio o incrocio.

β(P/P0,n) è un fattore di compressione di un flusso attraverso un orifizio, dipendente dal rapporto tre le pressioni a valle e a monte dell’orifizio e dalla velocità del motore n; nel caso isoentropico sarebbe la nota funzione del solo del rapporto fra le pressioni valle e monte P/Po.

P0 è la pressione di scarico e P è la pressione di aspirazione, in una condizione di ricircolo interno di gas esausti.

Alternativamente, in una condizione di lavaggio, P0 è la pressione di aspirazione e P è la pressione di scarico.

Secondo una più specifica opzione implementativa, la suddetta permeabilità idraulica dell’incrocio PERM è calcolata mediante la seguente relazione:

PERM= A(OVL,n) * fo(H,n) * G(g,n) [15]

A(OVL,n) è una prima funzione dipendente dalla velocità del motore n e dalla durata della fase di incrocio OVL in cui la valvola di aspirazione 5 e la valvola di scarico 7 sono aperte contemporaneamente.

fo(H,n) è una seconda funzione dipendente dall’alzata He dalla velocità del motore n.

G (g,n) è una terza funzione, rappresentativa del baricentro della regione di incrocio (cioè della fase di incrocio fra ciascuna valvola di aspirazione 5 e la rispettiva valvola di scarico 7), dipendente dalla velocità del motore n e da un parametro geometrico g. Il parametro geometrico g è rappresentativo dello scostamento angolare fra il punto morto superiore PMS e il suddetto baricentro G.

I parametri Ge g sono rappresentati in figura 6. Il disassamento dell’incrocio rispetto al punto morto superiore PMS si può esprimere mediante il parametro g, come:

g= (EVC – IVO)/2.

A titolo puramente illustrativo, viene qui di seguito riportata la legge (nota in letteratura, e quindi non descritta in dettaglio) impiegata per calcolare la portata massica Mattraverso una sezione di un condotto (o attraverso un orifizio) utilizzata per determinare la suddetta massa MOVL:

M= CD* A * P0/(R/T0)<1/2 >* B(P/P0) [16]

dove A è l’area della sezione di passaggio; CD è un coefficiente di efflusso; P è la pressione a valle dalla sezione di passaggio; P<0 >è la pressione in ingresso della sezione di passaggio; T<0 >la temperatura in ingresso alla sezione di condotto; R è la costante dei gas riferita al fluido che scorre nella sezione di condotto; B è una funzione di flusso comprimibile, di per sé nota (illustrata ad esempio in figura 7).

La formula [16] viene adattata sperimentalmente per il modello di riempimento integrandola fra l’istante t1 di inizio della fase di incrocio e l’istante t2 di fine della fase di incrocio, secondo la relazione:

in cui AIS rappresenta l’area isentropica.

Sostituendo la variabile dt con dθ/ω (in cui θ rappresenta l’angolo motore e ωrappresenta la velocità di rotazione motore) si ottiene la seguente relazione:

Infine, supponendo che la velocità ωdi rotazione del motore 1 a combustione interna sia costante durante la fase di incrocio, la precedente relazione può essere semplificata come:

Secondo una forma di realizzazione, applicabile ad una condizione di ricircolo interno di gas esausti EGRi, in cui la pressione di scarico PEXH è maggiore della pressione di aspirazione P, il metodo comprende l’ulteriore fase di calcolare la massa totale di gas presente all’interno del cilindro MEGRi come somma di una massa stimata di gas esausti MEXH_EGR presenti nella camera di combustione in condizioni di ricircolo di gas esausti interni e della suddetta massa stimata massa di flusso gassoso MOVL che fluisce attraverso la fase di incrocio (cioè la massa di flusso gassoso che fluisce dallo scarico alla aspirazione attraverso la valvola di aspirazione 5 e la valvola di scarico 7 e che viene poi riaspirata nel cilindro 2 durante la fase di aspirazione, attraverso la valvola di aspirazione 5), in accordo con la formula:

MEGRi = MOVL + MEXH_EGR [17]

Secondo una particolare opzione implementativa, la massa stimata di gas esausti MEXH_EGR presenti nella camera di combustione in condizioni di ricircolo di gas esausti interni è calcolata mediante la seguente relazione:

MEXH_EGR = (PEXH * Vcc)/(R * TEXH) [18]

dove PEXH è la pressione del flusso di gas rilevata allo scarico; TEXH è la temperatura rilevata del flusso di gas allo scarico; Vcc è il volume stimato o calcolato della camera di combustione del cilindro 2; R è la costante del mix di aria fresca e/o gas di scarico.

In accordo con un’ulteriore forma di realizzazione del metodo, applicabile in una condizione di lavaggio (SCAV), in cui la pressione di scarico PEXH è minore della pressione di aspirazione P, e l’aria fresca proveniente dall’aspirazione durante l’incrocio fluisce direttamente verso lo scarico, portando via i gas di scarico residui presenti nella camera di combustione, il metodo comprende l’ulteriore fase di calcolare la massa totale di aria che fluisce dal collettore di aspirazione al collettore di scarico durante la fase di incrocio MSCAV come la differenza tra la suddetta massa stimata di flusso gassoso MOVL che fluisce attraverso la fase di incrocio e una massa residuale di gas di scarico MEXH_SCAV presenti all’interno della camera di combustione del cilindro 2 e indirizzata direttamente al collettore 6 di scarico attraverso la rispettiva valvola 7 di scarico.

Tale calcolo è effettuato mediante la formula:

MSCAV = MOVL - MEXH_SCAV [19]

Secondo una possibile opzione implementativa, la suddetta massa residuale di gas di scarico MEXH_SCAV è calcolata mediante la seguente relazione:

MEXH_SCAV = [(PEXH * Vcc)/(R * TEXH)] * fSCAV(MOVL, n) [20] dove PEXH è la pressione del flusso di gas rilevata allo scarico; TEXH è la temperatura rilevata del flusso di gas allo scarico; Vcc è il volume stimato o calcolato della camera di combustione del cilindro 2; R è la costante del mix di aria fresca e/o gas di scarico.

fSCAV(MOVL, n) è un fattore moltiplicativo, funzione della massa di flusso gassoso MOVL che fluisce attraverso la fase di incrocio e della velocità del motore n.

Secondo un’altra possibile opzione implementativa, la suddetta massa residuale di gas di scarico M<EXH_SCAV >è calcolata mediante la seguente relazione:

MEXH_SCAV = MOVL * fSCAV(MOVL, n) * g2(g,n) [21] dove MOVL è la massa di flusso gassoso che fluisce attraverso la fase di incrocio; fSCAV(MOVL, n) è un fattore moltiplicativo, funzione della massa di flusso gassoso MOVL che fluisce attraverso la fase di incrocio e della velocità del motore n; g2(g,n) è una funzione della posizione del baricentro Gdella fase di incrocio e della velocità del motore n.

Vengono ora descritte forme di realizzazione del metodo che specificano più in dettaglio come determinare la già citata variabile OFF che rappresenta la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente presenti all’interno del cilindro 3 (perché non fuoriusciti dal cilindro 3 oppure perché riaspirati all’interno del cilindro 3).

Il modello di riempimento è predisposto per determinare la variabile OFF, che varia a seconda delle condizioni di lavoro, in particolare in funzione del rapporto fra la pressione nel collettore di aspirazione 4 e la pressione nel collettore di scarico 6.

