ITBO20090831A1 - Metodo di controllo del movimento di un componente che si sposta verso una posizione definita da un finecorsa in un motore a combustione interna - Google Patents

Description

“METODO DI CONTROLLO DEL MOVIMENTO DI UN COMPONENTE CHE SI SPOSTA VERSO UNA POSIZIONE DEFINITA DA UN FINECORSA IN UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNAâ€

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo di controllo del movimento di un componente che si sposta verso una posizione definita da un finecorsa in un motore a combustione interna.

ARTE ANTERIORE

Un motore a combustione interna comprende almeno un cilindro, all’interno del quale scorre con moto alternativo un pistone che à ̈ meccanicamente collegato ad un albero motore. Il cilindro à ̈ collegato ad un collettore di aspirazione mediante almeno una valvola di aspirazione ed à ̈ collegato ad un collettore di scarico mediante almeno una valvola di scarico. In un motore a combustione interna tradizionale, la posizione delle valvole di aspirazione e delle valvole di scarico à ̈ direttamente controllata da uno o due alberi a camme che ricevono il moto dell’albero motore.

Recentemente à ̈ stato proposto un innovativo motore a combustione interna (commercialmente denominato “Multi-Air†) comprendente un dispositivo di controllo di apertura valvole che comanda le valvole di aspirazione gestendone angolo di apertura ed alzata in modo da utilizzare le valvole di aspirazione per controllare la coppia erogata. Il dispositivo di controllo di apertura valvole utilizza un tradizionale albero a camme che riceve il moto dell’albero motore e per ciascuna valvola di aspirazione comprende un attuatore idraulico elettrocontrollato (cioà ̈ controllato mediante una elettrovalvola), il quale à ̈ interposto tra uno stelo della valvola di aspirazione e l’albero a camme. Pilotando opportunamente ciascun attuatore idraulico à ̈ possibile regolare il moto trasmesso dall’albero a camme allo stelo della valvola di aspirazione e quindi à ̈ possibile regolare l’effettiva alzata della valvola di aspirazione. Quindi, l’azione del dispositivo di controllo permette di variare per ciascun cilindro e ad ogni ciclo motore l’effettiva alzata di ciascuna valvola di aspirazione in modo indipendente dalle altre valvole di aspirazione.

In caso di problemi al circuito idraulico che alimenta gli attuatori idraulici del dispositivo di controllo di apertura valvole, oppure in caso di guasto di un attuatore idraulico o di una elettrovalvola del dispositivo di controllo di apertura valvole, à ̈ possibile che la posizione di una o più valvole di aspirazione non venga controllata in modo corretto (tipicamente la valvola di aspirazione interessata dal malfunzionamento rimane sempre chiusa). In altre parole, l’apertura delle valvole di aspirazione non à ̈ meccanicamente garantita dalla camma meccanica, in quanto tra gli steli delle valvole di aspirazione e la camma meccanica sono interposti degli attuatori idraulici e quindi à ̈ possibile un malfunzionamento negli attuatori idraulici o nella catena di controllo/alimentazione degli attuatori idraulici che impedisce la corretta apertura delle valvole di aspirazione.

Questo genere di malfunzionamento non ha mai un effetto distruttivo sul motore a combustione interna, in quanto in ogni caso la corsa massima di una valvola di aspirazione à ̈ sempre limitata dal profilo dell’albero a camme che à ̈ studiato per evitare qualunque tipo di interferenza meccanica tra le valvole di aspirazione ed i pistoni. In ogni caso, questo genere di malfunzionamento deve venire diagnosticato con prontezza in quanto impatta negativamente sia sulla coppia motrice generata dal motore a combustione interna, sia sulla qualità della combustione nei cilindri.

Per diagnosticare la mancata apertura di una o più valvole di aspirazione à ̈ stato proposto di associare a ciascuna valvola di aspirazione un sensore di posizione (eventualmente anche di tipo ON/OFF, cioà ̈ un microswitch) che permette di rilevare in tempo reale l’effettiva posizione della valvola di aspirazione stessa. Tuttavia, questa soluzione à ̈ decisamente costosa, sia per i costi di acquisto, installazione e cablaggio dei sensori di posizione, sia per il fatto che i sensori di posizione devono venire adeguatamente coibentati per resistere alle elevate temperature che possono venire raggiunte nella zona della testata di un motore a combustione interna.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un metodo di controllo del movimento di un componente che si sposta ciclicamente verso una posizione definita da un finecorsa in un motore a combustione interna, il quale metodo di controllo sia privo degli inconvenienti dello stato dell’arte e, in particolare, sia di facile ed economica implementazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di controllo del movimento di un componente che si sposta ciclicamente verso una posizione definita da un finecorsa in un motore a combustione interna secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

