ITMI20011807A1 - Procedimento atto alla compensazione di modifiche difettose del flusso di gas attraverso una conduttura di riciclaggio del gas di scarico di - Google Patents

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ITMI20011807A1
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Oliver Schlesiger
Lutz Reuschenbach
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Bosch Gmbh Robert
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Description

Descrizione
Stato dell'arte
In un sistema di riciclaggio del gas di scarico alla miscela di aria-carburante di un motore a combustione interna viene aggiunto gas di scarico. Fino ad un certo grado, una quota parte crescente di gas residuo nella miscela di aria-carburante può ripercuotersi positivamente sulla trasformazione dell 'energia e perciò anche sul consumo di carburante. Per effetto di un aumento della quota parte di gas residuo il motore può essere fatto funzionare senza strozzamento dell'aria. In seguito a ciò si riducono le perdite dovute al combiamento del carico ed il rendimento aumenta. Un aumento della quota parte di gas residuo porta oltre a ciò ad una riduzione della temperatura di punta del processo di combustione e, come conseguenza di ciò, ad una riduzione della formazione di ossidi di azoto nel gas di scarico. Maggiori emissioni di ossidi di azoto nel gas di scarico si verificano prevalentemente nell'esercizio stratificato del motore, con un rapporto aria-carburante λ > 1 nei motori Otto con iniezione diretta della benzina. Per contrastare ciò, nel caso di un motore con iniezione diretta della benzina, è indispensabile un riciclaggio del gas di scarico. Quando qui si parla di un riciclaggio del gas di scarico si intende con ciò un riciclaggio del gas di scarico, in cui dalla tratta del gas di scarico del motore viene prelevata una corrente di massa di gas di scarico e, attraverso una valvola di riciclaggio del gas di scarico in un condotto di riciclaggio del gas di scarico, questa viene di nuovo riaddotta al motore in forma dosata.
Non si può evitare che, nel caso di un sistema di riciclaggio del gas di scarico, depositi di solidi provenienti dal gas di scarico possano otturare nel corso del tempo la valvola di riciclaggio del gas di scarico ed il condotto di riciclaggio e che pertanto la quantità riciclata di gas di scarico diminuisca all'aumentare del tempo di funzionamento del motore a combustione interna. Per questo motivo è necessario sorvegliare il funzionamento del sistema di riciclaggio del gas di scarico di un motore a combustione interna ed adottare provvedimenti che compensino tali modificazioni difettose del flusso di gas che passa attraverso il condotto di riciclaggio del gas di scarico. Dal documento DE 197 19 278 Al è noto un procedimento, con il quale possono essere individuate modificazioni difettose del flusso di gas che passa attraverso un condotto di riciclaggio del gas di scarico. Il fattore di regolazione lambda viene in proposito formato con riciclaggio del gas di scarico inserito, rispettivamente disinserito, e la differenza tra i due fattori di regolazione viene confrontata con valori di soglia predeterminati riguardo ad uno scostamento positivo e ad uno negativo. Nel caso di un superamento per eccesso del valore di soglia da parte della differenza tra i fattori di regolazione lambda viene segnalato un guasto del sistema di riciclaggio del gas di scarico. Conformemente a questo stato dell'arte, ad un difetto del sistema di riciclaggio del gas di scarico ci si oppone per il fatto che lo scostamento tra i fattori di regolazione lambda, in caso di sistema di riciclaggio del gas di scarico inserito, rispettivamente disinserito, viene utilizzato in qualità di grandezza correttiva, a titolo di esempio per il tempo di iniezione.
Alla base dell'invenzione sta il compito di indicare un procedimento, con il quale un flusso modificato del gas che passa attraverso un condotto di riciclaggio del gas di scarico possa essere diagnosticato e compensato in modo assai preciso. Vantaggi dell'invenzione
Il compito menzionato viene risolto con le caratteristiche di cui alla rivendicazione 1 per il fatto che la corrente di massa che passa per il condotto di riciclaggio del gas di scarico viene determinata, secondo un primo metodo, in funzione della posizione della valvola e viene derivata dalla curva caratteristica di portata di una valvola di riciclaggio del gas di scarico, per il fatto che la corrente di massa che passa per il condotto di riciclaggio del gas di scarico viene derivata, conformemente ad un secondo metodo, dalla corrente di massa dell'aria fresca nel tubo di aspirazione e dalla pressione nel tubo di aspirazione, per il fatto che viene determinato lo scostamento tra le correnti di massa determinate secondo i due metodi, e per il fatto che poi, a partire dallo scostamento tra le due correnti di massa, vengono formate una o più grandezze correttive per la corrente di massa determinata in funzione della posizione della valvola e derivata dalla caratteristica di portata.
