ITMI990437A1

ITMI990437A1 - Sistema di gestione di motori a combustione interna in particolare per controllare la messa in fase dell'accensione ed il rapporto

Info

Publication number: ITMI990437A1
Application number: IT99MI000437A
Authority: IT
Inventors: Paul M Gartner; Bradley J Darin; Werner List; Dennis P Nick
Original assignee: Bosch Robert Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2000-09-03
Also published as: FR2780448A1; US5988140A; IT1310308B1; JP2000018084A; GB2339030B; GB2339030A; GB9903773D0; FR2780448B1; DE19920691A1; JP4236225B2

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda generalmente un sistema di gestione di motori a combustione interna per controllare la messa in fase o fasatura dell'accensione ed il rapporto aria/combustibile di un motore a 4-tempi. Il sistema utilizza ingressi da un sensore di velocità del motore, un sensore di temperatura del motore ed un sensore di ossigeno negli scarichi.

Molti perfezionamenti sono stati realizzati nello sviluppo di sistemi di controllo per motori a combustione interna di tutti i tipi e di tutte le dimensioni, tra cui motori a 4-tempi che possono avere dimensioni relativamente piccole, ad esempio da 5 a 10 cavalli, ma che possono essere realizzati con dimensioni maggiori, cioè sino a 100 cavalli o più. Questi motori a 4-tempi più grandi possono essere usati in applicazioni industriali come gruppi elettrogeni per saldatura o di emergenza, per citare qualche esempio in cui è importante che il motore funzioni dolcemente ed alla velocità desiderata indipendentemente da variazioni nel carico applicato ed altre perturbazioni che possono verificarsi. Benché progressi siano stati realizzati nel campo del controllo dei motori, continua a sussistere una necessità di migliorare il controllo di questi motori per garantire che essi abbiano ad operare efficientemente ed efficacemente in varie condizioni operative.

Perciò, uno scopo principale della presente invenzione è quello di fornire un sistema di gestione di motori a combustione interna perfezionato in grado di controllare la sincronizzazione di accensione e/o il rapporto aria/combustibile di un motore a 4-tempi in maniera tale da fornire funzionamento affidabile, efficiente ed efficace del motore.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema elettronico perfezionato di gestioni di motori a combustione interna che riduca le emissioni, migliori le caratteristiche di avviamento e ottimizzi l’economia in combustibile del motore.

Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un simile sistema di gestione di motori a combustione interna perfezionato che abbia veloce risposta transitoria a perturbazioni suscettibili di verificarsi. Ciò è ottenuto almeno in parte grazie al modo con cui il carico applicato è misurato ed usato per determinare i requisiti di flusso di combustibile durante il funzionamento.

Uno scopo più dettagliato consiste nella previsione di impiego di mezzi di elaborazione includenti memoria avente tabelle di ricerca per determinare i requisiti di flusso di combustibile in base a parametri operativi del motore.

Ancora un altro scopo è quello di fornire un sistema di gestione di motori perfezionato che determini il flusso d'aria di aspirazione del motore tramite mezzi diversi dalla misurazione del flusso d'aria stesso, la determinazione essendo altamente affidabile ed ottenuta in modo economico.

Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema di gestione di motori a combustione interna perfezionato che determini efficacemente il flusso d'aria di aspirazione del motore misurando efficacemente il carico applicato al motore.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un simile sistema di gestione di motori a combustione interna perfezionato che utilizzi un fattore di compensazione per il flusso d'aria di aspirazione del motore tenente in considerazione l'inerzia rotazionale del motore impiegato per fornire una più accurata funzionalità di registrazione di flusso del combustibile.

Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un simile sistema perfezionato che consenta di determinare l'inerzia del sistema per tutti i motori di dimensioni, tipo e applicazioni particolari, eseguendo prove in un laboratorio per generare caratteristiche d'inerzia per tali motori. Utilizzando misurazioni di velocità rotazionale del motore che sono eseguite sul posto, un fattore d'inerzia viene regolato per ciascun motore. Tale capacità consente al fattore di inerzia di essere accuratamente determinato durante l'impiego ed essi possono essere determinati periodicamente in modo tale che il fattore d’inerzia può essere corretto se le caratteristiche del motore dovessero cambiare con il tempo e con l'uso.

Questi e altri scopi risulteranno evidenti dalla lettura della seguente descrizione dettagliata in unione con i disegni acclusi, in cui:

FIG. 1 è una vista in pianta idealizzata di un motore a 4-tempi illustrato parzialmente in sezione con vari componenti illustrati funzionalmente in unione con una porzione del sistema di gestione di motori secondo la presente invenzione;

FIG. 2 è uno schema a blocchi del sistema di gestione di motori secondo la presente invenzione rappresentato assieme a vari sensori e dispositivo d'ingresso e mostrato con segnali d'uscita per controllare porzioni del motore che sono illustrate schematicamente,

FIG. 3 è un diagramma di flusso illustrante funzionamento della porzione di determinazione del flusso d'aria del sistema di gestione di motori secondo la presente invenzione;

FIG. 4 è un diagramma di flusso illustrante il funzionamento della porzione di determinazione di regolazione del campo d'inerzia del sistema di gestioni di motori secondo la presente invenzione;

