ITBO980018A1 - Metodo di controllo dell'iniezione e dell'accensione della miscela ari a/combustibile in un motore endotermico. - Google Patents
Metodo di controllo dell'iniezione e dell'accensione della miscela ari a/combustibile in un motore endotermico.Info
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Description
DE SCR IZ ION E
del brevetto per invenzione industriale
La presente invenzione è relativa ad un metodo di controllo dell'iniezione e dell'accensione della miscela in un motore endotermico.
La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione nell'ambito automobilistico, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.
Nell'ambito automobilistico, è noto l'uso di convertitori catalitici disposti lungo il condotto di scarico dei gas combusti ed utilizzati per abbattere le sostanze inquinanti presenti in tali gas. Come è noto, il corretto funzionamento del convertitore catalitico è subordinato al fatto che il convertitore raggiunga una temperatura di funzionamento prefissata, mentre la massima efficienza del convertitore, ossia la capacità di abbattere le sostanze inquinanti in modo ottimale, è legata al fatto che il rapporto aria/combustibile della miscela alimentata al motore venga mantenuto prossimo al valore stechiometrico, ovvero interno ad un intervallo prefissato includente il valore stechiometrico stesso.
Al fine di accelerare il riscaldamento del convertitore catalitico in seguito ad un avviamento a freddo del motore, ossia per portare velocemente il convertitore alla temperatura di funzionamento, è noto utilizzare un metodo di controllo dell'iniezione e dell'accensione della miscela, secondo il quale ad ogni ciclo del motore si alimenta a ciascun cilindro una miscela non stechiometrica, in particolare una miscela ricca caratterizzata da un valore del rapporto aria/combustibile minore rispetto al rapporto stechiometrico, e per ogni cilindro si ritarda l'istante di innesco della combustione rispetto all'istante di innesco nominale in modo tale che la combustione stessa avvenga quando le valvole di scarico sono parzialmente aperte. Secondo tale metodo, la combustione non avviene totalmente all'interno delle camere di combustione ed una percentuale del combustibile viene bruciata all'interno del condotto di scarico dando luogo ad una combustione residua che fornisce calore verso il convertitore catalitico accelerando il processo di riscaldamento del convertitore catalitico stesso.
Il metodo di controllo noto e sopra descritto, sebbene favorisca l'entrata in temperatura del convertitore catalitico, comporta in primo luogo grandi consumi di combustibile ed in secondo luogo forti emissioni di sostanze inquinanti in uscita dal condotto di scarico, ossia nell'ambiente, poiché il rapporto aria/combustibile della miscela alimentata al motore si discosta fortemente dal valore stechiometrico.
Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo di controllo dell'iniezione e dell'accensione della miscela in un motore endotermico, il quale sia esente dagli inconvenienti sopra descritti, ossia permetta di accelerare il riscaldamento del convertitore catalitico minimizzando le emissioni delle sostanze inquinanti presenti nei gas di scarico.
Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di controllo dell'iniezione e dell'accensione della miscela aria/combustibile in un motore endotermico per accelerare il riscaldamento di un convertitore catalitico disposto lungo il condotto di scarico del motore stesso, il motore comprendendo un numero determinato di cilindri, un dispositivo di iniezione per alimentare combustibile ai cilindri ed un dispositivo di accensione per comandare l'innesco delle combustioni nei cilindri stessi; il metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di:
- alimentare ad un primo sottòinsieme del numero determinato di cilindri una miscela ricca, in cui il rapporto aria/combustibile assume un valore inferiore rispetto ad un rapporto aria/combustibile stechiometrico;
- alimentare ad un secondo sottoinsieme del numero determinato di cilindri una miscela magra, in cui rapporto aria/combustibile assume un valore superiore rispetto ad un rapporto aria/combustibile stechiometrico, ed in modo tale che il rapporto aria/combustibile della miscela complessivamente alimentata al motore sia sostanzialmente stechiometrico; e
- ritardare l’istante di innesco effettivo della combustione rispetto ad un istante di innesco nominale in almeno una parte dei cilindri alimentati con miscela ricca in modo tale che un residuo di combustione avvenga lungo il condotto di scarico ed acceleri il riscaldamento del detto convertitore catalitico.
L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
- la figura 1 illustra in modo schematico un dispositivo di controllo dell'iniezione e della accensione della miscela in un motore endotermico realizzante il metodo della presente invenzione;
la figura 2 illustra un diagramma a blocchi definente le condizioni di applicabilità del metodo;
la figura 3 illustra schematicamente un diagramma a blocchi delle operazioni eseguite secondo il metodo della presente invenzione; e
- le figure 4 e 5 rappresentano una applicazione del metodo in un motore a quattro cilindri.
Con riferimento alla figura 1, con 1 è indicato nel suo complesso un dispositivo elettronico di controllo di un motore 2 endotermico (illustrato schematicamente) , in particolare di un motore a benzina.
Il motore 2 comprende un numero N determinato di cilindri (non illustrati) ciascuno definente, in corrispondenza di una propria estremità superiore, una camera di combustione all'interno della quale può essere iniettato un flusso di benzina mediante un dispositivo 3 di iniezione (illustrato schematicamente) .
Il motore 2 presenta, inoltre, un collettore 4 di aspirazione per l'alimentazione di un flusso di aria verso i cilindri ed un condotto 5 di scarico lungo il quale vengono convogliati i gas combusti espulsi dalle camere di combustione. Lungo il condotto 5 è disposto un convertitore 6 catalitico (di tipo noto) atto ad abbattere le sostanze inquinanti presenti nei gas di scarico.
