ITTO940766A1 - SYNCHRONIZATION DEVICE FOR A THERMAL MOTOR WITHOUT CAM POSITION SENSOR. - Google Patents

SYNCHRONIZATION DEVICE FOR A THERMAL MOTOR WITHOUT CAM POSITION SENSOR. Download PDF

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Abstract

Procedimento per generare un segnale di sincronizzazione su 720°, per un motore a combustione interna, senza impiegare un sensore di camma ma utilizzando strategie alternative, ad esempio rilevando la durata della scintilla in un cilindro di riferimento o la coerenza dell'accelerazione del motore con l'angolo farfalla.Procedure for generating a 720 ° synchronization signal, for an internal combustion engine, without using a cam sensor but using alternative strategies, for example by detecting the duration of the spark in a reference cylinder or the consistency of the engine acceleration with the butterfly corner.

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo di sincronizzazione per un motore ter-mico senza sensore di posizione camma" DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "Synchronization device for a thermal engine without a cam position sensor"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione fa riferimento in gene-rale a dispositivi di sincronizzazione per un motore termico, in particolare un motore a combustione in-terna per autoveicoli, senza sensori di posizione di camma. The present invention generally refers to synchronization devices for a thermal engine, in particular an internal combustion engine for motor vehicles, without cam position sensors.

La maggior parte dei motori a combustione interna per veicoli è attualmente alimentata tramite un sistema di iniezione del combustibile controllato da una centralina elettronica che, quasi sempre, ge-stisce anche l'accensione. Molti degli attuali sistemi hanno un riferimento angolare preciso su 360° dell’albero motore e non più su 720° dell'intero ciclo motore {nel caso specifico di un motore quattro tempi a quattro cilindri, peraltro il modello ampiamente più diffuso attualmente in produzione) . Most of the internal combustion engines for vehicles are currently powered by a fuel injection system controlled by an electronic control unit which almost always also manages the ignition. Many of the current systems have a precise angular reference on 360 ° of the crankshaft and no more on 720 ° of the entire engine cycle (in the specific case of a four-stroke four-cylinder engine, which is the most widely used model currently in production) .

Tuttavia, nel caso di motori impieganti bobine di accensione individuali per ogni cilindro, del tipo cosiddetto top-plug, o per motori che non presentano simmetrie adeguate nella fasatura dei cilindri (ad esempio motori a cinque cilindri e motori a sei cilindri a V, del tipo cosiddetto galoppante) diventa indispensabile avere ancora un riferimento preciso sui 720°. However, in the case of engines using individual ignition coils for each cylinder, of the so-called top-plug type, or for engines that do not have adequate symmetries in the cylinder timing (e.g. five-cylinder engines and six-cylinder V-engines, of the so-called galloping type) it becomes essential to still have a precise reference on 720 °.

Allo scopo di ottenere tale riferimento è noto l'utilizzo di sensori, quali ad esempio sensori di camma, i quali presentano tuttavia l'inconveniente di aumentare il costo del sistema elettronico di controllo del motore. In order to obtain this reference, the use of sensors is known, such as for example cam sensors, which however have the drawback of increasing the cost of the electronic engine control system.

Lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo di sincronizzazione che permetta di risolvere in modo soddisfacente tutti i problemi sopra indicati. The object of the present invention is that of realizing a synchronization device which allows to satisfactorily solve all the problems indicated above.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto grazie ad un dispositivo di sincronizzazione avente le caratteristiche indicate nelle rivendicazioni che seguono la presente descrizione. According to the present invention, this object is achieved thanks to a synchronization device having the characteristics indicated in the claims which follow the present description.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente dettagliata descrizione fornita a titolo di esempio non limitativo. Further advantages and characteristics of the present invention will become evident from the following detailed description provided by way of non-limiting example.

L'idea essenziale alla base della presente invenzione è quella di utilizzare come riferimento preciso il riferimento su 360° del motore e di discriminare la fase di un cilindro di riferimento (che può essere uno qualsiasi dei cilindri del motore) su 360° pari e su 360° dispari impiegando segnali già disponibili alla centralina elettronica di gestione del motore. The essential idea behind the present invention is to use the reference on 360 ° of the engine as a precise reference and to discriminate the phase of a reference cylinder (which can be any of the cylinders of the engine) on even 360 ° and on 360 ° odd using signals already available to the electronic engine management unit.

