ITMI20010701A1 - Metodo e apparacchiatura per il controllo delle emissioni nocive di motori a combustione interna - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE PER BREVETTO DI INVENZIONE Avente titolo: METODO E APPARECCHIATURA PER IL CONTROLLO DELLE EMISSIONI NOCIVE DI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA.
SFONDO DELL'INVENZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un metodo ed alla relativa apparecchiatura per il controllo delle emissioni di gas nocivi di motori a combustione interna, in particolare motori a ciclo "Otto" di piccola cilindrata, a due o a quattro tempi per motoveicoli provvisti di un sistema di alimentazione a carburatore, secondo cui il motore viene alimentato con un flusso di una miscela combustibile, comprendente aria di combustione primaria ed aria di combustione secondaria per completare la combustione dei gas in un sistema di scarico catalizzato .
L'aggravarsi delle condizioni ambientali ed il crescente inquinamento da gas nocivi emessi dai numerosi veicoli in circolazione, ha reso maggiormente critico il problema delle emissioni nocive, ed ha conseguentemente portato all'introduzione di normative più severe, con la conseguente necessità di ricercare nuove soluzioni atte a ridurre sostanzialmente l'emissione di gas incombusti.
STATO DELL'ARTE
Per risolvere in parte il problema degli incombusti, in generale si ricorre all'impiego di sistemi di post-combustione di tipo catalitico, che per certi aspetti sono penalizzati dalle condizioni di lavoro del motore, dalla loro temperatura e dalla quantità di aria o di ossigeno disponibile per la post-combustione.
In generale si deve agire sul rapporto ariacombustibile, vale a dire sul titolo della miscela alimentata al motore, lavorando in eccesso d'aria per consentire una completa post-combustione degli idrocarburi incombusti .
Al fine di limitare l'emissione di gas nocivi, risulta quindi importante disporre non solo di idonei sistemi catalitici di post-combustione, ma è altresì importante effettuare una buona taratura del sistema di alimentazione, coordinandolo al sistema di accensione.
La taratura e la gestione del sistema di alimentazione, in generale deve tenere presente di molteplici fattori di funzionamento del motore, ad esempio la velocità di rotazione, la quantità di aria nella miscela combustibile alimentata al motore, la temperatura dell'aria, la temperatura del motore, nonché delle condizioni di utilizzo variabili, particolarmente nei transitori, nelle condizioni di funzionamento parzializzate, nella fase di preriscaldamento o di accensione iniziale.
SCOPI DELL'INVENZIONE
Scopo principale della presente invenzione è di fornire un metodo ed un'apparecchiatura per il controllo delle emissioni nocive di motori a combustione interna, mediante ì quali è possibile ottenere una sostanziale riduzione delle emissioni di incombusti, attraverso un'appropriata gestione del sistema di alimentazione della miscela combustibile, che consente di introdurre un nuovo grado di libertà nella taratura del sistema di alimentazione stesso.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è di fornire un metodo ed un'apparecchiatura come sopra precisato, mediante i quali è possibile effettuare un coordinamento fra il sistema di alimentazione ed il sistema di accensione, sia durante una fase di riscaldamento iniziale del motore, che nelle normali condizioni di funzionamento con motore a regime durante la marcia del motoveicolo .
Un ulteriore scopo ancora della presente invenzione è di fornire un metodo ed un'apparecchiatura per gli scopi sopra precisati, mediante i quali è possibile effettuare una gestione integrata della funzione di "starter automatico", del carburatore.
Un ulteriore scopo ancora dell'invenzione è di fornire un'apparecchiatura per la gestione del sistema di alimentazione di un motore a combustione interna, che non solo consente una sostanziale riduzione delle emissioni nocive, ma che è anche tale da consentire un facile inserimento su veicoli già ingegnerizzati e industrializzati, senza dover provvedere ad onerose modifiche nei suoi componenti fondamentali.
BREVE DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE
Quanto sopra è conseguibile mediante un metodo per il controllo delle emissioni nocive di motori a combustione interna secondo la rivendicazione 1, nonché mediante un'apparecchiatura secondo la rivendicazione 6.
