ITMI992142A1 - Procedimento e dispositivo per determinare la coppia di un motore endotermico con iniezione diretta della benzina - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
L'invenzione riguarda un procedimento ed un dispositivo per determinare la coppia di un moto re endotermico con iniezione diretta della benzina.
Nel DE-19631 976 A1 è proposto un siste· ma di comando per un motore endotermico con iniezio ne diretta della benzina, in cui da un valore prescritto per la coppia del motore endotermico viene determinata la massa di combustibile da iniettare e d è indicato un procedimento, con cui viene effettuata commutazione fra le diverse modalità di funzionamene to di questo motore endotermico. Le modalità di fun zionamento, assolutamente essenziali, di un tale mo tore endotermico sono un funzionamento del motore con stratificazione della carica nel funzionamento quasi non strozzato nonché un funzionamento strozzato del motore endotermico con iniezione omogenea. Anche nel caso di un motore endotermico con iniezio ne diretta della benzina è importante determinare la coppia effettiva del motore endotermico. Questo valore ad esempio viene fornito ad altre unità di comando (ad esempio ad una unità di regolazione dello ne oppure vipnp valutato all'interno del sistema di comando ad psempio ppr inizializzare filtri, eventua l mente per la sorveglianza ecc.
care accorgimenti per determinare la coppia effettiva del motore endotermico con iniezione diretta della benzina. Ciò viene ottenuto mediante le c aratteristiche delle rivendicazioni indipendenti.
Dalla domanda di brevetto tedesco
1 98 29 100.7 non prepubblicata è indicato un mode] lo per determinare la coppia di un motore endotermiro con iniezione diretta della benzina, in cui sulla ba se della massa d'aria aspirata, della massa di gas di scarico riciclata, della concentrazione dell'ossigèno del gas di scarico e di un fattore di conversioni si determina la massa di combustibile effettivamente bruciata e da questa massa di combustibile bruciata calcolata viene ricavata la coppia effettiva dei mo. tore endotermico. E' risultato che l'impiego di questo modello in alcuni casi porta a risultati insoddisfacenti, in quanto non si tiene conto di ulterio ri grandezze agenti sulla coppia. Inoltre questo modello non è consistente. Ciò significa che a possibi le determinare in verità la coppia effettiva, e tuttavia non è garantita l'inversione del modello, ossia il calcolo delle grandezze di impostazione del motore endotermico in dipendenza di una coppia prescritta. Di conseguenza per determinare la coppia ef fettiva e convertire la coppia prescritta vanno impiegati diversi modelli, cosicché aumenta il dispen -dio relativo al comando del motore endotermico.
Un modello di coppia consistente è noto relativamente ad un motore endotermico con iniezio ne nel condótto di aspirazione dall'BP-B-749527 (Brevetto US- 569 2471). Ivi viene calcolata la coppia del motore endotermico da una coppia ottimale, che è determinata in dipendenza del numero di giri del motore e del carico del motore (carico) e rappresenta la coppia massima del motore endotermico in condizioni normali, nonché da rendimenti relativL alla composizione della miscela, dall'impostazione dell’angolo di accensione nonché dall'esclusione di infezione del combustibile. Con i rendimenti si tie ne conto delle influenze degli spostamenti dei vaiori effettivi dalìè condizioni normali, alla base della formazione della coppia ottimale. Invertendo corrispondentemente il modello è possibile determinare, non soltanto la coppia effettiva del motore endoter mico dalle grandezze di impostazione, ma anche le grandezze di impostazione in dipendenza di un valore della coppia prescritta. Questo modello non può esse re adottato illimitatamente per un motore endotermico con iniezione diretta della benzina, poiché ivi in seguito alle diverse modalità di funzionamento va te nuto conto di esigenze ulteriori rispettivamente variabili.
Vantaggi dell'invenzione
Per il modello, determinato per il Punzionamento quasi non strozzato di un motore endotermico con iniezione diretta, per determinare la coppia del motore endotermico vengono separate le singole influenze sulla coppia del motore. In tal modo ri sulta possibile nel conto semplicemente di tutte le grandezze influenzatrici sulla coppia del motore endotermico, laddove sono ridotte le fasi di calcolo necessarle per calcolare la coppia. E' inoltre vantaggioso che siano eliminati accoppiamenti trasversali delle grandezze di impostazione nel loro influenzarnen to della coppia del motore. Inoltre in maniera semplice per il calcolo del modello va tenuto conto del ri spettivo equipaggiamento del motore endotermico, ad esempio con oppure senza valvola rotazionale, regolazione dell'albero a camme ecc.
