ITBO960278A1 - Procedimento di controllo di un impianto di alimentazione di carburante senza ritorno per un motore endotermico e impianto di - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E
del brevetto per invenzione industriale
La presente invenzione è relativa ad un procedimento di controllo di un impianto di alimentazione di carburante senza ritorno per un motore endotermico.
La presente invenzione è inoltre relativa ad un impianto di alimentazione di carburante senza ritorno per un motore endotermico che attua il citato procedimento.
Come è noto, negli impianti di alimentazione carburante è indispensabile la presenza di una pompa, detta pompa del carburante, per inviare il carburante dal serbatoio agli iniettori con una predeterminato valore di pressione. Tale valore di pressione è particolarmente importante, in quanto le caratteristiche di erogazione (portata, tempo di attesa, tempo di volo, ed altre) di un iniettore dipendono dalla differenza di pressione presente ai suoi capi, di cui uno è in comunicazione con la pompa dei carburante, mentre l’altro si trova internamente al collettore di aspirazione.
E’ noto l'utilizzo di sistemi di alimentazione carburante con ritorno in cui la pompa è posizionata immediatamente a valle del serbatoio carburante, mentre il regolatore della pressione del carburante è posizionato immediatamente a monte degli iniettori e presenta un condotto di mandata ed un condotto di ritorno rispettivamente per il trasferimento del carburante dal serbatoio a tale regolatore e per il trasferimento del carburante dal regolatore al serbatoio. Il regolatore presenta inoltre un rilevatore di pressione nel collettore di aspirazione, in modo tale da leggere istantaneamente il valore della pressione nel collettore di aspirazione adattando di conseguenza il valore della pressione del carburante all'ingresso degli iniettori per garantire un salto di pressione costante (tipicamente 2.5 bar) ai capi degli iniettori e di conseguenza caratteristiche di erogazione degli iniettori costanti.
E’ noto che per motivi di contenimento dei costi, per motivi di semplificazione costruttiva, e per evitare il flusso di carburante di ritorno dal regolatore al serbatoio attraverso il motore, è stato introdotto l'utilizzo di sistemi di alimentazione carburante senza ritorno in cui sia la pompa del carburante che il regolatore di pressione sono posizionati immediatamente a valle del serbatoio carburante. In tale tipologia costruttiva il regolatore non presenta più un rilevatore di pressione nel collettore di aspirazione e la pressione di mandata del carburante viene mantenuta costante ad un valore assoluto tipicamente compreso tra 3 e 3.5 bar.
Tale soluzione presenta l'evidente svantaggio di non garantire una differenza di pressione costante ai capi degli iniettori, in quanto la pressione ad un capo è sostanzialmente pari a quella di mandata della pompa e quindi costante (rispetto alla pressione presente nel serbatoio del carburante, tipicamente pah alla pressione atmosferica), mentre la pressione all’altro capo è quella del collettore di aspirazione e quindi variabile sia durante le varie fasi di funzionamento del motore che in dipendenza delle variazioni di pressione atmosferica.
Per valutare l'incidenza di tale fattore, si consideri l'esempio illustrato in figura 5, in cui è illustrato: l’andamento temporale del comando di abilitazione inviato ad un iniettore (Electric Command), l’andamento temporale della posizione della valvola meccanica di intercettazione del flusso del carburante nell’iniettore (Anchor Position) a due diversi valori di pressione del collettore di aspirazione (Pman) e a parità di pressione di mandata della pompa carburante, e l'andamento temporale della portata di carburante dell’iniettore (Fuel Mass-Flow) ai citati due diversi valori di pressione del collettore di aspirazione (Pman) e a parità di pressione di mandata della pompa carburante (ricordiamo come l'area sottesa dalla curva della portata è pari alla quantità di carburante iniettato indicato in figura con Q). Come illustrato in figura 5 e come dimostrato da studi teorici e da prove sperimentali, il tempo di attesa (Tw«400 psec a 3 bar) non è sensibile alle variazioni di pressione, mentre il tempo di volo (Tf*800 psec a 3 bar) aumenta linearmente con le variazioni di pressione («50/60 psec/bar),
Per meglio valutare l’incidenza della variazione della pressione nel collettore di aspirazione sulla portata degli iniettori, viene di seguito proposto un esempio numerico.
