IT202100007604A1 - Procedimento ed apparato per regolare la fasatura di accensione di un motore a combustione interna - Google Patents

Procedimento ed apparato per regolare la fasatura di accensione di un motore a combustione interna Download PDF

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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
?PROCEDIMENTO ED APPARATO PER REGOLARE LA FASATURA DI ACCENSIONE DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA?
SETTORE DELLA TECNICA
L?invenzione ? relativa ad un procedimento ed un apparato per regolare la fasatura di accensione di una miscela ariacarburante in una camera di combustione di un motore a combustione interna, in particolare un motore a combustione interna ad accensione comandata.
ARTE ANTERIORE
In un motore a combustione interna, l?accensione della miscela aria-carburante avviene normalmente in anticipo rispetto al momento in cui lo stantuffo raggiunge il punto morto superiore nella camera di combustione.
Infatti, ad esempio, un?accensione in corrispondenza del punto morto superiore causerebbe una riduzione del picco di pressione all?interno della camera di combustione, con una conseguente diminuzione del lavoro ottenibile e dunque dell?efficienza del ciclo motore.
Inoltre, un anticipo dell?accensione comporta anche una crescita della coppia frenante del motore.
Se il picco di pressione cresce tendenzialmente in modo lineare con l?anticipo, la coppia frenante ha un comportamento non lineare, tale da avere un punto di massimo teorico.
Una volta che il massimo teorico viene raggiunto, un ulteriore anticipo risulterebbe svantaggioso poich? lo stantuffo incontrerebbe una resistenza offerta dalla miscela in combustione via via superiore.
Pertanto, un?impostazione conveniente del momento di comando dell?accensione rispetto alla posizione dello stantuffo, altres? detto fasatura di accensione, potrebbe teoricamente essere tale da permettere l?ottenimento della massima coppia frenante
Tale fasatura di accensione ? comunemente nota come fasatura di massima coppia frenante o con l?acronimo MBT (dall?inglese Maximum Brake Torque).
Tuttavia, un?impostazione della fasatura di massima coppia frenante non ? sempre conveniente, ad esempio quando il motore ? a regime minimo oppure anche a regime sostenuto per via della potenziale insorgenza di fenomeni di detonazione.
La detonazione ? un fenomeno noto nei motori ad accensione comandata che provoca oscillazioni di pressione ad alta frequenza e fenomeni termici anomali.
La temperatura del motore ? un significativo fattore di influenza sulla detonazione. Infatti, la detonazione ? positivamente correlata con incrementi di temperatura del motore. Chiaramente, maggiore ? la potenza erogata dal motore, maggiore sar? la temperatura del motore in condizioni stazionarie e quindi la probabilit? di detonazione.
Tipicamente, la detonazione ? una nota causa di danni severi sui componenti del motore, specialmente sulla testata e sullo stantuffo.
Per questa ragione, la fasatura d?accensione viene normalmente calibrata a banco per ottenere un giusto bilanciamento tra le prestazioni ottenibili anticipando l?accensione e la prevenzione dei fenomeni di detonazione ritardando l?accensione.
La calibrazione avviene in condizioni stazionarie del motore, eventualmente per diverse condizioni di carico e di velocit? del motore.
In questo modo, la fasatura di accensione pu? essere controllata in modo variabile in funzione delle effettive condizioni di carico e di velocit? del motore. La regolazione della fasatura ? normalmente affidata all?unit? di controllo del motore, in base ad informazioni relative al carico ed alla velocit? del motore, ad esempio estratte da uno o pi? opportuni sensori o trasduttori accoppiati al motore.
L?approccio con fasatura di accensione variabile o regolabile appena discusso ? maggiormente vantaggiosa dal punto di vista delle prestazioni ed efficienza del motore rispetto ad una fasatura di accensione fissa, ma non ? esente da inconvenienti.
In particolare, durante il normale uso in strada o in pista, il motore non opera costantemente in condizioni stazionarie, ossia nelle condizioni di calibrazione. Al contrario, il motore opera soventemente in transitorio, per esempio durante un sorpasso.
In condizioni di transitorio, la temperatura del motore ? molto pi? variabile rispetto alle condizioni di calibrazione, dove risulta relativamente elevata e sostanzialmente costante.
Siccome la temperatura del motore ? fortemente correlata ai fenomeni di detonazione, la fasatura di accensione calibrata non risulta perci? sempre corrispondente ad un effettivo rischio di detonazione. Perci?, la fasatura di accensione risulta inutilmente ritardata, con conseguente inutile perdita di prestazioni, in numerose situazioni specifiche.