Il motore 2 comprende un dispositivo 8 di accensione (di tipo noto) atto a controllare l'accensione delle candele (non illustrate) dei vari cilindri per controllare gli istanti di innesco delle combustioni della miscela all'interno di ciascuna camera di combustione.
Il dispositivo 1 di controllo è atto a comandare il dispositivo 3 di iniezione per regolare l'iniezione della benzina nei cilindri ed il dispositivo 8 per determinare gli istanti di innesco delle combustioni, e, secondo quanto meglio verrà spiegato nel seguito, è, inoltre, atto ad implementare una strategia di controllo dei dispositivi 3 e 8 stessi volta ad accelerare il riscaldamento del convertitore 6 catalitico in seguito ad un avviamento cosiddetto "a freddo" del motore 2.
Il dispositivo 1 di controllo comprende un sensore 9 di ossigeno disposto lungo il condotto 5 di scarico a monte del convertitore 6 catalitico ed atto a generare in uscita un segnale Vout correlato alla composizione stechiometrica dei gas di scarico e, di conseguenza, al rapporto aria/benzina A/F della miscela complessivamente alimentata al motore 2.
Il dispositivo 1 comprende, inoltre, un circuito 10 di conversione, il quale è collegato in ingresso all'uscita del sensore 9, ed è atto a convertire il segnale Vout in un parametro λm rappresentativo del rapporto aria/benzina A/F della miscela complessivamente alimentata al motore 2 e definito come:
dove (A/F)mis rappresenta il valore del rapporto aria/benzina misurato dal sensore 9 e correlato al segnale Vout e (A/F) stech rappresenta il valore del rapporto aria/benzina stechiometrico pari a 14,57. In particolare, se il valore del parametro λm supera l’unità (λm > 1) il rapporto aria/benzina A/F misurato è superiore al rapporto aria/benzina stechiometrico, cioè è presente, complessivamente, una quantità di benzina insufficiente e la miscela alimentata al motore 2 si dice magra, mentre se il valore del parametro λm è inferiore all'unità (λm 1) il rapporto aria/benzina A/F misurato è inferiore al rapporto aria/benzina stechiometrico, cioè è presente, complessivamente, una quantità di benzina eccessiva e la miscela alimentata al motore 2 si dice ricca.
Il dispositivo 1 comprende, infine, una centralina 11 elettronica di controllo motore, la quale è collegata al circuito 10 di conversione per ricevere in ingresso il parametro λm, ed è atta a controllare sia il dispositivo 8 di accensione mediante l'emissione di segnali teff1,..,teffi,..,teffN indicativi degli istanti di innesco effettivi delle combustioni nei cilindri (dove teffi rappresenta l'istante di innesco nell'iesimo cilindro), sia il dispositivo 3 di iniezione mediante l'emissione di segnali Qeff1,..,Qeffi,..,QeffN indicativi delle quantità di benzina effettive da alimentare ai cilindri (dove Qeffi rappresenta la quantità di benzina da alimentare all'i-esimo cilindro) .
Il sensore 9 di ossigeno è preferibilmente, ma non necessariamente, di tipo lineare (ad esempio realizzato da una sonda UEGO), ossia è atto a generare in uscita un segnale Vout (in tensione o in corrente) proporzionale alla concentrazione di ossigeno presente nei gas di scarico.
Il circuito 10 di conversione comprende due convertitori 12 e 13 disposti in serie, dei quali il convertitore 12 è collegato in ingresso all'uscita del sensore 9 per ricevere il segnale Vout, ed è atto a trasformare il segnale Vout stesso nel parametro λm mediante una propria caratteristica C di conversione. Il convertitore 13, invece, è un convertitore analogico/digitale che riceve in ingresso il parametro Am ed è collegato in uscita alla centralina 11 per alimentare alla centralina 11 stessa il valore digitalizzato del parametro Am.
La centralina 11 elettronica comprende due blocchi funzionali di calcolo, indicati con 14 e 15, dei quali il blocco 14 riceve in ingresso il parametro Am e genera in uscita i segnali Qeff1,..,Qeffi,..,QeffN per comandare il dispositivo 3 di iniezione, mentre il blocco 15 genera in uscita i segnali tef f1,..,teffi,..,teffN per comandare il dispositivo 8 di accensione. La centralina 11, inoltre, riceve in ingresso una pluralità di segnali P di informazione misurati nel motore 2 (ad esempio numero giri, pressione nel collettore 4 di aspirazione e/o portata aria, temperatura del liquido di raffreddamento del motore, temperatura aria, posizione valvola a farfalla, ecc. ..) unitamente a segnali di informazione esterni al motore (ad esempio tempo trascorso dall'istante di avviamento, posizione pedale dell'acceleratore, segnali provenienti dal gruppo cambio del veicolo, ecc...).
Nel blocco 14, il parametro λm digitalizzato viene alimentato ad un ingresso 19a di un dispositivo 19 di filtraggio, il quale è atto ad operare un filtraggio del parametro λm per eliminare componenti di segnale ad alta frequenza, ed è collegato in uscita con un primo ingresso 21a di un dispositivo 21 selettore per alimentare al dispositivo 21 stesso il parametro λm filtrato. Il dispositivo 21 selettore presenta, inoltre, un secondo ingresso 21b direttamente collegato all’uscita del convertitore 13 analogico/digitale per ricevere direttamente il parametro λm digitalizzato, ed una uscita 21u comune selettivamente ed alternativamente collegabile al primo ingresso 21a o al secondo ingresso 21b.
