ITMI20011685A1

ITMI20011685A1 - Procedimento e dispositivo per azionare un motore endotermico

Info

Publication number: ITMI20011685A1
Application number: IT2001MI001685A
Authority: IT
Inventors: Dirk Hartmann
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2003-02-02
Also published as: JP2002089329A; DE10039032A1; KR100768359B1; KR20020014695A; ITMI20011685A0; DE10039032B4; FR2812912B1; FR2812912A1; JP4754117B2

Description

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Stato della tecnica

L'invenzione si riferisce ad un procedimento e ad un dispositivo per azionare un motore endotermico, in particolare un motore endotermico a benzina ad iniezione diretta.

I motori endotermici a benzina ad iniezione diretta vengono azionati in almeno due modi di funzionamento, fra i quali avviene una commutazione in modo dipendente da almeno un segnale di sblocco . I modi di funzionamento sono in particolare il funzionamento omogeneo ed il funzionamento stratificato. Un tale procedimento è per esempio noto dal documento DE-A 198 50 584. Il modo funzionale viene scelto in base ad un campo caratteristico di modi di funzionamento ed in modo dipendente dallo stato funzionale del motore endotermico. Inoltre, il segnale di sblocco per l'attuale modo di funzionamento viene poi risettato (provocando una commutazione in un altro modo di funzionamento) , quando in questo modo di funzionamento non è possibile generare il momento torcente richiesto, mantenendo i limiti prestabiliti per il rapporto aria/carburante (valore limite lambda). Per esempio, in un caso simile, durante il modo di funzionamento attuale 'funzionamento stratificato' viene reimpostato il segnale di sblocco per il modo di funzionamento stratificato, passando per esempio al funzionamento omogeneo .

Questo sblocco viene realizzato attraverso un confronto di momento. Quindi, viene impostato un valore limite lambda valido per il modo di funzionamento (un valore minimo per il funzionamento stratificato), dal quale viene dedotto un tasso d'efficacia di lambda minimo ovvero massimo. Allo stesso modo, per il riempimento d'aria da impostare in questo modo di funzionamento (riempimento nominale), un momento torcente ottimale viene derivato da un campo caratteristico dipendente dal numero di giri e specifico per il modo di funzionamento. Questo campo caratteristico è provvisto di dati per determinate condizioni di norma, anche per quanto riguarda il rapporto aria/carburante, per cui il tasso d'efficacia di lambda sopra menzionato rappresenta lo scostamento del valore di lambda dal valore normalizzato. Mediante un accoppiamento del tasso d'efficacia di lambda con l'ottimale momento torcente viene formato un momento torcente possibile minimo ovvero massimo per il modo di funzionamento. Il momento torcente massimo possibile rappresenta quindi il momento che risulta nel caso di un riempimento nominale desiderato e (a riguardo del limite di lambda) di un'alimentazione stazionaria del carburante massima possibile. Questo momento massimo possibile viene confrontato con il momento torcente nominale richiesto. Quando il momento torcente nominale richiesto rimane inferiormente a quello massimo possibile, allora il modo di funzionamento rimane sbloccato, poiché il momento torcente richiesto per il presente modo di funzionamento può essere realizzato entro i prestabiliti limiti di lambda.

Lo sblocco del modo di funzionamento nella modalità sopra descritta ha luogo sulla base del desiderato riempimento nominale. Esistono tuttavia modi di funzionamento, nei quali il momento torcente del motore endotermico viene innanzi tutto impostato attraverso il percorso del carburante. Il procedimento descritto per lo sblocco del modo di funzionamento presuppone quindi che il momento realizzato attraverso il percorso del carburante corrisponda in modo stazionario al momento desiderato attraverso il percorso dell'aria. Se tuttavia il momento attraverso il percorso del carburante si scosta in modo stazionario da quello attraverso il percorso dell'aria, allora ciò comporta un valore costantemente inferiore dei limiti di funzionamento stazionari. Ciò può avvenire per esempio nel caso, in cui per un lungo periodo di tempo è presente un aumento della richiesta di momento attraverso il percorso del carburante da parte della regolazione del regime minimo. Ciò comporta un forte arricchimento causato dall'elevata alimentazione di carburante, per cui vengono superati i valori di lambda stazionari. Questo stato può essere tollerato durante un breve funzionamento dinamico, ma non per un lungo periodo di tempo, poiché la conseguenza del superamento di questo limite (chiamato anche limite di combustione) può provocare la formazione di nerofumo e/o la perdita di colpi.

