ITMI20131571A1 - Un sistema di rilevazione di una perdita in un condotto egr di bassa pressione e/o in una linea di aspirazione di un motore a combustione interna - Google Patents

Un sistema di rilevazione di una perdita in un condotto egr di bassa pressione e/o in una linea di aspirazione di un motore a combustione interna

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ITMI20131571A1
ITMI20131571A1 IT001571A ITMI20131571A ITMI20131571A1 IT MI20131571 A1 ITMI20131571 A1 IT MI20131571A1 IT 001571 A IT001571 A IT 001571A IT MI20131571 A ITMI20131571 A IT MI20131571A IT MI20131571 A1 ITMI20131571 A1 IT MI20131571A1
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Salvatore Musumeci
Fabio Odello
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Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:
UN SISTEMA DI RILEVAZIONE DI UNA PERDITA IN UN CONDOTTO EGR DI BASSA PRESSIONE E/O IN UNA LINEA DI ASPIRAZIONE DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA
DESCRIZIONE
Campo di applicazione dell’invenzione
La presente invenzione si riferisce al campo dei motori a combustione interna dotati, almeno di un condotto di ricircolazione di gas esausti a bassa pressione e più precisamente ad un sistema di rilevazione di una perdita in un condotto EGR di bassa pressione e/o in una linea di aspirazione di un motore a combustione interna.
Stato della tecnica
Le normative di emissioni cui devono sottostare i motori a combustione interna richiedono via, via limiti di emissioni sempre più severi e cicli di omologazione sempre più impegnativi. Uno degli inquinanti di maggior impatto che le normative richiedono di tenere sotto controllo sono gli Ossidi di Azoto (NOx): l’EGR (Exhaust Gas Recirculation) è il sistema preposto, nella maggior parte delle applicazioni, alla riduzione di questo tipo di inquinante.
Un possibile guasto consiste nell’ingresso di aria fresca nel condotto EGR a bassa pressione.
In altri termini, anziché essere ricircolato gas esausto, viene immessa aria fresca. Pertanto, da un lato le prestazioni, in termini di potenza/coppia erogata dal motore a combustione interna, migliorano, ma da un altro lato, non risulta più possibile controllare/limitare adeguatamente le emissioni di NOx.
Tale tipologia di guasto può avvenire essenzialmente per due ragioni: una rottura accidentale del condotto EGR di bassa pressione oppure una apertura volontaria operata dal conducente, proprio per incrementare le prestazioni del motore a combustione interna.
Sommario dell’invenzione
Pertanto scopo della presente invenzione è quello di proporre un sistema in grado di monitorare l’eventuale ingresso di aria fresca nel/attraverso il condotto EGR di bassa pressione e/o in una linea di aspirazione di un motore a combustione interna preferibilmente sovralimentato.
E’ oggetto della presente invenzione un sistema di rilevazione di una perdita in un condotto EGR di bassa pressione e/o in una linea di aspirazione di un motore a combustione interna.
Forma pure oggetto della presente invenzione un motore a combustione interna comprendente il suddetto sistema ed un veicolo terrestre comprendente il suddetto motore a combustione interna.
Un altro oggetto della presente invenzione è un metodo di rilevazione di una perdita di un condotto EGR di bassa pressione o lungo una linea di aspirazione di un motore a combustione interna.
Le rivendicazioni descrivono varianti preferite dell’invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.
Breve descrizione delle figure
Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti) e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:
nella figura 1 è indicato uno schema di massima di un motore a combustione interna comprendente un condotto EGR di bassa pressione in cui è implementato il sistema oggetto della presente invenzione.
Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.
Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione
Con riferimento alla figura 1, un motore a combustione interna E, preferibilmente a ciclo Diesel, con un numero qualunque di cilindri, per esempio 4 o 6, è dotato di un collettore di aspirazione IP collegato con l’uscita del compressore di un gruppo turbocompressore TC. L’ingresso di tale compressore è collegato con la scatola filtro di aspirazione F.
La turbina dello stesso gruppo TC ha l’ingresso collegato con il collettore di scarico EP e l’uscita collegata con un sistema di post-trattamento dei gas di scarico ATS.
Un condotto EGR di bassa pressione EL è collegato tra l’uscita della turbina e l’ingresso del compressore. Una valvola ELV è disposta su tale condotto ELV per regolare la quantità di gas esausto da ricircolare.
Ai fini della presente invenzione si intende per condotto EGR di bassa pressione anche un condotto EGR di un motore aspirato, cioè privo di gruppi di sovralimentazione.
