ITUB20153388A1

ITUB20153388A1 - METHOD OF CONTROL OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE TO DIAGNOST THE POWER SUPPLY INTERRUPTION TO IGNITION COILS

Info

Publication number: ITUB20153388A1
Application number: ITUB2015A003388A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Sartoni; Simone Paolin; Luca Poggio
Original assignee: Ferrari Spa
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2017-03-03

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

"METODO DI CONTROLLO DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA PER DIAGNOSTICARE L'INTERRUZIONE DI ALIMENTAZIONE ALLE BOBINE DI ACCENSIONE" "METHOD OF CHECKING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE FOR DIAGNOSTICING THE POWER FAILURE TO THE IGNITION COILS"

SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR

La presente invenzione è relativa ad un metodo di controllo di un motore a combustione interna per diagnosticare 1'interruzione di alimentazione alle bobine di accensione. The present invention relates to a control method of an internal combustion engine for diagnosing the interruption of power supply to the ignition coils.

ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART

In un motore a combustione interna ad accensione comandata, ciascun cilindro è provvisto di (almeno) una candela di accensione, la quale genera una scintilla di accensione che innesca la combustione della miscela all'interno del cilindro al termine della fase di compressione. Ciascuna candela di accensione riceve un impulso elettrico attraverso una bobina di accensione che viene pilotata da una unità di controllo dell'accensione (ovvero da una centralina di controllo elettronica); nei moderni motori a combustione interna, l'unità di controllo dell'accensione oltre a pilotare le bobine di accensione per generare la scintilla nelle candele misura ed analizza le cosiddette correnti ionizzanti che si generano tra i due elettrodi di ciascuna candela durante la combustione e per effetto della combustione (tale analisi permette di ricavare diverse informazioni sull'andamento della combustione ed in particolare la presenza di detonazione). In a positive ignition internal combustion engine, each cylinder is equipped with (at least) one spark plug, which generates an ignition spark that triggers the combustion of the mixture inside the cylinder at the end of the compression phase. Each spark plug receives an electrical impulse through an ignition coil which is piloted by an ignition control unit (ie by an electronic control unit); in modern internal combustion engines, the ignition control unit, in addition to driving the ignition coils to generate the spark in the spark plugs, measures and analyzes the so-called ionizing currents that are generated between the two electrodes of each spark plug during combustion and for effect of combustion (this analysis allows to obtain various information on the combustion trend and in particular the presence of detonation).

Per proteggere l'impianto elettrico del veicolo da eventuali corto-circuiti o sovraccarichi elettrici delle bobine di accensione, le bobine di accensione sono normalmente collegate all'alimentazione elettrica (ovvero al morsetto positivo della batteria) mediante un fusibile di protezione. E' necessario conoscere con tempestività l'intervento (ovvero l'apertura, la rottura) del fusibile di protezione delle bobine di accensione per potere interrompere immediatamente l'iniezione di carburante: il carburante che viene iniettato quando le bobine di accensione sono fuori uso (essendo prive della indispensabile alimentazione elettrica) non brucia nei cilindri ed arriva sostanzialmente integro nei catalizzatori del sistema di scarico in cui si incendia determinano un surriscaldamento indesiderato ed incontrollato dei catalizzatori che se eccessivo e/o prolungato può anche determinare un danneggiamento dei catalizzatori stessi. To protect the vehicle's electrical system from any short-circuits or electrical overloads of the ignition coils, the ignition coils are normally connected to the power supply (i.e. to the positive terminal of the battery) by means of a protection fuse. It is necessary to know in a timely manner the intervention (i.e. opening, breaking) of the protection fuse of the ignition coils to be able to immediately interrupt the fuel injection: the fuel that is injected when the ignition coils are out of order ( being devoid of the essential electrical power supply) it does not burn in the cylinders and arrives substantially intact in the catalysts of the exhaust system where it ignites, causing unwanted and uncontrolled overheating of the catalysts which, if excessive and / or prolonged, can also cause damage to the catalysts themselves.

