ITMI20001139A1 - Procedimento per regolare un motore endotermico - Google Patents

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ITMI20001139A1
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Klaus Ries-Mueller
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Bosch Gmbh Robert
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Description

DESCRIZIONE
L'invenzione parte da un procedimento per regolare un motore endotermico del genere della rivendicazione principale.
Stato della tecnica
E' noto il fatto di effettuare la regolazione di motori endotermici in relazione alla coppia. Ossia la coppia fornita del motore endotermico dovrà acconsentire uno stato di marcia desiderato dal conducente e assicurare il funzionamento di tutti i componenti e i gruppi supplementari. In un procedimento, in cui la coppia del motore endotermico viene preassegnata, dall'apparecchio di comando del motore endotermico dalla posizione del pedale acceleratore si determina una determinata coppia motrice delle ruote. Questa coppia motrice delle ruote richiede una coppia determinata del motore endotermico non dipendente tuttavia dalla coppia motrice delle ruote desiderate, ma ad esempio anche dalle coppie che vanno applicate per azionare dispositivi supplementari, ad esempio un impianto climatizzatore oppure un generatore e dalla quantità di energia di attrito da superare. La coppia necessaria del motore pertanto viene determinata solo in dipendenza della posizione del pedale del veicolo, che da ultimo preassegna soltanto la coppia motrice delle ruote desiderata, ma molte altre grandezze affluiscono nella determinazione della coppia.
Il sistema di regolazione basato sulla coppia per un motore endotermico, viene descritto ad esempio nel DE-OS 42 32 974. A riguardo viene indicato come viene impostata la coppia di un motore a ciclo 8. Questa coppia per un numero di giri preassegnato dipende dal flusso della massa d'aria e dall'angolo di accensione. Da queste due grandezze si determina una coppia prescritta. La coppia prescritta viene confrontata con la coppia effettiva e nel caso di uno scostamento della coppia o si interviene sul flusso d'aria, laddove viene variato l'angolo della valvola a farfalla oppure vengono avviate variazione dell'angolo di accensione. Intervenendo sul flusso della massa d'aria si ottengono le necessarie grandi variazioni di coppia, mentre l'impostazione di precisione delle variazioni di coppia avviene tramite variazioni dell'angolo di accensione.
Il generatore, azionato dal motore endotermico e producente l'energia elettrica necessaria per l'alimentazione energetica nel veicolo, ha una notevole influenza sulla coppia pronta per l'azionamento del veicolo. Se dal generatore viene fornita molta energia elettrica, esso esercita una coppia fortemente frenante, ad esempio sull'albero a gomiti. Se invece il generatore viene sollecitato solo debolmente oppure viene diseccitato, la coppia frenante è minore. Per la regolazione del generatore nonché per la regolazione del motore endotermico si tiene conto di questa relazione. Così ad esempio nel DE-OS 196 38 357 viene descritto un dispositivo per regolare la tensione per un generatore ad eccitazione esterna, azionato da un motore endotermico, in cui un microprocessore, che regola la tensione di uscita del generatore, tratta non soltanto dati specifici del generatore, come tensione di uscita del generatore e temperatura della batteria, ma anche il numero di giri dell'albero a gomiti nonché altri dati del motore endotermico. Il microprocessore non interviene soltanto sul generatore ma anche sul motore endotermico finché entrambi vengono regolati in maniera affidabile. Tuttavìa non viene proposta una regolazione con riferimento alla coppia.
Vantaggi dell'invenzione
Il procedimento secondo l'invenzione per regolare un motore endotermico con le caratteristiche della rivendicazione 1 presenta il vantaggio consistente nel fatto che per una regolazione che si basa sulla coppia del motore endotermico può aver luogo una regolazione, in cui la coppia non viene regolata necessariamente in dipendenza del conducente, ma in dipendenza di grandezze preassegnabili. Una tale regolazione della coppia viene impostata vantaggiosamente ottimalmente per quanto riguarda gas di scarico e, oppure consumo. A riguardo è possibile che la coppia prodotta sotto determinate condizioni sia superiore alla coppia richiesta dal conducente. La coppia eccedente viene compensata, in quanto il generatore viene comandato in modo tale da esercitare una più forte coppia frenante sull'albero motore, per cui si verifica vantaggiosamente una compensazione delle coppie. Affinché il generatore produca una maggiore coppia frenante, si aumenta ad esempio l'eccitazione aumentando la corrente dell'eccitatore, per cui il generatore fornisce una più alta potenza elettrica impiegata per una vantaggiosa carica supplementare della batteria. la coppia richiesta aggiuntivamente dal generatore può essere utilizzata vantaggiosamente anche per il funzionamento dì aggiuntivi utilizzatori elettrici, ad esempio dispositivi di riscaldamento elettrici nell'acqua di raffreddamento oppure nel catalizzatore durante la fase di funzionamento a caldo, per cui aggiuntivamente si ottiene il vantaggio consistente nel fatto che il catalizzatore in modo particolarmente veloce viene portato a temperatura di esercizio in primo luogo grazie alla più alta coppia del motore e in secondo luogo grazie all'aggiuntivo riscaldamento elettrico. Un aumento della coppia del motore consente anche vantaggiosamente una più alta velocità di lavaggio e sfiato del serbatoio, poiché in generale viene aumentata la portata d'aria. Un aggiuntivo comando rispettivamente regolazione della massa d'aria durante un insufflaggio di aria secondaria consente parimenti un più rapido intervento del catalizzatore e una migliore post-ossidazione delle sostanze nocive del gas di scarico, mediante una più precisa impostazione della miscela gas di scarico-aria a monte del catalizzatore.
