ITMI940441A1 - Procedimento e dispositivo per comandare un sistema di dosaggio del combustibile comandato da valvola magnetica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Stato della tecnica

L 'invenzione riguarda un procedimento ed un dispositivo per comandare un sistema di dosaggio del combustibile, comandato da valvola magnetica, conformemente alla definizione introduttiva delle rivendicazioni indipendenti .

Un tale procedimento ed un tale dispositivo per comandare un sistema di dosaggio comandato da valvola magnetica sono noti dal DE-OS 42 04 091. Ivi vengono descritti un procedimento ed un dispositivo per comandare un motore diesel con un sistema di dosaggio del combustibile comandato da valvola magnetica. Questo sistema dosatore comprende un dispositivo di comando elettronico che, partendo da almeno una durata della mandata, calcola un istante di comando di chiusura per una valvola magnetica.

In noti sistemi finora la durata del comando è stata utilizzata come parametro del campo caratteristico delle quantità. In caso di durata di comando costante e numero di giri crescente ciò ha portato come conseguenza ad una quantità di iniezioni decrescente.

Pertanto nel campo caratteristico delle quantità si ottengono caratteristiche decrescenti. Queste caratteristiche decrescenti hanno un effetto stabilizzante sul funzionamento del motore.

Nel dispositivo descritto nel DE-OS 42 04 091 l'effettivo inizio della mandata viene determinato tramite interpolazione. Ciò significa che l'effettivo istante dell'inizio dell'iniezione è disponibile anche durante la stessa iniezione. Partendo da questo inizio dell'iniezione così determinato è possibile definire in modo assai preciso l'istante di comando di chiusura. Ciò provoca una riduzione delle variazioni di quantità fra i singoli dosaggi. Poiché qui però la durata della mandata al posto della durata di comando entra come parametro nel campo caratteristico delle quantità, dal punto di vista dinamico si ottengono caratteristiche crescenti. In caso di durata costante della mandata e di numero di giri crescente ciò significa che si ottengono quantità di iniezione crescenti.

Queste caratteristiche di quantità crescenti portano ad instabilità nel funzionamento del motore .

Compito dell'invenzione

L’invenzione si pone il compito di eliminare queste instabilità per un procedimento ed un dispositivo per comandare un sistema di dosaggio del combustibile, comandato da valvola magnetica, del genere menzionato all'inizio. Il problema viene risolto mediante le caratteristiche indicate nella rivendicazione 1.

Vantaggi dell'invenzione

Poiché la durata della mandata viene corretta in quanto si ottengono caratteristiche decrescenti localmente, è possibile migliorare sostanzialmente la stabilità nel funzionamento del motore.

Esecuzioni vantaggiose ed opportune ed ulteriori sviluppi sono caratterizzati nelle sotto-rivendicazioni.

Disegno

L'invenzione viene illustrata nel seguito in base alla forma di realizzazione rappresentata nel disegno.

In particolare:

La fig. 1 mostra un diagramma a blocchi grossolano del dispositivo di comando secondo l'invenzione,

La fig. 2 mostra differenti grandezze verificantisi nel corso del dosaggio del combustibile, La fig. 3 mostra uno schema di funzionamento per illustrare lo svolgimento del dosaggio, nonché La fig. 4 mostra due rappresentazioni di campi caratteristici delle quantità.

Descrizione di un esempio di realizzazione

L’invenzione viene descritta nel seguito nell'esempio di un motore endotermico ad auto-accensione. Però l'invenzione può essere impiegata anche per il comando di motori endotermici ad accensione esterna, specialmente per il comando della quantità di combustibili iniettata.

La fig. 1 mostra il dispositivo di comando di pompe del combustibile per motori diesel, comandate da valvola magnetica. Ai singoli cilindri di un non rappresentato motore endotermico tramite una pompa 10 del combustibile, contenente un pistone 15, viene addotto combustibile. In particolare ad ogni cilindro si può associare una pompa 10 del combustibile e in questo caso si parla di un sistema pompa-ugello, oppure una pompa del combustibile dosa il combustibile alternativamente ai singoli cilindri, ed in questo caso si parla di una pompa di distribuzione.