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 à ̈ una vista schematica di un motore a combustione interna provvisto di una unità di controllo che implementa il metodo di controllo del movimento di un componente che si sposta ciclicamente verso una posizione definita da un finecorsa oggetto della presente invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ una vista schematica di un cilindro del motore a combustione interna della figura 1;

- la figura 3 Ã ̈ una vista schematica di un particolare della figura 1;

- la figura 4 à ̈ un grafico che illustra la variazione dell’intensità del segnale microfonico in funzione dell’angolo motore e con predeterminate condizioni al contorno;

- la figura 5 à ̈ un grafico che illustra la FTT dell’intensità del segnale microfonico;

- la figura 6 illustra un particolare del grafico della figura 5 con in evidenza due finestre di rilevazione; - la figura 7 à ̈ un grafico che illustra la FTT dell’intensità del segnale microfonico nelle due finestre di rilevazione;

- la figura 8 à ̈ un grafico che illustra l’intensità del segnale microfonico dopo una operazione di filtraggio di tipo passa-banda in una finestra di ascolto;

- la figura 9 à ̈ un grafico che illustra la potenza del segnale microfonico all’interno della finestra di ascolto filtrata col passa banda ed individua un valore di soglia superiore;

- le figure 10, 11 e 12 sono tre grafici che illustrano in sequenza le fasi per la determinazione della mediana e del valore medio dei valori maggiori del valore di soglia superiore; e

- la figura 13 à ̈ un grafico che illustra l’energia del segnale microfonico in funzione della velocità del motore a combustione interna.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 à ̈ indicato nel suo complesso un motore a combustione interna comprendente quattro cilindri 2 disposti in linea. Ciascun cilindro 2 alloggia un rispettivo pistone 3 meccanicamente collegato mediante una biella ad un albero 4 motore per trasmettere all’albero 4 motore stesso la forza generata dalla combustione all’interno del cilindro 2.

All’albero 4 motore à ̈ calettato un motorino 5 di avviamento elettrico che viene alimentato da un batteria 6 ed à ̈ atto a portare in rotazione l’albero 4 motore per avviare il motore 1 a combustione interna. Ai capi della batteria 6 à ̈ collegato un voltmetro 7 che rileva una tensione V di batteria; inoltre, all’albero 4 motore à ̈ accoppiato un sensore 8 di velocità (tipicamente una ruota fonica) che rileva una velocità ω di rotazione dell’albero 4 motore.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il motore 1 a combustione interna comprende un collettore 9 di aspirazione che à ̈ collegato a ciascun cilindro 2 mediante due valvole 10 di aspirazione (solo una delle quali à ̈ illustrata nella figura 2) e riceve aria fresca (cioà ̈ aria proveniente dall’ambiente esterno) attraverso una valvola 11 a farfalla mobile tra una posizione di chiusura ed una posizione di massima apertura. Inoltre, il motore 1 a combustione interna comprende un collettore 12 di scarico che à ̈ collegato a ciascun cilindro 2 mediante almeno una valvola 13 di scarico che confluisce in un condotto di emissione (non illustrato) per emettere i gas prodotti dalla combustione nell’atmosfera. All’interno del collettore 9 di aspirazione à ̈ disposto un sensore 14 di pressione che misura una pressione P di aspirazione.

La posizione di ciascuna valvola 13 di scarico viene direttamente controllata da un albero 15 motore a camme che riceve il moto dell’albero 4 motore; invece, la posizione delle valvole 10 di aspirazione viene controllata da un dispositivo 16 di controllo di apertura valvole che comanda le valvole 10 di aspirazione gestendone angolo di apertura ed alzata in modo da controllare la coppia erogata mediante le valvole 10 di aspirazione. Il dispositivo 16 di controllo di apertura valvole utilizza un tradizionale albero 17 a camme che riceve il moto dell’albero 4 motore e per ciascuna valvola 10 di aspirazione comprende un attuatore 18 idraulico elettrocontrollato (cioà ̈ controllato mediante una elettrovalvola), il quale à ̈ interposto tra uno stelo della valvola 10 di aspirazione e l’albero 17 a camme. Pilotando opportunamente ciascun attuatore 18 idraulico à ̈ possibile regolare il moto trasmesso dall’albero 17 a camme allo stelo della valvola 10 di aspirazione e quindi à ̈ possibile regolare l’effettiva alzata della valvola 10 di aspirazione. Quindi, l’azione del dispositivo 16 di controllo permette di variare per ciascun cilindro 2 e ad ogni ciclo motore l’effettiva alzata di ciascuna valvola 10 di aspirazione in modo indipendente dalle altre valvole 10 di aspirazione.