In particolare, il primo ed il secondo ingresso 21a, 21b del dispositivo 21 sono atti a comunicare alternativamente con l'uscita 21u in base al valore di un segnale A bistabile di abilitazione alimentato al dispositivo 21 selettore da un dispositivo 22 di comando atto a determinare le condizioni di abilitazione della strategia di controllo oggetto della presente invenzione.
Il dispositivo 22 di comando riceve in ingresso una parte dei segnali P di informazione ed è atto ad impartire al segnale A un valore logico alto per comandare il collegamento fra l'ingresso 21a e l'uscita 21u qualora siano verificate le condizioni di applicabilità del metodo, ossia qualora il convertitore 6 catalitico debba raggiungere rapidamente la citata temperatura di funzionamento a seguito di un avviamento a freddo del motore 2. Il dispositivo 22, altresì, è atto ad impartire al segnale A un valore logico basso per comandare il collegamento fra l'ingresso 21b e l'uscita 21u qualora non siano verificate le condizioni di applicabilità del metodo, ossia generalmente qualora il convertitore 6 catalitico abbia raggiunto la temperatura di funzionamento.
L'uscita 21u del dispositivo 21 selettore è collegata con un ingresso 23a sottrattore di un nodo 23 sommatore presentante, inoltre, un ingresso 23b sommatore, al quale viene alimentato un parametro λο rappresentativo di un rapporto aria/benzina obiettivo definito come:
dove (A/F) obiett rappresenta il valore del rapporto aria/benzina obiettivo che si desidera raggiungere e (A/F) stech rappresenta il valore del rapporto aria/benzina stechiometrico pari a 14,57.
Il parametro λο è generato in uscita (in modo noto) da una tabella 24 elettronica alla quale sono alimentati in ingresso almeno parte dei detti segnali di informazione P (ad esempio la velocità di rotazione del motore (rpm), il carico (load) applicato al motore 2 ecc...).
Alla tabella 24 viene alimentato anche il segnale A di abilitazione per permettere la generazione di un parametro λο obiettivo specifico calibrabile durante il processo di riscaldamento del convertitore 6.
Il nodo 23 genera, pertanto, in uscita un parametro Δλ di errore dato dalla differenza tra il parametro λο obiettivo ed il parametro λm proveniente dal dispositivo selettore 21, ovvero Δλ = λο - λm.
Il nodo 23 presenta una uscita 23u collegata con un ingresso di un circuito 27 di elaborazione, ad esempio un circuito atto a realizzare una trasformazione moltiplicativa ed integrativa del segnale alimentato in ingresso. Il circuito 27 presenta una uscita 27u sulla quale è presente un parametro K02 di correzione. Nell'esempio di realizzazione illustrato il parametro K02 è dato dall'elaborazione proporzionale-integrale del parametro Δλ di errore; resta comunque chiaro che il paramento di correzione in anello chiuso K02 può essere calcolato mediante diverse operazioni svolte sul parametro di errore Δλ ed utilizzando algoritmi di calcolo più complessi rispetto a quelli illustrati.
Il parametro K02 di correzione in anello chiuso viene alimentato in ingresso ad un circuito 29 di correzione, al quale inoltre sono alimentati in ingresso una pluralità di parametri Qt1,..,Qti,..,QtN rappresentativi di quantità di benzina che il dispositivo 3 di iniezione dovrebbe alimentare in rispettivi cilindri per ottenere un funzionamento ottimale del motore 2. I parametri Qt1,..,Qti,..,QtN sono calcolati (in modo noto)'in anello aperto mediante un circuito 30 elettronico (comprendente, ad esempio, una o più tabelle elettroniche) ricevente in ingresso almeno parte dei detti segnali P di informazione.
Il circuito 29 di correzione è atto a correlare in modo noto i parametri Qt1,..,Qti,..,QtN (calcolati in anello aperto) con il parametro K02 di correzione (calcolato in anello chiuso) al fine di calcolare una pluralità di parametri Qcl1, Qcli,..,QclN rappresentativi di quantità di benzina da alimentare in rispettivi cilindri calcolate in anello chiuso. Secondo un esempio di realizzazione non limitativo, ciascun detto i-esimo parametro Qcli viene calcolato moltiplicando un corrispondente parametro Qti per il parametro di correzione K02, cioè viene svolta l' operazione :
Qcli = Qti * K02
I parametri Qcl1, Qcli, QclN sono alimentati ad un ulteriore circuito 31 di correzione, il quale riceve in ingresso anche il segnale A di abilitazione generato dal dispositivo 22 di comando, e genera in uscita i parametri Qeff1,..,Qeffi,..,QeffN da inviare al dispositivo 3 di iniezióne; il circuito 31 è atto a svolgere una operazione di correzione (illustrata dettagliatamente in seguito) sui parametri Qcl1, Qcli,..,QCIN solamente qualora il segnale A assuma valore logico alto, ossia qualora siano verificate le condizioni di applicabilità del metodo di controllo .
La correzione effettuata dal circuito 31, infatti, è atta modificare le quantità di benzina calcolate in catena chiusa Qcli, Qcli, QclN in base al valore di due parametri, indicati con Grich e Glean, i quali sono parametri calibrabili di guadagno e fungono da correttori per aumentare o per diminuire le quantità di benzina Qcl1, Qcli, QclN da alimentare ai cilindri nell'ottica di accelerare il riscaldamento del convertitore 6 catalitico.
