ITMI970107A1

ITMI970107A1 - Procedimento e dispositivo per comandare un elemento di impostazione della potenza di una unita' motrice

Info

Publication number: ITMI970107A1
Authority: IT
Inventors: Eckard Reiling
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1998-07-21
Also published as: JP4044636B2; JPH09209784A; DE19604133A1; DE19604133B4; IT1289926B1

Description

D E S C R I Z I O N E

Stato della tecnica

L'invenzione riguarda un procedimento ed un dispositivo per comandare un elemento di impostazione della potenza di una unità motrice, specialmente una valvola a farfalla di un motore endotermico, conformemente alla definizione introduttiva delle rivendicazioni indipendenti.

Un procedimento di tale tipo rispettivamente un dispositivo di tale tipo è noto dal DE A 39 31 455. Ivi un elemento di impostazione della potenza dell'unità motrice di un autoveicolo, preferibilmente la sua valvola a farfalla, viene impostato in dipendenza di valori preassegnati. L'elemento di impostazione della potenza presenta almeno una battuta terminale meccanica, che associata alla sua posizione minima (nel caso di una valvola a farfalla la posizione chiusa), ossia ad una potenza di funzionamento al minimo dell'unità motrice. Nella nota soluzione l'elemento di impostazione viene impostato nell'ambito di un circuito di regolazione di posizione in dipendenza di un valore di posizione prescritto, che nell'esercizio di marcia essendo azionato il pedale acceleratore viene formato almeno dalla posizione del pedale acceleratore, nell'esercizio di regolazione del minimo viene formato sulla base di un'impostazione di funzionamento al minimo prescritta. Per evitare danni elettrici e, oppure meccanici nell'ambito dell'elemento di impostazione viene continuamente rilevata la posizione dell'elemento di impostazione associata ad almeno una battuta meccanica, e da ciò viene ricavato un valore minimo di impostazione per l'elemento di impostazione. In particolare questo valore minimo è scelto in modo tale che l'elemento di impostazione osservando tutte le tolleranze (ad esempio variazioni di temperatura) non viene comandato contro la sua battuta meccanica. Nell'esempio di realizzazione preferito di un comando della valvola a farfalla la differenza fra l'esatto valore di battuta meccanico e il valore di impostazione minimo è di 0,5 fino ad 1° di angolo di valvola a farfalla, cosicché con la nota soluzione è limitata l'impostazione di una potenza minima, nell'esempio di realizzazione preferito di una quantità d'aria minima. Ciò specialmente per piccoli motori nel funzionamento di regolazione del funzionamento al minimo può costituire un inconveniente, quando non è possibile ridurre in misura sufficientemente ampia la potenza di funzionamento al minimo dell'unità motrice. Ciò è particolarmente grave nel caso di un elevata percentuale di fughe di aria per difetto di tenuta nell'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo. In tal caso con aria di fuga per difetto di tenuta si intende la quantità d'aria non influenzabile dall'elemento di impostazione della potenza (ad esempio anche la quantità d'aria che circola su valvole di iniezione circondate da aria).

L'invenzione si pone il compito di indicare accorgimenti, con l'ausilio dei quali è possibile ampliare l'intervallo di impostazione dell'elemento di impostazione, senza che si verifichino danni elettrici e, oppure meccanici in seguito al raggiungimento di almeno una battuta meccanica.

Ciò si ottiene mediante le caratteristiche delle rivendicazioni indipendenti.

Dal DE A 36 31 283 (Brevetto US 4 947 815) è noto un elemento di impostazione per l'adduzzione dell'aria ad un motore endotermico, che presenta una battuta minima meccanica.

Vantaggi dell'invenzione

Con la soluzione secondo l'invenzione viene ampliato l'intervallo di impostazione dell'elemento di impostazione. In tal caso si evitano danni elettrici, oppure meccanici, che possono verificarsi per il comando dell'elemento di impostazione contro la battuta meccanica.