Il motore 1 a combustione interna illustrato nella figura 2 à ̈ ad iniezione diretta, quindi per ciascun cilindro 2 à ̈ previsto un iniettore 19, il quale inietta il carburante direttamente all’interno del cilindro 2. Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, il motore 1 a combustione interna à ̈ ad iniezione indiretta, quindi per ciascun cilindro 2 il corrispondente iniettore 19 à ̈ disposto a monte del cilindro in un condotto di aspirazione che collega il collettore 9 di aspirazione al cilindro 2.

Infine, il motore 1 a combustione interna comprende un sistema 20 di controllo il quale à ̈ atto a sovraintendere al funzionamento del motore 1 a combustione interna stesso. Il sistema 20 di controllo comprende almeno una unità 21 di controllo (denominata normalmente “ECU†– “Electronic Control Unit†) che controlla il movimento delle valvole 10 di aspirazione.

Secondo quanto meglio illustrato nella figura 3 il sistema 20 di controllo comprende inoltre almeno un sensore 22 del livello di pressione acustica, cioà ̈ un microfono 22, il quale à ̈ collegato alla unità 21 di controllo ed à ̈ atto a rilevare l’intensità S del segnale microfonico che rileva la movimentazione dei componenti motore, come ad esempio le valvole 13 di scarico.

Secondo quanto meglio illustrato nella figura 3, il microfono 22 à ̈ chiaramente disposto a distanze diverse e crescenti rispetto alle valvole 13 di scarico indicate con 13A, 13B, 13C e 13D, ciascuna delle quali à ̈ associata ad un rispettivo cilindro 2.

Il microfono 22 à ̈ di tipo omnidirezionale, ma potrebbe alternativamente essere direzionale ed in questo caso sarebbe chiaramente orientato verso le valvole 13 di scarico; inoltre per acquisire l’intensità S del segnale microfonico viene utilizzata una campionatura a frequenza relativamente elevata avente un valore dell’ordine di grandezza di 100 kHz.

Nella figura 4 à ̈ illustrato a titolo di esempio un grafico che rappresenta la variazione dell’intensità S del segnale microfonico che rileva il contenuto sonoro del motore 1 a combustione interna, e quindi anche la movimentazione delle valvole 13 di scarico in funzione del tempo che à ̈ espresso in gradi di angolo motore. Il grafico della figura 4 illustra un segnale non filtrato che viene acquisito dal microfono 22 con predeterminate condizioni al contorno. Infatti, un segnale del tipo di quello illustrato nel grafico della figura 4 si riferisce alle condizioni di motore 1 a combustione interna trascinato, con le valvole 10 di aspirazione chiuse.

Durante il ciclo di funzionamento, viene rilevata e memorizzata in una memoria di tipo buffer l’intensità S del segnale microfonico generate dal movimento dalle valvole 13 di scarico in funzione dell’angolo motore mediante il microfono 22. Come visto in precedenza, per acquisire l’intensità S del segnale microfonico à ̈ possibile utilizzare una campionatura a frequenza relativamente elevata.

Come à ̈ possibile vedere dal grafico della figura 4, il segnale si presenta ricco di informazioni, ma à ̈ difficilmente correlabile all’istante e alla intensità dell’urto, vale a dire alla velocità di impatto della valvole 13 di scarico in chiusura. Per poter ottenere queste informazioni à ̈ necessario operare una trasformata di Fourier veloce (meglio nota come Fast Fourier Transform – FTT) per scomporre il segnale ottenuto in una somma di armoniche con frequenze, ampiezze e fasi diverse, secondo quanto illustrato nel grafico della figura 5. Per poter determinare quali frequenze sono associate all’urto generato dalla chiusura delle valvole 13 di scarico, à ̈ necessario determinare due finestre W e V di rilevazione espresse in gradi di angoli motore.

Come illustrato nella figura 6, la finestra W di rilevazione ha un angolo αw_startmotore di inizio che corrisponde a -15° di angolo motore rispetto al punto TDC morto superiore di combustione del rispettivo cilindro 2 ed un angolo αw_finishmotore di fine che corrisponde a 75° di angolo motore rispetto al punto TDC morto superiore. La finestra W di rilevazione à ̈ quindi centrata attorno al punto TDC morto superiore.

La finestra V di rilevazione ha un angolo αv_startmotore di inizio che corrisponde invece a 75° di angolo motore rispetto al punto TDC morto superiore (e quindi coincidente con l’angolo αw_finishmotore di fine della finestra W di rilevazione) ed un angolo αv_finishmotore di fine che corrisponde a 165° di angolo motore rispetto al punto TDC morto superiore. La finestra V di rilevazione à ̈ una finestra di rilevazione per così dire neutra, in quanto copre un intervallo espresso in gradi di angoli motore lontano dalla chiusura delle valvole 13 di scarico.