Nel documento DE-A 197 28 112 viene descritto un sistema di comando per un motore endotermico a benzina ad iniezione diretta regolato in base al momento. A tale scopo, il momento torcente durante il funzionamento omogeneo a gas ridotto viene impostato, come noto da tradizionali sistemi di comando in base alla richiesta di momento attraverso il percorso dell'aria ed a seconda del prestabilito rapporto aria/carburante (in genere stechiometrico) viene prestabilita la quantità di carburante da iniettare. In presenza delle condizioni per il funzionamento stratificato viene commutato il modo di funzionamento, vale a dire viene sbloccato il modo di funzionamento "stratificato". In questo modo di funzionamento, la richiesta di momento viene impostata per mezzo del percorso del carburante, mentre la valvola a farfalla viene in sostanza aperta.

Vantaggi dell'invenzione

Prendendo in considerazione la richiesta di momento attraverso il percorso del carburante all'atto del rilevamento del segnale di sblocco di un modo di funzionamento, in particolare del funzionamento stratificato o di un altro modo di funzionamento, nel quale il motore endotermico viene azionato senza limitazioni, viene evitato in modo efficace un superamento duraturo del limite di funzionamento stazionario e quindi la possibile formazione di nerofumo o di perdite di colpi.

Particolarmente vantaggioso risulta il fatto che il controllo del momento effettivamente richiesto, circa la sua realizzabilità nel modo di funzionamento desiderato, viene eseguito solo nel caso di superamento dei limiti stazionari di funzionamento.

Ulteriori vantaggi risultano evidenti dalla seguente descrizione di esempi esecutivi ovvero dalle rivendicazioni dipendenti.

Disegni

L'invenzione verrà a seguito descritta più dettagliatamente con riferimento a delle forme esecutive illustrate nei disegni, nei quali:

la fig. 1 illustra uno schema circuitale d'insieme di un dispositivo di comando per il comando di un motore endotermico a benzina ad iniezione diretta,

la fig. 2 illustra un diagramma di flusso rappresentante la formazione di un bit di sblocco per un modo di funzionamento sull'esempio di un funzionamento stratificato.

