ITBO980662A1

ITBO980662A1 - Metodo di controllo dell' iniezione diretta di carburante in unacamera di combustione di un motore endotermico.

Info

Publication number: ITBO980662A1
Application number: IT1998BO000662A
Authority: IT
Inventors: Luca Poggio; Marco Secco; Andrea Gelmetti
Original assignee: Magneti Marelli Spa
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2000-05-26
Also published as: DE69915005D1; DE69915005T2; ITBO980662A0; EP1004764A1; JP4122119B2; IT1307728B1; JP2000192841A; US6236931B1; ES2213968T3; EP1004764B1; BR9907326A

Description

D E SCR IZ ION E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad un metodo di controllo dell'iniezione diretta di carburante in una camera di combustione di un motore endotermico.

Come è noto, i motori endotermici ad iniezione diretta presentano un collettore di aspirazione collegato ai cilindri del motore per alimentarvi un flusso di aria, un collettore carburante atto a ricevere il carburante ad alta pressione da alimentare ai cilindri stessi, ed una pluralità di iniettori, ciascuno dei quali è collegato al collettore carburante, ed è provvisto di un ugello erogatore disposto direttamente affacciato ad una rispettiva camera di combustione.

Il collettore carburante riceve il carburante da una pompa ad alta pressione che è collegata al serbatoio di accumulo del carburante, mentre ciascun iniettore è associato ad un rispettivo cilindro ed è atto ad essere comandato per iniettarvi direttamente il carburante .

L'alimentazione del carburante nei cilindri è gestita dalla centralina di controllo del motore, la quale è atta a pilotare ciascun iniettore attraverso la generazione di un rispettivo segnale di comando indicante l'intervallo temporale di erogazione, ossia l'intervallo in cui l'iniettore deve consentire il passaggio di carburante dal collettore carburante alla camera di combustione.

In particolare, relativamente ad una singola iniezione in un cilindro, la centralina calcola sia la quantità di carburante da erogare, sia l'anticipo di iniezione, ossia, ad esempio l'intervallo di tempo che intercorre dall'istante teorico finale dell'iniezione all'istante in cui pistone associato al cilindro si troverà nella successiva posizione di punto morto superiore.

La centralina deve quindi calcolare e programmare l'intervallo temporale di erogazione atto a permettere l'iniezione della quantità di carburante calcolata.

D'altra parte, per poter calcolare con accuratezza l'intervallo temporale di erogazione è necessario tenere m considerazione le caratteristiche di erogazione dell'iniettore (come ad esempio la portata), le quali dipendono fortemente dalla differenza di pressione presente ai capi dell'iniettore stesso, ossia dalla differenza fra la pressione presente nel collettore carburante e la pressione presente all'interno della camera di combustione durante l'iniezione .

La pressione interna al collettore carburante è generalmente variabile entro un intervallo prefissato includente un valore di pressione di riferimento (generalmente un valore di pressione compreso fra 40 e 120 bar). La pressione all'interno della camera di combustione, invece, è fortemente variabile sia in funzione della posizione della valvola a farfalla, sia in dipendenza dalla fase del cilindro in cui deve avvenire l'iniezione (tipicamente fase di aspirazione e/o fase di compressione).

Pertanto, per poter effettivamente iniettare la quantità di carburante desiderata, è necessario risolvere il problema di stimare con accuratezza la differenza di pressione che sarà presente ai capi dell'iniettore durante l'iniezione.

Infatti, qualora il calcolo dell'intervallo temporale di erogazione sia basato sul valore di una differenza di pressione che si discosta significativamente dal valore che sarà effettivamente presente all'atto dell'iniezione, la quantità di carburante che verrà alimentata al cilindro si discosterà da quella desiderata. Tale scostamento nella quantità di carburante iniettata risulta particolarmente dannoso poiché altera il rapporto aria/carburante rispetto al valore obiettivo, con la conseguenza che, oltre a comportare un peggioramento della combustione, può dare origine ad un aumento dei consumi, ad una perdita di potenza, o ad un'alterazione del corretto funzionamento del convertitore catalitico.

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo di controllo dell'iniezione, il quale permetta di risolvere il problema sopra descritto, ossia consenta di determinare, con buona precisione, l'intervallo temporale di erogazione che assicura l'alimentazione della quantità di carburante desiderata .

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di controllo dell'iniezione diretta di carburante in una camera di combustione di un motore endotermico, del tipo descritto nella rivendicazione 1.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano una preferita forma di attuazione non limitativa, in cui: la figura 1 illustra in modo schematico un dispositivo di controllo dell'iniezione diretta di carburante in un motore endotermico, realizzante il metodo della presente invenzione;

- la figura 2 illustra un particolare del motore della figura 1;

la figura 3 illustra, relativamente ad un cilindro del motore, un diagramma in cui è rappresentata una successione temporale di iniezioni;

- la figura 4 illustra un diagramma a blocchi che schematizza il metodo di controllo della presente invenzione;

- la figura 5 illustra una applicazione del metodo di controllo ad una iniezione in fase di compressione;

- le figure 6 e 7 illustrano nel dettaglio i blocchi funzionali del digramma della figura 4;

la figura 8 illustra, l'andamento di una funzione che esprime la dipendenza della pressione interna alla camera di combustione (normalizzata al valore della pressione atmosferica) dall'angolo di rotazione dell'albero motore, ossia nelle varie fasi del cilindro; e

- la figura 9 è uno schema a blocchi di un circuito stimatore facente parte del dispositivo di controllo della figura 1.

