ITTO960030A1 - Metodo e unita' di diagnosi di guasti di iniettori di impianti di iniezione ad alta pressione per motori a combustione interna - Google Patents
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Abstract
Il metodo di diagnosi comprende le fasi di generare un segnale accelerometrico (S) correlato all'intensità di vibrazioni presenti in un motore; confrontare l'ampiezza del segnale accelerometrico (S) con un valore di riferimento di ampiezza prefissato (Sth); generare un indicatore di guasto qualora l'ampiezza del segnale accelerometrico (S) superi il valore di riferimento di ampiezza prefissato (Sth); determinare un valore di angolo motore di superamento (Ao) non appena l'ampiezza del segnale accelerometrico (S) supera il valore di riferimento di ampiezza prefissato (Sth); confrontare il valore di angolo motore di superamento (Ao) con un valore di riferimento angolare prefissato (Ath); e generare un segnale di guasto nel caso in cui il valore di angolo motore di superamento (Ao) sia minore del valore di riferimento angolare prefissato (Ath).Figura 2.
Description
D E S C R I Z I O N E
del brevetto per invenzione industriale
La presente invenzione è relativa ad un metodo e ad una unità di diagnosi di guasti di iniettori di impianti di iniezione ad alta pressione per motori a combustione interna .
Come è noto, gli impianti di iniezione ad alta pressione comprendono una pluralità di iniettori atti ad alimentare combustibile ad un motore combustione interna .
In tali impianti di iniezione esiste il problema che se uno o più iniettori rimangono bloccati in posizione di apertura, si ha un continuo afflusso di combustibile ai cilindri e ciò provoca, oltre ad un eccessivo consumo di combustibile, la generazione di combustioni anomale caratterizzate dalla presenza di picchi di pressione e sensibile aumento della temperatura all'interno dei cilindri.
Tali fenomeni sono difficilmente sopportabili dal motore per lungo tempo e quindi possono causare seri danneggiamenti dello stesso, come, ad esempio, danneggiamenti della biella, del pistone o del polverizzatore degli iniettori.
Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un metodo ed una unità di diagnosi di guasti di iniettori, in modo da poter intervenire tempestivamente per interrompere l’afflusso di combustibile al cilindro qualora un iniettore rimanga bloccato aperto.
Secondo la presente invenzione viene realizzato un metodo di diagnosi di guasti di iniettori di impianti di iniezione ad alta pressione per motori a combustione interna, comprendente le fasi di:
generare un segnale accelerometrico correlato all'intensità di vibrazioni presenti in un motore;
- confrontare detto segnale accelerometrico con valori di riferimento; e
- determinare una condizione di guasto nel caso in cui detto segnale accelerometrico presenti una relazione prefissata con detti valori di riferimento.
Secondo la presente invenzione viene inoltre realizzata una unità di diagnosi di guasti di iniettori di impianti di iniezione ad alta pressione per un motore a combustione interna, caratterizzata dal fatto di comprendere un sensore accelerometrico generante un segnale accelerometrico correlato all'intensità di vibrazioni presenti in un motore; mezzi comparatori collegati a detto sensore accelerometrico per confrontare detto segnale accelerometrico con valori di riferimento; e mezzi rilevatori di guasto per determinare una condizione di guasto nel caso in cui detto segnale accelerometrico presenti una relazione prefissata con detti valori di riferimento.
Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali :
- la figura 1 è uno schema semplificato di un impianto di iniezione ad alta pressione comprendente una unità di diagnosi secondo la presente invenzione;
- la figura 2 è un diagramma di flusso relativo al metodo oggetto dell'invenzione; e
le figura 3-6 riportano andamenti di alcune grandezze utilizzate nel metodo di diagnosi.
In figura 1 è indicato con 1, nel suo complesso, un impianto di iniezione ad alta pressione per un motore Diesel 2 comprendente un basamento 3, cilindri 4, un albero motore 5 rappresentato schematicamente, ed un albero a camme 6 anch'esso rappresentato schematicamente
L'impianto di iniezione 1 comprende una pluralità di iniettori 7 atti a fornire combustibile ai cilindri 4 del motore 2 ed alimentati da un circuito di alimentazione 8 del tipo ad accumulatore comune {'common rail') noto.