Ad esempio, nel caso del sorpasso, l?accelerazione del motore cresce in modo notevole ma la temperatura del motore cresce molto pi? lentamente, per cui il motore raggiunge le temperature di calibrazione soltanto a sorpasso concluso, quando il regime del motore cala nuovamente. Dunque, in tal caso, l?accensione verrebbe ritardata senza un effettivo rischio di detonazione. D?altra parte, un anticipo dell?accensione avrebbe migliorato le prestazioni del motore coadiuvando la riuscita del sorpasso.
Alla luce di quanto precede, ? sentita l?esigenza di migliorare le tecniche note di regolazione della fasatura di accensione, in modo da superare ad esempio i detti inconvenienti.
Uno scopo dell?invenzione ? quello di soddisfare l?esigenza sopra esposta.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Lo scopo ? raggiunto da un procedimento e da un apparato per regolare la fasatura di accensione come rivendicati nelle rivendicazioni indipendenti.
Le rivendicazioni dipendenti definiscono particolari forme di attuazione dell?invenzione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
L?invenzione verr? ora descritta nel seguito con riferimento ai disegni allegati, che ne illustrano una forma di attuazione non limitativa, in cui
- la figura 1 ? uno schema di un veicolo comprendente un apparato per regolare la fasatura di accensione secondo l?invenzione, e
- la figura 2 ? un diagramma a blocchi che rappresenta un modello utilizzato per la regolazione della fasatura di accensione.
FORME DI ATTUAZIONE DELL?INVENZIONE
Nella figura 1, il numero di riferimento 1 indica nel suo complesso un veicolo comprendente un motore a combustione interna 2, in particolare ad accensione comandata.
Il motore 2 comprende una pluralit? di blocchi motore, in particolare includenti un monoblocco 3 definente una pluralit? di cilindri 4 ed una testata 5 disposta a copertura dei cilindri 4. I cilindri 4 definiscono insieme alla testata 5 rispettive camere di combustione 6. Inoltre, all?interno di ciascun cilindro 4, il motore 2 comprende un corrispondente stantuffo 7 scorrevole lungo l?asse A del relativo cilindro 4 tra un punto morto inferiore PMI ed un punto morto superiore PMS, pi? vicino alla testata 5 rispetto al punto morto inferiore PMI.
I blocchi motore presentano una pluralit? di condotti interni (non illustrati) per ricevere un fluido di condizionamento che condizioni termicamente la temperatura degli stessi blocchi motore.
In tal senso, il veicolo 1 comprende un dispositivo di condizionamento 8 di tipo noto. A titolo di esempio, senza alcuna perdita di generalit?, il dispositivo 8 include un elemento di scambio termico 9, ad esempio un radiatore, ed un circuito di condizionamento 10. Il circuito 10 ? configurato per far circolare il fluido dall?elemento 9 ai condotti, tale che il fluido attraversi gli stessi condotti, nonch? dai condotti all?elemento 9, cos? da realizzare un circuito chiuso. Quindi, lo scambiatore di calore 9 riceve il fluido di condizionamento che ha scambiato calore con i blocchi motore, condiziona il fluido ricevuto, e fornisce nuovamente il fluido raffreddato ai condotti dove scambia calore con i blocchi motore.
Chiaramente, il dispositivo 8 potrebbe essere configurato diversamente rispetto all?esempio descritto, purch? svolga la sua ben nota funzione di ricircolo del fluido di condizionamento attraverso i condotti, sicch? i blocchi motore possano essere condizionati termicamente dal fluido di condizionamento.
Il veicolo 1 comprende inoltre un apparato 11 per regolare la fasatura di accensione di una miscela ariacarburante nelle camere di combustione 6, in cui la stessa miscela ? ad esempio ottenuta mediante iniezione diretta di carburante nelle camere di combustione 6. In alternativa, la miscela potrebbe pure essere ottenuta iniettando il carburante nei condotti di aspirazione (non illustrati). Inoltre, la miscela potrebbe anche essere preparata all?interno di un carburatore, in modo classico.
L?apparato 11 comprende un corrispondente dispositivo di accensione 12, ad esempio comprendente una o pi? candele per ciascuna delle camere di combustione 6, nello specifico una candela accoppiata alla testata 5 all?interno della corrispondente camera di combustione 6.
Inoltre, l?apparato 11 comprende:
- trasduttori T1 configurati per rilevare una prima grandezza indicativa di una pressione della miscela nelle camere di combustione 6, pi? precisamente una pressione massima o di picco,
- un trasduttore T2 configurato per rilevare una seconda grandezza indicativa di una velocit? del motore 2,
- un trasduttore T3 configurato per rilevare una terza grandezza indicativa di una temperatura del fluido di condizionamento in corrispondenza dei blocchi motore, ossia in corrispondenza di una zona di scambio termico tra il motore 2 ed il fluido di condizionamento, ed
- un?unit? di controllo ECU accoppiata ai trasduttori T1, T2, T3, per estrarre informazioni relative alle grandezze rilevate, ed accoppiata al dispositivo di accensione 12 per comandare l?accensione della miscela.
