ITMI20001907A1 - PROCEDURE FOR DETERMINING THE ACTUAL TORQUE APPLIED BY AN ENDOTHERMAL MOTOR - Google Patents
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Description
STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE
La presente invenzione riguarda un procedimento per determinare la coppia effettiva (M_ist), applicata da un motore endotermico, con le seguenti fasi del procedimento: The present invention relates to a process for determining the effective torque (M_ist), applied by an internal combustion engine, with the following steps of the process:
rilevamento della caratteristica effettiva dell'andamento del numero di giri (n) dell'albero a gomiti del motore endotermico detection of the actual characteristic of the number of revolutions (n) of the crankshaft of the internal combustion engine
- determinazione della carica di gas (m_L) in una camera di combustione del motore endotermico - determinazione della coppia effettiva (M_ist) mediante valutazione della caratteristica effettiva dell'andamento del numero di giri (n) - correzione della coppia effettiva (M_ist) in dipendenza della carica di gas determinata (m_L). Per rilevare la posizione di un albero a gomiti di un motore endotermico è noto il fatto di prevedere sull'albero un disco trasduttore oppure una ruota trasduttrice con marcaggi, che vengono esplorati per mezzo di un rilevatore fisso. La ruota trasduttrice è eseguita ad esempio come una ruota dentata trasduttrice con denti come marcaggi sul contorno della ruota trasduttrice. Il rilevatore è ad esempio eseguito come un rilevatore induttivo, in cui per una rotazione dell'albero a gomiti e della ruota dentata trasduttrice dai denti passanti anteriormente vengono indotti impulsi di tensione. Vengono misurate le distanze temporali degli impulsi di tensione rispettivamente dei denti della ruota dentata trasduttrice, i cosiddetti tempi dei denti. Dall'andamento dei tempi dei denti misurati quindi dall'inverso del prodotto del numero complessivo Z della ruota dentata trasduttrice e del tempo dei tempi misurato tz, viene determinata la caratteristica effettiva dell'andamento del numero di giri n dell'albero a gomiti (n = 1 / (tz * Z)). Il numero di giri dell'albero a gomiti può essere convertito senz'altro nella velocità angolare (Omega) dell'albero a gomiti (Omega = 2 * pi * n). - determination of the gas charge (m_L) in a combustion chamber of the internal combustion engine - determination of the effective torque (M_ist) by evaluating the effective characteristic of the speed trend (n) - correction of the effective torque (M_ist) in dependence of the determined gas charge (m_L). In order to detect the position of a crankshaft of an internal combustion engine, it is known to provide on the shaft a transducer disk or a transducer wheel with markings, which are scanned by means of a fixed detector. The transducer wheel is designed for example as a transducer sprocket with teeth as markings on the contour of the transducer wheel. The detector is designed, for example, as an inductive detector, in which voltage pulses are induced by the rotation of the crankshaft and the transducer gear wheel by the teeth passing in front. The time distances of the voltage pulses respectively of the teeth of the transducer sprocket, the so-called tooth times, are measured. The actual characteristic of the trend of the number of revolutions n of the crankshaft (n = 1 / (tz * Z)). The number of revolutions of the crankshaft can be easily converted into the angular velocity (Omega) of the crankshaft (Omega = 2 * pi * n).
In una successiva fase di valutazione o dai tempi dei denti misurati, dalla caratteristica effettiva dell'andamento del numero di giri dell'albero a gomiti oppure dalla velocità angolare dell'albero a gomiti viene determinato l'andamento della coppia effettiva applicata dal motore endotermico. La coppia effettiva del motore endotermico viene trasmessa ad una unità di comando centrale del motore endotermico per ottimizzare la caratteristica di potenza, il comportamento di rumore ed il comportamento dei gas di scarico del motore endotermico. La coppia effettiva inoltre può essere utilizzata anche per regolare la potenza rispettivamente la coppia, per regolare la dinamica di marcia oppure per sorvegliare la coppia. The course of the effective torque applied by the internal combustion engine is determined in a subsequent evaluation step either from the measured tooth times, from the actual characteristic of the crankshaft speed course or from the angular speed of the crankshaft. The actual torque of the internal combustion engine is transmitted to a central control unit of the internal combustion engine to optimize the power characteristic, the noise behavior and the exhaust gas behavior of the internal combustion engine. In addition, the effective torque can also be used to regulate the power or torque, to regulate the driving dynamics or to monitor the torque.
In motori endotermici convenzionali, che vengono fatti funzionare con Lambda = 1, la miscela combustibile-aria si trova in un rapporto di 1:1 nella camera di combustione del motore endotermico. Motori endotermici di più recente modalità costruttiva vengono fatti funzionare, per ridurre il consumo dei gas di scarico e, oppure per ridurre i rumori di combustione del motore endotermico, in modo crescentemente magro (Lambda > 1) oppure con riciclo dei gas di scarico (AGR). La miscela combustibile-aria per tali motori endotermici può essere smagrita fino ad un rapporto di 1:5 (Lambda = 5). In futuro sicuramente sarà possibile un funzionamento ancora più magro di un motore endotermico. L'aria ottenuta aggiuntivamente in una camera di combustione del motore endotermico nel caso di un esercizio del motore endotermico per Lambda > 1, rispettivamente il gas di scarico contenuto aggiuntivamente porta ad una variazione dei tempi dei denti, dell'andamento del numero di giri e quindi anche della velocità angolare dell'albero a gomiti, senza che essa porti effettivamente ad un'altra coppia effettiva applicata dal motore endotermico. In particolare in seguito alla più alta carica di gas della camera di combustione durante la fase di compressione si verifica una frenatura dell'albero a gomiti e con la successiva fase di espansione si verifica un'accelerazione dell'albero a gomiti. La frenatura dell'albero a gomiti si rende osservabile con un aumento anticipato dei tempi dei denti, e l'accelerazione dell'albero a gomiti si rende osservabile con una diminuzione anticipata dei tempi dei denti. In conventional internal combustion engines, which are operated with Lambda = 1, the fuel-air mixture is found in a ratio of 1: 1 in the combustion chamber of the internal combustion engine. Endothermic engines of more recent construction mode are operated, to reduce the consumption of exhaust gases and, or to reduce the combustion noises of the endothermic engine, in an increasingly lean (Lambda> 1) or with recycling of exhaust gases (AGR ). The fuel-air mixture for these endothermic engines can be leaned down to a ratio of 1: 5 (Lambda = 5). In the future, even leaner operation of an internal combustion engine will certainly be possible. The additionally obtained air in a combustion chamber of the internal combustion engine in the case of an internal combustion engine operation for Lambda> 1, respectively the additionally contained exhaust gas leads to a change in the timing of the teeth, the speed curve and therefore also of the angular speed of the crankshaft, without this actually leading to another effective torque applied by the internal combustion engine. In particular, due to the higher gas charge of the combustion chamber during the compression phase, a braking of the crankshaft occurs and with the subsequent expansion phase an acceleration of the crankshaft occurs. The braking of the crankshaft becomes observable with an anticipated increase in the times of the teeth, and the acceleration of the crankshaft becomes observable with an anticipated decrease in the times of the teeth.