Nel caso in cui la pressione nel collettore di scarico 6 è maggiore della pressione nel collettore di aspirazione 4 (modalità “EGR interno”), la variabile OFF corrisponde alla massa MEGRi totale di “EGR interno” espressa sulla base della sopra illustrata formula [17].

Nel caso in cui la pressione nel collettore di aspirazione 4 sia maggiore della pressione nel collettore di scarico 6 (modalità “lavaggio”), la variabile OFF viene invece espressa attraverso la seguente formula [22] (che comprende variabili il cui significato è già stato sopra spiegato):

OFF = (P<EXH>* V<CC>)/(R * T<EXH>) - M<EXH_SCAV >[22]

In tal caso, infatti, i gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente e presenti all’interno del cilindro 2 (perché non fuoriusciti) vengono almeno parzialmente indirizzati direttamente al collettore di scarico 6 durante la fase di incrocio attraverso la rispettiva valvola di scarico 7. Il valore assunto dalla variabile OFF è positivo oppure nullo; se l’intera portata di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente e presenti all’interno del cilindro 3 viene indirizzata direttamente al collettore di scarico 6 durante la fase di incrocio attraverso la valvola di scarico 7, la centralina elettronica di controllo 10 è configurata per saturare la variabile OFF al valore nullo.

Se la variabile OFF assume valore negativo, ad esempio per effetti dinamici e di raffreddamento della camera di combustione del cilindro 3, la centralina elettronica di controllo 10 può essere configurata per saturare la variabile OFF ad un valore negativo.

Si noti che il modello sopra descritto è stato implementato in una centralina e sperimentalmente validato con risultati soddisfacenti, cioè con una precisione di stima al di sotto del 3% di errore assoluto, paragonato alla misura della massa di aria al banco motore.

In altri termini, in accordo con una forma di realizzazione del metodo, la fase di determinare la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente OFF presenti all’interno del cilindro 2 prevede innanzi tutto di riconoscere se la pressione del flusso di gas allo scarico PEXH nel collettore di scarico 6 è maggiore o minore della pressione del flusso di gas in aspirazione (P) nel collettore di aspirazione 4.

Nel caso in cui la pressione nel collettore di scarico PEXH sia maggiore della pressione nel collettore di aspirazione P, sono previsti i passi di: determinare, sulla base del modello di riempimento, un valore, misurato o stimato, per ciascuna di un secondo gruppo di grandezze di riferimento comprendente pressione del flusso di gas allo scarico P<EXH>, temperatura del flusso di gas allo scarico T<EXH>, volume della camera di combustione del cilindro Vcc, e massa che fluisce dallo scarico alla aspirazione M<OVL >attraverso la valvola di aspirazione 5 e la valvola di scarico 7 e che viene poi riaspirata nel cilindro 2, durante la fase di aspirazione, attraverso la valvola di aspirazione 5; quindi, calcolare la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente OFF e presenti all’interno del cilindro 2 in funzione del suddetto secondo gruppo di grandezze di riferimento.

Nel caso in cui la pressione nel collettore di scarico PEXH sia minore della pressione nel collettore di aspirazione P, sono previsti i passi di: determinare, sulla base del modello di riempimento, un valore, misurato o stimato, per ciascuna di un secondo gruppo di grandezze di riferimento comprendente pressione del flusso di gas allo scarico PEXH, temperatura del flusso di gas allo scarico TEXH, volume della camera di combustione del cilindro Vcc, e massa residuale di gas di scarico MEXH_SCAV presenti all’interno della camera di combustione del cilindro 2 e indirizzata direttamente al collettore di scarico 6 attraverso la rispettiva valvola di scarico 7; quindi, calcolare la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente OFF e presenti all’interno del cilindro 2 in funzione del suddetto secondo gruppo di grandezze di riferimento.

Secondo un’opzione implementativa, se la pressione nel collettore di scarico P<EXH >è maggiore della pressione nel collettore di aspirazione P, la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente OFF e presenti all’interno del cilindro 2 è calcolata mediante la seguente relazione:

OFF = MOVL + (PEXH * Vcc)/(R * TEXH) [23]

dove R è la costante del mix di aria fresca e/o gas di scarico.

Secondo un’opzione implementativa, la grandezza MOVL viene calcolata mediante la formula [14], tenendo conto della formula [15], già sopra riportate.

In accordo con un altro esempio realizzativo, se la pressione nel collettore di scarico PEXH è minore della pressione nel collettore di aspirazione P, la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente OFF e presenti all’interno del cilindro 2 è calcolata mediante la già citata relazione [22]:

OFF = (PEXH * Vcc)/(R * TEXH) - MEXH_SCAV

dove R è la costante del mix di aria fresca e/o gas di scarico.

Secondo un’opzione implementativa, la grandezza MEXH_SCAV viene calcolata mediante la formula [20] o la formula [21], già sopra riportate.

In accordo con un’ulteriore forma di realizzazione del metodo, la stima della massa d’aria intrappolata nel cilindro viene raffinata tenendo conto di fattori correttivi empirici.

In particolare, secondo tale forma di realizzazione, la massa mdi aria intrappolata in ciascun cilindro 2 è calcolata in funzione di un numero di coefficienti (K1, K2) moltiplicativi che tengono conto dell’angolo di scalettamento VVTi della valvola di aspirazione 5, dell’angolo di scalettamento VVTe della valvola di scarico 7 e della velocità n di rotazione del motore 1 a combustione interna.

Secondo un’opzione implementativa, la massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro 2 è calcolata in funzione di un primo coefficiente moltiplicativo K1 che tiene conto dell’angolo di scalettamento di valvola di aspirazione VVti e dell’angolo di scalettamento di valvola di scarico VVte, e in funzione di un secondo coefficiente moltiplicativo K2 che tiene conto della velocità n di rotazione del motore a combustione interna e dell’angolo di scalettamento di valvola di scarico VVte.

In accordo con un esempio specifico di implementazione, la massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro 2 è calcolata mediante la seguente relazione [24]:

m= [(P * V) – OFF] * KT * K1(VVTi,VVTe) * K2(VVTe,n) dove KT è un terzo coefficiente dipendente dalla la temperatura T rilevata all’interno del collettore 4 di aspirazione e la temperatura T<H2O >del fluido refrigerante del motore.

Secondo un’opzione implementativa, facendo riferimento alle già citate funzioni f1 e f2, il coefficiente KT viene calcolato secondo la formula:

KT = f1(T, P) * f2(TH2O, P) [25] Verrà ora descritta una forma di realizzazione del metodo, applicabile in un motore 1 a combustione interna comprendente un circuito di ricircolo esterno dei gas esausti EGRe avente portata massica nota, corrispondente ad una massa ricircolata ad opera del circuito esterno MEGRe per ciascun cilindro per ciclo.