Il circuito di alimentazione 8 comprende un serbatoio 9 di combustibile; una pompa di mandata 10 disposta all'interno del serbatoio 9; un accumulatore comune 11 di tipo noto; una pompa a pistoni radiali 12 collegata alla pompa di mandata 10 attraverso una linea di mandata a bassa pressione 13 e all'accumulatore comune 11 attraverso una linea di mandata ad alta pressione 14; ed un filtro del combustibile 15 disposto lungo la linea di mandata a bassa pressione 13.
Ciascuno degli iniettori 7 e la pompa a pistoni radiali 12 sono inoltre collegati al serbatoio 9 attraverso linee di scarico 16 che riportano nel serbatoio 9 stesso parte del combustibile utilizzato durante il loro funzionamento in modo di per sé noto e non descritto in dettaglio.
L'impianto di iniezione 1 è inoltre dotato di una unità di diagnosi 17 per il rilevamento di guasti nell'impianto di iniezione 1 stesso.
L'unità di diagnosi 17 comprende un primo sensore di posizione 18 di tipo noto, disposto sull'albero motore 5 in modo da generare un primo segnale di posizione Φι relativo alla posizione angolare dell'albero motore 5 stesso (angolo motore A); un secondo sensore di posizione 19 di tipo noto, disposto sull'albero a camme 6 in modo da generare un secondo segnale di posizione Φ2 relativo alla posizione angolare dell'albero a camme 6 stesso; un sensore accelerometrico 20 di tipo noto disposto sul basamento 3 del motore 2 ed atto a generare un segnale accelerometrico S correlato all'entità delle vibrazioni presenti sul basamento 3 stesso e causate dalla combustione del motore 2; ed una centralina elettronica 21 ricevente in ingresso il segnale accelerometrico S ed i segnali di posizione Φι e Φ2 ed implementante operazioni di diagnosi illustrate più dettagliatamente in seguito con riferimento alla fig. 2.
L'invenzione si basa sul riconoscimento che, quando uno o più iniettori 7 rimangono bloccati aperti, nel motore 2 avvengono combustioni anomale che generano vibrazioni elevate, di valore molto maggiore delle vibrazioni presenti in caso di combustione corretta, e che tali vibrazioni sono presenti già prima dell'istante di comando dell'inizio iniezione.
Tale comportamento anomalo è rilevabile facilmente dal confronto delle figure 3 e 4 con le figure 5, 6.
In dettaglio, nelle figg. 3 e 4 sono riportati gli andamenti del segnale accelerometrico S e della pressione P presente all'interno di un cilindro 4 in funzione dell'angolo motore A, in condizioni di iniettore 7 operante correttamente; viceversa, nelle figure 5 e 6 sono riportati gli andamenti delle stesse grandezze nel caso di iniettore 7 bloccato aperto.
Come si può notare, la presenza di una condizione di iniettore 7 bloccato aperto genera un picco di pressione all'interno del cilindro 4 ed un notevole aumento dell'ampiezza delle vibrazioni presenti sul basamento 3 del motore 2.
Inoltre, dal confronto delle figg. 3 e 5 si nota che, nel caso di iniettore 7 bloccato aperto, le oscillazioni del segnale accelerometrico S iniziano molto in anticipo rispetto al caso di funzionamento corretto, ovvero addirittura prima dell'istante in cui viene dato il comando di inizio iniezione.
Infatti, come è noto, l'iniezione di combustibile avviene in anticipo rispetto al punto morto superiore (angolo motore A pari a zero); quindi, nel caso di funzionamento corretto, l'accensione avviene approssimativamente al punto morto superiore e il segnale accelerometrico S presenta piccole oscillazioni, dovute alla combustione, dopo tale punto morto superiore .
Viceversa, la presenza di una condizione di iniettore 7 bloccato aperto dà origine ad una combustione anticipata ed il corrispondente segnale accelerometrico S (fig. 5) presenta oscillazioni di ampiezze elevate che iniziano ben prima del punto morto superiore. Di conseguenza, confrontando l'ampiezza del segnale accelerometrico S con un valore di riferimento di ampiezza prefissato Sth e rilevando l'angolo motore Ao (angolo di superamento) in cui tale ampiezza supera il valore di riferimento Sth, è possibile rilevare la condizione di iniettore 7 bloccato aperto.