Per effetto della carica del gas nel caso dell'esercizio del motore endotermico con Lambda > 1 oppure con riciclo dei gas di scarico, viene pertanto falsata la coppia effettiva determinata e applicata dal motore endotermico. Per questo motivo è necessario determinare la carica di gas della camera di combustione e correggere la coppia effettiva determinata del motore endotermico in dipendenza della carica di gas. E' noto il fatto di determinare la carica di gas in una camera di combustione del motore endotermico con l'ausilio di un sensore della massa d'aria. Due to the effect of the gas charge in the case of the internal combustion engine operation with Lambda> 1 or with recycling of the exhaust gases, the effective torque determined and applied by the internal combustion engine is therefore distorted. For this reason it is necessary to determine the gas charge of the combustion chamber and correct the determined effective torque of the internal combustion engine in relation to the gas charge. It is known to determine the gas charge in a combustion chamber of the internal combustion engine with the aid of an air mass sensor.
La presente invenzione si pone il compito di eseguire e sviluppare ulteriormente un procedimento del genere menzionato all'inizio, in modo che la carica di gas in una camera di combustione di un motore endotermico può essere determinata senza aggiuntivi mezzi di misurazione. The present invention has the task of carrying out and further developing a process of the kind mentioned at the beginning, so that the gas charge in a combustion chamber of an internal combustion engine can be determined without additional measuring means.
Come prima soluzione di questo compito l'invenzione partendo dal procedimento del genere menzionato all'inizio propone che per determinare la carica di gas nella camera di combustione del motore endotermico As a first solution to this task, the invention, starting from the procedure of the kind mentioned at the beginning, proposes that in order to determine the gas charge in the combustion chamber of the internal combustion engine
- venga definita una caratteristica normalizzata dell'andamento del numero di giri per l'esercizio del motore endotermico per Lambda = 1, - a normalized characteristic of the number of revolutions for the operation of the internal combustion engine is defined for Lambda = 1,
- la caratteristica normalizzata dell'andamento del numero di giri venga intensificata in una corsa di lavoro di un cilindro del motore endotermico, cosicché gli estremi della caratteristica normalizzata e della caratteristica effettiva hanno lo stesso valore del numero di giri - the normalized characteristic of the speed course is intensified in one working stroke of a cylinder of the internal combustion engine, so that the extremes of the normalized characteristic and of the actual characteristic have the same value of the number of revolutions
- venga determinata una prima superficie fra la caratteristica normalizzata e la caratteristica effettiva del numero dei giri nella prima metà della corsa di lavoro, - a first surface is determined between the standard characteristic and the actual speed characteristic in the first half of the working stroke,
- venga determinata una seconda superficie fra la caratteristica normalizzata e la caratteristica effettiva del numero di giri nella seconda metà della corsa di lavoro, - a second area is determined between the standard characteristic and the actual speed characteristic in the second half of the working stroke,
dalla somma della prima superficie e della seconda superficie oppure dalla somma di determinate parti della prima superficie e della seconda superficie venga determinata una misura per la carica di gas, e a measurement for the gas charge is determined from the sum of the first surface and the second surface or from the sum of certain parts of the first surface and the second surface, and
dalla misura per la carica di gas venga determinata la carica di gas nella camera di combustione del motore endotermico. from the measurement for the gas charge, the gas charge in the combustion chamber of the internal combustion engine is determined.
Come ulteriore soluzione del compito alla base della presente invenzione viene proposto che per determinare la carica di gas nella camera di combustione del motore endotermico As a further solution to the task underlying the present invention it is proposed that to determine the gas charge in the combustion chamber of the internal combustion engine
- venga determinata una linea di base come linea di collegamento dei minimi della caratteristica effettiva, - a baseline is determined as a connecting line of the minima of the actual characteristic,
- venga determinata una prima superficie fra la caratteristica effettiva del numero di giri e la linea di base nella prima metà di una corsa di lavoro di un cilindro del motore endotermico, - venga determinata una seconda superficie fra la caratteristica effettiva del numero di giri e la linea di base nella seconda metà della corsa di lavoro, - a first surface is determined between the actual speed characteristic and the base line in the first half of a working stroke of a cylinder of the internal combustion engine, - a second surface is determined between the actual speed characteristic and the baseline in the second half of the work stroke,
- da una delle due superfici, dalla differenza della prima superficie e della seconda superficie oppure dal rapporto fra la prima superficie e la seconda superficie, venga determinata una misura per la carica di gas, e - from one of the two surfaces, from the difference of the first surface and the second surface or from the ratio of the first surface to the second surface, a measurement for the gas charge is determined, and
dalla misura per la carica di gas venga determinata la carica di gas nella camera di combustione del motore endotermico. from the measurement for the gas charge, the gas charge in the combustion chamber of the internal combustion engine is determined.
Poiché, come già illustrato all'inizio, dai tempi dei denti è possibile determinare l'andamento del numero di giri dell'albero a gomiti e da ciò di nuovo la velocità angolare dell'albero a gomiti, per uno specialista è evidente che i procedimenti secondo l'invenzione invece che con il numero di giri dell'albero a gomiti vengono realizzati anche direttamente in base ai tempi dei denti oppure alternativamente in base alla velocità angolare dell'albero a gomiti. E' inoltre pensabile il fatto di realizzare i procedimenti secondo l'invenzione in base ad un'altra caratteristica qualsiasi ricavabile dalla caratteristica effettiva dell'andamento del numero di giri dell'albero a gomiti. Since, as already explained at the beginning, it is possible to determine the course of the number of revolutions of the crankshaft and from this again the angular velocity of the crankshaft from the timing of the teeth, for a specialist it is evident that the procedures according to the invention, instead of with the number of revolutions of the crankshaft, they are also made directly on the basis of the timing of the teeth or alternatively on the basis of the angular speed of the crankshaft. It is also conceivable to realize the methods according to the invention on the basis of any other characteristic which can be derived from the actual characteristic of the course of the number of revolutions of the crankshaft.
