ITBO20010569A1

ITBO20010569A1 - Metodo di pilotaggio di attuatori elettromagnetici per il comando di una pluralita' di valvole di un motore

Info

Publication number: ITBO20010569A1
Application number: IT2001BO000569A
Authority: IT
Inventors: Marcello Cristiani; Gianni Padroni; Aurelio Rivizzigno
Original assignee: Magneti Marelli Powertrain Spa
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2003-03-20
Also published as: EP1296024B1; US6688264B2; US20030056742A1; DE60236781D1; EP1296024A1; BR0204164A; ITBO20010569A0

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce ad un metodo di pilotaggio di attuatori elettromagnetici per il comando delle valvole di un motore.

Come è noto, sono attualmente in fase di sperimentazione motori a combustione interna, in cui la movimentazione delle valvole di aspirazione e di scarico è effettuata da attuatori elettromagnetici (del tipo di quelli descritti nella domanda di brevetto europeo EP1087110. Tali attuatori elettromagnetici presentano indubbi vantaggi, in quanto permettono di comandare ciascuna valvola secondo una legge ottimizzata per qualunque condizione operativa del motore, mentre i tradizionali attuatori meccanici (tipicamente alberi a camme) richiedono la definizione di un profilo di alzata delle valvole che rappresenti un compromesso accettabile per tutte le possibili condizioni di funzionamento del motore.

Un attuatore elettromagnetico per una valvola di un motore a combustione interna del tipo di quello sopra descritto normalmente comprende un corpo attuatore, il quale è collegato allo stelo della valvola ed in condizioni di riposo viene mantenuto da almeno una molla in una posizione intermedia tra due elettromagneti diseccitati; in uso, gli elettromagneti vengono comandati in modo tale da esercitare alternativamente una forza di attrazione di origine magnetica sul corpo attuatore per spostare il corpo attuatore stesso tra le due posizioni limite di battuta, le quali corrispondono ad una posizione di massima apertura e di chiusura della rispettiva valvola .

Gli elettromagneti degli attuatori elettromagnetici sono pilotati da un dispositivo di pilotaggio comune, il quale viene alimentato dall'impianto di generazione elettrica del veicolo, che è normalmente costituito da una batteria elettrolitica e da un generatore di corrente continua meccanicamente collegato all'albero motore. In particolare, ciascun elettromagnete viene pilotato dal dispositivo di pilotaggio comune mediante l'alimentazione di una onda di corrente elettrica presentante due porzioni iniziale e finale di comando in cui l'intensità della corrente elettrica varia rapidamente ed una porzione di mantenimento intermedia in cui l'intensità della corrente elettrica rimane sostanzialmente costante e pari ad un valore di mantenimento; le porzioni di comando di un onda di corrente elettrica sono disposte all'inizio dell'onda, quando la corrente elettrica passa dal valore zero al valore di mantenimento mediante un impulso presentante un picco più elevato rispetto al valore di mantenimento, e alla fine dell'onda, quando la corrente elettrica passa dal valore di mantenimento al valore zero.

In corrispondenza di ciascuna porzione di comando, si verifica una variazione impulsiva della quantità di carica elettrica erogata complessivamente dal dispositivo di pilotaggio che implica una sostanzialmente identica variazione impulsiva della quantità di carica elettrica alimentata al dispositivo di pilotaggio dall'impianto di generazione elettrica del veicolo; è stato osservato che il generatore non è in grado di fare fronte a tale variazione impulsiva di carica elettrica a causa della rapidità di tale variazione, la quale deve essere interamente assorbita dalla batteria.

Tuttavia, è stato sperimentalmente osservato che una batteria continuamente sottoposta alle sopra descritte variazione impulsive di carica elettrica erogata degrada molto rapidamente e, praticamente, presenta una vita operativa non superiore ai 5-6 mesi contro una vita operativa normale di almeno 3-4 anni.