Secondo quanto illustrato in fig. 2, quindi, dopo aver acquisito il segnale accelerometrico S ed i segnali di posizione Φι e Φ2 (blocco 25), viene eseguito un confronto tra il valore misurato dell'ampiezza del segnale accelerometrico S e un valore di riferimento di ampiezza prefissato Sth (blocco 26).
Se il valore misurato supera il valore di riferimento Sth (uscita SI' dal blocco 26), allora si è in presenza di una combustione anomala e viene generato un indicatore di guasto, altrimenti (uscita NO dal blocco 26) si è in presenza di combustione normale e viene terminata la diagnosi.
Il confronto dell'ampiezza del segnale accelerometrico S con il valore di riferimento di ampiezza prefissato Sth sarebbe di per sé già sufficiente per diagnosticare una condizione di iniettore 7 bloccato aperto e generare, di conseguenza, un segnale di guasto utilizzabile per segnalare il malfunzionamento dell'iniettore 7.
Per maggiore precisione, tuttavia, secondo la figura 2, viene eseguita una ulteriore verifica sulla fase del segnale accelerometrico S.
Viene infatti determinato l'angolo motore di superamento Ao in corrispondenza del quale il segnale accelerometrico S supera il valore di riferimento di ampiezza prefissato Sth (blocco 27).
Tale angolo motore di superamento Ao viene poi confrontato con un valore di riferimento angolare prefissato Ath pari o correlato all'angolo motore in corrispondenza del quale avviene l'iniezione di combustibile in ciascuno dei cilindri 4 in una combustione normale (blocco 28).
Se tale angolo motore di superamento Ao è minore del valore di riferimento angolare prefissato Ath (uscita SI' dal blocco 28), allora viene diagnosticata la presenza di un iniettore 7 bloccato aperto e generato un segnale di guasto (blocco 29) utilizzato per segnalare il malfunzionamento di un iniettore 7, altrimenti (uscita NO dal blocco 28) la diagnosi viene terminata .
In alternativa, la diagnosi secondo i blocchi 25-29 viene ripetuta ciclicamente, per controllare continuamente il funzionamento dell'impianto di iniezione 1.
I valori di riferimento Sth e Ath utilizzati nei blocchi 26 e 28 sono funzioni del carico e del regime di funzionamento del motore 2 e sono memorizzati in una mappa.
La verifica della fase del segnale accelerometrico S sulla base anche del secondo segnale di posizione Φ2 fornito dal secondo sensore di posizione 19 disposto sull'albero a camme 6, consente inoltre di determinare univocamente in quale cilindro 4 sta avvenendo la combustione anomala, semplicemente osservando la fase del segnale accelerometrico S rispetto alla successione dei punti morti superiori di scoppio nei sìngoli cilindri 4.
Il rilevamento di una condizione di iniettore 7 bloccato aperto consente in questo caso di generare un segnale di guasto (blocco 29) utilizzato per segnalare il malfunzionamento dell'iniettore 7 che alimenta il cilindro 4 in cui avviene la combustione anomala ed eventualmente escludere tale iniettore 7, in modo da evitare il danneggiamento del motore 2.
I vantaggi del presente metodo sono i seguenti. Innanzitutto esso permette di valutare con elevata sicurezza l'eventuale presenza di un iniettore 7 bloccato aperto, qualora vengano eseguiti entrambi i confronti sul segnale accelerometrico S, ma fornisce già indicazioni affidabili anche solo nel caso di verifica di ampiezza.
Inoltre esso consente di determinare con precisione quale iniettore 7 è bloccato aperto.
Infine, il presente metodo è semplice, di facile implementazione e richiede modifiche ridotte all'impianto di iniezione 1, ovvero solo l'aggiunta di un sensore accelerometrico e di un dispositivo di trattamento del suo segnale di uscita di per sé noti, dato che le operazioni richieste possono essere eseguite direttamente dalla centralina che controlla l'iniezione elettronica.
Risulta infine chiaro che al metodo qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.
