ITRM20000010A1

ITRM20000010A1 - Motore a combustione interna con unita' pilotabile per controllare lapotenza di mandata dell'aria di alimentazione.

Info

Publication number: ITRM20000010A1
Application number: IT2000RM000010A
Authority: IT
Inventors: Ulrich Springer; Joachim Wiltschka
Original assignee: Daimler Chrysler Ag
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2001-07-10
Also published as: GB2345941A; GB2345941B; GB0000536D0; FR2792966A1; DE19901069A1; US6314737B1; FR2788560A1; IT1315793B1; FR2788560B1; FR2792966B1; ITRM20000010A0

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: "Motore a combustione interna con unità pilotabile per controllare la potenza di mandata dell'aria di alimentazione",

L'invenzione riguarda un motore a combustione interna con un turbocompressore a gas di scarico o con una pluralità di turbocompressori a gas di scarico paralleli, che comprendono rispettivamente una unità pilotabile per il controllo della potenza di alimentazione per regolare in modo, variabile la potenza di mandata dell'aria di alimentazione e mezzi per sorvegliare individualmente funzionamenti difettosi di ogni singola unità di regolazione della potenza di alimentazione, che emettono al riconoscimento di un funzionamento difettoso di una rispettiva unità di regolazione della potenza di alimentazione, una corrispondente informazione sul funzionamento difettoso. Tali turbocompressori a gas di scarico, in cui si può variare la potenza di mandata dell'aria di alimentazione, rendono possibile di adattare il rendimento del turbocompressore al punto di esercizio del motore a combustione interna e ottimizzare in tale maniera il comportamento di reazione, il consumo nonché le emissioni del motore a combustione interna.

Un motore a combustione interna del tipo precedentemente indicato è noto dalla pubblicazione DE 30 02 701 Al. In essa è descritto un motore a combustione interna con un turbocompressore a gas di scarico, che presenta una apparecchiatura di guida regolabile della turbina. Al motore a combustione interna è coordinata una unità computerizzata, per controllare in funzione dell'esercizio del motore,la mandata di aria di alimentazione. A mezzo dell'unità computerizzata viene regolato uno spostamento dell ' apparecchiatura di guida della turbina, in quanto essa prestabilisce valori nominali. Contemporaneamente, all'unità computerizzata viene addotto un movimento momentaneo di regolazione degli elementi di regolazione dell'apparecchiatura di guida della turbina. Per sorvegliare il funzionamento del turbocompressore a gas di scarico sono previsti sensori di sorveglianza per constatare il numero di giri della turbina, la temperatura dell'olio lubrificante e sintomi di usura o di squilibri dinamici. In caso di una deviazione inammissibile del segnale di un sensore di sorveglianza da un valore nominale l ’ unità computerizzata emette una informazione di indicazione di un funzionamento difettoso .

Nella pubblicazione JP 10-047 071 A è descritto un motore a combustione interna con un singolo turbocompressore a gas di scarico, il cui funzionamento viene sorvegliato a mezzo di una unità computerizzata. Inoltre, in un tratto di aria di aspirazione è disposto un sensore di massa d'aria, il cui segnale viene addotto all'unità computerizzata insieme con i valori di misurazione di un sensore di pressione e di un sensore di temperatura, che si trovano in un tratto di aria di alimentazione. In base dei valori addotti dai sensori, l'unità computerizzata calcola una portata effettiva del flusso di gas di scarico, che viene confrontata con una portata misurata del flusso di gas di scarico. In caso di una forte deviazione, l'unità computerizzata emette un segnale di informazione sul funzionamento difettoso .

Dalla pubblicazione DE 39 42 499 Al è noto controllare la portata d'aria di un comune condotto di aria di aspirazione di un motore a combustione interna, disposto a valle dei due turbocompressori a gas di scarico paralleli, a mezzo di valvole elettriche, per adattare la potenza di turbocompressori in modo ottimale allo stato di esercizio del motore.

