ITRM20070385A1

ITRM20070385A1 - Procedimento di stima della caduta di pressione tra due sezioni della linea di scarico di un motore a combustione interna.

Info

Publication number: ITRM20070385A1
Application number: IT000385A
Authority: IT
Inventors: Fazio Tommaso De; Intino Maura D; Giovanni Rovatti
Original assignee: Gm Global Tech Operations Inc
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2009-01-13
Also published as: ATE519025T1; EP2014888B1; CN101344025A; CN101344025B; EP2014888A2; EP2014888A3; US20090018784A1

Description

DESCRIZIONE

A corredo di una domanda di Brevetto dal titolo: "PROCEDIMENTO DI STIMA DELLA CADUTA DI PRESSIONE TRA DUE SEZIONI DELLA LINEA DI SCARICO DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA".

La presente invenzione si riferisce ad un proce-dimento per la stima di una caduta di pressione tra due sezioni di una linea di scarico di un motore die-sel. È noto che il salto di pressione tra qualsiasi di due sezioni di una linea di fluido è principalmen-te funzione della portata di massa del fluido che circola nella stessa. Nel caso di una linea di scari-co, non è conveniente misurare direttamente il flusso della massa di scarico ma nella maggior parte delle sue leggi di controllo per portate per motori diesel di aria fresca e di carburante alimentati al motore, in maniera tale che si possa calcolare da questi va-lori facilmente la portata di massa del gas di scari-co.

Di conseguenza viene suggerito ad esempio in EP 1081347 B1 di calcolare la pressione sul lato a valle di un filtro di materiale particolato utilizzando una funzione f(WDPFfTb) della portata del gas di scarico WDPFe la temperatura del gas di scarico Tbin cui WDPFè la somma della portata di aria fresca e della por-tata del carburante.

La funzione f è un polinominale, i coefficienti della quale sono identificati da dati sperimentali. Questo procedimento è piuttosto noioso da implementa-re, poiché è necessario prendere una gran quantità di dati sperimentali per la funzione f polinominale del-le due variabili WDPFfTb. Inoltre per calcolare la pressione Pba valle del filtro per materiale parti-colato, la temperatura Tbsul lato a valle del filtro deve essere nota. Per cui deve essere previsto un sensore per misurare Tbo si deve sviluppare un mo-dello matematico per il suo calcolo.

Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento per la stima di un salto di pressione tra due sezioni di una linea di scarico di un motore diesel che sia più facile e più rapida im-plementare rispetto ai procedimenti convenzionali.

Questo scopo viene ottenuto con un procedimento che comprende le fasi di

- misurare una portata di aria fresca nel moto-re,

- misurare una portata di carburante nel motore, calcolare una portata di gas di scarico da detta portata di aria fresca e detta portata di car-burante, e

Determinare un salto di pressione in funzione di detta portata dei gas di scarico,

che è caratterizzato dal fatto che la portata del gas di scarico è calcolata come somma ponderata di dette portate di aria fresca e di carburante, in cui un fattore di ponderazione della portata del car-burante è maggiore di un fattore di ponderazione del-la portata di aria fresca.

È evidente che utilizzando questo fattore di ponderazione, si può tenere in considerazione l'in-fluenza della temperatura sul salto di pressione in maniera molto semplice e diretta.

Gli esperimenti hanno dimostrato che il fattore di ponderazione della portata del carburante deve es-sere almeno due volte quello della portata dell'aria fresca, e che sarebbe preferibilmente in un interval-lo tra 5 e 30 volte rispetto alla portata dell'aria fresca.

La funzione che dà il salto di pressione è pre-feribilmente una polinominale nella portata di gas di scarico, e può avere la portata di gas di scarico co-me sola variabile.

Se il procedimento viene applicato ad una linea di scarico in cui una dette sezioni comprende un sen-sore di pressione e l'altra sezione comprende un se-condo sensore che dà letture che dipendono dalla pressione, il procedimento comprende preferibilmente le fasi di calcolare una pressione in detta altra se-zione sulla base di una lettura della pressione da detto sensore di pressione e il salto di pressione stimato, e compensare una lettura da detto secondo settore basata sulla pressione calcolata. Questo se-condo sensore può ad esempio essere un sensore di os-sigeno.

In alternativa, una di dette sezioni può essere una estremità a valle della linea di scarico. Poiché l'estremità a valle è necessariamente sempre a pres-sione ambiente, è possibile calcolare la pressione in qualsiasi altra sezione della linea di scarico senza dover utilizzare un sensore di pressione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della pre-sente invenzione saranno evidenti dalla descrizione che segue delle forme di realizzazione della stessa facendo riferimento ai disegni allegati.

La figura 1 è un diagramma schematico di un si-stema di scarico di un motore diesel;

la figura 2 è un grafico di un coefficiente di correlazione tra la portata di scarico e il salto di pressione; e

la figura 3 è un grafico dei salti di pressione misurati e stimati in funzione della portata del gas di scarico.

La figura 1 mostra schematicamente un blocco ci-lindro 1 di un motore diesel con quattro cilindri, un manicotto di scarico 2 per connettere ciascun cilin-dro del blocco cilindro ad un filtro 3 per il parti-colato, una marmitta 5, un condotto di scarico 4 che si estende tra il filtro 3 del particolato e la mar-mitta 5, e una sezione di uscita 6. Quando il motore funziona, e il gas di scarico scorre attraverso il sistema di scarico di figura 1, si ha un salto di pressione in ognuno di questi componenti, per cui la pressione a cui è esposto ad esempio un sensore di ossigeno 7 adiacente all'entrata del filtro del par-ticolato 3 può essere diversa dalla pressione misura-ta da un sensore di pressione 8 in una porzione a monte del manicotto di scarico 2, e il salto di pres-sione a cui è sottoposto il filtro del particolato 3 è diversa dalla differenza tra la pressione rilevata dal sensore 8 e la pressione ambiente.