E' particolarmente vantaggioso il fatto che il modello è consistente, ossia che è possibile effettuare sia il calcolo della coppia effettiva da valori misurati delle grandezze influenzanti la coppia, sia anche il calcolo di grandezze di impostazione di queste grandezze per una coppia richiesta co un modello unitario.
E ' particolarmente vantaggioso il fatto che il modello della coppia, dimostratosi adatto per determinare la coppia effettiva di un motore
mico con iniezione diretta della benzina per il funzionamento quasi non strozzato del motore endot presenta una struttura corrispondente al modello di oppia per calcolare la coppia effettiva
re endotermico con iniezione nel condotto di aspirazione e formazione omogenea della miscela di combu-stibile. Di conseguenza è possibile impiegare un unico modello di coppia per determinare la coppia effettiva rispettivamente per determinare le grandezze di impostazione per un motore endotermico con iniezione diretta della benzina in tutte le modalitàdi funzio namento, indipendentemente che venga o non effettuata la strozzatura, laddove fra funzionamento non strozza to e funzionamento strozzato del motore endotermico vanno commutati unicamente singoli parametri modello.
Ulteriori vantaggi risultano dalla segùengnali, dai quali vengono ricavate le grandezze di eserc i zio vellutate per il comando del motore endotermico. Sono rappresentate esplicitamente le grandezze di esercizio necessarie tenendo conto del modello della coppia e del calcolo della coppia effettiva nell 'esempio di realizzazione preferito: un segnale. rappresentante il numero di giri del motore NMOT, vie ne addotto da un corrispondente dispositivo di misurazione 20 e da una linea di entrata 22 al circuìto di entrata 14, inoltre da un dispositivo di misurazione 24 una grandezza HFM, descrivente la massa di aria addotta al motore endotermico, viene addotta tramite una linea 26; inoltre da almeno un dispositivo di misurazione 28 un segnale rappresentante la composizione λ del gas di scarico tramite la linea 30 viene addotto al circuito di entrata 14; inoltre nell 'esempio di realizzazione preferito per sistemi con regolazione dell' albero a camme, ossia con un comando delle valvole di ammissione/scarico di ogni ci lindro, da un dispositivo di misurazione 22 un segnale , rappresentante la posizione dell' albero a camme α nw, tramite la linea 34, viene trasmesso all 'unità di comando 10 ; corrispondentemente da un dispositivo di misurazione 36 utilizzando una valvola di movimento di carica rispettivamente una valvola rotazionale nel sistema di aspirazione, tramite la linea 38 viene addotto un segnale rappresentante le posizione di questa valvola α1b. Inoltre in figuri 1 sono rappresentate ulteriori linee di entrata 40 fino a 44, che adducono all'unità di comando 10 da corrispondenti dispositivi di misurazione 46 fino ai 50, ulteriori grandezze di esercizio, necessari per il comando del motore endotermico, come ad esempio la posizione di una valvola a farfalla, la temperatu= ra del motore ecc. Tramite il circuito di uscita la untià di comando 10 preassegna le grandezze di impostazione per comandare il motore endotermico e forni sce ulteriori grandezze di esercizio ad altre unità di comando. Ciò è rappresentato in figura 1 in base a linee di uscita. Nell'esempio di realizzazione pre ferito l'unità di comando 10 influenza l'angolo di accensione nei cilindri del motore endotermico (linea di uscita 52), la massa di combustibile da iniettare e il relativo istante di iniezione (linea di uscita 54), la posizione di una valvola a farfalla, azionabile elettricamente, per impostarel'adduzione dell' aria (linea di uscita 56), una valvola di riciclo del gas di scarico comandante la velocità della quantità di gas di scarico riciclata dal tratto del gas di sca rico nel tratto di aspirazione (linea di uscita 58), una valvola di movimento di carica (linea di uscite 60), che imposta la componente rotazionale del mezze di esercizio aspirato, nonché i tempi di comando del le valvole di ammissione e scarico dei cilindri del motore endotermico (linea di uscita 62), che nell' esempio di realizzazione preferito vengono impostati mediante corrispondente comando della posizione dell' albero a camme del motore endotermico, inoltre la coppia effettiva mi del motore endotermico tramite la linea di uscita 64 (in realtà tramite un sistema bus) viene fornita ad altre unità di comando, come unità di regolazione dello slittamento in trazione. una unità di comando del cambio di velocità ecc.