II blocco 15 comprende un circuito 32 di calcolo (convenientemente realizzato da una tabella elettronica) , il quale riceve in ingresso almeno parte dei segnali P di informazione e genera in uscita, in risposta agli ingressi ed in modo del tutto noto, una pluralità di segnali t1...ti...tN indicativi degli istanti nominali di innesco delle combustioni nei cilindri (dove ti rappresenta l'istante nominale di innesco nell'i-esimo cilindro). Il blocco 15 comprende, inoltre, un circuito 33 di correzione, il quale riceve in ingresso sia i segnali t1...ti...tN dal circuito 32 di calcolo, sia il segnale A generato dal dispositivo 22 di comando, e genera in uscita i segnali teff1 ...teffi ...teffN da inviare al dispositivo 8 di accensione; il circuito 33 è atto ad operare una correzione dei segnali t1 ...ti ...tN solamente qualora il segnale A assuma un valore logico alto, ossia qualora siano verificate le condizioni di applicabilità del suddetto metodo di controllo. La correzione effettuata dal circuito 33, infatti, è atta modificare gli istanti di innesco nominali t1...ti...tN in base al valore di due parametri temporali, indicati con Tlean e Trich, i quali sono parametri calibratili e fungono da correttori per anticipare o ritardare gli istanti di innesco effettivi teff1 ...teffi ...teffN rispetto agli istanti nominali stessi.
La figura 2 illustra una fase preliminare del metodo secondo la presente invenzione atta a verificare l'esistenza delle condizioni di applicabilità del metodo stesso.
Con particolare riferimento alla figura 2, da un blocco di partenza (START) si perviene ad un blocco 100, il quale svolge una serie di operazioni al fine di controllare i valori attuali di una pluralità segnali P di informazione. In particolare, il blocco 100 rileva: • la temperatura TI dell'aria aspirata nel collettore 4 di aspirazione;
• la temperatura T2 del liquido di raffreddamento del motore 2; e
• il tempo temp trascorso dall'avviamento del motore 2.
Il blocco 100 è seguito da un blocco 110 il quale confronta i parametri rilevati nel blocco 100 con valori di riferimento al fine di attivare o inibire il suddetto metodo. In particolare, il blocco 110 svolge le seguenti operazioni di controllo:
dove Tlrefl, Tlref2, T2refl, T2ref2, trefl, tref2 rappresentano valori di riferimento memorizzati nel dispositivo 22 di comando.
Il blocco 110 è seguito da un blocco 120 qualora tutte le disequazioni (1), (2) e (3) siano verificate, altrimenti (almeno una disequazione non soddisfatta) il blocco 110 è seguito da un blocco 130. Il soddisfacimento contemporaneo di tutte le suddette disequazioni (1), (2) e (3) implica che il motore 2 si trovi in una condizione di funzionamento immediatamente susseguente ad un avviamento "a freddo" e, di conseguenza, implica che il convertitore 6 catalitico non abbia ancora raggiunto la citata temperatura di funzionamento.
Il blocco 120 (dettagliato in seguito) opera un controllo dell'iniezione e dell'accensione atto a realizzare un rapido riscaldamento del convertitore 6 catalitico mantenendo la stechiometricità del rapporto aria/benzina A/F della miscela alimentata al motore 2 anche durante tali operazioni di riscaldamento. In seguito alla selezione del blocco 120, il segnale A di abilitazione viene forzato ad assumere il relativo valore logico alto e, di conseguenza, l'uscita 21u del dispositivo 21 selettore viene collegata con l'ingresso 21a alimentando al nodo 23 sommatore il parametro λm filtrato; in questo modo durante le operazioni di controllo volte a realizzare un rapido riscaldamento del convertitore 6 catalitico viene utilizzato un parametro λm filtrato.
Il blocco 130 opera un controllo dell'iniezione e dell'accensione di tipo noto mantenendo la stechiometricità del rapporto aria/benzina alimentato al motore 2 durante il funzionamento a regime del motore 2 quando il convertitore 6 catalitico ha raggiunto la temperatura di funzionamento.
Il blocco 120 che implementa il metodo di controllo oggetto della presente invenzione, verrà ora dettagliato con riferimento alla figura 3.
Da un blocco iniziale (START) si perviene ad un blocco 200 di inizializzazione in cui i cilindri vengono suddivisi in due sottoinsiemi Srich e Slean: il sottoinsieme Srich comprende i cilindri che dovranno essere alimentati con una miscela ricca, ossìa caratterizzata da un rapporto aria/benzina A/F minore del rapporto stechiometrico, mentre il sottoinsieme Slean comprende i cilindri che dovranno essere alimentati con miscela magra, ossia caratterizzata da un rapporto aria/benzina A/F maggiore del rapporto stechiometrico. Nella forma di attuazione illustrata il sottoinsieme Srich comprende un solo cilindro, ad esempio l'i-esimo, mentre il sottoinsieme Slean comprende i rimanenti N-l cilindri.
Dal blocco 200 si passa ad un blocco 201 in cui vengono calcolate, mediante il circuito 30, le quantità di benzina Qt1,..,Qti,. .,QtN che dovrebbero essere alimentate ai singoli cilindri. Nel blocco 201, inoltre, vengono calcolati, mediante il circuito 32, i segnali t1...ti...tN indicativi degli istanti nominali di innesco delle combustioni nei cilindri.
Dal blocco 201 sì passa ad un blocco 202, nel quale, in base al valore del parametro λο in uscita dalla tabella 24 (e approssimativamente pari al valore del rapporto stechiometrico) , ed in base al valore del parametro λm in uscita dal dispositivo 19 di filtraggio, si calcola dapprima il parametro errore Δλ = λο - λm tramite il nodo 23 sommatore, e si calcola, poi, il parametro K02 di correzione tramite il circuito 27. Successivamente il parametro K02 viene applicato alle quantità Qt1,..,Qti,. .,QtN tramite il circuito 29 di correzione per ottenere in anello chiuso le quantità Qcl1, ..,Qcli,..,QclN di benzina da iniettare nei singoli cilindri .