E' particolarmente vantaggioso che l'ampliamento dell'intervallo di impostazione venga effettuato soltanto nell'intervallo di regolazione del funzionamento al minimo, ossia in caso di regolazione attiva del funzionamento al minimo. Di conseguenza l'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo viene ampliato tramite il valore di impostazione minimo appreso fino alla battuta terminale meccanica dell'elemento di impostazione .

E' inoltre vantaggioso il fatto che in questo intervallo sorvegliando la corrente attraverso il motore dell'elemento di impostazione viene riconosciuto in maniera affidabile il raggiungimento della battuta meccanica e si evitano danni elettrici, oppure meccanici, mediante corrispondenti influenzamento dell'elemento di impostazione.

E' inoltre particolarmente vantaggioso il fatto che si ottiene una decisa riduzione della quantità d'aria minima regolabile, cosicché è possibile una riduzione del numero di giri di funzionamento al minimo, e l'impiego di valvole di iniezione circondate da aria e, oppure viene ridotta la dipendenza del numero di giri di funzionamento al minimo dalla fuga di aria verificantesi per difetto di tenuta.

L'impiego della soluzione secondo l'invenzione è particolarmente vantaggioso per motori di piccolo volume .

E' inoltre vantaggioso il mantenimento del valore minimo appreso al di fuori dell'intervallo di funzionamento al minimo come limite inferiore per l'impostazione dell'elemento di impostazione, per· cui si esclude un raggiungimento dinamico della battuta meccanica e i danni meccanici e, oppure elettrici da ciò possibilmente risultanti, nell'ambito dell'elemento di impostazione.

Ulteriori vantaggi si ottengono dalla seguente descrizione di esempi di realizzazione rispettivamente dalle rivendicazioni dipendenti.. Disegno

L'invenzione viene illustrata dettagliatamente in seguito in base agli esempi di realizzazione rappresentati nel disegno.

In particolare:

la figura 1 mostra una unità di comando per comandare un elemento di impostazione della potenza, mentre, la figura 2 mostra la soluzione secondo la invenzione in base ad uno schema di funzionamento. Questo schema di funzionamento schematizza la realizzazione della soluzione secondo l'invenzione nell'ambito di un programma per almeno un microcomputer dell'unità di comando e,

la figura 3 mostra infine la soluzione secondo l'invenzione in base a diagrammi temporali.

Descrizione di esempi di realizzazione

Nella figura 1 è rappresentata una unità di comando per comandare un elemento di impostazione della potenza di una unità motrice. L'unità di comando comprende in particolare almeno un microcomputer 10, che tramite il suo circuito di uscita 12 tramite almeno una linea di uscita 14 è collegato con un circuito 16 a stadio finale. Al microcomputer 10 tramite il suo circuito di entrata 18 vengono addotte differenti linee di entrata: una linea di entrata 20 da un dispositivo di misurazione 22 per rilevare la posizione del pedale acceleratore, una linea di entrata 24 da un dispositivo misuratore 26 per rilevare il numero di giri del motore, ulteriori linee di entrata 28 fino a 30 di dispositivi di misurazione 32 fino a 34 per rilevare ulteriori grandezze di esercizio dall'unità motrice rispettivamente dall'autoveicolo, come la posizione dell'elemento di impostazione, la temperatura del motore ecc., e una linea di entrata 36 dal circuito a stadio finale 16. Al circuito a stadio finale 16 inoltre tramite due linee di connessione 38 e 40 è connesso l'elemento di impostazione 42 azionabile elettricamente.

Nell'esempio di realizzazione preferito per quanto riguarda l'elemento di impostazione 42 della potenza si tratta di una valvola a farfalla, azionabile elettricamente, di un motore endotermico, che viene impostata con un motore a corrente continua in antagonismo alla carica di una molla di richiamo. Il motore a corrente continua in particolare tramite le linee di connessione 38 e 40 è connesso alle connessioni del circuito a stadio finale 16, che in questo esempio di realizzazione è progettata con il circuito a ponte intero. Il motore a corrente continua è in tal caso disposto nella diagonale del circuito a ponte. Mediante almeno una resistenza di misurazione viene determinata la corrente, circolante attraverso il motore, nel circuito a stadio finale 16 e questa tramite la linea 36 viene addotta al microcomputer 10. Tramite almeno un segnale di comando, che nell'esempio di realizzazione preferito è un segnale con modulazione della durata degli impulsi, lo stadio finale del ponte intero viene comandato in modo tale che il motore e quindi l'elemento di impostazione si muovono in avanti o a ritroso oppure permangono in una determinata posizione.