La pompa 10 del combustibile è collegata con una valvola elettromagnetica 20. La valvola 20 tramite uno stadio finale di potenza 40 da un'unità di comando elettronica 30, comprendente fra l’altro una memoria fissa 35, viene sollecitata con impulsi di commutazione. Un generatore 70, che è disposto sullo stadio finale 40, sulla valvola elettromagnetica 20 oppure su un non rappresentato ugello di iniezione, fornisce segnali FBI all'unità di comando elettronica 30. Al riguardo si tratta preferibilmente di un segnale FBI indicante l'effettivo inizio della mandata.

Su una ruota incrementale 55, montata sull’albero a camme 60, sono disposte marche angolari. Rispettivamente due marche definiscono un incremento. La ruota incrementale possiede almeno uno spazio vuoto incrementale come marca di riferimento. Una marca di riferimento è realizzabile ad esempio per mezzo di un numero mancante o di corrispondenti accorgimenti. Il dispositivo misuratore 50 rileva gli impulsi attivati dalle marche angolari e quindi la rotazione della ruota incrementale 55 e fornisce segnali corrispondenti nella forma di impulsi all'unità di comando elettronica 30.

Questa ruota incrementale può essere anche disposta sull'albero a gomiti. La ruota incrementale fornisce un segnale KW relativamente alla posizione angolare dell'albero di azionamento della pompa nonché un segnale N indicante il numero di giri momentaneo dell'albero di azionamento della pompa. Da ulteriori sensori 80 arrivano informazioni su grandezze supplementari, come il numero di giri medio NM, la temperatura T oppure il carico L, corrispondente alla posizione del pedale acceleratore, verso l'unità di comando elettronica 30.

Il numero di giri medio NM viene rilevato su un intervallo angolare relativamente grande. Preferibilmente è previsto un generatore, che nel corso di un giro dell’albero a gomiti o dell'albero a camme fornisce soltanto un modesto numero di impulsi. Preferibilmente vengono valutati da uno fino a quattro impulsi per giro. Questi vengono quindi valutati per determinare il numero di giri medio NM. La valutazione del numero di giri è progettata in modo che il numero di giri medio NM viene mediato preferibilmente su un ciclo del motore oppure su un processo di combustione.

Questo dispositivo funziona ora come segue: l'unità di comando 30 definisce, in dipendenza delle grandezze rilevate mediante i sensori 80 e della rotazione dell'albero di azionamento 60 della pompa, rilevata tramite il dispositivo misuratore 50, l'inizio di mandata desiderato FBS e la durata desiderata della mandata FDS della pompa 10 del combustibile.

Partendo da questi valori prescritti per l'inizio della mandata FBS e la durata della mandata FDS esso quindi utilizzando il segnale per l'effettivo inizio FBI dell'iniezione, calcola un istante di comando E ed un istante di comando di chiusura A per lo stadio finale di potenza 40. Lo stadio finale di potenza 40 sollecita quindi la valvola magnetica 20 con una corrente corrispondente.

Come grandezza caratteristica di esercizio si possono far arrivare fra l'altro una o più delle grandezze: numero di giri medio NM, temperatura dell'aria T, valore Lambda del gas di scarico, temperatura del combustibile, un segnale di carico L caratterizzante la posizione del pedale acceleratore e rispettivamente la velocità di marcia desiderata, oppure diversi altri segnali. Al posto della rotazione dell'albero di azionamento 60 della pompa è possibile valutare anche la rotazione delle camme e, oppure dell'albero a gomiti.

Come albero di azionamento della pompa serve l'albero a camme del motore endotermico rispettivamente un albero accoppiato con esso. L'albero di azionamento 60 della pompa aziona il pistone 15 della pompa, in modo tale che il combustibile viene messo sotto pressione nella pompa del combustibile 10. Così facendo la valvola elettromagnetica 20 comanda la pressurizzazione.

La valvola elettromagnetica è disposta preferibilmente in modo che a valvola aperta non si verifica sostanziale pressurizzazione. Soltanto quando è chiusa la valvola elettromagnetica 20 si forma una pressione nella pompa del combustibile. Per una corrispondente pressione nella pompa del combustibile si apre una non rappresentata valvola di iniezione ed il combustibile tramite l'ugello di iniezione non rappresentato perviene nella camera di combustione del motore endotermico.