Per il procedimento secondo l'invenzione si impiega un trasduttore induttivo del numero di giri. Il trasduttore del numero di giri in primo luogo presenta una ruota dentata trasduttrice , associata all'albero a gomiti del motore endotermico, e in secondo luogo presenta un rilevatore induttivo fisso. Per una rotazione dell'albero a gomiti e della ruota dentata trasduttrice nel rilevatore dai denti passanti anteriormente vengono indotti impulsi di tensione. Si misurano le distanze temporali degli impulsi di tensione rispettivamente dei denti della ruota dentata trasduttrice, i cosiddetti tempi dei denti. Dai tempi dei denti e dal numero complessivo dei denti della ruota dentata trasduttrice è possibile quindi determinare l'andamento del numero di giri dell'albero a gomiti. An inductive speed transducer is used for the method according to the invention. The speed transducer firstly has a transducer gear wheel, associated with the crankshaft of the internal combustion engine, and secondly it has a fixed inductive detector. For a rotation of the crankshaft and the transducer sprocket, voltage pulses are induced in the detector by the teeth passing through the front. The time distances of the voltage pulses respectively of the teeth of the transducer sprocket are measured, the so-called tooth times. From the timing of the teeth and the total number of teeth of the transducer sprocket, it is therefore possible to determine the course of the crankshaft speed.
Per il procedimento secondo l'invenzione gli scostamenti dalla caratteristica effettiva dell'andamento del numero di giri rispetto ad una caratteristica normalizzata, rilevata per Lambda = 1, del numero di giri vengono utilizzati per determinare la carica di gas della camera di combustione del motore endotermico. La caratteristica effettiva per Lambda > 1 si scosta decisamente dalla caratteristica normalizzata. Gli scostamenti dalla caratteristica effettiva dalla caratteristica normalizzata possono essere determinati in vari modi . For the method according to the invention, the deviations from the actual characteristic of the number of revolutions with respect to a normalized characteristic, measured for Lambda = 1, of the number of revolutions are used to determine the gas charge of the combustion chamber of the internal combustion engine . The actual characteristic for Lambda> 1 deviates significantly from the normalized characteristic. Deviations from the actual characteristic from the normalized characteristic can be determined in various ways.
Durante una doppia rotazione dell'albero a gomiti ognuno dei cilindri del motore endotermico esegue una corsa di lavoro. Pertanto il numero dei denti della ruota dentata trasduttrice, comprendente una corsa di lavoro di un cilindro, risulta dal quoziente del doppio del numero di denti della ruota dentata trasduttrice e del numero dei cilindri del motore endotermico. Utilizzando una ruota 60-2, che presenta 60 denti sul proprio contorno, laddove due denti sono eseguiti solo immaginariamente, ossia in effetti non sono eseguiti e formano uno spazio interdentale, per un motore endotermico a 4 cilindri si ottiene pertanto che la corsa di lavoro di un cilindro comprende trenta denti (2 * 60 denti/ 4 cilindri = 30). During a double rotation of the crankshaft each of the cylinders of the internal combustion engine performs a working stroke. Therefore the number of teeth of the transducer toothed wheel, comprising a working stroke of a cylinder, results from the quotient of double the number of teeth of the transducer toothed wheel and the number of cylinders of the internal combustion engine. Using a wheel 60-2, which has 60 teeth on its contour, where two teeth are only imaginatively executed, i.e. in fact they are not executed and form an interdental space, for a 4-cylinder internal combustion engine it is therefore obtained that the working stroke of a cylinder comprises thirty teeth (2 * 60 teeth / 4 cylinders = 30).
Per il primo procedimento secondo l'invenzione in un primo momento si definisce una caratteristica normalizzata dell'andamento del numero di giri per l'esercizio del motore endotermico per Lambda = 1. Successivamente dagli scostamenti dalla caratteristica effettiva del numero di giri dell'albero a gomiti rispetto alla caratteristica normalizzata viene determinata la carica di gas nella camera di combustione del motore endotermico. A tale scopo la caratteristica normalizzata dell'andamento del numero di giri in una corsa di lavoro del cilindro del motore endotermico viene intensificata, cosicché gli estremi della caratteristica normalizzata e della caratteristica effettiva hanno lo stesso valore del numero di giri. For the first method according to the invention, a standardized characteristic of the speed course for the operation of the internal combustion engine is first defined for Lambda = 1. Subsequently by the deviations from the actual speed characteristic of the shaft a elbows with respect to the normalized characteristic the gas charge in the combustion chamber of the internal combustion engine is determined. For this purpose, the normalized characteristic of the speed curve in one working stroke of the cylinder of the internal combustion engine is intensified, so that the extremes of the normalized characteristic and the actual characteristic have the same value of the speed.
Successivamente si determina una prima superficie fra la caratteristica normalizzata e la caratteristica effettiva del numero di giri nella prima metà della corsa di lavoro e una seconda superficie fra la caratteristica normalizzata e la caratteristica effettiva del numero di giri nella seconda metà della corsa di lavoro. Nell'esempio summenzionato la prima metà della corsa di lavoro corrisponde pertanto ai denti 1 fino a 15 e la seconda metà della corsa di lavoro corrisponde ai denti 16 fino a 30. Il primo dente va collocato in corrispondenza del punto della minima velocità, ossia in corrispondenza del punto morto superiore OT del cilindro. A first surface is then determined between the standard characteristic and the actual speed characteristic in the first half of the working stroke and a second surface between the standard characteristic and the actual speed characteristic in the second half of the working stroke. In the above example, the first half of the working stroke therefore corresponds to teeth 1 to 15 and the second half of the working stroke corresponds to teeth 16 to 30. The first tooth must be placed at the point of minimum speed, ie in correspondence of the top dead center OT of the cylinder.