Con riferimento alla figura 1, con 1 è indicato schematicamente un dispositivo di controllo di un motore 2 endotermico ad iniezione diretta. Nell'esempio illustrato il motore 2 è un motore a benzina provvisto di quattro cilindri, indicati con il numero di riferimento 3, ciascuno dei quali definisce una rispettiva camera 4 di combustione in corrispondenza di una propria estremità superiore (figura 2).

Il motore 2 presenta un collettore 5 di aspirazione per l'alimentazione di un flusso di aria verso i cilindri 3, un impianto di alimentazione 6 per alimentare la benzina direttamente alle camere 4 di combustione, ed un dispositivo di accensione 7 per innescare le combustioni della miscela aria/benzina all'interno dei cilindri 3.

Il motore 2, inoltre, presenta un collettore di scarico 8 atto a convogliare i gas combusti espulsi dalle camere di combustione in un condotto di scarico 9 lungo il quale è disposto un convertitore catalitico 10 (di tipo noto) atto ad abbattere le sostanze inquinanti presenti nei gas esausti prima che questi ultimi siano immessi nell'ambiente esterno.

L'impianto di alimentazione 6 comprende un collettore carburante 11 atto a ricevere e ad accumulare la benzina ad alta pressione proveniente dalla mandata della pompa del carburante (non illustrata), ed un regolatore di pressione (di tipo noto e non illustrato) atto a stabilizzare la pressione nel collettore carburante 11 ad un valore di pressione prefissato, generalmente compreso fra 40 e 120 bar. L'impianto di alimentazione 6 comprende, inoltre, una pluralità di iniettori 12, ciascuno dei quali presenta una propria estremità 12a comunicante con il collettore carburante 11 (figura 2), ed è provvisto di un ugello erogatore 12b disposto direttamente affacciato ad una rispettiva camera 4 di combustione. Ciascun iniettore 12 è atto ad essere comandato, mediante un rispettivo segnale ΔtINJ di abilitazione· all'erogazione, per alimentare il carburante dal collettore carburante 11 all'interno della relativa camera 4 di combustione.

Il dispositivo di accensione 7 presenta una pluralità di candele 13 di accensione, ciascuna delle quali è posizionata in corrispondenza di una rispettiva camera di combustione 4, ed è atta ad essere comandata per innescare la combustione.

Il dispositivo 1 di controllo comprende una centralina 16 elettronica di controllo, la quale presenta una pluralità di collegamenti di ingresso e di uscita attraverso i quali esercita il controllo di tutte le funzioni del motore 2.

In figura 1 sono illustrati unicamente i collegamenti significativi ai fini della descrizione dell'oggetto della presente invenzione. In particolare, la centralina 16 comanda l'apertura e la chiusura di ciascun iniettore 12 mediante il segnale ΔtINJ di abilitazione all'erogazione che è indicativo dell'intervallo di tempo in cui deve avvenire l'iniezione della benzina nella relativa camera 4 di combustione. In figura 1 è indicato con ACC il segnale di comando attraverso cui la centralina 16 pilota ciascuna candela 13 per innescare la combustione nel relativo cilindro 3.

La centralina 16 è collegata ad un sensore di pressione 17 per ricevere un segnale PCOLL indicativo della pressione nel collettore di aspirazione 5, e coopera con un sensore di posizione 18 atto a rilevare la posizione PFARF della valvola 19 a farfalla, la quale è disposta lungo il condotto di aspirazione 5 per regolare il flusso di aria in ingresso ai cilindri 3. La centralina 16, inoltre, è collegata ad un sensore 20 di velocità angolare dell'albero motore 21 per ricevere un segnale rpm indicativo del numero di giri al minuto, e coopera con due sensori di temperatura 22 e 23, dei quali il sensore 23 rileva la temperatura TAC del liquido di raffreddamento del motore, mentre il sensore 22 rileva la temperatura TAR dell'aria presente nel collettore di aspirazione 5. La centralina 16 è collegata anche ad un sensore 24 di pressione disposto nel collettore carburante 11 ed atto a comunicare la pressione PFUEL interna al collettore stesso, ossia la pressione alla quale si trova l'estremità 12a degli iniettori 12. Infine, la centralina 16 riceve in ingresso un segnale VBAT da un sensore 25 atto a rilevare la tensione della batteria del motore.

Nei motori ad iniezioni diretta le iniezioni di carburante all'interno di una camera 4 di combustione possono essere effettuate durante la fase di aspirazione e/o durante la fase di compressione del relativo cilindro 3, ma, come è illustrato in figura 3, anche durante la fase di scarico del cilindro 3, ossia quando la valvola di scarico 26 (figura 2) associata al cilindro è già aperta. In figura 3 è rappresentata, infatti, una possibile successione temporale di iniezioni all'interno di un medesimo ciclo di Aspirazione-Compressione-Espansione-Scarico di un cilindro 3. Nella figura con INJA è indicata una iniezione in fase di aspirazione A, con INJC è indicata una iniezione in fase di compressione C, e con INJS è rappresentata una iniezione in fase di scarico S. Le iniezioni INJA e INJC offrono il carburante che partecipa alla combustione e dunque alla generazione di coppia motrice, mentre l'iniezione INJS può essere effettuata, ad esempio, qualora si desideri velocizzare il riscaldamento del convertitore catalitico 10 a seguito di un avviamento a freddo del motore. Infatti, se la miscela aria/carburante che partecipa alla combustione è magra, ossia genera gas di scarico ricchi di ossigeno, il carburante iniettato durante l'iniezione INJS può dare origine ad una combustione residua che brucia l'ossigeno in eccesso presente nei gas di scarico ancora accesi, generando calore verso il convertitore catalitico 10.