Si utilizza a tale scopo un segnale proveniente da circuiti che forniscono l'informazione sulla durata della scintilla (o circuiti di rilevazione della ionizzazione). Tali circuiti, peraltro noti nella tecnica, saranno in futuro sempre più necessa-ri per permettere di soddisfare le recenti normative anti-inquinamento e per svolgere funzioni diagnostiche relative al funzionamento del motore. For this purpose, a signal coming from circuits providing information on the duration of the spark (or ionization detection circuits) is used. Such circuits, moreover known in the art, will be increasingly necessary in the future to allow satisfying the recent anti-pollution regulations and to carry out diagnostic functions relating to the operation of the engine.

I circuiti di rilevazione della ionizzazione forniscono un segnale proporzionale (in durata od in ampiezza) alla durata della scintilla. Tuttavia la tensione di innesco e mantenimento della scintilla è molto diversa a seconda della pressione presente nella camera di scoppio del cilindro (circa proporzionale a questa) mentre la corrente di arco della scintilla è circa costante. Ciò vuol dire che a parità di energia fornita al primario della bobina (e a parità di efficienza della bobina) varia notevolmente la durata della scintilla. In pratica si ha una scintilla di durata normale se il cilindro è in compressione, mentre si ha una scintilla di durata molto più lunga se il cilindro è in scarico. The ionization detection circuits provide a signal proportional (in duration or amplitude) to the duration of the spark. However, the ignition and holding voltage of the spark is very different depending on the pressure present in the combustion chamber of the cylinder (approximately proportional to this) while the arc current of the spark is approximately constant. This means that with the same energy supplied to the coil primary (and with the same coil efficiency) the duration of the spark varies considerably. In practice there is a spark of normal duration if the cylinder is in compression, while there is a spark of much longer duration if the cylinder is in the exhaust.

Per sincronizzare il motore è quindi sufficiente comandare l'accensione su di un cilindro, scelto come cilindro di riferimento, quando questo è in compressione (o in scarico dato che questa informazione è sconosciuta a priori) e ripetere l’accensione dopo 360° in modo da poter confrontare i due dati relativi alla durata della scintilla. La scintilla di durata più corta si ottiene quando la fase è ef-fettivamente una fase di compressione. Tale operazione tipicamente può venire eseguita all'avviamento, quindi con il motore a combustione interna tra-scinato in rotazione dal motorino di avviamento, in un tempo molto ridotto in quanto sono sufficienti meno di due giri completi per portarla a compimento. Inoltre l'operazione può eventualmente venire ese-guita prima di cominciare l'iniezione di carburante nei cilindri. E' possibile quindi, dopo aver completato tale operazione, cominciare ad eseguire l'iniezione di combustibile (anche fasata) e le accensioni successive per far partire il motore. To synchronize the engine it is therefore sufficient to command the ignition on a cylinder, chosen as the reference cylinder, when this is in compression (or in exhaust since this information is unknown a priori) and repeat the ignition after 360 ° in a way to be able to compare the two data relating to the duration of the spark. The shortest duration spark is obtained when the phase is effectively a compression phase. This operation can typically be performed at start-up, therefore with the internal combustion engine being driven in rotation by the starter motor, in a very short time since less than two complete revolutions are sufficient to complete it. Furthermore, the operation may optionally be carried out before starting the injection of fuel into the cylinders. It is therefore possible, after completing this operation, to start fuel injection (also timed) and subsequent ignitions to start the engine.

La strategia esposta in precedenza può essere perfezionata in modo da aumentare la sicurezza di discriminazione utilizzando più cilindri differenti come riferimenti successivi (sempre nel corso del primo giro motore ed eventuali frazioni del giro successivo) . Le informazioni aggiuntive così ottenute possono essere utilizzate per validare il primo risultato o per decidere ulteriori rilevazioni in caso di contrasto. The strategy described above can be perfected in order to increase the safety of discrimination by using several different cylinders as subsequent references (always during the first engine revolution and any fractions of the next revolution). The additional information thus obtained can be used to validate the first result or to decide on further surveys in the event of a conflict.