Per controllare in quale istante la valvola magnetica apre e rispettivamente chiude, serve il generatore 70. Il generatore 70 può essere anche montato sull'ugello di iniezione, ed in tal caso esso produce un segnale che caratterizza l'effettivo inizio e rispettivamente la fine dell’iniezione del combustibile nella camera di combustione.

Al posto del segnale di uscita del generatore 70 si può utilizzare anche un segnale indicante in quale posizione si trova la valvola magnetica. Un tale segnale viene ricavato mediante valutazione delle correnti circolanti attraverso la valvola magnetica oppure della tensione applicata alla valvola magnetica.

Nella fig. 2 sono riportati diversi segnali in funzione della posizione dell’albero di azionamento KW della pompa. Nella prima riga è disegnato il segnale di comando per lo stadio finale della valvola magnetica rispettivamente per la valvola magnetica. Nell'istante di comando E la valvola magnetica viene sollecitata con tensione. Nell'istante di comando A la valvola magnetica viene separata dalla tensione di alimentazione.

L'intervallo di tempo fra l'istante di comando E e l'istante di comando di chiusura A viene indicato come durata di comando AD.

Nella seconda riga è riportata la corsa dello spillo della valvola magnetica per un numero di giri relativamente piccolo. Fino all'istante di comando E lo spillo della valvola magnetica si trova nella sua posizione di riposo. A partire da questo istante entro un tempo definito esso si muove nella sua seconda posizione. L'istante in cui lo spillo della valvola magnetica raggiunge la sua nuova posizione viene indicato come inizio della mandata FBI. Questo intervallo di tempo, che intercorre fra l'istante di comando E e l'inizio FBI della mandata, viene indicato come tempo di inserimento TE.

Lo spillo valvolare rimane in questa posizione fino all'istante di comando di chiusura A. A partire da questo istante esso si riporta lentamente nella sua posizione di riposo. Questo intervallo di tempo fra istante di comando di chiusura A e raggiungimento della posizione di riposo viene indicato come tempo di disinserzione TA.

Se lo spillo della valvola magnetica raggiunge la sua posizione di riposo allora termina l'iniezione. Questo istante viene indicato come fine della mandata FEI. L'intervallo di tempo fra l'effettivo inizio della mandata FBI e l'effettiva fine della mandata FEI viene indicato come durata FD della mandata. L’angolo dell'albero di azionamento della pompa, che è stato percorso in questo tempo, costituisce una misura per la quantità di combustibile iniettato.

Nella terza riga sono riportate le condizioni per numeri di giri più alti. Poiché il tempo di inserimento TE è approssimativamente costante, lo spillo della valvola magnetica raggiunge la sua seconda posizione soltanto in una posizione angolare sostanzialmente più ritardata. Il tempo di disinserzione TA è più breve del tempo di inserimento TE e pertanto l'influenza del numero di giri sul tempo di disinserzione TA è sostanzialmente minore e l’effettiva durata della mandata FD si riduce al crescere dei numeri di giri.

L'iniezione termina solitamente già sostanzialmente in anticipo, e precisamente poco dopo l'inizio del movimento di apertura, poiché in tal caso già crolla la pressione. Ciò significa che la durata di mandata fisica attiva FD è anche più breve di come riportato in fig. 2. Il tempo fra l'istante di comando di chiusura A e il movimento dello spillo della valvola magnetica è il tempo di ritardo di apertura TV. Per 1 'abbreviazione della durata della mandata FD è pertanto responsabile la differenza TE-TA rispettivamente per la riduzione della durata fisica FD della mandata è responsabile la differenza TE-TV.

Se la durata FD della mandata è preassegnata come grandezza angolare, allora la quantità di combustibile iniettata in prima approssimazione dipende unicamente dalla durata FD della mandata. A parità di durata di mandata FD viene iniettata la stessa quantità di combustibile. Ciò significa che a parità di durata di comando AD al crescere del numero di giri si ottiene una minore durata FD della mandata e quindi una minore quantità iniettata di combustibile. Questo effetto è desiderato in quanto esso favorisce la stabilità del motore endotermico. Se il numero di giri aumenta fra il calcolo della durata di comando AD, allora ciò porta al fatto che si riduce la quantità iniettata di combustibile.

