ITBO20120487A1 - Metodo di controllo di un motore a combustione interna - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“METODO DI CONTROLLO DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNAâ€

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo di controllo di un motore a combustione interna.

ARTE ANTERIORE

I motori a combustione interna sono tipicamente provvisti di un numero di iniettori che iniettano il combustibile per la combustione in rispettivi cilindri, ciascuno dei detti cilindri à ̈ collegato ad un collettore di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione e ad un collettore di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico. Il detto collettore di scarico à ̈ collegato ad un condotto di scarico che alimenta i gas di scarico prodotti dalla combustione ad un sistema di scarico, il quale emette i gas prodotti dalla combustione nell’atmosfera e comprende normalmente almeno un catalizzatore (eventualmente provvisto di un filtro anti-particolato) ed almeno un silenziatore disposto a valle del catalizzatore. Inoltre, gran parte dei motori a combustione interna à ̈ provvisto di un debimetro (meglio noto come Air Flow Meter) il quale à ̈ atto a rilevare la portata d’aria aspirata dal motore a combustione interna.

Per ottimizzare la gestione di una pluralità di componenti allo scarico, si rende necessario conoscere con precisione la portata dei gas di scarico.

Tipicamente, tale portata dei gas di scarico viene calcolata in una centralina di controllo elettronica del motore a combustione interna attraverso la somma fra la portata d’aria aspirata dal motore a combustione interna fornita dal debimetro e la portata di combustibile impiegata durante l’iniezione nei quattro cilindri; oppure in alternativa, mediante una legge “Speed Density†. In entrambi i casi però la determinazione della portata dei gas di scarico presenta alcune criticità in quanto non à ̈ sufficientemente precisa e affidabile.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ di realizzare un metodo di controllo di un motore a combustione interna, il quale metodo sia privo degli inconvenienti dello stato dell’arte, sia affidabile e sia di facile ed economica implementazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di controllo di un motore a combustione interna secondo quanto stabilito nelle 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 illustra schematicamente un motore a combustione interna sovralimentato e provvisto di una centralina elettronica di controllo che implementa un metodo controllo realizzato secondo la presente invenzione; - la figura 2 illustra tramite uno schema a blocchi il metodo di controllo implementato nella centralina elettronica di controllo del motore a combustione interna della figura 1. FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 Ã ̈ indicato nel suo complesso un motore a combustione interna sovralimentato mediante un sistema di sovralimentazione a turbocompressore.

Il motore 1 a combustione interna comprende quattro iniettori 2 che iniettano il combustibile direttamente in quattro cilindri 3, ciascuno dei quali à ̈ collegato ad un collettore 4 di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione (non illustrata) e ad un collettore 5 di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico (non illustrata). Il collettore 4 di aspirazione riceve aria fresca (cioà ̈ aria proveniente dall’ambiente esterno) attraverso un condotto 6 di aspirazione, il quale à ̈ provvisto di un filtro 7 aria ed à ̈ regolato da una valvola 8 a farfalla. Lungo il condotto 6 di aspirazione a valle del filtro 7 aria, à ̈ disposto anche un debimetro 7* (meglio noto come Air Flow Meter) il quale à ̈ atto a rilevare la portata á¹ AFMd’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna.

Lungo il condotto 6 di aspirazione à ̈ disposto un intercooler 9 avente la funzione di raffreddare l’aria aspirata. Al collettore 5 di scarico à ̈ collegato un condotto 10 di scarico che alimenta i gas di scarico prodotti dalla combustione ad un sistema di scarico, il quale emette i gas prodotti dalla combustione nell’atmosfera e comprende normalmente almeno un catalizzatore 11 (eventualmente provvisto di un filtro anti-particolato) ed almeno un silenziatore (non illustrato) disposto a valle del catalizzatore 11.

Il sistema 2 di sovralimentazione del motore 1 a combustione interna comprende un turbocompressore 12 provvisto di una turbina 13, che à ̈ disposta lungo il condotto 10 di scarico per ruotare ad alta velocità sotto l’azione dei gas di scarico espulsi dai cilindri 3, ed un compressore 14, il quale à ̈ disposto lungo il condotto 6 di aspirazione ed à ̈ collegato meccanicamente alla turbina 13 per venire trascinato in rotazione dalla turbina 13 stessa così da aumentare la pressione dell’aria presente nel condotto 6 di alimentazione.