Per stimare un salto di pressione tra ognuno dei due punti del sistema di scarico o tra un dato punto del sistema di scarico e l'ambiente esterno, il flus-so di massa attraverso il sistema di scarico deve es-sere noto. Convenzionalmente, si prevede un sensore 9 del flusso di aria nel manicotto di aspirazione del motore per rilevare il flusso di aria fresca nei ci-lindri, e il carburante alimentato ai cilindri è do-sato ed è quindi noto. Si può quindi concludere che la portata di massa medel gas di scarico espulso dal blocco cilindro 1 deve essere la somma della portata di aria fresca mae della portata della portata del carburante mf. Si è tuttavia trovato che, sulla base della portata di gas di scarico calcolata in questo modo, non è possibile una previsione com-pletamente affidabile del salto di pressione nel si-stema di scarico. Ciò non è così sorprendente, poiché è noto che il salto di pressione dipende non solo dalla portata di massa ma anche dalla temperatura del gas che scorre, e questa temperatura può variare a seconda delle condizioni operative del motore. Sor-prendentemente, tuttavia, si è trovato che questa in-fluenza può essere presa in considerazione sostituen-do la massa algebrica precedente con un flusso di massa ponderato M dato da

in cui k è una costante positiva.

La figura 2 è un grafico del coefficiente di correlazione R<2>ottenuto tra il salto di pressione misurato e stimato nel sistema di scarico di figura 1 in funzione del coefficiente di ponderazione k. In questo grafico, il flusso di massa algebrico mee corrisponde ad un coefficiente di ponderazione k=l. Per questo coefficiente di ponderazione, si ottiene un coefficiente di correlazione tra il salto di pres-sione misurato e stimato leggermente migliore di 0,96. Con un coefficiente di ponderazione k=2, il coefficiente di correlazione diventa migliore di 0,97. In un intervallo di 6<k<28, la correlazione è minore di 0,99, e per 12<k<15 è quasi perfetta a >0.998. E' immediatamente evidente che qualsiasi dipendenza dal-la temperatura e/o del carico del salto di pressione nel sistema di scarico può essere presa in considera-zione perfettamente scegliendo un valore appropriato della costante di ponderazione k.

La figura 3 illustra il rapporto Δρ = f ( M) tra il salto di pressione Δρ e il flusso di massa ponderato M in un intervallo operativo pratico del moto-re. In questo grafico, i punti rappresentano i valori misurati, e una curva f dà il rapporto stimato tra il flusso di massa ponderato M e il salto di pressio-ne. L'accordo tra i dati stimati e sperimentali è praticamente perfetto. La curva f di figura 3 è un polinominale di secondo ordine che può essere ottenu-to ad esempio da un numero di dati sperimentali.

Il valore ottimale del coefficiente di pondera-zione k può dipendere in una certa misura dalle ca-ratteristiche del motore. Tuttavia, il coefficiente di ponderazione ottimale per un dato motore può esse-re ottenuto in maniera abbastanza diretta ottenendo i dati sperimentali del salto di pressione Δρ, la portata dell'aria fresca (ma), e la portata del combustibile mf, e eseguendo una valutazione dei coeffi-cienti polinominali a2, ai e del fattore di pondera-zione k nella formula

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la stima di un salto di pressione (Δρ) tra due sezioni di una linea di scari-co di un motore Diesel, comprendente le fasi di: - misurare una portata di aria fresca (ma) nel motore, - misurare una portata di combustibile ( mf) nel motore, - calcolare una portata del gas di scarico ( M ) • · da dette portate di aria fresca e carburante ( ma, mf), - determinare un salto di pressione stimato (Δρ) in funzione di detta portata del gas di scarico (M ), caratterizzato dal fatto che la portata del gas di scarico (M ) è calcolata come somma ponderata di dette portate dell'aria fresca e del combustibile • · in cui un fattore di ponderazione (k) della portata del combustibile ( mf) è maggiore di un fattore di ponderazione della portata dell'aria fresca ( ma).
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il fattore di ponderazione (k) della portata del combustibile { mf) è almeno il doppio della portata dell'aria fresca ( ma).
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il fattore di ponderazione della portata del com bustibile (m^) è tra 5 e 30 volte quella della portata di aria fresca (ma) .
4. Procedimento secondo ognuna delle rivendica-zioni precedenti, in cui la funzione (f) che dà il salto di pressione (Δρ) è una polinominale nella portata di gas di scarico (M ).
5. Procedimento secondo ognuna delle rivendica-zioni precedenti, in cui una di dette sezioni com-prende un sensore di pressione (8) e l'altra sezione comprende un secondo sensore (7) che dà letture che dipendono dalla pressione, comprendente inoltre le fasi di calcolare una pressione in detta altra sezio-ne sulla base di una lettura della pressione da detto sensore della pressione (8) e detto salto di pressio-ne stimato, e di compensare una lettura da detto se-condo sensore (7) basata sulla pressione calcolata.
6. Procedimento secondo ognuna delle rivendica-zioni da 1 a 4, in cui una di dette sezioni è una estremità a valle (6) della linea di scarico.