Si consideri un sistema di alimentazione senza ritorno con pressione di mandata relativa del carburante (Ppom) pari a 3 bar e quindi una pressione assoluta pari a 4 bar (ipotizzando la pressione del serbatoio Pser pari alla pressione atmosferica stimata in 1 bar). Da studi teorici e da prove sperimentali è stato evidenziato come la portata di carburante (Q) varia in prima approssimazione con la radice quadrata della differenza di pressione presente ai capi degli iniettori. Considerando un funzionamento del motore in condizioni di transitorio, è ipotizzabile che, nelle condizioni peggiori, la pressione nel collettore di aspirazione cambi di 200 mbar al PMS (Punto Morto Superiore), cioè ogni 180° di rotazione dell’albero motore. Supponendo un valore tipico della pressione del serbatoio (Pser) pari alla pressione atmosferica (assunta pari a 1000 mbar) ed un valore tipico della pressione nel collettore di aspirazione di circa 500 mbar, si è ipotizzata una variazione della pressione attorno a tale valore e precisamente tra un primo valore (Pman1) di 600 mbar ed un secondo valore (Pman2) di 400 mbar.
Una differenza del 3% nella quantità di carburante iniettato è significativa ed ampiamente superiore all'errore introdotto dal regolatore di pressione in quanto i regolatori di pressione attualmente utilizzati introducono un errore massimo sul valore di pressione di mandata pah allo 0.3%.
Tale variazione del salto di pressione è particolarmente dannosa in quanto introducendo un errore rilevante sulla quantità di carburante iniettata nel cilindro, non permette di ottenere il rapporto voluto tra la quantità di aria e la quantità di carburante, peggiorando quindi la combustione con un conseguenze particolarmente dannose, aumento dei consumi, perdita di potenza, funzionamento non corretto degli mezzi di abbattimento delle emissioni (tipicamente il catalizzatore allo scarico).
Scopo della presente invenzione è quindi quello di realizzare un procedimento di controllo ed il relativo impianto di alimentazione di carburante senza ritorno per un motore endotermico, esente dagli inconvenienti sopra descritti.
Secondo la presente invenzione viene realizzato un procedimento di controllo di un impianto di alimentazione di carburante senza ritorno per un motore endotermico, il detto impianto di alimentazione carburante operante con almeno un cilindro e comprendente: almeno un collettore di aspirazione collegato al detto cilindro, almeno un iniettore operante l’iniezione del carburante nel detto collettore di aspirazione, un serbatoio carburante, ed una pompa sostanzialmente posizionata nel serbatoio per inviare il carburante al detto iniettore; il detto procedimento caratterizzato dal fatto di comprendere per ogni iniettore le seguenti fasi: calcolare il valore dell’anticipo di una successiva fase di iniezione; in base al valore dell’anticipo calcolare un valore stimato della pressione media nel collettore di aspirazione durante la fase di iniezione; calcolare il valore della differenza di pressione media presente ai capi dell' iniettore durante la fase di iniezione in base al valore stimato della pressione media nel collettore di aspirazione durante la fase di iniezione; in base al valore della differenza di pressione media presente ai capi dell’iniettore durante la fase di iniezione calcolare il valore della portata media dell’iniettore durante la fase di iniezione; calcolare la quantità di carburante da iniettare; calcolare il tempo di iniezione in base al valore della portata dell’iniettore e al valore della quantità di carburante da iniettare.
Secondo la presente invenzione viene inoltre realizzato un impianto di alimentazione di carburante senza ritorno per un motore endotermico, operante con almeno un cilindro e comprendente: almeno un collettore di aspirazione collegato al detto cilindro, almeno un iniettore operante l'iniezione del carburante nel detto collettore di aspirazione, un serbatoio carburante, una pompa sostanzialmente posizionata nel serbatoio per inviare il carburante al detto iniettore, ed una centralina di controllo; il detto impianto caratterizzato dal fatto che la detta centralina comprende: una prima unità di calcolo atta a calcolare, per ogni iniettore, il valore della differenza di pressione media presente ai capi dell’iniettore durante ogni fase di iniezione, ed una seconda unità di calcolo atta a calcolare, per ogni iniettore, il valore medio della portata dell’iniettore durante ogni fase di iniezione in base al valore della differenza di pressione media presente ai capi dell’iniettore durante la fase di iniezione; la detta seconda unità di calcolo essendo collegata alla detta prima unità di calcolo.
Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 illustra schematicamente una forma preferita di attuazione dell’impianto di alimentazione carburante della presente invenzione; - la figura 2 illustra uno schema a blocchi schematizzante il procedimento di controllo della presente invenzione;
- la figura 3 illustra un diagramma di un ciclo di funzionamento di un motore con evidenziate alcune grandezze relative all'impianto di figura 1 ;
- la figura 4 illustra uno schema a blocchi schematizzante il funzionamento di una particolare unità di calcolo dell'impianto di figura 1; e
- la figura 5 illustra un diagramma multiplo dell'evoluzione temporale di alcune grandezze relative all'impianto di figura 1.
In figura 1 è indicato con 1 un motore endotermico comprendente un impianto di alimentazione carburante 2 senza ritorno.