Attualmente, per conoscere con tempestività l'intervento (ovvero l'apertura, la rottura) del fusibile di protezione delle bobine è stato proposto di monitorare la continuità elettrica del fusibile con un apposito sensore (che ad esempio potrebbe misurare la tensione elettrica a valle del fusibile); tuttavia, tale scelta comporta un aumento nei costi di produzione del motore (dovuto al costo di acquisto del sensore, al costo di installazione del sensore, al costo di cablaggio del sensore alla centralina di controllo elettronica, ed al costo di dimensionare la centralina di controllo elettronica per acquisire un ulteriore segnale di ingresso). Inoltre, anche il sensore che monitora la continuità elettrica del fusibile può essere soggetto a malfunzionamento di cui è necessario in qualche modo tenere conto con un ulteriore aumento della complessità della strategia di controllo. Currently, in order to promptly know the intervention (i.e. opening, breaking) of the coil protection fuse, it has been proposed to monitor the electrical continuity of the fuse with a special sensor (which, for example, could measure the electrical voltage downstream of the fuse); however, this choice involves an increase in the production costs of the motor (due to the purchase cost of the sensor, the cost of installing the sensor, the cost of wiring the sensor to the electronic control unit, and the cost of sizing the control unit electronics to acquire an additional input signal). In addition, the sensor that monitors the electrical continuity of the fuse may also be subject to malfunctioning which must somehow be taken into account with a further increase in the complexity of the control strategy.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo di controllo di un motore a combustione interna per diagnosticare 1'interruzione di alimentazione alle bobine di accensione, il quale metodo di controllo sia esente dagli inconvenienti sopra descritti ed in particolare permetta di diagnosticare 1'interruzione di alimentazione alle bobine di accensione in modo semplice, economico ed affidabile. The object of the present invention is to provide a control method of an internal combustion engine for diagnosing the interruption of power supply to the ignition coils, which control method is free from the drawbacks described above and in particular allows to diagnose the interruption of ignition. power supply to ignition coils in a simple, economical and reliable way.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di controllo di un motore a combustione interna per diagnosticare 1'interruzione di alimentazione alle bobine di accensione, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate. According to the present invention, an internal combustion engine control method is provided for diagnosing the interruption of power supply to the ignition coils, according to what is claimed by the attached claims.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

• la figura 1 è una vista schematica ed in pianta di un motore a combustione interna ad accensione comandata della miscela operante secondo il metodo di controllo della presente invenzione; e Figure 1 is a schematic and plan view of an internal combustion engine with controlled ignition of the mixture operating according to the control method of the present invention; And

• la figura 2 è una vista schematica di una singola bobina di accensione del motore a combustione interna della figura 1. Figure 2 is a schematic view of a single ignition coil of the internal combustion engine of Figure 1.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION

Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un motore a combustione interna ad accensione comandata della miscela provvisto di otto cilindri 2 (numerati da I a Vili) raggruppati in due bancate 3 comprendente ciascuna quattro cilindri 2, Le due bancate 3 sono disposte tra loro a "V" formando un angolo di 90°. In figure 1, the number 1 indicates as a whole an internal combustion engine with controlled ignition of the mixture provided with eight cylinders 2 (numbered from I to VIII) grouped in two banks 3 each comprising four cylinders 2, The two banks 3 they are arranged in a "V" shape, forming an angle of 90 °.