Lungo il condotto 10 di scarico à ̈ previsto un condotto 15 di bypass, il quale à ̈ collegato in parallelo alla turbina 13 in modo da presentare le proprie estremità collegate a monte e a valle della turbina 13 stessa; lungo il condotto 15 di bypass à ̈ disposta una valvola 16 di wastegate, la quale à ̈ atta a regolare la portata dei gas di scarico che fluiscono attraverso il condotto 15 di bypass ed à ̈ pilotata da una elettrovalvola 17. Lungo il condotto 6 di alimentazione à ̈ previsto un condotto 18 di bypass, il quale à ̈ collegato in parallelo al compressore 14 in modo da presentare le proprie estremità collegate a monte e a valle del compressore 14 stesso; lungo il condotto 18 di bypass à ̈ disposta una valvola 19 Poff, la quale à ̈ atta a regolare la portata dei gas di scarico che fluiscono attraverso il condotto 18 di bypass ed à ̈ pilotata da una elettrovalvola 20 EGR.

Il motore 1 a combustione interna à ̈ controllato da una centralina 21 elettronica di controllo, la quale sovrintende al funzionamento di tutte le componenti del motore 1 a combustione interna. La centralina 21 elettronica di controllo à ̈ collegata ad un sensore 22 che misura la temperatura Taircole la pressione Paircoldell’aria presente nel collettore 4 di aspirazione, ad un sensore 23 che misura la velocità ωmotdi rotazione del motore 1 a combustione interna, ed ad un sensore 24 (tipicamente una sonda lineare ad ossigeno di tipo UHEGO o UEGO – di tipo noto e non descritto in dettaglio) che misura il rapporto λ aria/combustibile dei gas di scarico a monte del catalizzatore 11.

Viene di seguito descritto il metodo implementato dalla centralina 21 elettronica di controllo per la stima della portata dei gas di scarico.

Innanzitutto, à ̈ importante evidenziare che per garantire l’affidabilità ed il corretto funzionamento del sensore 24 (cioà ̈ ad esempio della sonda lineare ad ossigeno di tipo UEGO) che misura il rapporto λ aria/combustibile dei gas di scarico, il sensore 24 deve mantenere una temperatura interna il più stabile possibile.

Per rispondere a questa esigenza, il motore 1 a combustione interna à ̈ quindi provvisto di un controllore CS il quale à ̈ predisposto per controllare il sensore 24, à ̈ collegato alla centralina 21 elettronica di controllo e al sensore 24 ed à ̈ disposto, secondo una prima variante, in prossimità del sensore 24 oppure, secondo una variante alternativa, direttamente all’interno della centralina 21 elettronica di controllo.

Il controllore CS Ã ̈ realizzato per garantire che la temperatura interna del sensore 24 sia mantenuta costante al variare delle condizioni al contorno, che sono rappresentate tipicamente dalla portata dei gas di scarico che attraversano il sensore 24 e dalla temperatura del flusso dei gas di scarico che attraversano il sensore 24.

Il controllore CS à ̈ provvisto di un riscaldatore, il quale à ̈ realizzato per fornire potenza P elettrica che per effetto Joule viene trasformata in potenza termica, al fine di mantenere costante la temperatura interna del sensore 24.

In particolare, il metodo di stima prevede di determinare, in una fase preliminare di settaggio e messa a punto, un valore Trefdi temperatura di riferimento per il sensore 24.

Secondo una prima variante, tale valore Trefdi temperatura di riferimento à ̈ costante e, preferibilmente, compreso fra 760 °C e 850°C.

Inoltre, secondo una preferita forma di attuazione, il valore Trefdi temperatura di riferimento à ̈ determinato in modo che sia maggiore della temperatura Tgdei gas di scarico; tale condizione si verifica particolarmente nel caso di motori 1 a combustione interna motori ad accensione per compressione, in cui la temperatura Tg_avgmedia dei gas di scarico à ̈ minore rispetto al caso di motori 1 a combustione interna ad accensione comandata.

Il controllore CS à ̈ quindi predisposto per confrontare il valore Trefdi temperatura di riferimento con una temeperatura interna del sensore 24. La temperatura interna del sensore 24 viene determinata dal controllore CS in funzione della resistenza R(Tref) del riscaldatore all’interno del sensore 24 stesso. Chiaramente in funzione dell’esito del confronto fra il valore Trefdi temperatura di riferimento e la temperatura interna del sensore 24, il controllore CS à ̈ predisposto per comandare il riscaldatore e variare la potenza P elettrica fornita che per effetto Joule viene trasformata in potenza termica, al fine di mantenere costante la temperatura interna del sensore 24.