Per cercare di eliminare l'inconveniente sopra esposto, è stato proposto di disporre in parallelo al dispositivo di pilotaggio una batteria di condensatori, che sia in grado di assorbire le variazioni impulsive di carica elettrica al posto della batteria. Tuttavia, tale soluzione per risultare efficace richiede l'installazione di capacità complessive molto elevate (indicativamente tra 3 e 8 mF), le quali richiedono l'utilizzo di condensatori elettrolitici che sono costosi, ingombranti e relativamente poco affidabili in un ambiente ostile quale il vano motore.

Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo di pilotaggio di attuatori elettromagnetici per il comando delle valvole di un motore, che sia privo degli inconvenienti sopra descritti e, in particolare, sia di facile ed economica attuazione.

In accordo con la presente invenzione viene fornito un metodo di pilotaggio di attuatori elettromagnetici per il comando delle valvole di un motore; ciascun attuatore elettromagnetico comprendendo almeno un rispettivo elettromagnete, il quale viene pilotato da un dispositivo di pilotaggio comune mediante l'alimentazione di una onda di corrente elettrica presentante almeno una porzione di comando in cui l'intensità della corrente elettrica varia rapidamente ed una porzione di mantenimento in cui l'intensità della corrente elettrica rimane sostanzialmente costante; il metodo prevedendo di alimentare ciclicamente rispettive onde di corrente elettrica agli elettromagneti per comandare le valvole in funzione del punto motore; il metodo essendo caratterizzato dal fatto di variare in corrispondenza della porzione di comando di ciascuna onda di corrente elettrica il valore dell'intensità della corrente elettrica alimentata durante le porzioni di mantenimento delle altre onde di corrente elettrica al fine di limitare la variazione della quantità di carica elettrica erogata complessivamente dal dispositivo di pilotaggio.

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 è una schematizzazione del circuito elettrico di alimentazione di un sistema elettromagnetico di comando delle valvole di un motore operante secondo il metodo oggetto della presente invenzione;

- la figura 2 illustra con maggiore dettaglio il sistema elettromagnetico di comando delle valvole della figura 1; e

la figura 3 è un grafico della evoluzione temporale delle correnti di pilotaggio delle bobine di alcuni attuatori elettromagnetici del sistema elettromagnetico della figura 2. Nella figura 1, con 1 è indicato nel suo complesso un sistema elettromagnetico di comando delle valvole di un motore a combustione interna (di tipo noto e non illustrato) ; il sistema 1 elettromagnetico riceve alimentazione elettrica, cioè una corrente Ifeed continua ad una tensione costante di 12 V, da un circuito 2 elettrico collegato ad una batteria 3 elettrolitica del motore, e ad un generatore 4 di corrente continua del motore .

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il sistema 1 elettromagnetico comprende un dispositivo 5 di pilotaggio, il quale riceve la corrente Ifeed dal circuito 2 elettrico e pilota una serie di attuatori 6 elettromagnetici di tipo noto (ad esempio del tipo di quello descritto nella domanda di brevetto EP1087110) . Ciascun attuatore 6 elettromagnetico è accoppiato ad una rispettiva valvola (non illustrata) di aspirazione o di scarico del motore per spostare la valvola stessa lungo un asse longitudinale della valvola tra una posizione di chiusura ed una posizione di massima apertura. In particolare, ciascun attuatore 6 elettromagnetico comprende un braccetto oscillante (non illustrato) realizzato almeno parzialmente in materiale ferromagnetico e collegato meccanicamente allo stelo della rispettiva valvola, e due elettromagneti 7 disposti da bande opposte del braccetto oscillante. In uso, il dispositivo 5 di pilotaggio pilota gli elettromagneti 7 per esercitare alternativamente o simultaneamente una forza di attrazione di origine magnetica sul braccetto oscillante (non illustrato) in modo da spostare il braccetto oscillante stesso tra due posizioni limite di battuta, le quali corrispondono alle citate posizioni di massima apertura e di chiusura della rispettiva valvola (non illustrata).

