ITMI971970A1

ITMI971970A1 - Procedimento e dispositivo per il controllo del funzionamento di un sensore di idrocarburi per un motore endotermico

Info

Publication number: ITMI971970A1
Application number: IT001970A
Authority: IT
Inventors: Rene Schenk
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1996-09-07
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1999-02-28
Also published as: JPH1089134A; IT1294352B1; DE19636415A1; JP4084447B2; DE19636415B4; US5898107A

Description

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Stato della tecnica

L'invenzione si riferisce innanzi tutto ad un procedimento per il controllo del funzionamento di un sensore di idrocarburi per un motore endotermico.

Nei gas di scarico dei motori endotermici, azionati con un elevato eccesso di aria, sono presenti delle elevate emissioni di NOx. Ciò accade in particolare nei motori endotermici ad iniezione,diretta nella camera di combustione. Per ridurre queste emissioni si può per esempio impiegare un catalizzatore riduttore. Per la riduzione del NOx, a monte del catalizzatore viene alimentato in modo dosato del carburante che viene poi trasformato nel catalizzatore.

Inoltre, i gas di scarico di tali motori endotermici vengono trattati in un secondo tempo mediante catalizzatori d'ossidazione. In questo modo si riducono notevolmente le emissioni (HC) di idrocarburi.

Negli Stati Uniti, già da tempo viene incentivato il controllo dei componenti veicolari e l'indicazione di eventuali errori con adeguati mezzi di bordo (diagnosi on-board, OBD).

Nell'ambito di questa diagnosi on-board vengono controllati anche i catalizzatori dei motori endotermici .

Ciò accade per esempio mediante sensori di idrocarburi (sensori HC}.

Tali sensori HC comprendono in sostanza una resistenza termica e l'elemento sensore propriamente detto. Con l'ausilio della resistenza termica viene impostata una temperatura adatta all'effetto di misurazione. Poiché la temperatura viene impostata in modo regolato, è necessaria la sua misurazione. Ciò avviene per esempio attraverso la misurazione della resistenza interna della sonda. Questa misurazione viene eseguita con corrente alternata, poiché in questo modo non si influenza sostanzialmente il segnale di tensione continua della sonda.

Una tale misurazione della temperatura è per esempio descritta nel documento DE 3117 790 C2.

Poiché tali sensori HC vengono utilizzati per il controllo e la regolazione di tali componenti rilevanti per i gas di scarico, per esempio di catalizzatori e/o di pompe dosatrici, anche il loro funzionamento richiede un controllo. Se infatti il sensore risulta difettoso, allora, per esempio nel caso di un catalizzatore NOx, è necessario disinserire il dosaggio aggiuntivo del carburante dipendente dalle emissioni di idrocarburi.

L'invenzione si pone quindi il compito di realizzare un procedimento per il controllo del funzionamento di un sensore di idrocarburi del tipo citato all'inizio che permetta un controllo del sensore di idrocarburi in modo tecnicamente facile da realizzare, impiegando possibilmente i componenti veicolari già presenti.

Vantaggi dell'invenzione

Nel caso di un procedimento per il controllo del funzionamento di un sensore di idrocarburi del tipo descritto all'inizio, questo compito viene risolto col fatto che la potenza calorifica da applicare per il riscaldamento dell'elemento sensore viene confrontata costantemente con un valore prestabilito e, nel caso di una non-corrispondenza, viene segnalato un errore di sensore e disinserito il riscaldamento, e che i valori di sensore rilevati vengono confrontati con i valori d'emissione previsti a prestabilite condizioni d'esercizio del motore endotermico e, nel caso di una non-corrispondenza, viene segnalato un errore di sensore.

Il controllo costante della potenza calorifica del sensore presenta il particolare vantaggio di potere riconoscere le connessioni difettose od interrotte del sensore. Se infatti una delle connessioni di sensore o delle linee di sensore viene interrotta, allora la temperatura non può più essere rilevata in modo esatto ovvero viene rilevato sempre un valore troppo basso, poiché una resistenza interna infinitamente grande viene in genere associata alla temperatura ambientale. Di conseguenza, una potenza calorifica troppo elevata può danneggiare il sensore. Ciò viene evitato mediante controllo costante della potenza calorifica ed un confronto con un prestabilito valore reale.