La stessa strategia può inoltre essere nuovamente attuata a motore funzionante in caso di un inspiegabile calo dei giri (angolo di farfalla maggiore dì α0 e decelerazione motore maggiore di X giri/sec, con a0 e X dati). The same strategy can also be implemented again with the engine running in the event of an inexplicable drop in rpm (throttle angle greater than α0 and engine deceleration greater than X rpm, with a0 and X data).

In assenza di un circuito di ionizzazione la strategia può essere attuata impiegando altri segnali eventualmente disponibili nella centralina elet-tronica di gestione del motore. In the absence of an ionization circuit, the strategy can be implemented by using other signals possibly available in the electronic engine management unit.

Un segnale che è sempre presente o derivabile, tipicamente, è la coerenza dell'accelerazione (positiva o negativa) del motore con l'angolo di farfalla. Questa informazione è ben utilizzabile su motori di tipo simmetrico al posto del suddetto segnale indicativo della ionizzazione. A titolo di esempio si consideri un motore a quattro o a sei cilindri con coppie di cilindri sfasate di 360° (ma anche di 370380°). In questo caso si può decidere di avviare il motore con due semi-iniettate di combustibile in cilindri quasi contrapposti e con pilotaggio quasi contemporaneo delle relative accensioni. In questo modo si attuano delle accensioni perse sul cilindro in scarico, tuttavia tali accensioni (con gli incroci valvole tipici dei motori attualmente in produzione) non sono dannose. In queste condizioni il motore sicuramente si avvia. A signal that is always present or differentiable, typically, is the coherence of the acceleration (positive or negative) of the engine with the throttle angle. This information can be used well on symmetrical motors instead of the aforementioned signal indicative of the ionization. As an example, consider a four or six-cylinder engine with pairs of cylinders out of phase by 360 ° (but also by 370380 °). In this case it can be decided to start the engine with two semi-injected fuel in almost opposite cylinders and with almost simultaneous piloting of the relative ignitions. In this way, lost ignitions are implemented on the exhaust cylinder, however these ignitions (with the valve crossings typical of engines currently in production) are not harmful. In these conditions the engine will surely start.

A questo punto non appena l'angolo di farfalla supera una determinata soglia {ad esempio angolo di farfalla maggiore di β0, corrispondente in pratica ad una determinata richiesta di coppia, con il motore -già avviato (regime di rotazione maggiore di Y giri/sec, con β0 e Y dati) può venire attuata una strategia di ricerca per determinare la suddetta discriminazione dei 360° pari e dispari. At this point, as soon as the throttle angle exceeds a certain threshold {for example throttle angle greater than β0, corresponding in practice to a certain torque request, with the engine already running (rotation speed greater than Y rpm , with β0 and Y data) a search strategy can be implemented to determine the aforementioned discrimination of even and odd 360 °.

Tale strategia può consistere nell'attuare l'accensione ogni 720° per tutti i cilindri, con una scelta casuale di aggancio al riferimento su 720°, cioè di scelta dei 360° pari e dei 360° dispari. Se il motore decelera oltre un determinato limite si prova l'aggancio opposto, cioè si inverte il riferimento scelto fra i 360° pari ed i 360° dispari. Al termine di tale verifica risulta quindi individuato il corretto riferimento. Tale strategia può causare un buco nel funzionamento del motore, tuttavia tale situazione non è dannosa ed è scarsamente percepibi-le dal guidatore essendo il motore in avviamento. This strategy can consist in activating the ignition every 720 ° for all cylinders, with a random choice of hooking to the reference on 720 °, i.e. choosing the even 360 ° and the odd 360 °. If the motor decelerates beyond a certain limit, the opposite coupling is tested, i.e. the reference chosen is inverted between the even 360 ° and the odd 360 °. At the end of this verification, the correct reference is therefore identified. This strategy can cause a hole in the operation of the engine, however this situation is not harmful and is scarcely perceptible to the driver since the engine is starting.