La temperatura interna del sensore 24 à ̈ variabile in funzione di una pluralità di parametri quali la portata á¹ dei gas di scarico che investono il sensore 24 e la temperatura Tgdei gas di scarico che investono il sensore 24.

In altre parole, l’unità 21 elettronica di controllo à ̈ configurata per determinare la potenza P elettrica da fornire al sensore 24 per mantenere il sensore 24 stesso ad una temperatura costante e stimare la portata á¹ dei gas di scarico in funzione della potenza P elettrica da fornire al sensore 24 per mantenere il sensore 24 stesso ad una temperatura costante.

Di conseguenza, anche la potenza P elettrica da fornire al sensore 24 per mantenere il sensore 24 stesso ad una temperatura costante à ̈ variabile in funzione della pressione dei gas di scarico che investono il sensore 24, della portata á¹ dei gas di scarico che investono il sensore 24 e della temperatura Tgdei gas di scarico che investono il sensore 24; e poiché il valore di pressione ps dei gas di scarico in prossimità del sensore 24 viene stimato dalla centralina 21 elettronica di controllo e varia in modo limitato durante il normale funzionamento del motore 1 a combustione interna mentre la temperatura Tgdei gas di scarico che investono il sensore 24 può essere determinata attraverso l’impiego di un sensore oppure stimata dalla unità 21 elettronica di controllo (ad esempio attraverso il metodo descritto nella domanda di brevetto EP-A1-2110535), conoscendo la potenza P elettrica da fornire al sensore 24 per mantenere il sensore 24 stesso ad una temperatura costante à ̈ possibile risalire alla portata á¹ dei gas di scarico che investono il sensore 24.

Il controllore CS Ã ̈ quindi realizzato in modo tale da lavorare in closed loop determinando la temperatura interna del sensore 24 e modulando la potenza P elettrica riscaldante che viene fornita al sensore 24 stesso.

L’unità 21 elettronica di controllo à ̈ configurata inoltre per stimare la portata á¹ dei gas di scarico in funzione della potenza P elettrica da fornire al sensore 24 per mantenere il sensore 24 stesso ad una temperatura costante.

La potenza P elettrica riscaldante fornita al sensore 24 deve bilanciare la potenza termica che il sensore 24 cede, quando in uso, ai gas di scarico. La potenza termica che il sensore 24 cede ai gas di scarico à ̈ funzione sia della portata á¹ dei gas di scarico sia della temperatura Tgdei gas di scarico che investono il sensore 24. Tale bilanciamento fra la potenza P elettrica riscaldante fornita al sensore 24 e la potenza termica che il sensore 24 cede ai gas di scarico può essere espressa attraverso l’equazione che segue:

εd *Ps -qtot =∆Ė [1]

In cui:

εdcoefficiente di potenza termica fornita al sensore 24;

Pspotenza P elettrica riscaldante fornita al sensore 24 e nota dalla centralina 21 elettronica di controllo;

qtotpotenza termica/calore totale trasferito dal sensore 24 ai gas di scarico; e

∆Ė incremento di energia fornita al sensore 24 nell’unità di tempo.

In cui:

qtot =qconvqirr[2]

con:

qconvcalore trasferito per convezione dal sensore 24 ai gas di scarico; e

qirrcalore trasferito per irraggiamento dal sensore 24 ai gas di scarico.

Sostituendo l’equazione [2] nella equazione [1] risulta che:

εd *Ps -qconv -qirr =∆Ė [3]

Risulta quindi che:

V 2 •

ε eff

<d>−h⋅As⋅<(>Tref −Tg<)>−As⋅q i<′′>rr = ∆ E

R(T)[4]

ref

In cui:

Vefftensione efficace fornita al sensore 24 dal controllore CS della temperatura e noto dalla centralina 21 elettronica di controllo;

R(Tref) resistenza del riscaldatore del sensore 24, funzione del valore Trefdi temperatura di riferimento per il sensore 24;

h coefficiente di scambio termico;

Asarea di scambio termico fra il sensore 24 ed i gas di scarico;

Trefvalore di temperatura di riferimento per il sensore 24; e

Tgtemperatura dei gas di scarico che investono il sensore 24.