Ciascun elettromagnete 7 di un attuatore 6 elettromagnetico viene pilotato dal dispositivo 5 di pilotaggio in modo indipendente dall'altro elettromagnete 7 con una rispettiva onda 0 di corrente elettrica, la quale è completamente illustrata nel grafico superiore della figura 3 e presenta due porzioni terminali di comando in cui 1'intensità della corrente i(t) elettrica varia rapidamente ed una porzione intermedia di mantenimento in cui l'intensità della corrente i(t) elettrica rimane sostanzialmente costante. In particolare, ciascuna onda O di corrente elettrica comprende una porzione iniziale di comando (compresa tra gli istanti di tempo t0 e ti), durante la quale l'intensità della corrente i(t) elettrica passa dal valore zero ad un valore Im di mantenimento mediante un impulso presentante un picco Ip più elevato rispetto al valore di mantenimento Im stesso, la porzione intermedia di mantenimento (compresa tra gli istanti di tempo ti e t2), durante la quale l'intensità della corrente i(t) elettrica è mantenuta sostanzialmente costante e pari al valore di mantenimento Im, ed una porzione finale di comando (compresa tra gli istanti di tempo t2 e t3), durante la quale l'intensità della corrente i(t) elettrica passa dal valore Im di mantenimento al valore zero mediante una rampa di discesa.

In uso, il dispositivo 5 di pilotaggio alimenta ciclicamente rispettive onde O di corrente elettrica agli elettromagneti 7 degli attuatori 6 elettromagnetici per comandare le valvole (non illustrate) in funzione del punto motore; risulta chiaro che in corrispondenza di una porzione di comando di una onda 0 di corrente elettrica, si verifica una variazione molto rapida della quantità di carica elettrica erogata (e quindi assorbita) complessivamente dal dispositivo 5 di pilotaggio.

Secondo quanto illustrato in modo esemplificativo nella figura 3, per compensare almeno parzialmente tale variazione della quantità di carica elettrica assorbita dal dispositivo 5 di pilotaggio, il dispositivo 5 di pilotaggio stesso varia in corrispondenza della porzione di comando di ciascuna onda O di corrente elettrica il valore dell'intensità della corrente elettrica i(t) alimentata durante le porzioni di mantenimento delle altre onde 0 di corrente elettrica. In altre parole, in corrispondenza della porzione di comando iniziale di ciascuna onda O di corrente elettrica viene diminuito il valore dell'intensità della corrente elettrica i(t) alimentata durante le porzioni di mantenimento delle altre onde O di corrente elettrica, mentre in corrispondenza della porzione di comando finale di ciascuna onda O di corrente elettrica viene aumentato il valore dell'intensità della corrente elettrica i(t) alimentata durante le porzioni di mantenimento delle altre onde O di corrente elettrica.

Ovviamente, la variazione dell'intensità della corrente elettrica i(t) durante le porzioni di mantenimento delle altre onde 0 di corrente elettrica deve essere tale da generare una variazione della quantità di carica elettrica sostanzialmente uguale e contraria alla variazione della quantità di carica elettrica generata dalla porzione di comando.

Secondo una diversa forma di attuazione, in corrispondenza della porzione di comando di ciascuna onda 0 di corrente elettrica, possono venire utilizzati temporaneamente anche gli elettromagneti 7 in quel momento non attivi come accumulatori o restitutori temporanei di energia elettrica.

E' importante osservare che la variazione temporanea della intensità della corrente elettrica i(t) alimentata durante una porzione di mantenimento ad un elettromagnete 7 deve essere tale da non interferire con la funzionalità dell'elettromagnete 7 stesso; per tale motivo la variazione temporanea della intensità della corrente i(t) elettrica alimentata durante una porzione di mantenimento ad un elettromagnete 7 viene sempre limitata all'interno di un intervallo di accettabilità.