Per descrivere l?apparato 11 nella sua funzione di regolazione della fasatura di accensione, la descrizione far? riferimento nel seguito ad una singola camera di combustione 6 ed alla relativa candela del dispositivo di accensione 12. La funzione dell?apparato 11 per le altre camere di combustione 6 ? del tutto analogo ed indipendente, per cui non necessita pertanto di una specifica descrizione. Peraltro, ai fini dell?invenzione, la presenza di pi? camere di combustione 6 ? del tutto opzionale. Quindi, il dispositivo di accensione 12 potrebbe persino consistere di una singola candela.
L?unit? di controllo ECU memorizza un modello matematico di scambio termico per la camera di combustione 6. Il modello ? atto a mappare le grandezze rilevate dalla prima alla terza su una quarta grandezza indicativa di una temperatura di almeno uno dei blocchi motore che delimitano la camera di combustione 6, ad esempio il monoblocco 3 o la testata 5.
In realt?, un blocco motore pu? anche essere considerato come una porzione di parete, ad esempio del monoblocco 3 o della testata 5, intorno alla camera di combustione 6. Blocco motore e porzione di parete possono essere considerati sinonimi. La porzione di parete o il blocco motore preferibilmente delimita la camera di combustione 6.
Anche se i blocchi motore non formano un singolo corpo, un insieme dei blocchi motore potrebbe ugualmente essere considerato idealmente come un singolo corpo, ossia come un unico blocco motore, per cui il modello potrebbe ad esempio considerare l?unione del monoblocco 3 e della testata 5 come un singolo corpo, la cui temperatura ? indicata dalla quarta grandezza. Altres?, un blocco motore potrebbe essere definito da una porzione di parete del monoblocco 3 ed una porzione di parete adiacente della testata 5, considerati come un unico corpo.
In pratica, con ?blocco motore? si intende una o pi? porzioni di parete, eventualmente separate tra loro ma considerate ugualmente come un unico corpo, disposte intorno alla camera di combustione 6, ad esempio delimitanti quest?ultima. Con delimitanti, si intende che la porzione di parete delimita almeno una parte o zona parziale della camera di combustione 6.
In altre parole, l?unit? di controllo ECU memorizza un modello che permette di stimare o di risalire ad una temperatura del motore 2, pi? precisamente di una o pi? porzioni di parete disposte intorno alla camera di combustione 6, ad esempio delimitanti la camera di combustione 6. La stima avviene in funzione di tre parametri di ingresso, ossia la pressione di picco, la velocit? del motore 2, e la temperatura del fluido di condizionamento nella zona di scambio termico con il motore 2.
In maggiore dettaglio, le grandezze dalla prima alla quarta potrebbero essere associate a segnali elettrici prodotti dai trasduttori T1, T2, T3 e dalla unit? di controllo ECU, rispettivamente. Ad esempio, i segnali elettrici potrebbero essere segnali di tensione.
Pi? generalmente, il trasduttore T1 ? opzionale; l?unit? di controllo ECU infatti potrebbe determinare la prima grandezza diversamente, ad esempio tramite un modello memorizzato e precedentemente identificato in base a dati di calibrazione, ovvero tramite l?interpolazione di tabelle memorizzate e contenenti i dati di calibrazione, o con simili metodi noti.
Similmente, anche i trasduttori T2, T3 sono opzionali. L?unit? di controllo ECU potrebbe determinare la seconda e la terza grandezza sulla base di modelli empirici o matematici, oppure ancora sulla base di dati memorizzati.
Preferibilmente, il trasduttore T3 ? accoppiato al circuito di condizionamento 10, pi? preferibilmente in corrispondenza di un tratto 14 percorso del fluido di condizionamento dai condotti del motore 2 verso l?elemento 9, ancora pi? preferibilmente in corrispondenza del motore 2. I trasduttori T1, T2 sono convenientemente accoppiati al motore 2.
In generale, se non tramite l?uso dei trasduttori T1, T2, T3, ossia tramite rilevazione, la determinazione delle grandezze dalla prima alla terza pu? avvenire secondo uno qualsiasi degli svariati metodi di stima esistenti e noti, eventualmente facendo uso di osservatori deterministici o stocastici. In ogni caso, qualsivoglia siano i mezzi usati per determinare le grandezze, l?unit? di controllo ECU sarebbe configurata per essere accoppiata e per interagire con detti mezzi per estrarre le informazioni rilevanti da utilizzare nel modello di scambio termico. L?unit? di controllo ECU potrebbe altres? comprendere ciascuno dei detti mezzi.
L?unit? di controllo ECU ? programmata per stimare la quarta grandezza tramite le informazioni estratte relativamente alle grandezze dalla prima alla terza e tramite il modello memorizzato.