In accordo con tale forma di realizzazione, la fase di calcolare la massa mdi aria intrappolata in ciascun cilindro 2 comprende calcolare la massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro 2 mediante la formula: m= (P * V - OFF) * f1(T, P) * f2(TH2O,P) - MEGRe [26] Secondo un’opzione implementativa, la fase di calcolare la massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro 2 comprende calcolare la massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro 2 mediante la seguente formula [27]: m= [(P*V) – OFF] * KT* K1(VVTi,VVTe) * K2(VVTe,n) - MEGRe In accordo con un’opzione implementativa, nel caso in cui sia nota la portata massica ṀEGR di EGR esterno e sia noto il numero totale dei cilindri che aspirano Ncyl, la massa MEGRe di EGR esterno aspirata da ciascun cilindro per ciclo si puòricavare dalla relazione:

ṀEGR = (MEGRe * Ncyl * n) / 2 ottenendo quindi la relazione:

MEGRe = 2 ṀEGR / (Ncyl * n)

Verrà ora descritta una forma di realizzazione del metodo, applicabile in una situazione in cui si verifica una condizione di lavaggio, e in cui, inoltre, il motore 1 a combustione interna comprende un circuito di ricircolo esterno dei gas esausti EGRe avente portata massica nota, corrispondente ad una massa ricircolata ad opera del circuito esterno MEGRe per ciascun cilindro per ciclo.

In tale forma di realizzazione, il metodo comprende l’ulteriore fase di calcolare il rapporto REGR tra la suddetta massa ricircolata ad opera del circuito esterno MEGRe per cilindro per ciclo e la massa totale MTOT aspirata dal motore per cilindro per ciclo, cioè la massa totale della miscela di gas che scorre nel condotto di aspirazione 6 del cilindro 2. Quindi, REGR = MEGRe/MTOT.

Inoltre, la fase di calcolare la massa di aria che fluisce dal collettore di aspirazione al collettore di scarico durante la fase di incrocio MSCAV comprende calcolare la massa totale di gas presente all’interno del cilindro MSCAV mediante la seguente relazione:

MSCAV = (MOVL - MEXH_SCAV) * (1 – REGR) [28]

Verrà ora descritta una forma di realizzazione del metodo, applicabile in una situazione in cui si verifica una condizione di lavaggio, ed inoltre in cui il motore 1 a combustione interna comprende un circuito di ricircolo esterno dei gas esausti EGRe avente portata massica nota, corrispondente ad una massa ricircolata ad opera del circuito esterno MEGRe per ciascun cilindro per ciclo.

In tale forma di realizzazione, il metodo comprende l’ulteriore fase di calcolare il rapporto REGR tra la suddetta massa ricircolata ad opera del circuito esterno MEGRe per cilindro per ciclo e la massa totale MTOT aspirata dal motore per cilindro per ciclo, cioè la massa totale della miscela di gas che scorre nel condotto di aspirazione 6 del cilindro 2.

Inoltre, la fase di calcolare la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente OFF e presenti all’interno del cilindro 2 è calcolata mediante la seguente relazione [29]:

OFF = (PEXH * Vcc)/(R * TEXH) - [MEXH_SCAV * (1 – REGR)] In accordo con una forma di realizzazione del metodo, la suddetta relazione tra massa intrappolata nel cilindro 2 e pressione di aspirazione P presente nel condotto di aspirazione 4 è espressa mediante la seguente formula [30]:

m= [(P * fv(IVC, n) * fh(H,n) * fp(P,n)) – OFF] * KT *

K1(VVTi,VVTe) * K2(VVTe,n)

In accordo con diverse possibili forme di realizzazione del metodo, la pressione di aspirazione P e/o l’alzata H di valvola di aspirazione e/o l’angolo di scalettamento di valvola di aspirazione VVTi e/o l’angolo di scalettamento di valvola di scarico VVTe e/o la temperatura T all’interno del collettore di aspirazione 4 e/o la temperatura TH2O del fluido refrigerante del motore e/o la pressione di scarico PEXH all’interno del collettore di scarico 6 e/o la temperatura rilevata del flusso di gas allo scarico TEXH sono rilevate mediante rispettivi sensori collocati in rispettive posizioni.

In accordo con diverse possibili forme di realizzazione del metodo, i suddetti coefficienti o mappe o funzioni fv(IVC,n) e/o fh(H,n) e/o fp(P,n) e/o f1(T,P) e/o f2(TH2O,P) e/o fe(TVC,n), e/o ge(OVL,n) e/o he(OVL,n) e/o f<s>(TVC,n), e/o g<s>(OVL,n) e/o h<s>(OVL,n) e/o β(P/P0,n) e/o A(OVL,n) e/o fo(H,n) e/o G(g,n) e/o fSCAV(MOVL, n) e/o g2(g,n) e/o K<1 >e/o K<2, >e/o KT, sono determinati mediante relazioni teoriche note o ricavati mediante fasi di sperimentazione o caratterizzazione svolte sul motore 1 prima dell’uso in condizioni operative, e sono memorizzati in mezzi di memoria accessibili a mezzi di controllo 10 del funzionamento del motore 1.

Le suddette fasi di calcolare o determinare sono svolte da uno o più processori compresi nei mezzi di controllo 10 del funzionamento del motore 1 (ad esempio, la già citata centralina di controllo 10).

Il valore stimato della massa m di aria intrappolata nel cilindro 3, secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione sopra descritte, può essere usata in molti modi utili, ad esempio per ottenere un valore obiettivo del rapporto aria/combustibile (o titolo) dei gas di scarico. In altri termini, una volta determinata attraverso il modello di riempimento la massa mdi aria intrappolata in ciascun cilindro 3 per ogni ciclo, la centralina 30 elettronica di controllo è configurata per determinare la quantità di combustibile da iniettare nel cilindro 3 che consente di ottenere il valore obiettivo del rapporto aria/combustibile dei gas di scarico.

Altrettanto vantaggiosamente, le relazioni sopra descritte tra massa mdi aria intrappolata nel cilindro e pressione di aspirazione P (o altre grandezze) possono essere esplicitate in funzione della pressione di aspirazione P (o di altre grandezze), in modo da ottenere “valori obiettivo”.

Al proposito, viene qui descritto un metodo per controllare ed attuare il funzionamento di almeno un cilindro 2 di un motore 1 a combustione interna, pure compreso nell’invenzione (che sarà anche chiamato in seguito, per brevità, “modello di carica e controllo” o “modello di carica”).

Tale metodo comprende le fasi di determinare, sulla base di un modello di calcolo utilizzante grandezze fisiche misurate e/o stimate, una massa obiettivo MOBJ di aria di combustione necessaria per ciascun cilindro 2 per soddisfare una richiesta di coppia motrice; quindi, ricavare una relazione tra massa intrappolata nel cilindro 2 e pressione di aspirazione P presente nel condotto di aspirazione 4, eseguendo un metodo per determinare la massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro 2 secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione precedentemente illustrate in questa descrizione.

Il metodo per controllare ed attuare il funzionamento di almeno un cilindro prevede inoltre di calcolare un valore di pressione obiettivo P<OBJ >che deve essere presente nel collettore di aspirazione 4 per ottenere la suddetta massa obiettivo M<OBJ >nel cilindro 2, sulla base della suddetta relazione ricavata tra massa intrappolata nel cilindro 2 e pressione di aspirazione P, in funzione di valori misurati, stimati o imposti di alzata H della valvola di aspirazione 5 e/o di angolo di scalettamento di valvola di aspirazione VVTi e/o di angolo di scalettamento di valvola di scarico VVTe; e infine di attuare una valvola di controllo di pressione e portata del condotto di aspirazione 4 in modo da ottenere la suddetta pressione obiettivo POBJ nel condotto di aspirazione 4 e la suddetta massa obiettivo MOBJ nel cilindro 2.