Se l'impostazione della coppia del motore, ottimale relativamente al gas di scarico e, oppure consumo, porta ad una coppia del motore, minore della coppia del motore desiderata dal conducente, intervenendo sul generatore, ad esempio abbassando la corrente di eccitazione è possibile ridurre la coppia frenante, in misura tale che la coppia ottimizzata relativamente al consumo e, oppure gas di scarico corrisponde di nuovo alla coppia desiderata dal conducente. Tuttavia per la riduzione della coppia esercitata dal generatore si dovrà provvedere affinché risulti ancora sufficiente lo stato di carica della batteria, rispettivamente l'energia elettrica generalmente disponibile .
Disegno
Un esempio di realizzazione dell'invenzione è rappresentato in entrambe le figure del disegno e viene illustrato più dettagliatamente nella seguente descrizione.
Nella figura 1 sono rappresentati i componenti di un autoveicolo necessari per comprendere l'invenzione. In particolare il motore endotermico azionante il veicolo è contrassegnato con BKM. Dal motore endotermico rispettivamente dal motore viene prodotto una coppia M che tramite la frizione K nonché un cambio di velocità GE viene trasmessa e serve a produrre una coppia RM sulle ruote, che da ultimo fa avanzare il veicolo. Per quanto riguarda il motore endotermico si tratterà di motore endotermico con regolazione della coppia. La grandezza di regolazione coppia M del motore viene attuata quindi regolando la massa d'aria aspirata nonché impostando l'angolo di accensione ZW. L'impostazione dell'angolo di accensione ZW nonché la determinazione della posizione della valvola a farfalla DK vengono attuate dall'apparecchio di comando SG. All'apparecchio di comando SG tramite entrate E1 ed E2 viene addotta una pluralità di grandezze di entrata determinate ad esempio con l'ausilio di adatti sensori SI e S2. L'apparecchio di comando SG tramite uscita Al e A2 effettua tutte le impostazioni ancora necessarie per la regolazione del motore endotermico. Al motore endotermico l'aria necessaria per la conduzione viene addotto dal lato di entrata tramite il condotto dì aspirazione SR mentre dal lato di uscita si tratta del condotto di scarica AR in guanto è disposto almeno un catalizzatore KAT. Il catalizzatore viene in primo luogo riscaldato mediante i gas di scarico caldi del motore endotermico, ma esso può essere riscaldato d'altro canto anche aggiuntivamente con l'ausilio di un riscaldamento elettrico H, cosicché dopo l'avviamento del motore endotermico esso raggiunge il più rapidamente possibile la necessaria temperatura di esercizio ottimale. L'energia per il riscaldamento H per il catalizzatore KAT viene addotta dal generatore G oppure dalla batteria B tramite l'interruttore chiuso SKH1. Il comando dell'interruttore SCH1 è effettuato dall'apparecchio di comando SG, laddove il comando avviene tenendo conto di criteri preassegnabili .
Il motore endotermico BKM non aziona soltanto le ruote del veicolo ma tramite mezzi di accoppiamento KO ad esempio una cinghia trapezoidale oppure un cambio di velocità oppure un albero, aziona il generatore G. A riguardo da parte sua il motore endotermico fornisce una coppia MG1 disponibile dopo la convenzione nei mezzi di accoppiamento 0 come coppia MG2 per l'azionamento del generatore.
Il generatore viene regolato con l'ausilio di un regolatore di tensione non rappresentato, ad esempio integrato nel generatore, in modalità generalmente usuale, in modo che esso fornisce la morsetto di uscita B+ una preassegnabile tensione di uscita UB+, che viene impiegata in primo luogo per alimentare la batteria B e in secondo luogo per alimentare gli utilizzatori della rete di bordo. Degli utilizzatori della rete di bordo è rappresentato unicamente un utilizzatore V inseribile o disinseribile tramite l'interruttore SKH2 .