Dopo l'adduzione di grandezze di esercìzio misurate le altre grandezze di esercizio valutate per determinare la coppia effettiva (ad esempio la velocità di riciclo del gas di scarico, all'istar te di iniezione) vengono determinate internamente del grandezze di impostazione oppure dalle grandezze misurate. Ciò vale anche come possibilità alternativa per determinare le grandezze di esercizio rappresenta te come misurate nella figura 1, Ad esempio la posizione della valvola di movimento della carica e la posizione dell'albero a camme possono essere determine te dai corrispondenti segnali di comando.
Nel microcomputer 12 sono implementati programmi, che dalle Grandezze di esercizio addotte realizzano Grandezze di impostazione per comandare il motore endotermico corrispondentemente ai dati preassegnati dal conducente ed eventualmente altri sistemi di comando. In particolare viene determinata una coppia prescritta, che tenendo conto della si tuazione attuale del motore endotermico viene convei tita in segnali di comando per comandare le grandezze influenzanti la potenza. Al riguardo in dipendenza dell'intervallo di carico il motore endotermico viene fatto funzionare in diverse modalità di esercìzio, ad esempio nella gamma di carico inferiore qua si non strozzato con distribuzione stratificata del la miscela, nella gamma di carico superiore in modo strozzato con formazione omogenea della miscela, con frontabile con un motore endotermico con iniezione nel condotto di aspirazione. Per processi di calcolo interni e, oppure per l'emissione ad altre unità di comando è particolarmente importante la conoscenza della coppia effettiva del motore endotermico.
Utilizzando il modello descritto in seguito per tutte le modalità di esercizio del motore endotermico si determina la coppia ad alta pressione indicata del motore endotermico, che mediante conversioniin altre coppie del motore endotermico, ad esempio tenendo conto delle perdite del cambio di ca rica e del fabbisogno di coppia degli utilizzatori azionati, indica la coppia effettiva del motore endotermico.
Nel funzionamento non strozzato del motore endotermico si impiega il modello di coppia rappresentato in fiaura 2. sulla base del quale hanno luogo sia un calcolo della coppia effettiva sia anche una conversione della coppia prescritta in grandezze di impostazione.
Nel modello di coppia rappresentato in figura 2 per determinare la coppia effettiva di un motore endotermico a benzina ad iniezione diretta, vengono definiti valori normali per le grandezze di impostazione influenzanti la coppia. Inoltre è previsto un campo di caratteristiche, che per i punti lavoro del motore endotermico in condizioni normali contiene la coppia ad alta pressione massima indicata. Al riguardo è stabilito un punto di lavoro mediante il numero di giri del motore e il carico del motore (ad esempio carica d'aria relativa}, che viene determinato dal segnale misurato della massa d'ai ria. Inoltre per ogni grandezza di impostazione influenzante la coppia viene definito un rendimento rappresentante l'effetto dello scostamento della grandezza di impostazione dalla sua grandezza normale definita sulla coppia.
Se un motore endotermico con iniezione diretta della benzina viene fatto funzionare nel funzionamento quasi non strozzato, sono grandezze influenzanti la coppia le seguenti grandezze di impostazione: il rapporto aria/combustibile λ , la velocità di riciclo del gas di scarico agr, l'istante di iniezione it, l'angolo di accensione αzw nonché, a seconda dell'equipaggiamento per l'esistente possi bilità di comando dell'albero a camme e quindi delle valvole di ammissione e di scarico, la posizione dell' albero a camme α nw, oppure in presenza di una valvola di movimento della carica, la posizione α1b di questa valvola di movimento della carica.
Le grandezze normali o sono formate da un numero prestabilito (ad esempio α = 1) oppure sono parimenti dipendenti dal punto di lavoro (numero di giri del motore e carico), come avviene ad esempio per l'angolo di accensione, la cui grandezza normalizzata rappresenta un angolo di accensione, che nel rispettivo punto di lavoro porta ad una coppia massima (angolo di accensione ottimale).
Se il motore endotermico non presenta etaαnw rendimento della posizione dell'albero à camme
etaαzw rendimento dell'angolo di accensione etaα1b rendimento della posizione della valvola rotazionale.