Il motore 1 comprende almeno un cilindro 3 comunicante con un rispettivo collettore di aspirazione 4 terminante in una valvola di aspirazione del detto cilindro 3 ed in cui è presente almeno un iniettore 5 per effettuare l’iniezione del carburante nel collettore di aspirazione 4 stesso, un serbatoio 6 carburante, una pompa del carburante 7 sostanzialmente posizionata nel serbatoio 6 per inviare il carburante all' iniettore 5 attraverso un condotto di mandata 8, ed una centralina di controllo 9.
La pompa del carburante 7 comprende una pompa 10 operante ad una pressione tipicamente compresa tra i 4 e i 6 bar, ed un regolatore di pressione 11 per mantenere la pressione di invio del carburante ad un valore costante (tipicamente compreso tra i 3 ed i 3.5 bar rispetto alla pressione presente nel serbatoio del carburante).
Nel collettore di aspirazione 4 è presente, oltre che l'iniettore 5, anche una valvola a farfalla 12. Nel caso di motori ad iniezione multi-point, cioè con un iniettore per ogni cilindro 3, gli iniettori 5 sono posti (come illustrato in figura 1) normalmente il più vicino possibile alla valvola di aspirazione, mentre nel caso di motori ad iniezione single-point, cioè con un unico iniettore per tutti i cilindri 3, l’iniettore 5 è posto normalmente immediatamente a monte della valvola a farfalla 12.
La centralina di controllo 9 presenta diversi collegamenti di ingresso e di uscita per il controllo di tutte le funzioni del motore 1; in figura 1 sono illustrati solo i collegamenti significativi ai fini della descrizione dell’oggetto della presente invenzione. In particolare è indicato con 13 il collegamento tra la centralina di controllo 9 e l’iniettore 5 mediante il quale la centralina di controllo comanda il funzionamento dell'iniettore 5 stesso. Sono illustrati inoltre dei collegamenti provenienti da alcuni sensori di tipo noto presenti nel motore 1 per la misurazione di alcuni parametri, ed in particolare: è indicato con 14a il collegamento con un sensore 14 per il rilevamento della velocità di rotazione dell’albero motore, è indicato con 15a il collegamento con un sensore 15 per il rilevamento della temperatura del liquido di raffreddamento, è indicato con 16a il collegamento con un sensore 16 per il rilevamento della posizione della valvola a farfalla 12, è indicato con 17a il collegamento con un sensore 17 per il rilevamento della temperatura dell’aria presente nel collettore di aspirazione 4, è indicato con 18a il collegamento con un sensore 18 per il rilevamento della pressione deH’aria presente nel collettore di aspirazione 4, ed è indicato con 19a il collegamento con un sensore 19 per il rilevamento della tensione della batteria. Il sensore 18 per il rilevamento della pressione dell’aria presente nel collettore di aspirazione 4 è posizionato in corrispondenza dell’iniettore 5, in modo da poter rilevare il valore della pressione nella zona del collettore 4 prossima all'iniettore 5 stesso.
Come illustrato in figura 3, nella seguente descrizione il ciclo di funzionamento di un cilindro viene espresso in gradi meccanici e quindi un ciclo di funzionamento completo comprendete le quattro fasi (aspirazione, compressione, espansione, scarico) ha una durata complessiva di 720° con l'istante di inizio posto all'inizio della fase di aspirazione.
Con particolare riferimento alla figura 2, viene di seguito descritto il procedimento di controllo, ulteriore oggetto della presente invenzione, dell’impianto di alimentazione carburante 2 del motore 1.
Il procedimento di controllo della presente invenzione viene di seguito descritto con particolare riferimento al motore 1 illustrato in figura 1, in cui è stato previsto un sistema di iniezione multi-point, cioè con un iniettore 5 per ogni cilindro 3, senza per questo perdere di generalità. Infatti per la sua applicazione ad una motore 1 in cui è stato previsto un sistema di iniezione single-point, cioè con un unico iniettore 5 per tutti i cilindri 3, le modifiche da apportare sono poche e non sostanziali, come meglio verrà precisato in seguito.
Il procedimento di controllo della presente invenzione prevede per ogni iniettore 5 di compiere una successione di operazioni indicate dai blocchi da 20 a 26, al fine di effettuare il controllo dell’iniettore 5 stesso in base al valori di portata reale stimata in base all’effettivo salto di pressione presente ai capi dell'iniettore 5.
Il procedimento inizia da un blocco 20 in cui il cilindro 3 relativo all’iniettore 5 sta’ terminando una fase di aspirazione; in tale momento, secondo modalità note e già da tempo impiegate nella normale produzione, la centralina di controllo 9 calcola per la fase di aspirazione successiva il valore dell’anticipo di iniezione (Finj), cioè dell’intervallo esistente tra l'istante di effettiva fine della fase di iniezione (Ton) e l'istante di fine teorica della stessa (coincidente con la fine della fase di aspirazione). Il valore dell'anticipo di iniezione viene normalmente espresso in gradi. L’istante di fine teorica della fase di iniezione coincide con la fine della fase di aspirazione del ciclo successivo, corrisponde quindi ad un angolo meccanico di 900°.