In generale, secondo l'invenzione si è fornito un metodo per il controllo delle emissioni nocive di motori a combustione interna, secondo cui il motore viene alimentato con una miscela combustibile mediante un carburatore comprendente una valvola di regolazione, ed in cui il motore è collegato allo scarico mediante un dispositivo catalitico di post-combustione, caratterizzato dalle seguenti fasi:
- rilevare selettivamente dati di processo da almeno alcuni parametri funzionali del motore, comprendenti la velocità di rotazione del motore e le condizioni di carico del motore;
- alimentare una quantità dosata di aria di combu-stione secondaria nella miscela combustibile, mediante un condotto derivato tra il lato di entrata ed il lato di uscita dal carburatore, prevedendo in detto condotto derivato una elettrovalvola di controllo del flusso; e di
- controllare la quantità di aria secondaria immessa nella miscela combustibile modulando, in modo programmato, il rapporto fra il tempo di apertura ed il tempo di chiusura dell'elettrovalvola di controllo, durante ciascun periodo di un segnale ciclico di alimentazione dell'elettrovalvola stessa, in funzione di dati di processo rilevati da detti parametri funzionali del motore.
Secondo un altro aspetto dell'invenzione, si è fornita un'apparecchiatura per il controllo delle emissioni nocive di motori a combustione interna, particolarmente adatta per l'attuazione del metodo precedentemente riferito, secondo cui il motore viene alimentato, mediante un carburatore, con una miscela combustibile comprendente aria di combustione primaria ed in cui il motore è collegato allo scarico mediante un dispositivo catalitico di post-combustione, caratterizzata dal fatto di comprendere :
- un condotto per l'alimentazione di aria di combustione secondaria, provvisto di una elettrovalvola di controllo, detto condotto essendo derivato tra il lato di entrata ed il lato di uscita del carburatore;
- un primo sensore atto a fornire un dato di processo indicativo della velocità di rotazione del motore;
- un secondo sensore atto a fornire un dato di processo indicativo delle condizioni di carico del motore; ed
- un'unità elettronica di controllo alimentata in ingresso con i dati rilevati da detti sensori, detta unità elettronica di controllo essendo programmata per comandare ciclicamente l'apertura dell'elettrovalvola di controllo dell'aria di combustione secondaria, modulandone il rapporto fra il tempo di apertura ed il tempo di chiusura dell'elettrovalvola di controllo, durante ciascun periodo di un segnale ciclico di alimentazione dell'elettrovalvola stessa, in funzione dei dati di processo rilevati dal primo e rispettivamente dal secondo dei sensori suddetti.
Per gli scopi della presente invenzione, con l'espressione "condizioni di carico del motore" usualmente si intende una condizione di controllo della carburazione in funzione dell'apertura della valvola del carburatore e/o della depressione esistente a valle del carburatore stesso, sentita mediante un apposito sensore di depressione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Queste ed ulteriori caratteristiche del metodo e dell'apparecchiatura di controllo delle emissioni nocive di motori a combustione interna, secondo la presente in-venzione, risulteranno maggiormente dalla descrizione che segue e dagli esempi dei disegni allegati, in cui:
- Fig. 1 rappresenta lo schema a blocchi generale dell'apparecchiatura;
- Fig. 2 mostra in dettaglio l'unità elettronica di controllo di Fig.l;
- Fig. 3 è un grafico atto ad illustrare le modalità di modulazione della valvola di controllo del flusso d'aria secondaria;
- Fig. 4 è uno schema illustrante le modalità di controllo dello starter del carburatore;
- Fig. 5 è uno schema illustrante le modalità di controllo delle fasi di accensione durante il riscaldamento iniziale del motore, rispettivamente durante il normale funzionamento a regime.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE
In Fig. 1 con 10 è stato schematicamente indicato un motore a combustione interna, del tipo precisato, collegato tramite un condotto 11 al lato di uscita di un carburatore 12 che alimenta una miscela combustibile comprendente un flusso di aria di combustione primaria che viene aspirata dall'esterno tramite un filtro 13; il flusso della miscela è opportunamente regolato da una valvola 14 interna al carburatore.