Il calcolo di questo modello è rappresen tato in base allo schema di svolgimento in figura2. Il campo di caratteristiche 100 per la massima coppia indicata ad alta pressione preassegna la massima coppia indicata ad alta pressione miopt in dipendenza del numero di giri del motore nmot e della carica relativa di aria r1. La carica relativa di aria viene in particolare formata dalla massa d'aria misurata addotta tenendo conto della dinamica del condotto di aspirazione. In un primo punto di correlazione 102 questo valore della coppia massima indicata ad alta pressione viene corretto con il rendimento attuale della miscela aria/combustibile attualmente imposta ta. A tale scopo viene formato lo scostamento della concentrazione attuale dell'ossigeno dal suo valore normale nel punto di comparazione 104 e mediante una caratteristica 106 viene determinato il rendimento età λ, con cui viene corretta, preferibilmente mediante moltiplicazione, la coppia massima indicata ad alta pressione.
Il valore massimo in tal modo corretto viene corretto nei punti di correzione 108, 110, 112, 114. 116 con i corrispondenti rendimenti dell' attuale velocità di riciclo del gas di scarico, dell' attuale posizione dell'albero a camme, dell'attuale istante di iniezione, dell'attuale impostazione dell' angolo di accensione e della posizione attuale di una valvola di movimento della carica e in tal modo viene formato il valore mi della coppia effettiva.
Per la determinazione dei singoli rendimenti sono previste caratteristiche 118, 120, 122, 124 e 126, nelle quali è memorizzato il rendimento in dipendenza dello scostamento del valore effettivamente impostato dal rispettivo valore normale. Questi scostamenti vengono formati nei punti di confro1-to 128, 130, 132, 134 e 136 per la rispettiva grandezza. Al riguardo i rendimenti rappresentano gli effetti,relativi di questi scostamenti sulla coppia del motore endotermico. Per il loro valore normale (scostamento zero) tutti i rendimenti sono pari ad 1.
Questo modello viene anche utilizzato pe r calcolare da un preassegnato valore di coppia prescritta Misoll le singole grandezze di impostazione Ciò avviene mediante corrispondente trasformazione dell'equazione precedentemente menzionata, laddove al posto del valore della coppia effettiva si inserisce il valore della coppia prescritta. In tal modo è possibile determinare un rendimento prescritto (etasoll(stell1)) per una determinata grandezza di impostazione, da cui quindi tenendo conto dei valori nom ali previsti viene calcolata la grandezza stesse di impostazione. Ciò viene effettuato successivamente per tutte le grandezze di impostazione in base ad un pre assegnato ordine di successione tenendo conto delle grandezze di impostazione attuali rispettivamenti rendimenti:
Il modello di coppia calcola la coppia in dicata ad alta pressione. Per calcolare da ciò la coppia effettiva del motore endotermico vanno sottratte le perdite da cambio di carica e dall'azionamento di gruppi secondari. Le descritte caratteristiche del rendimento rispettivamente il campo di caratteristiche per la coppia massima ad alta pressione vengono determinata con l'ausilio di algoritmi di ottimizza zione per ogni tipo di motore endotermico.
Il modello di coppia descritto in figura 2 è previsto per il funzionamento non strozzato di un motore endotermico con iniezione diretta della benzina. Commutando su un funzionamento strozzato è risultato che questo modello, a causa delle condizioni marginali modificate, non fornisce più risultati soddisfacenti. Va pertanto prevista una commutazione fra i modelli o di parti di un modello per il funzionamento non strozzato e peril funzionamento strozzato. Al riguardo le caratteristiche di rendimento vengono commutate su caratteristiche ottimizza te per l'altra modalità di funzionamento, in un esem pio di realizzazione preferito il campo di caratteristiche viene conservato per la massima coppia indi cata, e tuttavia possono aversi casi di applicazioneft in cui anche questo campo caratteristico viene commu tato su un campo caratteristico ottimizzato per il funzionamento omogeneo.
Per la commutazione da un modello all'al tro viene inizializzato il modello rispettivamente per la commutazione di parti di un modello viene ini zializzata la coppia effettiva mi con il valore precedente, per evitare un passaggio brusco in seguito a tolleranze di calcolo.
Cambiando da una modalità di funzionamen to ad un'altra ha luogo una corrispondente commutazione almeno di parti del modello. Modalità di funzionamento possono essere il suo funzionamento con stratificazione della carica, funzionamento omogeneo con miscela stechiometrica o magra oppure modalità di funzionamento miste con iniezione doppia omogeneo).
Disegno
oliatamente in seguito in base alle fom a di realizzazione rappresentate nel disegno.