Tra la scatola del filtro di aspirazione F e la valvola di regolazione dell’EGR di bassa pressione è disposto un dispositivo misuratore di massa aria HFM generalmente presente sui motori a combustione interna.
Il concetto di bassa pressione, in questo ambito, è chiaro in relazione al fatto che lo spillamento dei gas di scarico è operata a valle della turbina.
Il motore a combustione interna può essere opzionalmente dotato di un condotto EGR di alta pressione EH, collegato tra il collettore di scarico EP ed il collettore di aspirazione IP, dunque a valle dell’uscita del compressore e a monte dell’ingresso della turbina. Una valvola di regolazione EHV è disposta su tale condotto per regolare la quantità di gas EGR da ricircolare.
Nella figura 1 il condotto di ricircolazione di bassa pressione EL è mostrato interrotto con la sovrapposizione di
un blocco AF recante l’etichettamAirFault che idealmenterappresenta una perdita di tenuta del condotto EGR di bassa pressione EL che consente l’ingresso di aria fresca nel motore E attraverso la valvola EGR di bassa pressione ELV. Il motore è anche dotato di un sistema di iniezione di carburante IS che comprende mezzi per misurare o stimare la quantità di carburante iniettato nei cilindri.
Inoltre, il motore è dotato di almeno un sensore lambda (λ) oppure un sensore di NOx sulla linea di scarico, attraverso cui risulta possibile misurare il rapporto carburante/aria (fresca) immessa nel motore a combustione interna E.
Nella figura 1 sono rappresentati più sensori lambda, in quanto, generalmente, già presenti sulla linea di scarico, cioè lungo l’ATS, del motore.
Secondo la presente invenzione viene stimato un errore tra il lambda misurato λmeasuredsulla linea di scarico attraverso detto sensore λ o di NOx ed il lambda stimato o misurato λexpattraverso i mezzi di misura o stima delle quantità di aria
fresca aspiratamHFM e del carburante iniettatomFUEL :
λerr=λmeasured−λexp
Quando l’errore, vale a direλerr , supera un prima sogliapositiva, allora ciò indica che il lambda reale è maggiore di quello stimato attraverso anche il sensore HFM, in quanto dell’ulteriore aria fresca – non computata - viene immessa nel motore attraverso il condotto EGR di bassa pressione EL. Secondo la presente invenzione, quando invece l’errore supera una seconda soglia negativa, ciò significa che vi è una perdita, cioè un problema di tenuta, sulla linea di aspirazione cioè in un qualunque punto compreso tra il sensore di misura della quantità di aria fresca HFM ed il collettore di aspirazione oppure tra la valvola EHV del condotto EGR di alta pressione, se presente, ed il collettore di aspirazione.
L’espressione “linea di aspirazione” IL pertanto si riferisce a tutti i condotti in comunicazione con il collettore di aspirazione IP, a valle del misuratore di massa aria HFM, secondo il verso di circolazione dell’aria fresca. In altri termini, si intendono inclusi nella linea di aspirazione tutti i condotti a monte e a valle del compressore, incluso il compressore, se il motore è sovralimentato, a partire dal sensore HFM fino al collettore di aspirazione e, se presente, anche la porzione di condotto EGR di alta pressione compresa tra una relativa valvola EHV ed il collettore di aspirazione. Analogamente, per “linea di scarico” EL si intende l’insieme di tutti i condotti in comunicazione con il collettore di scarico.
Pertanto la presente invenzione può essere implementata per rilevare perdite sul condotto EGR di bassa pressione oppure per rilevare perdite sulla linea di aspirazione e, se presente, anche su una porzione del condotto di EGR di alta pressione.
Il sistema secondo la presente invenzione può essere idoneo a rilevare entrambe, seppur non concomitanti, tipologie di guasto.
Alla base della presente invenzione vi è il calcolo del suddetto errore tra lambda misurato sulla linea di scarico ed il lambda stimato/misurato sulla base delle quantità di aria e carburante entranti nel motore.
Secondo una variante preferita dell’invenzione sia la prima soglia positiva che la seconda soglia negativa hanno valore assoluto uguale e preferibilmente compreso tra 0,1 e 0,3 con un valore ottimale di 0,2.
Secondo una variante preferita dell’invenzione tra l’uscita della turbina e l’ingresso del condotto EGR di bassa pressione EL, può essere disposto un dispositivo per l’abbattimento di sostanze nocive quale un DPF (Diesel Particulate Filter) e/o un SCR (Selective Catalytic Reduction) o, in alternativa all’SCR, un NSC (NOx storage catalyst).
