ITRE20150037A1 - Sistema per il controllo continuo della carburazione - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione dal titolo
?SISTEMA PER IL CONTROLLO CONTINUO DELLA CARBURAZIONE?
La presente invenzione inerisce al controllo della carburazione nei motori a combustione interna.
Per carburazione s?intende il rapporto comburente (aria)/combustibile nella miscela alimentata alla camera di combustione, indicato normalmente come A/F, o A/C.
Il corretto rapporto A/F ? essenziale per il corretto funzionamento del motore in funzione sia delle prestazioni sia per ridurre le emissioni nocive allo scarico, ed ? sempre prossimo, ma non uguale, al rapporto teorico di combustione o rapporto stechiometrico.
Il parametro usato per definire il rapporto di combustione ? il fattore l che d? una indicazione del suddetto rapporto: l=1 corrisponde al rapporto stechiometrico, l<1 indica aria in difetto, l>1 indica aria in eccesso.
Il valore di l ? strettamente legato alla presenza di CO nei gas di scarico, la relazione tra le due grandezze essendo illustrata nella seguente tabella:
I motori escono dalla fabbrica con una taratura standard, adatta al funzionamento del motore a livello del mare ed in condizioni di impiego normali ottimali.
Il rapporto di combustione in queste condizioni ? definito (? di taratura).
In piccoli motori a due tempi, come quelli utilizzati negli utensili portatili, come motoseghe, troncatori, decespugliatori o simili, il coefficiente l di taratura ? dell?ordine cio? corrisponde ad una miscela combustibile in leggero difetto d?aria, cio? una miscela leggermente ?grassa?.
Per valori di l inferiori a quelli indicati si ha una perdita di potenza ed un eccesso di fumi allo scarico; per valori superiori di l si pu? verificare invece un pericoloso surriscaldamento del motore.
Solo nelle condizioni di corretta taratura della carburazione sono garantiti basso consumo e ridotte emissioni nocive.
Il problema del controllo pressoch? continuo della carburazione ? particolarmente sentito nei piccoli motori a due tempi, utilizzati ad esempio per utensili portatili in campo agricolo forestale, come decespugliatori, motoseghe e simili.
Questi motori sono spesso sovrasollecitati, usati in pessime condizioni atmosferiche e sovente in quota e con diversi tipi di carburante e olii.
Per questi motori ? necessario adeguare il fattore l alle effettive condizioni di impiego.
Il documento US 6,029,627 descrive un sistema per adeguare il fattore l, che utilizza come parametro di controllo della carburazione (fattore l) la corrente di ionizzazione ci.
Il fenomeno della ionizzazione nasce all?interno della camera di combustione, ove per effetto della reazione di ossidazione del carburante, e per azione del calore generato dalla combustione, si generano degli ioni.
In presenza di due poli diversamente caricati posti nella camera di combustione si verifica tra i poli una migrazione di ioni dando origine ad un passaggio di corrente che prende il nome di corrente di ionizzazione ci.
E? noto utilizzare come poli gli elettrodi della candela di accensione della miscela di carburante.
La corrente di ionizzazione ci ? la corrente che transita tra i due elettrodi, misurata dall?esterno.
I sistemi di misura della corrente ci sono noti e quindi non saranno descritti nel dettaglio.
Un altro sistema di controllo della carburazione ? descritto nel documento WO 2013/017920, che illustra un sistema di controllo della carburazione facile da implementare e che non richiede l?uso di sofisticate apparecchiature.
Il sistema di controllo di WO 2013/017920 ? basato sui seguenti principi.
Il valore di ? in funzione delle reali condizioni di impiego del motore, diverso dal valore di taratura, viene determinato mediante le seguenti operazioni:
- Viene misurata la corrente di ionizzazione ci0 nelle reali condizioni di impiego,
- Viene determinato, con mezzi noti, il valore del motore nelle reali condizioni di impiego,
- Viene modificato il fattore di una quantit? prestabilita pari a ?l, cio? dal valore rilevato al valore l1.