In particolare:
la figura 1 al riguardo mostra un dispositivo di comando per comandare un motore endotermicon con iniezione diretta della benzina,
la figura 2 mostra un esempio di realizzazione preferita del modello per determinare la cop pia di un motore endotermico con iniezione diretta della benzina per il funzionamentonon strozzatonell'esempio di uno schema di svolgimento.
Descrizione di esempi di realizzazione
La figura 1 mostra un dispositivo di comando 10 per un motore endotermico con iniezione di retta della benzina, che presenta almeno un microcomputer 12, un circuito di entrata 14, un circuito di uscita 16 ed un sistema di comunicazione collegante questi componenti. Al circuito di entrata 14 in particolare tramite linee di entrata, che in un esempio di realizzazione preferito sono combinate in un sistema bus e nella figura 1 sono rappresentate separa tamente per motivi di chiarezza, vengono addotti sevalvola di movimento della carica e non presenta pos sibilità di regolazione dell'albero a camme, non si tiene conto di guesti rendimenti.
Il modello viene descritto dalla seguenti te equazione di determinazione:
mi * KF * eta(stelll) * eta(stell2) * ... * eta(steLln) con mi coppia ad alta pressione indicata
KF coppia massima in condizioni normali età rendimento
stelli. ..n grandezza di impostazione da considerare.
Nell'esempio di una realizzazione prefe· rita si ottiene in concreto:
mi =
miopt (ri,nmot,norm)*etaλ*e taagr*etait*etaαnw*e taα zw, pfaα1b, con
mipt coppia massima
ri carica relativa di aria
nmot numero di giri motore
norm valori normali per singole grandezze di impostazione
etaft, rendimento della miscela aria/combustib:Ile etaagr rendimento della velocità di riciclo del gas di scarico
etait rendimento dell'istante di iniezione
Claims (7)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per determinare la coppia di un motore endotermico con iniezione diretta delle aenzina. laddove in dipendenza di grandezze di esercì zio per mezzo di un modello viene calcolata la coppia del motore endotermico, e sulla base di grandezze di esercizio, caratterizzanti un punto di lavoro del me tore endotermico, da un campo di caratteristiche preas— segnato viene determinato un valore per la coppia massima, che verrebbe ottenuta sotto condizioni normali. laddove per almeno ima grandezza di impostazione de] motore endotermico, influenzante la coppia, è preassegnato un rendimento, che viene formato in dipendenza del valore attuale di questa grandezza e del suo valore normale, laddove inoltre per determinare la coppia effettiva la coppia massima viene corretta con questo almeno un rendimento.
- 2, Procedimento secóndo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sono previsti rendimenti per almeno una delle seguenti grandezze: il rapporto aria/combustibile, la velocità di riciclo del gas di scarico, la posizione di un albero a camme, l'istante dell'inizio dell'iniezione, l'angolo di accensione, la posizione di una valvola di movimento della carica.
- 3, procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il campo di caratteristiche per la coppia massima dipen de dal numero di giri del motore e dal carico del mo
- 4, Procedimento secondo una delle rivendi cazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la coppia é la coppia indicata ad alta pressione.
- 5. Procedimento secondo una delle riven- tenendo conto delle perdite in seguito a cambio di carica nonché delle perdite in seguito ad azionamento di utilizzatori secondari, viene calcolata la coppia effettiva.
- 6. Procedimento secondo una delle riven dicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dotermico viene effettuata commutazione almeno da un zato e viceversa fra modelli adattati specificamente per la modalità di funzionamento, rispettivamente viene commutata almeno una parte di un modello.
- 7. Dispositivo per determinare la coppie di un motore endotermico con iniezione diretta della benzina, con un modello che in dipendenza di gran dezze di esercizio calcola la coppia del motore endotermico, con un campo di caratteristiche (100), da cui in dipendenza di grandezze di esercizio definenti il punto di lavoro del motore endotermico viene determinata la coppia massima sotto condizioni normali, con mezzi (106, 118, 120, 122. 124. 126) formanti almeno una grandezza rappresentante il rendimento di almeno una grandezza di impostazione, influenzante la coppia, in dipendenza dello scostamento della grandezza attuale dalla rispettiva grandezza normale, con mezzi di correzione (102, 108, 110, 112, 114, 116) che per determinare la coppia effettiva correggono la coppia massima con l'ausilio di almeno una grandezza del rendimento.
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (3)
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