In condizioni stazionarie, l’equazione [4] può essere semplificata ipotizzando che:

- l’incremento ∆Ė di energia fornita al sensore 24 nell’unità di tempo sia trascurabile (cioà ̈ considerando che in condizioni stazionarie sia costante il rapporto fra la potenza P elettrica riscaldante fornita al sensore 24 e la potenza termica che il sensore 24 cede ai gas di scarico); e che

- il calore trasferito per irraggiamento per unità di tempo dal sensore 24 ai gas di scarico sia trascurabile oppure assimilabile al calore trasferito per convezione per unità di tempo dal sensore 24 ai gas di scarico.

Semplificando l’equazione [4] à ̈ quindi possibile ricavare = il coefficiente h di scambio termico come segue:

A ⋅( − ) d P

T S

s ref T g

V 2

P s = eff [5]

R( T ref )

Secondo quanto meglio illustrato nella figura 2, la centralina 21 elettronica di controllo à ̈ quindi configurata per calcolare la portata á¹ dei gas di scarico in questo modo:

- il blocco di calcolo Ï Model à ̈ atto a ricevere in ingresso la temperatura Tgdei gas di scarico ed il valore di pressione psdei gas di scarico in prossimità del sensore 24 e fornisce in uscita il valore di densità Ï dei gas di scarico in prossimità del sensore 24 attraverso le equazioni dei gas perfetti;

- come descritto nella trattazione che precede, il blocco di calcolo f1 Ã ̈ atto a ricevere in ingresso la temperatura Tg dei gas di scarico), il valore Trefdi temperatura di riferimento per il sensore 24 ed il valore di potenza P elettrica riscaldante fornita al sensore 24 e a fornire in uscita il coefficiente h di scambio termico attraverso il sistema di equazioni descritte in precedenza;

- il blocco di calcolo f2 à ̈ atto a ricevere in ingresso il coefficiente h di scambio termico, calcolare la velocità dei gas in prossimità del sensore 24 e fornire in uscita la velocità Vp media dei gas di scarico all’interno del condotto 10 di scarico attraverso, ad esempio, la legge di King; e

- il blocco di calcolo Mass Flow Model à ̈ atto a ricevere in ingresso la velocità Vp media dei gas di scarico in prossimità del sensore 24 e la densità Ï dei gas di scarico in prossimità del sensore 24 e a fornire in uscita la portata á¹ dei gas di scarico attraverso l’equazione di flusso nell’ipotesi di flusso unidimensionale.

Si à ̈ verificato sperimentalmente che l’errore medio percentuale nella stima della portata á¹ dei gas di scarico con il metodo di stima fin qui descritto à ̈ inferiore 5%.

E’ inoltre importante ricordare che, in condizioni stazionarie, si verifica che:

á¹ AFMá¹ EGR= á¹ Cyl[6]

in cui:

ṠAFMportata d’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna e rilevata dal debimetro 7*;

ṠEGRportata d’aria proveniente dal ricircolo dei gas combusti; e

ṠCylportata d’aria in ingresso ai cilindri 3.

Tipicamente, la stima della portata á¹ Cyld’aria in ingresso ai cilindri 3 à ̈ realizzata tramite il modello “Speed Density†e risulta adeguatamente robusta e precisa.

In determinate condizioni, in particolare con l’elettrovalvola 20 EGR chiusa e quindi la portata á¹ EGRd’aria proveniente dal ricircolo dei gas combusti nulla, si verifica che la portata á¹ AFMd’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna e rilevata dal debimetro 7* coincide con la portata á¹ Cyld’aria in ingresso ai cilindri , cioà ̈:

á¹ AFM= á¹ Cyl[7]

Inoltre, sempre in caso di condizioni stazionarie, si verifica che:

á¹ AFMá¹ FUEL= á¹ [8]

in cui:

ṠAFMportata d’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna e rilevata dal debimetro 7*;

á¹ FUELportata di combustibile in ingresso ai cilindri 3 (il valore à ̈ noto e fornito dalla centralina 21 elettronica di controllo); e

á¹ portata dei gas di scarico.