- Viene quindi misurata la corrente di ionizzazione ci1, nelle condizioni di impiego, nonch? la differenza ?ci1 tra i valori delle correnti di ionizzazione (ci1 ? ci0).
Se ?ci1 ? inferiore a un prefissato ?crif (valore di riferimento), si pu? ritenere che corrisponda ad una carburazione corretta del motore nelle specifiche condizioni di impiego.
Per ottenere una migliore regolazione della carburazione, ? opportuno ripetere n volte l?operazione con valori di
sino a quando la differenza tra l?ultima e la penultima corrente di ionizzazione misurata, supera il valore
A questo punto si ripristina il penultimo valore e si assume questo valore come corretto.
Ci? consente anche di scegliere, tra i valori di l accettabili, quello pi? prossimo ad una miscela grassa.
I sistemi di controllo noti, pur essendo efficaci, presentano alcuni non trascurabili inconvenienti.
Tra questi il pi? importante ? il tempo necessario per portare a termine la regolazione di ?.
Inoltre i risultati sono affetti dalla usura e/o imbrattamento della candela, che tende a ridurre la corrente di ionizzazione ci.
Lo scopo della presente invenzione ? di rendere disponibile un sistema di calibrazione del coefficiente ? con tempi di intervento molto pi? rapidi, che sia adatto ad un intervento continuo ed automatico durante tutto il periodo di funzionamento del motore, e che sia indifferente alla usura e all?imbrattamento della candela di accensione.
Lo scopo ? conseguito da un sistema che presenta le caratteristiche recitate nella rivendicazione indipendente 1.
Il sistema della presente invenzione ? basato sulla misura, per un certo valore di ?, della corrente di ionizzazione ci in funzione dell?angolo di rotazione della manovella ad ogni ciclo del motore ove per? non ? la variazione ?ci tra i valori delle correnti di ionizzazione ad essere sorvegliata, quanto la variazione di un parametro z che esprime il valore dell?integrale da 0? a 360? della curva
Il sistema si presta ad un monitoraggio continuo della carburazione del motore durante il suo impiego.
Il motore sta funzionando con una carburazione corrispondente al valore di
Per questo valore ?0 viene costruita la curva e viene calcolato l?integrale z0 da 0? a 360? della curva ci= f(?).
Durante il funzionamento del motore, ad intervalli regolari ad esempio di 15-20 secondi, viene modificato automaticamente il valore di ?, e si ricalcola ogni volta il valore di z.
La modifica del valore di ? si esegue interrompendo la alimentazione del motore per qualche secondo, o meglio per qualche ciclo del motore, col che si verifica una modifica di a cui corrisponde il valore di z1.
Confrontando i valori di z0 e z1 si rileva la differenza
e se lo scostamento in valore assoluto ? superiore
ad un certo valore di riferimento ?zrif significa che la carburazione non ? corretta, e va modificata; il valore ?zrif ? accettabile se ? inferiore a 20
In particolare se il valore di si ritiene che la carburazione sia corretta; se ed ? positivo, significa che la miscela aria/carburante ? troppo magra, ed il sistema di controllo del motore procede ad arricchirla di una quantit? fissa; viceversa se ed ? negativo. Le suddette operazioni vengono ripetute ad intervalli regolari per tutto il tempo di funzionamento del motore, durante il quale la carburazione viene continuamente adeguata e mantenuta in prossimit? del valore ottimale di ? in funzione delle condizioni di impiego e ambientali di funzionamento del motore.
I pregi e le caratteristiche costruttive e funzionali della invenzione appariranno chiari dalla particolareggiata descrizione che segue, la quale ha per oggetto una particolare preferita forma di attuazione del trovato data a titolo di esempio non limitativo.
La Fig.1 mostra, per un certo valore di la curva ci(?) depurata dalle irregolarit? che si verificano al momento della scarica di accensione.