Oltre all'impiego di un convenzionale motore a corrente continua (motore DC) in altri esempi di realizzazione si impiegano motori a commutazione elettrica, organi di impostazione di rotazione, motori a passi ecc. , laddove si raggiungono parimenti i vantaggi menzionati della soluzione secondo l'invenzione. Inoltre l'impiego della soluzione secondo l'invenzione non è limitato soltanto ad una valvola a farfalla come elemento di impostazione della potenza, ma in maniera corrispondente può essere impiegato per tutti gli elementi di impostazione della potenza di una unità motrice, che presentano almeno una battuta terminale meccanica (ad esempio aste di regolazione di pompe di iniezione).

Tramite le linee di entrata 20 fino a 36 il microcomputer 10 riceve le grandezze di esercizio necessarie per il comando dell'elemento di impostazione della potenza e quindi per impostare la potenza dell'unità motrice. In tal caso nell'esempio di realizzazione preferito l'elemento di impostazione della potenza viene impostato in dipendenza di almeno la posizione del pedale acceleratore all'esterno dell'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo, mentre nell'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo viene impostato l'elemento di impostazione della potenza per impostare un numero di giri preassegnato del motore. Nell'esempio di realizzazione preferito in particolare si ottiene l'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo quando non è azionato il pedale acceleratore. Inoltre si possono preassegnare ulteriori criteri per riconoscere l'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo, ad esempio quando velocità di marcia e, oppure numero di giri del motore scendono al di sotto di soglie preassegnate, che alternativamente od integrativamente attivano la regolazione di funzionamento al minimo.

Al di fuori dell'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo nell'esempio di realizzazione preferito sulla base della posizione del pedale acceleratore ed eventualmente di ulteriori grandezze di esercizio, come numero di giri del motore, posizione della marcia ecc., viene formato un valore prescritto di impostazione per l'elemento di impostazione della potenza. Questo quindi nell'ambito di un circuito di regolazione della posizione con un regolatore, presentante ad esempio comportamento PID, viene regolato in dipendenza della differenza fra questo valore preassegnato e la posizione effettiva. Nell'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo nell'esempio di realizzazione preferito il valore preassegnato per l'impostazione dell'elemento di impostazione della potenza viene determinato sulla base del segnale di uscita di un regolatore di un numero di giri di funzionamento al minimo. Questi in dipendenza di un valore prescritto, che viene preassegnato in dipendenza di grandezze di esercizio come temperatura del motore, a tensione della batteria ecc., e del numero di giri effettivo in base ad una preassegnata strategia di regolazione (ad esempio PID) forma un segnale di uscita nel senso di un'impostazione del numero di giri effettivo sul numero di giri prescritto. Questo segnale di uscita rappresenta il valore preassegnato per il successivo circuito di regolazione della posizione dell'elemento 42 di impostazione della potenza .

Oltre ad un circuito di regolazione della posizione in altri esempi di realizzazione vantaggiosi si impiegano circuiti di regolazione di coppia, circuiti di regolazione di carico, circuiti di regolazione della quantità d'aria o della massa d'aria ecc-, nell'ambito dei quali viene impostato l'elemento di impostazione della potenza.

Inoltre il microcomputer 10 comprende accorgimenti per rilevare la posizione attuale dell'elemento di impostazione in corrispondenza di almeno una battuta meccanica, preferibilmente la battuta di funzionamento al minimo dell'elemento di impostazione, e per formare un limite di impostazione αmin per l'impostazione dell'elemento di impostazione 42, come è noto dallo stato della tecnica menzionato all'inzio.