Ciascun cilindro 2 è provvisto di (almeno) una candela 4 di accensione (illustrata nella figura 2), la quale genera una scintilla di accensione che innesca la combustione della miscela all'interno del cilindro al termine della fase di compressione; inoltre, ciascun cilindro 2 è provvisto di una bobina 5 di accensione che è elettricamente collegata alla candela 4 di accensione per fornire alla candela 4 di accensione stessa un impulso elettrico che genera la scintilla di accensione. Ciascuna bobina 5 di accensione è collegata alla alimentazione elettrica (ovvero al morsetto 6 positivo della batteria 7 presentante una tensione di 12 Volt rispetto alla massa elettrica) attraverso un fusibile 8 di protezione per proteggere l'impianto elettrico da eventuali corto-circuiti o sovraccarichi elettrici delle bobine 5 di accensione. Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nella figura 1, sono previsti due fusibili 8 di protezione, ciascuno dei quali è interposto tra l'alimentazione elettrica e le bobine 5 di accensione dei quattro cilindri 2 di una stessa bancata 3; in altre parole, le due bancate 3 sono tra loro indipendenti e quindi le bobine 5 di accensione dei quattro cilindri 2 di ciascuna bancata solo collegate alla alimentazione elettrica mediante un corrispondente fusibile 8 di protezione separato ed indipendente dal fusibile 8 di protezione dell'altra bancata 3. Each cylinder 2 is provided with (at least) one spark plug 4 (illustrated in Figure 2), which generates an ignition spark which triggers the combustion of the mixture inside the cylinder at the end of the compression phase; moreover, each cylinder 2 is provided with an ignition coil 5 which is electrically connected to the spark plug 4 to supply the spark plug 4 itself with an electrical impulse which generates the ignition spark. Each ignition coil 5 is connected to the electrical power supply (i.e. to the positive terminal 6 of the battery 7 having a voltage of 12 Volts with respect to the electrical ground) through a protection fuse 8 to protect the electrical system from any short-circuits or electrical overloads of ignition coils 5. According to a preferred embodiment illustrated in Figure 1, two protection fuses 8 are provided, each of which is interposed between the power supply and the ignition coils 5 of the four cylinders 2 of the same bank 3; in other words, the two banks 3 are independent from each other and therefore the ignition coils 5 of the four cylinders 2 of each bank are only connected to the power supply by means of a corresponding protection fuse 8 separate and independent from the protection fuse 8 of the other bank 3.

Il motore 1 a combustione interna comprende una unità 9 di controllo dell'accensione (ovvero una centralina di controllo elettronica), la quale pilota ciascuna bobina 5 di accensione in modo noto e come meglio illustrato nella figura 2. Secondo quanto illustrato nella figura 2, l'unità 9 di controllo dell'accensione, oltre a pilotare le bobine 5 di accensione per generare la scintilla nelle candele 4 di accensione, misura ed analizza le cosiddette correnti ionizzanti (o correnti di ionizzazione) che si generano tra i due elettrodi di ciascuna candela 4 di accensione durante la combustione e per effetto della combustione; tale analisi permette, tra le altre cose, di valutare la qualità della combustione rilevando in particolare le mancate combustioni, ovvero l'assenza di combustione, pur in presenza della scintilla. In particolare, la presenza di combustione in ciascun cilindro 2 viene determinata analizzando la corrente di ionizzazione che attraversa gli elettrodi della corrispondente candela 4 di accensione negli istanti successivi allo scoccare della scintilla; viene determinata una mancata combustione in un cilindro 2 quando la corrente di ionizzazione che attraversa gli elettrodi della corrispondente candela 4 di accensione negli istanti successivi allo scoccare della scintilla è inferiore ad una soglia (ovvero quando la corrente di ionizzazione è debole o assente). The internal combustion engine 1 comprises an ignition control unit 9 (i.e. an electronic control unit), which drives each ignition coil 5 in a known way and as better illustrated in Figure 2. As illustrated in Figure 2, the ignition control unit 9, in addition to driving the ignition coils 5 to generate the spark in the spark plugs 4, measures and analyzes the so-called ionizing currents (or ionization currents) that are generated between the two electrodes of each spark plug 4 during combustion and as a result of combustion; this analysis allows, among other things, to evaluate the quality of the combustion by noting in particular the missing combustion, or the absence of combustion, even in the presence of the spark. In particular, the presence of combustion in each cylinder 2 is determined by analyzing the ionization current that flows through the electrodes of the corresponding spark plug 4 in the instants following the striking of the spark; a lack of combustion is determined in a cylinder 2 when the ionization current which passes through the electrodes of the corresponding spark plug 4 in the instants following the striking of the spark is lower than a threshold (i.e. when the ionization current is weak or absent).