Descrizione degli esempi esecutivi Nella fig. 1 è illustrata un'unità di comando 10, la quale comprende come elementi almeno un circuito d'ingresso 12, almeno un microcomputer 14, un circuito d'uscita 16 ed un sistema di comunicazione 18 collegante i medesimi. Al circuito d'ingresso 12 si estendono delle linee d'ingresso 18, attraverso le quali vengono alimentati dei segnali provenienti da corrispondenti dispositivi di misurazione e rappresentanti delle grandezze funzionali o dai quali si possono derivare delle grandezze di funzionamento. A titolo d'esempio è illustrata un linea d'ingresso 20, la quale collega l'unità di comando con il dispositivo misuratore 22 che rileva una grandezza rappresentante il grado d'azionamento β del pedale del gas, una linea d'ingresso 24, la quale proviene da un dispositivo misuratore 26 ed attraverso la quale viene trasmessa una grandezza rappresentante il numero di giri del motore, una linea d'ingresso 28, attraverso la quale l'unità di comando 10 è collegata con un dispositivo misuratore 30, il quale emette un segnale rappresentante la massa d'aria alimentata HFM. Inoltre si prevedono delle linee d'ingresso 36 a 40, le quali trasmettono ulteriori segnali rappresentanti delle grandezze di funzionamento e provenienti da dispositivi misuratori 42 a 46. Alcuni esempi per queste grandezze di funzionamento, le quali vengono utilizzate durante il comando del motore endotermico, sono costituiti per esempio dalle grandezze di temperatura, dalla posizione della valvola a farfalla, dalla composizione dei gas di scarico, ecc.. Per comandare il motore endotermico, nell'esempio esecutivo illustrato nella fig. 1, dal circuito d'uscita 16 si dipartono delle linee d'uscita 48 a 52 per il comando di valvole d'iniezione 54 nonché una linea d'uscita 56 per il comando di una valvola a farfalla 58 regolabile mediante motore elettrico. Inoltre viene comandato anche l'angolo d'accensione (non illustrato per motivi di chiarezza). Per il comando del motore endotermico viene formata una richiesta di momento, laddove differenti richieste di momento interne e/o esterne vengono coordinate per la formazione di una risultante richiesta di momento al motore endotermico. Un esempio per queste richieste sono le richieste da parte del guidatore, da sistemi esterni come la regolazione dello slittamento, ecc.. La conversione della richiesta di momento avviene in modo differente a seconda del modo di funzionamento selezionato del motore endotermico. Nel funzionamento omogeneo, il momento nominale risultante viene diviso sul percorso di riempimento lentamente reagente e sul percorso rapidamente agente sincronizzato all'albero a manovella, laddove il percorso di riempimento è il percorso principale ed imposta il momento torcente stazionario. Dal momento nominale viene calcolato un riempimento nominale che viene impostato mediante la regolazione della valvola a farfalla. Nel percorso sincrono all'albero a manovella, mediante l'influenzamento dell'istante d'accensione e/o del dosaggio del carburante viene impostato dinamicamente il desiderato momento torcente.

Anche durante il funzionamento stratificato, il momento nominale risultante viene suddiviso nel percorso di riempimento lentamente reagente e nel percorso rapidamente agente sincronizzato con l'albero a manovelle. In questo caso, il percorso sincrono all'albero a manovelle agisce quale percorso principale. Poiché, per motivi di perdita, la valvola a farfalla deve essere aperta il più possibile, il riempimento nominale viene eseguito nell'ambito del funzionamento stratificato e quindi l'impostazione della valvola a farfalla non viene eseguita in base al momento nominale, ma in base alla pressione minima necessaria del tubo d'aspirazione. Il momento nominale viene poi trasformato mediante determinazione della massa di carburante da iniettare. Lo stesso vale per gli altri modi di funzionamento con funzionamento non limitato, per esempio per il funzionamento omogeneo. I segnali d'uscita di funzioni supplementari, come per esempio di una regolazione del regime al minimo, vengono trasmessi, almeno nel funzionamento non limitato, al momento nominale per il percorso rapido (percorso del carburante) e possono quindi variare ed in particolare aumentare in modo stazionario il momento nominale.

La scelta dell'attuale modo di funzionamento avviene con l'ausilio di un campo caratteristico dei modi di funzionamento, laddove in base al numero di giri ed al carico ovvero al momento torcente viene selezionato l'attuale modo di funzionamento. Questa scelta viene sovrascritta in determinate circostante di maggiore priorità. Una di queste circostanze è costituita dal fatto che il momento richiesto non è impostabile nel modo di funzionamento selezionato nell'ambito dei limiti di lambda. In questo caso viene ripristinato lo sblocco del modo di funzionamento attuale, vale a dire viene interdetto il modo di funzionamento e commutato su un altro modo di funzionamento. In questo contesto viene formato un segnale di sblocco, il quale assume il valore che sblocca il rispettivo modo di funzionamento, quando il momento richiesto risulta impostabile nell'ambito dei limiti di lambda in questo modo di funzionamento. La formazione di questo segnale e quindi lo sblocco ovvero il divieto di un modo di funzionamento verranno a seguito descritti più dettagliatamente con riferimento ad un diagramma di flusso illustrato nella fig. 2.