Quando il sensore lambda o di NOx utilizzato per la misurazione del lambda sulla linea di scarico é disposto a valle di un dispositivo per l’abbattimento di sostanze nocive, allora il sistema di ATS non deve trovarsi in condizioni da alterare il valore di lambda. Ad esempio, se tale dispositivo di abbattimento è un DPF, esso non deve essere in condizioni di rigenerazione, oppure se tale dispositivo è un SCR/NSC esso non deve variare il tenore di ossigeno contenuto nei gas di scarico, in quanto una variazione della concentrazione di ossigeno falserebbe la lettura del sensore lambda o NOx.
In tal caso, il presente metodo può essere validamente operato compensando il disturbo introdotto dal DPF&SCR/NSC attraverso un modello matematico di stima della variazione della concentrazione di ossigeno in relazione alle condizioni di funzionamento dell’ATS stesso oppure può essere operato in predefinite condizioni di funzionamento dell’ATS che certamente non alterano il valore di lambda/NOx.
Quando, invece il sensore lambda o di NOx è disposto a monte di qualsivoglia dispositivo di abbattimento di sostanze nocive, i suddetti accorgimenti non sono necessari.
Secondo un’altra variante dell’invenzione, la linea di aspirazione tra uscita del compressore ed il collettore di aspirazione IP può comprendere un intercooler C.
Il sistema così descritto consente di attuare un controllo di tipo continuo delle condizioni di tenuta sia del condotto EGR di bassa pressione che della linea di aspirazione.
Tale monitoraggio può essere eseguito da una centralina veicolare o dalla centralina motore ECU. Pertanto, la presente invenzione può essere vantaggiosamente realizzata tramite un programma per computer che comprende mezzi di codifica per la realizzazione di uno o più passi del metodo, quando questo programma è eseguito su di un computer. Pertanto si intende che l’ambito di protezione si estende a detto programma per computer ed inoltre a mezzi leggibili da computer che comprendono un messaggio registrato, detti mezzi leggibili da computer comprendendo mezzi di codifica di programma per la realizzazione di uno o più passi del metodo, quando detto programma è eseguito su di un computer.
Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo.
Ad esempio, la rilevazione di una delle possibili tipologie di guasto può determinare la segnalazione di una anomalia attraverso una spia nel cruscotto del veicolo e/o può determinare l’attivazione di una procedura di recovery che limita la coppia massima e/o la potenza massima erogabile dal motore a combustione interna E oppure la velocità massima del veicolo su cui è implementata la presente invenzione.
Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo è in grado di realizzare l’oggetto dell’invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi. Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente domanda. Quanto descritto nella descrizione dello stato della tecnica, se non specificatamente escluso nella descrizione di dettaglio, deve essere considerato in combinazione con le caratteristiche della presente invenzione, formando parte integrante della presente invenzione.

Claims (18)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Un sistema di rilevazione di una perdita in un condotto EGR di bassa pressione (EL) e/o in una linea di aspirazione di un motore a combustione interna comprendente - una linea di aspirazione (IL) ed una linea di scarico (EL), - mezzi per misurare o stimare una quantità di aria fresca (mHFM) in ingresso al motore (HFM), - mezzi per misurare o stimare una quantità di carburante (mFUEL) iniettata nel motore (E), - mezzi di misura o stima (λ e/o NOx), su detta linea di scarico, atti a fornire un primo valore (λmeasured) di un rapporto aria/carburante immessi nel motore (E), il sistema comprendendo mezzi di elaborazione (ECU) adattati per calcolare un secondo valore (λexp) di detto rapporto aria/carburante, calcolato sulla base di dette quantità misurate o stimate di aria fresca (mHFM) e carburante (mFUEL) in ingresso al motore e per calcolare un errore (λerr) tra detti primo e secondo valore (λmeasured- λexp).
  2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di elaborazione (ECU) sono adattati per generare un messaggio di segnalazione di una perdita di tenuta del condotto EGR di bassa pressione (EL) quando detto errore (λerr) è positivo e/o per generare un messaggio di segnalazione di una perdita di tenuta della linea di aspirazione (IL) quando detto errore è negativo.
  3. 3. Sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto errore (λerr) è confrontato con un valore di soglia avente valore assoluto compreso tra 0,1 e 0,3.
  4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 3, in cui detta soglia ha valore assoluto pari a 0,2.