Nella pubblicazione DE 19531 871 CI è descritto un motore a combustione interna con un turbocompressore a gas di scarico, la cui turbina presenta una apparecchiatura di guida, attraverso la quale si possono variare la direzione di flusso dei gas di scarico verso le pale della turbina nonché la sezione trasversale del flusso stesso. L'apparecchiatura di guida della turbina è regolabile mediante un servomotore, per il funzionamento del quale è prevista una unità di comando. L’unità di comando con il servomotore acconsentono, mediante lo spostamento dell'apparecchiatura di guida della turbina, una regolazione della pressione di alimentazione attuale, rilevata a mezzo di un apposito sensore. Ciò rende possibile la regolazione di valori nominali della pressione di alimentazione, che corrispondono ad un campo caratteristico favorevole delle pressioni di alimentazione, dipendente dal numero di giri del motore e dalla quantità di iniezione.

Nella pubblicazione DE 195 47 994 Al è descritto un motore a combustione interna con due turbocompressori a gas di scarico, funzionanti in parallelo, che alimentano l'aria fresca in un comune o in alternativa in due separati impianti di aspirazione di due blocchi di cilindri del motore a combustione interna. Una disposizione simile con due turbocompressori paralleli per tratti di aspirazione separati è descritta nella pubblicazione DE 3832 965 Al, in cui a mezzo di un sensore di pressione e di un sensore di pressione differenziale oppure a mezzo di un unico sensore di pressione commutabile facoltativamente su uno dei due tratti di aspirazione, possono essere rilevate le pressioni nei tratti di aspirazione e regolate così sui medesimi valori di pressione.

Nei complessi convenzionali, in cui due turbocompressori paralleli, che convogliano in un comune condotto di aspirazione, con una convenzionale regolazione della pressione di alimentazione si può solo garantire che venga raggiunta la desiderata pressione di alimentazione, tuttavia non si può constatare la proporzione con la quale entrambi i turbocompressori contribuiscono alla generazione della pressione di alimentazione. Nell'esercizio normale, con una struttura del motore simmetrica rispetto alla guida di aria e con gli stessi angoli di afflusso del gas di scarico ai due turbocompressori, si può presupporre che i contributi dei due compressori siano uguali. Se però si verifica un guasto elettrico o meccanico nell'unità di regolazione della potenza di alimentazione di uno o di entrambi i compressori, allora ciò può comportare, alla quantità di alimentazione complessivamente corrispondente, potenze di alimentazione notevolmente disuniformi dei due compressori, il che non viene riconosciuto dalla regolazione della pressione di alimentazione e causa un comportamento difettoso, che può provocare una distruzione meccanica di uno o di entrambi i compressori.

Il compito dell’invenzione è quello di realizzare un motore a combustione interna con uno o più turbocompressori a gas di scarico paralleli del tipo precedentemente indicato, in cui il funzionamento di un turbocompressore può essere sorvegliato in modo affidabile con un piccolo dispendio.

Questo compito viene risolto da un motore a combustione interna secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 3.

In un motore a combustione interna secondo la rivendicazione 1, la rispettiva unità di regolazione della potenza di alimentazione presenta un dispositivo di regolazione per regolare l'angolo di afflusso della corrente di gas di scarico alle pale della turbina e una unità di regolazione del detto angolo delle pale della turbina e i mezzi per il controllo del funzionamento difettoso sono congeniati in modo che essi possano constatare se l'unità di regolazione regola ad un valore nominale prestabilito, a mezzo del dispositivo di regolazione, l'angolo di afflusso entro un prestabilito intervallo di tempo, fornendo un'informazione del funzionamento difettoso se ciò non si verifica.