Dal blocco 202 si passa ad un blocco 203 in cui si opera la correzione delle quantità di benzina Qcl1,.., Qcli,..,QclN mediante il circuito 31 di correzione per ottenere le quantità di benzina Qeff1, ..,Qeffi,..,QeffN da alimentare effettivamente nei singoli cilindri. In particolare, la correzione operata dal circuito 31 è volta a far sì che nel cilindro appartenente al sottoinsieme Srich venga alimentata una miscela ricca, mentre nei cilindri appartenenti al sottoinsieme Slean vengano alimentate rispettive miscele magre; infatti, la quantità di benzina Qeffi da alimentare al cilindro appartenente al sottoinsieme Srich viene ottenuta applicando il parametro Grich di guadagno (maggiore di zero) alla corrispondente quantità di benzina Qcli secondo 1 'espressione:
Qeffi = Qcli * (1+ Grich) (4)
mentre, la quantità di benzina Qeffj (con j ∈ {1, .. , N}, j≠i) da alimentare ad ogni cilindro appartenente al sottoinsieme Slean viene ottenuta applicando il parametro Glean di guadagno (minore di zero) alla corrispondente quantità di benzina Qclj secondo 1 'espressione:
Qeffj = Qclj * (1+ Glean) (5).
In questo modo si alimenta una miscela ricca nel cilindro appartenente al sottoinsieme Srich, mentre si alimenta una miscela magra nei cilindri appartenenti al sottoinsieme Slean. I parametri Grich e Glean sono calibrati in modo tale che complessivamente la miscela alimentata al motore 2 sia sostanzialmente stechiometrica.
Dal blocco 203 si passa ad un blocco 204 in cui si opera la correzione degli istanti nominali t1,..,ti,..,tN di innesco delle combustioni nei cilindri mediante il circuito 33 di correzione al fine di ottenere gli istanti di innesco effettivi teff1, teffi, teffN. La correzione operata dal circuito 33 è volta a far sì che nel cilindro appartenente al sottoinsieme Srich l'istante teffi di innesco effettivo della combustione sia ritardato rispetto al relativo istante ti nominale di innesco, mentre in ogni cilindro appartenente al sottoinsieme Slean l'istante teffj di innesco effettivo della combustione venga anticipato rispetto al relativo istante tj nominale; infatti, l'istante di innesco effettivo teffi nel cilindro appartenente a Srich viene ottenuto applicando il parametro temporale Trich (maggiore di zero) al corrispondente istante nominale ti secondo l'espressione:
teffi = ti Trich (6)
mentre l'istante di innesco effettivo teffj (con j ∈{l,..,N}, j≠i) in ogni cilindro appartenente a Slean viene ottenuto applicando il parametro temporale Tlean (minore di zero) al corrispondente istante nominale tj secondo l'espressione:
teffj = tj + Tlean (7).
In questo modo la combustione nel cilindro appartenente al sottoinsieme Srich viene ritardata rispetto all'istante nominale di innesco, mentre la combustione nei cilindri appartenenti al sottoinsieme Slean viene anticipata rispetto ai relativi istanti nominali .
Il parametro Trich è calibrato in modo tale che la combustione nel cilindro appartenente al sottoinsierae Srich avvenga quando le valvole di scarico (non illustrate) associate al cilindro stesso sono parzialmente aperte: in questo modo non tutta la combustione avviene internamente alla relativa camera di combustione ed una percentuale della quantità di benzina Qeffi alimentata al cilindro viene bruciata all'interno del condotto 5 di scarico dando luogo ad una combustione residua che fornisce calore verso il convertitore 6 catalitico accelerando il processo di riscaldamento del convertitore 6 stesso.
Il parametro Tlean, invece è calibrato in modo tale che la combustione nei cilindri appartenenti al sottoinsieme Slean avvenga totalmente all'interno delle relative camere di combustione e fornisca, lungo il condotto 5 di scarico, gas combusti ricchi di ossigeno in grado di favorire la suddetta combustione residua: in questo modo i cilindri appartenenti al sottoinsieme Slean si comportano alla stregua di pompe ad ossigeno disposte lungo il condotto 5 di scarico.
Le operazioni eseguite all'interno dei blocchi che vanno da 201 a 204 permettono di controllare le quantità Qeff1,..,Qeffi,..,QeffN effettive di benzina da alimentare ai cilindri relativamente ad un ciclo del motore 2 e, allo stesso tempo, permettono di controllare gli istanti teff1,..,teffix ..,teffN di innesco effettivi delle combustioni relative a tale ciclo. Tali operazioni verranno ripetute ad ogni ciclo del motore 2 finché le condizioni di applicabilità del metodo risultano verificate, ossia finché il segnale A di abilitazione assume valore logico alto e, dunque, il convertitore 6 catalitico non abbia raggiunto la temperatura di funzionamento determinata.