Il diagramma di flusso illustrato nella fig. 2 mostra la formazione di un segnale di sblocco B_schen per il funzionamento stratificato di un motore endotermico a benzina ad iniezione diretta. Per gli altri modi di funzionamento sono presenti i corrispondenti programmi e la formazione di un corrispondente segnale di sblocco, laddove i rispettivi valori limite ed i segnali devono essere corrispondentemente adattati.

La formazione del segnale di sblocco B_schen viene eseguita in un comparatore 100, nel quale il momento massimo possibile MIMAXSCH viene confrontato, mantenendo i limiti di lambda allo stato funzionale attuale, con un momento richiesto MIENSCH (momento nominale) .

Il momento massimo MIMAXSCH sul quale si basa il comparatore di momento 100 viene formato da un momento ottimale per il funzionamento stratificato MIOPTSCH e dal tasso d'efficacia di lambda ETALAMSCH per il valore minimo possibile di lambda nel punto d'accoppiamento 124 (punto di moltiplicazione). Il tasso d'efficacia di lambda viene formato dal campo caratteristico 126 del tasso d'efficacia a seconda della grandezza minima possibile di lambda LAMBDAMINSCH, mentre il momento ottimale viene rilevato da un campo caratteristico 128 in modo dipendente dal numero di giri del motore NMOT e dal riempimento nominale RLSOLL. In altri modi di funzionamento vengono utilizzati altri campi caratteristici, altre linee caratteristiche ed altre grandezze.

Il momento MIENSCH richiesto alla base del comparatore di momento rappresenta in genere (confronta la posizione a linea continua dell'elemento commutatore 102) il momento desiderato stazionario MISOLLLUFT attraverso il percorso dell'aria. Come già menzionato, in un caso d'applicazione è stato dimostrato che questo procedimento, in presenza di determinate circostanze svantaggiose, può portare ad un superamento più lungo del limite di combustione stazionario e quindi alla formazione di nerofumo o a perdite di colpi. Onde evitare questo fatto, in determinate circostante l'elemento di commutazione 102 viene commutato nella posizione tratteggiata, per cui il segnale di richiesta di momento MIENSCH alla base del comparatore 100 viene formato dal segnale di richiesta per il percorso del carburante MISOLLKR. Quest'ultimo può differenziarsi in determinati stati di funzionamento dal momento richiesto sul percorso dell'aria, poiché le funzioni supplementari come per esempio una regolazione del regime al minimo vengono trasmesse per addizione al segnale di richiesta del momento per il percorso del carburante, incrementandolo di conseguenza. L'elemento commutatore 102 viene commutato, quando è stato riconosciuto un prolungato superamento del limite stazionario di lambda nel caso di un'elevata richiesta di momento. A tale scopo, in un comparatore 104, il valore minimo possibile di lambda nel funzionamento stratificato LAMBDAMINSCH viene confrontato con il valore limite di lambda nominale LAMBDASCH, il quale si riferisce al lambda nominale limitato alla zona dinamica possibile e derivante dalla struttura momentanea. Quando quest'ultimo è inferiore al valore minimo, allora dal comparatore 104 viene emesso un segnale alimentato ad un accoppiamento AND 106. Corrispondentemente, in un comparatore 108, il momento richiesto per il percorso del carburante MISOLLKR viene confrontato con il momento richiesto MISOLLLUFT per il percorso dell'aria. Se il momento richiesto MISOLLKR per il percorso del carburante è maggiore di quello per il percorso dell'aria MISOLLLUFT, allora il comparatore 108 genera un segnale che viene alimentato all'elemento combinatorio AND 106. Quando sono presenti entrambe le condizioni, allora l'elemento combinatorio AND 106 genera un segnale d'uscita che viene alimentato ad un ulteriore elemento combinatorio AND 110. Quando è presente un segnale d'uscita dell'elemento combinatorio AND 106, allora ciò indica la presenza di un valore inferiore al limite stazionario di lambda nel caso di un'elevata richiesta di momento sul percorso del carburante, vale a dire una richiesta di momento sul percorso del carburante, il quale è superiore al momento desiderato realizzato attraverso il percorso dell'aria. Nell'elemento combinatorio AND 110, oltre al segnale d'uscita dell'elemento combinatorio AND 106, viene combinato il segnale di stato B_sch, il quale indica se il modo di funzionamento attuale è o meno il funzionamento stratificato. In caso affermativo, questo segnale è quindi positivo, per cui in presenza del segnale d'uscita dell'elemento combinatorio AND 106, anche l'elemento combinatorio AND 110 genera un segnale d'uscita. Esso imposta la funzione flip flop 112. Per eseguire una commutazione del segnale in base al comparatore di momento solo quando è presente per lungo tempo un valore inferiore al limite di lambda nel caso di un'elevata richiesta di momento, si prevede inoltre un organo di ritardo 114, in cui viene ritardato il segnale d'uscita della funzione flip flop 112. Il segnale d'uscita del livello di ritardo 114 commuta poi eventualmente l'elemento commutatore 102 nella posizione tratteggiata.