Una volta definita l’ampiezza delle due finestre W e V di rilevazione si opera una trasformata di Fourier veloce (meglio nota come Fast Fourier Transform – FTT) per scomporre il segnale relativo alle due finestre W e V di rilevazione. Dal confronto fra il segnale relativo alla finestra W di rilevazione ed il segnale relativo alla finestra V di rilevazione à ̈ possibile determinare a quali frequenze sono associati gli urti generati dalla movimentazione delle valvole 13 di scarico.

Secondo quanto meglio illustrato nel grafico della figura 7, si individua una finestra Y di ascolto che corrisponde alla finestra di frequenze associabili all’urto delle valvole 13 di scarico che si chiudono e quindi impattano contro un rispettivo fine corsa producendo una vibrazione. Questa finestra Y di ascolto à ̈ compresa, nell’esempio illustrato nella figura 7, fra 5.5 e 8.5 kHz.

Proseguendo, nella figura 8 à ̈ illustrato un grafico che mostra la FFT dell’intensità S del segnale microfonico rilevate nella finestra Y di ascolto con un filtraggio passa banda che può venire applicato in modo da analizzare solo la parte di segnale più ricca di informazioni.

Il segnale che si ottiene consente di associare l’urto generato dalla chiusura di una valvola 13 di scarico all’istante di chiusura, espresso in gradi di angolo motore. Il segnale che si ottiene contiene ulteriori informazioni, infatti il segnale presenta una ampiezza tanto maggiore quanto più la valvola 13 di scarico si trova nelle vicinanze del microfono 22, come verrà meglio descritto in seguito.

Viene di seguito descritta la modalità utilizzata dalla unità 21 di controllo per rilevare l’istante e/o la velocità dell’impatto generato dalla chiusura delle valvole 13 di scarico analizzando la potenza P del segnale filtrato all’interno della finestra Y di ascolto.

Una volta determinata la potenza P del segnale filtrato, si procede individuando un valore UTV di soglia superiore per la potenza P del segnale filtrato calcolata al passo precedente. Nel grafico illustrato nella figura 9 à ̈ possibile individuare l’andamento della potenza P del segnale filtrato ed il valore UTV di soglia superiore, che viene determinato in funzione del regime.

A questo punto si individuano i valori di gradi motore all’interno del grafico della figura 9 a cui corrisponde un segnale di potenza P superiore al valore UTV di soglia superiore. Si definisce quindi la mediana M, vale a dire il valore della potenza P che bipartisce la distribuzione ordinata dell’insieme dei valori assunti al passo precedente, cioà ̈ i valori di potenza P superiori al valore UTV di soglia superiore.

Si ottiene un intervallo di valori, il quale à ̈ delimitato da un valore Lulimite superiore e da un valore limite LLinferiore ed à ̈ centrato nella mediana M. Infine, si calcola il valor αmediomedio di tutti i valori di angolo motore che rientrano all’interno dell’intervallo delimitato dal valore limite Lusuperiore e dal valore LLlimite inferiore.

L’angolo espresso in gradi motore corrispondente alla chiusura della valvola 13 di scarico, à ̈ pari alla differenza fra il valor αmediomedio calcolato precedentemente ed un contributo imputabile al ritardo Δt di trasmissione dovuto alla propagazione del suono.

Viene di seguito descritta la modalità utilizzata dalla unità 21 di controllo per calcolare il ritardo Δt di trasmissione dovuto alla propagazione del suono.

Durante una fase preliminare di progettazione secondo quanto illustrato nella figura 3, vengono determinate delle distanza d1 – d4 esistenti tra il microfono 22 e ciascuna valvola 13 di scarico di cui verificare la movimentazione in corrispondenza di un rispettivo cilindro 2 (cioà ̈ la distanza fra il microfono 22 e l’elemento del motore 1 a combustione interna che impatta durante un rispettivo fine corsa in una fase di chiusura).

Utilizzando le distanze d1-d4, la velocità Vsounddel suono e la velocità w di rotazione dell’albero 15 motore a camme viene calcolato il ritardo Δt di trasmissione, il quale à ̈ espresso in gradi motore ed indica il ritardo con cui il microfono 22 sente l’intensità S del segnale microfonico generate nel motore 1 a combustione interna dal fenomeno che si vuole indagare e cioà ̈, in questo caso, la chiusura delle valvole 13 di scarico.

Preferibilmente, il ritardo Δt di trasmissione espresso in gradi motore viene calcolato applicando la seguente equazione nel caso in cui si prenda in considerazione il cilindro 2:

Δt = (d2 / Vsound) * 6 * w

In cui:

Δt [°] ritardo di trasmissione espresso in gradi motore;

d2 [m] distanza esistente fra il microfono 22 e l’elemento del motore 1 a combustione interna di cui controllore la movimentazione e cioà ̈ la valvola 13 di scarico in corrispondenza del cilindro 2;

w [rpm] velocità di rotazione dell’albero 15 motore a camme;

Vsound[m/s] velocità di propagazione del suono in aria.