Con 15 in Fig. 1 è stato indicato un condotto derivato tra il filtro dell'aria 13, a monte del carburatore 12, ed il lato di uscita del carburatore stesso, in un punto del condotto 11 di alimentazione della miscela al motore 10.
Il condotto derivato 15 per l'alimentazione dell'aria di combustione secondaria, comprende a sua volata una valvola 16 di controllo del flusso, costituita ad esempio da un'elettrovalvola, il cui ciclo funzionale verrà più avanti spiegato con riferimento alle figure 2 e 3 dei disegni allegati.
Sempre in Fig. 1 con 17 è stato indicato lo starter del carburatore 12, mentre con 18 è stata schematicamente indicata un'unità elettronica di controllo che governa il funzionamento dell'intera apparecchiatura, in particolare la valvola 16 di controllo del flusso d'aria secondaria, lo starter 17 del carburatore 12, ed il circuito di accensione 19 del motore 10.
Nella stessa Fig. 1, con 20 è stato indicato un primo sensore della posizione di apertura della valvola 14 del carburatore, che può essere derivata ad esempio dalla posizione del comando dell'acceleratore, per fornire all'unità elettronica di controllo 18 un primo dato di processo DI correlato ad un primo parametro funzionale, corrispondente alla quantità di miscela combustibile alimentata al motore, dipendente dalla percentuale di apertura della stessa valvola 14 del carburatore.
Con 21 è stato indicato un secondo sensore atto a rilevare la temperatura dell'aria aspirata dal carburatore 12, in modo da fornire all'unità di comando 18 un secondo dato di processo D2 correlato ad un secondo parametro funzionale del motore.
Con 22 è stato invece indicato un terzo sensore di temperatura del motore, atto a fornire all'unità di controllo 18 un terzo dato di processo D3, mentre con 23 è stato indicato un sensore di fase del motore, per fornire sia all'unità elettronica di controllo 18 che all'accensione 19, un quarto dato di processo D4.
Con 24 in Fig. 1 è stato infine indicato un sistema catalizzato di post-combustione dei gas di scarico.
La Fig. 2 dei disegni allegati mostra in dettaglio l'unità elettronica di controllo 18, nei suoi componenti principali .
Come mostrato, l'unità di controllo 18 comprende un micro-controllore 25 a sua volta comprendente un'unità di processo centrale, CPU, una memoria 26 nella quale vengono memorizzati, ad esempio in forma tabellare, i principali algoritmi di controllo dell'apparecchiatura, nonché comprende un temporizzatore 27 ed un convertitore analogico/digitale A/D.
Il convertitore A/D è collegato alle uscite di un circuito 29 di condizionamento degli ingressi analogici che riceve in entrata i segnali DI, D2, D3 dei sensori 20, 21 e 22. Un ulteriore sensore di temperatura 30 può essere previsto in forma strutturalmente integrata nella stessa unità di controllo 18, in alternativa ai due sensori di temperatura 21 e 22.
Dalla Fig. 2 si nota che il sensore di fase 23 fornisce in uscita un segnale o dato di processo D4 che viene inviato al temporizzatore 27 del microcontrollore, attraverso un circuito di condizionamento 31; inoltre l'uscita II del micro-controllore, è inviata ad un circuito 32 di alimentazione dell'elettrovalvola 16 di controllo del flusso di aria secondaria, mentre l'uscita 12 è inviata ad un circuito 33 di alimentazione dello starter automatico 17; quest'ultimo, come noto, comprende un elemento resistivo, generalmente un PTC, che riscalda un quantitativo di una cera il cui volume cambia sensibilmente in funzione della temperatura.
L'espansione di tale materiale muove un dispositivo che va ad occludere progressivamente un circuito ausiliario del carburatore, in grado di determinare l'afflusso di una certa quantità di miscela combustibile al motore. Il funzionamento e le modalità di controllo dello starter verranno più avanti spiegate con riferi-mento allo schema di Fig. 4.
Infine con 34 in Fig. 2 è stato indicato un circuito di alimentazione dell'unità di controllo 18, collegato ad una sorgente di potenza 35 in corrente continua, ad esempio ad una batteria.