Inoltre, l?unit? di controllo ECU ? programmata per regolare la fasatura di accensione in funzione della quarta grandezza stimata.
Infatti, la quarta grandezza rivela la temperatura del motore 2 effettiva per quanto riguarda il fenomeno della detonazione. Con questa informazione, l?unit? di controllo ECU pu? in generale anticipare la fasatura di accensione se la temperatura ? pi? bassa rispetto alla temperatura di calibrazione con minore rischio di detonazione.
Il modello di scambio termico pu? essere ottenuto in diversi modi, partendo dai dati di calibrazione. La temperatura del blocco motore pu? infatti essere misurata durante la calibrazione del motore 2, cos? come possono essere misurate corrispondentemente la pressione di picco, la velocit? del motore 2, e la temperatura del fluido di condizionamento.
Quindi, il modello di scambio termico potrebbe essere un modello a scatola chiusa ottenibile mediante tecniche note di identificazione, incluse tecniche che ad esempio usano reti neurali o l?intelligenza artificiale.
Preferibilmente, il modello di scambio termico ? parametrico. I parametri del modello possono essere identificati mediante un?operazione di sintonizzazione in base ai dati di calibrazione. Anche in questo caso, qualunque metodo noto di identificazione dei parametri del modello pu? essere utilizzato, inclusi metodi che fanno uso di algoritmi euristici, ad esempio algoritmi genetici.
Inoltre, il modello di scambio termico comprende una modellizzazione dell?inerzia termica del blocco motore, per cui il modello ? atto a mappare le tre grandezze sulla quarta grandezza in funzione dell?inerzia termica modellizzata.
In maggiore dettaglio, un esempio del modello di scambio termico ? illustrato nella figura 2.
Nell?esempio di figura 2, il blocco 101 rappresenta un integratore, nello specifico un integratore numerico discreto, in particolare secondo una procedura di Eulero in avanti (simbolo 1/z-1 per identificare la trasformata zeta in questione), ossia pi? generalmente secondo un metodo esplicito di integrazione. Il blocco 101 corrisponde all?esecuzione dell?integrale di un flusso di calore che attraversa il blocco motore. Pertanto, il modello mappa le tre grandezze sulla quarta grandezza tramite un?integrazione numerica del flusso di calore.
Nell?esempio di figura 2, il blocco 101 comprende un parametro Ts che rappresenta un campione discreto di tempo e che viene utilizzato come fattore moltiplicativo. Inoltre, il blocco 101 comprende un parametro K1 che rappresenta un guadagno di integrazione. Il guadagno K1 trasforma dimensionalmente il flusso di calore in una temperatura; inoltre, preferibilmente, il guadagno K1 tiene conto ovverosia ? funzione dell?inerzia termica del blocco motore.
All?istante iniziale, l?uscita del blocco 101 ? la condizione iniziale di temperatura del blocco motore, ad esempio la temperatura ambiente misurabile a bordo del veicolo 1, mentre negli istanti successivi l?uscita ? il risultato dell?integrazione rappresentante la temperatura effettiva del blocco motore.
Nell?esempio di figura 2, la temperatura del blocco motore in uscita dal blocco 101 ? utilizzata per calcolare una prima ed una seconda differenza di temperatura (blocchi differenza 102, 103).
In particolare, la prima differenza di temperatura ? tra la temperatura del blocco motore ed una temperatura corrispondente alla pressione di picco. In figura 2, quest?ultima temperatura ? ottenuta applicando alla pressione di picco (blocco di ingresso 104, indicata dalla prima grandezza) un guadagno K2 (blocco 105). In realt?, il guadagno K2 rappresenta una funzione della pressione di picco. Infatti, la temperatura in uscita dal blocco 105 ? ottenibile in funzione della prima grandezza, indicativa della pressione di picco, tramite un calcolo teorico, ad esempio basato sul primo principio della termodinamica e/o sulla modellazione delle trasformazioni termodinamiche basilari (e.g. politropica, isoentalpica, ecc.). In alternativa, la temperatura del blocco 105 pu? essere ottenuta tramite un modello memorizzato dall?unit? di controllo ECU, ad esempio basato su dati sperimentali o di calibrazione. Similmente, l?utilizzo di tabelle memorizzate nell?unit? di controllo ECU ? altrettanto possibile.
Preferibilmente, la seconda differenza di temperatura ? tra la temperatura del blocco motore e la temperatura del fluido di condizionamento (blocco di ingresso 106, indicata dalla terza grandezza).
La prima e la seconda differenza di temperatura sono utilizzate per il calcolo di rispettivi flussi di calore attraversanti il blocco motore e la cui somma algebrica o sovrapposizione degli effetti (blocco differenza 107) risulta nel flusso di calore poi integrato nel modello per ottenere la temperatura del blocco motore.