Nell?esempio che segue ci si ? avvalsi di un motore monocilindrico a due tempi avente le seguenti caratteristiche:
La mappatura del motore ? stata effettuata all?origine presumendo l?impiego dello stesso al livello del mare, con temperatura operativa intorno ai 20?C.
In queste condizioni ? stato adottato un valore di l pari a
cui corrispondono emissioni di CO pari a 6%, ed
una corrente di ionizzazione pari a ci=0.6 ?A.
Il primo impiego del motore ? avvenuto alla altezza di 2000 metri sul livello del mare, con temperatura operativa prossima a 0?C.
La carburazione del motore necessita quindi di un aggiustamento, che viene effettuato con le seguenti modalit?.
Si costruisce la curva ci(?) che rappresenta la ci in funzione dell?angolo ? di rotazione della manovella per un ciclo del motore.
Su questa curva si sceglie un numero di punti P1 ? Pn ad intervalli regolari ?? dell?angolo ? di rotazione della manovella, e per ogni punto si legge il valore
Si effettua per ogni punto il prodotto si effettua la somma dei detti prodotti; la sommatoria dei prodotti rappresenta il valore z dell?integrale, da 0? a 360? della curva la sommatoria rappresenta il valore z0, per un determinato ciclo, il quale rimane sostanzialmente costante per tutti i cicli del motore e per il valore di
Si modifica il fattore interrompendo la alimentazione del carburante per cinque cicli, portandolo cos? a ?1.
La variazione di l, conseguente alla interruzione della alimentazione, ? dell?ordine ?l?0.05.
Si ripete il calcolo di z sulla curva ci(?), calcolando il valore z1.
Si ricalcola poi il valore della differenza ?z della funzione
Automaticamente, se di 20 in valore assoluto, il sistema di regolazione del motore arricchisce o impoverisce la miscela aria/carburante a seconda che il valore di ?z ? negativo (miscela magra) o positivo (miscela grassa).
Si ripetono le operazioni a intervalli regolari per tutto il periodo di funzionamento del motore.
Il metodo sopra descritto pu? essere implementato mediante dispositivi di misura elettronici noti ai tecnici del ramo. Si intende che l?invenzione non ? limitata all?esempio sopra descritto, e che varianti e perfezionamenti potranno esservi apportati senza uscire dall?ambito delle rivendicazioni che seguono.

Claims (4)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di controllo della carburazione di un motore a combustione interna nelle condizioni di impiego comprendente le seguenti attivit?: a. mettere in moto il motore con il valore di
    (valore di ? pari al valore di taratura del motore); b. per il valore ?0 costruire una curva ci(?) della corrente di ionizzazione ci in funzione della posizione angolare ? dell?albero a gomito; c. su questa curva ci(?) scegliere un numero di punti ad intervalli ?? dell?angolo di rotazione ?; d. calcolare il valore z, pari all?integrale da 0 a 360? della curva ci(?); e. interrompere la alimentazione di carburante per qualche ciclo per modificare dall'esterno il fattore ?0 di una quantit? pari a ?? portandolo al valore
    f. per il valore costruire la curva ci(?) e calcolare il valore di z1 come al punto d; g. calcolare la differenza e se la differenza ? > ?zrif in valore assoluto intervenire sulla carburazione aumentando la quantit? di carburante iniettata in caso di differenza positiva (miscela magra) e diminuendo la quantit? di carburante iniettata in caso di differenza negativa (miscela grassa).
  2. 2. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che per modificare dall'esterno il fattore ?0 di una quantit? pari a ?? la alimentazione di carburante viene interrotta per tre cicli.
  3. 3. Sistema di controllo secondo la rivendicazione, caratterizzato dal fatto che ?zrif ? uguale o minore di 20.
  4. 4. Sistema di controllo secondo la riv.1 caratterizzato dal fatto che il valore z, pari all?integrale da 0 a 360? della curva ci(?) si calcola effettuando la sommatoria dei prodotti per relativi a tutti i punti da
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