Dal blocco 20 il procedimento passa ad un blocco 21 in cui la centralina di controllo 9 legge mediante il sensore di pressione 18 il valore della pressione nel collettore di aspirazione 4 al termine della fase di aspirazione (Prel) corrente del cilindro 3. Successivamente la centralina di controllo 9, secondo modalità note, stima un valore della pressione nel collettore di aspirazione 4 al termine della prossima fase di aspirazione del cilindro 3 (Pre).
Come verrà dettagliatamente descritto in seguito uno dei metodi che possono essere utilizzati per la stima di tale valore di pressione è quello proposto dalla domanda di brevetto italiana T094A000152 del 4 Marzo 1994 (tale domanda di brevetto è stata estesa dando origine alle seguenti domande di brevetto: EP 95102976.8 del 2 Marzo 1995, US 08/397386 del 2 Marzo 1995, BR 9500900.0 del 3 Marzo 1995).
Dal blocco 21 il procedimento passa ad un blocco 22 in cui, secondo modalità note, viene stimato un valore della pressione media nella zona del collettore di aspirazione 4 prossima all’iniettore 5 durante la fase di iniezione (Pinj). Calcoli teorici e prove pratiche hanno evidenziato che le variazioni di pressione nel collettore di aspirazione 4 durante la fase di iniezione sono ridotte, quindi il valore della pressione media nella zona del collettore di aspirazione 4 prossima all'iniettore 5 durante la fase di iniezione può ritenersi in prima approssimazione costante. Tale valore di pressione può così essere assunto pari al valore di pressione presente alla fine della fase di iniezione, cioè Finj gradi prima della fine della successiva fase di aspirazione.
Il valore della pressione nel collettore 4 alla fine della fase di iniezione viene determinato interpolando la curva di variazione della pressione nel collettore 4 all’istante di fine della fase di iniezione, istante conosciuto in quanto conosciuto il valore dell'anticipo di iniezione (Finj). La curva di variazione della pressione nel collettore 4 durante le fasi di funzionamento del motore (aspirazione, compressione, espansione, e scarico) è nota nel suo andamento e viene adattata in base a due valori al contorno: il valore misurato della pressione nel collettore di aspirazione 4 al termine della precedente fase di aspirazione (Prel) e il valore stimato della pressione nel collettore di aspirazione 4 al termine della successiva ^ fase di aspirazione (Pre). In prima approssimazione si è stimato che la variazione della pressione nel collettore di aspirazione 4 sia di tipo lineare, come illustrato in Figura 3. In figura 3 sono evidenziati i punti relativi alle due condizioni al contorno imposte (Prel e Pre) ed alle condizioni interpolate alla fine della fase di iniezione (Pinj).
Il valore della pressione nel collettore di aspirazione 4 alla fine della fase di iniezione è dato dalla formula:
Dal blocco 22 il procedimento passa ad un blocco 23 in cui la centralina di controllo 9 calcola il valore stimato della differenza di pressione media presente ai capi dell'iniettore 5 durante la fase di iniezione (DP). Tale valore è ottenuto sottraendo il valore stimato della pressione media nella zona del collettore di aspirazione 4 prossima all’iniettore 5 durante la fase di iniezione al valore della pressione assoluta del carburante a monte dell’iniettore 5 (Pben). Il valore della pressione assoluta del carburante a monte dell’iniettore 5 è ottenuto sommando al valore della pressione presente nel serbatoio 6 (Pser), il valore del salto di pressione impresso dal regolatore di pressione 11 della pompa del carburante 7 (Ppom). La formula utilizzata è quindi:
Il valore del salto di pressione imposto dal regolatore di pressione 11 è noto e costante entro gli errori del dispositivo stesso (0.3%). Il valore della pressione del carburante nel serbatoio 6 (Pser) può essere assunto pari alla pressione atmosferica, oppure può essere previsto un apposito sensore di pressione (non illustrato) che legga il valore della pressione all'interno del serbatoio 6 e lo trasmetta alla centralina 9 per calcolare con maggiore precisione il valore del salto di pressione presente ai capi dell'iniettore 5.
Dal blocco 23 il procedimento passa ad un blocco 24 in cui la centralina di controllo 9, in base al valore della differenza di pressione media presente ai capi dell'iniettore 5 durante la fase di iniezione, calcola il valore della portata media dell'iniettore durante la fase di iniezione (G). Tale calcolo è effettuato mediante interpolazione effettuata su curve bidimensionali portata-differenza di pressione memorizzate nella centralina di controllo 9 e ricavate mediante calcoli teorici e prove sperimentali durante la fase di progettazione del motore 1.