Con il procedimento conforme all'invenzione può essere individuata in modo sicuro un'aliquota troppo bassa di riciclaggio del gas di scarico, con la quale non possono più essere rispettati valori limite del gas di scarico prescritti per legge. Vengono oltre a ciò indicati i provvedimenti, con i quali le modificazioni individuate della portata del gas vengono prese in considerazione in senso correttivo nel calcolo della corrente di massa che passa per il condotto di riciclaggio del gas di scarico. Con questa corrente di massa corretta il sistema di gestione del motore è in grado di contrastare superamenti per eccesso del valore limite del gas di scarico.
Vantaggiosi, ulteriori aspetti dell'invenzione si evincono dalle rivendicazioni subordinate.
In qualità di grandezza correttiva per la corrente di massa possono per esempio essere presi in considerazione un Offset per la curva caratteristica di portata, oppure un fattore modificante la pendenza della curva caratteristica di portata. Un'altra, vantaggiosa grandezza correttiva è un valore che riduce la pressione del gas di scarico, misurata a monte della valvola di riciclaggio del gas di scarico e che è il prodotto del quadrato della corrente di massa, determinata secondo il primo metodo, per lo scostamento tra le due correnti di massa. La scelta delle grandezze correttive citate dipende dalla grandezza della corrente di massa, laddove il Offset viene adottato per la correzione nel caso di una corrente di massa più piccola rispetto alla modificazione della pendenza, e la riduzione della pressione del gas di scarico viene adottata nel caso di una corrente di massa più elevata rispetto alla modificazione della pendenza.
E' opportuno che un difetto del sistema di riciclaggio del gas di scarico venga segnalato quando lo scostamento tra le correnti di massa, determinate secondo i due metodi, supera per eccesso un predeterminato valore di soglia.
Nel caso di un difetto del sistema di riciclaggio del gas di scarico, con i provvedimenti di cui all'invenzione viene formata una grandezza correttiva che ha un'influenza diretta sul pilotaggio della valvola di riciclaggio del gas di scarico. Al contrario, nel - caso dello stato dell'arte (DE 197 19 278 Al), quando è stato individuato un difetto del sistema di riciclaggio del gas di scarico vengono corrette altre grandezze di funzionamento del motore, più precisamente il segnale di carico e l'accensione, quindi grandezze che non riguardano direttamente il sistema di riciclaggio del gas di scarico, fonte propriamente detta del difetto.
Disegno
L'invenzione viene in appresso illustrata in relazione ad un esempio di realizzazione rappresentato nel disegno. Qui fanno vedere:
la figura 1 una rappresentazione schematica di un motore a combustione interna con riciclaggio del gas di scarico e
la figura 2 un diagramma funzionale atto alla compensazione di modificazioni difettose del flusso di gas che passa attraverso un condotto di riciclaggio del gas di scarico.
Descrizione di un esempio di realizzazione
La figura 1 fa vedere schematicamente un motore a combustione interna 1 comprendente un canale del gas di scarico 2 ed un tubo di aspirazione 3. Dal canale del gas di scarico 2 si dirama una conduttura di riciclaggio del gas di scarico 4, la quale sbocca nel tubo di aspirazione 3. Nella conduttura di riciclaggio del gas di scarico 4 si trova una valvola 5. Attraverso questa valvola di riciclaggio del gas di scarico 5 è possibile pilotare la quantità di gas di scarico riciclata. A valle dello sbocco della conduttura di riciclaggio del gas di scarico 4 è disposto, nel tubo di aspirazione 3, un sensore di pressione 6, il quale misura la pressione nel tubo di aspirazione ps. A monte dell'imbocco del tubo di riciclaggio del gas di scarico 4 si trova una valvola a farfalla 7 e a monte della valvola a farfalla 7, nel tubo di aspirazione 3, è disposto un sensore di massa dell'aria 8, il quale misura la corrente di massa dell'aria fresca aspirata ms . Nella conduttura di riciclaggio del gas di scarico 4, a monte della valvola di riciclaggio del gas di scarico 5, sono disposti un sensore di pressione 9, il quale misura la pressione del gas di scarico pvagr a monte della valvola di riciclaggio del gas di scarico 5, ed un sensore di temperatura 10, il quale rileva la temperatura Tagr del gas di scarico. La corrente di massa dell'aria fresca ms nel tubo di aspirazione e la pressione nel tubo di aspirazione ps possono anche essere derivati, tramite modelli di calcolo, da altre grandezze di funzionamento del motore.