Secondo la presente invenzione il dispositivo 1 di controllo è atto a realizzare un metodo di controllo dell'iniezione di carburante, secondo il quale, per ciascuna iniezione INJ di carburante da eseguire in un cilindro 3, viene effettuata una regolazione ottimale dell'intervallo temporale di erogazione (ΔtINJ) del relativo iniettore 12 al fine di alimentare esattamente la quantità di carburante desiderata per tale iniezione. Facendo riferimento alle iniezioni INJA, INJC e INJS della figura 3, il metodo, quindi, permette di determinare gli intervalli temporali di erogazione ΔtINJA, ΔtINJC e ΔtINJS relativi a tali iniezioni.

Nella figura 3 il ciclo di AspirazioneCompressione-Espansione-Scarico è espresso in gradi meccanici/ e con PMN-2, PMN-1, PMN, PMN+1, PMN+2 e PMN+3 sono indicati gli istanti temporali in cui il pistone assume le relative posizioni di punto morto inferiore o superiore; secondo quanto illustrato, l'iniezione INJA viene attuata successivamente all'istante temporale PMN-I mentre le iniezioni INJC e INJS sono attuate rispettivamente in istanti temporali successivi agli istanti PMN e rispettivamente PMN+2.

Con riferimento alla figura 4 verrà ora descritto il metodo di controllo della presente invenzione facendo riferimento per semplicità ad una generica iniezione INJ (figura 5) che deve essere attuata dopo il generico istante PMN in fase di compressione, senza per questo perdere di generalità. Il metodo prevede di controllare il tempo di apertura dell'iniettore 12 in base al valore della sua portata, la quale viene stimata a partire dall'effettivo salto di pressione che sarà presente ai capi dell'iniettore stesso durante 1'iniezione.

Con riferimento alla figura 4, da un blocco iniziale di START si perviene ad un blocco 40 in cui la centralina 16 di controllo, calcola secondo modalità note, la quantità di carburante QBINJ da iniettare nel cilindro 3 in corrispondenza dell'iniezione INJ. La quantità di carburante QBINJ viene determinata con almeno un punto morto di anticipo rispetto al punto morto PMN di attuazione dell'iniezione, ossia almeno al punto morto PMN-1.

Dal blocco 40 si passa ad un blocco 50 (successivamente dettagliato) in cui la centralina 16, a partire dall'istante temporale PMN.: (ossia con un anticipo di un punto morto rispetto al punto morto PMN di attuazione), calcola e programma l'intervallo temporale di erogazione ΔtINJprog relativo a tale iniezione. Come verrà successivamente descritto, l'intervallo temporale ΔtINJprog viene calcolato in base al valore attuale della pressione PFUEL nel collettore carburante 11 ed in base ad una stima della pressione media P, che vi sarà nella camera di combustione 4 durante l'iniezione. Tale stima della pressione media PCAMmean in camera di combustione viene effettuata a partire da dati misurati che sono disponibili all'istante PMN-1.

Dal blocco funzionale 50 si passa ad un blocco funzionale 70 (successivamente dettagliato), in cui la centralina 16, a partire dall'istante temporale PMN, esegue una procedura di correzione dell'intervallo di erogazione ΔtINJProg programmato. Tale procedura di correzione è atta calcolare nuovamente l'intervallo di erogazione in base ad una nuova stima della pressione media in camera di combustione PCAMmeanNEW e, inoltre, è atta a tenere in considerazione istantanei cambiamenti della pressione PFUEL nel collettore carburante 11. Come verrà descritto, la nuova stima della pressione PCAMmeanNEW viene effettuata a partire da dati misurati che sono disponibili all'istante PMN. In altri termini nel blocco 70 la centralina 16 esegue un nuovo calcolo dell'intervallo di erogazione e, qualora sia possibile, effettua una nuova programmazione dell'iniezione al fine di garantire con ottima precisione l'erogazione della quantità di benzina QB1NJ richiesta.

Con riferimento alla figura 6 verrà ora descritto il blocco funzionale 50.

Da un blocco iniziale INIT si passa ad un blocco 51 in cui la centralina 16, in corrispondenza del punto morto PMN-1, stima il valore della pressione nel collettore di aspirazione 5 all'istante PMN (ossia PCOLL(PMN)) a partire dagli ingressi a disposizione all'istante PMN-1. Come verrà dettagliatamente descritto in seguito, uno dei metodi che possono essere utilizzati per la stima di tale valore di pressione PCOLL(PMN) 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 dì brevetto: EP 95102976.8 del 2 Marzo 1995, US 08/397386 del 2 Marzo 1995, BR 9500900.0 del 3 Marzo 1995).

In uscita dal blocco 51 si perviene ad un blocco 52 in cui la centralina 16 calcola il valore dell'anticipo di iniezione φINJ relativo all'iniezione INJ, il quale viene normalmente espresso in gradi meccanici, e può definire, in modo equivalente, l'istante in cui dovrà iniziare l'iniezione o, in alternativa, l'istante in cui dovrà terminare l'iniezione stessa. Nell'esempio illustrato (vedi figure 3 e 5) l'anticipo di iniezione φINJ definisce l'istante teorico in cui dovrà terminare l'iniezione, e rappresenta l'intervallo temporale che intercorre da tale istante all'istante in cui il pistone raggiungerà il successivo punto morto superiore PMS. Il calcolo dell'anticipo di iniezione φINJ viene eseguito a partire dal valore della pressione nel collettore di aspirazione 5 stimata nel blocco 51 (ossia PCOLL(PMN)) e dal valore attuale del segnale rpm (ossia il numero di giri al minuto), mediante algoritmi noti e non illustrati (ad esempio tabelle elettroniche).