Per il secondo procedimento secondo l'invenzione in un primo momento si determina una linea di base dai minimi della caratteristica effettiva. Si determina una prima superficie fra la caratteristica effettiva del numero di giri e la linea di base nella prima metà di una corsa di lavoro di un cilindro del motore endotermico e una seconda superficie fra la caratteristica effettiva del numero di giri e la linea di base nella seconda metà della corsa di lavoro. For the second method according to the invention, a baseline is first determined from the minimums of the actual characteristic. A first surface is determined between the actual speed characteristic and the base line in the first half of a working stroke of an internal combustion engine cylinder and a second surface between the actual speed characteristic and the base line in the second half of the work stroke.
Entrambe le superfici del primo procedimento rispettivamente del secondo procedimento possono essere scelte in un intervallo a piacere nell'ambito della prima metà rispettivamente della seconda metà della corsa di lavoro. Per una determinazione affidabile e precisa della carica di gas nella camera di combustione in base ad entrambe le superfici è tuttavia importante che le prime e le seconde superfici nell'ambito di una corsa di lavoro vengano considerate sempre negli stessi intervalli. Both surfaces of the first method or the second method can be selected within any range of the first half or second half of the working stroke. For a reliable and precise determination of the gas charge in the combustion chamber on the basis of both surfaces, however, it is important that the first and second surfaces within a working stroke are always considered in the same ranges.
Dalla differenza fra la prima superficie e la seconda superficie si determina quindi una misura per la carica di gas della camera di combustione. Alternativamente la misura per la carica di gas viene determinata dal rapporto fra la prima e la seconda superficie. Dalla misura per la carica di gas infine si determina la carica di gas nella camera di combustione del motore endotermico. From the difference between the first surface and the second surface, a measurement is then determined for the gas charge of the combustion chamber. Alternatively, the measurement for the gas charge is determined by the ratio between the first and second surfaces. Finally, from the measurement for the gas charge, the gas charge in the combustion chamber of the endothermic engine is determined.
La coppia effettiva determinata conformemente al procedimento secondo l'invenzione e applicata dal motore endotermico viene corretta in dipendenza della carica di gas determinata della camera di combustione. Per la correzione della coppia effettiva determinata tuttavia è possibile utilizzare anche direttamente la misura per la carica di gas, senza determinare da ciò preventivamente la carica di gas. E' inoltre pensabile il fatto di utilizzare un'altra grandezza qualsiasi, ricavabile dalla misura per la carica di gas, per la correzione della coppia effettiva determinata. The actual torque determined in accordance with the method according to the invention and applied by the internal combustion engine is corrected depending on the determined gas charge of the combustion chamber. For the correction of the determined actual torque, however, the measurement for the gas charge can also be used directly without determining the gas charge from this. It is also conceivable to use any other quantity, obtainable from the measurement for the gas charge, for the correction of the determined effective torque.
Con i procedimenti secondo l'invenzione in maniera semplice e senza grande dispendio di calcolo è possibile determinare una misura per la carica di gas della camera di combustione del motore endotermico. La coppia effettiva determinata, applicata dal motore endotermico, può essere corretta quindi o direttamente in base alla misura per la carica di gas oppure indirettamente in base alla carica di gas. Con il procedimento secondo l'invenzione è possibile migliorare decisivamente la precisione della determinazione della coppia effettiva di un motore endotermico. Secondo l'invenzione è possibile fare a meno dell'impiego di aggiuntivi mezzi di misurazione per determinare la carica di gas. With the methods according to the invention, a measurement for the gas charge of the combustion chamber of the internal combustion engine can be determined in a simple manner and without great calculation effort. The actual torque determined, applied by the internal combustion engine, can therefore be corrected either directly on the basis of the measurement for the gas charge or indirectly on the basis of the gas charge. With the method according to the invention it is possible to significantly improve the accuracy of determining the effective torque of an internal combustion engine. According to the invention, it is possible to dispense with the use of additional measuring means for determining the gas charge.
Conformemente ad un ulteriore vantaggioso sviluppo della presente invenzione viene proposto che la caratteristica effettiva venga corretta prima della determinazione della carica di gas nella camera di combustione del motore endotermico su grandezze influenzatrici calcolabili, almeno sulle masse oscillanti . According to a further advantageous development of the present invention, it is proposed that the actual characteristic be corrected before determining the gas charge in the combustion chamber of the internal combustion engine on calculable influencing quantities, at least on the oscillating masses.
Conformemente ad una forma di realizzazione preferita della presente invenzione viene proposto che la prima superficie comprenda un'intera superficie fra la caratteristica normalizzata e la caratteristica effettiva rispettivamente fra la caratteristica effettiva e la linea di base nella prima metà della corsa di lavoro. According to a preferred embodiment of the present invention it is proposed that the first surface comprises an entire surface between the normalized characteristic and the actual characteristic respectively between the actual characteristic and the baseline in the first half of the working stroke.
Conformemente ad un'altra forma di realizzazione preferita della presente invenzione viene proposto che la prima superficie comprenda la superficie fra la caratteristica normalizzata e la caratteristica effettiva rispettivamente fra la caratteristica effettiva e la linea di base nella prima metà della corsa di lavoro in un intervallo. According to another preferred embodiment of the present invention it is proposed that the first surface comprises the surface between the normalized characteristic and the actual characteristic respectively between the actual characteristic and the baseline in the first half of the working stroke in a range.
Parimenti conformemente ad un'ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione viene proposto che la seconda superficie comprenda l'intera superficie fra la caratteristica normalizzata e la caratteristica effettiva rispettivamente fra la caratteristica effettiva e la linea di base nella seconda metà della corsa di lavoro. Likewise, according to a further preferred embodiment of the present invention, it is proposed that the second surface comprises the entire surface between the normalized characteristic and the actual characteristic respectively between the actual characteristic and the baseline in the second half of the working stroke.
Ugualmente conformemente ad un'altra forma di realizzazione preferita della presente invenzione viene proposto che la seconda superficie comprenda la superficie fra la caratteristica normalizzata e la caratteristica effettiva rispettivamente fra la caratteristica effettiva e la linea di base nella seconda metà della corsa di lavoro in un intervallo . Likewise according to another preferred embodiment of the present invention it is proposed that the second surface comprises the surface between the normalized characteristic and the actual characteristic respectively between the actual characteristic and the baseline in the second half of the working stroke in a range .