Secondo un’opzione implementativa, la suddetta relazione tra massa obiettivo MOBJ intrappolata nel cilindro 2 e pressione obiettivo di aspirazione POBJ presente nel condotto di aspirazione 4 è espressa mediante la seguente formula [31]:

MOBJ = [(POBJ * fv(IVC, n) * fh(H,n) * fp(P,n)) – OFF] *

* KT * K1(VVTi,VVTe) * K2(VVTe,n) dove OFF è la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente presenti all’interno del cilindro; fv(IVC,n), fh(H,n), fp(P,n) sono mappe il cui prodotto esprime il volume effettivo interno V di ciascun cilindro 2, in cui la prima mappa fv(IVC,n) è funzione dell’angolo IVC di ritardo di chiusura di valvola di aspirazione e della velocità di rotazione del motore n, la seconda mappa fh(H,n) è funzione dell’alzata di valvola di aspirazione H e della velocità di rotazione del motore n, e la terza mappa fp(P,n) è funzione della pressione di aspirazione P e della velocità di rotazione del motore n.

K<1 >e K<2 >sono coefficienti moltiplicativi che tengono conto dell’angolo di scalettamento di valvola di aspirazione VVTi, dell’angolo di scalettamento di valvola di scarico VVTe e della velocità n di rotazione del motore 1.

KT è un coefficiente dipendente dalla temperatura T rilevata all’interno del collettore 4 di aspirazione e dalla temperatura TH2Odel fluido refrigerante del motore.

Secondo un esempio già sopra illustrato, KT può essere espresso mediante la formula:

KT = f1(T, P) * f2(TH2O, P).

Verranno qui di seguito forniti ulteriori dettagli, a titolo esemplificativo, circa il suddetto metodo per controllare ed attuare il funzionamento di un cilindro di un motore a combustione interna.

Secondo un’opzione implementativa, nella centralina elettronica di controllo 10 è memorizzata anche una catena di calcolo che, a partire dalla richiesta di coppia motrice dell’utilizzatore che agisce sul pedale acceleratore, è in grado di fornire la massa M<OBJ >di aria di combustione necessaria per ciascun cilindro 2 per soddisfare tale richiesta di coppia motrice. La catena di calcolo prevede che, in seguito all’azione dell’utilizzatore sul pedale acceleratore, attraverso delle mappe memorizzate nella centralina elettronica di controllo 10 e conoscendo la velocità n di rotazione (o numero di giri rpm) del motore 1, si determini la coppia Cr motrice richiesta all’albero motore 11, sulla base della quale viene poi determinata la coppia C<t >motrice totale richiesta all’albero motore 11, e quindi calcolata la coppia C<t, cyl >motrice richiesta per ciascun cilindro 2. La catena di calcolo è inoltre configurata per determinare la massa M<OBJ >di aria di combustione necessaria per ciascun cilindro 2 per ottenere il suddetto valore di coppia Ct,cyl motrice.

Una volta calcolata la suddetta massa MOBJ per ottenere il detto valore di coppia motrice Ct,cyl, la centralina 30 elettronica di controllo è predisposta per utilizzare le relazioni tra m e P precedentemente descritte (ad esempio, le suddette formule [1] oppure [10] oppure [24] oppure [27] del modello di riempimento) in maniera inversa (esplicitata rispetto a variabili differenti da m) rispetto a quanto descritto in precedenza.

In altri termini, per un dato valore della massa MOBJ di aria di combustione necessaria per ciascun cilindro 2 (corrispondente in questo caso alla massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro 2 per ogni ciclo, secondo una delle formule sopra menzionate) si calcola, sulla base delle medesime formule, il valore obiettivo di pressione POBJ all’interno del collettore 4 di aspirazione. Ad esempio, a partire dalla formula [24], interpretando mcome M<OBJ >e P come POBJ si ottiene la seguente formula [32]:

P<OBJ >= [M<OBJ >/(K<T*>K<1*>K<2>) OFF] / V

La valvola 12 a farfalla viene di conseguenza pilotata dalla centralina elettronica di controllo 10 in modo da realizzare, all’interno del collettore 4 di aspirazione, il valore obiettivo di pressione P<OBJ >determinato attraverso la formula [32].

Tipicamente, la dinamica della valvola a farfalla è più veloce della dinamica VVH, che è più veloce o paragonabile alla dinamica VVT, per cui il principio di controllo della carica sopra esposto funziona correttamente.

Se la dinamica VVH fosse superiore a quella della valvola a farfalla (o del collettore di aspirazione), o in assenza della valvola a farfalla, si può usare il modello di carica per calcolare l’alzata H obiettivo, data la massa di aria obiettivo.

Come già sopra osservato, il modello di riempimento memorizzato all’interno della centralina elettronica di controllo 10 utilizza grandezze fisiche misurate e/o stimate (come per esempio i valori di temperatura e pressione). Il modello di riempimento può utilizzare inoltre altre grandezze fisiche misurate e/o obiettivo: ad esempio, posizione VVT (che può essere misurata per la stima di m, e misurata oppure “obiettivo” per il modello di controllo e carica), e/o posizione VVH (che può essere misurata per la stima di m, e misurata oppure “obiettivo” per il modello di controllo e carica).

Il modello di carica e controllo in oggetto è stato testato, ad esempio su un motore 1500 cc Turbo con VVHe VVT di aspirazione e scarico, ottenendo una precisione soddisfacente, entro l’indice di prestazione definito per tale tipo di controllo, cioè ± 3%.

In tutte le situazioni precedentemente illustrate, a partire dai valori stimati di massa per cilindro e per ciclo motore, si possono calcolare per calcolare le portate del motore 1 a combustione interna, considerando il numero dei cilindri e la velocità del motore n (in particolare, partendo dal valore stimato di massa per cilindro per ciclo motore, e moltiplicandolo per il numero di cilindri, per la velocità del motore n, e per <1>/2).

Come si può constatare, lo scopo della presente invenzione è pienamente raggiunto dai metodi di stima e controllo sopra descritti, i cui vantaggi risultano evidenti dalla trattazione sopra riportata.

In particolare, i metodi descritti, ed i relativi modelli di riempimento, consentono di determinare la massa m di aria intrappolata in ciascun cilindro, ed inoltre la massa di aria M<TOT >totale aspirata dal motore a combustione interna, e/o la massa M<SCAV>di lavaggio e/o la massa di EGR interno M<EGRI>.

La determinazione delle suddette variabili viene effettuata dal metodo in modo efficiente, cioè con una adeguata precisione (come precedentemente indicato, sulla base di sperimentazione), in modo efficace, cioè rapidamente ed evitando di richiedere un’eccessiva potenza di calcolo nella centralina di controllo elettronica 10, ed in modo economico, poiché non richiede l’installazione di costosi componenti aggiuntivi e/o sensori come ad esempio il debimetro.

Alle forme di realizzazione del metodo per determinare la massa d’aria intrappolata in ciascun cilindro di un motore a combustione interna e del metodo per controllare ed attuare il funzionamento di almeno un cilindro di un motore a combustione interna, sopra descritti, un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potrà apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni.