Come precedentemente riferito, l'unità di controllo 18, tramite la valvola 16 di controllo del flusso d'aria secondaria, agisce per modificare il titolo, vale a dire il rapporto aria/benzina nella miscela combustibile alimentata al motore 10, che nei sistemi di alimentazione convenzionali è definito unicamente dalle caratteristiche e dalle condizioni di taratura del carburatore 12.
Secondo la presente invenzione, l'unità di controllo 18 gestisce l'alimentazione del flusso di aria di combustione secondaria, controllando ciclicamente il tempo di apertura della valvola 16 del condotto di alimentazione 15, mediante un ciclo di attuazione qui di seguito definito con il termine inglese "duty cycle", in funzione dei dati di processo ottenuti dai parametri funzionali del motore, in particolare dai seguenti:
RPM = velocità di rotazione del motore 10 (giri al minuto) fornita dal sensore di fase 31;
TPS = posizione dell'otturatore della valvola 16 di controllo del flusso d'aria secondaria, espressa in apertura percentuale, fornita dal sensore 20;
Teng = temperatura del motore 10 rilevata dal sensore 22;
Tas = temperatura dell'aria aspirata rilevata dal sensore di temperatura 21.
Il regime di rotazione RPM viene valutato dal micro-controllore 33 interfacciandosi con il circuito di condizionamento 31 e al sensore di fase 31, utilizzando anche il sistema di accensione 19 per la corretta temporizzazione della scintilla. Il circuito di condizionamento 31 deve quindi essere dimensionato in modo da non compromettere il corretto funzionamento dell'accensione, presentando un'impedenza di ingresso maggiore di quella dello stesso circuito di accensione 19.
La temperatura Teng del motore e Tas dell'aria aspirata, per semplicità costruttiva e per riduzione dei costi, possono essere rilevate da un unico sensore 30 strutturalmente integrato nell'unità elettronica di controllo 18 che, previo opportuno posizionamento della stessa in prossimità del motore, fornisce un'indicazione di compromesso tra le due temperature suddette; da prove pratiche, questa soluzione ha dato risultati soddisfacenti.
L'apertura della valvola 14 del carburatore, può essere acquisita ad esempio dal comando dell'acceleratore, condizionando opportunamente il segnale fornito da un potenziometro collegato alla rotazione della manopola di comando.
Il controllo della quantità di aria secondaria che fluisce nel circuito derivato 15, a cavallo tra il lato di entrata ed il lato di uscita del carburatore 12, avviene secondo un metodo di modulazione dell'ampiezza di fase (PWM), il cui principio consiste nel comandare una valvola di tipo aperto/chiuso con un segnale avente una frequenza costante, nel caso specifico una frequenza di circa 10Hz, variando il tempo durante il quale in ogni periodo la valvola rimane aperta; questo tempo, diviso per il periodo stesso, viene normalmente indicato con il termine inglese "duty cycle". Modulare il "duty cycle" equivale dunque a modulare la portata d'aria secondaria che fluisce nel circuito derivato; consente quindi di agire sul rapporto aria/benzina della miscela alimentata al motore, fornendo quell'eccesso d'aria necessario per completare la combustione dei gas di scarico, nel dispositivo catalitico di post-combustione 24.
In pratica questo controllo della quantità d'aria ausiliaria, effettuato dal micro-controllore 24 in funzione dei dati di processo ricevuti dai vari sensori, fornisce un grado di libertà aggiuntivo nella taratura del sistema di alimentazione, rispetto alle modalità di taratura di un sistema di alimentazione convenzionale.
Un esempio di "duty cycle" di modulazione dell'apertura della valvola 16 di controllo del flusso d'aria ausiliaria, è rappresentato in Fig. 3 dei disegni allegati dove con T è stata indicata la durata del ciclo di modulazione e con Ton il tempo di apertura della valvola di controllo 16; il "duty cycle" di modulazione è dato dalla seguente relazione
Si deve tuttavia considerare che il peso della modulazione del "duty cycle" sul valore di λ, vale a dire sul rapporto aria/benzina riferito al valore stechiometrico, dipende anche dallo stato di apertura della valvola 14 che parzializza il flusso principale del carburatore 12.
