ITBO20000661A1 - Metodo di regolazione e controllo di un motore a combustione interna - Google Patents

Metodo di regolazione e controllo di un motore a combustione interna Download PDF

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Description

D E S C R I Z IO N E
La presente invenzione è relativa ad metodo di regolazione e controllo di un motore a combustione interna appartenente ad un gruppo ibrido di propulsione di un mezzo semovente.
Nello stato dell'arte sono conosciuti dei metodi di controllo di un motore a combustione interna, in particolare, di un motore diesel, che si basano su migliaia di punti di lavoro ricavati dallo studio dei diagrammi di lavoro del motore riportanti, per esempio, la potenza e la coppia in funzione della velocità angolare in uscita dall'albero motore. Ricostruire delle mappe attendibili per un determinato motore comporta un enorme lavoro di acquisizione dati in quanto che i dati già disponibili sono in generale pochi. Tutto ciò comporta, evidentemente, un grande dispendio di ore/lavoro ed una eccessiva complicazione della centralina elettronica predisposta ad effettuare la regolazione dell 'attuatore che governa la pompa di iniezione del motore diesel.
La presente invenzione si prefigge di fornire una risposta, ancorché approssimata ma sufficiente, al problema di regolare la iniezione in motori diesel per garantire un basso consumo, una bassa emissione di gas nocivi, un basso inquinamento acustico ed un'alta durata del motore stesso.
Il presente metodo è applicabile solo ad un gruppo ibrido di propulsione perché, come vedremo, in questo tipo di gruppo è possibile svincolare il controllo delle condizioni ottimali del motore dalla potenza che deve essere effettivamente trasmessa a terra.
Il rapporto di trasmissione tra motore e ruote viene mediato dalla presenza di un rapporto variabile con continuità, e quindi possono esserci della variazioni della velocità delle ruote indipendentemente dalla velocità del motore. Si può pertanto scegliere una velocità del motore che risulta conveniente per una data velocità delle ruote. Affinché il regime sia conveniente bisogna contenere il consumo specifico di carburante (SFC), le emissioni inquinanti, la rumorosità e l'usura del motore, pur conservando elasticità e prontezza.
Per una certa potenza da trasmettere al terreno le condizioni di regolazione attuali non prevedono di trasmettere la potenza del motore in condizione di coppia massima, ma siccome nei motori il consumo specifico di t carburante è minimo in regime di coppia massima e siccome la rumorosità aumenta pure con il numero di giri bisognerà fare in modo che, per una certa potenza da trasmettere al terreno, il motore abbia il minor numero di giri consentendo, tuttavia, di erogare la potenza media richiesta dal terreno. Affinché ciò sia possibile il punto di funzionamento del motore deve essere posizionato sulla curva di massima coppia. Per attuare ciò bisogna individuare quale è la regolazione della pompa di iniezione che consente al motore di erogare la necessaria potenza istantanea nelle migliori condizioni viste precedentemente.
Pertanto, la presente invenzione prevede un metodo di regolazione e controllo di un motore a combustione interna collegato ad un gruppo ibrido di trasmissione di un mezzo semovente, metodo utilizzante
un primo diagramma in cui si visualizza la potenza trasmessa dal motore in funzione della velocità angolare di un albero motore, per differenti gradi di parzializzazione di una apparecchiatura a iniezione di regolazione della potenza ed
- un secondo diagramma in cui è rappresentata la coppia trasmessa dall'albero motore in funzione della velocità angolare dell'albero motore stesso, per differenti gradi di parzializzazione dell'apparecchiatura a iniezione di regolazione della potenza,
metodo comprendente le seguenti fasi:
(a) - suddividere arbitrariamente l'asse delle ordinate di detto primo diagramma in una serie di campi vantaggiosamente, ma non necessariamente, di uguale ampiezza;
(b) - inserire nell'asse delle ordinate di detto primo diagramma il valore della potenza richiesta per la movimentazione del mezzo semovente in modo da individuare uno di detti campi;
(c) - trovare su detto primo diagramma il valore massimo della potenza corrispondente al campo individuato nella fase (b);
(d) - determinare su detto primo diagramma il numero di giri dell'albero motore corrispondente al valore massimo della potenza di cui alla fase (c);
(e) - trasferire il numero di giri di cui alla fase (d) nel detto secondo diagramma in modo da trovare il valore della coppia corrispondente;
{f} - individuare su detto secondo diagramma, in corrispondenza del punto intersezione tra la curva di coppia massima e la retta verticale passante per il valore del numero di giri dell'albero motore, di cui al punto (d), la curva di coppia parzializzata e del relativo grado di parzializzazione passante per il detto punto;
(g) - seguire su detto secondo diagramma la curva corrispondente a tale valore della coppia parzializzata fino ad intersecare l'asse delle ascisse per determinare, .in corrispondenza del determinato grado di parzializzazione, la velocità di rotazione a vuoto del motore; ed infine
(h) - determinare la posizione dell'organo di regolazione della pompa ad iniezione in modo da iniettare il combustibile nel motore stesso secondo il grado di parzializzazione stabilito nella fase (f).