Sostituendo l’equazione [7] nella equazione [8], risulta immediato che:

á¹ Cylá¹ FUEL= á¹ e

á¹ Cyl= á¹ - á¹ FUEL[9]

Come anticipato in precedenza, la stima della portata á¹ Cyld’aria in ingresso ai cilindri 3 à ̈ realizzata tramite il modello “Speed Density†con la seguente formula:

á¹ SD =ηV *Vcyl *Ï * n/2 [10]

in cui

ṠSDportata d’aria in ingresso calcolata con il modello Speed Density;

ηVcoefficiente di riempimento volumetrico;

Vcylvolume cilindri 3 / cilindrata del motore 1 a combustione interna [m<3>];

Ï densità dei gas in ingresso al motore 1 a combustione interna; e

n numero di giri motore su unità di tempo.

In queste condizioni à ̈ possibile correggere la stima della portata á¹ dei gas di scarico, in particolare correggendo il calcolo del coefficiente h di scambio termico.

Infatti, in queste condizioni vale che:

ηV *Vcyl *Ï * n/2 = á¹ - á¹ FUELe

á¹ = ηV *Vcyl *Ï * n/2 á¹ FUEL[11]

La formula [11] consente quindi di calcolare la portata Ṡdei gas di scarico mediante il modello “Speed Density†a meno della portata ṠFUELdi combustibile in ingresso ai cilindri 3. Chiaramente, il valore di portata Ṡdei gas di scarico calcolata mediante il modello “Speed Density†può essere confrontato con il valore di portata Ṡdei gas di scarico calcolata mediante il metodo di stima illustrato nella figura 2 e il valore di portata Ṡdei gas di scarico calcolata mediante il modello “Speed Density†può essere utilizzato per aggiornare il blocco di calcolo f1 che fornisce in uscita il coefficiente h di scambio termico in modo da irrobustire il metodo di stima descritto in precedenza.

La stima della Ṡportata dei gas di scarico può essere utilizzata dalla centralina 21 elettronica di controllo per diversi scopi, alcuni dei quali verranno descritti qui di seguito.

Secondo una prima forma di attuazione, Ã ̈ possibile esprimere il bilancio in portata come illustrato nella equazione [8], da cui deriva che:

á¹ AFM= á¹ - á¹ FUEL[12]

in cui:

á¹ FUELportata di combustibile in ingresso ai cilindri 3 (il valore à ̈ noto e fornito dalla centralina 21 elettronica di controllo);

á¹ portata dei gas di scarico stimata attraverso il metodo di stima descritto in precedenza; e

ṠAFMportata d’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna.

La portata ṠAFMd’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna può quindi alternativamente essere rilevata dal debimetro 7* oppure calcolata mediante la differenza della equazione [12].

Appare chiaro quindi l’implementazione del metodo di stima descritto in precedenza per la portata Ṡdei gas di scarico può consentire di eliminare il debimetro 7* in quanto la portata ṠAFMd’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna viene calcolato mediante la differenza della equazione [12].

Alternativamente, l’implementazione del metodo di stima descritto in precedenza per la portata Ṡdei gas di scarico può consentire di realizzare dei controlli di coerenza con il valore di portata ṠAFMd’aria aspirata rilevata dal debimetro 7*.

Inoltre, il valore di portata á¹ AFMd’aria aspirata rilevata dal debimetro 7* diventa meno affidabile con il trascorrere del tempo in quanto il debimetro 7* degrada notevolmente le sue prestazioni (a titolo di esempio, si può considerare di passare da una dispersione di misura iniziale del 4% ad una dispersione di misura del 15%) e l’implementazione del metodo di stima descritto in precedenza consente di ottenere una stima della portata á¹ dei gas di scarico molto precisa che può essere impiegata per correggere la portata á¹ AFMd’aria aspirata dal motore 1 a combustione rilevata dal debimetro 7*. In altre parole, la centralina 21 elettronica di controllo à ̈ configurata per rilevare attraverso il debimetro 7* la portata á¹ AFMd’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna; confrontare il valore di portata á¹ AFMd’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna rilevato dal debimetro 7* con il valore di portata á¹ AFMd’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna determinato in funzione della portata á¹ FUELdi combustibile in ingresso ai cilindri 3 e della portata á¹ dei gas di scarico prodotti dalla combustione del motore 1 a combustione interna stimata con il metodo descritto in precedenza; e aggiornare il debimetro 7* in funzione del confronto fra il valore di portata á¹ AFMd’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna rilevato dal debimetro 7* e il valore di portata á¹ AFMd’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna determinato in funzione della portata á¹ FUELdi combustibile in ingresso ai cilindri 3 e della portata á¹ dei gas di scarico prodotti dalla combustione del motore 1 a combustione interna stimata con il metodo descritto in precedenza.