Dal blocco 52 si passa quindi ad un blocco 53 in cui si stima la pressione PCAM(φINJ ) che sarà presente all'interno della camera 4 di combustione nell'istante temporale corrispondente al valore dell'anticipo di iniezione φINJ, ossia, nel nostro caso, nell'istante in cui termina l'iniezione INJ. Tale stima viene effettuata, secondo l'invenzione, in base al valore della pressione PCOLL(PMN) stimata nel collettore di aspirazione 5 ed in base ad una funzione f (vedi figura 8) che fornisce l'andamento della pressione nella camera 4 di combustione PCAMWOT (in condizione di completa apertura della valvola 19 a farfalla) normalizzata al valore della pressione atmosferica PATM, al variare dell'angolo di rotazione del motore (0-720°).

In particolare, la funzione f è memorizzata all'interno della centralina 16, e la stima della pressione ΡΟΑΜ(φINJ ) viene effettuata secondo 1'espressione :

ove con (pPMs si è indicata la fase del punto morto superiore PMS rispetto al quale è stato individuato l'anticipo di iniezione φINJ · Chiaramente φPMS è pari a 360° per le iniezioni INJA e INJC, mentre è pari a 720° per l'iniezione INJS (vedi figura 3).

Il valore stimato di pressione PCAM(φINJ) rappresenta quindi la pressione a cui si troverà l'ugello erogatore 12b dell'iniettore 12 al termine dell'iniezione INJ;

In uscita dal blocco 53 si passa ad un blocco 54 in cui la centralina 16 rileva il valore attuale della pressione PFUEL presente all'interno del collettore carburante 11 mediante il collegamento con il sensore 24 (figura 1). Come è noto, la pressione PFUEL viene campionata dalla centralina su base temporale fissa, generalmente pari a 4msec; di conseguenza, il valore attuale della pressione PFUEL rappresenta l'ultimo valore campionato dalla centralina 16.

Dal blocco 54 si passa ad un blocco 55 in cui la centralina 16 calcola, in base alla pressione PCAM(φINJ ) stimata e alla pressione PFUEL misurata, il valore stimato della differenza di pressione AP1 presente ai capi dell'iniettore 12 alla fine dell'iniezione INJ. Tale valore è ottenuto sottraendo la pressione stimata PCAM (φINJ ) nella camera 4 di combustione al valore della pressione PFUEL rilevata nel collettore carburante 11, ossia

Dal blocco 55 si passa ad un blocco 56 in cui la centralina 16, in base al valore stimato della differenza di pressione ΔΡι, calcola il valore della portata G dell'iniettore 12 durante l'iniezione INJ. Tale calcolo è effettuato mediante interpolazione effettuata su curve bidimensionali portata - differenza di pressione, memorizzate nella centralina 16 e ricavate mediante calcoli teorici e prove sperimentali durante la fase di progettazione del motore 2.

E' noto che variazioni nella tensione della batteria, possono provocare differenze anche sensibili nella portata della pompa carburante che alimenta il collettore carburante 11, e di conseguenza, possono variare la portata dell'iniettore 12. Per tenere conto anche di questo fattore la centralina 16 di controllo prima di effettuare il calcolo della portata G dell'iniettore 12 rileva anche la tensione della batteria VBAT mediante il sensore 25, ed effettua successivamente 1'interpolazione su curve tridimensionali portata - differenza di pressione tensione. La formula utilizzata per la determinazione della portata G dell'iniettore è quindi la seguente:

Quindi, nel blocco 56 si calcola la portata G dell'iniettore in base alla formula precedente, ove la differenza di pressione ΔΡ è pari al valore ΔΡ2 offerto dal blocco 55.

In uscita al blocco 56 si entra in un blocco 57 in cui la centralina 16 calcola un primo intervallo temporale ΔtINJ1 di erogazione in base alla portata G stimata nel blocco 55. In particolare, l'intervallo ΔtINJ1 viene calcolato sommando un termine dato dal quoziente tra il valore della quantità di carburante da iniettare QBmj (calcolata nel blocco 40) ed il valore della portata G dell'iniettore 12 (calcolata nel blocco 55) ed un termine di offset tOFF- Il termine di-offset serve a tenere conto dell'incidenza di alcune caratteristiche tipiche dell'iniettore 12 nella quantità di carburante iniettata (come, ad esempio, il ritardo con cui risponde all'impulso di comando della centralina 16, ovvero il tempo di attesa ed il tempo di volo) . Tale termine di offset tOFF è stimato sommando un termine tOFF (ΔΡ), ottenuto da curve bidimensionali tempo differenza di pressione, con un termine tOFF (VBAT) ottenuto da curve bidimensionali tempo - tensione di batteria. Anche tali curve sono memorizzate in centralina 16 e sono ricavate mediante calcoli teorici e prove sperimentali durante la fase di progettazione del motore 2.

Dunque la formula generale utilizzata per calcolare l'intervallo temporale di erogazione è quindi la seguente:

Quindi nel blocco 57 si calcola l'intervallo ΔtINJ1 in base alla formula precedente, ove ΔΡ è pari al valore ΔΡ1 offerto dal blocco 55.