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
- la figura 1 illustra un gruppo di propulsione per mezzi semoventi atto ad attuare il metodo oggetto della presente invenzione;
la figura 2 mostra un diagramma, usato nel presente metodo, che visualizza, la variazione della potenza trasmessa in funzione della velocità angolare dell'albero di uscita da un motore a combustione appartenente al gruppo mostrato in figura 1; ed infine la figura 3 mostra un diagramma, usato nel presente metodo in abbinamento con il diagramma di figura 2, che visualizza la variazione della coppia trasmessa in funzione della velocità angolare dell'albero di uscita da un motore a combustione appartenente al gruppo mostrato in figura 1.
In figura 1 con 1 si è indicato nel suo complesso un gruppo ibrido di trasmissione atto a realizzare il metodo oggetto della presente invenzione. Nella fattispecie il gruppo 1 mostrato in figura 1 è un gruppo ibrido in serie, ma gli insegnamenti della presente invenzione possono essere applicati vantaggiosamente a qualsiasi gruppo ibrido, in particolare, ad un gruppo ibrido in parallelo (non illustrato).
Il gruppo 1 comprende un motore 2 a combustione interna, in particolare, un motore diesel, il quale, tramite un albero motore 3, mette in rotazione un generatore 4 collegato elettricamente con un dispositivo 5 di carica atto a caricare un dispositivo 6 di accumulazione dell'energia elettrica. Collegato elettricamente al dispositivo 5 di carica ed al dispositivo 6 di accumulazione è previsto un dispositivo 7 di controllo di un motore elettrico 8 atto a mettere in movimento un assale 9 di un autoveicolo (non rappresentato) . L'iniezione del carburante nel motore 2 a combustione interna è controllato da una apparecchiatura 10 di iniezione comprendente, a sua volta, una pompa 11 di iniezione comandata da un cilindro attuatore 12 per il tramite di un leverismo 13. A completamento dell'apparecchiatura 10 è prevista una scheda elettronica 14 atta a gestire i comandi controllati da una centralina elettronica 15.
La velocità desiderata dell'autoveicolo viene inserita nel sistema per mezzo di un pedale 16, oppure una leva manuale 17 collegata elettricamente in parallelo con il pedale 16 stesso. Una linea elettrica 18 collega elettricamente il pedale 16 e la leva manuale 17 con la centralina 15. Come vedremo meglio in seguito, l'operatore selezionando un certo angolo a di inclinazione del pedale 16 o della leva 17 (l'angolo a in questo caso non è visibile) in realtà non fa altro che selezionare la velocità dell'autoveicolo rispetto al suolo. Il segnale elettrico generato dall'operatore in corrispondenza del pedale 16 o della leva 17 viene inviato alla centralina 15 per la sua elaborazione in modo da determinare lo stato della apparecchiatura 10.
In figura 1 si è visualizzato anche come la centralina 15 riesce a controllare l'apparecchiatura 10 attraverso il metodo oggetto della presente invenzione che sarà viste meglio qui di seguito con riferimento alle figure 2 e 3.
Difatti, la figura 2 mostra un diagramma, usato nel presente metodo, che visualizza la variazione della potenza P trasmessa sull'albero 3 in funzione della velocità angolare eoa dell'albero 3 stesso in uscita dal motore 2. Nel diagramma di figura 2 è rappresentata anche una pluralità di curve in funzione del grado di parzializzazione dell'apparecchiatura 10, in altre parole della pompa 11 di iniezione.
Sia detto per inciso che con i termini "grado di parzializzazione" si designa in questo contesto il grado di apertura direttamente proporzionale alla quantità di carburante che viene iniettata nel motore 2.
In particolare in figura 2 sono rappresentate sedici curve che corrispondono a gradi di parzializzazione compresi tra il 100% ed il 10%.