Inoltre, mediante il confronto dei valori di sensore rilevati, nel caso di un riscaldamento intatto con previsti valori d'emissione a prestabilite condizioni d'esercizio del motore endotermico, viene rilevato con facilità un guasto del sensore e segnalato un errore del sensore. Ciò può avvenire per esempio in modo particolarmente vantaggioso col fatto che il valore di sensore, ogni volta che il veicolo comprendente il motore endotermico viene azionato con marcia in folle e che il carburante non viene alimentato, viene confrontato con un prestabilito valore di base del sensore e, nel caso di un superamento di questo valore di base, viene segnalato un errore. Ciò si basa sul fatto che, nella marcia in folle del veicolo - eventualmente anche nel funzionamento al minimo - e senza dosaggio di carburante aggiuntivo, le emissioni grezze del motore endotermico sono limitate, per cui deve essere limitato anche il valore HC.

Quando si è verificato il superamento del valore di base, allora ciò può essere stato provocato per esempio da un sensore difettoso o da un sensore "sporco di fuliggine". Per questo motivo, nel caso di una forma esecutiva vantaggiosa del procedimento, la potenza calorifica del sensore viene brevemente aumentata all'atto del superamento del prestabilito valore di base, prima che venga emesso un segnale di errore, per "pulire a caldo" il sensore.

Nel caso di una forma esecutiva molto vantaggiosa, per riconoscere un sensore troppo sensibile, si prevede la segnalazione di un errore di sensore, ogni volta che il valore HC - quando il motore endotermico non è caldo - si porta al disotto di una prestabilita soglia entro un prestabilito lasso di tempo, e quando nel contempo la quantità d'iniezione supera una prestabilita soglia e la temperatura di un catalizzatore d'ossidazione dei gas di scarico da controllare si trova al disotto di un prestabilito valore di soglia.

I valori di soglia vengono determinati mediante applicazione.

Per il controllo della potenza calorifica una forma esecutiva vantaggiosa prevede che la potenza calorifica venga confrontata costantemente con un valore prelevato da un campo caratteristico e, nel caso di un superamento di questo valore dopo un prestabilito lasso di tempo, .venga segnalato un errore di sensore e disinserito il riscaldamento

Il compito secondo 1'invenzione viene inoltre risolto anche mediante un dispositivo per il controllo del funzionamento di un sensore di idrocarburi per un motore endotermico, il quale dispositivo comprende una prima parte circuitale per la regolazione della potenza calorifica, dipendente dalla temperatura rilevata dal sensore, e per il confronto della potenza calorifica con un prestabilito valore di soglia prelevato da un campo caratteristico nonché per il disinserimento temporalmente ritardato del riscaldamento in caso di non-corrispondenza, e una seconda parte circuitale per il confronto del valore misurato di idrocarburi con i valori d'emissione previsti a prestabilite condizioni d'esercizio e per segnalare un errore nel caso di noncorrispondenza.

Le condizioni d'esercizio del motore endotermico sono vantaggiosamente la quantità d'iniezione, il dosaggio di carburante supplementare e la temperatura di un catalizzatore, i quali vengono confrontati in comparatori con prestabilite soglie.

L'emissione dei segnali di errore avviene preferibilmente in modo temporalmente ritardato mediante elementi di ritardo temporale.

Disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione formano l'oggetto della seguente descrizione nonché della rappresentazione grafica di alcuni esempi esecutivi. Nei disegni :

- la fig. 1 illustra schematicamente un sensore di idrocarburi che, per il pilotaggio e l'emissione del valore misurato, è collegato con un microcontrollore, la fig. 2 illustra un dispositivo secondo l'invenzione per il controllo del funzionamento di un sensore di idrocarburi per un motore endotermico ad accensione spontanea.

Descrizione degli esempi esecutivi Come risulta evidente dalla fig. 1, un sensore di idrocarburi 10 comprende un elemento sensore 11 nonché un riscaldatore 12. Il circuito elaboratore per il sensore HC è un apparecchio di comando 30, per esempio un microcontrollore di un apparecchio di comando del motore. Per la misurazione della resistenza interna della sonda dipendente dalla temperatura viene impiegata una fonte 22 di corrente alternata nonché un raddrizzatore 23 per la tensione alternata che s'imposta a causa della corrente alternata in corrispondenza della cellula di sensore. Mediante l'impiego di una corrente alternata per la determinazione della resistenza interna della sonda, viene influenzato il segnale di tensione continua della sonda che rappresenta il valore HC. La tensione di misurazione propriamente detta viene alimentata all'apparecchio di comando 30 attraverso un passabasso 21, il quale separa la tensione alternata di misurazione prevista per la determinazione della temperatura, mediante un convertitore analogicodigitale (ADC).