A questo punto è opportuno notare che l'intervallo ΔtINJ1 rappresenta solo una prima stima dell'intervallo di erogazione in quanto è stato calcolato partendo dal presupposto che la pressione PCAM in camera 4 di combustione sia costante durante l'iniezione (ossia pari a PCAM(φINJ ))/ mentre in realtà la pressione PCAM può variare anche in modo considerevole durante 1'iniezione .

Dal blocco 57 si passa ad un blocco 58 in cui la centralina 16, sulla base del valore dell'anticipo φINJ di iniezione e dell'intervallo temporale ΔtINJ1, determina la fase iniziale φINJ di iniezione, la quale rappresenta l'istante teorico di inizio dell'iniezione (figura 5).

Dal blocco 58 si perviene ad un blocco 59 in cui la centralina 16, sulla base della funzione f (figura 8) e del valore della fase iniziale φINJ di iniezione, stima la pressione ΡCAM (φINJ) che sarà presente all'interno della camera 4 di combustione nell'istante temporale teorico di inizio dell'iniezione.

In questo modo sono ora disponibili le stime della pressione in camera 4 di combustione corrispondenti agli istanti teorici di inizio e di fine della iniezione , ossia i valori PCAM ( фINJ e PCAM ( φIN.J

Dal blocco 59 si passa ad un blocco 60 in cui la centralina 16 calcola una stima del valore medio PCAMmean della pressione in camera 4 di combustione durante l'iniezione INJ, mediante l'espressione:

In uscita dal blocco 60 si entra in un blocco 61, in cui la centralina 16 calcola nuovamente l'intervallo di erogazione dell'iniettore 12 a partire dal valore della pressione PFUEL attuale nel collettore carburante 11 e dalla stima della pressione media PCAMmean in camera di combustione 4, ossia a partire dalla differenza di pressione tsPi = PFUEL — PcM/mean . In particolare, le operazioni eseguite dalla centralina 16 per calcolare il nuovo intervallo di erogazione ΔtINJprog sono esattamente quelle già descritte nei blocchi 56 e 57.

Si noti che il nuovo intervallo di erogazione ΔtINJprog rappresenta una stima estremamente più accurata dell'intervallo di erogazione rispetto alla stima offerta dall'intervallo ΔtINJ1 in uscita dal blocco 57. Nel blocco 61 si esegue, inoltre, la programmazione dell'intervallo di erogazione ΔtINJprog, ossia si programma il circuito di pilotaggio dell'iniettore 12, circuito noto con il termine "TPU".

Dunque, la centralina 16 programma l'intervallo temporale di erogazione ΔtINJprog durante il tempo che intercorre fra il punto morto PMN-I ed il punto morto PMN (vedi figura 5).

Con riferimento alla figura 7 verrà ora descrìtto il blocco funzionale 70 che viene eseguito a partire dall'istante PMH, e rappresenta un blocco di correzione dell'intervallo di erogazione ΔtINJprog ·

Da un blocco iniziale INIT si entra in un blocco 71 in cui la centralina 16 rileva la pressione PCOLLmis (PMN) effettivamente presente all'interno del collettore di aspirazione 5 in corrispondenza dell'istante PMN.

In uscita dal blocco 71 si entra in un blocco 72 in cui la centralina 16 esegue la medesime operazioni descritte nei blocchi che vanno da 53 a 61 (figura 6) in modo tale da determinare un nuovo intervallo di erogazione ΔtINJ-NEW sulla base non più della pressione PCOLL(PMN) stimata nel collettore di aspirazione 5, bensì della pressione effettiva misurata PCOLLmis (PMN) nel collettore 5 stesso. La determinazione del nuovo intervallo di erogazione ΔtINJ-NEw è effettuata a partire dal valore attuale della pressione PFUEL, nel collettore carburante 11 (valore misurato dopo l'istante PMN) ed in base ad una nuova stima del valore medio PCAMmeanNEW della pressione in camera 4 di combustione (stima calcolata a partire da PCOLLmis (PMN)).

È opportuno sottolineare che il calcolo eseguito nel blocco 72 della centralina 16 può essere effettuato quando già l'iniezione INJ è cominciata visto che tale iniezione era stata programmata prima dell'istante PMN attraverso le operazioni che definiscono il blocco 50.

In uscita dal blocco 72 si entra in un blocco 73 in cui la centralina 16 verifica se l'iniezione INJ è già terminata o meno (la verifica viene effettuata testando un flag di stato del circuito di pilotaggio (TPU) dell'iniettore).

Qualora il risultato della verifica indichi che l'iniezione INJ è già terminata (ossia l'iniettore 12 è già stato chiuso), la procedura termina (blocco FINE): evidentemente l'iniezione è avvenuta secondo le impostazioni effettuate dal blocco 50 (ossia è stato attuato l'intervallo di erogazione ΔtINJprog) · Viceversa, qualora il risultato della verifica indichi che l'iniezione INJ non è ancora terminata (ossia che l'iniettore non è stato ancora aperto o non è ancora chiuso), dal blocco 73 si passa in un blocco 74.

Nel blocco 74 la centralina 16 riprogramma l'iniezione in base al nuovo intervallo di erogazione AΔtIN-NEW fornito dal blocco 72. In questo modo si esegue una prima correzione del tempo di apertura dell'iniettore (vedi figura 5) al fine di aumentare la precisione rispetto a quella offerta dall'intervallo di erogazione ΔtINJprog in uscita dal blocco 50.