Inoltre, l'unità 9 di controllo dell'accensione è in grado di diagnosticare (ad esempio analizzando tensione/corrente di alimentazione delle candele 4 di accensione) una eventuale mancata accensione di una candela 4 di accensione, ovvero il mancato scocco della scintilla in una candela 4 di accensione. Furthermore, the ignition control unit 9 is able to diagnose (for example by analyzing the supply voltage / current of the spark plugs 4) a possible failure to ignite a spark plug 4, that is, the failure of the spark to strike in a spark plug 4.

In ciascuna bancata 3, le quattro bobine 5 di accensione della stessa bancata 3 sono collegate all'alimentazione elettrica (ovvero al morsetto 6 positivo della batteria 7) mediante uno stesso fusibile 8 di protezione comune; è necessario conoscere con tempestività l'intervento (ovvero l'apertura, la rottura) del fusibile 8 di protezione per potere interrompere immediatamente 1'iniezione di carburante in tutti i cilindri 2 della bancata 3; infatti, il carburante che viene iniettato quando le bobine 5 di accensione sono fuori uso (essendo prive della indispensabile alimentazione elettrica) non brucia nei cilindri 2 ed arriva sostanzialmente integro nei catalizzatori del sistema di scarico in cui si incendia determinano un surriscaldamento indesiderato ed incontrollato dei catalizzatori che se eccessivo e/o prolungato può anche determinare un danneggiamento dei catalizzatori stessi. In each bank 3, the four ignition coils 5 of the same bank 3 are connected to the electrical power supply (ie to the positive terminal 6 of the battery 7) by means of the same common protection fuse 8; it is necessary to know in a timely manner the intervention (ie the opening, the breaking) of the protection fuse 8 in order to be able to immediately interrupt the injection of fuel in all the cylinders 2 of the bank 3; in fact, the fuel which is injected when the ignition coils 5 are out of order (since they lack the indispensable electrical power supply) does not burn in the cylinders 2 and arrives substantially intact in the catalysts of the exhaust system in which it ignites, causing unwanted and uncontrolled overheating of the catalysts which, if excessive and / or prolonged, can also cause damage to the catalysts themselves.

In uso, l'unità 9 di controllo dell'accensione oltre a pilotare le candele 4 di accensione attraverso le bobine 5 di accensione determina ciclicamente la presenza di combustione nei cilindri 2 in seguito al pilotaggio delle candele 4 di accensione e determina ciclicamente l'effettiva accensione (cioè l'effettivo scosso della scintilla) delle candele 4 di accensione; in altre parole, dopo avere pilotato ciascuna candela 4 di accensione per generare la scintilla nel corrispondente cilindro 2, l'unità 9 di controllo dell'accensione verifica se nel cilindro 2 stesso è avvenuta l'accensione (cioè l'effettivo scosso della scintilla)della candela 4 di accensione e verifica se nel cilindro 2 stesso è avvenuta la combustione (cioè se era effettivamente presente della combustione). L'unità 9 di controllo diagnostica una interruzione di alimentazione elettrica alle bobine 5 di accensione di una stessa bancata 3 in caso di mancata accensione in tutti i cilindri 2 della bancata 3 in una stessa sequenza di accensioni (ovvero in uno stesso ciclo di accensioni successive dei quattro cilindri 2 della stessa bancata 3). In use, the ignition control unit 9 in addition to driving the spark plugs 4 through the ignition coils 5 cyclically determines the presence of combustion in the cylinders 2 following the piloting of the spark plugs 4 and cyclically determines the actual ignition (i.e. the actual shock of the spark) of the spark plugs 4; in other words, after having piloted each spark plug 4 to generate the spark in the corresponding cylinder 2, the ignition control unit 9 verifies whether ignition has occurred in the cylinder 2 itself (i.e. the actual shock of the spark) of the spark plug 4 and checks whether combustion has occurred in the cylinder 2 itself (i.e. whether combustion was actually present). The control unit 9 diagnoses an interruption in the electrical power supply to the ignition coils 5 of the same bank 3 in the event of a misfire in all the cylinders 2 of the bank 3 in the same ignition sequence (i.e. in the same cycle of successive ignitions of the four cylinders 2 of the same bank 3).

