ITUB20154998A1 - Metodo di stima dell'indice mfb50 di combustione e della coppia istantanea generata dai cilindri di un motore a combustione interna - Google Patents

Metodo di stima dell'indice mfb50 di combustione e della coppia istantanea generata dai cilindri di un motore a combustione interna Download PDF

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combustion
angular
mfb50
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Federico Stola
Cesare Matteo De
Fabrizio Ponti
Vittorio Ravaglioli
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Magneti Marelli Spa
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Description

"METODO DI STIMA DELL'INDICE MFB50 DI COMBUSTIONE E DELLA COPPIA ISTANTANEA GENERATA DAI CILINDRI DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA"
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione è relativa ad un metodo di stima dell'indice MFB50 di combustione e della coppia istantanea generata dai cilindri di un albero motore di un motore a combustione interna.
ARTE ANTERIORE
Nei motori a combustione interna ad accensione comandata della miscela (cioè nei motori a combustione interna operanti secondo il ciclo "Otto" ed alimentati a benzina, metano, EPL o simili) è noto da molti anni di utilizzare come grandezza di controllo l'indice MFB50 di combustione. In un motore a combustione interna ad accensione comandata della miscela l'istante di inizio della combustione (dipendente dall'istante di scocco della scintilla di accensione) è noto con certezza e precisione e viene comandato a priori dalla strategia di controllo del motore mediante il controllo dell'anticipo di accensione, quindi la determinazione l'indice MFB50 di combustione è relativamente semplice.
Invece, nei motori a combustione interna ad accensione spontanea della miscela (cioè nei motori a combustione interna operanti secondo il ciclo ''Diesel'' ed alimentati a gasolio o simili) non viene utilizzato come grandezza di controllo l'indice MFB50 di combustione a causa delle notevole difficoltà di stimare tale indice MFB50 di combustione in modo efficiente (cioè con una adeguata precisione), efficace (cioè rapidamente e senza impegnare una eccessiva potenza di calcolo), ed economico (cioè senza richiedere 1'installazione di componenti aggiuntivi rispetto a quelli normalmente presenti).
Attualmente, per determinare 1'indice MFB50 di combustione vengono utilizzati dei sensori di pressione affacciati in camera di combustione capaci di misurare direttamente la pressione presente all'interno dei cilindri; tuttavia, tali sensori di pressione risultano estremamente costosi e presentano una limitata affidabilità nel tempo e quindi risultano inadatti ad un utilizzo estensivo in vetture di serie.
Per risolvere i sopra descritti inconvenienti, nella domanda di brevetto EP2022967A1 è stato proposto un metodo di stima dell'indice MFB50 di combustione e della coppia indicata in un cilindro di un motore a combustione interna ad accensione spontanea della miscela provvisto di un albero motore accoppiato ad una ruota fonica presentante un numero di denti. Il metodo di stima prevede le fasi di: leggere il passaggio di ciascun dente della ruota fonica davanti ad un sensore;
determinare la velocità angolare dell'albero motore ad ogni evento dente della ruota fonica;
determinare, mediante una analisi frequenziale delle velocità angolari dell'albero motore, almeno una armonica del segnale di velocità caratterizzata da un proprio modulo e da una propria fase;
determinare un modello meccanico inverso della trasmissione che rappresenta, nel dominio della frequenza, il rapporto tra le trasformate di Fourier della velocità angolare e della coppia del motore a combustione interna; determinare almeno una armonica di coppia caratterizzata da un proprio modulo e da una propria fase applicando all'armonica del segnale di velocità il modello meccanico inverso della trasmissione;
determinare una prima funzione algebrica che mette in relazione l'indice MFB50 di combustione con la fase dell'armonica di coppia n-esima ed una seconda funzione algebrica che mette in relazione la coppia indicata con il modulo dell'armonica di coppia n-esima; e
determinare 1'indice MFB50 di combustione applicando la funzione algebrica all'armonica di coppia n-esima e determinare la coppia indicata applicando la seconda funzione algebrica all'armonica di coppia n-esima.
Il metodo di stima descritto nella domanda di brevetto EP2022967A1 è efficiente (cioè permette di stimare l'indice MFB50 di combustione e la coppia indicata con una notevole precisione), efficace (cioè permette di stimare l'indice MFB50 di combustione e la coppia indicata rapidamente e senza impegnare una eccessiva potenza di calcolo), ed economico (cioè non richiede l'installazione di componenti aggiuntivi rispetto a quelli normalmente presenti in un moderno motore a combustione interna operante secondo il ciclo "Diesel'').