Ad un apparecchio di comando 11 vengono addotte tutte le menzionate grandezze rilevate tramite sensori. Di queste fanno parte la pressione nel tubo di aspirazione ps, la corrente di massa dell'aria fresca ms, la temperatura del gas di scarico Tagr, la pressione del gas di scarico pvagr a monte della valvola di riciclaggio del gas di scarico 5 e la posizione hagr della valvola di riciclaggio del gas di scarico 5 . Il modo in cui 1'apparecchio di comando 11 individua, a partire dalle grandezze menzionate, ed anche compensa modificazioni difettose del flusso di gas che passa attraverso la conduttura di riciclaggio del gas di scarico 4, viene descritto in relazione al diagramma funzionale rappresentato nella figura 2.
Per poter individuare e compensare modificazioni difettose della portata del gas che passa attraverso la conduttura di riciclaggio del gas di scarico 4, che per esempio si formano a motivo di depositi di solidi provenienti dal gas di scarico nella valvola 5 e nella conduttura 4, oppure a causa di tolleranze di fabbricazione, oppure a causa di modificazioni della portata della valvola dovute ad invecchiamento, la corrente di massa dell'aria che passa attraverso la conduttura di riciclaggio del gas di scarico 4 viene determinata secondo due metodi differenti.
Secondo un primo metodo, una corrente di massa msagr, che passa attraverso la conduttura di riciclaggio del gas di scarico 4, viene calcolata secondo la seguente equazione (1):
Il diagramma funzionale nella figura 2 illustra il calcolo della corrente di massa msagr secondo l'equazione (1). Viene anzitutto determinata, in funzione della rispettiva posizione della valvola hagr, una corrente di massa normalizzata MSNAGR ricavata dalla curva caratteristica VKL della valvola di riciclaggio del gas di scarico 5. Da questa corrente di massa normalizzata MSNAGR viene sottratto in un punto della logica VI un valore di Offset ofmsagr. La differenza tra la corrente di massa normalizzata MSNAGR ed il Offset ofmsagr viene moltiplicata per svariati fattori nei punti della logica V2, V3, V4 e V5. Il primo fattore nel punto della logica V2 è un valore di temperatura ftagr, per il quale vale:
Questo valore di temperatura ftagr riproduce perciò, come si evince dall'equazione (2), il rapporto tra la temperatura normalizzata di 273 K e la temperatura attuale del gas Tagr.
Il fattore nel punto della logica V3 è il rapporto, formato nel punto della logica V7, tra la pressione del gas di scarico pvagr, misurata a monte della valvola di riciclaggio del gas di scarico 5, ed una pressione del gas di scarico normalizzata di 1013 hPa. Alla pressione del gas di scarico normalizzata di 1013 hPa si forma la corrente di massa normalizzata MSNAGR, la quale corrisponde esattamente alla curva caratteristica di portata della valvola di riciclaggio del gas di scarico 5, che abitualmente viene messa a disposizione dal fabbricante della valvola e che è memorizzata nel blocco<' >funzionale VKL. Questa curva caratteristica di portata tiene conto naturalmente soltanto del funzionamento della valvola di riciclaggio del gas di scarico 5, non però di modificazioni, dovute a tolleranze di fabbricazione oppure ad invecchiamento, oppure di altro genere, della portata attraverso la valvola di riciclaggio del gas di scarico 5. Per tenere conto di tali modificazioni difettose, rappresentanti scostamenti rispetto alle condizioni normalizzate, nella corrente di massa msagr calcolata secondo l'equazione (1), sono previsti da un lato il valore di Offset ofmsagr e dall'altro lato un termine correttivo fkmsagr presente nel punto della logica 4. Il fattore correttivo fkmsagr influenza la pendenza della curva caratteristica di portata.
Nel punto della logica 5 è infine presente ancora un valore KLAF ricavato da una curva caratteristica KL. Questo valore KLAF riproduce la velocità di flusso attraverso la valvola di riciclaggio del gas di scarico 5 in rapporto alla velocità del suono.Da un divisore DV viene formato il rapporto tra la pressione nel tubo di aspirazione ps e la pressione del gas di scarico pvagr a monte della valvola di riciclaggio del gas di scarico 5 e, in funzione di questo rapporto, dalla curva caratteristica KL viene ricavato il fattore KLAF. Se il rapporto della pressione nel tubo di aspirazione ps relativamente alla pressione del gas di scarico pvagr è minore di 0,52, si è in presenza della velocità del suono e con un rapporto che è maggiore di 0,52 la velocità di flusso scende al di sotto della velocità del suono. Sull'uscita della logica V5 è infine presente la corrente di massa msagr.