FIG. 5 è un diagramma illustrante la frequenza di eventi del motore rispetto a corrispondenti calcoli di differenza di velocità durante il funzionamento transitorio, particolarmente per la condizione di angolo di farfalla aumentante momentaneamente, flusso dell'aria di aspirazione del motore aumentante momentaneamente e carico di uscita sull'albero rimanente costante;

FIG. 6 è un diagramma illustrante la frequenza degli eventi del motore rispetto a corrispondenti calcoli di differenza di velocità durante il funzionamento transitorio, illustrante in particolare la chiusura completa momentanea della farfalla, l’arresto del flusso d'aria di aspirazione momentaneo e il carico di uscita sull'albero rimanente costante;

FIG. 7 è un diagramma illustrante la frequenza di eventi del motore rispetto a corrispondenti calcoli di differenza di velocità durante il funzionamento transitorio, in particolare illustrante la riduzione momentanea dell'angolo di farfalla, la riduzione momentanea del flusso d'aria di aspirazione del motore e il carico d'uscita sull'albero rimanente costante;

FIG. 8 è diagramma illustrante la frequenza di eventi del motore rispetto a corrispondenti calcoli di differenza di velocità durante funzionamento transitorio, in particolare illustrante l'angolo di farfalla rimanente costante, il flusso dell'aria di aspirazione del motore rimanente costante e il carico di uscita sull'albero diminuente momentaneamente;

FIG. 9 è un diagramma illustrante la frequenza di eventi del motore rispetto a corrispondenti calcoli di differenza di velocità durante il funzionamento transitorio, in particolare illustrante l'angolo di farfalla rimanente costante, il flusso dell'aria di aspirazione del motore rimanente costante e il carico d'uscita sull'albero aumentante momentaneamente; e FIG. 10 è un diagramma che illustra la variazione della velocità del motore rispetto al tempo in conseguenza di variazioni che includono sia contenuto di alta frequenza che contenuto di bassa frequenza.

In generale, la presente invenzione riguarda un sistema di gestione di motori a combustione interna perfezionato per motori a 4-tempi, che include mezzi di elaborazione e utilizza vari ingressi da sensori operativamente collegati al motore al fine di fornire il corretto rapporto combustibile/aria per il motore in modo tale che la risposta dei transitori sia estremamente veloce. Ciò consente al motore di essere fatto funzionare efficientemente e dolcemente anche durante varie condizioni transitorie.

Il sistema di gestione di motori secondo la presente invenzione è un sistema che utilizza l'informazione di velocità rotazionale che è ottenuta o da un rivelatore di velocità magnetico incrementale a riluttanza variabile, oppure da un tachimetro per determinare la durata temporale di cìascun giro dell'albero a gomiti o del motore. Da tali durate temporali, viene determinata la velocità ciclica. Il rivelatore di velocità incrementale a riluttanza variabile può essere impiegato per determinare velocità istantanea durante una porzione di ciascun giro, se desiderato. Confrontando tali velocità di giri selezionati, il sistema è in grado di determinare il flusso d'aria d'aspirazione del motore dedotto, senza dover misurare fisicamente il medesimo. Inoltre, impiegando valori di inerzia rotazionali del sistema misurati per il motore assieme a flusso d'aria d'aspirazione dedotto, il sistema è in grado di determinare con precisione la quantità di combustibile da alimentare al motore per un funzionamento appropriato .

Il fattore d'inerzia per un tipo particolare di motore a combustione interna è determinato tramite prove di laboratorio effettive, che ha come conseguenza un valore standard che è usato inizialmente per tutti questi motori di tale tipo particolare. Tuttavia, il sistema è univocamente adattato per correggere periodicamente il fattore d'inerzia mediante un'analisi statistica di informazioni di velocità da un numero di cicli durante il funzionamento effettivo in condizioni predeterminate. Più particolarmente, il sistema utilizza analisi statistica, come calcolo di deviazione standard od un calcalo di varianza su una pluralità di campioni di velocità del motore eseguito su una pluralità di giri e impiega l'analisi statistica per interpolare tra fattori diversi o predeterminati per fornire un valore di fattore di inerzia che è impiegato per compensare il flusso d'aria dedotto.

Il sistema utilizza pure tabelle di ricerca o consultazione che sono fornite in conseguenza del calcolo di laboratorio e le tabelle di consultazione forniscono un valore di flusso di combustibile in funzione del flusso d'aria dedotto regolato.

Tornando ora ai disegni, e in particolare a FIG. 1, in essi è rappresentata una panoramica generale del sistema secondo la presente invenzione in connessione con un motore a 4-tempi, che include una camera di combustione 10 avente una valvola di aspirazione 12, una valvola di scarico 14, un pistone 16, una candela 18, un'asta 20 che è collegata all'albero a gomiti 22. Il motore ha pure un'aspirazione d'aria 24 in cui è posizionata una farfalla 26. Combustibile è alimentato alla camera di combustione 10 mediante un iniettore 28 che è collegato ad un filtro 30 del combustibile, ad un regolatore 32 di pressione e ad una pompa elettrica 34 del combustibile ad un serbatoio di gas 36. Si deve comprendere che la pompa 34 del combustibile può alternativamente essere una pompa meccanica che può opzionalmente includere una funzionalità di regolatore di pressione. La candela 18 è accesa mediante una bobina di accensione 38 o un magnete. Si deve pure comprendere che se un magnete viene impiegato al posto della bobina di accensione 38, allora il magnete eliminerà la necessità di prevedere il sensore 56 di velocità. Inoltre, il magnete può essere normalmente fornito dal fabbricante del motore, e, quando fornito include tipicamente un circuito di accensione che controlla la posizione angolare degli eventi di scintilla.