Secondo l'invenzione è previsto il fatto di conservare questo limite per il funzionamento normale (carico parziale, pieno carico, fase di rilascio), affinché siano esclusi un'avviamento dinamico della battuta meccanica inferiore e il conseguente possibile danneggiamento meccanico e, oppure elettrico (ad esempio danneggiamento della trasmissione inserita fra motore e valvola a farfalla). Nel funzionamento di regolazione del minimo l'intervallo di impostazione dell'elemento di impostazione viene ampliato fino a questa battuta meccanica inferiore, laddove viene continuamente controllata la corrente attraverso il motore di impostazione dell'elemento di impostazione. Con questo accorgimento nell'intervallo di regolazione nel funzionamento al minimo l'elemento di impostazione può essere impostato al di sotto del limite preassegnato del funzionamento normale. Mediante sorveglianza della corrente del motore, che aumenta decisamente al raggiungimento della battuta meccanica mediante l'elemento di impostazione, viene sorvegliata la regolazione nell'intervallo di funzionamento al minimo. Se la corrente del motore cresce ad oltre un limite ammesso, allora l'impostazione dell'elemento di impostazione viene influenzato in modo tale che la corrente del motore scende al di sotto di un limite ammesso. Ciò può essere realizzato sia nell'ambito di una regolazione della corrente sia anche preassegnando un valore minimo attuale per l'impostazione dell'elemento di impostazione nell'intervallo di regolazione del funzionamento al minimo. In tal modo l'elemento di impostazione può essere impostato sempre sulla battuta meccanica, laddove la regolazione del funzionamento al minimo può essere comandata indipendentemente dal limite appreso del funzionamento normale sull'effettiva posizione minima.

La soluzione secondo l'invenzione nell'esempio di realizzazione preferito viene realizzata come programma del microcomputer 10. Un esempio al riguardo è schematizzato come schema di funzionamento nella figura 2.

La parte di programma ivi mostrata viene avviata in istanti preassegnati, ad esempio ogni 10 fino a 100 rosee. Dopo l'avviamento della parte di programma nella prima fase 100 vengono lette in entrata le grandezze di esercizio necessarie per attuare la soluzione secondo l'invenzione: posizione del pedale acceleratore fì, numero di giri del motore Nmot, numero di giri prescritto di funzionamento al minimo NmotSoll, posizione dell'elemento di impostazione α Ist, corrente I attraverso il motore di impostazione, valore limite α min per l'impostazione dell'elemento di impostazione nel funzionamento normale nonché ulteriori grandezze di esercizio (posizione della màrcia, temperatura del motore, tensione della batteria ecc. ). Nella successiva fase di interrogazione 102 viene controllato se il motore endotermico si trova nell'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo. Il motore endotermico si trova nell'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo quando il pedale acceleratore è lasciato libero oppure la valvola a farfalla si trova in un preassegnato intervallo di posizione ed eventualmente il numero di giri del motore è sceso al di sotto di un valore limite prestabilito. Se dalla fase 102 è risultato che il motore endotermico non si trova nell'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo, allora conformemente alla fase 104 il valore prescritto di impostazione αSoll per l'elemento di impostazione viene definito in base alla posizione del pedale acceleratore β nonché eventualmente di ulteriori grandezze di esercizio. Nella fase successiva 106 viene limitato il valore prescritto sul valore minimo appreso αmin. Successivamente nella fase 108 nell'ambito della regolazione della posizione viene determinato il segnale di comando T per l'elemento di impostazione sulla base del valore prescritto αSoll e del valore effettivo di posizione αIst. Successivamente viene cessata la parte di programma e questa viene ripetuta a tempo debito.