E’ noto che variazioni nella tensione della batteria, possono provocare differenze anche sensibili nella portata della pompa del carburante 10 e quindi nella portata dell'Iniettore 5, in quanto la potenza della pompa 10 varia con il quadrato del valore della tensione della batteria. Per tenere conto anche di questo fattore la centralina di controllo 9 prima di effettuare il calcolo della portata media dell’iniettore 5 rileva anche la tensione della batteria (Vbat) ed effettua successivamente l’interpolazione su curve tridimensionali portata-differenza di pressionetensione. La formula utilizzata è quindi in generale:
Dal blocco 24 il procedimento passa ad un blocco 25 in cui la centralina di controllo 9 calcola secondo modalità note e già da tempo impiegate nella normale produzione la quantità di carburante da iniettare nel cilindro 3 (Q).
Dal blocco 25 il procedimento passa ad un blocco 26 in cui la centralina di controllo 9 calcola il tempo di iniezione, cioè il tempo per cui l'iniettore viene attivato. Il tempo di iniezione viene calcolato sommando un termine dato dal quoziente tra il valore della quantità di carburante da iniettare nel cilindro 3 ed il valore della portata media dell’iniettore 5 durante la fase di iniezione ed un termine di offset (T off). II termine di offset serve a tenere conto dell’Incidenza dei transitori ( tipicamente tempo di attesa e tempo di volo) nella quantità di carburante iniettata dall'iniettore 5. Tenendo conto della sola differenza di pressione ai capi dell'iniettore 5, tale termine è stimato mediante interpolazione effettuata su curve bidimensionali tempo-differenza di pressione memorizzate nella centralina di controllo 9 e ricavate mediante calcoli teorici e prove sperimentali durante la fase di progettazione del motore 1. Tenendo conto anche del valore della tensione della batteria, tale termine è stimato mediante interpolazione effettuata su curve tridimensionali tempo-differenza di pressione-tensione o in alternativa sommando un termine ottenuto interpolando su curve bidimensionali tempo-differenza di pressione con un termine ottenuto interpolando su curve bidimensionali tempo-tensione. La formula utilizzata è quindi in generale:
Nel caso di un motore 1 single-point, cioè con un solo iniettore 5 per tutti i cilindri 3, il procedimento e l’impianto precedentemente descritti subiscono cambiamenti marginali: la stima della portata dell’iniettore 5 in base alla differenza di pressione ed eventualmente in base al valore della tensione viene effettuata con le stesse modalità utilizzate nel caso dell'iniezione multi-point, e tale stima viene ripetuta per ogni cilindro 3 o insieme di cilindri 3 in fase tra loro, quindi con frequenza multipla della frequenza con cui tale stima viene ripetuta nel caso del multi-point.
Con particolare riferimento alla figura 4, viene di seguito descritto il metodo e il circuito proposto per la stima della pressione nel collettore di aspirazione 4 al termine della fase di aspirazione.
Tale metodo richiede la conoscenza di cinque parametri di funzionamento del motore 1 : il numero di giri del motore (n), la temperatura del liquido di raffreddamento (TH20), la posizione della valvola a farfalla (Pfarf), il valore della pressione dell'aria aspirata dal collettore 4 (P), e il valore della temperatura dell'aria aspirata dal collettore 4 (T).
In figura 4 è illustrato uno schema a blocchi che schematizza un circuito stimatore 27 per la stima del valore della pressione nel collettore di aspirazione 4 al termine della prossima fase di aspirazione.
Il circuito 27 comprende un nodo sommatore 28 il quale presenta un primo ingresso sommatore (+) 28a che riceve il segnale Pfarf generato sensore 16 ed un’uscita 28u col legata con un ingresso 29a di un circuito 29. Il circuito 29 realizza una funzione di trasferimento A(z) che model lizza un mezzo trasmissivo, in particolare la porzione di collettore di aspirazione 4 compresa fra la valvola a farfalla 12 ed il sensore 18 atto a rilevare la pressione nel collettore di aspirazione 4 stesso. La funzione di trasferimento A(z) è convenientemente implementata mediante un filtro numerico, in particolare un filtro passa-basso, i cui coefficienti sono funzione dei segnali N, TH20, T generati rispettivi sensori 14, 15, e 17. Il circuito 27 comprende inoltre un circuito 30 il quale presenta un ingresso 30a collegato con un’uscita 29u del circuito 29 attraverso una linea 31. La linea 31 comunica con l'uscita 27u del circuito 27. Il circuito 30 realizza una funzione di trasferimento B(z) che modellizza i ritardi del sensore 18 atto a rilevare la pressione nel collettore di aspirazione 4 stesso, i ritardi di condizionamento segnale (filtraggio, conversione ed elaborazione del segnale di carico motore) e i ritardi dovuti all’attuazione fisica dell'iniezione.