Conformemente ad un secondo metodo, una corrente di massa msagrm viene ricavata dalla corrente di massa dell'aria fresca ms e dalla pressione nel tubo di aspirazione ps. La corrente di massa dell'aria fresca ms può per esempio essere misurata con un misuratore di massa dell'aria a film caldo. Mediante divisione della corrente di massa dell'aria fresca ms per il numero di giri del motore nmot e tramite una costante KUMSRL questa viene convertita, conformemente all'equazione (3), in una carica d'aria relativa ri nella camera di scoppio.
Nell'istante nel quale la valvola di ingresso chiude tra la camera di scoppio ed il tubo di aspirazione regna un equilibrio di pressione. Tramite un fattore fupsrl, che tiene conto della temperatura del gas all'atto della chiusura della valvola di ingresso, la pressione nella camera di scoppio ps viene convertita, conformemente all'equazione (4), in una carica complessiva relativa rf.
La carica complessiva relativa rf si compone, conformemente all'equazione (5), della carica d'aria relativa ri nella camera di scoppio, della carica di gas residuo rfrint, che resta nella camera di scoppio, determinata durante l'applicazione, e della carica di gas residuo esterna rfreyt, addotta attraverso il sistema di riciclaggio del gas di scarico.
La carica di gas residuo esterna rfrex, prodotta attraverso il riciclaggio del gas di scarico, si ricava dall'equazione (5):
Conformemente all'equazione (7) si ottiene la corrente di massa msagrm moltiplicando la carica di gas residuo esterna rfrey per il numero di giri nmot e per la costante KUMSRL.
La corrente di massa msagrm può essere determinata anche in maniera diversa rispetto a quanto indicato in precedenza.
In un punto della logica V6 viene determinato lo scostamento dms tra le due correnti di massa msagr e msagrm calcolate in precedenza. Dallo scostamento dms tra le due correnti di massa msagr e msagrm vengono formate una o più grandezze correttive ofmsagr, fkmsagr, dpb per la corrente di massa msagr, ricavate in funzione della posizione della valvola hagr e della curva caratteristica di portata VKL. La grandezza correttiva, che viene modificata in senso adattivo in funzione dello scostamento dms tra le due correnti di massa msagr e msagrm, dipende dalla grandezza della corrente di massa. Previsto è pertanto un interruttore SW, il quale possiede una posizione di commutazione 1, 2 e 3 per ciascuna delle menzionate grandezze correttive. La posizione di commutazione nell'interruttore SW viene pilotata dalla grandezza della corrente di massa msagrm. Se si è ora in presenza di una corrente di massa msagrm bassa, l'interruttore SW viene portato nella posizione di commutazione 1 e lo scostamento dms tra le correnti di massa msagr e msagrm calcolate viene convertito, attraverso un primo integratore II, nella grandezza correttiva ofmsagr che provoca un Offset della curva caratteristica di portata VKL. Se la corrente di massa msagrm raggiunge un valore più alto, l'interruttore SW viene portato nella posizione di commutazione 2, cosicché lo scostamento dms tra le due correnti di massa msagr e msagrm viene convertito, attraverso un secondo integratore 12, nella grandezza correttiva fkmsagr, che modifica la pendenza della curva caratteristica di portata.