In altre parole, il flusso di calore ? modellizzato come un flusso risultante dalla presenza di un primo ed un secondo flusso di calore.
Il primo flusso di calore pu? essere modellizzato come un prodotto tra la prima differenza di temperatura ed un primo coefficiente di scambio termico K3 (blocco 108).
Il coefficiente di scambio termico K3 pu? essere un singolo valore costante memorizzato nell?unit? di controllo ECU, cos? come una funzione modellizzata nell?unit? di controllo ECU. La modellizzazione di uno scambio termico, nella fattispecie per conduzione e convezione, tramite un coefficiente di scambio termico ? arte nota nel settore della fisica tecnica, per cui non richiede una descrizione dettagliata.
Similmente, anche il secondo flusso di calore pu? essere modellizzato analogamente al primo, ossia come un prodotto tra la seconda differenza di temperatura ed un secondo coefficiente di scambio termico.
Qui, preferibilmente, il secondo coefficiente di scambio termico comprende due fattori K4 e K5, modellizzati come guadagni moltiplicativi (blocchi 109, 110) da moltiplicare per la seconda differenza (blocco moltiplicazione 111).
Il guadagno K4 ? applicato alla velocit? del motore 2 (blocco di ingresso 112, indicata dalla seconda grandezza).
Il guadagno K5 ? un guadagno finale che permette un ulteriore grado di libert? per la sincronizzazione del modello. L?aggiunta del guadagno K5 permette di modellizzare comportamenti non lineari.
Pertanto, il secondo coefficiente di scambio termico ? modellizzato in funzione della velocit? del motore 2, tale da essere crescente con la velocit? del motore 2. In particolare, il secondo coefficiente di scambio termico ? proporzionale alla velocit? del motore 2.
La crescita del secondo coefficiente di scambio termico con la velocit? del motore 2 corrisponde al fatto che la portata del fluido di condizionamento ? notoriamente crescente con la velocit? del motore 2, in particolare in modo proporzionale. Infatti, il circuito di condizionamento 10 comprende normalmente una pompa 15 (Figura 1), la cui velocit? ? proporzionale a quella del motore 2, per pompare il fluido di condizionamento dall?elemento 9 verso i condotti. Come noto, la portata del fluido di condizionamento ? a sua volta proporzionale alla velocit? della pompa.
L?aumento della portata del fluido di condizionamento corrisponde ad un aumento del flusso di calore scambiato tra il fluido di condizionamento ed il blocco motore per convezione. Il secondo coefficiente di scambio termico, nello specifico il guadagno K4 applicato alla velocit? del motore 2, tiene conto di questo fatto.
Per quanto riguarda la modellizzazione degli scambi termici, le stesse considerazioni fatte per il primo flusso termico si applicano per il secondo flusso termico, in particolare per il guadagno K4. Il guadagno K5 ? aggiuntivo per modellizzare comportamenti non lineari.
Il modello della figura 2 comprende una pluralit? di guadagni K1, K2, K3, K4, K5. Essi potrebbero essere costanti o funzioni di parametri. In qualsiasi caso, i guadagni K1, K2, K3, K4, K5 sono ottenibili mediante sintonizzazione rispetto ai dati di calibrazione, includenti misure della temperatura del blocco motore, della pressione di picco, della velocit? del motore 2, e della temperatura del fluido di condizionamento. La sintonizzazione pu? essere eseguita ad esempio mediante algoritmi di ottimizzazione noti.
Per la regolazione della fasatura d?accensione in base al modello memorizzato, l?unit? di controllo ECU ? inoltre programmata per determinare la temperatura del blocco motore tramite la quarta grandezza stimata. Inoltre, l?unit? di controllo ECU ? programmata per determinare una quinta grandezza indicativa di una relazione tra la temperatura del blocco motore ed una temperatura di riferimento o calibrazione per il blocco motore. L?unit? di controllo ECU ? programmata per regolare la fasatura di accensione in funzione della quinta grandezza.
In particolare, la quinta grandezza ? una differenza tra la temperatura del blocco motore e la temperatura di riferimento. Maggiore ? la differenza, maggiore sar? l?anticipo con cui l?unit? di controllo ECU comander? l?accensione della miscela tramite il dispositivo di accensione 12. In altre parole, l?unit? di controllo ECU ? programmata per anticipare l?accensione tanto maggiormente quanto pi? la quinta grandezza indica che la temperatura del blocco motore ? minore della temperatura di riferimento.
Preferibilmente, l?unit? di controllo ECU memorizza la temperatura di riferimento in funzione della seconda grandezza, indicativa della velocit? del motore 2, e di una sesta grandezza, indicativa di un carico a cui il motore 2 ? soggetto.