Nel dispositivo secondo l'invenzione le singole fasi del programma vengono elaborate come rappresentato in fig. 3. In una prima fase 310 del programma, partendo dal numero di giri medio NM e dalla posizione del pedale acceleratore L, nonché eventualmente in dipendenza di ulteriori grandezze caratteristiche di esercizio, viene calcolato il valore prescritto per l'inizio della mandata FBS nonché per la durata della mandata FDS. Le grandezze numero di giri medio NM e posizione del pedale acceleratore L nonché le ulteriori grandezze vengono nuovamente rilevate preferibilmente all'inizio della fase 310. Nella fase 320 quindi si calcola l'istante di comando E utilizzando il numero di giri momentaneo N nonché la posizione KW dell'albero di azionamento della pompa. Questo calcolo è descritto ad esempio nel DE-OS 4204 091.

Nella fase 330 quindi viene rilevato l'effettivo inizio della mandata FBI. Successivamente nella fase 350, partendo dall'effettivo inizio della mandata FBI, vengono calcolati la durata FD della mandata, il numero di giri momentaneo N nonché la posizione dell'albero di azionamento KW della pompa, l'istante di comando di chiusura A. Le grandezze numero di giri momentaneo N e posizione dell’albero di azionamento KW della pompa vengono nuovamente rilevati all'inizio della fase 350. Questo calcolo è rappresentato ad esempio nel DE-OS 42 04 091.

Orbene è risultato che la quantità di combustibile iniettata cresce quando fra la determinazione della durata della mandata FDS nella fase 310 e l'emissione dell'impulso di comando di chiusura A nella fase 350, il numero di giri aumenta. Questo effetto non compare utilizzando la durata di comando AD al posto della durata di mandata FD, poiché in questo caso la riduzione della durata della mandata mediante il tempo di inserimento TE riduce la quantità iniettata di combustibile.

I valori prescritti per la durata della mandata FDS e l'inizio della mandata FBS sono memorizzati in campi caratteristici. In particolare la durata della mandata è memorizzata in funzione della quantità di combustibile da iniettare QK nonché del numero di giri medio NM in un campo caratteristico. Un campo caratteristico delle quantità, inverso a questo, è rappresentato nelle figure 4a e 4b. Nella fig. 4a è riportata la quantità di combustibile in mm /corsa in funzione del numero di giri medio NM. Come parametro è scelta la durata di comando AD.

Se si considera ora una determinata durata di comando, allora con numero di giri crescente si ottengono caratteristiche decrescenti. Queste caratteristiche decrescenti portano alla stabilizzazione del funzionamento del motore endotermico. Ciò è importante specialmente in stati di marcia dinamici.

Se infatti il numero di giri aumenta fra il calcolo dei valori prescritti nella fase 310 e il calcolo dell'impulso di comando di chiusura A nella fase 350, allora nella fase 310 viene letto un valore per la durata della mandata FDS che corrisponde ad un piccolo numero di giri, ad esempio a 1000 giri al minuto. In questo caso per una durata di comando di 18 gradi viene iniettata una quantità di combustibile di 10 mm /corsa. Se a questo punto il numero di giri aumenta fino al dosaggio a 1500 giri al minuto, allora in questo caso per una durata di comando AD di 18 gradi si ottiene una quantità di combustibile che è di circa 2 mm3/corsa.

Nella fig. 4b è riportata la quantità di combustibile QK in funzione del numero di giri. Come parametro è qui scelta la durata della mandata FD. Orbene si rileva che per una determinata durata della mandata la quantità di combustibile iniettata è quasi costante, rispettivamente cresce leggermente in funzione del numero di giri.

Per un numero di giri di 1500 giri ed una durata della mandata di 15 gradi si ottiene qui una quantità di combustibile iniettata di 40 mm<3>/corsa. Se a questo punto il numero di giri cresce fino al dosaggio a 2000 giri, allora a parità di durata di mandata si ottiene una quantità di combustibile iniettata di 45 mm /cosa. Questa elevata quantità di combustibile iniettata porta di nuovo ad una accelerazione del motore endotermico, il che porta ad un ulteriore aumento del numero di giri e quindi ad un ulteriore aumento della quantità di combustibile iniettata .