In altre parole, la rottura di un fusibile 8 di protezione di una bancata 3 causa il mancato funzionamento di tutte le candele 4 di accensione accoppiate alle bobine 5 di accensione la cui linea di alimentazione è protetta dal fusibile 8 di protezione (ovvero il mancato funzionamento di tutte le candele 4 di accensione della bancata 3). Pertanto l'unità 9 di controllo dichiara (diagnostica) la rottura di un fusibile 8 di protezione di una bancata 3 quando rileva la mancata accensione in ordine di combustione nei cilindri 2 facenti parte della bancata 3 stessa. In other words, the breaking of a protection fuse 8 of a bank 3 causes the failure of all the spark plugs 4 coupled to the ignition coils 5 whose supply line is protected by the protection fuse 8 (i.e. the failure of all the spark plugs 4 of the bank 3). Therefore, the control unit 9 declares (diagnostics) the breaking of a protection fuse 8 of a bank 3 when it detects the misfire in order of combustion in the cylinders 2 forming part of the bank 3 itself.

Ad esempio, nel motore 1 a combustione interna illustrato nella figura 1, l'ordine di combustione dei cilindri 2 è I-VIII-III-VI-IV-V-II-VII, Se il fusibile 8 di protezione della bancata 3 dei cilindri 2I-IV si apre, le candele 4 di accensione dei cilindri 2I-IV non generano più scintille e quindi l'unità 9 di controllo dell'accensione dichiara (diagnostica) in guasto il fusibile 8 di protezione della bancata 3 dei cilindri 2I-IV perché rileva la mancata combustione nel cilindri 2I-IV nel seguente ordine: I-III-IV-II. Allo stesso modo, se il fusibile 8 di protezione della bancata 3 dei cilindri 2V-VIII si apre, le candele 4 di accensione dei cilindri 2V-VIII non generano più scintille e quindi l'unità 9 di controllo dichiara (diagnostica) in guasto il fusibile 8 di protezione della bancata 3 dei cilindri 2V-VIII perché seguente la mancata combustione nel cilindri 2V-VIII nel seguente ordine: VIII-VI-V-VII. For example, in the internal combustion engine 1 shown in Figure 1, the combustion order of cylinders 2 is I-VIII-III-VI-IV-V-II-VII, If the cylinder bank 3 protection fuse 8 2I-IV opens, the spark plugs 4 of cylinders 2I-IV no longer generate sparks and therefore the ignition control unit 9 declares (diagnostics) faulty the protection fuse 8 of bank 3 of cylinders 2I-IV because it detects the lack of combustion in cylinders 2I-IV in the following order: I-III-IV-II. Similarly, if the protection fuse 8 of bank 3 of cylinders 2V-VIII opens, the spark plugs 4 of cylinders 2V-VIII no longer generate sparks and therefore the control unit 9 declares (diagnostics) faulty the fuse 8 to protect bank 3 of cylinders 2V-VIII because it follows the failure of combustion in cylinders 2V-VIII in the following order: VIII-VI-V-VII.