Infatti, la fasatura di accensione del motore 2 viene normalmente calibrata a banco per una pluralit? di valori di velocit? e di carico del motore 2. Ogni coppia di valori di carico e velocit? del motore 2 durante la calibrazione ? pertanto associabile ad una temperatura di riferimento del motore 2 in condizioni stazionarie. Tale associazione produce una mappatura, in particolare in un formato tabellare.
L?unit? di controllo ECU memorizza la mappatura tra temperatura di riferimento, la seconda grandezza e la sesta grandezza. Ad esempio, l?unit? di controllo ECU memorizza la mappatura o tabella, nello specifico.
Inoltre, l?apparato 11 comprende inoltre un trasduttore T4 configurato per rilevare la sesta grandezza. In particolare il trasduttore T4 ? accoppiato al motore 2. L?unit? di controllo ECU ? atta a essere accoppiata al trasduttore T4 per estrarre informazioni sulla sesta grandezza rilevata dal trasduttore T4. Per la sesta grandezza vale il medesimo ragionamento compiuto per le grandezze dalla prima alla terza; cio?, la sesta grandezza pu? essere determinata dall?unit? di controllo ECU in modi diversi rispetto alla rilevazione tramite il trasduttore T4.
L?unit? di controllo ECU determina la temperatura di riferimento, ossia la temperatura che il blocco motore avrebbe avuto in condizioni stazionarie, in funzione della seconda e della sesta grandezza. Poi, l?unit? di controllo ECU determina la quinta grandezza in funzione della temperatura di riferimento. Quindi, l?unit? di controllo ECU regola la fasatura di accensione in funzione della quinta grandezza determinata.
Pi? precisamente, l?unit? di controllo ECU regola la fasatura di accensione in funzione della differenza tra la temperatura effettiva del blocco motore e la temperatura di riferimento, ossia la temperatura che il blocco motore avrebbe avuto in condizioni stazionarie.
In particolare, la regolazione della fasatura di accensione pu? avvenire anche in funzione della seconda e della sesta grandezza.
A tale scopo, l?unit? di controllo ECU memorizza una mappatura atta a mappare l?insieme di grandezze costituito dalla seconda, la quinta, e la sesta grandezza su un valore di fasatura per la fasatura di accensione.
L?unit? di controllo ECU calcola il valore di fasatura tramite la mappatura memorizzata in base all?insieme di grandezze rilevante. Cos?, la regolazione della fasatura di accensione avviene tramite l?unit? di controllo che comanda il dispositivo di accensione 12 in accordo con il valore di fasatura calcolato. Se la temperatura del blocco motore risulta inferiore a quella di riferimento, il valore di fasatura calcolato comporter? un anticipo della fasatura di accensione rispetto al valore di fasatura secondo la calibrazione del motore 2 in condizioni stazionarie.
In altre parole, il valore di fasatura calcolato viene applicato per la fasatura di accensione durante il transitorio del motore 2.
La mappatura per il calcolo del valore di fasatura ? vantaggiosamente calibrata rispetto a dati sperimentali o di calibrazione del motore 2 in regime transitorio.
Durante la calibrazione in regime transitorio, ciascuna terna di valori di differenza tra temperatura del blocco motore e temperatura di riferimento (quinta grandezza), velocit? del motore 2 (seconda grandezza), e carico del motore 2 (sesta grandezza) ? associata ad un valore di anticipo o ritardo della fasatura di accensione.
Quest?ultimo valore ? calibrato sperimentalmente valutando l?insorgenza di fenomeni di detonazione. In pratica, per ciascuna condizione definita dalla terna di cui sopra, l?anticipo della fasatura di accensione viene aumentato fintanto che non insorge la detonazione.
E? possibile persino scegliere un livello di detonazione accettabile oppure scegliere di evitare completamente la detonazione, come preferibile. In ogni caso, il valore di fasatura verr? scelto in modo consapevole e programmato rispetto alla effettiva probabilit? di insorgenza di detonazione ed alla relativa significativit? dell?entit? della stessa detonazione insorgente.
In altre parole, il valore di fasatura determinabile mediante la mappatura memorizzata corrisponde ad un massimo anticipo di accensione ammissibile nelle condizioni di velocit? e di carico del motore 2 indicate dalla seconda e dalla sesta grandezza, senza che il livello o l?entit? della detonazione insorgente ecceda un limite prestabilito.
Ad esempio, il limite prestabilito ? nullo. In altre parole, l?insorgere di fenomeni di detonazione potrebbe non essere tollerato.
Alternativamente, la mappatura potrebbe anche tenere conto di una sola tra la seconda e la sesta grandezza, unitamente alla quinta grandezza per la valutazione del valore di fasatura. Se la sesta grandezza non viene considerata, essa pu? anche non essere determinata.