Se si indica con Φ1 il valore del flusso di aria alimentato dal carburatore 12, e con λΐ il rispettivo rapporto aria/benzina definito dalla taratura del carburatore stesso, nonché se si indica con Φ2 il valore del flusso di aria secondaria alimentata al motore 10,il flusso totale Φ3 dì aria alimentata al motore 10 sarà: Φ la quantità di combustibile presente all'uscita del carburatore sarà pari a Φΐ/λΐ.
Pertanto, il reale rapporto aria/benzina della mi-scela alimentata al motore sarà dato da:
D a quanto precede risulta dunque evidente che nel programmare il micro-processore dell'unità di controllo 18, si dovrà fare in modo che le sue uscite II e 12 for-niscano gli opportuni segnali di controllo per la valvo-la 16 del circuito dell'aria secondaria, e del dispositivo di starter, in funzione dei dati di processo ricevuti dai vari sensori che verranno elaborati in modo programmato, secondo opportuni algoritmi di controllo e di calcolo dei tempi e delle modalità di modulazione della valvola 16.
Come precisato, il controllo delle emissioni nocive si attua intervenendo sul titolo della miscela combustibile aria/benzina alimentata al motore 10, agendo su diversi parametri, in particolare sul "duty cycle" di modulazione del segnale di comando della valvola 16 del circuito di alimentazione del flusso d'aria ausiliaria, in parallelo al carburatore 12, e sullo stato di alimentazione del dispositivo di starter automatico 17 del carburatore 12.
L'unità di controllo 18 agirà dunque, tramite la valvola di controllo 16 e il dispositivo di starter 17, per modificare di volta in volta il titolo della miscela, in particolare per aumentare o diminuire la quantità d'aria necessaria nelle diverse condizioni di utilizzo del motore 10, titolo che diversamente sarebbe definito unicamente dalle caratteristiche e dalle normali condizioni di taratura del carburatore.
Nella descrizione che segue verranno illustrati i principali algoritmi di controllo che caratterizzando la relazione tra i dati di ingresso ed i segnali alle uscite dell'unità di controllo 18; indicando con:
RPM il regime di rotazione del motore (giri al minuto) ;
TPS la posizione del comando dell'acceleratore del motoveicolo su cui l'apparecchiatura è montata (percentuale di apertura della valvola 14 del carburatore);
Tmp la temperatura dell'unità di controllo 18 rilevata mediante il sensore 30 (centigradi);
VB la tensione della batteria 35 di alimentazione (Volt);
l'espressione con cui viene calcolato il "duty cycle" di modulazione della valvola di controllo 16 è data dalla seguente formula:
d
Le funzioni F2 ed F3 sono univocamente definite dall'interpolazione lineare di dati memorizzati in apposite tabelle contenute nella memoria 26 del microcontrollore 24; le tabelle dovranno ovviamente essere predisposte in fase di progetto dal costruttore e definite mediante opportune prove e/o criteri di calcolo che tengano conto delle condizioni di funzionamento variabili del motore 10, nonché delle differenti condizioni di utilizzazione a seconda che il motoveicolo si muova lungo un percorso in piano, in salita, in discesa, ovvero in condizioni parzializzate o stazionarie dell'alimentazione, comprendendo condizioni di funzionamento transitorie.
Le tabelle che seguono esemplificano, a puro titolo illustrativo, le varie funzioni FI, F2 e F3 di calcolo del "duty cycle"; i valori intermedi sono calcolati dall'unità di processo, per semplice interpolazione lineare .
TABELLA I FI (RPM, TPS)
prima riga sono riportate le velocità di rotazione del motore (RPM); nella prima colonna sono invece riportate le percentuali di apertura della valvola del carburatore (TPS), mentre nelle restanti colonne, in corrispondenza di ciascuna velocità di rotazione del motore e di ciascuna percentuale di apertura della valvola del carburatore, sono riportate le percentuali di apertura della valvola 16 di controllo del circuito di alimentazione dell'aria secondaria.