Secondo il metodo della presente invenzione è previsto ad ogni ciclo un aggiornamento della composizione dei sottoinsiemi Srich e Slean per determinare i cilindri che, nel ciclo successivo del motore 2, dovranno essere alimentati con miscela ricca e, rispettivamente, con miscela magra. L'aggiornamento viene effettuato per evitare che sia sempre lo stesso cilindro ad essere alimentato con miscela ricca durante i cicli del motore 2, ed è orientato a fare in modo che tutti i cilindri vengano gestiti alla stessa maniera su un certo numero di cicli per garantire una certa stabilità della coppia erogata dal motore 2 durante il rapido riscaldamento del convertitore 6 catalitico. A tal fine, in uscita dal blocco 204 si perviene ad un blocco 205 in cui si esegue l'aggiornamento della composizione dei sottoinsiemi Slean e Srich secondo una legge prefissata di rotazione dei cilindri. In particolare, la suddetta legge prefissata di rotazione prevede che, in un numero di cicli del motore 2 pari al numero N determinato di cilindri, ciascun cilindro venga alimentato con miscela ricca unicamente in un ciclo (ossia ciascun cilindro appartenga al sottoinsieme Srich unicamente in un ciclo) e che venga alimentato con miscela magra nei rimanenti cicli (ossia tale cilindro appartenga al sottoinsieme Slean nei rimanenti cicli). Secondo la presente forma di attuazione il blocco 205 esegue l'aggiornamento dei sottoinsiemi Srich e Slean nel modo seguente:
qualora nel ciclo attuale del motore 2 il sottoinsieme Srich contenga uno dei primi N-l cilindri, ad esempio l'i-esimo, nel ciclo successivo il sottoinsieme Srich conterrà unicamente il cilindro ad esso successivo, ossia l'(i+1)-esimo cilindro, mentre il sottoinsieme Slean conterrà i cilindri rimanenti, ossia tutti i cilindri tranne l'(i+1)-esimo;
- qualora, invece, nel ciclo attuale del motore 2 il sottoinsieme Srich contenga l'N-esimo cilindro, nel ciclo successivo il sottoinsieme Srich conterrà unicamente il primo cilindro, mentre il sottoinsieme Slean conterrà i cilindri rimanenti, ossia tutti i cilindri tranne il primo. In altri termini, l'aggiornamento effettuato dal blocco 205 prevede uno "shift rotazionale in avanti" del cilindro che deve essere alimentato con miscela ricca, mentre il sottoinsieme Slean risulta sempre complementare al sottoinsieme Srich.
In uscita dal blocco 205 si perviene ad un blocco 206 in cui vengono nuovamente testate le condizioni di applicabilità del metodo, ovvero viene testato se il convertitore 6 catalitico abbia o meno raggiunto la temperatura di funzionamento. Ciò viene fatto rilevando, come nel blocco 100, i valori dei segnali Tl, T2, e temp, e successivamente testando, come nel blocco 110, che siano soddisfatte le disequazioni(1), (2) e (3).
Qualora le disequazioni (1), (2) e (3) siano soddisfatte (ossia il segnale A di abilitazione assuma ancora un livello logico alto) si ritorna al blocco 201 con i sottoinsiemi Srich ed Slean aggiornati e si ripetono le operazioni sopra descritte, altrimenti (almeno una disequazione non soddisfatta) si passa al blocco 130 e viene operato il citato controllo dell'iniezione e dell'accensione di tipo noto poiché ormai il convertitore 6 catalitico ha raggiunto la temperatura di funzionamento.
Nelle figure 4 e 5 è illustrata l'applicazione del suddetto metodo di controllo ad un motore 2 a quattro cilindri. Da quanto precedentemente descritto, risulta che ad ogni ciclo del motore 2 la quantità Qeffk effettiva di benzina da iniettare al k-esimo cilindro viene calcolata secondo l'espressione
Qeffk = Qclk * (1+ G)
ove G è un parametro di guadagno che è pari a Glean (con Glean < 0) qualora il k-esimo cilindro appartenga al sottoinsieme Slean, oppure è pari a Grich (con Grich > 0) qualora il k-esimo cilindro appartenga al sottoinsieme Srich.
Analogamente, da quanto sopra descritto risulta che l'istante teffk di innesco effettivo della combustione nel k-esimo cilindro viene calcolato secondo l'espressione
teffk = tk + T
ove T è un parametro temporale che è pari a Tlean (con Tlean < 0) qualora il k-esimo cilindro appartenga al sottoinsieme Slean, oppure è pari a Trich (con Trich > 0) qualora il k-esimo cilindro appartenga al sottoinsieme Srich.
La figura 4 illustra i valori che il parametro G assume, cilindro per cilindro, in funzione del susseguirsi dei cicli del motore 2, mentre la figura 5 illustra i valori che il parametro T assume, cilindro per cilindro, in funzione del susseguirsi dei cicli stessi. Dalle figure 4 e 5, risulta evidente che ad ogni ciclo un solo cilindro appartiene al sottoinsieme Srich e, di conseguenza, il relativo parametro G assume valore Grich ed il parametro T assume valore Trich, mentre gli altri tre cilindri appartengono al sottoinsieme Slean e di conseguenza i relativi parametri G assumono valore Glean ed i relativi parametri T assumono i valori Tlean. Si noti poi come il cilindro alimentato con miscela ricca venga ruotato ciclo dopo ciclo secondo la legge prefissata di rotazione precedentemente descritta.