Un'unità di controllo elettronica incorporante la presente invenzione è indicata da 40 e include linee che si estendono a e da vari sensori per controllare il funzionamento del motore, più particolarmente, l'unità di controllo 40 ha un ingresso da un sensore 46 di temperatura attraverso la linea 48. Un sensore 50 d'ossigeno è montato nel collettore di scarico e fornisce il segnale correlato all'ossigeno rilevato all'unità di controllo 40 attraverso la linea 52. Una ruota dentata 54 è operativamente collegata all'albero a gomiti 22, ed un sensore 56 di velocità e di contrassegni o riferimento fornisce informazione di velocità attraverso la linea 58 all'unità di controllo 40. L'unità di controllo 40 ha una linea di uscita 60 che si estende all'iniettore 28 di combustibile per controllare il medesimo ed ha inoltre una linea di uscita 62 estendentesi alla pompa 34 di combustibile per controllare il suo funzionamento. Analogamente, la linea d'uscita 64 si estende alla bobina di accensione 38 per controllare la temporizzazione d'accensione. Una linea di comunicazione seriale 66 si estende dall'unità di controllo 40 al fine di eseguire prove diagnostiche e simili, e per comunicare con il microprocessore.

L’unità di controllo 40 è pure rappresentata in FIG. 2 con le varie linee ed i vari sensori di ingresso e di uscita che sono anch'essi identificati. L'unità di controllo 40 comprende un microprocessore 70 che riceve il segnale d'ingresso dai sensori dopo essere stati condizionati mediante il circuito di condizionamento 72 e fornisce uscite al circuito di pilotaggio di uscita 74 che controlla quindi l'iniettore 28 di combustibile e la bobina di accensione 38. E' previsto un regolatore di tensione 76 che fornisce tensioni di alimentazione adatte attraverso la linea 78 ai vari circuiti e al microprocessore 70 come è rappresentato.

Secondo un importante aspetto della presente invenzione, il flusso d'aria e l'aspirazione del motore, che sarà in seguito semplicemente chiamato il flusso d'aria, non è effettivamente misurato direttamente, ma è accuratamente determinato in funzione delle misurazioni di velocità del motore e dell'inerzia rotazionale del motore. E' ben noto che per un motore a 4-tempi vi è un numero di giri dell'albero a gomiti durante il ciclo di potenza che è seguito da un ciclo non di potenza. Così, durante il normale funzionamento del motore vi sono cicli di potenza e non di potenza alterni. Invece che misurare il flusso d'aria nel motore, la variazione di velocità per successivi giri è determinata tramite 1'impiego di un sensore associato con l'albero a gomiti o con un magnete. Il sensore fornisce un segnale nella medesima posizione rotazionale del volano o albero a gomiti del motore durante ciascuna rotazione del motore e questo segnale è inviato al microcontrollore 70 ove esso misura il periodo di tempo tra segnali successivi. Le velocità individuali (in rpm) sono calcolate impiegando le durate temporali misurate di ciascun giro. Si deve comprendere che il microcontrollore 70 è particolarmente adatto per eseguire la funzione di temporizzazione, ma questa potrebbe essere eseguita mediante un circuito di temporizzazione separato, se desiderato. Inoltre, il sensore per fornire il segnale di posizione rotazionale può essere fornito da molti mezzi ben noti, tra cui sensori di velocità a riluttanza variabile, sensori a effetto Hall, tachimetri, circuiti a illuminazione di vari tipi, e magneti, per citarne alcuni.

Durante il normale funzionamento, anche in condizioni di assenza di carico, vi sarà un rallentamento della velocità rotazionale dell'albero a gomiti durante il ciclo non di potenza per cui il periodo di tempo per la rotazione dell'albero a gomiti per un ciclo non di potenza sarà maggiore di quello che ei verifica durante un ciclo di potenza. La differenza tra le velocità di un ciclo di potenza e di un ciclo non di potenza è qui chiamata velocità differenziale o delta di velocità, e vi possono essere due calcoli della differenza del delta di velocità per un dato ciclo di potenza, questo essendo un ciclo determinato per il ciclo non di potenza precedente e anche per il ciclo non di potenza seguente successivo.

Secondo un importante aspetto della presente invenzione, per ciascun ciclo di potenza il delta di velocità è calcolato per il ciclo non di potenza precedente come pure per il ciclo non di potenza successivo e il delta di velocità maggiore è impiegato dal sistema. Si è trovato altamente desiderabile impiegare il delta di velocità maggiore al fine di determinare il segnale del flusso d’aria. In dipendenza dal tipo di condizione transitoria che si può verificare, il delta di velocità per il ciclo non di potenza precedente è talvolta usato come lo è il delta di velocità per il ciclo non di potenza successivo.

