ITMI942287A1 - Procedimento e dispositivo per il comando di un motore endotermico - Google Patents

Abstract

L'invenzione ha per oggetto un procedimento ed un dispositivo per il comando di un motore endotermico, con un elemento mobile ed un commutatore, il quale cambia il suo stato di commutazione in una prestabilita posizione dell'elemento. Inoltre è previsto un rilevatore di posizione per la rilevazione della posizione dell'elemento. Onde evitare rimbalzi del commutatore, all'apertura del commutatore viene stabilito un valore limite in base al valore di posizione esistente, per cui quando tale valore viene superato per mezzo del valore di posizione attuale è presumibile che sia cambiato lo stato di commutazione del commutatore.(Figura 1).

Description

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Stato della tecnica

L'invenzione si riferisce ad un procedimento e ad un dispositivo per il comando di un motore endotermico secondo i preamboli delle rivendicazioni indipendenti.

Nell'ambito del comando di motori endotermici vengono impiegati dei commutatori che sono collegati con un elemento mobile, per esempio con un acceleratore o con un elemento di potenza (valvola strozzatrice a farfalla, pompa ad iniezione), i quali commutatori, almeno in una situazione prestabilita, in particolare in una prestabilita posizione ovvero in una zona di posizionamento dell'elemento, cambiano il loro stato di commutazione dallo stato aperto a quello chiuso o viceversa. Indipendentemente dallo stato di commutazione, vengono poi scelte ed attivate delle funzioni di comando per il motore termico, per esempio la regolazione del funzionamento a vuoto, il disinserimento dell'avanzamento, l'arricchimento a pieno carico ecc.. Un'apertura ed una chiusura in successione, uno "sfarfallio" dello stato di commutazione, per esempio quando l'elemento si trova nel punto di commutazione o quando, nel caso di un commutatore a scontro, l'elemento cade a grande velocità contro lo scontro, influenzerebbe negativamente il funzionamento del comando del motore /termico.

L'invenzione si pone perciò il compito di indicare degli accorgimenti che migliorino il funzionamento del comando di un motore endotermico per quanto riguarda il segnale di commutazione.

Ciò viene ottenuto con le caratteristiche caratterizzanti delle rivendicazioni indipendenti.

Un'applicazione preferita del procedimento secondo l'invenzione si ottiene, con riferimento al comando del funzionamento a vuoto del motore endotermico, per mezzo di un dispositivo di spostamento (elemento mobile) per un elemento regolatore di potenza con commutatore di funzionamento a vuoto, come risulta descritto, per esempio, nel documento EP 378 627 B1 (brevetto US 5 031 595). L'elemento regolatore è nel contempo collegato con l'acceleratore per mezzo di un collegamento meccanico e viene azionato dal guidatore. Il dispositivo di spostamento comprende a tale scopo almeno un commutatore che cambia il suo stato di commutazione, quando l'elemento regolatore si appoggia al dispositivo di spostamento. Quando l’elemento regolatore è appoggiato, mediante l'elaborazione del segnale di commutazione si presuppone che il guidatore abbia lasciato l'acceleratore ed abbia il desiderio di un funzionamento a vuoto e che debba essere attivata la regolazione del funzionamento a vuoto. La regolazione del funzionamento a vuoto regola la posizione dell'elemento regolatore o quella del dispositivo di spostamento nell1ambito di un circuito di regolazione della posizione, nel senso di un avvicinamento del numero effettivo dei giri ad un prestabilito numero nominale di giri. Un rilevatore di posizione rileva nel contempo la posizione dell'elemento regolatore. Anche in questo caso subentrano i suddetti svantaggi, in particolare quando viene accelerato lievemente o quando l'elemento regolatore ricade rapidamente sul dispositivo di spostamento.

Vantaggi dell'invenzione

Il procedimento secondo l’invenzione migliora il comando di un motore endotermico, poiché viene stabilizzato un segnale di commutazione derivato dal commutatore. Per mezzo di ciò viene eliminata un'indesiderata commutazione del segnale di commutazione e viene notevolmente ridotta la frequenza di commutazione nel caso di· una chiusura del commutatore ad elevata velocità.