Durante tutto il processo di rapido riscaldamento del convertitore 6 catalitico il dispositivo 21 selettore collega l’ingresso 21a con l'uscita 21b alimentando il parametro λm filtrato all'ingresso 23a sottrattore del nodo 23 soramatore. Il filtraggio del parametro λm in uscita dal convertitore 13 analogico/digitale viene eseguito principalmente a causa del fatto che il sensore 9 di ossigeno, essendo generalmente posizionato in prossimità delle uscite dei cilindri ed essendo particolarmente sensibile, tende ad avvertire le variazioni repentine del rapporto aria/benzìna della miscela alimentata ai singoli cilindri; tali variazioni, infatti, sono di entità non trascurabile poiché uno stesso cilindro durante due cicli successivi del motore 2 può essere alimentato dapprima con miscela ricca e successivamente con miscela magra o viceversa. Dunque, è possibile che il segnale Vout in uscita dal sensore 9 abbia delle componenti ad alta frequenza che risultano rappresentative non già di una variazione del rapporto aria/benzina della miscela complessivamente alimentata al motore 2, bensì di tali variazioni repentine nei singoli cilindri. Tali componenti devono quindi essere eliminate e per questo è previsto il dispositivo 19 di filtraggio. Si noti poi che qualora il sensore 9 di ossigeno fosse calibrato in modo tale da non avvertire le variazioni del rapporto aria/benzina della miscela alimentata al singolo cilindro, bensì unicamente le variazioni del rapporto aria/benzina della miscela complessivamente alimentata al motore 2, il dispositivo 19 potrebbe non essere previsto e l'uscita del convertitore 13 sarebbe direttamente collegata all'ingresso 23a del nodo 23 sommatore. In questo caso, dunque, il dispositivo 22 di comando sarebbe collegato in uscita solamente ai circuiti 31 e 33 di correzione per alimentare loro il segnale A di abilitazione.
Secondo una variante non illustrata del metodo di controllo sopra descritto ad ogni ciclo del motore 2 il sottoinsieme Srich contiene un numero Ni determinato (con N1 < N, N1 > 1) di cilindri, mentre il sottoinsieme Slean contiene un numero N2 determinato di cilindri (con N2 < N e N1 N2 < N): ciò significa che ad ogni ciclo del motore 2 un numero N1 di cilindri riceve una miscela ricca, mentre un numero N2 di cilindri riceve una miscela magra, in modo tale che comunque il rapporto aria/benzina della miscela alimentata complessivamente al motore 2 sia sostanzialmente stechiometrico.
Secondo tale variante si continuano ad aggiornare i sottoinsiemi Slean e Srich ad ogni ciclo del motore 2 secondo una legge prefissata di rotazione dei cilindri; tale legge può essere diversa da quella che è stata precedentemente descritta, ed è orientata a fare in modo che tutti i cilindri vengano gestiti equamente in un certo numero di cicli del motore 2.
Risulta evidente, inoltre, che al fine di realizzare il processo di riscaldamento rapido del convertitore 6 non è necessario ritardare l'istante di innesco delle combustioni in tutti 1 cilindri appartenenti al sottoinsieme Srich, ma è sufficiente ritardare tale istante di innesco in una parte di tali cilindri. Analogamente, per favorire la citata combustione residua non è necessario anticipare l'istante di innesco della combustione in tutti i cilindri appartenenti al sottoinsieme Slean, ma è sufficiente anticipare tale istante di innesco solamente in una parte di tale cilindri.
Risulta, infine, chiaro che possono essere apportate modifiche al metodo di controllo sopra descritto senza peraltro uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione.
Ad esempio, è possibile che la correzione effettuata dai circuiti 31 e 33 di correzione venga inibita per alcuni cicli del motore 2 nonostante siano verificate le condizioni di applicabilità della strategia volta ad accelerare il riscaldamento del convertitore 6 catalitico. In tali cicli gli istanti di innesco effettivi delle combustioni nei cilindri saranno quelli nominali, mentre le quantità effettive di benzina alimentate nei cilindri stessi saranno quelle calcolate in anello chiuso.
Claims (1)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1.- Metodo di controllo dell'iniezione e dell'accensione della miscela aria/combustibile in un motore (2) endotermico per accelerare il riscaldamento di un convertitore (6) catalitico disposto lungo il condotto (5) di scarico del motore (2) stesso, il motore (2) comprendendo un numero (N) determinato di cilindri, un dispositivo (3) di iniezione per alimentare combustibile ai cilindri ed un dispositivo (8) di accensione per comandare l'innesco delle combustioni nei cilindri stessi; il metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: a) alimentare ad un primo sottoinsieme (Srich) del numero (N) determinato di cilindri una miscela ricca, in cui il rapporto aria/combustibile assume un valore inferiore rispetto ad un rapporto aria/combustibile stechiometrico; b) alimentare ad un secondo sottoinsieme (Slean) del numero (N) determinato di cilindri una miscela magra, in cui rapporto aria/combustibile assume un valore superiore rispetto ad un rapporto aria/combustibile stechiometrico, ed in modo tale che il · rapporto aria/combustibile della miscela complessivamente alimentata al motore (2) sia sostanzialmente stechiometrico; e c) ritardare l'istante di innesco effettivo (teff) della combustione rispetto ad un istante di innesco nominale (t) in almeno una parte dei cilindri alimentati con miscela ricca in modo tale che un residuo di combustione avvenga lungo il condotto (5) di scarico ed acceleri il riscaldamento del detto convertitore (6) catalitico. 2.- Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere la fase di: d) anticipare l'istante di innesco effettivo (teff) della combustione della miscela rispetto ad un istante di innesco nominale (t) in almeno una parte dei cilindri alimentati con miscela magra per favorire la detta combustione residua. 3.- Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la detta fase c) è una fase in cui viene ritardato l'istante di innesco effettivo (teff) rispetto all'istante di innesco nominale (t) in ciascun cilindro alimentato con miscela ricca. 4.- Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la detta fase d) è una fase in cui viene anticipato l'istante di innesco effettivo (teff) rispetto all'istante di innesco nominale (t) in ciascun cilindro alimentato con miscela magra . 