Durante il funzionamento del sistema della presente invenzione, il diagramma di flusso rappresentato in FIG. 3 indica i processi che sono eseguiti nel microcontrollore utilizzando i segnali del sensore dell'albero a 'gomiti o di innesco del magnete che sono usati per eseguire la funzione di temporizzazione. Così, si verifica l'interruzione d'innesco {blocco 100) e viene calcolata la velocità del motore (blocco 102) ed è filtrato in modo passa-alto (blocco 103). A questo punto la velocità nuova misurata viene comparata con la velocità precedente (blocco 104). Se la velocità nuova è inferiore all'ultima velocità, allora il delta di velocità è quindi calcolato per una velocità del ciclo di potenza ed una velocità del ciclo successivo (blocchi 106, 108), e il segnale di flusso d'aria dedotto è quindi calcolato filtrato (blocco 110). Se la velocità nuova è maggiore dell'ultima velocità (blocco 104), allora il delta di velocità viene calcolato per il ciclo di potenza ed il ciclo precedente (blocco 112, 114) e il segnale del flusso d'aria dedotto viene calcolato e filtrato (blocco 116). Da questi due calcoli viene selezionato il segnale maggiore (blocco 118) per l'impiego nel determinare la quantità di combustibile da applicare al motore impiegando una tabella di consultazione.

Si è trovato che il calcolo del delta di velocità maggiore si verifica con il calcolo del delta di velocità del ciclo non di potenza precedente in talune condizioni transitorie e con il delta di velocità del ciclo non di potenza successivo per altre condizioni transitorie. Ciò è rappresentato nelle FIG. 5-9 che sono diagrammi di variazione di velocità durante successivi cicli di potenza e non di potenza per condizioni transitorie differenti. Più particolarmente, FIG. 5 illustra come la velocità vari per una condizione transitoria in cui l'angolo di farfalla aumenta momentaneamente, il flusso d'aria aumenta momentaneamente ed il carico di uscita sull'albero a gomiti è costante. Il delta di velocità per il ciclo di potenza e il ciclo non di potenza precedente fornisce il valore maggiore ed è impiegato nel segnale del flusso d'aria che è determinato. Relativamente a FIG. 6, la condizione transitoria illustrata è quella della farfalla chiusa completamente momentaneamente, il flusso d'aria cessando momentaneamente e il carico sull'albero a gomiti rimanendo costante. In questa condizione transitoria, il delta di velocità è il medesimo per entrambi i calcoli. Con riferimento a FIG. 7, nella condizione transitoria vi è una diminuzione momentanea dell'angolo di farfalla, il flusso d'aria diminuendo momentaneamente e il carico sull'albero a gomiti rimanendo costante. In questa condizione transitoria, è indicato che il delta di velocità maggiore è quello che si verifica con il successivo ciclo non di potenza. Relativamente alla condizione transitoria rappresentata in FIG. 8, essa è costituita da un angolo di farfalla costante, flusso d'aria costante ma carico d'uscita momentaneamente decrescente applicato all'albero a gomiti. In questo caso, il delta di velocità maggiore si verifica con il ciclo di potenza ed il ciclo non di potenza precedente. Relativamente alla condizione transitoria associata con il diagramma di FIG. 9, essa ha un angolo di farfalla costante, flusso d'aria costante e un carico d'uscita momentaneamente crescente aumentato. In questo caso, il delta di velocità maggiore è quello determinato dal ciclo di potenza e dal ciclo non di potenza seguente .

Dai diagrammi precedenti, risulta evidente che è importante considerare entrambi i delta di velocità rispetto ad un ciclo di potenza al fine di garantire che un'adeguata quantità di combustibile sarà alimentata al motore. Se solamente un delta di velocità fosse calcolato rispetto al ciclo di potenza, allora può essere determinato un segnale di flusso d'aria ridotto che, quando registrato nella tabella di consultazione, non avrà come conseguenza l'alimentazione di sufficiente combustibile al motore, il che può in tal caso determinare funzionamento disuniforme del motore. Scegliendo quello maggiore dei delta di velocità per ciascun ciclo di potenza, è garantito che il motore abbia un rapporto combustibile/aria sufficientemente ricco e grasso da far si che sia garantito funzionamento uniforme del motore.

Secondo un importante aspetto della presente invenzione, è generalmente noto che variazioni di velocità di un motore sono provocate da variabili di bassa frequenza come pure di alta frequenza. Il contenuto frequenziale della variazione di velocità è rappresentato in FIG. 10, le grandi variazioni verticali indicate mediante la linea 120 rappresentando una variazione di bassa frequenza che può essere provocata da variazioni come movimento casuale della farfalla provocato dal dispositivo di governo-controllo di velocità meccanico e associato a leveraggio, ad esempio. Si ritiene che la variabilità di frequenza più alta sia dovuta a variabilità nella combustione provocata da turbolenza, preparazione della miscela e simili in aggiunta al delta di velocità indotto tramite combustione ciclica e carico sull'albero ciclico.