In altre parole, in figura 2 sono rappresentate sedici curve q di parzializzazione che vanno dalla curva qO, rappresentante il comportamento del motore 2 con un grado di parzializzazione pari al 100%, cioè quando la pompa 11 è interamente aperta ed inietta nel motore 2 la quantità massima di carburante, alla curva ql che illustra il comportamento del motore 2 con un grado di parzializzazione della pompa 11 pari al 10%.
E' anche da rimarcare in figura 2 la presenza della curva qO' che rappresenta l'inviluppo delle varie curve q di parzializzazione secondo la curva qO di apertura massima.
La figura 3 illustra, invece, un diagramma, usato nel presente metodo in abbinamento con il diagramma di figura 2, che visualizza la variazione della coppia C trasmessa dal motore 2 all'albero 3 motore in funzione della velocità angolare ma "dell'albero 3 stesso unitamente a sedici curve Q che corrispondono a gradi di parzializzazione compresi tra il 100% ed il 10%.
Anche nel diagramma di sfigura 3 è possibile distinguere tra le curva Q una curva QO di apertura massima, cioè con apertura al 100%, ed una curva Q1 di parzializzazione al 10%. E' da rimarcare anche la presenza della curva inviluppo QO' delle diverse curva Q di parzializzazione secondo la curva Q0.
Come è noto, i diagrammi mostrati nelle figure 2 e 3 sono forniti dalla ditta costruttrice del motore 2 e quindi variano, in generale, da motore a motore. In altri termini,<' >i diagrammi delle figure 2 e 3 sono legati ad un certo motore 2 aventi determinate caratteristiche costruttive che, in questo contesto puramente esemplificativo, sono c.i fatto inessenziali e quindi non verranno dettagliate oltre.
Come abbiamo detto, per rendere più comprensibile il metodo oggetto della presente invenzione faremo ora riferimento alle figure 2 e 3.
Tale metodo utilizza:
un primo diagramma (figura 2) in cui si visualizza la potenza P trasmessa dal motore 2 (figura 1) in funzione della velocità angolare eoa dell'albero motore 3, per differenti gradi di parzializzazione di una apparecchiatura 10 a iniezione di regolazione della potenza P ed
un secondo diagramma (figura 3) in cui è rappresentata la coppia C trasmessa dall'albero motore 3 in funzione della velocità angolare osa dell'albero motore 3 stesso, per differenti gradi di parzializzazione dell'apparecchiatura 10 a iniezione di regolazione della potenza,
metodo comprendente le seguenti fasi:
(a) - suddividere arbitrariamente l'asse delle ordinate del primo diagramma (figura 2) in una serie di campi di date, ampiezze, non necessariamente tra loro uguali (nelle fattispecie, N° 10 campi, 11-110, di uguale ampiezza);
(b) - inserire nell'asse delle ordinate di detto primo diagramma il valore della potenza PI richiesta per la movimentazione del mezzo semovente in modo da individuare quello di detti campi 11-110 che la comprende (nella fattispecie, il campo 18);
(c) - trovare sul primo diagramma (figura 2) il valore massimo della potenza P2 corrispondente al campo individuato nella fase (b) (campo 18);
(d) - determinare sul primo diagramma (figura 2), in particolare sulla curva qO'relativa al massimo grado di iniezione del carburante nel motore 2 (grado di parzializzazione uguale a zero), la velocità angolare ma dell'albero motore 3 corrispondente al valore massimo della potenza P2 di cui alla fase (c);
(e) - trasferire la velocità angolare ma di cui alla fase (dì nel detto secondo diagramma (figura 3) in modo da trovare il valore della coppia CI corrispondente, tale valore essendo dato dal punto di intersezione P3 tra la curva QO' di coppia al massimo grado di regolazione e l'asse verticale passante per ma;
(f) individuare sul secondo diagramma (figura 3) la curva Q2 di coppia parzializzata e del relativo grado di parzializzazione (nel caso in esame, il grado di parzializzazione è il 64%) passante per il punto P3 trovato nella fase (e), corrispondente alla velocità angolare ma ed alla coppia Cl individuati nella fase (e);
(g) - seguire sul secondo diagramma (figura 3) la curva di parzializzazione Q2 corrispondente a tale valore della coppia CI fino ad intersecare l'asse delle ascisse per determinare, in corrispondenza del determinato grado di parzializzazione, la velocità di rotazione a vuoto ω20 del motore; ed infine
(h) determinare sperimentalmente la posizione dell'attuatore 12 di regolazione della pompa di iniezione 13 che porta la velocità a vuoto del motore 2 al valore ω20, in modo da iniettare il carburante nel motore 2 stesso secondo il grado di parzializzazione stabilito nella fase (f).