Similmente, la quinta grandezza potrebbe pure essere funzione di una sola tra la seconda e la sesta grandezza. Se la sesta grandezza non viene considerata, essa pu? anche non essere determinata.
Il funzionamento dell?apparato 11 corrisponde all?esecuzione di un procedimento per regolare la fasatura della miscela nella camera di combustione 6 del motore 2.
Il procedimento comprende le fasi di
- determinare la prima grandezza,
- determinare la seconda grandezza,
- determinare la terza grandezza,
- prevedere il modello matematico di scambio termico per la camera di combustione,
- stimare la quarta grandezza tramite le tre grandezze determinate ed il modello matematico, e
- regolare la fasatura di accensione in funzione della quarta grandezza stimata.
Il procedimento appena descritto pu? essere eseguito dall?apparato 11 tramite le istruzioni di un programma per calcolatore. Il programma pu? anche essere caricato su mezzi leggibili dal calcolatore.
Da quanto precede, risultano evidenti i vantaggi del procedimento e dell?apparato 11 secondo l?invenzione.
L?invenzione permette di aumentare le prestazioni e l?efficienza del motore 2 tramite la sola regolazione della fasatura di accensione, senza incorrere nel rischio di fenomeni di detonazione. Ci? permette di superare il pregiudizio tecnico per cui non ? possibile anticipare la fasatura di accensione rispetto alle condizioni di calibrazione.
L?utilizzo del modello matematico di scambio termico ? affidabile e permette di eseguire il procedimento dell?invenzione senza dover introdurre sensori di misura della temperatura del blocco motore. In particolare, il modello memorizzato nell?unit? di controllo ECU ammette anche la possibilit? che il fluido di condizionamento riscaldi il blocco motore, piuttosto che raffreddarlo.
La considerazione dell?inerzia termica del blocco motore ? vantaggiosa in quanto permette una valutazione pi? realistica dei rischi di detonazione.
L?affidabilit? del modello di scambio termico e della regolazione anticipatoria della fasatura sono garantite da operazioni di calibrazione del motore 2.
Risulta infine chiaro che al procedimento ed all?apparato 11 secondo l?invenzione possono essere apportate modifiche e varianti che tuttavia non escono dall?ambito di tutela definito dalle rivendicazioni.
A scopo di chiarezza, si sottolinea che termini quali prima, seconda, terza, quarta, quinta, e sesta grandezza potrebbero essere intercambiabili con le grandezze da essi indicate.

Claims (15)

RIVENDICAZIONI
1.- Procedimento per regolare la fasatura di accensione di una miscela aria-carburante in una camera di combustione (6) di un motore a combustione interna (2), il procedimento comprendendo le fasi di
a. determinare una prima grandezza indicativa di una pressione massima della miscela per un ciclo del motore, b. determinare una seconda grandezza indicativa di una velocit? del motore (2),
c. determinare una terza grandezza indicativa di una prima temperatura di un fluido di condizionamento usato per condizionare termicamente la camera di combustione (6), in corrispondenza di una zona di scambio termico tra il motore (2) ed il fluido di condizionamento,
d. prevedere un modello matematico di scambio termico per la camera di combustione (6), il modello mappando l?insieme delle tre grandezze costituito dalla prima, dalla seconda, e dalla terza grandezza, su una quarta grandezza indicativa di una seconda temperatura di una porzione di parete (3, 5) del motore (2) intorno alla camera di combustione (6),
e. stimare la quarta grandezza tramite le tre grandezze determinate ed il modello matematico, e
f. regolare la fasatura di accensione in funzione della quarta grandezza stimata.
2.- Il procedimento della rivendicazione 1, in cui il modello matematico mappa le dette tre grandezze sulla quarta grandezza in funzione di un?inerzia termica della porzione di parete (3, 5).
3.- Il procedimento della rivendicazione 1 o 2, in cui il modello matematico mappa le dette tre grandezze sulla quarta grandezza tramite un?integrazione numerica di un flusso di calore attraversante la porzione di parete (3, 5).
4.- Il procedimento della rivendicazione 3, in cui il flusso di calore ? modellizzato come un flusso risultante dalla presenza di un primo e di un secondo flusso di calore modellizzati come rispettivi prodotti di un primo ed un secondo coefficiente di scambio termico, rispettivamente con una prima ed una seconda differenza di temperatura, in cui - la prima differenza di temperatura ? tra la seconda temperatura ed una terza temperatura della miscela corrispondente alla detta pressione massima; e
- la seconda differenza di temperatura ? tra la prima temperatura e la seconda temperatura.
5.- Il procedimento della rivendicazione 4, in cui il secondo coefficiente di scambio termico ? modellizzato in funzione della velocit? del motore (2), tale da essere crescente con la velocit? del motore (2).