La funzione di trasferimento B(z) è convenientemente implementata mediante un filtro numerico, in particolare filtro passa-basso, i cui coefficienti sono funzione dei segnali N, TH20, Taria generati dai relativi sensori 14, 15, e 17.
Il circuito 30 presenta un’uscita 30u la quale è col legata con un primo ingresso sottrattore 32a di un nodo 32 che presenta inoltre un secondo ingresso sommatore 32b al quale viene alimentato il segnale di carico motore utilizzato nella centralina 7 e comprensivo di tutti i ritardi del sistema.
Il nodo sommatore 32 presenta inoltre un’uscita 32u la quale è collegata con un ingresso di un circuito di correzione 33, convenientemente formato da una rete proporzionale-integrale-derivativa (PID), il quale presenta un’uscita 33u che comunica con un secondo ingresso 28b del nodo 28.
In uso, il circuito 29 riceve in ingresso il segnale Pfarf corretto con un segnale di correzione C generato dal circuito 33 e genera in uscita un segnale che stima la pressione nel collettore di aspirazione 4 in prossimità del sensore 18 di pressione al termine della fase di aspirazione successiva. Il segnale Prie di uscita al circuito 29 viene quindi alimentato al circuito 30 che produce in uscita un segnale di pressione del collettore di aspirazione 4 comprensivo dell'Inerzia di risposta del sensore di pressione, dei ritardi del sistema e dei ritardi di attuazione. Il segnale di uscita del circuito 30 viene quindi confrontato con il segnale (reale) del valore della pressione nel collettore di aspirazione 4 generato dal sensore 18 in modo tale che all'uscita del nodo 32 è presente un segnale di errore che viene successivamente elaborato dal circuito 33 che a sua volta produce in uscita il segnale C.
A causa della retroazione realizzata dal circuito 33 viene minimizzato il segnale di errore ed il segnale Prie all'uscita del circuito 29 rappresenta pertanto la misura della pressione nel collettore di aspirazione 4 a meno dei ritardi del sensore, dei ritardi del sistema di calcolo e dei ritardi di attuazione.
Il procedimento, e di conseguenza l'impianto della presente invenzione, presenta numerosi vantaggi, in quanto implementando un metodo per la stima dell’effettiva differenza di pressione presente istantaneamente ai capi degli iniettori, permette di determinare con precisione la portata corrente degli iniettori stessi, permettendo quindi di iniettare nel cilindro la quantità di carburante necessaria con errori decisamente più contenuti rispetto ai sistemi tradizionali. Tale caratteristica si traduce in un miglioramento delle prestazioni complessive del motore (potenza, consumi ed emissioni allo scarico).
E’ da rilevare, inoltre, come il metodo proposto dalla presente invenzione sia implementabile con costi contenuto, in quanto la potenza di calcolo richiesta è decisamente contenuta e i valori di ingresso richiesti vengono normalmente già monitorati nei motori endotermici attualmente presenti sul mercato, non viene quindi richiesta l'aggiunta di nuovi sensori.
Risulta infine chiaro che al impianto di alimentazione carburante qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti.
Ad esempio nel caso di più iniettori (iniezione multi-point), i vari iniettori 5 possono ricevere il carburante non direttamente dal condotto di mandata 8 della pompa 7 del carburante, ma possono riceverla invece attraverso una camera, detta collettore del carburante, posta in prossimità degli iniettori 5 stessi ed alimentata dal condotto di mandata 8 della pompa 7 del carburante.
Claims (23)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1) Procedimento di controllo per un impianto di alimentazione senza ritorno di carburante per un motore endotermico comprendente almeno un cilindro (3), il detto impianto di alimentazione carburante (2) comprendendo almeno un collettore di aspirazione (4) collegato al detto cilindro (3); almeno un iniettore (5) operante l’iniezione del carburante nel detto collettore di aspirazione (4); un serbatoio (6) carburante; ed una pompa (7) posizionata nel serbatoio (6) per inviare il carburante al detto iniettore (5); il detto procedimento essendo caratterizzato dal fatto di comprendere, per ogni iniettore (5), le fasi di calcolare il valore di un anticipo (Finj) di una successiva fase di iniezione; calcolare un valore stimato di una pressione media nel collettore di aspirazione (4) durante la detta fase di iniezione (Pinj) in base al detto valore dell’anticipo; calcolare un valore medio di una differenza di pressione fra un’estremità di ingresso ed una estremità di uscita dell'iniettore (5) durante la detta fase di iniezione in base al detto valore stimato della pressione media nel collettore di aspirazione (4); calcolare il valore di una portata media dell’iniettore (5) durante la detta fase di iniezione in funzione del detto valore medio della detta differenza di pressione; e calcolare un tempo di iniezione in base al detto valore della portata dell'iniettore (5) e ad un valore della quantità di carburante da iniettare.