Secondo una ulteriore forma di attuazione (non illustrata in dettaglio), il motore 1 a combustione interna comprende un circuito EGR di ricircolo dei gas suddiviso in un ramo di bassa pressione ed un ramo di alta pressione, oltre ad un debimetro 7* e ad un sensore 24 posto immediatamente a valle della turbina 13 del turbocompressore 12 e a monte del catalizzatore 11.

In altre parole, la centralina 21 elettronica di controllo à ̈ configurata per stimare la portata á¹ dei gas di scarico prodotti dalla combustione del motore 1 a combustione interna da emettere nell’atmosfera secondo la modalità descritta nella trattazione che precede; determinare sia la portata á¹ EGR_LPdei gas di scarico recircolata attraverso il ramo LP di bassa pressione del circuito EGR del motore 1 a combustione interna sia la portata á¹ EGR_HPdei gas di scarico recircolata attraverso il ramo HP di alta pressione del circuito EGR del motore 1 a combustione interna in funzione della portata á¹ dei gas di scarico prodotti dalla combustione del motore 1 a combustione interna; e comandare il motore 1 a combustione interna in funzione della portata á¹ EGR_LPdei gas di scarico recircolata attraverso il ramo LP di bassa pressione del circuito EGR del motore 1 a combustione interna e della portata á¹ EGR_HPdei gas di scarico recircolata attraverso il ramo HP di alta pressione del circuito EGR del motore 1 a combustione interna.

In questo caso, il bilanciamento delle portate può essere espresso mediante il sistema di due equazioni in due incognite che segue:

á¹ AFMá¹ EGR_LPá¹ EGR_HP= á¹ SD

á¹ AFMá¹ FUEL= á¹ S -á¹ EGR_LP[13]

in cui:

ṠAFMportata d’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna e rilevata dal debimetro 7*;

á¹ FUELportata di combustibile in ingresso ai cilindri 3 (il valore à ̈ noto e fornito dalla centralina 21 elettronica di controllo);

á¹ EGR_LPportata dei gas di scarico recircolata attraverso il ramo di bassa pressione del circuito EGR del motore 1 a combustione interna;

á¹ EGR_HPportata dei gas di scarico recircolata attraverso il ramo di alta pressione del circuito EGR del motore 1 a combustione interna;

ṠSDportata d’aria in ingresso ai cilindri 3 calcolata con il modello Speed Density; e

á¹ Sportata dei gas di scarico attraverso il sensore 24 e ricavato attraverso il metodo di stima descritto in precedenza.

Nel sistema di due equazioni [13], le incognite sono rappresentate dalla portata á¹ EGR_LPdei gas di scarico recircolata attraverso il ramo di bassa pressione del circuito EGR del motore 1 a combustione interna e dalla portata á¹ EGR_HPdei gas di scarico recircolata attraverso il ramo di alta pressione del circuito EGR del motore 1 a combustione interna. Il sistema di due equazioni [13] Ã ̈ quindi facilmente risolvibile e consente di stabilire come viene ripartita la portata in un circuito EGR di ricircolo dei gas suddiviso in un ramo di bassa pressione ed un ramo di alta pressione.

Secondo una ulteriore forma di attuazione (non illustrata in dettaglio), il motore 1 a combustione interna comprende un circuito EGR di ricircolo dei gas suddiviso in un ramo di bassa pressione ed un ramo di alta pressione, oltre ad un debimetro 7* e ad un sensore 24’ posto immediatamente a valle del catalizzatore 11.

In questo caso, il bilanciamento delle portate può essere espresso mediante l’equazione che segue:

ṠAFMṠFUEL= Ṡ’S[14]

in cui:

ṠAFMportata d’aria aspirata dal motore 1 a combustione interna e rilevata dal debimetro 7*;

á¹ FUELportata di combustibile in ingresso ai cilindri 3 (il valore à ̈ noto e fornito dalla centralina 21 elettronica di controllo);e

Ṡ’Sportata dei gas di scarico attraverso il sensore 24’ posto immediatamente a valle del catalizzatore 11 e ricavato attraverso il metodo di stima descritto in precedenza.