Per il riscaldamento del sensore 10 di idrocarburi, è previsto in algoritmo di regolazione della temperatura che genera un segnale modulato in ampiezza d'impulso (PWM) che viene alimentato dall'apparecchio di comando 30 ad un elemento pilota 24 , il quale pilota a sua volta il riscaldamento 12.

Il procedimento per il controllo del funzionamento del sensore 10 di idrocarburi per un motore endotermico ad accensione spontanea viene descritto meglio in abbinamento alla fig. 2, la quale illustra schematicamente un dispositivo per il controllo del funzionamento del sensore di idrocarburi.

Come risulta evidente dalla fig. 2, il dispositivo per il controllo del funzionamento del sensore 10 di idrocarburi comprende in una prima parte circuitale A, un regolatore 100, per esempio, un regolatore PID per la regolazione della potenza calorifica attraverso un modulatore dell'ampiezza d'impulso (PWM) 103 in modo dipendente dalla temperatura rilevata dal sensore.

A tale scopo, dalla rilevata resistenza interna della sonda viene sottratto un prestabilito valore I in un sottrattore 99 ed alimentato al regolatore 100. Il valore I corrisponde ad una prestabilita resistenza interna di sonda nel caso di una normale temperatura d'esercizio. Il segnale emesso dal regolatore 100 viene confrontato con un prestabilito valore di soglia SI che viene prelevato da un campo caratteristico 104. Le grandezze d'ingresso del campo caratteristico 104 sono in sostanza la tensione di rete di bordo UB nonché il tempo tstart trascorso dall'avvio del motore endotermico. Finché il valore emesso dal regolatore 100 è più grande del valore di soglia SI, viene emesso un segnale di errore del sensore e contemporaneamente si verifica innanzi tutto un ulteriore riscaldamento del sensore 10 di idrocarburi. Quando la potenza calorifica supera la soglia SI, oltre un prestabilito periodo di tempo ottenuto con un elemento di ritardo 102, allora si presenta il caso, in cui per esempio le connessioni del sensore sono interrotte od il sensore 10 è danneggiato. In questo caso viene segnalato un errore di sensore ed il riscaldamento viene disinserito mediante un interruttore 107.

In una seconda parte circuitale B, i valori di sensore rilevati vengono confrontati con valori d'emissione previsti a prestabilite condizioni d'esercizio e, nel caso di una non-corrispondenza, viene segnalato un errore del sensore 10.

A tale scopo viene per esempio rilevato se il sensore 10 supera un prestabilito valore di idrocarburi (valore HC) nel funzionamento in folle del veicolo, cioè senza che il carburante venga iniettato e senza che avvenga un dosaggio supplementare di carburante nei gas di scarico. Ciò avviene mediante confronto del valore HC misurato in un comparatore 107 con un valore di soglia (soglia) S2. Quando ciò accade, in un organo addizionatore 109 viene emesso un segnale di errore, il quale, dopo il passaggio attraverso un organo di ritardo 110, fornisce l'indicazione di un errore di sensore, per esempio dell'informazione "valore di base troppo alto".

Nel contempo, attraverso una linea di segnale nel commutatore 111, il valore d'entrata I viene commutato sul valore d'entrata II, il quale provoca una maggiore potenza calorifica e quindi la "pulizia a caldo" del sensore, mediante la regolazione della temperatura descritta nel riferimento alla parte circuitale A.

Questa "pulizia a caldo" si svolge solo per poco tempo. Il tempo è in particolare più corto del periodo di tempo prestabilito dall'organo di ritardo 110, per cui, nel caso di un sensore solo sporco di fuliggine, dopo la pulizia a caldo non viene più segnalato l'errore di sensore "valore di base troppo alto", qualora non sia presente alcun altro guasto di sensore.

