ITMI20062115A1 - Procedimento per azionare un motore termico e motore termico - Google Patents

Procedimento per azionare un motore termico e motore termico Download PDF

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ITMI20062115A1
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Description

IT2064/06/B
STUDIO BREVETTI JAUMANN
di Jaumann P. & C. Sas
Via San Gwvanni sul Muro, 13
20121 MILANO
Ditta: ROBERT BOSCH GMBH
Sede: Stoccarda (Germania)
DESCRIZIONE
Tecnica precedente 12006 AO 02 11 5 L'invenzione si riferisce ad un procedimento per azionare un motore termico in cui almeno una parte di una camera di combustione di almeno un cilindro del motore termico viene preriscaldata tramite un dispositivo di riscaldamento ed in cui il motore termico viene avviato tramite un motore di avviamento elettrico.
L'invenzione, inoltre, si riferisce ad un motore termico secondo il preambolo della rivendicazione principale 8. Procedimenti del tipo menzionato in precedenza come anche corrispondenti motori termici sono noti e presentano lo svantaggio che in particolare in caso di uno stato di caricamento ridotto di una batteria che alimenta il dispositivo di riscaldamento ed il motore di avviamento non viene garantito l'avviamento sicuro del motore termico. Inoltre nei procedimenti tradizionali dal pilotaggio prestabilito in maniera fissa del dispositivo di riscaldamento e/o del motore di avviamento risulta una durata insufficiente del dispositivo di riscaldamento o dei componenti del dispositivo di riscaldamento come anche un consumo inutilmente elevato di una batteria utilizzata.
8 8 Nili w6
IT2064/06/B
_i Di conseguenza compito della presente invenzione è di migliorare un procedimento ed un dispositivo del tipo ≠
prima menzionato in modo da rendere possibile un avviamento sicuro del motore termico anche in caso di uno stato di caricamento basso di una batteria associata al motore termico e in modo da diminuire l'usura del dispositivo di riscaldamento e/o della batteria.
Questo compito viene risolto secondo l'invenzione da un precedimento del tipo prima menzionato in modo che il pilotaggio del dispositivo di riscaldamento e/o del motore di avviamento venga eseguito in funzione dello stato dì caricamento e/o di ulteriori grandezze di funzionamento di una batteria che alimenta il dispositivo di riscaldamento ed il motore di avviamento con energia elettrica.
Vantaggi dell'invenzione
La considerazione seconde l'invenzione dello stato di caricamento della batteria permette il prelevamento preciso di energia elettrica dalla batteria, accoppiato allo stato di caricamento della batteria, per alimentare il dispositivo di riscaldamento e/o il motore di avviamento. In tal modo in caso in uno stato di caricamento particolarmente basso della batteria, ad esempio, in particolare può essere evitato il IT2064/06/B
contemporaneo pilotaggio del dispositivo di riscaldamento e del motore di avviamento in modo che anche in un simile
stato critico venga impedito che la tensione della batteria si abbassi al di sotto di una tensione minima permessa .
Parimenti, in questo modo è possibile ad esempio, in caso di uno stato di caricamento straordinariamente buono della batteria, rinunciare al pilotaggio del dispositivo di riscaldamento almeno parzialmente, in quanto l'avviamento del motore termico in questo caso può essere causato solo dal pilotaggio sufficientemente lungo del motore di avviamento. In questo caso aumenta corrispondentemente la durata del dispositivo di riscaldamento o dei componenti del dispositivo di riscaldamento .
Come ulteriore soluzione del compito della presente invenzione viene indicato un motore termico secondo la rivendicazione 8.
Configurazioni vantaggiose della presente invenzione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Ulteriori vantaggi, caratteristiche e particolarità dell'invenzione risultano dalla seguente descrizione, in IT2064/06/B
cui con riferimento ai disegni viene descritto in dettaglio un esempio di realizzazione dell'invenzione.
Inoltre le caratteristiche menzionate nelle rivendicazioni e nella descrizione possono essere essenziali per i'invenzione singolarmente oppure in qualunque combinazione.
Disegno
Nel disegno mostrano
La figura 1 uno schema a blocchi semplificato di un motore termico secondo l'invenzione e
la figura 2 un diagramma di flusso di una prima forma di realizzazione della presente invenzione.
Descrizione degli esempi di realizzazione
La figura 1 mostra uno schema a blocchi semplificato di un motore termico 10 secondo l'invenzione, in cui, ad esempio, esso è un motore termico ad accensione automatica con iniezione diretta.