Nella figura 2 il generatore G è rappresentato in modo leggermente più dettagliato. In particolare sono rappresentati gli avvolgimenti statorici UVW nonché i diodi Z DI fino a D6 del ponte di raddrizzatori. Al posto dei diodi Zener con adeguato adattamento è possibile impiegare anche altri componenti di raddrizzamento operanti unidirezionalmente oppure bidirezionalmente. Se si piegano interruttori a semiconduttori comandabili il loro comando può avvenire a partire dal regolatore di tensione oppure dall'apparecchio di comando. Il ponte di raddrizzatori porta all'uscita B+ sulla quale viene fornita in maniera usuale la tensione UB+ . La regolazione della tensione di uscita UB+ del generatore avviene con l'ausilio del regolatore di tensione REG regolanti in maniera nota la corrente di eccitazione IE circolante attraverso l'avvolgimento di eccitazione EW. Un diodo non polarizzato FD inserito in parallelo all'avvolgimento di eccitazione EW.
Il regolatore di tensione REG in maniera usuale comprende una parte di comando ST e una parte di potenza, rappresentata simbolicamente come transistore T. La parte di comando comanda il transistore T, è collegata ad esempio con l'apparecchio di comando SG e scambia con questa informazioni. Il transistore T può essere comando anche direttamente dall'apparecchio di comando SG.
Con i componenti del veicolo rappresentati nelle figure 1 e 2 è possibile effettuare una regolazione del motore endotermico rispettivamente del motore del veicolo, che è orientata alla coppia. Questa regolazione orientata alla coppia viene realizzata in particolare in modo che il motore endotermico viene regolato su una erogazione di coppia ottimizzata relativamente al gas di scarico sviluppato e, oppure al consumo di combustibile. Con una tale regolazione può verificarsi che la coppia M necessaria per l'azionamento del veicolo e prodotto dal motore endotermico sia inferiore alla coppia che risulterebbe al meglio adatta per l'ottimizzazione del gas di scarico e, oppure del consumo. La coppia eccedente che si verifica in questo caso viene utilizzata per sollecitare fortemente il generatore G. A riguardo ad esempio la corrente di eccitazione IE viene aumentata mediante l'avvolgimento di eccitazione E, per cui viene rinforzato il campo di eccitazione e il generatore G esercita una più forte coppia frenante sul motore endotermico BKM che lo aziona. L'aumento della corrente di eccitazione IE può essere inizializzato direttamente dall'apparecchio di comando SG, ma è anche possibile che l'apparecchio di comando SG tramite una IK, contenuto nel regolatore di tensione REG, agisca sul comando del transistore T. Tramite l'interfaccia fra il regolatore di tensione REG e l'apparecchio di comando SG è possibile impostare a partire dall'apparecchio di comando SG la sollecitazione che il generatore G esercita sul motore endotermico BKM. L'energia elettrica prodotta aggiuntivamente per fornire una coppia aggiuntiva da parte del generatore, può essere impiegata per caricare la batteria B. Però anche possibile in particolare opportuno durante il funzionamento a caldo addurre l'energia elettrica, prodotta aggiuntivamente dal generatore, ad un dispositivo di riscaldamento elettrico nell'acqua di raffreddamento oppure ad un dispositivo di riscaldamento elettrico H del catalizzatore KAT tramite l'interruttore SCH1 in tal caso chiuso. Questo aggiuntivo riscaldamento elettrico durante il funzionamento a caldo provoca un più rapido raggiungimento della temperatura di esercizio del catalizzatore KAT e incrementa la riduzione del gas di scarico aggiuntivamente al funzionamento del BKM ottimizzato relativamente al gas di scarico .
La descritta regolazione del motore endotermico, orientata alla coppia, includendo il generatore G, consente un aggiuntivo grado di libertà nella regolazione. Indipendentemente dalla richiesta del conducente la coppia del motore ossia la coppia M prodotta dal motore endotermico, può essere variata ed ottimizzata. L'aumento della coppia M del motore per caricare la batteria B oppure per riscaldare il catalizzatore KAT richiede meno combustibile rispetto all'aumento oggi giorno usuale del numero di giri in caso di cattiva situazione di carica della batteria. Per attuare la strategia di regolazione è vantaggioso determinare lo stato di carica della batteria e farlo affluire nella strategia di regolazione. In tal modo è possibile impedire un sovraccarico della batteria.
Per i seguenti esempi di applicazione la descritta regolazione orientata alla coppia può essere impiegato in modo particolarmente vantaggioso tenendo conto della sollecitazione del generatore :
1. in caso di avviamento con catalizzatore freddo l'aumento della coppia del motore durante il funzionamento a caldo provoca un più rapido intervento del catalizzatore in seguito alla più alta portata d'aria e aggiuntivamente un più rapido riscaldamento mediante riscaldamento elettrico dall'energia elettrica fornita aggiuntivamente dal generatore .