Se dalla fase 102 è risultato che il motore endotermico si trova nell'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo, allora conformemente alla fase di interrogazione 112 viene controllato se la corrente I attraverso il motore di impostazione ha superato un valore limite preassegnato IO. Se ciò non avviene allora conformemente alla fase 110 il valore prescritto di impostazione α Soll per l'elemento di impostazione viene definito in base al regolatore del numero di giri di funzionamento al minimo in dipendenza del numero di giri prescritto del motore NmotSoll e del numero di giri effettivi Nmot. Nella fase successiva 108 viene calcolato il segnale di comando T in base al valore prescritto determinato nella fase 110. Se la corrente del motore tuttavia ha superato il valore limite preassegnato allora il valore prescritto di impostazione calcolato nella fase 114 (valore attuale calcolato nella fase 110) per l'elemento di impostazione viene aumentata in ragione di un valore preassegnato Δ , per evitare danni nell'ambito dell'elemento di impostazione. Nella fase successiva 108 quindi il valore prescritto formato nella fase 114 serve a formare la grandezza del segnale di comando. In tal caso il valore prescritto di impostazione calcolato nella fase 110 viene aumentato sempre di nuovo in ragione del valore Δ fino a quando la corrente supera il valore limite IO.

In tal modo l'elemento di impostazione può essere impostato nell'ambito della regolazione del funzionamento al minimo fino al raggiungimento dell'effettiva battuta meccanica.

Oltre alla realizzazione secondo la figura 2 in un'altro esempio di realizzazione vantaggioso in occasione del primo raggiungimento del valore limite della corrente un valore limite, ricavato dal valore prescritto in tal caso esistente, nell'attuale intervallo di regolazione di funzionamento al minimo viene assunto come valore limite e il valore prescritto di impostazione formato nella fase 110 viene limitato quindi a questo valore limite. Sorvegliando continuamente la corrente, con il nuovo superamento del valore limite, viene effettuato un corrispondente adattamento del valore minimo. Pertanto è superfluo tener conto di tolleranze, cosicché l'elemento di impostazione può essere avvicinato sempre fino alla battuta meccanica.

La figura 3 mostra la modalità di azione della soluzione secondo l'invenzione in base a diagrammi temporali. In particolare nella figura 3a viene rappresentato l'andamento temporale della posizione del pedale acceleratore β, nella figura 3b quello della posizione dell'elemento di impostazione αIst nonché del valore prescritto di impostazione αSoll, e la figura 3c l'andamento temporale della corrente I e nella figura 3d l'andamento temporale del numero di giri Nmot.

In particolare il conducente provenendo dall'esercizio di marcia normale stacca il piede dal pedale acceleratore. In un'istante TO si supponga che sia lasciato libero il pedale acceleratore. Corrispondentemente fino all'istante TO il valore prescritto α Soll (rappresentato tratteggiato in figura 3b) ricavato dalla posizione del pedale dell'acceleratore, si riduce fino all'istante TO, mentre la corrente del motore in questo intervallo di tempo rimane sostanzialmente inferiore al suo valore limite IO. Il numero di giri del motore conformemente alla figura 3d presenta fino all'istante TO un corrispondente comportamento. Per illustrare la soluzione secondo l'invenzione si parta da una situazione di esercizio, in cui nell'istante TO il valore prescritto αSoll preassegnato dal conducente è inferiore al valore limite appreso α min. Ciò nell'intervallo di tempo fra TO e T1, in cui risulta attiva la regolazione del funzionamento al minimo, porta ad una limitazione del valore effettivo della posizione dell'elemento di impostazione α Ist (linea continua) conformemente alla figura 3b. Il numero di giri del motore diminuisce ulteriormente con la riduzione nell'intervallo di tempo fra TO e T1 in seguito all'azione del pedale acceleratore rilasciato. Nell'istante T1 si entra nell'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo propriamente detto. A partire dall'istante T1 secondo la figura 3b ciò porta ad una eliminazione del limite inferiore α min. Per illustrare la soluzione secondo l'invenzione si parte dal fatto che la regolazione di funzionamento al minimo a partire dall'istante T1 riduce ulteriormente il valore prescritto αSoll per l'elemento di impostazione. Corrispondentemente segue il valore effettivo della posizione, cosicché ha luogo l'impostazione dell'elemento di impostazione al di sotto del limite Λ min. Fra l'istante TI e T2 la corrente del motore aumenta fortemente. Nell'istante T2 si supponga che venga aggiunta la battuta inferiore meccanica α UA dell'elemento di impostazione, cosicché la corrente I supera il suo valore limite IO. Ciò porta alla limitazione secondo l'invenzione del valore prescritto e quindi all'impostazione dell'elemento di impostazione sulla battuta meccanica inferiore αUA.