Per il precondizionamento di almeno una camera di IT2064/06/B
combustione non illustrata in figura 1 del motore termico 10, il motore termico 10 presenta un dispositivo di riscaldamento 15 che preferibilmente viene azionato elettricamente e viene utilizzato in particolare in caso di avviamento a freddo dei motore termico 10 come anche in caso di un surriscaldamento od in generale in caso di temperature ambiente molto basse per preriscaldare in maniera sufficiente almeno una parte della relativa camera di combustione in modo da garantire l'accensione sicura della miscela aria-combustibile che si trova nella camera di combustione.
Il dispositivo di riscaldamento 15 può essere, ad esempio, un sistema che preferibilmente presenta una candeletta di preriscaldamento azionata elettricamente (non mostrata) per ogni camera di combustione, in cui la candeletta di preriscaldamento viene inserita almeno parzialmente nella relativa camera di combustione e la riscalda, oppure riscalda parzialmente almeno una miscela di gas situata in essa.
Oltre al dispositivo di riscaldamento 15 il motore termico 10 presenta anche un motore di avviamento elettrico 20 per avviare il motore termico in un modo noto di per sè.
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Il motore termico 10 è inoltre associato ad un dispositivo di comando 30 che comanda l'avviamento del motore termico 10 come anche ulteriori tipi di funzionamento del motore termico 10. A tal scopo al dispositivo dì comando 30 vengono fornite, come grandezze di ingresso, grandezze di funzionamento del motore termico 10 che in figura 1 sono simboleggiate sottoforma di frecce.
Il pilotaggio del dispositivo di riscaldamento 15 e del motore di avviamento 20 tramite il dispositivo di comando viene simboleggiato dai corrispondenti collegamenti ISa, 20a .
Le indicazioni o algoritmi necessari per comandare il motore termico 10 sono memorizzati preferibilmente in una memoria di programma di una unità di calcolo, non illustrata, del dispositivo di comando 30.
Per alimentare l'utenza elettrica come, ad esempio, il motore di avviamento 20 ed il dispositivo di riscaldamento 15 come anche il dispositivo di comando 30, al motore termico 10 è associata una batteria 40. Cavi o condotti corrispondenti, necessari per l'alimentazione di IT2064/06/B
corrente, non sono illustrati in figura 1.
Per garantire un avviamento sicuro che contemporaneamente utilizza correttamente il dispositivo di riscaldamento 15 e la batteria 40 del motore termico 10, in particolare anche in condizioni di avviamento a freddo, viene eseguito il procedimento secondo 1'invenzione descritto di seguito, i cui passi del procedimento sono indicati nel diagramma di flusso illustrato in figura 2.
Prima dell'avviamento del motore termico 10, nel passo 100 viene innanzitutto rilevato lo stato di caricamento della batteria 40. Lo stato di caricamento della batteria 40 indica la capacità residua disponibile momentaneamente della batteria, cioè in particolare la quantità di elettricità memorizzata nella batteria 40, le utenze elettriche che, ad esempio, sono a disposizione del dispositivo di riscaldamento 15 e dei motore di avviamento 20.
Poiché in particolare anche la temperatura ambiente influisce sulla capacità residua della batteria 40, la temperatura ambiente come anche eventuali fattori che influenzano la capacità residua della batteria 40 vengono parimenti tenuti in considerazione nel passo 100 del IT2064/06/B
procedimento secondo l'invenzione.
I dati corrispondenti sullo stato di caricamento della batteria 40 possono essere ricevuti secondo l'invenzione ad esempio da un dispositivo di comando della batteria non mostrato che è in collegamento dati, ad esempio tramite un bus CAN 70, con il dispositivo di comando 30 che comanda il motore termico 10 e che controlla continuamente lo stato della batteria e la temperatura ambiente o la temperatura della batteria 40 o simili. Dopo il rilevamento dello stato di caricamento della batteria 40 secondo l'invenzione nel passo 110 viene scelta una strategia di pilotaggio per il successivo pilotaggio del dispositivo di riscaldamento 15 e/o del motore di avviamento 20.
Questa strategia di pilotaggio può comprendere, in particolare, momenti iniziali e finali per il pilotaggio dei rispettivi sistemi 15, 20, ad esempio per regolare o anche escludere il sovrapporsi del pilotaggio dei due sistemi 15, 20.
Inodore, secondo l'invenzione è possibile stabilire una potenza elettrica oppure il flusso temporale per la potenza elettrica con cui viene pilotato il dispositivo IT2064/06/B
di riscaldamento 15 o le sue candelette di preriscaldamento. In particolare in caso di candelette di preriscaldarr.ento comandate modulate ad ampiezza di impulsi è possibile regolare facilmente la potenza elettrica da convertire scegliendo il rapporto di larghezza di impulsi.