Ad esempio il sensore accelerometrico 20 può essere posizionato sulla testa del motore anziché sul basamento 3 oppure, al posto del singolo sensore 20, possono essere utilizzati più sensori accelerometrici 20 posizionati su più punti del motore 2, qualora un solo sensore accelerometrico 20 non sia sufficiente a generare un segnale accelerometrico S di ampiezza tale da consentire l'eventuale identificazione di guasto per ogni cilindro 4.
Claims (1)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1. Metodo di diagnosi di guasti di iniettori di impianti di iniezione ad alta pressione per motori a combustione interna, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - generare un segnale accelerometrico (S) correlato all'intensità di vibrazioni presenti in un motore; confrontare detto segnale accelerometrico con valori di riferimento (Sth, Ath); e - determinare una condizione di guasto nel caso in cui detto segnale accelerometrico (S) presenti una relazione prefissata con detti valori di riferimento (Sth/ Ath)· 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di confrontare detto segnale accelerometrico (S) con valori di riferimento (Sth/ Ath) comprende la fase di: confrontare l’ampiezza di detto segnale accelerometrico (S) con un valore di riferimento di ampiezza prefissato (Sth). 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta fase di determinare una condizione di guasto comprende la fase di: - generare un indicatore di guasto (SI/NO) qualora l'ampiezza di detto segnale accelerometrico (S) superi detto valore di riferimento di ampiezza prefissato (Sth)-4 Metodo secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che detta fase di confrontare detto segnale accelerometrico (S) con valori di riferimento (Sthr Ath) comprende inoltre la fase di: determinare un valore di angolo motore di superamento (Ao) non appena l'ampiezza di detto segnale accelerometrico (S) supera detto valore di riferimento di ampiezza prefissato (Sth); e - confrontare detto valore di angolo motore di superamento (Ao) con un valore di riferimento angolare prefissato (Ath). 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta fase di determinare una condizione di guasto comprende la fase di: - generare un segnale di guasto nel caso in cui detto valore di angolo motore di superamento (Ao) sia minore di detto valore di riferimento angolare prefissato {Ath). 6. Unità di diagnosi di guasti di iniettori di impianti di iniezione ad alta pressione per un motore a combustione interna, caratterizzata dal fatto di comprendere un sensore accelerometrico (20) generante un segnale accelerometrico (S) correlato all'intensità di vibrazioni presenti in un motore (2); mezzi comparatori (26, 28) collegati a detto sensore accelerometrico (20) per confrontare detto segnale accelerometrico (S) con valori di riferimento (Sth/ Ath); e mezzi rilevatori di guasto (29) per determinare una condizione di guasto nel caso in cui detto segnale accelerometrico (S) presenti una relazione prefissata con detti valori di riferimento (Sth/ Ath)· 7. Unità secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detti mezzi comparatori (26, 28) comprendono un comparatore d'ampiezza (26) atto a confrontare l'ampiezza di detto segnale accelerometrico (S) con un valore di riferimento di ampiezza prefissato (Sth) e a generare un indicatore di guasto (SI/NO) qualora l'ampiezza di detto segnale accelerometrico (S) superi detto valore di riferimento di ampiezza prefissato (Sth)· 8. Unità secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi rilevatori di fase (27) atti a generare un valore di angolo motore · di superamento (Ao) non appena l'ampiezza di detto segnale accelerometrico (S) supera detto valore di riferimento di ampiezza prefissato (Sth); e dal fatto che detti mezzi comparatori (26, 28) comprendono un comparatore di fase (28) atto a confrontare detto valore di angolo motore di superamento (Ao) con un valore di riferimento angolare prefissato (Ath). 9 Unità secondo la rivendicazione 8 caratterizzata dal fatto che detti mezzi rilevatori di guasto (29) comprendono mezzi generatori atti generare un segnale di guasto qualora detto valore di angolo motore di superamento (Ao) sia inferiore a detto valore di riferimento angolare prefissato (Ath)· 10. Metodo ed unità di diagnosi di guasti di iniettori di impianti di iniezione ad alta pressione per motori a combustione interna, come sostanzialmente descritti con riferimento ai disegni allegati.
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