Conformemente alla descrizione precedente l'eliminazione del limite inferiore viene effettuata in dipendenza dell'attivazione del regolatore di funzionamento al minimo. In altri vantaggiosi esempi di realizzazione entrambi gli accorgimenti possono avvenire in istanti differenti. Ad esempio il regolatore di funzionamento al minimo può essere attivato già quando il pedale acceleratore viene lasciato libero rispettivamente l'elemento di impostazione si porta in un preassegnato intervallo di posizione. L'eliminazione del limite inferiore viene quindi eliminata ad esempio in dipendenza del numero di giri del motore, del valore prescritto ecc. e alla regolazione del funzionamento al minimo viene fornita la possibilità di effettuare anche impostazioni al di sotto del limite inferiore.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per comandare un elemento di impostazione della potenza di una unità motrice, che presenta almeno una battuta terminale meccanica, che viene impostata in dipendenza di grandezze di esercizio conformemente ad un valore preassegnato e questa impostazione in un primo stato di esercizio viene limitata ad un valore limite ricavato dalla posizione dell'elemento di impostazione della potenza in corrispondenza di almeno una battuta terminale meccanica, caratterizzato dal fatto che questa limitazione viene eliminata in almeno un secondo stato di esercizio e viene liberata un'impostazione dell'elemento di impostazione della potenza fino ad almeno una battuta terminale meccanica .
2. Procedimento secondo la rivendicazione (1), caratterizzato dal fatto che il primo stato di esercizio è l'esercizio di marcia essendo azionato il pedale acceleratore.
3. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il secondo stato di esercizio è l'intervallo di regolazione di funzionamento al minimo.
4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che in almeno il secondo stato di esercizio la corrente viene rilevata mediante il motore azionante l'elemento di impostazione e al superamento di un valore limite preassegnato la battuta meccanica viene supposta come raggiunta.
5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno il secondo intervallo di esercizio viene raggiunto quando si rilascia il pedale acceleratore e, oppure si scende al di sotto di un numero di giri preassegnato .
6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il valore preassegnato nel primo stato di esercizio viene preassegnato sulla base della posizione del pedale acceleratore mentre nel secondo stato di esercizio viene preassegnato sulla base di un regolatore del funzionamento al minimo.
7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che per limitare l'impostazione dell'elemento di impostazione della potenza viene corrispondentemente limitato il valore di preassegnazione.
8. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dal superamento del valore di corrente preassegnato l'impostazione dell'elemento di impostazione della potenza viene corretta in modo tale che il valore di corrente ammesso in questo stato di esercizio non viene più superato.
9. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'impostazione dell'elemento di impostazione viene corretta in modo tale che la corrente del motore assume il valore di corrente preassegnato, fintanto che l'elemento di impostazione della potenza poggia sulla battuta inferiore.
10. Dispositivo per comandare un elemento di impostazione della potenza di una unità motrice, presentante almeno una battuta terminale meccanica, con una unità di comando che in dipendenza di grandezze di esercizio imposta l'elemento di impostazione della potenza in base ad un valore preassegnato, laddove l'impostazione dell'elemento di impostazione della potenza in un primo stato di esercizio è limitata mediante un valore limite ricavato dalla posizione dell'elemento di impostazione della potenza sulla battuta meccanica, caratterizzato dal fatto che in almeno un secondo stato di esercizio l'unità di comando è eseguita in modo tale che questo limite viene eliminato e viene liberato un'impostazione dell'elemento di impostazione della potenza fino alla battuta meccanica.