In uscita al blocco 74 si entra poi in un blocco 75 in cui la centralina 16 dapprima rileva il valore attuale della pressione PFUEL nel collettore carburante, poi esegue nuovamente il calcolo dell'intervallo di erogazione (secondo le modalità già descritte) utilizzando come valore della differenza di pressione ΔΡ la differenza fra il valore PFUEL appena rilevato e l'ultimo valore stimato PCAMmeanNEw della pressione media in camera 4 di combustione.

In uscita dal blocco 75 si rientra nel già citato blocco 73 e, qualora l'iniezione INJ non sia ancora terminata si riprogramma nuovamente l'iniezione (nel circuito di pilotaggio TPU dell'iniettore), ossia si esegue una seconda correzione del tempo di apertura dell'iniettore (vedi figura 5) al fine dì aumentare la precisione rispetto a quella offerta dall'intervallo di erogazione ΔtINJ-NEw in uscita dal blocco 72. Di qui si continua a ripetere la sequenza delle operazioni descritte nei blocchi 74 e 75.

In questo modo si determina un ciclo di correzione (blocchi 73, 74 e 75) che viene eseguito fino a quando l'iniezione INJ non è terminata al fine di tenere in considerazione le variazioni istantanee della pressione nel collettore carburante 11. Ciò garantisce una regolazione ottimale dell'intervallo temporale di erogazione assicurando l'alimentazione della quantità di carburante QBINJ richiesta all'interno del cilindro 3.

Con particolare riferimento alla figura 9, viene di seguito descritto il metodo e ed il circuito stimatore 90 utilizzati per stimare il valore PCOLL (PMN) della pressione nel collettore di aspirazione 5 all'istante PMN a partire dai dati a disposizione all'istante PMNM (tale stima è effettuata nel blocco 51 di figura 6).

Tale metodo richiede la conoscenza di cinque parametri di funzionamento del motore 2: il numero di giri del motore rpm, la temperatura TAC del liquido di raffreddamento, la temperatura TAR dell'aria aspirata dal collettore 5 di aspirazione, la posizione PFARF della valvola 19 a farfalla, e la pressione PCOLL nel collettore di aspirazione 5. Come già detto i valori di tali parametri all'istante PMN-1 vengono utilizzati per la stima del valore di pressione PCOLL (PMN) all'istante PMN.

Il circuito stimatore 90 comprende un nodo sommatore 91 il quale presenta un primo ingresso sommatore 91a che riceve il segnale PFARF generato dal sensore 18 ed un'uscita 91u collegata con un ingresso 92a di un circuito 92. Il circuito 92 realizza una funzione di trasferimento A(z) che modellizza un mezzo trasmissivo, in particolare la porzione di collettore di aspirazione 5 compresa fra la valvola a farfalla 19 e l'ingresso alla camera di combustione 4. 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 rpm, TAC, TAR generati rispettivi sensori 20, 23, e 22.

Il circuito 90 comprende inoltre un circuito 93 il quale presenta un ingresso 93a collegato con un'uscita 92u del circuito 92 attraverso una linea 94. La linea 94 comunica con l'uscita 90u del circuito 90. ..Il circuito 93 realizza una funzione di trasferimento B(z) che modellizza i ritardi del sensore 17 atto a rilevare la pressione PCOLL nel collettore di aspirazione 5 stesso, i ritardi di condizionamento segnale (filtraggio, conversione ed elaborazione del segnale di pressione PCOLL) 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 rpm, TAC, TAR generati rispettivi sensori 20, 23, e 22.

Il circuito 93 presenta un'uscita 93u la quale è collegata con un primo ingresso sottrattore 95a di un nodo 95 che presenta inoltre un secondo ingresso sommatore 95b al quale viene alimentato il segnale di pressione PCOLL (PMN-I ) .

Il nodo sommatore 95 presenta inoltre un'uscita 95u la quale è collegata con un ingresso di un circuito di correzione 96, convenientemente formato da una rete proporzionale-integrale-derivativa (PID), il quale presenta un'uscita 96u che comunica con un secondo ingresso 91b del nodo 91.

In uso, il circuito 92 riceve in ingresso il segnale PFARF corretto con un segnale di correzione CORR generato dal circuito 96 e genera in uscita un segnale che stima la pressione nel collettore di aspirazione 5 in prossimità del sensore 17 di pressione al prossimo punto morto (PMN). Il segnale PCOLL (PMN) di uscita al circuito 92 viene quindi alimentato al circuito 93 che produce in uscita un segnale di pressione del collettore di aspirazione 5 comprensivo dell'inerzia di risposta del sensore di pressione, dei ritardi del sistema e dei ritardi di attuazione. Il segnale di uscita del circuito 93 viene quindi confrontato con il segnale (reale) del valore della pressione nel collettore di aspirazione 5 generato dal sensore 17 in modo tale che all'uscita del nodo 95 è presente un segnale di errore ER che viene successivamente elaborato dal circuito 96 che a sua volta produce in uscita il segnale CORR.

A causa della retroazione realizzata dal circuito 96 viene minimizzato il segnale di errore ER ed il segnale PCOLL(PMN) all'uscita del circuito 92 rappresenta pertanto la misura della pressione nel collettore di aspirazione 5 a meno dei ritardi del sensore, dei ritardi del sistema di calcolo e dei ritardi di attuazione .