In generale è stato notato che per mezzo del procedimento secondo l’invenzione viene efficacemente ridotto un rimbalzo del commutatore e quindi evitato uno sfarfallio del segnale di commutazione.

Ulteriori vantaggi sono esposti nella seguente descrizione di forme esecutive nonché nelle rivendicazioni dipendenti.

Disegni

L'invenzione verrà a seguito descritta più dettagliatamente con riferimento alle forme esecutive illustrate nei disegni. A tale scopo, la fig. 1 illustra uno schema sinottico circuitale a blocchi di un sistema di comando per un motore endotermico in un preferito caso d’applicazione del procedimento secondo l'invenzione, la fig. 2 illustra uno schema circuitale a blocchi del procedimento secondo l'invenzione, il quale è ulteriormente evidenziato per mezzo del diagramma di esecuzione illustrato nella fig. 3. La fig. 4 illustra infine le esecuzioni dei segnali per evidenziare il funzionamento del procedimento secondo l' invenzione.

Descrizione delle forme esecutive La fig. 1 illsutra uno schema sinottico circuitale a blocchi di un sistema di comando per un motore endotermico con un dispositivo di spostamento che, quando il pedale è stato lasciato, è collegato operativamente con un elemento regolatore. Nel contempo è stata indicata con 10 un'unità di comando, alla quale vengono condotte le linee d'entrata 12 a 14 di dispositivi misuratori 16 a 18. Una linea d'uscita 20 conduce dall'unità di comando 10 ad un dispositivo di spostamento 22, il quale, in un esempio esecutivo preferito, è composto da un motore 24 e da uno scontro mobile 26. Inoltre è previsto un elemento regolatore 28 che, nell’esempio esecutivo preferito, è una valvola strozzatrice a farfalla disposta in un sistema d'aspirazione dell'aria non illustrato di un motore endotermico non illustrato. L'elemento regolatore 28 è collegato, per mezzo di un collegamento meccanico 30, con un elemento di comando 32, preferibilmente con un acceleratore azionato dal guidatore. Inoltre un collegamento 34 conduce dall'elemento regolatore 28 ad un primo rilevatore 36 di posizione che, nell’esempio esecutivo preferito, è un potenziometro, la cui linea di uscita 38 conduce all'unità di comando 10. In un preferito esempio esecutivo, la posizione del dispositivo di spostamento 22 viene rilevata per mezzo di un secondo rilevatore 40 di posizione, illustrato tratteggiato e collegato con lo scontro mobile 26, e la cui linea d'uscita 42 conduce anch'essa all'unità di comando 10. Inoltre sono previste delle linee d'uscita 44 che conducono ad organi regolatori 46 per influenzare altre grandezze di funzionamento del motore endotermico, come la misurazione del carburante e/o l'impostazione del momento d'accensione. Inoltre è previsto un commutatore 50 che cambia il suo stato di commutazione, preferibilmente nello stato di chiusura, quando l'elemento regolatore 28 si appoggia allo scontro mobile 26 del dispositivo di spostamento 22, e la cui linea d'uscita 52 conduce all’unità di comando 10.