Tutte le convenzioni di segno usate in tutte le formule sopra riportate sono da intendersi in coerenza con i diagrammi riportati nelle allegate figure.

Tutte le grandezze espresse come funzioni, in tutte le formule, sopra riportate possono intendersi come mappe e/o vettori memorizzati.

Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione può essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte. Si noti inoltre che il termine “comprendente” non esclude altri elementi o fasi, il termine“un” o “uno” non esclude una pluralità. Le figure non sono in scala, poiché privilegiano il requisito di evidenziare opportunamente le varie parti, per maggiore chiarezza illustrativa.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per determinare la massa (m) di aria intrappolata in ciascun cilindro (2) di un motore (1) a combustione interna comprendente un numero di cilindri (2), in cui ciascuno dei cilindri (2) è collegato ad un collettore di aspirazione (4) da cui riceve aria fresca tramite almeno una rispettiva valvola (5) di aspirazione e ad un collettore di scarico (6) in cui immette i gas di scarico prodotti dalla combustione tramite almeno una rispettiva valvola (7) di scarico, in cui la almeno una valvola di aspirazione (5) è pilotata in modo variare in maniera controllata l’alzata (H) della valvola di aspirazione (5), il metodo comprendendo le fasi di: - determinare, sulla base di un modello di riempimento utilizzante grandezze fisiche misurate e/o stimate, un valore per ciascuna grandezza di un primo gruppo di grandezze di riferimento comprendente pressione di aspirazione (P) misurata all’interno del collettore di aspirazione (4), velocità di rotazione del motore (n), massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente (OFF) presenti all’interno del cilindro (3) stimata in funzione di detta alzata (H), angolo di ritardo di chiusura (IVC) della valvola di aspirazione dipendente da detta alzata (H); - determinare, sulla base di detto modello di riempimento, il volume effettivo (V) interno di ciascun cilindro (2) in funzione di detta velocità di rotazione del motore (n), di detta alzata (H) della valvola di aspirazione e di detto angolo di ritardo di chiusura della valvola di aspirazione (IVC); - determinare la massa (m) di aria intrappolata in ciascun cilindro (2) in funzione del primo gruppo di grandezze di riferimento e del volume effettivo (V) interno di ciascun cilindro (2) attraverso la relazione: m= (P * V) - OFF.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la almeno una valvola di aspirazione (5) è inoltre pilotata in modo variare in maniera controllata lo scalettamento di valvola di aspirazione (VVTi), e/o in cui la almeno una valvola di scarico (7) è pilotata in modo variare in maniera controllata lo scalettamento di valvola di scarico (VVTe); in cui detta fase di determinare un valore per un primo gruppo di grandezze di riferimento comprende determinare detto angolo di ritardo di chiusura della valvola di aspirazione (IVC) sulla base sia della alzata (H) della valvola di aspirazione sia dello scalettamento della valvola di aspirazione (VVTi).
3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui detta fase di determinare il volume effettivo (V) interno di ciascun cilindro comprende: - calcolare il volume effettivo (V) interno di ciascun cilindro (2) mediante una prima mappa (fv(IVC,n)), una seconda mappa (fh(H,n)), una terza mappa (fp(P,n)), in cui la prima mappa (fv(IVC,n)) è funzione di detto angolo (IVC) di ritardo di chiusura di valvola di aspirazione e della velocità di rotazione del motore (n), la seconda mappa (fh(H,n)) è funzione di detta alzata di valvola di aspirazione (H) e della velocità di rotazione del motore (n) a combustione interna, e la terza mappa (fp(P,n)) è funzione di detta pressione di aspirazione (P) e della velocità di rotazione del motore (n).
4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui il volume effettivo (V) interno di ciascun cilindro (2) è calcolato mediante la relazione: V = fv(IVC, n) * fh(H,n) * fp(P,n)
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo gruppo di grandezze di riferimento comprende inoltre la temperatura (T) rilevata all’interno del collettore (4) di aspirazione e la temperatura (TH2O) del fluido refrigerante del motore, ed in cui la fase di determinare la massa (m) di aria intrappolata in ciascun cilindro (2) comprende calcolare la massa (m) di aria intrappolata in ciascun cilindro (2) in funzione del primo gruppo di grandezze di riferimento e del volume (V) effettivo interno di ciascun cilindro (2) attraverso la relazione: m= [(P * V) – OFF] * f<1>(T, P) * f<2>(T<H2O>, P). dove f<1 >(T, P) e f<2>(T<H2O>, P) sono funzioni note appartenenti a detto modello di riempimento.
6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre la fase di: - pilotare la valvola di aspirazione (5) mediante un variatore di alzata di valvola di aspirazione (50), variando in maniera controllata la legge di alzata di valvola di aspirazione, in maniera da definire secondo un solo grado di libertà (γ) sia l’alzata (H) sia l’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione (IVO) sia l’angolo di ritardo chiusura valvola di aspirazione (IVC).
7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui la fase di pilotare comprende: - determinare l’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione (IVO) mediante la relazione IVO(H) = IVOhmax - Δivo(H), dove IVOhmax è l’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione corrispondente all’alzata massima, e Δivo(H) è una variazione di angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione dipendente dall’alzata comandata (H); - determinare l’angolo di ritardo chiusura valvola di aspirazione (IVC) mediante la relazione IVC(H) = IVChmax - Δivc(H), dove IVChmax è l’angolo di ritardo chiusura valvola di aspirazione corrispondente all’alzata massima, e Δivc(H) è una variazione di angolo di ritardo valvola di aspirazione dipendente dall’alzata comandata (H).
8. Metodo secondo le rivendicazioni 2 e 6, comprendente inoltre le fasi di: - pilotare inoltre la valvola di aspirazione (5) mediante un variatore di fase di valvola di aspirazione (51) variando in maniera controllata lo scalettamento di valvola di aspirazione (VVTi), in modo che sia l’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione (IVO) sia l’angolo di ritardo chiusura valvola di aspirazione (IVC) dipendano non solo dall’alzata (H) ma anche dallo scalettamento di valvola di aspirazione (VVTi); - pilotare la valvola di scarico (7) mediante un variatore di fase di valvola di scarico (71) variando in maniera controllata lo scalettamento di valvola di scarico (VVTe), in modo che sia l’angolo di anticipo apertura valvola di scarico (EVO) sia l’angolo di ritardo chiusura valvola di scarico (EVC) dipendano dallo scalettamento di valvola di scarico (VVTe).