L'obiettivo finale della strategia è evitare che il sistema di iniezione continui ad iniettare carburante nei cilindri 2 le cui bobine 5 di accensione non sono più alimentate a causa della rottura del corrispondente fusibile 8 di protezione. Pertanto una volta che è stata diagnosticata una interruzione di alimentazione elettrica alle bobine 5 di accensione di una bancata 3 viene tempestivamente tagliata 1'iniezione di carburante nei corrispondenti cilindri 2. The final objective of the strategy is to prevent the injection system from continuing to inject fuel into the cylinders 2 whose ignition coils 5 are no longer powered due to the breaking of the corresponding protection fuse 8. Therefore, once an interruption in the electrical supply to the ignition coils 5 of a bank 3 has been diagnosed, the injection of fuel in the corresponding cylinders 2 is promptly cut off.

Il metodo di controllo è stato descritto con riferimento ad un motore a "V" con otto cilindri 2, ma è evidente che il metodo di controllo si applica a qualunque tipo di motore a combustione interna ad accensione comandata della miscela provvisto di almeno due cilindri 2 disposti in qualunque modo (in linea, a V, contrapposti. ..). The control method has been described with reference to a "V" engine with eight cylinders 2, but it is evident that the control method applies to any type of positive ignition internal combustion engine of the mixture equipped with at least two cylinders 2 arranged in any way (in line, V, opposite. ..).

Il metodo di controllo sopra descritto presenta numerosi vantaggi. The control method described above has numerous advantages.

In primo luogo, il metodo di controllo sopra descritto permette di individuare in modo efficace (ovvero senza errori sia come mancato riconoscimento, sia come falso positivo) ed efficiente (ovvero molto rapidamente) una interruzione di alimentazione elettrica alle bobine di accensione di una stessa bancata 3 di cilindri 2. In sostanza, utilizzando il metodo di controllo sopra descritto è possibile individuare in tempi rapidissimi il guasto di un fusibile 8 di protezione ed informare di conseguenza il sistema di controllo motore, il quale interromperà 1'iniezione di benzina nei cilindri 2 coinvolti evitando che benzina incombusta raggiunga il catalizzatore . In the first place, the control method described above allows to identify in an effective (i.e. without errors both as a lack of recognition and as a false positive) and efficient (i.e. very quickly) an interruption in the power supply to the ignition coils of the same bank. 3 of cylinders 2. Basically, using the control method described above it is possible to identify in a very short time the failure of a protection fuse 8 and consequently inform the engine control system, which will interrupt the injection of petrol in the cylinders 2 involved preventing unburned gasoline from reaching the catalyst.

Inoltre, il metodo di controllo sopra descritto è di semplice ed economica implementazione, in quanto non richiede l'aggiunta di alcun componente fisico (ovvero 1'hardware del sistema non viene in alcun modo modificato) ma è completamente realizzabile via software. E' importante osservare che il metodo di controllo sopra descritto non impegna né una elevata capacità di calcolo, né una estesa quantità di memoria e quindi la sua implementazione è possibile in qualunque unità di controllo dell'accensione nota senza necessità di aggiornamenti o potenziamenti. Furthermore, the control method described above is simple and inexpensive to implement, as it does not require the addition of any physical component (ie the system hardware is not modified in any way) but can be completely implemented via software. It is important to note that the control method described above does not use either a high computing capacity or an extensive amount of memory and therefore its implementation is possible in any known ignition control unit without the need for updates or enhancements.

Claims

R IV E N D I C A Z I O N I 1) Method of controlling an internal combustion engine (1) with positive ignition of the mixture, which comprises at least two cylinders (2) equipped with respective spark plugs (4) and respective ignition coils (5) connected together with an electric power supply; the control method comprises the step of determining the ignition of the spark plugs (4) in the cylinders (2) following the piloting of the spark plugs (4) themselves; the control method is characterized by the fact of including the further step of diagnosing an interruption in the electrical supply to the ignition coils (5) in the event of a misfire of the spark plugs (4) in all cylinders (2) in the same ignition sequence.

2) Control method according to claim 1, wherein the ignition sequence provides for the ignition of all the cylinders (2) in a predetermined ignition order.

3) Control method according to claim 1 or 2, wherein the ignition coils (5) are connected to the power supply by means of the same common protection fuse (8).