Il guidatore imposta l'elemento regolatore 28 e quindi la potenza del motore per mezzo dell'acceleratore e del collegamento meccanico 30. Il rilevatore di posizione 36 rileva la posizione dell'elemento regolatore 28 e quindi quella dell’acceleratore 32 e trasmette un valore di misurazione Upl attraverso la linea 38 all'unità di comando 10. All'unità di comando 10, per mezzo di linee 12 a 14, vengono inoltre trasmesse le grandezze funzionali del motore endotermico e/o del veicolo, come per esempio la temperatura del motore, il ninnerò dei giri del motore, la tensione della batteria, la portata d'aria, la condizione delle utenze elettriche secondarie, ecc.. Inoltre, l'unità di comando 10 determina in modo noto, sulla base del numero dei giri del motore e della portata d'aria, la quantità di carburante da iniettare e/o l’angolo d’accensione da impostare, laddove dei corrispondenti segnali vengono trasmessi mediante la linea 44 ad un iniettore ovvero ad un distributore di accensione. Nel caso di un funzionamento a vuoto, quando il guidatore ha lasciato completamente o quasi l'acceleratore 32, l'elemento regolatore 28 è appoggiato allo scontro mobile 26 del dispositivo di spostamento 22, cioè il dispositivo di spostamento e l'elemento regolatore sono fra loro collegati in modo operativo. In questa situazione funzionale, il commutatore 50 è chiuso ed un corrispondente segnale di commutazione di posizione viene alimentato all'unità di comando 10 per mezzo della linea 52. Per la regolazione dell'impostazione di funzionamento a vuoto dell'elemento regolatore 28, in particolare per la regolazione del numero dei giri a vuoto del motore endotermico, all'unità di comando 10 vengono trasmesse le suddette grandezze funzionali, laddove sulla base della temperatura del motore, della condizione delle utenze elettriche secondarie, ecc., viene formato un valore nominale d'impostazione per il numero dei giri del motore, rapportato con il valore effettivo del numero di giri del motore, e la differenza fra i due valori viene trasformata, secondo una prestabilita strategia di regolazione, in un valore nominale (valore nominale di posizione, valore nominale della portata dell'aria, oppure valore nominale della tensione) per l'elemento regolatore 28 ovvero per lo scontro 26. Nell'esempio esecutivo preferito questo valore nominale viene nuovamente confrontato con il valore di posizione, alimentato tramite la linea 38, che indica la posizione dell'elemento regolatore 28 (oppure, in altri esempi esecutivi, con il valore di posizione del rilevatore di posizione 40). In modo dipendente dalla differenza fra la posizione nominale e la posizione effettiva, un'unità di regolazione forma, secondo una prestabilita strategia di regolazione, un segnale di pilotaggio per il dispositivo di spostamento 22, il quale segnale viene emesso mediante la linea d'uscita 20 ed il dispositivo di spostamento viene impostato nel senso di un avvicinamento del numero di giri al numero di giri nominale.

La regolazione descritta del numero di giri a vuoto viene quindi attivata chiudendo il commutatore 50, il ché rappresenta il desiderio di un funzionamento a vuoto del guidatore. In alternativa a ciò, in esempi esecutivi vantaggiosi, il funzionamento a vuoto desiderato può essere rilevato mediante confronto dei valori di posizione del rilevatore di posizione 36 e 40. Il commutatore 50 serve in questi esempi esecutivi al controllo del risultato di comparazione e/o quale segnale ridondante in caso di errore. Il commutatore 50 di funzionamento a vuoto rappresenta un commutatore finale meccanico senza isteresi che esegue una chiusura in un punto di commutazione quando l’elemento regolatore si appoggia allo scontro oppure esegue un'apertura, come in un altro esempio esecutivo. Appoggiando ad alta velocità l'elemento regolatore 28 allo scontro ,26 si può formare per mezzo di un cosiddetto "rimbalzo" una ripetuta apertura e chiusura del commutatore 50 e quindi si può formare un segnale alternato di commutazione sulla linea 52. Inoltre, per esempio nel caso di una leggera accelerata e/o mediante interventi di regolazione, l'elemento regolatore può ripetutamente urtare contro lo scontro, per cui ne consegue una costante apertura e chiusura del commutatore 50. Tali situazioni comportano una costante attivazione e disattivazione di funzioni, in particolare della regolazione del numero di giri a vuoto, il ché provoca un peggiore comportamento nel funzionamento a vuoto ed un numero oscillante di giri del motore.

Una riduzione della frequenza di commutazione ("rimbalzo") per il miglioramento del funzionamento del sistema viene ottenuta per mezzo di un'adeguata elaborazione del segnale di commutazione sulla linea 52 e del segnale sulla linea 38 nell’unità di comando 10. Ciò è illustrato nelle figg. 2 e 3 con riferimento ad uno schema circuitale a blocchi e ad un diagramma di esecuzione.