Normalmente, durante una porzione di mantenimento il rispettivo braccetto oscillante (non illustrato) è in battuta contro il corrispondente elettromagnete 7, quindi un aumento temporaneo della intensità della corrente elettrica i(t) non influenza la funzionalità dell'elettromagnete 7 in quanto provoca un aumento della forza di attrazione che tende a stabilizzare ulteriormente tale condizione di battuta. Invece, una diminuzione temporanea della intensità della corrente elettrica i(t) potrebbe influenzare la funzionalità dell'elettromagnete 7 in quanto provoca una diminuzione della forza di attrazione che potrebbe portare ad un distacco del braccetto oscillante dall'elettromagnete. Per tale motivo, in ogni istante l'intensità della corrente i(t) elettrica alimentata durante una porzione di mantenimento viene mantenuta non inferiore ad un valore minimo di sostentamento, il quale è inferiore al valore Im di mantenimento. A titolo di esempio, il valore Im di mantenimento potrebbe essere pari a circa 5A, ed il valore minimo di sostentamento potrebbe essere pari a circa 3A.

La sopra descritta modalità operativa permette di ridurre notevolmente il valore delle variazioni impulsive della quantità di carica erogata (e quindi assorbita) dal dispositivo 5 di pilotaggio; tuttavia, prove sperimentali hanno evidenziato che risulta estremamente difficile annullare completamente tali variazioni impulsive della quantità di carica in ogni condizione e risulta quindi preferibile collegare in parallelo al dispositivo 5 di pilotaggio un condensatore 8 di capacità (quindi di dimensioni e di costo) relativamente ridotta (inferiore a 500 μΡ).