Se si trova le velocità ωθ a vuoto per ogni curva di parzializzazione Q è possibile tarare compiutamente la centralina 15 senza dovere effettuare delle simulazioni sotto carico del motore 2. E' evidente che, se sulla curva Q2 si parte dalla velocità angolare massima a vuoto ω20, man mano che verrà applicato un carico al motore 2 la velocità angolare ma decrescerà con una legge che segue proprio l'andamento della curva Q2, fino ad arrivare al valore massimo della coppia CI per cui si ha il valore minimo della velocità angolare ma dell'albero 3, e per cui si realizza il funzionamento ottimale del motore 2.

Claims (7)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Metodo di regolazione e controllo di un motore (2) a combustione interna appartenente ad un gruppo (1) ibrido di trasmissione di un mezzo semovente, metodo utilizzante - un primo diagramma in cui si visualizza la potenza (P) trasmessa dal motore (2) in funzione della velocità angolare (ma) di un albero motore (3), per differenti gradi di parzializzazione di una apparecchiatura (10) a iniezione di regolazione della potenza ed - un secondo diagramma in cui è rappresentata la coppia (C) trasmessa dall'albero motore (3) in funzione della velocità angolare (ma) dell'albero motore (3) stesso, per differenti gradi di parzializzazione dell'apparecchiatura (10) a iniezione di regolazione della potenza, metodo comprendente le seguenti fasi: (a) - suddividere arbitrariamente l'asse delle ordinate del primo diagramma in una serie di campi (II-110) non necessariamente di uguale ampiezza; (b) - inserire nell'asse delle ordinate di detto primo diagramma il valore della potenza (PI) richiesta per la movimentazione del mezzo semovente in modo da individuare un particolare campo (18) che comprende detta potenza (PI); (c) - trovare sul primo diagramma il valore massimo della potenza (P2) corrispondente al campo (18) individuato nella fase (b) su una curva (qOl) corrispondente al massimo grado di regolazione della pompa ad iniezione (11) (grado di parzializzazione uguale a zero); (d) - determinare sul primo diagramma la velocità angolare (ma) dell'albero motore (3) corrispondente al valore massimo della potenza (P2) di cui alla fase (c); (e) - trasferire la velocità angolare (ma) di cui alla fase (d) nel detto secondo diagramma in modo da trovare il valore della coppia (Cl) corrispondente, tale valore essendo dato dal punto di intersezione (P3) tra la curva (QO') di coppia al massimo grado di regolazione ed un asse verticale passante per il valore (ma); (f) individuare sul secondo diagramma la curva (Q2) di coppia parzializzata e del relativo grado di parzializzazione passante per il punto (P3) corrispondente alla velocità angolare (ma) ed alla coppia (Cl) individuati nella fase (e); (g) - seguire sul secondo diagramma la curva di parzializzazione (Q2) corrispondente a tale valore della coppia (Cl) fino ad intersecare l'asse delle ascisse per determinare, in corrispondenza del determinato grado di parzializzazione, la velocità di rotazione a vuoto (ω20) del motore; ed infine (h) determinare sperimentalmente la posizione di un attuatore (12) esterno di regolazione di una pompa d'iniezione (11) appartenente alla detta apparecchiatura (10) in modo che tale pompa (11) sia regolata ad iniettare il carburante nel motore (2) stesso secondo il grado di parzializzazione stabilito nella fase (f).
  2. 2. Metodo come rivendicato alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti campi (II—110) di cui alla fase (a) sono uguali tra di loro.
  3. 3. Metodo come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere controllato da una centralina elettronica (15).
  4. 4. Gruppo (1) ibrido di trasmissione caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi atti ad attuare il metodo rivendicato a.lle rivendicazioni 1-3.
  5. 5. Gruppo (1) ibrido di trasmissione come rivendicato alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di comprendere un motore diesel (2).
  6. 6. Gruppo (1) ibrido di trasmissione come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 4, 5, caratterizzato dal fatto di essere un gruppo ibrido in serie .
  7. 7. Gruppo (1) ibrido di trasmissione come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 4, 5, caratterizzato dal fatto di essere un gruppo ibrido in parallelo.
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