Conoscere la portata Ṡ’Sdei gas di scarico attraverso il sensore 24’ posto immediatamente a valle del catalizzatore 11 consente di ottimizzare la gestione dei dispositivi a valle (ad esempio del sistema SCR – selective catalytic reduction).

Secondo una ulteriore forma di attuazione (non illustrata in dettaglio), il motore 1 a combustione interna comprende un numero di sensori NOx posti tipicamente a valle del catalizzatore 11 e/o a valle del sistema SCR – selective catalytic reduction (se presente) e, di conseguenza, a valle del sensore 24. Stimare la portata Ṡdei gas di scarico attraverso il metodo descritto in precedenza consente di conoscere con una considerevole precisione anche la portata di gas di scarico che investe gli altri sensori NOx con evidenti vantaggi sia in termini di precisione sia in termini di dinamica di risposta.

Infine, la stima della portata Ṡdei gas di scarico può essere utilizzata per stimare una ulteriore grandezza del sistema di scarico, vale a dire la pressione P3 di scarico.

Infatti, i costruttori di turbine 13 tipicamente forniscono le curve caratteristiche delle turbine 13 stesse che sono rappresentate da un fascio di curve (nel caso di una turbina 13 a geometria variabile – anche nota come VGT) oppure da una curva singola (nel caso di una turbina 13 a geometria fissa) nel piano portata Ṡdei gas di scarico / rapporto P3/P4.

Per cui il rapporto fra la pressione P3 di scarico e portata Ṡdei gas di scarico può essere espressa come segue:

P3/P4 = f (á¹ , posvgt)

In cui:

P4 pressione a valle della turbina 13; il valore della pressione P4 a valle della turbina 13 può essere stimato mediante il metodo di aggiornamento descritto nella domanda di brevetto BO2011A000213; e

P3 pressione di scarico a monte della turbina 13;

á¹ portata dei gas di scarico attraverso il sensore 24 stimata con il metodo descritto in precedenza; e

posvgtposizione di comando della turbina 13 nel caso di turbina 13 a geometria variabile – anche nota come VGT.

Conoscendo la portata á¹ dei gas di scarico attraverso il sensore 24 che viene stimata con il metodo descritto in precedenza, la posizione del comando della turbina 13 nel caso di turbina 13 a geometria variabile ed avendo a disposizione la curva caratteristica della turbina 13 risulta immediato ricavare il rapporto fra la P3 pressione di scarico a monte della turbina 13 e P4 pressione a valle della turbina 13. Conoscendo tale rapporto e avendo ricavatola pressione P4 a valle della turbina 13 (ad esempio attraverso il metodo di aggiornamento descritto nella domanda di brevetto BO2011A000213), si ottiene anche la pressione P3 di scarico a monte della turbina 13.

La stima della pressione P3 di scarico appena descritta può essere realizzata anche in transitorio dove à ̈ decisamente più affidabile delle stime tradizionali che sono caratterizzate da un elevato grado di incertezza soprattutto in transitorio.

Nella trattazione che precede si à ̈ fatto riferimento all’impiego di un sensore 24 lineare ad ossigeno di tipo UEGO (Universal Exhaust Gas Oxygen) oppure UHEGO (Universal Heated Exhaust Gas Oxygen) che misura il rapporto λ aria/combustibile dei gas di scarico per l’implementazione del metodo di stima della portata dei gas di scarico; appare chiaro come tale metodo di stima della portata dei gas di scarico possa trovare vantaggiosa implementazione anche attraverso l’impiego di altri sensori simili riscaldati, quali ad esempio una sensore non lineare (noto anche come sensore di ossigeno di tipo ON/OFF che misura il rapporto aria/combustibile dei gas di scarico, un sensore atto a rilevare la concentrazione di NH3 oppure di NOx, ecc).