Il segnale relativo alla valvola 13 di scarico del cilindro 2A presenta una ampiezza maggiore rispetto all’ampiezza dei segnali in corrispondenza degli altri cilindri 2B-2D, in quanto il cilindro 2A à ̈ più vicino al microfono 22. Analogamente, i segnali relativi alla chiusura delle valvole 13 di scarico dei cilindri 2B, 2C e 2D presentano ampiezze via via decrescenti in quanto le valvole 13 di scarico stesse sono poste a distanze d2, d3, d4 crescenti dal microfono 22.

A questo punto quindi à ̈ possibile calcolare l’angolo espresso in gradi motore corrispondente alla chiusura di una qualsiasi valvola 13 di scarico secondo l’equazione che segue:

αv_close= αmedio- Δt

In cui:

Δt [°] ritardo di trasmissione espresso in gradi motore;

αmedio[°] valor medio di tutti i valori di angolo motore che rientrano all’interno dell’intervallo delimitato dal valore limite Lusuperiore e dal valore limite LLinferiore;

αv_close[°] angolo di chiusura della valvola 13 di scarico.

Secondo una variante, il valor αmediomedio dei valori di angolo motore istantanei di chiusura delle valvole 13 di scarico viene calcolato utilizzando la derivata nel tempo della potenza del segnale rilevato dal microfono 22.

Secondo una ulteriore variante, si applica un enfatizzatore alla banda del filtro passa banda dell’intensità S del segnale microfonico nella finestra Y di ascolto, in modo da mettere in risalto la parte di segnale più ricco di informazioni. Si può quindi calcolare la potenza del segnale risultante ed utilizzare il metodo descritto in precedenza per individuare l’istante di chiusura della valvole 13 di scarico in funzione della potenza.

Il segnale rilevato dal microfono 22 può essere utilizzato anche per determinare la velocità dell’urto generato dalla chiusura delle valvole 13 di scarico.

Per rilevare la velocità di chiusura delle valvole 13 di scarico, vale a dire la velocità di impatto della valvola 13 di scarico stessa, occorre determinare l’energia E del segnale filtrato con passa banda illustrato nella figura 8.

L’energia E del segnale S microfonico filtrato con passa banda à ̈ calcolata mediante integrazione numerica del segnale S microfonico filtrato stesso. In particolare, il segnale S microfonico filtrato che si prende in considerazione à ̈ compreso all’interno della finestra Y di ascolto (compresa fra 5.5 e 8.5 kHz) che corrisponde alla finestra di frequenze associabili all’urto delle valvole 13 di scarico che si chiudono e quindi impattano contro un rispettivo fine corsa producendo una vibrazione. Inoltre il segnale S microfonico filtrato che si prende in considerazione à ̈ relativo ad un intervallo temporale di durata preimpostata e centrato sull’angolo αv_closedi chiusura della valvola 13 di scarico calcolato in precedenza.

Dal punto di vista operativo, l’energia E del segnale S microfonico filtrato à ̈ correlata alla velocità di impatto della valvola 13 di scarico su una rispettiva sede: ad esempio nel caso di motore con asse a camme la velocità à ̈ proporzionale al numero di giri RPM del motore 1 a combustione interna, secondo quanto illustrato nella figura 13. E’ noto infatti che le rampe di apertura e chiusura valvole sono a velocità costante in funzione dell’angolo dell’asse a camme e quindi proporzionale alla velocità di rotazione del motore 1 a combustione interna. In particolare, la legge sperimentale di correlazione dell’energia E del segnale S microfonico filtrato alla velocità di impatto della valvola 13 di scarico su una rispettiva sede à ̈ essenzialmente quadratica (o meglio cubica).

In una fase preliminare di progettazione, si determina la funzione, preferibilmente biunivoca, che correla l’energia E del segnale S microfonico filtrato alla velocità di impatto della valvola 13 di scarico, ad esempio come media di più acquisizioni, che può essere messa a bordo dell’unità 21 di controllo elettronica.

Per rilevare la velocità di impatto o chiusura della valvola 13 di scarico, si stabilisce un numero N di cicli in cui ripetere le operazioni di rilevamento dell’energia E del segnale S microfonico filtrato per ricavare gli N valori della velocità di impatto o chiusura dalla funzione biunivoca precedentemente individuata. Dopo avere ripetuto gli N cicli di rilevazione, si ottengono N valori della velocità, che vengono memorizzati all’interno di un buffer di memoria. Si calcola la velocità di impatto o chiusura valvola come valor medio degli N valori: ad esempio come media matematica o utilizzando la metodologia con mediana precedentemente descritta per rilevare l’istante o fasatura di impatto della valvola 13 di scarico.