In alternativa, una strategia di riconoscimento dei 360° pari e dei 360° dispari può essere attuata, indipendentemente dalla posizione della farfalla, quando il motore è nel transitorio compreso tra lo sgancio del motorino di avviamento ed il raggiungimento del regime di minimo (circa 400-600 giri/min). Alternatively, an even 360 ° and odd 360 ° recognition strategy can be implemented, regardless of the position of the throttle, when the engine is in the transient between the release of the starter motor and reaching the idle speed (about 400 -600 rpm).

Una volta riconosciuta la fase sui 720°, me-diante una delle suddette strategie, sia l'iniezione che l'accensione vengono gestite utilizzando completamente tale informazione (quindi iniezione eventualmente fasata) . Anche in questo caso una delle suddette strategie può essere eventualmente attuata nuovamente, a motore funzionante, in caso di un inspiegabile calo dei giri. Once the 720 ° phase has been recognized, by means of one of the aforesaid strategies, both the injection and the ignition are managed using this information completely (therefore, possibly phased injection). Also in this case, one of the aforementioned strategies can possibly be implemented again, with the engine running, in the event of an inexplicable drop in rpm.

Le strategie precedentemente esposte possono essere utilizzate da sole, combinate fra loro (ad esempio per aumentare l’affidabilità in caso di guasto del circuito di rilevazione della ionizzazione) od anche in associazione ad un eventuale sensore di posizione a camma allo scopo di aumentare considerevolmente l'affidabilità del sistema di gestione del motore in generale. The strategies described above can be used alone, combined with each other (for example to increase the reliability in the event of a failure of the ionization detection circuit) or also in association with a possible cam position sensor in order to considerably increase the reliability of the engine management system in general.

Un'altra fonte di informazione utilizzabile per la determinazione del riferimento di fase su 720° è data dai sensori di pressione in camera, nel caso siano presenti, che permettono di discriminare, in modo diretto, se il cilindro di riferimento è in compressione od in scarico. Another source of information that can be used for determining the phase reference on 720 ° is given by the pressure sensors in the chamber, if they are present, which allow to discriminate, in a direct way, if the reference cylinder is in compression or in I unload.

Naturalmente, .fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione . Of course, without prejudice to the principle of the invention, the details of construction and the embodiments may be widely varied with respect to what is described and illustrated, without thereby departing from the scope of the present invention.

Claims (11)