In un motore a combustione interna con una pluralità di turbocompressori a gas di scarico paralleli secondo la rivendicazione 3, i mezzi per il controllo del funzionamento difettoso presentano un sensore di pressione differenziale per il rilevamento della differenza di pressione di alimentazione tra almeno due della pluralità di turbocompressori a gas di scarico paralleli e forniscono una informazione di un funzionamento difettoso, quando la differenza di pressione misurata è maggiore di un prestabilito valore di soglia della differenza di pressione. In questo modo diventa possibile realizzare una regolazione di pressione di alimentazione applicabile in modo molto preciso, con la quale si deve solo mantenere una piccola distanza di sicurezza rispetto al limite di pompaggio dei turbocompressori a gas di scarico .

Nell'ulteriore sviluppo dell'invenzione secondo la rivendicazione 2, l’informazione sul funzionamento difettoso dei mezzi per il controllo di tale funzionamento difettoso viene trasmessa da essi su un bus di dati oppure quale segnale periodico di rilevamento di massa su un conduttore elettrico di controllo, attraverso il quale i segnali pilota per l'unità di regolazione della potenza di alimentazione vengono trasmessi in direzione opposta. In questo modo viene creata una semplice possibilità per la trasmissione di informazioni sul funzionamento difettoso .

Nell'ulteriore sviluppo dell'invenzione secondo la figura 4, il motore a combustione interna presenta almeno due turbocompressori a gas di scarico paralleli, i cui lati di uscita dell'aria di alimentazione si estendono verso un comune settore del tubo di aspirazione del motore a combustione interna e ai quali è coordinato un circuito di regolazione della pressione di alimentazione con un sensore che rileva la pressione di alimentazione nel comune settore del tubo di aspirazione. E' previsto inoltre un regolatore di pressione dì alimentazione che fa azionare le unità di regolazione della potenza di alimentazione in funzione del segnale di uscita di sensore di aria di alimentazione, per la regolazione di prestabiliti valori nominali della pressione di alimentazione. In questo modo viene creato un sistema di turbocompressori a gas di scarico, regolato per quanto riguarda la pressione di alimentazione, sistema che, nonostante l'alimentazione dell'aria di alimentazione da parte di una pluralità di compressori paralleli in un comune sistema di tubi di aspirazione, prevede una sorveglianza del funzionamento di ciascun singolo turbocompressore a gas di scarico.

Un esempio di realizzazione vantaggioso dell'invenzione è illustrato nel disegno e verrà descritto qui di seguito.

L'unica figura mostra una vista schematica a blocchi di un motore a combustione interna con due turbocompressori a gas di scarico paralleli.

Nella figura sono illustrati schematicamente un banco di cilindri di sinistra e di destra 1, 2 di un motore a combustione interna, che vengono alimentati con l’aria di aspirazione attraverso un comune sistema di condotti di aspirazione d'aria 3, al quale è coordinato un refrigeratore di aria di alimentazione 4. Il sistema di condotti di aspirazione d'aria 3 viene alimentato attraverso due turbocompressori a gas di scarico paralleli 5, 6 con l'aria fresca compressa, compressori che vengono azionati attraverso turbine mediante il gas di scarico, passante attraverso i condotti di gas di scarico 7, del rispettivo banco di cilindri 1, 2.

Per regolare la pressione di alimentazione nel sistema di condotti di aspirazione 3 ad un valore, favorevole per l'esercizio del motore a combustione interna, nel campo caratteristico del motore, per le turbine a gas di scarico sono previsti rispettivamente dispositivi di regolazione meccanici 8, 9, che servono per la regolazione dell'angolo di afflusso del gas di scarico alle pale delle turbine e acconsentono così una regolazione della potenza di alimentazione dell'aria di alimentazione. A ciascun dispositivo di regolazione meccanico 8, 9, per la realizzazione di un circuito di regolazione di posizione delle pale delle turbine è coordinata una unità di regolazione dell'angolo di afflusso 10, 11 per le pale delle turbine, integrata in un dispositivo di controllo centrale del motore, unità che aziona il rispettivo dispositivo di regolazione 8, 9 per regolare un valore nominale della posizione delle pale, che viene rilevato da un regolatore di pressione di alimentazione 12 sovrapposto, implementato nel dispositivo di controllo del motore e che viene trasmesso alla rispettiva unità di regolazione di angolo di afflusso 10, 11 attraverso conduttori di controllo 14, 15, come grandezze di regolazione, di preferenza sotto forma di un segnale modulato in ampiezza di impulsi. La pressione di alimentazione viene rilevata a mezzo di un sensore di pressione di alimentazione 13 nel sistema di condotti di aspirazione 3 e viene trasmessa al regolatore di pressione di alimentazione 12 quale grandezza di richiamo .