Secondo una variante, per rilevare la velocità di impatto o chiusura della valvola 13 di scarico, si stabilisce un numero N di cicli in cui ripetere le operazioni di rilevamento dell’energia E del segnale S microfonico filtrato. Dopo avere ripetuto gli N cicli di rilevazione, si ottengono N valori della energia E, che vengono memorizzati all’interno di un buffer di memoria. Si calcola l’energia E media come valor medio degli N valori di energia E rilevati al passo precedente (ad esempio come media matematica o utilizzando la metodologia con mediana precedentemente descritta). Per ricavare la velocità di impatto si utilizza la funzione di correlazione precedentemente individuata per correlare l’energia E media alla velocità di impatto o chiusura della valvola 13 di scarico.

Secondo una ulteriore variante, il metodo di controllo fin qui descritto à ̈ in grado di calcolare i livelli di pressione e di potenza sonora del segnale microfonico (vale a dire delle onde di pressione acustiche) rilevate dal microfono 22 e generate dall’impatto. Nella fase di progettazione e messa a punto viene determinato almeno un valore VSPrdi soglia con cui confrontare il livello di pressione sonora calcolata ed almeno un valore VSPdi soglia con cui confrontare il livello di potenza sonora calcolata.

Ad esempio, potrebbero essere stabiliti i valori VSPrVSPdi soglia in funzione della percezione del rumore da parte del guidatore in modo da diagnosticare l’eccessiva rumorosità del motore 1 a combustione interna quando i valori calcolati di pressione e potenza sonora sono maggiori dei valori VSPrVSPdi soglia prestabiliti. Ovviamente possono essere previsti una pluralità di valori VSPrVSPdi soglia che indicano per esempio l’assenza di rumore prodotto dal motore 1 a combustione interna, la presenza di una rumorosità modesta e accettabile oppure la presenza di una rumorosità eccessiva e non sopportabile.

Quanto fin qui descritto con riferimento alla stima dell’istante e della velocità di chiusura delle valvole 13 di scarico può venire utilizzato anche per la stima dell’istante e della chiusura di un qualsiasi altro componente del motore 1 a combustione interna che si sposta ciclicamente da una posizione iniziale (di apertura o chiusura) verso una posizione finale (di chiusura o apertura) definita da un finecorsa.

E’ chiaro che in funzione del componente di cui si vuole indagare l’istante e la velocità di chiusura, à ̈ necessario anche personalizzare caso per caso l’ampiezza delle bande di frequenze che individuano la finestra Y di ascolto e le finestre W, V di rilevazione ecc.

Dopo avere determinato l’angolo di chiusura αv_closedella valvola 13 di scarico, il valore della velocità di chiusura delle valvole 13 di scarico ed i livelli di pressione e di potenza sonora à ̈ possibile utilizzare una o più di queste grandezze come retroazione in un controllo ad anello chiuso. In particolare, à ̈ possibile determinare in una fase preliminare di progettazione di messa a punto del sistema di controllo, dei valori medi obiettivi di queste grandezze rappresentative dell’urto della valvola 13 di scarico, vale a dire dell’angolo αv_closedi chiusura, della velocità di chiusura e dei livelli di pressione e di potenza sonora.

Tali valori medi obiettivi vengono confrontati con i valori rilevati in moda da ottenere un errore E che viene utilizzato per determinare il contributo ad anello chiuso cercando di annullare l’errore E stesso.

La trattazione che precede trova vantaggiosa applicazione anche nel controllo del movimento di componenti diversi dalle valvole 13 di scarico che si spostano verso una posizione definita da un finecorsa, senza per questo che la trattazione perda di generalità: ad esempio per la valvola di aspirazione 10, per elettrovalvole di controllo come in un motore a combustione interna del tipo commercialmente denominato “Multi-Air†, per l’iniettore combustibile.

Il metodo di controllo può venire implementato ad esempio nel controllo delle valvole 10 di aspirazione, nel controllo della posizione VVT (Variable Valve Timing) di tipo noto, nel controllo valvole motore camless, ecc…

Il metodo di controllo fin qui descritto per determinare l’istante e la velocità di chiusura di un componente che si muove ciclicamente verso una posizione definita da un fine corsa presenta numerosi vantaggi in quanto à ̈ facilmente implementabile anche in una unità 21 di controllo elettronica già esistente, senza richiedere un elevato onere computazionale aggiuntivo. Inoltre à ̈ necessario semplicemente inserire un microfono 22 omnidirezionale all’interno del motore 1 a combustione interna e collegarlo all’unità 21 di controllo elettronica.

Infine il metodo permette di stimare con una precisione ed una confidenza molto elevate l’istante e/o la velocità dell’impatto del componente contro il finecorsa analizzando il segnale microfonico generato dall’impatto stesso.