Per evitare questa instabilità secondo l'invenzione il valore prescritto, letto nella fase 310 da un campo caratteristico, per la durata della mandata FDS nella fase 340 viene corrispondentemente corretto. la durata della mandata FDS viene corretta in modo tale che anche con numero di giri medio crescente, fra il calcolo della durata della mandata e il dosaggio, viene dosata una quantità di combustibile costante oppure decrescente. Ciò significa che si ottengono caratteristiche decrescenti localmente. La durata corretta FDK della mandata può essere calcolata ad esempio come segue partendo dalla durata della mandata FDS letta dal campo caratteristico

FDK - FDS - NA * K.

La grandezza NA corrisponde alla variazione del numero di giri momentaneo fra 1'istante del rilevamento del numero di giri medio e l'istante dell'iniezione. Questa grandezza viene ottenuta moltiplicando il gradiente del numero di giri con riferimento all'albero di azionamento della pompa per la distanza fra l'angolo dell’albero a camme nell'istante in cui è stato determinato il numero di giri del motore per il calcolo del campo caratteristico, e l'istante del dosaggio. Per quanto riguarda il fattore K si tratta della pendenza dQ/dFD nel campo caratteristico della quantità.

Se per il valore K si sceglie la rispettiva pendenza dQ/dFD del corrispondente punto di esercizio, allora in ogni punto di esercizio anche in stati di funzionamento dinamico è possibile ottenere caratteristiche orizzontali.

Per l 'esecuzione pratica è più semplice preassegnare soltanto un valore K per l'intero intervallo del campo caratteristico. Questo valore dovrà corrispondere almeno alla pendenza massima dQ/dFD, nel campo caratteristico rappresentato in fig. 4b. Nel campo caratteristico pertanto in ogni istante dinamicamente si ottiene una caratteristica decrescente, che anzi a seconda dell'effettiva pendenza del campo caratteristico possiede una pendenza fra 0 e -K. Una tale caratteristica localmente decrescente dinamicamente è riportata in fig. 4b per un punto di esercizio con una linea tratteggiata.

Con il procedimento secondo l'invenzione ed il dispositivo è possibile ottenere un funzionamento dinamicamente stabile del motore endotermico con una massima precisione possibile dell’iniezione del combustibile. La precisione del dosaggio del combustibile viene migliorata in quanto si calcola l'istante di comando di chiusura A partendo dall'effettivo inizio FBI dell'iniezione. La stabilità viene ottenuta mediante la correzione della durata della mandata FD.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. - Procedimento per comandare un sistema di dosaggio del combustibile, comandato da valvola magnetica, specialmente per un motore diesel, in cui un dispositivo di comando elettronico partendo da almeno un segnale (FD) della durata della mandata definisce un istante di comando di chiusura (A) per una valvola magnetica, caratterizzato dal fatto che correggendo il segnale (FD) della durata della mandata è possibile preassegnare caratteristiche localmente decrescenti. 2. - Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la correzione del segnale della durata della mandata (FD) avviene in dipendenza di un fattore di correzione (K) e di un'ulteriore grandezza (NA). 3. - Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'ulteriore grandezza (NA) corrisponde alla variazione del numero di giri momentaneo (N) fra l'istante (310) del rilevamento del numero di giri medio (M) e l'istante (350) dell’iniezione. 4. - Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ad ogni punto di funzionamento è associato un fattore di correzione (K). 5. - procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il fattore di correzione corrisponde alla pendenza (dQ/dFD) nel rispettivo punto di esercizio. 6. - Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la pendenza massima serve da fattore di correzione. 7. - Dispositivo per comandare un sistema di dosaggio del combustibile, comandato da valvola magnetica, specialmente per un motore diesel, in cui un dispositivo di comando elettronico partendo da almeno un segnale della durata della mandata (FD) definisce un istante di comando di chiusura (A) per una valvola magnetica, caratterizzato dal fatto che sono previsti mezzi di correzione, che mediante correzione del segnale (FD) della durata della mandata producono caratteristiche localmente decrescenti.