In questa seconda tabella relativa alla funzione F2, sono riportate le temperature (Tmp) rilevate dal sensore 30, per ciascuna delle quali vengono indicati dei coefficienti di correzione della percentuale di apertura della valvola 16, calcolata con la funzione FI della tabella precedente.
In questa terza tabella, relativa alla funzione F3, nella prima riga sono riportati i valori della tensione (VB) della batteria di alimentazione 35, mentre nella seconda riga sono riportate le corrispondenti percentuali di apertura della valvola 16 di controllo del flusso d'aria ausiliaria, da sommare al valore percentuale fornito dalle precedenti tabelle.
Infatti, è opportuno tener conto anche della tensione VB della batteria di alimentazione la quale, pur non avendo un'influenza diretta sul funzionamento del motore e del carburatore, può tuttavia determinare una variazione dell'aria di combustione secondaria, influenzando la velocità di apertura della valvola 16; la tensione della batteria VB viene quindi acquisita dall'unità di controllo per fornire una compensazione di questo effetto.
I dati nelle varie tabelle sono stati riportati solo in parte, in quanto unicamente esemplificativi di ipotetiche condizioni di impiego del motore 10. Pertanto, al variare del numero dei giri del motore, della percentuale di apertura della valvola del carburatore, della temperatura rilevata dal sensore 5, o dai sensori 21 e 22, ovvero in funzione della tensione della batteria di alimentazione 35, il micro-controllore 24 prow ederà ad effettuare gli opportuni calcoli ed a modulare il "duty cycle" del flusso d'aria secondaria alimentata al motore; inoltre, l'unità di controllo 18 prov evderà alla gestione dello starter automatico 17 del carburatore discriminando tra i due possibili stati di "starter alimentato" e di "starter non alimentato" in funzione della temperatura di soglia Tsg memorizzata nel microcontrollore 24, nel modo rappresentato dal diagramma di flusso di Fig. 4.
Da questa figura si nota che con il motore in moto, nella condizione in cui la temperatura Teng del motore risulta maggiore della temperatura di soglia Tsg (SI), il micro-controllore 24 con la sua uscita 12 abiliterà il circuito di alimentazione 23 del dispositivo di starter automatico 17.
Quando la suddetta proposizione non risulta verificata (NO), l'unità di controllo disabiliterà l'alimentazione del dispositivo di starter 17.
Al fine di ridurre ulteriormente le emissioni nocive, è altresì utile effettuare una corretta gestione della fase di preriscaldamento del motore, per garantire successivamente un buon processo di combustione.
E' infatti noto che una delle principali criticità dei sistemi di post-combustione catalizzati, consiste nella loro sostanziale inefficacia, finché la loro temperatura non raggiunge una certa soglia di attivazione ad ogni avviamento a freddo del motore.
Alla fase di accensione iniziale è in particolar modo legato uno dei parametri fondamentali per il raggiungimento della temperatura di regime del catalizzatore, costituito dalla temperatura dei gas di scarico.
Secondo un altro aspetto della presente invenzione si prevede dunque una gestione differenziata del circuito di accensione al momento dell'avviamento a freddo del motore, che mira ad ottenere un più rapido raggiungimento dello stato di attivazione del sistema di postcombustione catalizzato.
Quanto sopra viene ottenuto mediante l'apparecchiatura secondo l'invenzione, gestendo la fase di accensione durante il transitorio di riscaldamento del motore, in modo differenziato rispetto alla gestione della fase di accensione durante il normale funzionamento a regime del motore, per raggiungere più rapidamente la completa efficienza del sistema di post-combustione.
La strategia di controllo della fase di accensione durante il transitorio di riscaldamento è descritta nel diagramma di Fig. 5, dove nella parte sinistra è rappresentata schematicamente una generica curva A di gestione dell'anticipo della fase di accensione durante il transitorio di riscaldamento del motore, mentre nella parte destra è rappresentata una generica curva di gestione della fase di accensione durante il normale funzionamento a regime del motore.