L'idea fondamentale è quella di sovrapporre al segnale di commutazione sostanzialmente libero da isteresi del commutatore 50 una isteresi, derivata dal segnale di posizione del rilevatore di posizione 36, per impostare nuovamente l'informazione di funzionamento a vuoto, con l'ausilio della quale isteresi viene notevolmente ridotta la frequenza di commutazione dell'informazione di funzionamento a vuoto.

La fig. 2 illustra un dettaglio dell'unità di comando 10. La linea 52 conduce dal commutatore 50 all'entrata d'impostazione di un flip-flop 102. L’uscita Q del flip-flop 102 (linea 104) conduce ad un elemento di memoria 106 per la memorizzazione dell'informazione del funzionamento a vuoto, la quale informazione viene elaborata dai programmi di comando. Dalla linea 52, una linea 110 conduce ad un elemento 111 triggerato sul fianco, la cui linea di uscita 113 conduce ad un elemento sample-and-hold 115. All'elemento 115 si raccorda inoltre una linea 117 proveniente da un elemento di memoria 112, al quale si raccorda nuovamente la linea 38 proveniente dal rilevatore di posizione 36. La linea d'uscita 116 dell'elemento 115 conduce ad un punto di connessione 118, al quale si raccorda la linea 120 proveniente da un elemento di memoria 122. La linea di uscita 124 del punto di connessione 118 conduce ad un elemento comparatore 126, al quale si raccorda inoltre la linea 38. La linea d'uscita 128 dell'elemento comparatore 126 conduce all'entrata di ripristino del flip-flop 102.

Chiudendo il commutatore 50 di funzionamento a vuoto, il livello del segnale nella linea 52 viene impostato ad un livello più alto, il ché provoca un'impostazione del flip-flop 102. L'uscita Q cambia ad un livello più alto e l'informazione di funzionamento a vuoto viene impostata nell'elemento 106. Quando il commutatore di funzionamento a vuoto si apre nuovamente, allora si forma un fianco negativo ed il potenziale sulla linea 52 scende ad un livello basso. Per mezzo del fianco negativo, attraverso la linea 110 viene attivato l'elemento 111 triggerato sul fianco, il quale interviene sull’elemento 115 con un corrispondente impulso.

Nell’elemento di memoria 112, in istanti prestabiliti, il valore di posizione attuale viene temporaneamente memorizzato sulla linea 38 e scritto ex novo in ogni istante. Attivando l'elemento 115, il valore appena memorizzato viene rilevato e memorizzato dall'elemento 115 e trasmesso al punto di connessione 118. Questo valore corrisponde al valore di,posizione rilevato per ultimo prima della comparsa del fianco negativo. A questo valore viene sommato nel punto di connessione 118 un valore di isteresi (per esempio un incremento oppure un valore di tensione che corrisponde ad un prestabilito valore di posizione, per esempio 1° spostamento dell'elemento regolatore) che si trova nell’elemento 122, e la somma dei due valori viene trasmessa all'elemento comparatore 126. Tale elemento genera sulla linea 128 un segnale d'uscita, quando il valore di posizione attuale sulla linea 38 risulta più grande del valore di posizione temporaneamente memorizzato ed aumentato della larghezza di isteresi. In questo caso il flip-flop 102 viene ripristinato, il livello sulla linea 104 scende ad un livello basso e viene cancellata l'informazione del funzionamento a vuoto nell'elemento 106.

Viene quindi memorizzata temporaneamente la posizione di funzionamento a vuoto dell'elemento regolatore direttamente prima dell'apertura del commutatore 50 di funzionamento a vuoto per mezzo dell’impulso di trigger del fianco negativo del segnale di commutazione nell'elemento 115 e viene aumentata della prestabilita larghezza di isteresi. Un ripristino dell’informazione di funzionamento a vuoto avviene quindi rispetto all'impostazione con riferimento al segnale di commutazione del commutatore con una prestabilita isteresi che viene formata sulla base della posizione di funzionamento a vuoto dell'elemento regolatore.