Claims (21)

1. RIVENDICAZIONI 1) Metodo di controllo del movimento di un componente che si sposta verso una posizione definita da un finecorsa in un motore (1) a combustione interna; il metodo di controllo comprende le fasi di: rilevare, mediante almeno un microfono (22) acustico, l’intensità (S) del segnale microfonico generato dall’impatto del componente contro il finecorsa; e determinare l’istante e/o la velocità di impatto del componente contro il finecorsa analizzando l’intensità (S) del segnale microfonico generato dall’impatto.
2. 2) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1 e comprendente le ulteriori fasi di: determinare, in una fase preliminare di progettazione, una distanza (d) esistente fra il microfono (22) ed il componente di cui si vuole determinare l’istante e/o la velocità di impatto contro il finecorsa; calcolare un ritardo (Δt) di trasmissione espresso in angolo motore in funzione di una velocità di rotazione (w) di un albero (15) motore del motore (1) a combustione interna e della distanza (d) esistente tra il microfono (22) ed il componente; e determinare l’istante e/o la velocità di impatto del componente contro il finecorsa anche in funzione del ritardo (Δt) di trasmissione.
3. 3) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 2 in cui il ritardo (Δt) di trasmissione espresso in angolo motore viene calcolato applicando la seguente equazione: Δt = [(d / Vsound) * w] Δt ritardo di trasmissione espresso in angolo motore; d distanza esistente fra il microfono (22) ed il componente; w velocità di rotazione dell’albero (15) motore; Vsoundvelocità di propagazione del suono in aria.
4. 4) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 3 in cui l’angolo corrispondente all’istante dell’impatto del componente contro il rispettivo fine corsa viene calcolato applicando la seguente equazione: αv_close= αmedio- Δt Δt ritardo di trasmissione espresso in angolo motore; αmediovalor medio dell’angolo corrispondente all’istante dell’impatto calcolato analizzando il segnale microfonico generato dall’impatto; αv_closeangolo corrispondente all’impatto del componente contro il rispettivo fine corsa.
5. 5) Metodo di controllo secondo una delle precedenti rivendicazioni, e comprendente le ulteriori fasi di: determinare una finestra (Y) di ascolto dell’intensità (S) del segnale microfonico; rilevare mediante il microfono (22) e memorizzare l’intensità (S) del segnale microfonico in funzione di un angolo motore e del tempo all’interno della finestra (Y) di ascolto; e determinare l’istante e/o la velocità dell’impatto analizzando l’intensità (S) del segnale microfonico all’interno della finestra (Y) di ascolto.
6. 6) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 5, in cui il metodo comprende, in una fase preliminare di progettazione a messa a punto, le ulteriori fasi di: determinare due finestre (W, V) di rilevazione espresse in angolo motore ed aventi ciascuna un rispettivo angolo (αw_start ,αv_start) motore di inizio ed un rispettivo angolo (αw_finish ,αv_finish) motore di fine; confrontare l’intensità (S) del segnale microfonico all’interno delle due finestre (W, V) di rilevazione; e determinare l’ampiezza della finestra (Y) di ascolto sulla base del confronto fra l’intensità (S) del segnale microfonico all’interno delle due finestre (W, V) di rilevazione.
7. 7) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 6, in cui il metodo comprende, in una fase preliminare di progettazione a messa a punto, l’ulteriore fase di operare una trasformata di Fourier veloce dell’intensità (S) del segnale microfonico all’interno delle due finestre (W, V) di rilevazione per determinare l’ampiezza della finestra (Y) di ascolto.
8. 8) Metodo di controllo la rivendicazione 5, 6 o 7 e comprendente le ulteriori fasi di: filtrare l’intensità (S) del segnale microfonico nella finestra (Y) di ascolto mediante un filtro di tipo passabanda; e calcolare l’istante e/o la velocità dell’impatto utilizzando l’intensità (S) filtrata del segnale microfonico nella finestra (Y) di ascolto.
9. 9) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 8 e comprendente l’ulteriore fase di enfatizzare il segnale filtrato nella banda del filtro passa-banda mediante un dispositivo enfatizzatore.
10. 10) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 8 o 9 e comprendente le ulteriori fasi di: rilevare e memorizzare la potenza (P) del segnale filtrato all’interno della finestra (Y) di ascolto; e determinare l’istante dell’impatto sulla base della potenza (P) del segnale filtrato all’interno della finestra (Y) di ascolto.
11. 11) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 8 o 9 e comprendente le ulteriori fasi di: rilevare e memorizzare la potenza (P) del segnale filtrato all’interno della finestra (Y) di ascolto; e determinare l’istante dell’impatto sulla base della derivata nel tempo della potenza (P) del segnale filtrato all’interno della finestra (Y) di ascolto.