Nel caso di una corrente di massa msagrm che è tanto grande per cui con le due grandezze correttive ofmsagr e fkmsagr menzionate in quanto precede non possono più essere compensate modificazioni difettose della portata del gas, l'interruttore SW viene portato nella sua posizione di commutazione 3. In questo caso lo scostamento dms tra le due correnti di massa msagr e msagrm calcolate viene addotto ad un terzo integratore 13, il quale forma un fattore K a partire dallo scostamento dms. Questo fattore K viene moltiplicato, in un punto della logica V8, per il quadrato msagr<2 >della corrente di massa msagr calcolata, formato da un elevatore al quadrato QU. Il risultato del prodotto tra il fattore K ed il quadrato della corrente di massa msagr è la grandezza correttiva dpb, che nel punto della logica V9 viene sottratta dalla pressione del gas di scarico misurata pvagr. Con la grandezza correttiva dpb è possibile compensare una deformazione molto forte della curva caratteristica di portata, dovuta ad uno sporcamento della valvola 5, oppure della conduttura 4, che non è più possibile attraverso la correzione del Offset ofmsagr e la correzione della pendenza fkmsagr. Un tale sporcamento può essere simulato ipotizzando un diaframma supplementare a monte della valvola di riciclaggio del gas di scarico 5. A motivo di questo diaframma fittizio la pressione del gas di scarico pvagr a monte della valvola di riciclaggio del gas di scarico 5 si abbassa in ragione dell'ammontare descritto dpb. Il fattore K di questa grandezza dpb è una misura per il diametro del diaframma fittizio nella conduttura di riciclaggio del gas di scarico 4. La pressione del gas di scarico pvagr, ridotta in ragione del valore correttivo dpb, viene addotta, sotto forma di fattore, alla logica V3 e presa in considerazione anche all'atto della formazione del fattore KLAF.
Il fattore K, ricavato per la formazione della grandezza correttiva dpb dallo scostamento dms tra le correnti di massa msagr e msagrm misurate, viene sottoposto ad una comparazione con il valore di soglia SE. Se questo fattore K supera per eccesso una soglia predeterminata, ciò che equivale ad uno sporcamente eccessivo della valvola 5, rispettivamente della conduttura di riciclaggio del gas di scarico 4, viene allora emesso un segnale di errore fe, il quale segnala un difetto del sistema di riciclaggio del gas di scarico che non può più essere compensato nella maniera più sopra citata.

Claims (1)

  1. Rivendicazioni 1.- Procedimento atto alla compensazione di modificazioni difettose della portata del gas attraverso una conduttura di riciclaggio del gas di scarico di un motore a combustione interna, caratterizzato dal fatto che - la corrente di massa (msagr) che passa per la conduttura di riciclaggio del gas di scarico (4) viene ricavata, secondo un primo metodo, in funzione della posizione della valvola (hagr) e della curva caratteristica di portata di una valvola di riciclaggio del gas di scarico (5), - dal fatto che la corrente di massa (msagrm), che passa per il sistema di riciclaggio del gas di scarico (4), viene ricavata, conformemente ad un secondo metodo, dalla corrente di massa dell'aria fresca (ms) nel tubo di aspirazione (3) e dalla pressione nel tubo di aspirazione (ps), - dal fatto che viene determinato lo scostamento (dms) tra le correnti di massa (msagr, msagrm) determinate secondo i due metodi, - e dal fatto che, a partire dallo scostamento (dms) tra le due correnti di massa (msagr, msagrm) , vengono formate una o più grandezze correttive (ofmsagr, fkmsagr, dpb) per la corrente di massa (msagr) ricavata in funzione della posizione della valvola (hagr) e della curva caratteristica di portata . 2.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in qualità di grandezza correttiva (ofmsagr) viene formato un Offset per la curva caratteristica di portata. 3.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in qualità di grandezza correttiva (fkmsagr) viene formato un fattore che modifica la pendenza della curva caratteristica di portata . 4.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in qualità di grandezza correttiva (dpb) viene formato un valore che riduce la pressione del gas di scarico (pvagr), misurata a monte della valvola di riciclaggio del gas di scarico (5), e che è il prodotto tra il quadrato della corrente di massa (msagr), determinata secondo il primo metodo, e lo scostamento (dms) tra le due correnti di massa (msagr, msagrm). 5.- Procedimento secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che per la formazione della grandezza correttiva (delle grandezze correttive) (ofmsagr, fkmsagr, dpb) viene integrato lo scostamento (dms) tra le due correnti di massa (msagr, msagrm). 6.- Procedimento secondo la rivendicazione 1 oppure la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che viene segnalato un difetto (fe) del riciclaggio del gas di scarico quando lo scostamento (dms) tra le due correnti di massa (msagr, msagrm) supera per eccesso un predeterminato valore di soglia. 7.- Procedimento secondo le rivendicazioni 1 fino a 4, caratterizzato dal fatto che la scelta della grandezza correttiva (ofmsag, fkmsagr, dpb) dipende dalla grandezza della corrente di massa (msagrm), laddove il Offset (ofmsagr) viene utilizzato per la correzione in presenza di una corrente di massa minore rispetto alla modificazione della pendenza (fkmsagr), e la riduzione (dpb) della pressione del gas di scarico (pvagr) viene utilizzata in presenza di una corrente di massa maggiore rispetto alla modificazione della pendenza (fkmsagr) .
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