Il metodo di controllo dell'iniezione sopra descritto permette di programmare l'intervallo temporale di erogazione con ottima precisione, garantendo che in ciascuna iniezione venga iniettata esattamente la quantità di benzina richiesta. Tutto questo indipendentemente dalla condizione di funzionamento del motore, ovvero indipendentemente dal fatto che il motore sia in condizioni stabilizzate o transitorie.

Giova sottolineare che l'utilizzo della funzione f (raffigurata in figura 8) per stimare la pressione in camera 4 di combustione non costituisce una limitazione; infatti l'andamento reale di tale funzione può essere anche leggermente diverso a seconda dell'istante di innesco della combustione, ma nei tratti in cui avvengono le iniezioni (illustrati dalle frecce Fr) la funzione f approssima ottimamente il reale andamento.

Risulta infine chiaro che al metodo possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.

Infatti, secondo una variante, per quanto riguarda le iniezioni nelle quali non è richiesta una precisione estrema (come ad esempio una pre-iniezione INJA in fase di aspirazione (figura 3) o una iniezione in fase di scarico INJS), è possibile omettere le operazioni di controllo definite nel blocco 70 (figura 7). In questo caso l'intervallo di erogazione effettivo coincide con l'intervallo di erogazione ΔtINJprog programmato con un punto morto di anticipo.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Metodo di controllo dell'iniezione diretta di carburante in almeno una camera (4) di combustione di un motore (2) endotermico, il motore (2) comprendendo almeno un cilindro (3) definente la detta camera (4), un collettore di aspirazione (5) collegato al cilindro (3), almeno un collettore carburante (11), ed almeno un iniettore (12) collegante il collettore carburante (11) alla detta camera (4) per iniettarvi direttamente il carburante; il metodo essendo caratterizzato dal fatto che, per effettuare una generica iniezione (INJ) relativa ad una prima fase (C) del cilindro decorrente da un primo punto morto (PMN) , comprende i seguenti passi : a) calcolare (40) la quantità di carburante (QBINJ) da iniettare ; b) stimare (51), durante una seconda fase (A) del cilindro che precede la detta prima fase (C), la pressione (PCOLL (PMN)) che sarà presente nel collettore di aspirazione (5) al primo punto morto (PMN) ; c) stimare (52) un anticipo di iniezione (φINJ ) per la detta iniezione (INJ) in base alla stima della pressione (PCOLL(PMN)) nel collettore di aspirazione (5); d) rilevare (54) la pressione (PFUEL) nel collettore carburante (11); e) stimare (53,55,56,57,58,59,60) la pressione media (PcAMmean) che sarà presente nella camera (4) di combustione durante l'iniezione (INJ) in base alle stime effettuate nei passi b) e c) ed in base ad una funzione (f) rappresentativa dell'andamento della pressione in camera (4) di combustione in una condizione di funzionamento di riferimento del motore; f) stimare (61) la portata media (G) dell'iniettore (12) durante l'iniezione (INJ) in base alla differenza di pressione (ΔΡ2) fra la pressione (PFUEL) rilevata nel collettore carburante (11) e la pressione media (PcAMmean) stimata nella camera (4) di combustione; g) calcolare e programmare (61) un intervallo di erogazione (AtINklpr0g) per l'iniettore (12) in base alla portata media (G) stimata ed alla quantità di carburante (QBINJ) calcolata.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la detta seconda fase (A) del cilindro è la fase del cilindro che immediatamente precede la detta prima fase (C), e decorre da un secondo punto morto (PMN-1) del cilindro; i detti passi b),c),d),e),f),g) venendo eseguiti nel tempo che intercorre fra il secondo (PMN-1) ed il primo punto morto (PMN).
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto passo b) prevede di stimare la pressione (PCOLL(PMN)) nel collettore di aspirazione (5) al primo punto morto (PMN) in base ai valori misurati, al secondo punto morto (PMN-1), di una pluralità di grandezze fisiche misurate nel motore.
4. Metodo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che le dette grandezze fisiche comprendono il numero di giri (rpm) del motore (2), la temperatura (TAC) del liquido di raffreddamento, la posizione (PFARF) della valvola a farfalla (19), la pressione (PCOLL) dell'aria aspirata dal collettore di aspirazione (5), e la temperatura (TAR) dell'aria aspirata dal collettore di aspirazione (5).
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che il detto passo c) prevede di stimare (52) il detto anticipo di iniezione (cpINJ) in base alla stima della pressione (PCOLL(PMN)) nel collettore di aspirazione (5), ed in base al valore del numero di giri (rpm) del motore misurato al secondo punto morto (PMN-1).
6. Metodo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il detto anticipo di iniezione ((PINJ) definisce l'istante teorico finale della detta iniezione (INJ).
7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto passo e) di stima del valore medio (PcAMmean ) della pressione in camera (4) di combustione comprende i seguenti sottopassi: el) stimare (53) la pressione ((PCAM(φINJ )) che sarà presente all'interno della camera di combustione (4) in corrispondenza del detto anticipo di iniezione (φINJ ) in base al valore stimato della pressione nel collettore di aspirazione (5) ed alla detta funzione (f) rappresentativa dell'andamento della pressione in camera di combustione (4); detto anticipo di iniezione (φINJ ) definendo un estremo teorico dell'iniezione (INJ); e2) stimare (55,56,57,58,59) la pressione ((PCAM(фINJ)) che vi sarà in camera (4) di combustione in corrispondenza di una fase di iniezione (фINJ) definente l'altro estremo teorico dell'iniezione (INJ); e3) eseguire la media (60) fra i due valori di pressione (PCAM(φINJ );PCAM(фINJ)) stimati ai sottopassi el) ed e2).
8. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la stima di cui al sottopasso e2) viene effettuata eseguendo le seguenti operazioni: e21) calcolare (55) una differenza di pressione (ΔΡ2) presente ai capi dell'iniettore (12) sottraendo alla pressione (PFUEL) rilevata nel collettore carburante (11) la pressione ((PCAM (φINJ )) stimata al sottopasso el); e22) stimare (56) la portata (G) dell'iniettore (12) durante, l'iniezione (INJ) in base alla differenza di pressione (ΔΡ1) calcolata secondo l'operazione e22); e23) calcolare (57) un prima stima dell'intervallo di erogazione (ΔtINJ1) per l'iniettore (12) in base alla portata stimata dell'iniettore (12) di cui alla operazione e22), ed in base alla quantità di carburante (QBJNJ) calcolata; e24) calcolare (58) la detta fase di iniezione (фINJ) in base alla detta prima stima dell'intervallo di erogazione (ΔtINJ1) ed al detto anticipo di iniezione (φINJ ); e25) stimare (59) la pressione ((PCAM (фINJ)) che vi sarà in camera (4) di combustione in corrispondenza della fase di iniezione (фINJ ) in base alla detta pressione stimata nel collettore di aspirazione (5) ed alla detta funzione (f) rappresentativa dell'andamento della pressione in camera di combustione (4).
9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta funzione (f) fornisce l'andamento della pressione nella camera (4) di combustione normalizzata al valore della pressione atmosferica, al variare dell'angolo di rotazione del motore, in una condizione di completa apertura della valvola (19) a farfalla.
10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che di comprendere, inoltre, l'ulteriore passo di misurare la tensione della batteria (VBAT) del motore (2) prima di stimare la detta portata (G) media dell'iniettore (12).
11. Metodo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che il detto valore della portata (G) media dell'iniettore (12) durante l'iniezione (INJ) è calcolato, oltre che in base alla differenza di pressione (ΔΡ2) fra la pressione (PFUEL) rilevata nel collettore carburante (11) e la pressione media (PCAMmean ) stimata nella camera (4) di combustione, anche in base al detto valore misurato (VHAT) della tensione della batteria.
12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto valore dell'intervallo di erogazione (ΔtINJprog) è calcolato dividendo la quantità di carburante (QB1NJ) calcolata per la detta portata (G) stimata dell'iniettore (12).
13. Metodo secondo la rivendicazione 10 o 11, caratterizzato dal fatto che il detto valore dell'intervallo di erogazione (ΔtINJProg) è calcolato dividendo la quantità di carburante (QBINJ) calcolata per la detta portata (G) stimata dell'iniettore (12) e sommando a tale quoziente un primo (t0FF(AP)) ed un secondo valore di offset (W F (VBAT)); il primo valore di offset (toFF(ΔP)) essendo stimato in base al detto valore medio (ΔΡ) della differenza di pressione ai capi dell'iniettore (12); il secondo valore di offset (tOFF (VBAT)) essendo stimato in base al valore misurato della tensione della batteria (VBAT)·
14. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere l'ulteriore passo di eseguire (70), a partire dal detto primo punto morto (PMN) , una procedura di correzione (70) del detto intervallo di erogazione (ΔtINJprog) programmato, per tenere in considerazione eventuali variazioni della pressione nel collettore carburante (11) e l'effettiva pressione nel collettore di aspirazione al primo punto morto (PMN) .
15. Metodo secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che la detta procedura di correzione (70) comprendere i seguenti ulteriori passi: h) rilevare (71) la pressione ( PCOLLmis (PMN)) nel collettore di aspirazione (5) in corrispondenza del primo punto morto (PMN); i) eseguire (72) nuovamente il calcolo dell'intervallo di erogazione in base al valore rilevato (PCOLLmis (PMN)) della pressione nel collettore di aspirazione (5), secondo le modalità definite dai passi d),e),f),g), per ottenere nuovo intervallo temporale di erogazione (ΔtINJ-NEw) ; l) verificare (73) se l'iniezione (INJ), programmata durante la detta seconda fase (A) del cilindro, è già terminata; m) riprogrammare (74) la detta iniezione (INJ) in base al nuovo intervallo di erogazione (ΔtINJ-NEW) qualora la verifica dia risultato negativo.
16. Metodo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che la detta procedura di correzione (70) comprende inoltre, successivamente al passo m), gli ulteriori passi di: n) rilevare (75) nuovamente la pressione (PFUEL) presente all'interno del collettore carburante (11); o) calcolare (75) di nuovo l'intervallo di erogazione sulla base del nuovo valore rilevato della pressione nel collettore di aspirazione (11); p) verificare (73) se l'iniezione (INJ), programmata al passo m) durante la detta prima fase (A) del cilindro, è già terminata; q) riprogrammare (74) la detta iniezione (INJ) in base al nuovo intervallo di erogazione (ΔtINJ-NEW) calcolato nel passo o) qualora la verifica dia risultato negativo; r) ripetere le operazioni eseguite nei passi n),o),p),q) fino a quando il risultato della verifica indica che l'iniezione (INJ) è già terminata.
17. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta iniezione (INJ) può avvenire durante la fase di aspirazione, compressione, e/o scarico del detto cilindro (3).
18. Metodo di controllo dell'iniezione diretta di carburante ad almeno una camera di combustione di un motore endotermico, sostanzialmente come descritto con riferimento ai disegni allegati.