Un miglioramento della fedeltà del segnale relativo al flusso d'aria può essere realizzato filtrando dapprima in modo passa-alto i campioni di velocità prima di calcolare il delta di velocità. Si è trovato che l'informazione del delta di velocità è contenuta nella componente frequenziale che è posizionata a metà della frequenza rotazionale. Il valore del delta di velocità è direttamente correlato al valore di questa componente. Pertanto, se il filtro è innescato durante ciascun giro del motore, e la frequenza di taglio del filtro passa-alto è un quarto della frequenza di campionatura (la frequenza di campionatura è uguale alla frequenza rotazionale), allora sarà ottenuta la componente corrispondente a metà della frequenza di campionatura, o delta di velocità. Così, il delta di velocità è ottenuto eseguendo la differenza tra i campioni di velocità filtrati in modo passa-alto.

Secondo ancora un altro importante aspetto della presente invenzione,

il segnale del flusso d'aria che è impiegato per la registrazione in una

tabella di consultazione per flusso di combustibile è certamente propor¬

zionale a quello maggiore dei due delta di velocità che sono calcolati per

un dato ciclo di potenza, il segnale del flusso d'aria essendo regolato

compensato relativamente all'inerzia del motore. Più particolarmente, per

determinare il segnale del flusso d'aria viene impiegata l'equazione se¬

guente:

(delta di velocità) * (fattore inerziale) segnale del flusso d'aria = -durata temporale del ciclo più recente

Il fattore d'inerzia è un fattore di compensazione che è determinato

per ciascun tipo di motore per il quale è impiegato il sistema di gestione

di motori. Un campo di fattori di inerzia sono determinati in laboratorio.

Da questo campo, può essere scelto automaticamente sul posto un valore.

Più particolarmente, fattori inerziali possono essere determinati in labo¬

ratorio tramite prova di ciascun tipo di motore. Per tipo di motore si in¬

tende identificare il fabbricante, la potenza in cavalli del motore e

qualsiasi configurazione singolare suscettibile di influenzare l'inerzia

rotazionale o del sistema del motore. Ad esempio, un campo può essere de¬

terminato per un motore della potenza di 25 cavalli di potenza di un par¬

ticolare fabbricante che sarebbe con somma probabilità differente dal mo¬

tore della potenza di 50 cavalli di tale fabbricante. Tuttavia, una volta

che il campo per un motore particolare sia stato determinato questo può

essere introdotto in memoria associata con il microprocessore e può essere impiegato per determinare il segnale di flusso d’aria dall’equazione pre-

Per determinare il campo del fattore inerziale, è preferito che un motore sia provato in un laboratorio in condizioni di carico variate con condizioni operative predeterminate. Più particolarmente, un motore è preferibilmente collegato ad un dinamometro a freno idraulico di inerzia trascurabile. Il motore è quindi fatto funzionare con condizioni operative standard predeterminate come ad esempio farfalla completamente aperta (WOT) con una velocità del motore di 2800 rpm o giri per minuto. Naturalmente, si deve comprendere che possono essere utilizzate altre velocità operative, a patto che esse possano essere mantenute con le variazioni prescritte. Relativamente a ciò, il delta di velocità viene misurato sul motore e registrato. La prova è ripetuta con un singolo disco inerziale collegato all'albero a gomiti che avrà come conseguenza un delta di velocità ridotto corrispondente ad un'inerzia aumentata. Un secondo disco è quindi pure collegato all'albero a gomiti e la prova è nuovamente ripetuta, il che ha come conseguenza un delta di velocità ulteriormente ridotto corrispondente ad un'inerzia ancora maggiore. I segnali del flusso d'aria sono quindi calcolati con i fattori inerziali impostati a 1, e con l'inerzia della linea di base, ad esempio il segnale di flusso d'aria essendo stato calcolato per risultare 100. Con un disco singolo esso è stato calcolato in 73 e con due dischi esso è stato calcolato in 56. Poiché il motore funziona nel medesimo punto operativo, cioè farfalla completamente aperta a 2800 rpm, i segnali del flusso d'aria risulteranno i medesimi. Ciò può essere realizzato regolando il fattore inerziale o di inerzia. Così, il fattore inerziale per la linea di base è in tal modo specificato in "1" e per il disco singolo il fattore inerziale è moltiplicato per il rapporto di 100/73 ossia 1,34. Analogamente, per due dischi, il fattore inerziale è moltiplicato per il rapporto di 100/56, ossia 1,79. Ciò ha come conseguenza il fatto che il segnale del flusso d'aria è 100 per tutte e tre le prove.

E' desiderabile che il segnale del flusso d’aria sia impiegato come la variabile di una mappa di consultazione per pilotare il sistema di iniezione del combustibile in modo tale che quantità corrette di combustibile abbiano ad essere iniettate nel motore in corrispondenza di tutti i punti operativi che sono stati calibrati con l'inerzia di base. Per un dato motore, è desiderabile regolare automaticamente il fattore inerziale rispetto a queste tre prove di inerzia sul posto. Si è trovato che una algoritmo può essere periodicamente eseguito per fornire un'interpolazione accurata del campo di fattori inerziali per compensare variazioni in ciascun motore che è stato fabbricato, o variazióni che si verificano con il tempo quando il motore è fatto funzionare sul posto.