In un ulteriore ramo della parte circuitale B, in un comparatore 104 viene determinato se il valore HC misurato si trova al disotto di una prestabilita soglia S3, se nel contempo la quantità d'iniezione supera una prestabilita soglia S4, il ché viene stabilito nel comparatore 106, e se la temperatura di catalizzatore si porta al disotto di un'altra soglia prestabilita S5, il ché viene stabilito nel comparatore. Quando tutte le suddette condizioni sono presenti, nell'elemento addizionatore 108 viene emesso un segnale di errore, il quale, dopo il passaggio attraverso un elemento 112 di ritardo temporale, segnale un errore di sensore, per esempio con l'informazione "nessuna sensibilità".

Il controllo di errori descritto per ultimo viene eseguito sempre dopo un avvio a freddo, ovvero quando il catalizzatore presenta ancora per un breve periodo di tempo una temperatura così bassa, per cui le emissioni grezze del motore non vengono trasformate. In questo periodo di tempo, un sensore HC disposto dopo il catalizzatore deve misurare un elevato valore. La temperatura a valle del catalizzatore può essere misurata o calcolata per mezzo di un modello. La soglia S5, con la quale viene confrontata la temperatura del catalizzatore nel comparatore 105 corrisponde in sostanza alla temperatura d'accensione del catalizzatore .

Particolarmente vantaggioso è il fatto che l'intera disposizione circuitale può fare parte di un comando del motore di per sé noto, per cui in questo modo senza dell'hardware supplementare è possibile rilevare on-board, cioè -con mezzi di bordo propri, degli errori di sensore e quindi anche degli errori di catalizzatore.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il controllo del funzionamento di un sensore di idrocarburi per un motore endotermico, caratterizzato dal fatto che la potenza calorifica da applicare per il riscaldamento dell'elemento sensore (11) viene confrontata costantemente con un valore prestabilito e, nel caso di una non-corrispondenza, viene segnalato un errore di sensore e viene disinserito il riscaldamento (12), e che i valori di sensore rilevati vengono confrontati con i valori d'emissione previsti a prestabilite condizioni d'esercizio e, nel caso di una non-corrispondenza, viene segnalato un errore di sensore (10).
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che viene emesso un segnale di errore nel caso che il valore di sensore superi un prestabilito valore di base, quando il veicolo comprendente il motore endotermico viene azionato in folle e quando non viene dosato del carburante supplementare.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che, nel caso di un superamento del prestabilito valore HC, viene aumentata brevemente la potenza calorifica.
4. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che, quando il motore endotermico non è caldo, un errore di sensore viene segnalato ogni volta che il valore HC misurato si porta, entro un periodo di tempo prestabilito, al disotto di una prestabilita soglia (S3), che la quantità d' iniezione supera contemporaneamente un'ulteriore soglia prestabilita (S4) e che contemporaneamente la temperatura di un catalizzatore da controllare si trova al disotto di un'ulteriore soglia prestabilita (S5).
5. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che le soglie (SI, S2, S3, S4, S5) vengono determinate mediante applicazione .
6. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che le segnalazioni di errore vengono emesse con ritardo temporale.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la potenza calorifica viene confrontata con un valore prelevato da un campo caratteristico e, nel caso di un superamento di questo valore entro un prestabilito periodo di tempo, viene segnalato un errore di sensore e viene disinserito il riscaldamento.
8. Dispositivo per il controllo del funzionamento di un sensore di idrocarburi per un motore endotermico, caratterizzato dal fatto che esso comprende : una prima parte circuitale (A) per la regolazione della potenza calorifica, in modo dipendente dalla temperatura rilevata del sensore (10), e per il confronto della potenza calorifica con un valore di soglia (SI) prestabilito, prelevato da un campo caratteristico (104), e per il disinserimento temporalmente ritardato del riscaldamento (12) nel caso di non-corrispondenza, e una seconda parte circuitale (B) per il confronto del valore misurato di idrocarburi con i valori d'emissione, previsti a prestabilite condizioni d'esercizio, e per segnalare un errore nel caso di noncorrispondenza .
9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che le prestabilite condizioni d'esercizio sono la quantità d'iniezione, il dosaggio di carburante supplementare e la temperatura di un catalizzatore, i quali vengono confrontati in un comparatore (104, 105, 106, 107) con prestabilite soglie (S2, S3, S4, S5).
10. Dispositivo secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che sono previsti degli elementi di ritardo temporale per l'emissione temporalmente ritardata dei segnali di errore.