Conformemente ad un ulteriore vantaggioso sviluppo della presente invenzione viene proposto che la carica di gas nella camera di combustione del motore endotermico venga determinata dal prodotto della misura per la carica di gas e di un fattore di proporzionalità. La carica di gas pertanto risulta dall'equazione : According to a further advantageous development of the present invention, it is proposed that the gas charge in the combustion chamber of the internal combustion engine is determined by the product of the measurement for the gas charge and a proportionality factor. The gas charge therefore results from the equation:
in cui m_L è la carica di gas, A è la misura per la carica di gas e k_p è il fattore di proporzionalità. where m_L is the gas charge, A is the measure for the gas charge and k_p is the proportionality factor.
Alternativamente viene proposto che la carica di gas nella camera di combustione del motore endotermico venga determinata dal prodotto della misura per la carica di gas e una caratteristica dipendente da determinati parametri del motore endotermico, ad esempio dal numero di giri. Alternatively, it is proposed that the gas charge in the combustion chamber of the internal combustion engine is determined by the product of the measurement for the gas charge and a characteristic dependent on certain parameters of the internal combustion engine, for example on the number of revolutions.
Vantaggiosamente il fattore di proporzionalità rispettivamente la caratteristica viene determinata prima della determinazione propriamente detta della coppia effettiva applicata dal motore endotermico. A tale scopo si misura altrimenti un valore effettivo della carica di gas nella camera di combustione del motore endotermico. Il fattore di proporzionalità rispettivamente la caratteristica viene determinata dal quoziente fra il valore effettivo misurato della carica di gas e la misura determinata per la carica di gas con un motore endotermico presentante tolleranze il più possibile modeste. Il fattore di proporzionalità pertanto risulta dall'equazione Advantageously, the proportionality factor or the characteristic is determined before the actual torque applied by the internal combustion engine is determined properly. For this purpose, an actual value of the gas charge in the combustion chamber of the internal combustion engine is otherwise measured. The proportionality factor respectively the characteristic is determined by the quotient between the actual measured value of the gas charge and the measure determined for the gas charge with an internal combustion engine with tolerances as low as possible. The proportionality factor therefore results from the equation
in cui k_p è il fattore di proporzionalità, m_L_ist è il valore effettivo altrimenti misurato per la carica di gas e A è la misura determinata per la carica di gas. Per la misurazione del valore effettivo della carica di gas un motore endotermico può essere fatto funzionare effettivamente oppure simulativamente. where k_p is the proportionality factor, m_L_ist is the actual value otherwise measured for the gas charge and A is the measure determined for the gas charge. To measure the actual value of the gas charge, an internal combustion engine can be operated effectively or simulatively.
Il fattore di proporzionalità viene realizzato prima dell'esecuzione del procedimento per determinare la coppia effettiva applicata dal motore endotermico e viene memorizzato in maniera adeguata. Durante la determinazione della carica di gas si può quindi ricorrere al fattore di proporzionalità memorizzato rispettivamente alla caratteristica memorizzata. La determinazione del fattore di proporzionalità dovrà aver luogo per ogni tipo di motore endotermico. Il fattore di proporzionalità determinato oppure la caratteristica determinata può essere impiegata quindi per tutti i motori endotermici di questa serie tipologica . The proportionality factor is realized before the execution of the procedure to determine the effective torque applied by the internal combustion engine and is memorized in an adequate manner. During the determination of the gas charge it is therefore possible to use the stored proportionality factor respectively the stored characteristic. The determination of the proportionality factor must take place for each type of internal combustion engine. The determined proportionality factor or the determined characteristic can therefore be used for all internal combustion engines of this type series.
E' pensabile il fatto di ricavare il fattore di proporzionalità mediante simulazione. Preferibilmente il fattore di proporzionalità tuttavia viene determinato empiricamente su un banco di prova per motori. Su un banco di prova per motori è possibile ottenere in primo luogo risultati di misurazione realistici e prossimi alla pratica, in cui sono considerati anche i fattori che non affluiscono usualmente in una simulazione. D'altro canto su un banco di prova per motori è possibile ridurre i fattori di disturbo agenti su un motore endotermico, specialmente tolleranze, rispettivamente compensarne l'effetto sui risultati di misurazione. It is conceivable to derive the proportionality factor by simulation. However, the proportionality factor is preferably determined empirically on an engine test bench. On an engine test bench, first of all realistic and practical measurement results can be obtained, in which factors that are not usually included in a simulation are also considered. On the other hand, on an engine test bench it is possible to reduce the disturbances acting on an internal combustion engine, especially tolerances, or compensate for their effect on the measurement results.
Conformemente ad un altro ulteriore vantaggioso sviluppo della presente invenzione il procedimento per motori magri o motori a carica stratificata viene impiegato per determinare la coppia effettiva applicata dal motore endotermico. Specialmente questi tipi di motori endotermici vengono fatti funzionare per Lambda > 1. La carica di gas nella camera di combustione di questi motori endotermici può portare ad errori nella determinazione della coppia effettiva, applicata dal motore endotermico, mediante valutazione dell'andamento del numero di giri dell'albero a gomiti. Questi errori vengono compensati semplicemente con l'ausilio del procedimento secondo l'invenzione. According to another further advantageous development of the present invention, the method for lean engines or stratified charge engines is used to determine the effective torque applied by the internal combustion engine. Especially these types of internal combustion engines are operated for Lambda> 1. The gas charge in the combustion chamber of these internal combustion engines can lead to errors in the determination of the effective torque, applied by the internal combustion engine, by evaluating the trend of the number of revolutions crankshaft. These errors are simply compensated for with the aid of the method according to the invention.
Un esempio di realizzazione preferito della presente invenzione viene illustrato più dettagliatamente in seguito in base al disegno. A preferred embodiment of the present invention is illustrated in more detail below based on the drawing.
In particolare: In particular:
la figura 1 mostra la caratteristica normalizzata e la caratteristica effettiva dell'andamento del numero di giri dell'albero a gomiti di un motore endotermico, e Figure 1 shows the normalized characteristic and the actual characteristic of the curve of the number of revolutions of the crankshaft of an internal combustion engine, and
la figura 2 mostra la caratteristica effettiva dell'andamento del numero di giri dell'albero a gomiti del motore endotermico. Figure 2 shows the actual characteristic of the number of revolutions of the crankshaft of the internal combustion engine.