Da quanto sopra esposto, risulta chiaro che la modalità operativa sopra descritta permette di evitare che la batteria 3 debba sopportare le variazioni impulsive della quantità di carica assorbita dal dispositivo 5 di pilotaggio in modo semplice ed economico, in quanto non richiede alcuna variazione alla struttura del sistema 1 elettromagnetico ed utilizza un condensatore 8 di capacità (quindi di dimensioni e di costo) relativamente ridotta.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1) Metodo di pilotaggio di attuatori (6) elettromagnetici per il comando delle valvole di un motore; ciascun attuatore (6) elettromagnetico comprendendo almeno un rispettivo elettromagnete (7), il quale viene pilotato da un dispositivo (5) di pilotaggio comune mediante l'alimentazione di una onda (0) di corrente elettrica presentante almeno una porzione di comando in cui l'intensità della corrente (1) elettrica varia rapidamente ed una porzione di mantenimento in cui l'intensità della corrente (i) elettrica rimane sostanzialmente costante; il metodo prevedendo di alimentare ciclicamente rispettive onde (0) di corrente elettrica agli elettromagneti per comandare le valvole in funzione del punto motore; il metodo essendo caratterizzato dal fatto di variare in corrispondenza della porzione di comando di ciascuna onda (0) di corrente elettrica il valore dell'intensità della corrente (i) elettrica alimentata durante le porzioni di mantenimento delle altre onde (0) di corrente elettrica al fine di limitare la variazione della quantità di carica elettrica erogata complessivamente dal dispositivo (5) di pilotaggio.
2) Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna detta onda (0) di corrente elettrica presenta almeno due porzioni iniziale e finale di comando in cui l'intensità della corrente (i) elettrica varia rapidamente rispettivamente in crescita ed in diminuzione; la detta porzione di mantenimento essendo intermedia rispetto alle porzioni iniziale e finale di comando; e venendo variata in corrispondenza delle porzioni di comando di ciascuna onda (0) di corrente elettrica il valore dell'intensità della corrente (i) elettrica alimentata durante le porzioni di mantenimento delle altre onde (0) di corrente elettrica al fine di limitare la variazione della quantità di carica elettrica erogata complessivamente dal dispositivo (5) di pilotaggio.
3) Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui durante la detta porzione di mantenimento intermedia la corrente (i) elettrica viene mantenuta normalmente pari ad un valore (Im) di mantenimento; durante la detta porzione di comando iniziale la corrente (i) elettrica passando dal valore zero al valore (Im) di mantenimento mediante un impulso presentante un picco (Ip) più elevato rispetto al valore (Im) di mantenimento stesso; e durante la detta porzione di comando finale la corrente (i) elettrica passando dal valore (Im) di mantenimento al valore zero mediante una rampa di discesa .
4) Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui durante la porzione di comando iniziale di ciascuna onda (0) di corrente viene diminuito il valore dell'intensità della corrente (i) elettrica alimentata durante le porzioni di mantenimento delle altre onde (0) di corrente elettrica al fine di limitare la variazione della quantità di carica elettrica erogata complessivamente dal dispositivo (5) di pilotaggio.
5) Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui durante la porzione di comando finale di ciascuna onda (0) di corrente viene aumentato il valore dell'intensità della corrente (i) elettrica alimentata durante le porzioni di mantenimento delle altre onde (0) di corrente elettrica al fine di limitare la variazione della quantità di carica elettrica erogata complessivamente dal dispositivo (5) di pilotaggio.
6) Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui la variazione temporanea della intensità della corrente (i) elettrica alimentata durante una porzione di mantenimento viene sempre limitata all'interno di un intervallo di accettabilità.
7) Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui durante una detta porzione di mantenimento il valore dell'intensità della corrente (i) elettrica alimentata al detto elettromagnete (7) è pari normalmente ad un valore (Im) di mantenimento; in ogni istante l'intensità della corrente (i) elettrica alimentata durante una porzione di mantenimento viene mantenuta non inferiore ad un valore minimo di sostentamento, il quale è inferiore al detto valore (Im) di mantenimento.
8) Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui il detto valore (Im) di mantenimento è pari a circa 5A, ed il detto valore minimo di sostentamento è pari a circa 3A.
9) Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui ciascun detto attuatore (6) elettromagnetico comprende una coppia di elettromagneti (7) ed un corpo attuatore, il quale è collegato allo stelo della rispettiva valvola ed è montato mobile tra i due elettromagneti; gli elettromagneti (7) venendo pilotati per esercitare alternativamente una forza di attrazione di origine magnetica sul corpo attuatore per spostare il corpo attuatore stesso tra due posizioni limite di battuta, le quali corrispondono ad una posizione di massima apertura e di chiusura della rispettiva valvola .
10) Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui ciascun detto elettromagnete (7) di un attuatore (6) elettromagnetico viene pilotato dal detto dispositivo (5) di pilotaggio in modo indipendente dall'altro elettromagnete (7) con una rispettiva detta onda (0) di corrente elettrica.
11) Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui in corrispondenza della porzione di comando di ciascuna onda (0) di corrente elettrica, vengono utilizzati gli elettromagneti (7) in quel momento non attivi come accumulatori o restitutori temporanei di energia elettrica.
12) Metodo di pilotaggio di attuatori (6) elettromagnetici per il comando delle valvole di un motore; ciascun attuatore (6) elettromagnetico comprendendo almeno un rispettivo elettromagnete (7), il quale viene pilotato da un dispositivo (5) di pilotaggio comune mediante l'alimentazione di una onda (0) di corrente elettrica presentante almeno una porzione di comando in cui l'intensità della corrente (1) elettrica varia rapidamente ed una porzione di mantenimento in cui l'intensità della corrente (i) elettrica rimane sostanzialmente costante; il metodo prevedendo di alimentare ciclicamente rispettive onde (O) di corrente elettrica agli elettromagneti per comandare le valvole in funzione del punto motore; il metodo essendo caratterizzato dal fatto di utilizzare in corrispondenza della porzione di comando di ciascuna onda (0) di corrente elettrica gli elettromagneti (7) in quel momento non attivi come accumulatori o restitutori temporanei di energia elettrica al fine di limitare la variazione della quantità di carica elettrica erogata complessivamente dal dispositivo (5) di pilotaggio.
13) Sistema (1) elettromagnetico di comando delle valvole di un motore a combustione interna operante secondo il metodo licitato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12.