Benché dipenda dalla scelta, la regolazione automatica del fattore inerziale può essere eseguita ogniqualvolta il motore viene avviato oppure può essere eseguita sulla base di un qualche altro criterio che avrebbe come conseguenza una realizzazione di essa meno frequente. La misurazione automatica viene eseguita in corrispondenza di qualche punto operativo stabile, preferibilmente come un motore caldo operante in condizioni a vuoto senza carico e ad esempio ad una velocità di 2800 rpm o giri minuto.

E' pure desiderabile eseguire un calcolo di deviazione standard sui campioni di velocità della determinazione d'inerzia basilare in laboratorio come pure su campioni di velocità della prova con fissati un singolo disco e due dischi. Ciò determina valori di deviazione standard, ad esempio, per l'inerzia del motore di base in assenza di carico e a 2800 rpm ad un valore di 30. Con il disco singolo applicato all’albero a gomiti nelle medesime condizioni di assenza di carico e di velocità, è ottenuto un valore di deviazione standard di 20 e per due dischi applicati all'albero a gomiti in corrispondenza del medesimo punto operativo è ottenuto un valore di deviazione standard di 10.

In base ai valori di deviazione standard che sono stati ottenuti in laboratorio, la tabella seguente indicherà il fattore inerziale adattato ai valori di deviazione standard illustrati:

Così, se la deviazione standard di velocità misurata sul posto è 15, ad esempio, allora il fattore inerziale impiegato per questa procedura automatica sarebbe un'interpolazione, calcolata come segue:

Si è trovato che esaminando la densità spettrale di potenza o il contenuto di frequenza dei dati per i casi di inerzia di base del motore, l'inerzia di base del motore più un disco e l'inerzia di base del motore più due dischi mostra che i dati in realtà sono costituiti sia da contenuto di bassa che di alta frequenza, la distribuzione o larghezza dei dati di frequenza superiore essendo inversamente correlata alla quantità di inerzia del sistema. Una misura accurata della deviazione standard ai fini di compensazione ed inerzia del segnale del flusso d'aria può essere ottenuta mediante filtrazione passa-alto dei dati di velocità con un filtro digitale avente una frequenza di taglio dì approssimativamente 10Hz, benché essa possa essere entro l'intervallo di da 5 a 30 Hz. Così, la compensazione automatica del fattore inerziale può essere attuata sul posto mediante accumulazione di una pluralità di campioni di velocità e esecuzione di un calcolo di deviazione standard di quei campioni filtrati per ottenere la deviazione standard di velocità misurata, e questa può essere impiegata per interpolare il fattore di inerzia.

I campioni di velocità sono misurati per ciascun giro, e il numero di campioni su cui;il calcolo della deviazione standard è impiegato può variare considerevolmente, un numero maggiore,essendo statisticamente più affidabile. A tale proposito è previsto che un piccolo numero come ad esempio 20 campioni possano essere impiegati, oppure ne possano essere impiegati molti, come 2000. Non è necessario accumulare i campioni su un periodo di tempo estremamente breve, poiché la regolazione del fattore d'inerzia standard non è essenziale per il funzionamento del motore, ma lo migliorerà una volta che la regolazione sia stata eseguita. Il valore standard garantisce un rapporto combustibile/aria ricco o grasso finché non è regolato il fattore inerziale.

Il diagramma di flusso per regolare il fattore inerziale è rappresentato in FIG. 4 e inizia con l'alimentazione in potenza del microprocessore dopo l'avviamento del motore (blocco 130). Il tempo dall'avviamento del motore viene registrato ed il fattore inerziale viene impostato al valore standard (blocco 132). Il processore annota quindi se il tempo dall'avviamento è maggiore del "tempo di abilitazione di apprendimento", se la velocità media è maggiore della "velocità minima" e inferiore alla "velocità massima" (blocco 134), e se il flusso d'aria dedotto è inferiore al "flusso d'aria massimo durante l'apprendimento". Se tutte tali condizioni sono soddisfatte, allora i campioni vengono accumulati e filtrati (blocco 136). Dopo che la filtrazione è stata realizzata, la velocità filtrata viene memorizzata (blocco 138) ed il processore esegue un calcolo di deviazione standard sul campione (blocco 140). Il processore compara quindi la deviazione standard con un calcolo di deviazione standard per le varie inerzie che sono state misurate nelle prove di laboratorio e l'inerzia relativa viene in tal modo determinata (blocco 142). Questa è quindi impiegata per interpolare un fattore inerziale mediante interpolazione di quelli che sono stati raccolti nel laboratorio corrispondenti alle varie inerzie (blocco 144) ed è determinato un fattore inerziale risultante.

Benché il fattore inerziale che è stato d'escritto sia particolarmente adatto per l'impiego nel fornire il segnale di flusso d'aria impiegato per registrare flusso di combustibile, si deve tener presente che il fattore inerziale può essere impiegato nel funzionamento di un dispositivo di governo elettronico, ad esempio, in modo tale che il sistema di controllo della velocità del motore sia meno suscettibile di sovra-elongazioni o sub-elongazioni indesiderabili quando correzioni di velocità vengono eseguite.