6.- Il procedimento di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase f comprende le fasi di
f1. determinare la seconda temperatura tramite la quarta grandezza,
f2. determinare una quinta grandezza indicativa di una relazione tra la seconda temperatura ed una quinta temperatura di riferimento o calibrazione per la porzione di parete (3, 5), e
f3. regolare la fasatura di accensione in funzione della quinta grandezza.
7.- Il procedimento della rivendicazione 6, in cui la fase f3 comprende un anticipo dell?accensione tanto maggiore quanto pi? la quinta grandezza indica che la seconda temperatura ? minore rispetto alla quinta temperatura.
8.- Il procedimento della rivendicazione 6 o 7, comprendente inoltre la fase di
g. determinare una sesta grandezza indicativa di un carico del motore (2),
in cui la quinta temperatura ? funzione della seconda e della sesta grandezza.
9.- Il procedimento della rivendicazione 8, comprendente inoltre le fasi di
h. prevedere una mappatura che mappi l?ulteriore insieme di grandezze costituito dalla seconda grandezza, la quinta grandezza, e la sesta grandezza, su un valore di fasatura per la fasatura di accensione,
i. calcolare il detto valore tramite la mappatura in base all?ulteriore insieme di grandezze,
in cui la fase f3 comprende l?applicazione del detto valore per la fasatura di accensione.
10.- Il procedimento della rivendicazione 9, in cui il detto valore corrisponde ad un massimo anticipo di accensione ammissibile in condizioni di velocit? e carico del motore (2) indicate dalla seconda e dalla sesta grandezza, senza che un livello di detonazione ecceda un limite prestabilito.
11.- Apparato (11) per regolare la fasatura di accensione di una miscela aria-combustibile in una camera di combustione (6) di un motore a combustione interna (2), l?apparato comprendendo
- primi mezzi di determinazione (T1) per determinare una prima grandezza indicativa di una pressione massima della miscela per un ciclo del motore,
- secondi mezzi di determinazione (T2) per determinare una seconda grandezza indicativa di una velocit? del motore,
- terzi mezzi di determinazione (T3) per determinare una terza grandezza indicativa di una prima temperatura di un fluido di condizionamento usato per condizionare termicamente la camera di combustione (6), in corrispondenza di una zona di scambio termico tra il motore (2) ed il fluido di condizionamento,
- mezzi di accensione (12) collegabili al motore (2) per accendere la miscela nella camera di combustione (6), - un?unit? di controllo (ECU) atta ad essere accoppiata a ciascuno di detti primi, secondi, e terzi mezzi di determinazione (T1, T2, T3) per estrarre corrispondenti informazioni relative alla prima, seconda e terza grandezza determinate, nonch? atta ad essere accoppiata ai detti mezzi di accensione (12) per comandare l?accensione della miscela, in cui l?unit? di controllo (ECU) memorizza un modello matematico di scambio termico per la camera di combustione (6), il modello mappando l?insieme delle tre grandezze costituito dalla prima, dalla seconda, e dalla terza grandezza, su una quarta grandezza indicativa di una seconda temperatura di una porzione di parete (3, 5) intorno alla camera di combustione (6),
in cui l?unit? di controllo (ECU) ? programmata per stimare la quarta grandezza tramite le dette informazioni estratte ed il modello matematico, nonch? per regolare la fasatura di accensione comandando i detti mezzi di accensione (12) in funzione della quarta grandezza stimata.
12.- L?apparato della rivendicazione 11, in cui l?unit? di controllo (ECU memorizza una quinta temperatura di riferimento o calibrazione per la porzione di motore (3, 5), ed ? programmata inoltre per
- determinare la seconda temperatura tramite la quarta grandezza,
- determinare una quinta grandezza indicativa di una relazione tra la seconda temperatura e la quinta temperatura, e
- regolare la fasatura di accensione in funzione della quinta grandezza.
13.- L?apparato della rivendicazione 12, comprendente inoltre quarti mezzi di determinazione (T4) per determinare una sesta grandezza indicativa di un carico del motore (2), in cui l?unit? di controllo (ECU) memorizza la quinta temperatura come una funzione della seconda e della sesta grandezza.
14.- L?apparato della rivendicazione 13, in cui l?unit? di controllo memorizza inoltre una mappatura che mappa l?ulteriore insieme di grandezze costituito dalla seconda grandezza, la quinta grandezza, e la sesta grandezza, su un valore di fasatura per la fasatura di accensione, l?unit? di controllo (ECU) essendo inoltre programmata per calcolare il detto valore tramite la mappatura in base all?ulteriore insieme di grandezze e per applicare il detto valore tramite i mezzi di accensione (12) quando regola la fasatura di accensione.
15.- Un programma per calcolatore comprendente istruzioni per far s? che l?apparato della rivendicazione 11 esegua le fasi del procedimento della rivendicazione 1.
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