- 2) Procedimento secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere due ulteriori fasi precedenti alla detta fase di calcolo del detto valore stimato della pressione media nel collettore di aspirazione (4); la prima delle dette due fasi essendo una fase di calcolo di un valore stimato della pressione nel collettore di aspirazione (4) al termine di una successiva prima fase di aspirazione del detto cilindro (3). e la seconda delle dette due fasi essendo una fase di misura di un valore della pressione nel collettore di aspirazione (4) al termine di una seconda fase di aspirazione del detto cilindro (3) precedente alla detta prima fase di aspirazione.
- 3) Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto valore stimato della pressione nel collettore di aspirazione (4) al termine della detta prima fase di aspirazione è calcolato in base al valore del numero di giri dei motore (1), in base al valore della temperatura del liquido di raffreddamento, in base alla posizione della valvola a farfalla (12), in base al valore della pressione dell’aria aspirata dal collettore di aspirazione (4), e in base al valore della temperatura deN’aria aspirata dal collettore di aspirazione (4).
- 4) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 o 3, caratterizzato dai fatto che il detto valore stimato della pressione media nel collettore di aspirazione (4) durante la fase di iniezione è calcolato oltre che in base al detto valore dell’anticipo anche in base al detto valore misurato della pressione nel collettore di aspirazione (4) e in base al detto valore stimato della pressione nel collettore di aspirazione (4) al termine della prima fase di aspirazione del detto cilindro (3).
- 5) Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il detto valore stimato della pressione media nel collettore di aspirazione (4) durante la detta fase di iniezione è assunto pari ad un valore della pressione nel collettore di aspirazione (4) esistente all'inizio della fase di iniezione; tale valore essendo ottenuto interpolando ad un istante di inizio della detta prima fase di aspirazione tra il detto valore misurato della pressione nel collettore di aspirazione (4) e tra il detto valore stimato della pressione nel collettore di aspirazione (4) al termine della detta prima fase di aspirazione.
- 6) Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la detta interpolazione è lineare.
- 7) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto valore medio di una differenza di pressione presente alle estremità dell'iniettore (5) è calcolato sottraendo il detto valore stimato della pressione media del collettore di aspirazione (4) ad un valore della pressione assoluta del carburante alla detta estremità di ingresso dell’iniettore (5).
- 8) Procedimento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il detto valore della pressione assoluta del carburante alla detta estremità di ingresso dell’iniettore (5) è ottenuto sommando ad un valore della pressione presente nel serbatoio (6), un valore dei salto di pressione impresso al carburante dalla detta pompa (7).
- 9) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il motore (1) comprende una batteria che fornisce energia alla pompa carburante (10); il detto procedimento comprendendo un'ulteriore fase di misura di un valore della tensione della batteria, precedente alla detta fase di calcolo della portata media dell'iniettore (5).
- 10) Procedimento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che il detto valore della portata media dell’iniettore (5) durante il tempo di iniezione è calcolato oltre che in base al detto valore medio della differenza di pressione presente tra gli estremi dell'iniettore (5) durante la detta fase di iniezione, anche in base al detto valore della tensione della batteria.
- 11) Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che il detto valore della portata media dell’iniettore (5) durante il tempo di iniezione è calcolato sommando un primo termine stimato in funzione del detto valore medio della differenza di pressione presente tra gli estremi dell’iniettore (5) durante la detta fase di iniezione con un secondo termine stimato in base al detto valore della tensione della batteria.
- 12) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto valore del tempo di iniezione è calcolato dividendo il detto valore della quantità di carburante da iniettare per il detto valore della portata dell'iniettore (5).
- 13) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11, caratterizzato dal fatto che il detto valore del tempo di iniezione è calcolato dividendo il detto valore della quantità di carburante da iniettare per il detto valore della portata dell’iniettore (5) e sommando a tale quoziente un valore di offset stimato in base al detto valore medio della differenza di pressione presente tra gli estremi dell’iniettore (5).
- 14) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 11 , caratterizzato dal fatto che il detto valore del tempo di iniezione è calcolato dividendo il valore della quantità di carburante da iniettare per il valore della portata dell'iniettore (5) e sommando a tale quoziente un valore di offset stimato in base al valore della tensione della batteria.
- 15) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 11 , caratterizzato dal fatto che il detto valore del tempo di iniezione è calcolato dividendo il detto valore della quantità di carburante da iniettare per il detto valore della portata dell'Iniettore (5) e sommando a tale quoziente un primo valore di offset stimato in base al detto valore medio della differenza di pressione presente tra gli estremi dell'iniettore (5) ed un secondo valore di offset stimato in base al detto valore della tensione della batteria.