In particolare, con riferimento alla figura suddetta, se si indica con:
Time = il tempo intercorso dall'avviamento del motore;
Tmax = il parametro che indica la durata massima del transitorio di riscaldamento, memorizzato nel microprocessore dell'unità di controllo;
Teng = la temperatura del motore rilevata dal sensore 21 o dal sensore 30;
Ts = la temperatura alla quale il motore si considera caldo, programmata nella memoria del microcontrollore 24 dell'unità di controllo;
ne discende che quando risulta soddisfatta (SI) la proposizione: l'unità di controllo 18 gestirà l'accensione 19 del motore in modo conforme alla fase programmata per il transitorio di preriscaldamento del motore; diversamente, quando tale proposizione non risulta verificata (NO), l'unità di controllo 18 gestirà l'accensione 19 in base ai dati parametrizzati per la fase di accensione a regime esemplificati dalla curva di destra in Fig. 5.
Da quanto detto e mostrato nelle varie figure dei disegni allegati, risulterà dunque evidente che si è fornito un metodo ed un'apparecchiatura per il controllo delle emissioni nocive di motori a combustione interna idonei a conseguire gli scopi voluti; in particolare consentono sia di controllare il sistema di alimentazione del combustibile al motore, sia di gestire le fasi di accensione in modo programmato, in funzione di dati di processo selettivamente rilevati da una serie di pa-rametri funzionali del motore, scelti tra la velocità di rotazione, la quantità di aria nella miscela combustibi-le alimentata al motore, in funzione della percentuale di apertura della valvola del carburatore, la temperatu-ra dell'aria aspirata, la temperatura del motore, ovvero la temperatura della stessa unità di controllo integrata con un apposito sensore, nonché di tener conto dell'influenza indiretta della tensione della batteria di alimentazione.
Si intende comunque che quanto è stato detto e mo-strato con riferimento ai disegni allegati, è stato dato a puro titolo esemplificativo, non limitativo dell'invenzione. Pertanto altre modifiche o varianti potranno essere apportate all'intera apparecchiatura e/o alle modalità del controllo della valvola di alimentazione dell'aria di combustione secondaria e/o dello starter, nonché della strategia di controllo delle fasi di accensione, senza con ciò allontanarsi dallo scopo delle rivendicazioni allegate.
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il controllo delle emissioni nocive di motori a combustione interna, secondo cui il motore viene alimentato con una miscela combustibile mediante un carburatore comprendente una valvola di regolazione, ed in cui il motore è collegato allo scarico mediante un dispositivo catalitico di post-combustione, caratterizzato dalle seguenti fasi: - rilevare selettivamente dati di processo da almeno alcuni parametri funzionali del motore, comprendenti la velocità di rotazione del motore e le condizioni di carico del motore; - alimentare una quantità dosata di aria di combustione secondaria nella miscela combustibile, mediante un condotto derivato tra il lato di entrata ed il lato di uscita dal carburatore, prevedendo in detto condotto derivato una elettrovalvola di controllo del flusso; e di - controllare la quantità di aria secondaria immessa nella miscela combustibile modulando, in modo programmato, il rapporto fra il tempo di apertura ed il tempo di chiusura dell'elettrovalvola di controllo durante ciascun periodo di un segnale ciclico di alimentazione dell'elettrovalvola stessa, in funzione di dati di processo rilevati da detti parametri funzionali del motore.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratteriz-zato dal fatto di rilevare ulteriormente la temperatura del motore e di variare la quantità di aria secondaria di combustione in funzione della temperatura rilevata.
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratteriz-zato dal fatto di rilevare la temperatura dell'aria aspirata e di variare la quantità di aria secondaria in funzione della temperatura rilevata.
- 4. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui il carburatore comprende un dispositivo di starter automatico caratterizzato dal fatto di alimentare il dispositivo di starter del carburatore con il motore in rotazione, quando la temperatura rilevata del motore risulta superiore ad una temperatura di soglia prefissata.
- 5. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, secondo cui un sensore di fase è operativamente connesso ad un'unità elettronica di controllo, ed in cui è prevista una fase di controllo del circuito di accensione nelle condizioni di funzionamento a regime del motore, ulteriormente caratterizzato dal fatto di prevedere una seconda fase differenziata di controllo del circuito di accensione durante un periodo di preriscaldamento del motore, e di attivare tale fase di controllo differenziato del circuito di accensione quando il tempo intercorso a partire dall'avviamento del motore, è inferiore ad un tempo prefissato indicativo della durata massima della fase di riscaldamento del motore, e quando la temperatura rilevata del motore risulta inferiore ad una temperatura di riferimento alla quale il motore si considera caldo.