E' importante che la posizione di funzionamento a vuoto venga rilevata all’atto dell 'apertura del commutatore. All'atto della chiusura del commutatore, l’elemento regolatore può essere aperto oltre la posizione di funzionamento per mezzo del dispositivo di spostamento (funzione dashpot). Un valore di posizione troppo grande verrebbe rilevato ed al termine della fase di funzionamento a vuoto, quando l'elemento regolatore risulta completamente chiuso, si verificherebbe un'isteresi inammissibilmente grande.

Inoltre risulta vantaggioso il fatto che l'ultimo valore della posizione dell'elemento regolatore venga utilizzato direttamente prima dell'apertura del commutatore. Per mezzo di ciò l'informazione del funzionamento a vuoto viene ripristinata in tempo debito.

Il procedimento descritto può essere impiegato in modo vantaggioso nel caso di altre disposizioni di commutatore, per esempio nel caso di commutatori per acceleratore (commutatore a funzionamento a vuoto e/o commutatore di pieno carico) oppure nel caso di un commutatore per valvole strozzatrici a farfalla (funzionamento a vuoto e/o a pieno carico) in sistemi con canali di scavalcamento per la regolazione del funzionamento a vuoto, a condizione che sia presente almeno una continua informazione di posizione per quello che riguarda la posizione dell'elemento mobile (acceleratore, valvola strozzatrice a farfalla). La continua informazione di posizione può vantaggiosamente essere, oltre che un segnale di potenziometro oppure un segnale di un rilevatore di posizione di prossimità, un segnale che rappresenta una misura per l'alimentazione dell'aria al motore e quindi indirettamente la posizione dell'elemento regolatore oppure dell'elemento di comando.

Risulta inoltre vantaggioso il fatto di prevedere la larghezza di isteresi in modo dipendente da grandezze funzionali, come la temperatura del motore, la temperatura dell'aria esterna, la tensione della batteria, ecc., allo scopo di adattare il procedimento alle condizioni marginali in cambiamento.

Con riferimento al diagramma di esecuzione illustrato nella fig. 3 viene ulteriormente chiarito il procedimento secondo l'invenzione. La parte di programma illustrata nella fig. 3 viene avviata con il riconoscimento del fianco negativo nel segnale di commutazione del funzionamento a vuoto secondo il passo di richiesta 200. Successivamente, nel seguente passo 202, viene rilevato il valore di posizione DK (N-l) che risulta memorizzato e presente all'atto dell'ultimo processo di rilevamento prima della comparsa del fianco negativo. Nel passo successivo 204, il valore di soglia DKO viene formato dal valore memorizzato DK più un valore di isteresi delta, il quale può essere dipendente da grandezze funzionali. Successivamente, nel passo 206, viene letto l'attuale valore di posizione DK e nel passo di richiesta 208 viene controllato se il valore attuale DK rilevato è più grande del valore di soglia DKO. In caso contrario, la parte di programma viene ripetuta a partire dal passo 206. Se invece si è rilevato che, secondo il passo 208, il valore di posizione rilevato è più grande del valore di soglia, allora nel passo 212 viene ripristinata l'informazione di funzionamento a vuoto e terminata la parte di programma.

Un'ennesima chiusura del commutatore, avvenuta durante l'esecuzione della parte di programma secondo la fig. 3, interrompe questa parte di programma che viene richiamata per mezzo di un ennesimo fianco negativo. Un ripristino dell'informazione di funzionamento a vuoto è quindi possibile solo nel caso di un fianco negativo e di un seguente superamento del valore limite memorizzato DKO . Uno sfarfallio del segnale di commutazione od un rimbalzo non comportano un ripristino.

La fig. 4 illustra delle caratteristiche esecuzioni di segnale per evidenziare il procedimento secondo l'invenzione. A tale scopo, nelle figg. 4a a 4c sull'asse orizzontale è indicato il tempo. La fig. 4a illustra la posizione DK, la fig. 4b illustra l’andamento del segnale di commutazione S del commutatore di funzionamento a vuoto, mentre la fig. 4c illustra l'andamento dell'informazione LL di funzionamento a vuoto.