Con le figure s'intende illustrare come per i procedimenti secondo l'invenzione si determina la carica di gas nella camera di combustione di un motore endotermico. La carica di gas determinata viene quindi utilizzata per la correzione di una coppia effettiva applicata dal motore endotermico. La coppia effettiva è stata determinata valutando l'andamento del numero di giri dell'albero a gomiti del motore endotermico . With the figures it is intended to illustrate how for the processes according to the invention the gas charge in the combustion chamber of an internal combustion engine is determined. The determined gas charge is then used for the correction of an effective torque applied by the internal combustion engine. The actual torque was determined by evaluating the trend in the number of revolutions of the crankshaft of the internal combustion engine.
Per i procedimenti secondo l'invenzione per determinare la coppia effettiva applicata dal motore endotermico si impiega un trasduttore induttivo del numero di giri. Il trasduttore del numero di giri in primo luogo presenta una ruota dentata trasduttrice associata all'albero a gomiti del motore endotermico e in secondo luogo un rilevatore induttivo fisso. Nel caso di una rotazione dell'albero a gomiti e della ruota dentata trasduttrice nel rilevatore dai denti passanti anteriormente vengono indotti impulsi di tensione. Si misurano le distanze temporali degli influssi di tensione rispettivamente dei denti della ruota dentata trasduttrice ,e i cosiddetti tempi dei denti tz. Dai tempi dei denti tz e dal numero complessivo Z dei denti della ruota dentata trasduttrice è possibile determinare quindi l'andamento del numero di giri n dell'albero a gomiti (n = 1 / (tz * Z)). Il numero di giri n dell'albero a gomiti può essere senz'altro convertito nella velocità angolare Omega dell'albero a gomiti(0mega=2 * pi * n). Valutando i tempi dei denti tz, il numero di giri n dell'albero a gomiti oppure la velocità angolare Omega dell'albero a gomiti si determina la coppia effettiva M_ist applicata dal motore endotermico. For the methods according to the invention, an inductive speed transducer is used to determine the effective torque applied by the internal combustion engine. The speed transducer firstly has a transducer gear wheel associated with the crankshaft of the internal combustion engine and secondly a fixed inductive detector. In the case of a rotation of the crankshaft and the transducer sprocket, voltage pulses are induced in the detector by the teeth passing in front. The time distances of the voltage influences of the transducer sprocket teeth respectively and the so-called tooth times tz are measured. From the times of the teeth tz and the total number Z of the teeth of the transducer sprocket, it is therefore possible to determine the course of the crankshaft speed n (n = 1 / (tz * Z)). The number of revolutions n of the crankshaft can certainly be converted into the angular velocity Omega of the crankshaft (0mega = 2 * pi * n). By evaluating the timing of the teeth tz, the number of revolutions n of the crankshaft or the angular velocity Omega of the crankshaft, the effective torque M_ist applied by the internal combustion engine is determined.
Per motori endotermici convenzionali, che vengono fatti funzionare con Lambda = 1, una miscela combustibile-aria in un rapporto di 1:1 si trova nella camera di combustione del motore endotermico. Motori endotermici di più recente modalità costruttiva per ridurre il consumo, i gas di scarico e, oppure i rumori di combustione vengono fatti funzionare crescentemente in modo magro (ossia con Lambda > 1) oppure con riciclo dei gas di scarico (AGR). La miscela combustibile-aria per tali motori endotermici può essere smagrita fino ad un rapporto di 1:5 (Lambda = 5). L'aria contenuta aggiuntivamente in una camera di combustione del motore endotermico per un funzionamento del motore endotermico con Lambda > 1, rispettivamente il gas di scarico aggiuntivamente contenuto porta ad una variazione dei tempi dei denti tz, dell'andamento del numero di giri n e quindi anche della velocità angolare Omega dell'albero a gomiti, senza portare effettivamente ad un'altra coppia effettiva M_ist applicata dal motore endotermico. In particolare in seguito alla più alta carica di gas della camera di combustione durante la fase di compressione si verifica una frenatura dell'albero a gomiti e nella successiva fase di espansione si verifica un'accelerazione dell'albero a gomiti. La frenatura dell'albero a gomiti si rende osservabile con un aumento anticipato dei tempi dei denti tz, mentre l'accelerazione dell'albero a gomiti si rende osservabile con una anticipata riduzione dei tempi dei denti tz. For conventional internal combustion engines, which are operated with Lambda = 1, a fuel-air mixture in a ratio of 1: 1 is found in the combustion chamber of the internal combustion engine. Endothermic engines of the most recent construction method to reduce consumption, exhaust gases and / or combustion noises are made to operate gradually in a lean way (i.e. with Lambda> 1) or with exhaust gas recycling (AGR). The fuel-air mixture for these endothermic engines can be leaned down to a ratio of 1: 5 (Lambda = 5). The additionally contained air in a combustion chamber of the internal combustion engine for an internal combustion engine operation with Lambda> 1, or the additionally contained exhaust gas leads to a change in the timing of the teeth tz, the speed course n and therefore also of the angular velocity Omega of the crankshaft, without actually leading to another effective torque M_ist applied by the internal combustion engine. In particular, due to the higher gas charge of the combustion chamber during the compression phase, a braking of the crankshaft occurs and in the subsequent expansion phase an acceleration of the crankshaft occurs. The braking of the crankshaft can be observed with an anticipated increase in the times of the teeth tz, while the acceleration of the crankshaft can be observed with an anticipated reduction in the times of the teeth tz.
Pertanto in seguito alla carica di gas durante il funzionamento del motore endotermico con Lambda > 1 viene falsata la coppia effettiva M_ist determinata applicata dal motore endotermico. Per questo motivo è necessario determinare la carica di gas della camera di combustione e correggere la coppia effettiva determinata M_ist del motore endotermico in dipendenza della carica di gas. Therefore, following the gas charge during the operation of the internal combustion engine with Lambda> 1, the actual torque M_ist determined applied by the internal combustion engine is distorted. For this reason it is necessary to determine the gas charge of the combustion chamber and correct the determined effective torque M_ist of the internal combustion engine as a function of the gas charge.
Negli esempi di realizzazione secondo le figure 1 e 2 viene valutata la caratteristica dei tempi dei denti tz per determinare la carica di gas. Tuttavia i procedimenti secondo l'invenzione sono attuabili senz'altro anche valutando la caratteristica di altre grandezze ricavate dai tempi dei denti tz. Una tale grandezza è ad esempio il numero di giri n dell'albero a gomiti oppure la velocità angolare Omega dell'albero a gomiti. In the embodiment examples according to Figures 1 and 2, the time characteristic of the teeth tz is evaluated to determine the gas charge. However, the methods according to the invention can certainly also be implemented by evaluating the characteristics of other quantities obtained from the times of the teeth tz. Such a quantity is, for example, the crankshaft speed n or the crankshaft angular velocity Omega.