Il metodo di stima fin qui descritto presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, semplicemente utilizzando le informazioni che riguardano il sensore 24 e che sono già note alla centralina 21 elettronica di controllo à ̈ possibile ottenere una stima precisa e affidabile della portata á¹ dei gas di scarico. Inoltre, non à ̈ necessario l’inserimento di componenti aggiuntivi (il sensore 24 à ̈ già previsto per misurare il rapporto λ aria/combustibile dei gas di scarico). Ed infine il metodo di stima descritto in precedenza à ̈ facilmente implementabile e non comporta un eccessivo onere computazionale aggiuntivo per la centralina 21 elettronica di controllo.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Metodo di controllo di un motore (1) a combustione interna provvisto di un numero di cilindri (3) e di un sistema di scarico per emettere nell’atmosfera i gas di scarico prodotti dalla combustione; il metodo prevede le fasi di: determinare la portata (á¹ FUEL) di combustibile in ingresso ai cilindri (3); stimare la portata (á¹ ) dei gas di scarico prodotti dalla combustione del motore (1) a combustione interna da emettere nell’atmosfera; determinare la portata (á¹ AFM) d’aria aspirata dal motore (1) a combustione interna in funzione della portata (á¹ FUEL) di combustibile in ingresso ai cilindri (3) e della portata (á¹ ) dei gas di scarico prodotti dalla combustione del motore (1) a combustione interna da emettere nell’atmosfera; e comandare il motore (1) a combustione interna in funzione della portata (á¹ AFM) d’aria aspirata dal motore (1) a combustione interna stesso. 2.- Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui il sistema di scarico comprende un collettore (5) di raccolta dei gas di scarico; un condotto (10) di scarico collegato al collettore (5) di scarico; ed almeno un sensore (24) alloggiato lungo il condotto (10) di scarico in modo tale da essere investito, quando in uso, dai gas di scarico; la fase di stimare la portata (á¹ ) dei gas di scarico prodotti dalla combustione del motore (1) a combustione interna da emettere nell’atmosfera prevede le sottofasi di: - determinare la potenza (P) elettrica da fornire al sensore (24) per mantenere il sensore (24) stesso ad una temperatura costante; e - stimare la portata (á¹ ) dei gas di scarico in funzione della potenza (P) elettrica da fornire al sensore (24) per mantenere il sensore (24) stesso ad una temperatura costante. 3.- Metodo di controllo secondo la rivendicazione 2, in cui il sensore (24) à ̈ uno qualsiasi fra i seguenti sensori (24) riscaldati alloggiati lungo il condotto (10) di scarico in modo tale da essere investito, quando in uso, dai gas di scarico: sensore (24) lineare ad ossigeno di tipo UEGO (Universal Exhaust Gas Oxygen) oppure UHEGO (Universal Heated Exhaust Gas Oxygen) predisposto per misurare il rapporto aria/combustibile dei gas di scarico, sensore non lineare di ossigeno (noto anche come sensore di ossigeno di tipo ON/OFF) predisposto per misurare il rapporto aria/combustibile dei gas di scarico, sensore atto a rilevare la concentrazione di NH3 oppure di NOx, ecc. 4.- Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il motore (1) a combustione interna à ̈ sprovvisto di un sensore (7*) configurato per rilevare la portata (á¹ AFM) d’aria aspirata dal motore (1) a combustione interna e alloggiato lungo un condotto (6) di aspirazione del motore (1) a combustione interna stesso. 5.- Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il motore (1) a combustione interna à ̈ provvisto di un ulteriore sensore (7*) configurato per rilevare la portata (á¹ AFM) d’aria aspirata dal motore (1) a combustione interna e alloggiato lungo un condotto (6) di aspirazione del motore (1) a combustione interna stesso; il metodo prevede le ulteriori fasi di: rilevare attraverso l’ulteriore sensore (7*) la portata (á¹ AFM) d’aria aspirata dal motore (1) a combustione interna; confrontare il valore di portata (á¹ AFM) d’aria aspirata dal motore (1) a combustione interna rilevato dall’ulteriore sensore (7*) con il valore di portata (á¹ AFM) d’aria aspirata dal motore (1) a combustione interna determinato in funzione della portata (á¹ FUEL) di combustibile in ingresso ai cilindri (3) e della portata (á¹ ) dei gas di scarico prodotti dalla combustione del motore (1) a combustione interna; e aggiornare l’ulteriore sensore (7*) in funzione del confronto fra il valore di portata (á¹ AFM) d’aria aspirata dal motore (1) a combustione interna rilevato dall’ulteriore sensore (7*) ed il valore di portata (á¹ AFM) d’aria aspirata dal motore (1) a combustione interna determinato in funzione della portata (á¹ FUEL) di combustibile in ingresso ai cilindri (3) e della portata (á¹ ) dei gas di scarico prodotti dalla combustione del motore (1) a combustione interna. 6.- Unità (21) di controllo elettronica per il settore automobilistico configurata per implementare, quando in uso, il metodo di controllo del motore (1) a combustione interna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5.