Prestabilire la potenza elettrica da prelevare al massimo dalla batteria 40 è molto vantaggioso in particolare solo in caso di batterie caricate debolmente oppure in caso di condizioni estreme di avviamento a freddo, in guanto in questo modo può essere evitata in maniera efficace che la tensione della batteria precipiti al di sotto della tensione minima necessaria per il funzionamento del motore termico 10 oppure dei suoi componenti, come ad esempio il dispositivo dì comando 30.
Inoltre, in caso di scelta della strategìa di pilotaggio nel passo 110 è molto conveniente tener conto del riscaldamento della camera di combustione che compare durante il pilotaggio del motore di avviamento 20 in particolare a causa degli effetti di attrito nella zona della camera di combustione. L'energia termica già fornita alia camera di combustione tramite i calori di attrito non deve essere più fornita alla camera di IT2064/06/B
combustione tramite il dispositivo di riscaldamento 15 in modo da poter scegliere la sua capacità di riscaldamento più bassa, per cui risulta, tra gii altri, un aumento della durata delle candelette di prerìscaldamento.
Particolarmente vantaggiosi, in caso di scelta della strategia di pilotaggio, vengono considerati anche gli effetti di invecchiamento dei componenti interessati. In particolare, può essere tenuto in considerazione, ad esempio, il rendimento termico, che peggiora nel tempo, delle candelette di prerìscaldamento.
In una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione è previsto in modo particolarmente vantaggioso che il pilotaggio del dispositivo di riscaldamento 15 e/o del motore di avviamento 20 venga eseguito in funzione di un modello che tiene in considerazione la temperatura o il riscaldamento della camera di combustione in base ai seguenti parametri: riscaldamento tramite il dispositivo di riscaldamento 15 e/o riscaldamento tramite calori di attrito che sorgono in particolare in caso di funzionamento del motore di avviamento 20 e/o della temperatura ambiente e/o di proprietà costruttive del motore termico 10.
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Anche il riscaldamento di aria preriscaldata, ad esempio tramite un "grid heater", e fornita alla camera di combustione può essere parimenti tenuta in considerazione nel modello secondo l'invenzione.
Un corrispondente modello può essere previsto, ad esempio, sottoforma di un programma per computer su una unità di calcolo, non mostrata, del dispositivo di comando 30 e può valutare il riscaldamento atteso della camera di combustione oppure il livello di precondizionamento causato dai singoli componenti 15, 20 rispetto ad una combustione affidabile.
Con un modello simile in caso di proprietà costruttive note del motore termico 10, che si riferiscono alla conduzione termica nella zona della camera di combustione oppure della testa del cilindro, viene rilevato in particolare quanta energia elettrica deve essere fornita alla camera dì combustione, o ad una miscela di aria/combustibile che si trova in essa, tramite il dispositivo di riscaldamento 15 e/o per quanto tempo il motore di avviamento 20 deve essere comandato, in modo che il motore termico 10 in caso di temperatura ambiente determinata si avvìi sicuramente. Il pilotaggio di un "grid heater" eventualmente presente può avvenire IT2064/06/B
parimenti in funzione del modello secondo l'invenzione.
Dopo che una corrispondente strategia di pilotaggio è stata rilevata nel passo 110, successivamente nel passo 120 il dispositivo di riscaldamento 15 e/o il motore di avviamento 20 vengono pilotati in maniera corrispondente per cui il motore termico 10 viene avviato.
Tenendo in considerazione secondo 1'invenzione lo stato di caricamento della batteria 40 viene garantito in modo vantaggioso che in particolare una batteria 40 caricata ancora debolmente, cioè una batteria 40 con ridotta capacità residua, durante l'avviamento del motore termico 10 tramite le utenze elettriche 15, 20 non venga ultracaricata. Ad esempio, in un caso simile può avvenire innanzitutto il pilotaggio del dispositivo di riscaldamento 15 e dopo la disattivazione del dispositivo di riscaldamento 15 può essere pilotato il motore di avviamento 20 in modo che entrambi i sistemi 15, 20 non prelevino contemporaneamente energia elettrica dalla batteria 40 e non la carichino perciò inutilmente. Tramite il procedimento secondo 1'invenzione di conseguenza può essere ottenuto un avviamento sicuro del motore termico 10 anche in caso di utilizzo di una batteria molto debole 40, che non sarebbe possibile IT2064/06/B
utilizzando i procedimenti tradizionali con un pilotaggio prestabilito in maniera fissa del dispositivo di
riscaldamento 15 e/o del motore di avviamento 20.