  5. 5. Motore a combustione interna (E), avente una linea di aspirazione (IL) ed una linea di scarico (EL), - mezzi per misurare o stimare una quantità di aria fresca (mHFM) in ingresso al motore (HFM), - mezzi per misurare o stimare una quantità di carburante (mFUEL) iniettata nel motore (E), - mezzi di misura o stima (λ e/o NOx), su detta linea di scarico, atti a fornire un primo valore (λmeasured) di un rapporto aria/carburante immessi nel motore (E), il motore comprendendo mezzi di elaborazione (ECU) interfacciati con detti mezzi di misura o stima (HFM, IS, λ e/o NOx) e adattati per calcolare un secondo valore (λexp) di detto rapporto aria/carburante, calcolato sulla base di dette quantità misurate o stimate di aria fresca (mHFM) e carburante (mFUEL) in ingresso al motore e per calcolare un errore (λerr) tra detto primo e secondo valore.
  6. 6. Motore secondo la rivendicazione 5, in cui detti mezzi di elaborazione (ECU) sono adattati per generare un messaggio di segnalazione di una perdita di tenuta del condotto EGR di bassa pressione (EL) quando detto errore (λerr) è positivo e/o per generare un messaggio di segnalazione di una perdita di tenuta della linea di aspirazione (IL) quando detto errore è negativo. 7. Motore secondo una delle rivendicazioni precedenti 5 o 6, in cui detto errore (λerr) è confrontato con un valore di soglia avente valore assoluto compreso tra 0,1 e 0,3.
  7. 7. Motore secondo la rivendicazione 6, in cui detta soglia ha valore assoluto pari a 0,2.
  8. 8. Motore secondo una qualunque delle rivendicazioni da 5 a 7, ulteriormente comprendente un gruppo di sovralimentazione (TC) ed in cui detto condotto EGR di bassa pressione è collegato tra un ingresso del compressore del gruppo di sovralimentazione ed una uscita della turbina del gruppo di sovralimentazione.
  9. 9. Motore secondo la rivendicazione 8, ulteriormente comprendente un condotto EGR di alta pressione (EH), collegato tra un collettore di scarico (EP) ed un collettore di aspirazione (IP) del motore, sui cui è disposta una relativa valvola di controllo (EHV) ed in cui quando detto errore (λerr) è negativo allora una perdita di tenuta può essere rilevata anche nella porzione di linea di aspirazione compresa tra detta valvola di controllo (EHV) ed il collettore di aspirazione (IP) del motore.
  10. 10. Motore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 5 a 9, ulteriormente comprendente un intercooler (C) sulla linea di aspirazione (IL).
  11. 11. Motore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 5 a 10, ulteriormente comprendente un dispositivo anti-inquinamento (DPF, SCR, NSC) sulla linea di scarico (EL).
  12. 12. Veicolo terrestre comprendente un motore a combustione interna secondo una qualunque delle rivendicazioni da 5 a 11.
  13. 13. Metodo di rilevazione di una perdita in un condotto EGR di bassa pressione (EL) e/o in una linea di aspirazione di un motore a combustione interna comprendente - una linea di aspirazione (IL) ed una linea di scarico (EL), - mezzi per misurare o stimare una quantità di aria fresca (mHFM) in ingresso al motore (HFM), - mezzi per misurare o stimare una quantità di carburante (mFUEL) iniettata nel motore (E), - mezzi di misura o stima (λ e/o NOx), su detta linea di scarico, atti a fornire un primo valore (λmeasured) di un rapporto aria/carburante immessi nel motore (E), il metodo comprendendo i passi di calcolare un secondo valore (λexp) di rapporto aria/carburante in ingresso al motore sulla base di dette quantità misurate o stimate di aria fresca (mHFM) e carburante (mFUEL) in ingresso al motore e di calcolare un errore (λerr) tra detto primo valore e detto secondo valore (λmeasured- λexp).
  14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, ulteriormente comprendente un passo di generare un messaggio di segnalazione di una perdita di tenuta del condotto EGR di bassa pressione (EL) quando detto errore (λerr) è positivo e/o di generare un messaggio di segnalazione di una perdita di tenuta della linea di aspirazione (IL) quando detto errore è negativo.
  15. 15. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti 13 o 14, ulteriormente comprendente un passo di confrontare detto errore (λerr) con un valore di soglia avente valore assoluto compreso tra 0,1 e 0,3.
  16. 16. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui detta soglia ha valore assoluto pari a 0,2.
  17. 17. Programma di computer che comprende mezzi di codifica di programma adattati per realizzare tutti i passi di una qualunque delle rivendicazioni da 13 a 16, quando detto programma è fatto girare su di un computer.
  18. 18. Mezzi leggibili da computer comprendenti un programma registrato, detti mezzi leggibili da computer comprendendo mezzi di codifica di programma adattati per realizzare tutti i passi di una qualunque delle rivendicazioni da 13 a 16, quando detto programma è fatto girare su di un computer.
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