5.- Metodo secondo le rivendicazioni 3 e 4, caratterizzato dal fatto che i detti primo e secondo sottoinsieme (Srich, Slean) sono fra loro complementari rispetto al detto numero (N) determinato di cilindri. 6.- Metodo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il detto primo sottoinsieme (Srich) ha cardinalità pari ad uno. 7.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che tutte le dette fasi vengono ripetute ad ogni ciclo del motore (2). 8.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere la fase di: e) aggiornare ciclicamente la composizione dei detti primo e secondo sottoinsieme (Srich, Slean) secondo una legge prefissata di rotazione dei cilindri. 9.- Metodo secondo le rivendicazioni 6, 7 e 8, caratterizzato dal fatto che la detta legge prefissata prevede che in un numero di cicli del motore (2) pari al numero (N) determinato di cilindri ciascun cilindro venga alimentato con miscela ricca unicamente in un ciclo e che venga alimentato con miscela magra nei rimanenti cicli. 10.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta fase c) comprende le sottofasi di: cl) calcolare (32) il detto istante di innesco nominale (t) della combustione nei cilindri del primo sottoinsieme (Srich) in base ad una pluralità di segnali di informazione (P) rappresentativi di uno stato operativo di funzionamento del motore (2); c2) applicare (33) al detto istante di innesco nominale (t) un ritardo (Trich) calibrabile per ottenere il detto istante di innesco effettivo (teff); c3) comandare il detto dispositivo di accensione (8) per innescare la combustione nei cilindri del primo sottoinsieme (Srich) nel detto istante di innesco effettivo (teff). 11.- Metodo secondo almeno la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la detta fase d) comprende le sottofasi di: di) calcolare (32) il detto istante di innesco nominale (t) della combustione nei cilindri del secondo sottoinsieme (Slean) in base ad una pluralità di segnali di informazione (P) rappresentativi di uno stato operativo di funzionamento del motore (2); d2) applicare (33) al detto istante di innesco nominale (t) un anticipo (Tlean) calibrabile per ottenere il detto istante di innesco effettivo (teff); e d3) comandare il detto dispositivo di accensione (8) per innescare la combustione nei cilindri del secondo sottoinsieme (Slean) esattamente nel detto istante di innesco effettivo (teff). 12.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto le dette fasi a) e b) comprendono le ulteriori sottofasi di: - rilevare un segnale (Vout) rappresentativo della composizione stechiometrica dei gas di scarico mediante mezzi sensori (9) di ossigeno disposti lungo il condotto (5) di scarico a monte del detto convertitore (6) catalitico; convertire (10) il detto segnale (Vout) rappresentativo della composizione stechiometrica in un parametro misurato (λm) rappresentativo del rapporto aria/combustibile della miscela alimentata al motore (2); calcolare (24) un parametro obiettivo (λο) rappresentativo del rapporto aria/combustibile desiderato in base ad una pluralità di segnali di informazione (P) rappresentativi di uno stato operativo di funzionamento del motore (2); - confrontare (23) il parametro misurato (λζη) con il parametro obiettivo (λο) calcolando un parametro di errore (Δλ); - calcolare (30) per ogni cilindro, in base alla detta pluralità di segnali di informazione (P), una rispettiva quantità di combustibile teorica (Qt) atta ad essere alimentata al cilindro stesso mediante il detto dispositivo (3) di iniezione del motore (2); - elaborare (27) il detto parametro di errore (Δλ) per calcolare un parametro di correzione (K02) atto ad essere applicato (29) a ciascuna detta quantità di combustibile teorica (Qt) per ottenere una rispettiva quantità di combustibile controllata (Qcl) in anello chiuso; correggere (31), mediante un primo parametro calibrabile (Grich), la quantità di combustibile controllata (Qcl) relativa a ciascun cilindro del primo sottoinsieme (Srich), per ottenere una corrispondente quantità di combustibile effettiva (Qeff) da iniettare nel cilindro stesso; e correggere (31), mediante un secondo parametro calibrabile (Glean), la quantità di combustibile controllata (Qcl) relativa a ciascun cilindro del secondo sottoinsieme (Slean), per ottenere una corrispondente quantità di combustibile effettiva (Qeff) da iniettare nel cilindro stesso. 13.- Metodo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto di comprendere, inoltre, la fase di: f) filtrare (19) il segnale (Vout) rappresentativo della composizione stechiometrica dei gas di scarico prima di confrontare il detto parametro misurato (Xm) con il detto parametro obiettivo (λο); la detta fase f) essendo atta ad eliminare dal detto segnale (Vout) rappresentativo della composizione stechiometrica eventuali componenti ad alta frequenza. 14.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di rilevare (100) i valori assunti da una pluralità di segnali di informazione (P) correlati ad uno stato operativo del motore (2), e di generare un segnale di abilitazione (A) dell'esecuzione di tutte le dette fasi qualora i detti valori rilevati soddisfino una relazione prefissata con rispettivi valori di riferimento . 15.- Metodo secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che la detta pluralità di segnali di informazione (P) comprende un primo segnale TI rappresentativo della temperatura dell'aria, un secondo segnale T2 rappresentativo della temperatura del liquido di raffreddamento del motore (2), ed un terzo segnale temp rappresentativo del tempo trascorso rispetto ad un istante di avviamento del motore; il detto segnale di abilitazione (A) venendo generato qualora risulti: T1refK T1< T1ref2 T2refl< T2< T2ref2 trefl< temp < tref2, ove Tlref1, Tlref2, T2refl, T2ref2, trefl, tref2 rappresentano i detti valori di riferimento. 16.- Metodo di controllo dell'iniezione e dell'accensione della miscela aria/combustibile in un motore endotermico, sostanzialmente come descritto con riferimento ai disegni annessi.
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| Date | Code | Title | Description |
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| 0001 | Granted |