Per il procedimento secondo l'invenzione viene riportata una caratteristica effettiva tz(z) dei tempi dei denti tz in funzione dei singoli denti z della ruota dentata trasduttrice (curva 1 in figura 1 e in figura 2). Per determinare la carica di gas della camera di combustione del motore endotermico si determinano gli scostamenti della caratteristica effettiva tz(z) dei tempi dei denti tz relativamente ad una caratteristica normalizzata tz_norm(z) rilevata per Lambda = 1 (curva 2 in figura 1) dei tempi dei denti tz_norm. La caratteristica effettiva 1 per Lambda > 1 si scosta decisamente dalla caratteristica normalizzata 2. Gli scostamenti della caratteristica effettiva 1 dalla caratteristica normalizzata 2 possono essere determinati in diversi modi. For the method according to the invention, an effective characteristic tz (z) of the times of the teeth tz is reported as a function of the individual teeth z of the transducer toothed wheel (curve 1 in Figure 1 and in Figure 2). To determine the gas charge of the combustion chamber of the endothermic engine, the deviations of the effective characteristic tz (z) of the times of the teeth tz are determined in relation to a normalized characteristic tz_norm (z) measured for Lambda = 1 (curve 2 in figure 1) of the times of the teeth tz_norm. The actual characteristic 1 for Lambda> 1 deviates significantly from the standard characteristic 2. The deviations of the actual characteristic 1 from the standard characteristic 2 can be determined in various ways.
Durante una rotazione doppia dell'albero a gomiti ognuno dei cilindri del motore endotermico esegue una corsa di lavoro. Pertanto si ottiene il numero dei denti della ruota dentata trasduttrice, comprendente una corsa di lavoro di un cilindro, dal quoziente del numero di denti doppio della ruota dentata trasduttrice e del numero dei cilindri del motore endotermico . Utilizzando una ruota dentata 60-2, che presenta 60 denti sul proprio contorno, laddove due denti sono soltanto immaginari, ossia non sono realmente eseguiti e formano uno spazio interdentale, per un motore endotermico da 4 cilindri si ottiene pertanto che la corsa di lavoro z_hub di un cilindro comprende trenta denti (2 * 60 denti / 4 cilindri = 30). Negli esempi di realizzazione secondo le figure 1 e 2 si considera una corsa di lavoro z_hub, che va dal dente z = 13 fino a z = 43. During a double rotation of the crankshaft each of the cylinders of the internal combustion engine performs a working stroke. Therefore, the number of teeth of the transducer toothed wheel, comprising a working stroke of a cylinder, is obtained from the quotient of the double number of teeth of the transducer toothed wheel and of the number of cylinders of the internal combustion engine. Using a toothed wheel 60-2, which has 60 teeth on its contour, where two teeth are only imaginary, i.e. they are not really made and form an interdental space, for a 4-cylinder internal combustion engine we therefore obtain that the working stroke z_hub of a cylinder comprises thirty teeth (2 * 60 teeth / 4 cylinders = 30). In the embodiment examples according to Figures 1 and 2, a working stroke z_hub is considered, ranging from tooth z = 13 to z = 43.
Per il primo procedimento secondo l'invenzione (vedere figura 1) in un primo momento viene definita la caratteristica normalizzata tz_norm(z) 2 dei tempi dei denti tz_norm per il funzionamento del motore endotermico con Lambda = 1. Successivamente dagli scostamenti della caratteristica effettiva tz(z) 1 dei tempi dei denti z rispetto alla caratteristica normalizzata tz_norm(z) 2 viene determinata la carica di gas nella camera di combustione del motore endotermico. A tale scopo la caratteristica normalizzata 2 dei tempi dei denti tz nella corsa di lavoro z_hub di un cilindro del motore endotermico viene intensificata, cosicché gli estremi della caratteristica normalizzata 2 e della caratteristica effettiva 1 hanno lo steso valore per il tempo dei denti tz. For the first method according to the invention (see Figure 1), the standardized characteristic tz_norm (z) 2 of the tooth times tz_norm for the operation of the internal combustion engine with Lambda = 1 is first defined. Subsequently, the deviations of the effective characteristic tz (z) 1 of the times of the teeth z with respect to the normalized characteristic tz_norm (z) 2 the gas charge in the combustion chamber of the internal combustion engine is determined. For this purpose, the normalized characteristic 2 of the times of the teeth tz in the working stroke z_hub of a cylinder of the internal combustion engine is intensified, so that the extremes of the standardized characteristic 2 and of the effective characteristic 1 have the same value for the time of the teeth tz.
Successivamente viene determinata una prima superficie FI fra la caratteristica normalizzata 2 e la caratteristica effettiva 1 dei tempi dei denti tz nella prima metà della corsa di lavoro z_hub e una seconda superficie F2 fra la caratteristica normalizzata 2 e la caratteristica effettiva 1 dei tempi dei denti tz nella seconda metà della corsa di lavoro z_hub. Negli esempi di realizzazione secondo le figure 1 e 2 la prima metà della corsa di lavoro z_hub corrisponde pertanto ai denti z - 13 fino a z = 28 e la seconda metà della corsa di lavoro z_hub corrisponde ai denti z = 29 fino a z = 43. Subsequently, a first surface FI is determined between the normalized characteristic 2 and the effective characteristic 1 of the times of the teeth tz in the first half of the working stroke z_hub and a second surface F2 between the standardized characteristic 2 and the effective characteristic 1 of the times of the teeth tz in the second half of the z_hub working stroke. In the embodiment examples according to Figures 1 and 2, the first half of the working stroke z_hub therefore corresponds to the teeth z - 13 to z = 28 and the second half of the working stroke z_hub corresponds to the teeth z = 29 to z = 43.