Dalla descrizione precedente si comprenderà che il sistema di gestione di motori a combustione interna secondo là presente invenzione ha molti attributi desiderabili. Il sistema consente un funzionamento affidabile e regolare di un motore poiché esso impiega quello più grandi due calcoli di delta di velocità che sono ottenuti da filtrazione di campioni di velocità e misura pure in modo affidabile l'inerzia del sistema del motore in modo tale che un fattore inerziale può essere impiegato per compensare il delta di velocità. Ciò ha come conseguenza un valore di segnale di flusso d'aria corretto che può essere impiegato come una variabile in una registrazione o mappa di flusso di combustibile in modo tale che il sistema di iniezione di combustibile può fornire la quantità corretta di combustibile durante il funzionamento.

Benché siano state illustrate e descritte varie forme di realizzazione della presente invenzione, si deve comprendere che altre modifiche, sostituzione e alternative risultano evidenti agli esperti del ramo. Queste modifiche, sostituzioni e alternative possono essere realizzate senza allontanarsi dallo spirito e ambito protettivo dell'invenzione, che saranno determinati dalle rivendicazioni accluse.

Varie caratteristiche dell'invenzione sono definite nelle rivendicazioni accluse.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Apparecchiatura per generare un segnale di uscita per controllare un parametro operativo di un motore a combustione interna avente una camera di combustione, un albero a gomiti ruotante, il motore essendo del tipo avente un funzionamento a ciclo non di potenza e a ciclo di potenza alterni, in cui combustibile viene alimentato ed acceso nella camera di combustione del motore durante i giri del ciclo di potenza, detta apparecchiatura comprendendo: mezzi per determinare la velocità ciclica di giri selezionati del motore. mezzi per determinare un valore di differenza tra la velocità ciclica del motore di uno di detti giri del ciclo non di potenza e la velocità cielica del motore di un giro di ciclo di potenza successivo ed un valore di differenza tra la velocità ciclica del motore di detti giri del ciclo di potenza e la velocità ciclica del motore di un giro di ciclo non di potenza successivo; e mezzi per generare un segnale di uscita in funzione di quello più grande di detti valori di differenza determinati.
2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di determinazione della velocità ciclica del motore comprendono mezzi sensori atti a rilevare l'albero a gomiti in una posizione angolare predeterminata durante la sua rotazione e a generare un segnale in risposta ad essa, e mezzi di temporizzazione per misurare il periodo di tempo tra segnali successivamente generati durante giri successivi del motore.
3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, in cui detti mezzi di rilevazione o sensori comprendono un sensore, di velocità a riluttanza va riabile operativamente collegato a detto albero a gomiti.
4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, in cui detti mezzi sensori comprendono un magnete.
5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi temporizzatori e detti mezzi di determinazione del valore di differenza comprendono un microprocessore.
6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui il motore ha un sistema di iniezione di combustibile per alimentare combustibile alla camera di combustione e il parametro operativo è il flusso d'aria d'aspirazione del motore, detta apparecchiatura includendo inoltre mezzi per determinare la quantità di combustibile da alimentare alla camera di combustione che è almeno parzialmente una funzione di detto segnale di uscita.
7.Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, in cui il parametro operativo è il flusso d’aria d'aspirazione del motore, il valore del flusso d'aria essendo una funzione di detto segnale di uscita moltiplicato per un fattore inerziale diviso per il periodo di tempo più recentemente determinato.
8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7, in cui detta apparecchiatura include inoltre mezzi di filtro, detto fattore inerziale essendo proporzionale ad un'analisi statistica di una pluralità di campioni filtrati di velocità del motore misurata.
9. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, in cui detti mezzi di filtro sono mezzi di filtro digitali, detta analisi statistica comprende il calcolare un valore di deviazione standard di velocità su detti campio ni dopo aver processato detti campioni attraverso detti mezzi di filtro digitali per lasciar passare solamente un contenuto di velocità variabile di alta frequenza al di sopra di una frequenza predeterminata durante il funzionamento del motore a condizioni operative di stato stabile.
10. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 9, in cui detta frequenza predeterminata è entro un campo di da circa 5 Hz a circa 30 Hz.
11. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 9, in cui dette condizioni operative di stato stabile sono in assenza di carico applicato al motore operante ad una velocità predeterminata dopo che il motore si è riscaldato.
12. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 9, in cui detto fattore inerziale è determinato impiegando detto valore di deviazione standard calcolato per eseguire un'interpolazione di un pluralità di valori di deviazione standard di velocità che sono stati precedentemente determinati, ciascun valore di deviazione standard precedentemente determinato essendo determinato in condizioni operative predeterminate.
13. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 12, in cui detti valori di deviazione standard precedentemente determinati sono misurati a tre condizioni operative predeterminate, ciascuna delle tre condizioni operative avendo un valore di massa differente operativamente applicato all'albero a gomiti del motore.
14. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 13, in cui uno di detti valori di massa è zero, un altro è quello che è alimentato da un disco metallico fissato a detto albero a gomiti, e il terzo è quello che è alimentato da due dischi metallici fissato a detto albero a gomiti.
15. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 14, in cui il fattore inerziale per detto valore di massa zero è 1 e dette condizioni operative includono inoltre il far funzionare il motore ad una predeterminata velocità e con farfalla completamente aperta.
16. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detto segnale di uscita è proporzionale al valore del flusso d'aria nel motore e detti mezzi di determinazione di valori di differenza comprendono un microprocessore, detto microprocessore avendo mezzi di memoria atti a memorizzare valori di una tabella di consultazione per determinare il valore di un segnale del sistema di combustibile che controlla la quantità di combustibile che è alimentata al motore.
17. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 16, in cui il motore è del tipo avente un sistema di iniezione di combustibile e detto segnale del sistema del combustibile controlla la quantità di combustibile che è alimentata alla camera di combustione mediante il sistema di iniezione di combustibile.
18. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 16, in cui il motore è del tipo avente un carburatore elettronicamente variabile per alimentare combustibile alla camera di combustione, detto segnale del sistema di combustibile controlla la quantità di combustibile che è alimentata al motore mediante detto carburatore elettronicamente variabile.
19. Apparecchiatura per generare un segnale di uscita per controllare un parametro operativo di un motore a combustione interna avente un albero a gomiti ruotante, il motore essendo del tipo che ha giri a ciclo di potenza e ciclo non di potenza alterni, in cui combustibile è iniettato meiante un sistema di iniezione di combustibile in una camera di combustione per l'accensione durante il giro a ciclo di potenza, detta apparecchiatura comprendendo: mezzi per determinare la velocità ciclica del motore di tre giri successivi del motore di cui uno è un giro di ciclo di potenza, mezzi per determinare un valore di differenza tra la velocità ciclica del motore di detto giro di ciclo di potenza e la velocità ciclica del motore di ciascuno di detti giri di ciclo non di potenza, mezzi per determinare un valore inerziale del sistema che è indicativo dell'inerzia rotazionale del motore; e mezzi per generare il segnale di uscita in funzione di quello più grande di detti valori di differenza determinati e dell'inerzia del sistema del motore determinata.
20. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 19, in cui detto segnale di uscita è proporzionale al valore del flusso d'aria nel motore e detti mezzi di determinazione del valore di differenza comprendono un microprocessore, detto microprocessore avendo mezzi di memoria atti a memorizzare valori in una tabella di consultazione per determinare il valore di un segnale del sistema di combustibile che controlla la quantità di combustibile che è alimentata al motore mediante il sistema di iniezione di combustibile.
21. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 19, in cui il parametro operativo e il flusso d'aria di aspirazione del motore, il valore del flusso d'aria essendo una funzione di detto segnale di uscita diviso per l'ultimo periodo di tempo determinato, detto segnale di uscita comprendendo detto valore di differenza maggiore moltiplicato per detto valore d'inerzia del sistema.
22. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 21, in cui detto fattore d'inerzia è proporzionale ad un calcolo di valore di deviazione standard su una pluralità di campioni filtrati di velocità del motore misurata.
23. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 22, in cui detta apparecchiatura include mezzi di filtro digitali, detto valore calcolato di deviazione standard di velocità essendo determinato mediante elaborazione di detti campioni attraverso detti mezzi di filtro digitale per far passare solamente contenuto di velocità variabile di alta frequenza al di sopra di una frequenza predeterminata durante il funzionamento del motore in condizioni operative di funzionamento di stato stabile.
24. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 22, in cui detto fattore inerziale del sistema è determinato impiegando detto valore di deviazione standard di velocità calcolato pere eseguire un'interpolazione di una pluralità di valori di deviazione standard di velocità che sono stati precedentemente determinati, ciascun valore di deviazione standard precedentemente determinato essendo determinato in condizioni operative predeterminata.
25. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 24, in cui detti valori di deviazione standard precedentemente determinati sono misurati in tre condizioni operative predeterminate, due delle tre condizioni operative avendo un valore di massa distinto applicato all'albero a gomiti del motore, e la terza un valore di massa zero applicato all'albero a gomiti del motore.
26. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 25, in cui uno di detti due valori di massa comprende quello che è applicato mediante un disco metallico fissato a detto albero a gomiti, e l’altro essendo quello che è applicato mediante due dischi metallici fissati a detto albero a gomiti.
27. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 26, in cui il fattore inerziale per detto valore di massa zero è 1, e dette condizioni operative includono inoltre il far funzionare il motore ad un'alta velocità predeterminata.
28. Procedimento per generare un segnale di uscita che controlla un parametro operativo di un motore a combustione interna del tipo avente un sistema operativo del motore che include mezzi processori o elaboratori aventi mezzi di memoria, mezzi sensori di velocità del motore, il motore essendo del tipo avente giri di ciclo di potenza e ciclo non di potenza alterni, in cui combustibile è alimentato ad una camera di combustione per l'accensione durante il giro del ciclo di potenza, comprendente le fasi determinare la velocità ciclica del motóre di giri selezionati del motore, determinare un valore di differenza tra la velocità ciclica del motore di un giro del ciclo di potenza e le velocità cicliche del motore dei precedenti e successivi di detti giri del ciclo non di potenza; determinare quello più grande dei precedenti valori di differenza determinati determinare un valore inerziale di sistema che è indicativo dell ' inerzia rotazionale del motore; generare un primo segnale in funzione di detto valore di differenza determinato maggiore; e generare detto segnale di uscita facendo variare detto primo segnale di un fattore che è una funzione di detto valore inerziale del sistema.