- 16) Impianto di alimentazione di carburante senza ritorno per un motore endotermico comprendente almeno un cilindro (3): il detto impianto di alimentazione comprendendo almeno un collettore di aspirazione (4) collegato al detto cilindro (3); almeno un iniettore (5) operante l’iniezione del carburante nel detto collettore di aspirazione (4) e comprendente un estremo di ingresso ed un estremo di uscita del carburante; un serbatoio (6) carburante; una pompa (7) posizionata nel serbatoio (6) per inviare il carburante al detto iniettore (5); ed una centralina di controllo (9); il detto impianto essendo caratterizzato dal fatto che la detta centralina di controllo (9) comprende: una prima unità di calcolo atta a calcolare, per ogni iniettore (5), un valore medio della differenza di pressione presente tra i detti estremi dell’iniettore (5) durante una fase di iniezione, ed una seconda unità di calcolo atta a calcolare, per ogni iniettore (5), un valore medio della portata dell'iniettore (5) durante la detta fase di iniezione in base al detto valore medio della differenza di pressione; la detta seconda unità di calcolo essendo collegata alla detta prima unità di calcolo.
- 17) Impianto secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che la detta prima unità di calcolo comprende un circuito ricostruttore (27) atto a stimare la pressione nel detto collettore di aspirazione (4) al termine di una successiva fase di aspirazione del detto motore (1).
- 18) Impianto secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che il detto circuito ricostruttore (27) è collegato: ad un primo sensore (14) atto a misurare il valore del numero di giri del motore (1), ad un secondo sensore (15) atto a misurare il valore della temperatura del liquido di raffreddamento, ad un terzo sensore (16) atto a misurare la posizione della valvola a farfalla (12), ad un quarto sensore ( 18) atto a misurare il valore della pressione dell’aria aspirata dal collettore di aspirazione (4), e ad un quinto sensore (17) atto a misurare il valore della temperatura dell'aria aspirata dal collettore di aspirazione (4).
- 19) Impianto secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che il detto circuito ricostruttore (27) comprende: - primi mezzi sommatori (28) presentanti un primo ingresso (28a) che riceve un segnale (Pfarf) generato dal detto terzo sensore (16), atto a monitorare l’apertura della valvola a farfalla (12); - primi mezzi di model lizzazione (29) collegati in ingresso (29a) con un'uscita di detti primi mezzi sommatori (28); detti primi mezzi di modellizzazione (29) realizzando una prima funzione di trasferimento (A(z)) che modellizza un mezzo trasmissivo, in particolare la porzione di collettore di aspirazione (4) compresa tra il detto quarto sensore (18) e la detta valvola a farfalla (12); - secondi mezzi di model lizzazione (30) collegati in ingresso (30a) con un'uscita (29u) di detti primi mezzi di modellizzazione (29); detti secondi mezzi di modellizzazione (30) realizzando una seconda funzione di trasferimento (B(z)) che modellizza i ritardi del detto quarto sensore (18), i ritardi di elaborazione del sistema ed i ritardi dovuti all’attuazione dell'iniezione; - secondi mezzi sommatori (32) presentanti un primo ingresso (32b) che riceve il segnale del valore della pressione nel detto collettore di aspirazione (4) generato dal detto quarto sensore (18), comprensivo di tutti i ritardi del sistema ed un secondo ingresso (32a) comunicante con un'uscita (30u) di detti secondi mezzi di modellizzazione (30); i detti secondi mezzi sommatori (32) generando in uscita (32u) un segnale di errore alimentato a una rete di compensazione (33), in particolare una rete PID, presentante un’uscita (33u) atta ad alimentare un segnale di reazione (C) ad un secondo ingresso (28b) di detti primi mezzi sommatori (28); i detti mezzi ricostruttori di pressione (27) generando all’uscita (29u) di detti primi mezzi di modellizzazione (29) il detto segnale di carico motore corretto (Prie).
- 20) Impianto secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che i detti primi mezzi di modellizzazione (29) comprendono un filtro numerico, in particolare un filtro passa-basso, implementante la detta prima funzione di trasferimento (A(z)).
- 21) Impianto secondo la rivendicazione 20, caratterizzato dal fatto che i detti secondi mezzi di modellizzazione (30) comprendono un filtro numerico, in particolare un filtro passa-basso, implementante la detta seconda funzione di trasferimento (B(z)).
- 22) Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 16 a 21 , caratterizzato dal fatto che il detto motore (1) comprende una batteria; la detta seconda unità di calcolo essendo collegata ad un sesto sensore (19) atto a misurare un valore della tensione della detta batteria e la detta seconda unità di calcolo effettuando il detto calcolo del detto valore medio della portata dell'iniettore (5) anche in base al valore della tensione della batteria.
- 23) Impianto secondo una qualsiasi delie rivendicazioni da 16 a 22, caratterizzato dal fatto di comprendere un settimo sensore collegato alla detta centralina 9 e posizionato nel detto serbatoio 6 per leggere in uso un valore della pressione al l'interno del serbatoio 6 stesso.
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