La situazione di partenza è la seguente: il guidatore lascia l'acceleratore, l'elemento regolatore ricade sullo scontro. Nella fig. 4a è illustrato il corrispondente andamento del segnale di posizione DK. Nell’istante tO il commutatore di funzionamento a vuoto si chiude (Cfr. fig. 4) e l’informazione di funzionamento a vuoto viene quindi impostata sull'istante TO . Per mezzo del rapido urto dell'elemento regolatore sullo scontro, tale elemento rimbalza ripetutamente indietro, finché non assume la sua posizione di riposo in corrispondenza dell'istante Tl. Per mezzo del limite prestabilito DKO, che viene ogni volta stabilito all'atto dell 'apertura del commutatore e che nella fig. 4a è illustrato tratteggiato, il continuo cambiamento del segnale di commutazione S, cambiamento provocato mediante il rimbalzo, non comporta, secondo la fig. 4b fra gli istanti TO e Tl, alcuna variazione dell'informazione LL di funzionamento a vuoto secondo la fig. 4c. A partire dall'istante T2, un'indesiderata apertura e chiusura del commutatore di funzionamento a vuoto avviene, per esempio, a causa di una leggera accelerata da parte del guidatore. I corrispondenti andamenti del valore di posizione DK nonché del segnale LL di funzionamento a vuoto sono illustrati nelle figg. 4a e 4b. Per mezzo del procedimento secondo l'invenzione, fra gli istanti T2 e T3 non si verifica però alcuna variazione dell'informazione di funzionamento a vuoto. Essa avviene solo con il superamento della linea limite DKO illustrata tratteggiata da parte del valore di posizione DK. Il superamento viene riconosciuto e l'informazione di funzionamento a vuoto ripristinata sull'istante T3, conformemente alla fig. 4c. Oltre alla disposizione illustrata del livello positivo per un commutatore aperto, il procedimento secondo l’invenzione può essere impiegato analogamente anche nel caso di un'associazione inversa del livello.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il comando di un motore endotermico, laddove ad un’unità di comando viene trasmesso almeno un segnale di commutazione, che cambia lo stato di commutazione di un elemento mobile quando si trova in posizioni prestabilite, nonché almeno un segnale di posizione che rappresenta la posizione dell’elemento, e dal segnale di commutazione viene formata una corrispondente informazione di commutazione, caratterizzato dal fatto che l’informazione di commutazione, rispetto al segnale di commutazione, è provvista di una isteresi che è formata sulla base di almeno un segnale di posizione.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che all'atto dell'apertura del commutatore viene memorizzato l'ultimo valore di posizione presente prima dell'apertura.
3. 3. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il valore di posizione memorizzato viene variato di una prestabilita grandezza di isteresi.
4. 4. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che un'apertura del commutatore viene riconosciuta solo quando il valore attuale di posizione supera il valore di posizione memorizzato e variato della grandezza di isteresi.
5. 5. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che l'isteresi viene attivata in modo dipendente dalla chiusura ossia dall 'apertura del commutatore .
6. 6. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il commutatore è un commutatore meccanico senza isteresi.
7. 7. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che l'elemento mobile è un elemento regolatore, uno scontro mobile oppure un elemento di comando ed il commutatore è un commutatore di funzionamento a vuoto od un commutatore di pieno carico, in particolare un commutatore di funzionamento a vuoto che indica l'appoggio dell'elemento regolatore (valvola strozzatrice a farfalla) ad un dispositivo di spostamento (regolatore del funzionamento a vuoto).
8. 8. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che mediante l'elemento regolatore viene comandato il numero dei giri a vuoto del motore termico.
9. 9. Dispositivo per il comando di un motore termico, con un elemento mobile, con un commutatore che cambia il suo stato di commutazione ad una prestabilita posizione dell'elemento, con un rilevatore di posizione per rilevare la posizione dell'elemento, con un’unità di comando per il comando del motore endotermico almeno in modo dipendente da un'informazione di commutazione, derivata dal segnale di commutazione del commutatore, e dal segnale di posizione, caratterizzato dal fatto che l'informazione di commutazione, rispetto al segnale di commutazione, è provvisto di una isteresi che è formata sulla base del segnale di posizione.