9. Metodo secondo le rivendicazioni 7 e 8, in cui la fase di pilotare comprende: - determinare l’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione (IVO) mediante la relazione IVO(H) = IVOref - Δivo(H) - VVTi dove IVOref è un valore di riferimento dell’angolo di anticipo apertura della valvola di aspirazione in assenza di variazione di fasatura, VVTi è l’angolo di scalettamento del variatore di fase di valvola di aspirazione 51 rispetto ad una rispettiva posizione di riferimento corrispondente a detto valore di riferimento IVOref; - determinare l’angolo di ritardo chiusura valvola di aspirazione (IVC) mediante la relazione IVC(H) = IVCref - Δivc(H) VVTi, dove IVCref è un valore di riferimento dell’angolo di ritardo chiusura della valvola di aspirazione in assenza di variazione di fasatura; - determinare l’angolo di anticipo apertura valvola di scarico (EVO) mediante la relazione EVO= EVOref - VVTe, dove EVOref è un valore di riferimento dell’angolo di anticipo apertura valvola di scarico in assenza di variazione di fasatura, e VVTe è l’angolo di scalettamento del variatore di fase di valvola di scarico (71) rispetto ad una rispettiva posizione di riferimento rappresentata da detto valore di riferimento EVOref; - determinare l’angolo di ritardo chiusura valvola di scarico (EVC) mediante la relazione EVC = EVCref + VVTe, dove EVCref è un valore di riferimento dell’angolo di ritardo chiusura valvola di scarico in assenza di variazione di fasatura.
10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-9, comprendente, nel caso in cui il motore (1) operi in condizione di ricircolo interno dei gas di scarico (EGRi), l’ulteriore fase di: - calcolare il volume della camera di combustione (Vcc) del cilindro (2) sulla base di una quarta mappa f<e >(TVC, n) funzione di un primo parametro (TVC) e della velocità di rotazione del motore (n), di una quinta mappa g<e>(OVL, n) funzione di un secondo parametro (OVL) e della velocità di rotazione del motore (n), e di una sesta mappa h<e >(H,n) funzione dell’alzata (H) e della velocità di rotazione del motore (n), in cui detto primo parametro (TVC) è alternativamente uguale all’angolo (EVC) di ritardo di chiusura della valvola di scarico (7) oppure al massimo fra zero ed il valore minimo fra l’angolo (EVC) di ritardo di chiusura della valvola di scarico (7) e il valore dell’angolo (IVO) di anticipo di apertura della valvola di aspirazione (5) moltiplicato per -1, ed in cui detto secondo parametro (OVL) è rappresentativo della durata della fase di incrocio tra le curve di aspirazione e scarico ed è definito come la somma dell’angolo di ritardo chiusura valvola di scarico (EVC) e dell’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione (IVO).
11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui il volume della camera di combustione (Vcc) è calcolato mediante la formula: Vcc = f<e>(TVC, n) * g<e>(OVL, n) * h<e>(H, n) dove f<e>, g<e>, h<e >sono funzioni note appartenenti a detto modello di riempimento.
12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-9, in cui, nel caso in cui il motore (1) sia configurato per operare in una condizione di lavaggio, in cui la pressione di aspirazione è maggiore della pressione di scarico, determinando aspirazione di aria fresca che porta via i gas di scarico residui presenti nella camera di combustione, il metodo comprende l’ulteriore fase di: - calcolare il volume della camera di combustione (Vcc) del cilindro (2) sulla base di una quarta mappa fs(TVC, n) funzione di un primo parametro (TVC) e della velocità di rotazione del motore (n), di una quinta mappa gs (OVL,n) funzione di un secondo parametro (OVL) e della velocità di rotazione del motore (n), e di una sesta mappa hs (H,n) funzione dell’alzata (H) e della velocità di rotazione del motore (n), in cui detto primo parametro (TVC) è alternativamente uguale all’angolo (EVC) di ritardo di chiusura della valvola di scarico (7) oppure al massimo fra zero ed il valore minimo fra l’angolo (EVC) di ritardo di chiusura della valvola di scarico (7) e il valore dell’angolo (IVO) di anticipo di apertura della valvola di aspirazione (5) moltiplicato per -1, ed in cui detto secondo parametro (OVL) è rappresentativo della durata della fase di incrocio tra le curve di aspirazione e scarico ed è definito come la somma dell’angolo di ritardo chiusura valvola di scarico (EVC) e dell’angolo di anticipo apertura valvola di aspirazione (IVO).
13. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui il volume della camera di combustione (Vcc) è calcolato mediante la formula: Vcc = fs(TVC, n) * gs(OVL, n) * hs(H, n) dove fs, gs, hs sono funzioni note appartenenti a detto modello di riempimento.
14. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente l’ulteriore fase di calcolare la massa del flusso gassoso (MOVL) che fluisce attraverso la fase di incrocio, cioè attraverso la valvola (5) di aspirazione e la valvola (7) di scarico, in caso di ricircolo interno di gas esausti (EGRi) o di lavaggio (SCAV), sulla base della relazione: MOVL = PERM* β(P/P0,n) * P0/P0_REF* (T0_REF/T0)<1/2>/n dove PERM è la permeabilità idraulica dell’incrocio; n è la velocità del motore; P0_REF è una pressione di riferimento a monte della sezione di passaggio o incrocio; T0_REF è una temperatura di riferimento a monte della sezione di passaggio o incrocio; T0 è la temperatura misurata a monte della sezione di passaggio o incrocio; β(P/P0,n) è un fattore di compressione di un flusso attraverso un orifizio, dipendente dal rapporto tre le pressioni a valle e a monte dell’orifizio e dalla velocità del motore (n); e dove, in una condizione di ricircolo interno di gas esausti, P0 è la pressione di scarico e P è la pressione di aspirazione, ovvero in una condizione di lavaggio, P0 è la pressione di aspirazione e P è la pressione di scarico.
15. Metodo secondo la rivendicazione 14, in cui detta permeabilità idraulica dell’incrocio (PERM) è calcolata mediante la seguente relazione: PERM= A(OVL,n) * fo(H,n) * G(g,n) dove A(OVL,n) è una prima funzione dipendente dalla velocità del motore (n) e dalla durata della fase di incrocio (OVL) in cui la valvola di aspirazione (5) e la valvola di scarico (7) sono aperte contemporaneamente; fo(H,n) è una seconda funzione dipendente dall’alzata (H) e dalla velocità del motore (n); G (g,n) è una terza funzione, rappresentativa del baricentro della regione di incrocio, dipendente dalla velocità del motore (n) e da un parametro geometrico (g) rappresentativo dello scostamento angolare fra il punto morto superiore e il baricentro (G) della fase di incrocio.
16. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 14 o 15, in cui, in una condizione di ricircolo interno di gas esausti (EGRi), in cui la pressione di scarico (PEXH) è maggiore della pressione di aspirazione (P), il metodo comprende l’ulteriore fase di: - calcolare la massa totale di gas presente all’interno del cilindro (MEGRi) come somma di una massa stimata di gas esausti (MEXH_EGR) presenti nella camera di combustione in condizioni di ricircolo di gas esausti interni e di detta massa stimata massa di flusso gassoso (MOVL) che fluisce attraverso la fase di incrocio, cioè la massa di flusso gassoso che fluisce dallo scarico alla aspirazione attraverso la valvola di aspirazione (5) e la valvola di scarico (7) e che viene poi riaspirata nel cilindro (2) durante la fase di aspirazione, attraverso la valvola di aspirazione (5), in accordo con la formula: MEGRi = MOVL MEXH_EGR
17. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui la massa stimata di gas esausti (MEXH_EGR) presenti nella camera di combustione in condizioni di ricircolo di gas esausti interni è calcolata mediante la seguente relazione: MEXH_EGR = (PEXH * Vcc)/(R * TEXH) dove PEXH è la pressione del flusso di gas rilevata allo scarico; TEXH è la temperatura rilevata del flusso di gas allo scarico; Vcc è il volume stimato o calcolato della camera di combustione del cilindro (2); R è la costante del mix di aria fresca e/o gas di scarico.
18. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 14 o 15, in cui, in una condizione di lavaggio (SCAV), in cui la pressione di scarico (PEXH) è minore della pressione di aspirazione (P), e l’aria fresca proveniente dall’aspirazione durante l’incrocio fluisce direttamente verso lo scarico, portando via i gas di scarico residui presenti nella camera di combustione, il metodo comprende l’ulteriore fase di: - calcolare la massa totale di aria che fluisce dal collettore di aspirazione al collettore di scarico durante la fase di incrocio (MSCAV) come la differenza tra detta massa stimata di flusso gassoso (MOVL) che fluisce attraverso la fase di incrocio e una massa residuale di gas di scarico (M<EXH_SCAV>) presenti all’interno della camera di combustione del cilindro (2) e indirizzata direttamente al collettore (6) di scarico attraverso la rispettiva valvola (7) di scarico, in accordo con la formula: MSCAV = MOVL - MEXH_SCAV
19. Metodo secondo la rivendicazione 18, in cui detta massa residuale di gas di scarico (MEXH_SCAV) è calcolata mediante la seguente relazione: MEXH_SCAV = [(PEXH * Vcc)/(R * TEXH)] * fSCAV(MOVL, n) dove PEXH è la pressione del flusso di gas rilevata allo scarico; TEXH è la temperatura rilevata del flusso di gas allo scarico; Vcc è il volume stimato o calcolato della camera di combustione del cilindro (2); R è la costante del mix di aria fresca e/o gas di scarico; fSCAV(MOVL, n) è un fattore moltiplicativo, funzione della massa di flusso gassoso (MOVL) che fluisce attraverso la fase di incrocio e della velocità del motore (n).
20. Metodo secondo la rivendicazione 18, in cui detta massa residuale di gas di scarico (M<EXH_SCAV>) è calcolata mediante la seguente relazione: MEXH_SCAV = MOVL * fSCAV(MOVL, n) * g2(g,n) dove MOVL è la massa di flusso gassoso che fluisce attraverso la fase di incrocio; fSCAV(MOVL, n) è un fattore moltiplicativo, funzione della massa di flusso gassoso (MOVL) che fluisce attraverso la fase di incrocio e della velocità del motore (n); g2(g,n) è una funzione della posizione del baricentro (G) della fase di incrocio e della velocità del motore (n).
21. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui la fase di determinare la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente (OFF) presenti all’interno del cilindro (2) comprende i passi di: - riconoscere se la pressione del flusso di gas allo scarico (PEXH) nel collettore di scarico (6) è maggiore o minore della pressione del flusso di gas in aspirazione (P) nel collettore di aspirazione (4); nel caso in cui la pressione nel collettore di scarico (P<EXH>) sia maggiore della pressione nel collettore di aspirazione (P): - determinare sulla base del detto modello di riempimento un valore, misurato o stimato, per ciascuna di un secondo gruppo di grandezze di riferimento comprendente pressione del flusso di gas allo scarico (PEXH), temperatura del flusso di gas allo scarico (TEXH), volume della camera di combustione del cilindro (Vcc); e massa che fluisce dallo scarico alla aspirazione (MOVL) attraverso la valvola (5) di aspirazione e la valvola (7) di scarico e che viene poi riaspirata nel cilindro (2), durante la fase di aspirazione, attraverso la valvola di aspirazione (5); - calcolare la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente (OFF) e presenti all’interno del cilindro (2) in funzione del detto secondo gruppo di grandezze di riferimento; nel caso in cui la pressione nel collettore di scarico (P<EXH>) sia minore della pressione nel collettore di aspirazione (P): - determinare sulla base del detto modello di riempimento un valore, misurato o stimato, per ciascuna di un secondo gruppo di grandezze di riferimento comprendente pressione del flusso di gas allo scarico (P<EXH>), temperatura del flusso di gas allo scarico (TEXH), volume della camera di combustione del cilindro (Vcc); e massa residuale di gas di scarico (MEXH_SCAV) presenti all’interno della camera di combustione del cilindro (2) e indirizzata direttamente al collettore (6) di scarico attraverso la rispettiva valvola (7) di scarico; - calcolare la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente (OFF) e presenti all’interno del cilindro (2) in funzione del detto secondo gruppo di grandezze di riferimento.
22. Metodo secondo la rivendicazione 21, in cui, se la pressione nel collettore di scarico (P<EXH>) è maggiore della pressione nel collettore di aspirazione (P), la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente (OFF) e presenti all’interno del cilindro (2) è calcolata mediante la seguente relazione: OFF = MOVL (PEXH * Vcc)/(R * TEXH) dove R è la costante del mix di aria fresca e/o gas di scarico.
23. Metodo secondo la rivendicazione 22, e secondo la rivendicazione 14 o 15, in cui MOVL è calcolata in accordo con la rivendicazione 14 o la rivendicazione 15.
24. Metodo secondo la rivendicazione 21, in cui, se la pressione nel collettore di scarico (P<EXH>) è minore della pressione nel collettore di aspirazione (P), la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente (OFF) e presenti all’interno del cilindro (2) è calcolata mediante la seguente relazione: OFF = (PEXH * Vcc)/(R * TEXH) - MEXH_SCAV dove R è la costante del mix di aria fresca e/o gas di scarico.
25. Metodo secondo la rivendicazione 24, e secondo la rivendicazione 19 o 20, in cui MEXH_SCAV è calcolata in accordo con la rivendicazione 19 o la rivendicazione 20.
26. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la massa (m) di aria intrappolata in ciascun cilindro (2) è calcolata in funzione di un numero di coefficienti (K1, K2) moltiplicativi che tengono conto dell’angolo di scalettamento di valvola di aspirazione (VVTi), dell’angolo di scalettamento di valvola di scarico (VVTe) e della velocità (n) di rotazione del mot or e ( 1) a c ombust i one i nt er na.
27. Metodo secondo la rivendicazione 26, in cui la massa (m) di aria intrappolata in ciascun cilindro (2) è calcolata in funzione di: - un primo coefficiente (K<1>) moltiplicativo che tiene conto dell’angolo di scalettamento di valvola di aspirazione (VVTi) e dell’angolo di scalettamento di valvola di scarico (VVTe), e in funzione di un secondo coefficiente (K2) moltiplicativo che tiene conto della velocità (n) di rotazione del motore (1) a combustione interna e dell’angolo di scalettamento di valvola di scarico (VVTe).
28. Metodo secondo la rivendicazione 27, in cui la massa (m) di aria intrappolata in ciascun cilindro (3) è calcolata mediante la seguente relazione: m= [(P * V) – OFF] * KT * K1(VVTi,VVTe) * K2(VVTe,n) dove KT è un terzo coefficiente dipendente dalla la temperatura (T) rilevata all’interno del collettore (4) di aspirazione e la temperatura (TH2O) del fluido refrigerante del motore.
29. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il motore (1) a combustione interna comprende un circuito di ricircolo esterno dei gas esausti (EGRe) avente portata massica nota, corrispondente ad una massa ricircolata ad opera del circuito esterno (MEGRe) per ciascun cilindro per ciclo, in cui la fase di calcolare la massa (m) di aria intrappolata in ciascun cilindro (2) comprende calcolare la massa (m) di aria intrappolata in ciascun cilindro (2) mediante la formula seguente: m= (P * V - OFF) * f<1>(T, P) * f<2>(T<H2O>,P) - MEGRe
30. Metodo secondo la rivendicazione 29 e la rivendicazione 28, in cui la fase di calcolare la massa (m) di aria intrappolata in ciascun cilindro (2) comprende calcolare la massa (m) di aria intrappolata in ciascun cilindro (2) mediante la formula seguente: m= [(P*V)–OFF] * KT * K1(VVTi,VVTe) * K2(VVTe,n) - MEGRe
31. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 18 a 20, in cui si verifica una condizione di lavaggio, ed inoltre in cui il motore (1) a combustione interna comprende un circuito di ricircolo esterno dei gas esausti (EGRe) avente portata massica nota, corrispondente ad una massa ricircolata ad opera del circuito esterno (MEGRe) per ciascun cilindro per ciclo, in cui il metodo comprende l’ulteriore fase di calcolare il rapporto (REGR) tra detta massa ricircolata ad opera del circuito esterno (MEGRe) per cilindro per ciclo e la massa totale (MTOT) aspirata dal motore per cilindro per ciclo, cioè la massa totale della miscela di gas che scorre nel condotto di aspirazione (6) del cilindro (2); ed in cui la massa di aria che fluisce dal collettore di aspirazione al collettore di scarico durante la fase di incrocio (MSCAV) è calcolata mediante la seguente relazione: MSCAV = (MOVL - MEXH_SCAV) * (1 – REGR)
32. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 24 a 25, in cui si verifica una condizione di lavaggio, ed inoltre in cui il motore (1) a combustione interna comprende un circuito di ricircolo esterno dei gas esausti (EGRe) avente portata massica nota, corrispondente ad una massa ricircolata ad opera del circuito esterno (MEGRe) per ciascun cilindro per ciclo, in cui il metodo comprende l’ulteriore fase di calcolare il rapporto (REGR) tra detta massa ricircolata ad opera del circuito esterno (MEGRe) per cilindro per ciclo e la massa totale (MTOT) aspirata dal motore per cilindro per ciclo, cioè la massa totale della miscela di gas che scorre nel condotto di aspirazione (6) del cilindro (2); ed in cui la fase di calcolare la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente (OFF) e presenti all’interno del cilindro (2) è calcolata mediante la seguente relazione: OFF = (PEXH * Vcc)/(R * TEXH) - [MEXH_SCAV * (1 – REGR)]
33. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta relazione tra massa obiettivo intrappolata nel cilindro (2) e pressione obiettivo di aspirazione (P) presente nel condotto di aspirazione (4) è espressa mediante la seguente formula: m= [(P * fv(IVC, n) * fh(H,n) * fp(P,n)) – OFF] * KT * K1(VVTi,VVTe) * K2(VVTe,n)
34. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta pressione di aspirazione (P) e/o detta alzata (H) di valvola di aspirazione e/o detto scalettamento di valvola di aspirazione (VVTi) e/o detto scalettamento di valvola di scarico (VVTe) e/o detta temperatura (T) all’interno del collettore di aspirazione (4) e/o detta temperatura (T<H2O>) del fluido refrigerante del motore e/o detta pressione di scarico (PEXH) all’interno del collettore di scarico (6) e/o detta temperatura rilevata del flusso di gas allo scarico (TEXH) sono rilevate mediante rispettivi sensori collocati in rispettive posizioni.
35. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui: - detti coefficienti o mappe o funzioni fv(IVC,n) e/o fh(H,n) e/o fp(P,n) e/o f<1>(T,P) e/o f<2>(T<H2O>,P) e/o fe(TVC,n), e/o ge(OVL,n) e/o he(OVL,n) e/o fs(TVC,n), e/o gs(OVL,n) e/o hs(OVL,n) e/o β(P/P0,n) e/o A(OVL,n) e/o fo(H,n) e/o G(g,n) e/o fSCAV(MOVL, n) e/o g2(g,n) e/o K1 e/o K2, e/o KT, sono determinati mediante relazioni teoriche note o ricavati mediante fasi di sperimentazione o caratterizzazione svolte sul motore (1) prima dell’uso in condizioni operative, e sono memorizzati in mezzi di memoria accessibili a mezzi di controllo (10) del funzionamento del motore (1), e in cui dette fasi di calcolare o determinare sono svolte da uno o più processori compresi nei mezzi di controllo (10) del funzionamento del motore (1).
36. Metodo per controllare ed attuare il funzionamento di almeno un cilindro (2) di un motore (1) a combustione interna, comprendente le fasi di: - determinare sulla base di un modello di calcolo utilizzante grandezze fisiche misurate e/o stimate una massa obiettivo (M<OBJ>) di aria di combustione necessaria per ciascun cilindro (2) per soddisfare una richiesta di coppia motrice; - ricavare una relazione tra massa intrappolata nel cilindro (2) e pressione di aspirazione (P) presente nel condotto di aspirazione (4), eseguendo un metodo per determinare la massa (m) di aria intrappolata in ciascun cilindro (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-35; - calcolare un valore di pressione obiettivo (POBJ) che deve essere presente nel collettore di aspirazione (4) per ottenere detta massa obiettivo (MOBJ) nel cilindro (2), sulla base di detta relazione ricavata tra massa intrappolata nel cilindro (2) e pressione di aspirazione (P), in funzione di valori misurati, stimati o imposti di alzata (H) della valvola di aspirazione (5) e/o di angolo di scalettamento di valvola di aspirazione (VVTi) e/o di angolo di scalettamento di valvola di scarico (VVTe); - attuare una valvola di controllo di pressione e portata del condotto di aspirazione (4) in modo da ottenere detta pressione obiettivo (POBJ) nel condotto di aspirazione (4) e detta massa obiettivo (MOBJ) nel cilindro (2).
37. Metodo secondo la rivendicazione 36, in cui detta relazione tra massa obiettivo (MOBJ) intrappolata nel cilindro (2) e pressione obiettivo di aspirazione (POBJ) presente nel condotto di aspirazione (4) è espressa mediante la seguente formula: MOBJ = [(POBJ * fv(IVC, n) * fh(H,n) * fp(P,n)) – OFF] * * KT * K1(VVTi,VVTe) * K2(VVTe,n) dove OFF è la massa di gas prodotti dalla combustione nel ciclo di lavoro precedente presenti all’interno del cilindro (2); fv(IVC, n), fh(H,n), fp(P,n) sono mappe il cui prodotto esprime il volume effettivo (V) interno di ciascun cilindro (2), in cui la prima mappa fv(IVC,n) è funzione dell’angolo (IVC) di ritardo di chiusura di valvola di aspirazione e della velocità di rotazione del motore (n), la seconda mappa fh(H,n) è funzione dell’alzata di valvola di aspirazione (H) e della velocità di rotazione del motore (n), e la terza mappa fp(P,n) è funzione della pressione di aspirazione (P) e della velocità di rotazione del motore (n); K<1 >e K<2 >sono coefficienti moltiplicativi che tengono conto dell’angolo di scalettamento di valvola di aspirazione (VVTi), dell’angolo di scalettamento di valvola di scarico (VVTe) e della velocità (n) di rotazione del motore (1); KT è un coefficiente dipendente dalla temperatura (T) rilevata all’interno del collettore (4) di aspirazione e dalla temperatura (T<H2O>) del fluido refrigerante del motore.