12. 12) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 10 o 11 e comprendente le ulteriori fasi di: determinare un valore (UTV) di soglia superiore della potenza (P) del segnale filtrato all’interno della finestra (Y) di ascolto; individuare gli istanti in cui la potenza (P) del segnale filtrato all’interno della finestra (Y) di ascolto à ̈ superiore al valore (UTV) di soglia superiore; e determinare il valor medio dell’istante dell’impatto del componente all’interno della finestra (Y) di ascolto sulla base dei valori di potenza (P) associati agli istanti in cui la potenza (P) del segnale filtrato all’interno della finestra (Y) di ascolto à ̈ superiore al valore (UTV) di soglia superiore.
13. 13) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 12 e comprendente le ulteriori fasi di: determinare la mediana (M) dei valori di potenza (P) associati agli istanti in cui la potenza (P) del segnale filtrato all’interno della finestra (Y) di ascolto à ̈ superiore al valore (UTV) di soglia superiore; individuare un intervallo di valori centrato sulla mediana (M); e calcolare il valor medio dell’istante dell’impatto all’interno della finestra (Y) di ascolto come media dei valori di potenza (P) contenuti all’interno dell’intervallo di valori centrato sulla mediana (M).
14. 14) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13 e comprendente le ulteriori fasi di: rilevare e memorizzare l’energia (E) del segnale filtrato all’interno della finestra (Y) di ascolto in un intervallo temporale attorno all’istante di impatto; e determinare la velocità di impatto del componente utilizzando l’energia (E) del segnale all’interno della finestra (Y) di ascolto.
15. 15) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 14 e comprendente le ulteriori fasi di: stabilire in una fase di progettazione e messa a punto un numero (N) di cicli ed una legge di correlazione dell’energia (E) del segnale (S) microfonico filtrato alla velocità di impatto del componente; rilevare e memorizzare in un buffer di memoria un numero (N) di valori della velocità di impatto del componente ricavati dalla correlazione con l’energia (E) del segnale (S) microfonico filtrato all’interno della finestra (Y) di ascolto pari al numero (N) di cicli; e determinare la velocità di impatto del componente utilizzando la media dei valori di velocità di impatto ricavati dal segnale filtrato all’interno della finestra (Y) di ascolto.
16. 16) Metodo secondo la rivendicazione 15 e comprendente le ulteriori fasi di determinare la mediana (M) dei valori della velocità di impatto del componente; individuare un intervallo di valori centrato sulla mediana (M); e calcolare il valor medio della velocità di impatto all’interno della finestra (Y) di ascolto come media dei valori di velocità di impatto contenuti all’interno dell’intervallo di valori centrato sulla mediana (M).
17. 17) Metodo di controllo secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui il componente à ̈ una valvola (10, 13) del motore (1) a combustione interna e l’impatto si verifica in corrispondenza della chiusura della detta valvola (10, 13).
18. 18) Metodo di controllo secondo una delle precedenti rivendicazioni e comprendente le ulteriori fasi di: rilevare e memorizzare i livelli di potenza e/o pressione sonora del segnale microfonico generato dall’impatto del componente contro il finecorsa; stabilire in una fase di progettazione almeno un valore (VSP) di soglia per il livello di potenza sonora del segnale microfonico ed almeno un valore (VSPr) di soglia per il livello di pressione sonora del segnale microfonico; confrontare i livelli di potenza e/o pressione sonora del segnale microfonico generato dall’impatto del componente contro il finecorsa con i rispettivi valori (VSPrVSP) di soglia; diagnosticare l’eccessiva rumorosità del motore (1) a combustione interna nel caso in cui i valori calcolati di potenza e/o pressione sonora del segnale microfonico generato dall’impatto del componente contro il finecorsa siano maggiori dei rispettivi valori (VSPrVSP) di soglia prestabiliti.
19. 19) Metodo di controllo secondo una delle precedenti rivendicazioni e comprendente l’ulteriore fase di utilizzare i valori calcolati di una grandezza rappresentativa dell’impatto del componente contro il finecorsa come retroazione in un controllo ad anello chiuso.
20. 20) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 19 e comprendente le ulteriori fasi di: determinare, in una fase preliminare di progettazione e messa a punto, un valore medio obiettivo della grandezza rappresentativa dell’impatto del componente contro il finecorsa; determinare un errore (E) dal confronto fra il valore medio obiettivo ed il valore calcolato della grandezza rappresentativa dell’impatto del componente contro il finecorsa; e determinare un contributo ad anello chiuso in funzione dell’errore (E).
21. 21) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 19 o 20, in cui la grandezza rappresentativa à ̈ l’istante e/o la velocità e/o la potenza sonora e/o la pressione sonora dell’impatto del componente contro il finecorsa.