Per controllare il funzionamento difettoso dei due turbocompressori 5, 6, per la struttura qui sopra descritta con le unità di regolazione della potenza di alimentazione sotto forma dei circuiti di regolazione di posizione delle pale delle turbine con le unità di regolazione dell'angolo di afflusso e con dispositivi di regolazione meccanica delle pale, azionati elettricamente da esse, è prevista una informazione sul difetto da parte dei circuiti di regolazione di posizione, di preferenza all'indietro verso l'apparecchio di controllo del motore contenente il regolatore di pressione di alimentazione 12. Nei circuiti di regolazione di posizione questa controinformazione sul funzionamento presenta mezzi per riconoscere se la desiderata posizione delle pale delle turbine possa essere regolata, entro un prestabilito intervallo di tempo, dal rispettivo circuito di regolazione della posizione. Se ciò non si verifica, si concluderà che esiste un difetto e viene emessa una corrispondente informazione.

Per ridurre il dispendio per la cablatura questa controinformazione di difetto avviene nel presente esempio quale segnale di funzionamento difettoso trasmesso in risposta sul rispettivo conduttore di controllo 14, 15. A tal fine i conduttori di controllo 14, 15 sono congeniati in modo appropriato per la trasmissione bidirezionale del segnale. Un modo di procedere preferito consiste nel trasmettere l'informazione di difetto mediante esplorazione a massa del rispettivo conduttore di controllo 14, 15 nel circuito di regolazione di posizione 8, 10 o 9, 11 attraverso gli stessi, per cui essa può essere distinta dai segnali di valori di regolazione, modulati in ampiezza di impulsi, dal regolatore di pressione di alimentazione 12 al rispettivo circuito di regolazione di posizione. Per distinguere l'informazione di difetto ritrasmessa da disturbi sui conduttori di controllo 14, 15, che vengono sorvegliati in modo convenzionale, come ad esempio cortocircuiti o interruzioni nei conduttori, l'informazione di difetto viene trasmessa mediante periodiche esplorazioni a massa a intervalli caratteristici compresi ad esempio tra 100 ms e 500 ms .

In una forma di realizzazione alternativa dell'invenzione è previsto un collegamento del regolatore di pressione di alimentazione 12 con l'unità di regolazione di angoli di afflusso 10 rispettivamente 11 attraverso un sistema di bus CAN. Sia nell'esempio di realizzazione qui sopra descritto sia anche in questo caso può essere definito un protocollo ampliato di trasmissioni di dati, per rendere possibile una trasmissione di informazioni di diagnosi più ampie dalle rispettive unità di regolazione di angoli di afflusso 10, 11 al dispositivo di controllo del motore.

In un'altra forma di realizzazione modificata dell'invenzione è previsto di controllare il funzionamento di ogni turbocompressore a gas di scarico, particolarmente di una unità di regolazione della potenza di alimentazione, a mezzo di un supplementare sistema di sensori, ad esempio a mezzo di sensori di massa d'aria, come sensori di massa d'aria calda per la determinazione della massa d'aria alimentata da ogni compressore 5, 6. In alternativa può essere previsto un sensore di pressione differenziale, con il quale viene controllata la pressione differenziale dei due compressori 5, 6.