2. E' possibile prevedere un aumento della coppia del motore, se la temperatura del catalizzatore scende al di sotto di una soglia preassegnabile. Con l'ausilio della coppia elevata del motore è possibile pertanto mantenere caldo il catalizzatore. 3. Può rendersi necessario un aumento della coppia del motore per produrre una maggiore velocità di sfiato e di lavaggio del serbatoio.
4. E' possibile un aggiuntivo comando, rispettivamente regolazione della massa d'aria durante il cosiddetto insufflaggio di aria secondaria. A riguardo si ottiene un aggiuntivo grado di libertà, poiché conformemente allo standard non è possibile variare la massa d'aria secondaria. In particolare con questo procedimento è possibile ottenere un più rapido intervento del catalizzatore. Inoltre il comando più preciso, in tal modo possibile, del rapporto gas di scarico - aria porta ad una migliore post-ossidazione dei componenti di sostanze nocive .
5. Diverse funzioni richiedono una sufficiente depressione nel condotto di aspirazione SR del motore endotermico BKM. Così ad esempio un servofreno comandato a depressione. In caso di depressione insufficiente diminuisce la servoassistenza. Pertanto in questo caso può essere vantaggioso, mediante una riduzione del carico del generatore, ridurre la sollecitazione del BKM e provvedere in tal modo per una elevata depressione nel condotto di aspirazione. Utilizzando una combinazione starter-generatore, in cui il generatore può essere fatto funzionare come starter, è anche possibile ottenere la necessaria depressione nel condotto di aspirazione mediante una erogazione di coppia della combinazione starter-generatore (funzionamento come motore) . In questo caso ha luogo una strozzatura definita (chiusura della valvola a farfalla DK) e quindi una riduzione del carico del carico del BKM.

Claims (7)

1. Procedimento per regolare un motore endotermico, esercitante una coppia preassegnabile su un albero motore azionante un veicolo, con un generatore regolabile, che tramite l'albero motore costituisce dispositivo di azionamento e produce energia elettrica esercitando sull'albero motore una coppia frenante, con almeno un dispositivo di regolazione regolante la coppia in dipendenza di condizioni preassegnabili, caratterizzato dal fatto che la coppia (M) viene regolato ottimalmente relativamente al gas di scarico e, oppure consumo e si ottiene una coppia supplementare, necessaria per produrre la regolazione, ottimizzata relativamente al gas di scarico e, oppure consumo, sotto determinate condizioni, mediante corrispondente comando del generatore (G) e conseguente aumento della coppia frenante.
2 . Procedimento per regolare un motore endotermico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la coppia frenante (G) dal generatore (G) viene regolata mediante variazione preassegnabile della corrente di eccitazione (IE), laddove la potenza elettrica risultante aggiuntivamente con la più alta eccitazione viene impiegata per carica una batteria (B) e, oppure per alimentare utilizzatori (V) inseribili aggiuntivamente.
3. Procedimento per regolare un motore endotermico secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che ha luogo un aumento della coppia (M), prodotta dal motore endotermico (BKM) rispetto alla coppia necessaria per l'azionamento del veicolo, alle seguenti condizioni: Con l'avviamento con catalizzatore freddo (KAT) durante la fase di funzionamento a caldo, se la temperatura del catalizzatore (KAT) scende al di sotto di un valore di soglia preassegnabile, durante una fase di sfiato del serbatoio per aumentare la velocità di lavaggio durante un insufflaggio di aria secondaria per assicurare un rapido intervento del catalizzatore KAT.
4 . Procedimento per regolare un motore endotermico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'energia elettrica prodotta dal generatore (G), in particolare l'energia elettrica prodotta aggiuntivamente, viene impiegata per riscaldare il catalizzatore (KAT) durante la fase di funzionamento a caldo del motore endotermico (BKM).
5. Procedimento per regolare un motore endotermico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che per quanto riguarda il generatore (G) si tratta di una parte di una combinazione start-generatore, specialmente di un generatore - starter dell'albero a gomiti, che coma macchina asincrona opera anche come starter rispettivamente come motorino di avviamento.
6 . Procedimento per regolare un motore endotermico (BKM), secondo la rivendicazione 1, 2 oppure 5, caratterizzato dal fatto che ha luogo una riduzione della coppia, prodotta dal motore endotermico (BKM), rispetto alla coppia necessaria per l'azionamento del veicolo, quando è necessaria una elevata depressione nel condotto di aspirazione del motore endotermico (BKM).
7 . Procedimento per regolare un (BKM) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la depressione viene utilizzata per comandare un servo-freno .
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