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di sincronizzazione per un motore a combustione interna a ciclo otto, detto motore essendo provvisto di un impianto di accensione e di alimentazione di combustibile controllato da almeno una unità di gestione elet-tronica, e di mezzi sensori atti a fornire a detta unità elettronica un primo segnale di riferimento, indicativo della posizione angolare, su 360°, dell'albero di detto motore, detto procedimento essendo atto a generare un secondo segnale di riferimento, indicativo della fase di almeno un cilindro di detto motore, in modo da consentire, in combinazione con detto primo segnale di riferimento, la discriminazione della posizione angolare su 720° dell'albero di detto motore, caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di : rilevare almeno una grandezza fisica, relativa al funzionamento di detto motore, indicativa della pressione in detto almeno un cilindro, in due posizioni angolari predeterminate di detto albero, individuate mediante detto primo segnale di riferimento, spaziate di almeno un giro di detto albero, confrontare i valori di detta grandezza fisica, rilevati in dette due posizioni angolari spaziate di almeno un giro, generare detto secondo segnale di riferimento in base al risultato del confronto di detti valori. CLAIMS 1. Synchronization procedure for an eight-cycle internal combustion engine, said engine being provided with an ignition and fuel supply system controlled by at least one electronic management unit, and with sensor means adapted to supply said electronic unit with a first reference signal, indicative of the angular position, over 360 ° , of the shaft of said motor, said method being adapted to generate a second reference signal, indicative of the phase of at least one cylinder of said engine, so as to allow, in combination with said first reference signal, the discrimination of the angular position over 720 ° of the shaft of said motor, characterized by the fact that it includes the phases of: to detect at least one physical quantity, relating to the operation of said motor, indicative of the pressure in said at least one cylinder, in two predetermined angular positions of said shaft, identified by means of said first reference signal, spaced by at least one revolution of said shaft, compare the values of said physical quantity, detected in said two angular positions spaced by at least one revolution, generating said second reference signal on the basis of the result of the comparison of said values. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette due posizioni angolari sono spaziate sostanzialmente di 360°, e che detta grandezza fisica è la ionizzazione dei gas presenti in detto almeno un cilindro. 2. Process according to claim 1, characterized in that said two angular positions are spaced substantially by 360 °, and that said physical quantity is the ionization of the gases present in said at least one cylinder. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta fase di rilevare detta grandezza fisica indicativa della pressione in detto almeno un cilindro, in due posizioni angolari predeterminate di detto albero, spaziate sostanzialmente di 360°, comprende la fase di comandare due accensioni sostanzialmente in prossimità del punto morto superiore di detto almeno un cilindro, spaziate di 360°, in detto almeno un cilindro e di rilevare la durata della scintilla per dette due accensioni. 3. Process according to claim 2, characterized in that said step of detecting said physical quantity indicative of the pressure in said at least one cylinder, in two predetermined angular positions of said shaft, substantially spaced 360 °, comprises the step of controlling two ignitions substantially near the top dead center of said at least one cylinder, spaced 360 °, in said at least one cylinder and to detect the duration of the spark for said two ignitions. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta fase di generare detto secondo segnale di riferimento comprende la fase di generare un segnale indicativo di una fase di compressione, in detto almeno un cilindro, in corrispondenza della scintilla di durata inferiore di dette due accensioni. 4. Process according to claim 3, characterized in that said step of generating said second reference signal comprises the step of generating a signal indicative of a compression step, in said at least one cylinder, in correspondence with the spark with a shorter duration than said two ignitions. 5 . Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di rilevare e confrontare detta grandezza fisica per una pluralità di cilindri di detto motore. 5. Process according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises the steps of detecting and comparing said physical quantity for a plurality of cylinders of said engine. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di: generare, a priori, detto secondo segnale di riferimento indicativo della fase su 720°, comandare un'accensione ogni 720° per ogni cilindro di detto motore in base a detto secondo segnale di riferimento, generato a priori, rilevare la coerenza dell'accelerazione di detto motore con l'angolo di apertura della farfalla di detto motore, nel caso di decelerazione di detto motore, in contrasto con detto angolo di apertura della farfalla, invertire detto secondo segnale di riferimento indicativo della fase su 720°. 6. Process according to claim 1, characterized in that it comprises the steps of: generate, a priori, said second reference signal indicative of the 720 ° phase, command an ignition every 720 ° for each cylinder of said engine on the basis of said second reference signal, generated a priori, detect the coherence of the acceleration of said engine with the opening angle of the throttle of said engine, in the case of deceleration of said engine, in contrast to said throttle opening angle, inverting said second reference signal indicative of the phase on 720 °. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto secondo segnale di riferimento, generato a priori, viene generato in modo casuale. 7. Process according to claim 6, characterized in that said second reference signal, generated a priori, is generated randomly. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di rilevare una grandezza fisica, indicativa della pressione in detto almeno un cilindro, comprende la fase di rilevare la pressione nella camera di detto almeno un cilindro mediante un sensore di pressione. 8. Process according to claim 1, characterized in that said step of detecting a physical quantity, indicative of the pressure in said at least one cylinder, comprises the step of detecting the pressure in the chamber of said at least one cylinder by means of a pressure sensor. 9. Procedimento secondo una qulsiasi delle rivendicazioni 1 a 8, caratterizzato dal fatto che viene eseguito in corrispondenza dell'avviamento di detto motore . 9. Process according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it is carried out at the start of said engine. 10. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 9, caratterizzato dal fatto che viene eseguito quando detto motore è avviato. 10. Process according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it is carried out when said engine is started. 11. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che viene eseguito in corrispondenza di una decelerazione di detto motore in contrasto con detto angolo di farfalla. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati. 11. Process according to claim 10, characterized in that it is carried out at a deceleration of said engine in contrast with said throttle angle. All substantially as described and illustrated, and for the specified purposes.
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