In ogni caso, per la presente invenzione è caratteristico il fatto che sono previsti mezzi per il controllo individuale di un funzionamento difettoso di ogni singola unità di regolazione della potenza di alimentazione preferibilmente di una pluralità di turbocompressori a gas di scarico paralleli, che trasmettono, quando viene riconosciuto un funzionamento difettoso di una rispettiva unità di regolazione della potenza di alimentazione, una corrispondente informazione sul funzionamento difettoso. In tale maniera i corrispondenti funzionamenti difettosi di una pluralità di unità di regolazione di potenza di alimentazione parallele possono essere riconosciuti anche quando ciononostante viene ancora assicurata complessivamente la desiderata potenza di alimentazione complessiva di una pluralità di turbocompressori paralleli.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Motore a combustione interna con: - un unico turbocompressore a gas di scarico o con una pluralità di turbocompressori a gas di scarico paralleli (5, 6), che comprendono rispettivamente una unità di regolazione pilotabile (8, 9) per la regolazione variabile della potenza di mandata di aria di alimentazione, e - mezzi (10, 11) per il controllo individuale di funzionamento difettoso di ogni singola unità di regolazione di potenza di mandata (8, 9), che emettono, quando viene riconosciuto un funzionamento difettoso di una rispettiva unità di regolazione (8, 9), una corrispondente informazione su funzionamento difettoso, caratterizzato dal fatto che: - la rispettiva unità di regolazione di potenza di mandata (8, 9) presenta un dispositivo di regolazione per regolare l'angolo di afflusso della corrente di gas di scarico alle pale delle turbine e una unità di regolazione dell'angolo di afflusso delle pale delle turbine e - i mezzi (10, 11) per il controllo di funzionamento difettoso sono congeniati in modo da constatare se l'unità di regolazione di angoli di afflusso regola a mezzo del dispositivo di regolazione l'angolo di afflusso entro un prestabilito intervallo di tempo, su un valore nominale prestabilito e che essi emettano l'informazione di funzionamento difettoso quando ciò non si verifica.
2. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'informazione su un funzionamento difettoso viene trasmesso dai mezzi (10, 11) per il controllo di funzionamento difettoso quale segnale su un bus di dati oppure quale segnale periodico di esplorazione di massa su un conduttore di controllo elettrico (14, 15), attraverso i quali i segnali di regolazione per l'unità di regolazione di potenza di mandata (8, 9) vengono trasmessi in direzione opposta.
3. Motore a combustione interna con: parecchi turbocompressori a gas di scarico paralleli (5, 6) che comprendono ciascuno una unità di regolazione di potenza di mandata regolabile (8, 9) per la regolazione variabile della potenza di mandata di aria di alimentazione e - mezzi (10, 11) per il controllo individuale di funzionamento difettoso di ogni singola unità di regolazione di potenza di mandata (8, 9), che emettono una corrispondente informazione di funzionamento difettoso quando viene riconosciuto un funzionamento difettoso di una data unità di regolazione di potenza di mandata (8, 9), caratterizzato dal fatto che: - i mezzi (10, 11) per il controllo di funzionamento difettoso comprendono un sensore di pressione differenziale per il rilevamento della differenza di pressione di alimentazione tra almeno due della pluralità di turbocompressori a gas di scarico paralleli e che emettono informazioni su funzionamento difettoso, quando la differenza di pressione misurata è maggiore di un prestabilito valore di soglia della differenza di pressione.
4. Motore a combustione interna secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato da: almeno due turbocompressori a gas di scarico paralleli (5, 6), i cui lati di uscita di aria di alimentazione si estendono verso un comune settore di tubo di aspirazione (3) del motore a combustione interna, un circuito di regolazione di pressione di alimentazione con un sensore (13) che rileva la pressione di alimentazione nel comune settore di tubo di aspirazione, e - un regolatore di pressione di alimentazione (12) che regola le unità di regolazione di potenza di mandata (8, 9) in funzione del segnale di uscita del sensore di pressione di alimentazione, per la regolazione dì valori nominali prestabiliti della pressione di alimentazione.