- 6. Apparecchiatura per il controllo delle emissioni nocive di motori a combustione interna, secondo cui il motore viene alimentato mediante un carburatore con una miscela combustibile comprendente aria di combustione primaria, ed in cui il motore è collegato allo scarico mediante un dispositivo catalitico di post-combustione, caratterizzata dal fatto di comprendere: - un condotto per l'alimentazione di aria di combustione secondaria, provvisto di una elettrovalvola di controllo, detto condotto essendo derivato tra il lato di entrata ed il lato di uscita del carburatore; - un primo sensore atto a fornire un dato di processo indicativo della velocità di rotazione del motore; - un secondo sensore atto a fornire un dato di processo indicativo delle condizioni di carico del motore; ed - un'unità elettronica di controllo alimentata in ingresso con i dati rilevati da detti sensori, detta unità elettronica di controllo essendo programmata per comandare ciclicamente l'apertura dell'elettrovalvola di controllo dell'aria di combustione secondaria, modulandone il rapporto fra il tempo di apertura ed il tempo di chiusura dell'elettrovalvola di controllo durante ciascun periodo di un segnale ciclico di alimentazione dell'elettrovalvola stessa, in funzione dei dati di processo rilevati dal primo e rispettivamente dal secondo dei sensori suddetti.
- 7.Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto di comprendere un sensore di temperatura del motore e dal fatto che detta unità di controllo è programmata per variare il rapporto fra il tempo di apertura ed il tempo di chiusura della valvola di controllo dell'aria di combustione secondaria, in funzione dei dati di processo rilevati dal sensore di temperatura del motore.
- 8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6 o 7, ulteriormente caratterizzata dal fatto di comprendere un sensore della temperatura dell'aria e dal fatto che detta unità di controllo è programmata per variare il rapporto fra il tempo di apertura ed il tempo di chiusura della valvola di controllo dell'aria di combustione secondaria, in funzione dei dati di processo rilevati da detto sensore di temperatura dell'aria.
- 9. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, ulteriormente caratterizzata dal fatto di comprendere un sensore della temperatura del motore strutturalmente integrato nell'unità elettronica di controllo, e dal fatto che la stessa unità elettronica di controllo è programmata per variare il rapporto fra il tempo di apertura ed il tempo di chiusura della valvola di controllo dell'aria di combustione secondaria, in funzione dei dati di processo rilevati da detto sensore di temperatura integrato .
- 10. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7 o 9 in cui il carburatore di alimentazione della miscela combustibile comprende un dispositivo di starter automatico, caratterizzata dal fatto che detta unità elettronica di controllo è programmata per attivare il dispositivo di starter automatico, a motore in moto, quando la temperatura del motore rilevato da detto sensore di temperatura, è superiore ad una temperatura di soglia prefissata .
- 11. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7 o 9, comprendente un sensore di fase operativamente collegato al circuito di accensione del motore, ed all'unità elettronica di controllo, caratterizzata dal fatto che detta unità elettronica di controllo è programmata per attuare una fase di controllo dell'accensione del motore in condizioni di funzionamento a regime, rispettivamente una fase differenziata di controllo dell'accensione durante un periodo di preriscaldamento del motore, e dal fatto di attivare la fase differenziata di controllo dell'accensione quando il tempo intercorso a partire dall'avviamento, è inferiore ad un tempo prefissato indicativo della durata massima di riscaldamento del motore, e quando la temperatura rilevata da detto sensore è inferiore ad una temperatura di riferimento alla quale il motore si considera caldo.
- 12. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, comprendente una batteria di alimentazione dell'unità di controllo, caratterizzata dal fatto che detta unità di controllo è programmata per variare il rapporto fra il tempo di apertura ed il tempo di chiusura della valvola di controllo dell'aria di combustione secondaria, in funzione della tensione della batteria di alimentazione.
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