Parimenti è anche pensabile che in caso di una capacità residua sufficientemente elevata della batteria 40 avviene il pilotaggio del dispositivo di riscaldamento 15 con potenza diminuita oppure il dispositivo di riscaldamento 15 non viene affatto pilotato in quanto un avviamento sicuro del motore termico 10 in questo caso può essere ottenuto solo tramite un pilotaggio sufficientemente lungo del motore di avviamento 20. Dna simile strategia di pilotaggio influisce positivamente sulla durata del dispositivo di riscaldamento 15.
Anche il fatto di tener conto dei calori di attrito che sorgono durante il funzionamento del motore di avviamento 20 nella zona della camera di combustione permette una regolazione piu precisa del pilotaggio dei sistemi 15, 20 e contribuisce quindi parimenti ad aumentare la durata del dispositivo di riscaldamento 15.
Un simile aumento della durata del dispositivo di riscaldamento 15 attraversa l'utilizzo del procedimento secondo l'invenzione è molto conveniente in particolare IT2064/06/B
con i motori termici moderni 10 in cui la sostituzione delle candelette di preriscaldamento è possibile solo smontando il motore ermico 10 da un corrispondente autoveicolo .
In una ulteriore forma di realizzazione vantaggiosa del procedimento secondo 1'invenzione è previsto che partendo da un tempo di pilotaggio necessario noto per il dispositivo di riscaldamento 15 ed il motore di avviamento 20 - i momenti iniziali del pilotaggio del rispettivo sistema 15, 20 vengono scelti in modo che i momenti finali per il pilotaggio dei due sistemi 15, 20 coincidano, in cui in questo momento finale viene garantito un sicuro avviamento del motore termico 10.
Una sìmile strategia è conveniente in particolare in tali motori termici, in cui pompe ad alta pressione che creano una pressione di combustìbile necessaria in un accumulatore dì pressione sono accoppiate direttamente e meccanicamente al motore termico ed in cui il pilotaggio del motore di avviamento 20 contribuisce quindi anche alla creazione della pressione nell' accumulatore di pressione prima che il motore termico sia avviato.
Come tempo di pilotaggio necessario per il motore di IT2064/06/B
avviamento 20 in questo caso è da considerare quel
periodo di tempo per il quale il motore di avviamento
deve azionare il motore termico e quindi anche la pompa a pressione elevata per creare nell'accumulatore di pressione una pressione di combustibile sufficientemente elevata. Il tempo di pilotaggio per il dispositivo di riscaldamento 15 risulta di nuovo dalla conduzione termica specifica per il modello nella zona della camera di combustione.
Tramite il prelevamento ottimizzato secondo l'invenzione di energia elettrica dalla batteria 40, la batteria 40 viene inoltre utilizzata con attenzione e la sua durata viene aumentata.
Inoltre, il pilotaggio secondo l'invenzione, coordinato in maniera flessibile, del dispositivo di riscaldamento 15 e del motore di avviamento 20 permette un avviamento più veloce del motore termico 10 rispetto ai sistemi tradizionali in quanto le condizioni per una combustione ottimale della miscela aria-combustibile nella camera di combustione si verificano in un zompo più breve dopo l'inizio del processo di avviamento. In questo modo nel motore termico 10 secondo l'invenzione si riducono anche le emissioni di sostanze inquinanti durante il IT2064/06/B
procedimento di avviamento.
In modo particolarmente vantaggioso il procedimento secondo l'invenzione viene utilizzato insieme ad una cosiddetta apparecchiatura automatica di avviamento in cui il guidatore di un autoveicolo per avviare il motore termico 10 deve azionare un corrispondente elemento di azionamento, come ad esempio un pulsante, per mettere in movimento tutti i flussi necessari per l'avviamento del motore termico 10. In questa variante dell'invenzione il dispositivo di comando 30 controlla, ad esempio, Io stato del pulsante associato all'apparecchiatura automatica ed avvia con il suo azionamento i flussi necessari.
Oltre al dispositivo di riscaldamento 15 e al motore di avviamento 20 nella strategia di pilotaggio secondo l'invenzione possono essere incluse anche ulteriori utenze elettriche 50, 60. In particolare, in caso di utilizzo di un riscaldamento di stato 50 oppure di un riscaldamento di motore basato su combustibile, la considerazione del riscaldamento del motore termico 10 tramite questi sistemi ha significato e può avvenire allo stesso modo di quello descritto in precedenza in base al dispositivo di riscaldamento 15 fornito di candelette di preriscaidamento .