Un risettaggio della funzione flip flop 112 e quindi dell'elemento commutatore 102 ha luogo a differenti condizioni, da un lato, quando non subentra più un valore inferiore al limite lambda o quando la richiesta stazionaria di momento, eventualmente più un valore d'isteresi, attraverso il percorso del carburante, è minore del momento da realizzare attraverso il percorso dell'aria o quando nel modo di funzionamento attuale viene di nuovo soddisfatta la condizione del comparatore di momento, vale a dire che il segnale di sblocco B_schen viene impostato, quando nel contempo risulta impostato il segnale di commutazione per l'elemento commutatore 102. Queste condizioni sono illustrate nella fig. 2 col fatto che il segnale d'uscita e l'elemento combinatorio 106 nell'invertitore 116 viene alimentato in modo invertito ad un elemento combinatorio OR 118. Il suo segnale d'uscita ripristina la funzione flip flop 112. L'altro ingresso dell'elemento combinatorio OR 118 forma il segnale d'uscita dell'elemento combinatorio AND 120, in cui vengono combinate le informazioni<' >circa una variazione dei segnali di sblocco B_schen per mezzo del riconoscimento del fianco 122 nonché lo stato del segnale d'uscita del livello di ritardo 114. Quando il segnale di commutazione dell'elemento commutatore 102 è impostato ed è contemporaneamente presente un fianco nel segnale di sblocco, allora viene risettata la funzione flip flop 112.

Attraverso quanto sopra esposto viene innanzi tutto rilevato se è presente un valore costantemente inferiore al limite stazionario lambda, nel caso di un'elevata richiesta di momento sul percorso del carburante. Nel contempo, un'elevata richiesta di momento è presente quando il momento da realizzare attraverso il percorso del carburante è maggiore del momento desiderato da realizzare a lungo termine sul percorso dell'aria. Nel segnale di richiesta per il momento sul percorso del carburante vengono considerate anche le funzioni che comportano una variazione stazionaria, come per esempio una regolazione del regime minimo, mentre non vengono considerate le funzioni che eseguono solo interventi dinamici, come per esempio una funzione anti-scossa. Se è quindi presente un limite stazionario di lambda, nel caso di un'elevata richiesta di momento sul percorso del carburante, allora, dopo un tempo prestabilito il momento nominale, in base al confronto di momento per lo sblocco, viene commutato dal valore di momento desiderato sul percorso dell'aria, al valore di momento da realizzare attraverso il percorso del carburante.

Onde evitare una commutazione del confronto di momento, il momento da realizzare attraverso il percorso del carburante viene sommato con un valore d'isteresi MSOLLHYST nel punto di combinazione 130. Nel caso di un segnale all'uscita del livello di ritardo 114, l'elemento commutatore 132 viene commutato nella posizione tratteggiata, per cui alla base dell'ulteriore confronto è presente in 108 un valore più grande. In questo modo viene efficacemente evitata una commutazione del segnale all'uscita 114 e quindi del confronto di momento stesso.