Per il secondo procedimento secondo l'invenzione (vedere figura 2) in un primo momento viene determinata una linea di base risultante dalla linea di collegamento dei minimi della caratteristica effettiva. Successivamente viene determinata la prima superficie FI fra la caratteristica effettiva 1 dei tempi dei denti tz e la linea di base nella prima metà di una corsa di lavoro z_hub di un cilindro del motore endotermico e una seconda superficie f2 fra la caratteristica effettiva 1 dei tempi dei denti e la linea di base nella seconda metà della corsa di lavoro z_hub . For the second method according to the invention (see Figure 2), a baseline resulting from the minimum connecting line of the actual characteristic is first determined. The first surface FI is then determined between the effective characteristic 1 of the times of the teeth tz and the base line in the first half of a working stroke z_hub of a cylinder of the internal combustion engine and a second surface f2 between the effective characteristic 1 of the times of the teeth and the baseline in the second half of the z_hub working stroke.
La prima superficie FI e la seconda superficie F2 negli esempi di realizzazione secondo le figure 1 e 2 comprendono l'intera superficie fra la caratteristica normalizzata 2 e la caratteristica effettiva 1 rispettivamente fra la caratteristica effettiva 1 e la linea di base in una metà della corsa di lavoro z_hub. Le due superfici FI, F2 del primo procedimento rispettivamente del secondo procedimento però possono essere scelte anche in un intervallo a piacere nell'ambito della prima metà rispettivamente della seconda metà della corsa di lavoro z_hub. Per una determinazione affidabile e precisa della carica di gas nella camera di combustione in base ad entrambe le superfici è tuttavia importante che si considerino sempre le stesse prime e seconde superfici FI, F2 nell'ambito della rispettiva corsa di lavoro z_hub. The first surface F1 and the second surface F2 in the embodiment examples according to Figures 1 and 2 comprise the entire surface between the standardized characteristic 2 and the effective characteristic 1 respectively between the effective characteristic 1 and the base line in one half of the stroke working z_hub. The two surfaces F1, F2 of the first method respectively of the second method, however, can also be selected in a desired interval within the first half or the second half of the working stroke z_hub. However, for a reliable and precise determination of the gas charge in the combustion chamber on the basis of both surfaces, it is important that the same first and second surfaces FI, F2 are always considered within the respective working stroke z_hub.
Dalla differenza fra la prima superficie FI e la seconda superficie F2 viene quindi determinata una misura A per la carica di gas della camera di combustione. Alternativamente viene determinata la misura A per la carica di gas dal rapporto fra la prima superficie FI e la seconda superficie F2. Dalla misura A per la carica di gas infine viene determinata la carica di gas m_L nella camera di combustione del motore endotermico. From the difference between the first surface F1 and the second surface F2, a measurement A is then determined for the gas charge of the combustion chamber. Alternatively, the measurement A for the gas charge is determined from the ratio between the first surface F1 and the second surface F2. Finally, from measurement A for the gas charge, the gas charge m_L in the combustion chamber of the internal combustion engine is determined.
La coppia effettiva M_ist, determinata conformemente al procedimento secondo l'invenzione ed applicata dal motore endotermico viene corretta in dipendenza della carica di gas determinata m_L della camera di combustione. Per la correzione della coppia determinata M_ist tuttavia è possibile utilizzare anche direttamente la misura A per la carica di gas, senza determinare da ciò preventivamente la carica di gas m_L. E' inoltre senz'altro pensabile il fatto di utilizzare un'altra grandezza qualsiasi, ricavabile dalla misura A per la carica di gas, per la correzione della coppia effettiva determinata M_ist. The effective torque M_ist, determined according to the method according to the invention and applied by the internal combustion engine, is corrected according to the determined gas charge m_L of the combustion chamber. However, for the correction of the determined torque M_ist it is also possible to use the measurement A directly for the gas charge, without previously determining the gas charge m_L from this. It is also undoubtedly conceivable to use any other quantity, obtainable from measurement A for the gas charge, for the correction of the determined effective torque M_ist.
La carica di gas m_L nella camera di combustione del motore endotermico viene determinata dal prodotto della misura A per la carica di gas e di un fattore di proporzionalità k_p. La carica di gas pertanto risulta dall'equazione : The gas charge m_L in the combustion chamber of the internal combustion engine is determined by the product of measurement A for the gas charge and a proportionality factor k_p. The gas charge therefore results from the equation:
Il fattore di proporzionalità k_p viene determinato prima della determinazione propriamente detta della coppia effettiva M_ist applicata dal motore endotermico. A tale scopo si misura un valore effettivo della carica di gas m_L_ist nella camera di combustione del motore endotermico diversamente, ad esempio su un banco di prova per motori. Il fattore di proporzionalità k_p viene determinato dal quoziente fra il valore effettivo misurato m_L_ìst della carica di gas e la misura determinata A per la carica di gas con un motore endotermico presentante tolleranze il più possibile modeste. Il fattore di proporzionalità risulta pertanto dall'equazione The proportionality factor k_p is determined before the proper determination of the effective torque M_ist applied by the internal combustion engine. For this purpose, an actual value of the gas charge m_L_ist in the combustion chamber of the internal combustion engine is measured differently, for example on an engine test bench. The proportionality factor k_p is determined by the quotient between the actual measured value m_L_ìst of the gas charge and the determined measure A for the gas charge with an internal combustion engine with tolerances as low as possible. The proportionality factor therefore results from the equation
Il fattore di proporzionalità k_p viene attuato prima dell'esecuzione del procedimento per determinare la coppia effettiva M_ist applicata dal motore endotermico e viene memorizzato in maniera adeguata. Durante la determinazione della camera di gas m_L quindi è possibile ricorrere al fattore di proporzionalità memorizzato k_p. La determinazione del fattore di proporzionalità k_p dovrà avvenire per ogni tipo di motore endotermico. Il fattore di proporzionalità determinato k_p può essere impiegato quindi per tutti i motori endotermici di questa serie tipologica . The proportionality factor k_p is implemented before the execution of the procedure to determine the effective torque M_ist applied by the internal combustion engine and is stored in an appropriate manner. During the determination of the gas chamber m_L it is therefore possible to use the stored proportionality factor k_p. The determination of the proportionality factor k_p must take place for each type of internal combustion engine. The determined proportionality factor k_p can therefore be used for all endothermic engines of this typological series.
Il procedimento secondo l'invenzione viene impiegato preferibilmente per motori magri o permotori a carica stratificata per determinare la coppia effettiva M_ist applicata dal motore endotermico. The method according to the invention is preferably used for lean or stratified charge engines to determine the effective torque M_ist applied by the internal combustion engine.
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