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In modo particolarmente vantaggioso nei motori termici che presentano un accumulatore di pressione per combustibile ed in cui l'accumulatore di combustibile normalmente viene alimentato di combustibile da una pompa ad alta pressione accoppiata meccanicamente al motore termico, viene utilizzata anche una ulteriore pompa elettrica per combustibile oppure un accumulatore di pressione riempito di combustibile che si trova sotto pressione per poter iniettare il prima possibile combustibile con la pressione necessaria nella camera di combustione e quindi per accelerare l'avviamento del motore termico. Un simile sistema aggiuntivo può parimenti essere incluso nella strategia di pilotaggio secondo 1'invenzione.
Il procedimento secondo l'invenzione è adatto oltre all'utilizzo con dispositivi di rìscaldamento 15 che presentano candelette di preriscaldamento anche per l'utilizzo in motori termici che presentano impianti di avviamento a fiamma oppure i cosiddetti sistemi "grid heater" che preriscaldano l'aria di aspirazione fornita al motore termico. In questi sistemi il riscaldamento delia camera di combustione avviene direttamente alimentando l'aria di aspirazione preriscaldata nella IT2064/06/B
camera di combustione.

Claims (9)

  1. IT2064/06/B RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per azionare un motore termico (10) in cui almeno una parte di una camera di combustione di almeno un cilindro del motore termico (10) viene preriscaldato tramite un dispositivo di riscaldamento (15) ed in cui il motore termico (10) viene avviato tramite un motore di avviamento elettrico (20), caratterizzato dal fatto che il pilotaggio del dispositivo di riscaldamento (15) e/o del motore di avviamento (20) viene eseguito in funzione di uno stato di caricamento e/o di ulteriori grandezze di funzionamento di una batteria (40) che alimenta il dispositivo di riscaldamento (15) ed il motore di avviamento (20) con energia elettrica.
  2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il momento iniziale e/o il momento finale per il pilotaggio del dispositivo di riscaldamento (15) e/o del motore di avviamento (20) viene rilevato in funzione di uno stato di caricamento e/o di ulteriori grandezze di funzionamento della batteria (40).
  3. 3. Procedimento secondo una delle rivendìcazioni IT2064/06/B precedenti, caratterizzato dal fatto che la capacità di riscaldamento del dispositivo dì riscaldamento (15) viene scelta in funzione di uno stato di caricamento e/o di ulteriori grandezze di funzionamento della batterìa (40).
  4. 4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che un riscaldamento della camera di combustione che si crea durante il pilotaggio del motore di avviamento (20) in particolare a causa degli effetti dì attrito nella zona della camera di combustione viene tenuto in considerazione in caso di pilotaggio del dispositivo di riscaldamento (15) e/o del motore di avviamento (20).
  5. 5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il pilotaggio del dispositivo di riscaldamento (15) e/o del motore di avviamento (20) e/o di altre utenze (50, 60) elettriche alimentate dalla batteria (40) è coordinato in modo che la corrente della batteria prelevata nel complesso dalia batteria (40) o la potenza della batterìa prelevata nel complesso dalla batteria (40) presenta un andamento temporale predeterminato.
  6. 6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni IT2064/06/B » precedenti, caratterizzato dal fatto che il pilotaggio del dispositivo di riscaldamento (15) e/o del motore di avviamento (20) viene eseguito in funzione di un modello che tiene in considerazione la temperatura o il riscaldamento della camera di combustione a causa dei seguenti parametri: riscaldamento tramite il dispositivo di riscaldamento (15) e/o riscaldamento tramite calori di attrito che sorgono in particolare in caso di funzionamento del motore di avviamento (20) e/o di temperatura ambiente e/o di proprietà costruttive del motore termico (10).
  7. 7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che gli effetti di invecchiamento del dispositivo di riscaldamento (15) e/o di componenti del dispositivo dì riscaldamento (15) vengono compensati da un corrispondente pilotaggio.
  8. 8 . Motore termico (10) con un dispositivo di riscaldamento (15) per preriscaldare una camera di combustione almeno di un cilindro del motore termico (10) e con un motore di avviamento (20) per avviare il motore termico (10), caratterizzato dal fatto che il motore termico (10) è adatto per eseguire il procedimento secondo una celle rivendicazioni precedenti. IT2064 / 06/B
  9. 9. Motore termico ( 10 ) secondo la rivendicazione 8, caratter i z zato da un dispositivo di comando (30) per eseguire il procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7 . 11 Mandatario (Paolo Jaumann ) del lo
IT002115A 2005-11-07 2006-11-06 Procedimento per azionare un motore termico e motore termico ITMI20062115A1 (it)

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