Nell'ambito del confronto di momento, il momento desiderato stazionario rilevato nel modo descritto viene confrontato con il momento teorico massimo possibile nell'attuale modo di funzionamento. Quando il suddetto momento è più grande di quello al massimo possibile in corrispondenza del limite stazionario, allora viene impedito il modo di funzionamento. Nell'altro caso viene invece permesso il modo di funzionamento. In questo modo non viene emesso automaticamente un divieto al modo di funzionamento attuale, quando sono presenti le suddette condizioni, ma solo quando il momento stazionario sul percorso del carburante si trova fuori dai limiti di funzionamento stazionari. Una volta impostato il segnale di sblocco B_schen, viene eseguito il selezionato modo di funzionamento attuale, mentre nel caso di un divieto è necessario eseguire un cambio di modo di funzionamento in un altro modo di funzionamento. La commutazione del momento desiderato stazionario ha luogo anche durante questo nuovo modo di funzionamento. Se il confronto del momento non è ancora stato eseguito, allora non viene permesso l'ultimo modo di funzionamento (nel presente esempio esecutivo il funzionamento stratificato) . In questo modo viene impedito un immediato cambio nel vecchio modo di funzionamento e quindi un ripetuto divieto nonché una commutazione da ciò risultante dei modi di funzionamento.

Quindi, almeno nello stato di funzionamento sopra descritto, per l'influenzamento dello stato del segnale di sblocco viene preso in considerazione il momento nominale da impostare effettivamente in questo stato di funzionamento .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per azionare un motore endotermico, il quale viene azionato in almeno due modi di funzionamento, laddove viene selezionato un modo di funzionamento e questo modo di funzionamento viene poi permesso, solo quando il momento torcente desiderato del motore endotermico è realizzabile mantenendo i limiti del rapporto aria/carburante per questo modo di funzionamento, laddove il momento torcente massimo possibile viene rilevato al limite del rapporto aria/carburante per questo modo di funzionamento, laddove un segnale di sblocco per il modo di funzionamento viene reimpostato, quando il momento richiesto non è realizzabile mantenendo il limite, caratterizzato dal fatto che il momento richiesto è il momento nominale che deve essere effettivamente impostato.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il momento richiesto viene diviso in un momento nominale da impostare attraverso l'alimentazione dell'aria ed in un momento nominale da impostare attraverso l'alimentazione del carburante e/o dell'angolo d'accensione.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che al momento nominale da impostare attraverso l'alimentazione del carburante e/o l'angolo d'accensione viene aggiunto il momento nominale di parti che iniziano in modo stazionario.
4 . Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che, in presenza di un superamento prolungato del limite nel caso di elevate richieste di momento, il momento nominale che deve essere effettivamente impostato in un modo di funzionamento non limitato del motore endotermico corrisponde al momento nominale per il percorso del carburante.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che fuori da questo stato di funzionamento, il momento nominale corrisponde al momento nominale che deve essere impostato attraverso il percorso dell'aria.
6. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che all'atto della reimpostazione del segnale di sblocco si verifica una commutazione del modo di funzionamento.
7. Dispositivo per azionare un motore endotermico, il quale viene azionato in almeno due modi di funzionamento, laddove viene scelto un modo di funzionamento e questo modo di funzionamento viene poi autorizzato quando il momento torcente richiesto del motore endotermico è realizzabile mantenendo i limiti del rapporto aria/carburante per questo modo di funzionamento, laddove viene rilevato il momento torcente massimo possibile al limite del rapporto aria/carburante per questo modo di funzionamento e viene confrontato con un momento richiesto, laddove al superamento del momento massimo possibile viene reimpostato un segnale di sblocco per il modo di funzionamento, caratterizzato dal fatto che il momento richiesto è il momento nominale che deve essere effettivamente impostato.