Tuttavia, il metodo di stima descritto nella domanda di brevetto EP2022967A1 presenta lo svantaggio di utilizzare un modello meccanico inverso della trasmissione relativamente complesso che, per fornire stime precise, necessita di considerare anche le coppie inerziali dovute alle masse in moto alternativo (ad esempio le masse dei pistoni). Considerare le coppie inerziali richiede la conoscenza di diversi parametri del motore e comporta un aumento sensibile della potenza di calcolo richiesta e delle prove di calibrazione necessarie alla definizione del modello.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo di stima dell'indice MFB5Q di combustione e della coppia istantanea generata dai cilindri di un albero motore di un motore a combustione interna, il quale metodo sia privo degli inconvenienti sopra descritti.
Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di stima dell'indice MFB50 di combustione e della coppia istantanea generata dai cilindri di un albero motore di un motore a combustione interna secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
- la figura 1 è una vista schematica di una prima forma di attuazione di un motore a combustione interna provvisto di una centralina di controllo che implementa il metodo di stima oggetto della presente invenzione;
- la figura 2 illustra l'andamento della velocità angolare istantanea rilevato da due sensori di posizione della figura 1;
- la figura 3 illustra l'andamento della torsione relativa istantanea dell'albero motore della figura 1 per un punto motore a 2000 rpm di velocità angolare istantanea media;
- la figura 4 illustra la correlazione fra la torsione media dell'albero motore della figura 1 e la coppia prodotta durante la combustione per ciascun cilindro della figura 1;
- la figura 5 illustra la correlazione fra la torsione media dell'albero motore della figura 1 e 1'indice MFB50 di combustione per ciascun cilindro della figura 1; e
- la figura 6 è una vista schematica di una seconda forma di attuazione del motore a combustione interna della figura 1.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un motore a combustione interna montato a bordo di un veicolo stradale che è provvisto di una linea di trasmissione per trasmettere a terra la coppia motrice generata dal motore 1 a combustione. Il motore 1 a combustione interna comprende quattro cilindri 2 (indicati con I, II, III, IV), ciascuno dei quali alloggia un rispettivo pistone 3 meccanicamente collegato mediante una biella ad un albero 4 motore per trasmettere all'albero 4 motore stesso la forza generata dalla combustione all'interno del cilindro 2.
All'albero 4 motore sono calettate due ruote 5, 5* foniche. Ciascuna ruota 5, 5* fonica è calettata in corrispondenza di una estremità dell'albero 4 motore; la ruota 5 fonica è calettata in corrispondenza della estremità dell'albero 4 motore in corrispondenza del volano e la ruota 5* fonica è calettata in corrispondenza della estremità dell'albero 4 motore in corrispondenza della cinghia di distribuzione. Ciascuna ruota 5, 5* fonica è provvista di un numero N (ad esempio 60) di denti 6 (uguale fra le due ruote 5, 5* foniche) ed è accoppiata ad un rispettivo sensore 7, 7*, il quale è atto a rilevare il tempo intercorso tra il passaggio di due denti 6 consecutivi. I denti 6 di ciascuna ruota 5, 5* fonica sono tra loro equispaziati ad eccezione di una coppia di denti 6 che sono disposti tra loro ad una distanza maggiore degli altri per costituire una singolarità che permette di identificare con precisione ciascun dente 6 e quindi la posizione angolare di ciascuna ruota 5, 5* fonica (cioè dell'albero 4 motore). Il motore 1 comprende, inoltre, una centralina 8 di controllo collegata ai sensori 7, 7*.
Viene di seguito descritta la modalità utilizzata dalla centralina 8 di controllo per stimare in uso la coppia Ti_reaiistantanea effettiva erogata da ciascun cilindro 2 utilizzando le informazioni fornite dai sensori 7, 7* accoppiati rispettive ruote 5, 5* foniche.
Ciascun sensore 7, 7* è predisposto per rilevare una serie di grandezze, fra cui:
- durata TÌdel dente 6 i-esimo di ciascuna ruota 5, 5* fonica, cioè l'intervallo di tempo che intercorre tra i rilevamenti dei due eventi angolari che caratterizzano il dente 6 corrente; - velocità (£>raWfiangolare grezza del dente 6 corrente; - angolo a motore (cioè la posizione angolare dell'albero 4 motore che è compresa tra 0 e 4n radianti); e
- istante T5, T5*temporale in cui il passaggio del dente 6 i-esimo di ciascuna ruota 5, 5* fonica viene rilevato dal rispettivo sensore 7, 7*. In particolare, la velocità ω5angolare istantanea del dente 6 i-esimo della ruota 5 fonica viene fornita dalla seguente equazione:
ω5= Δα±/ Τ± [1]
<3⁄4 velocità angolare del dente 6 i-esimo della ruota 5 fonica [rad/s];
Aoq ampiezza angolare del dente 6 i-esimo della ruota 5 fonica [rad];
Ti durata del dente 6 i-esimo della ruota 5 fonica [S].
L'andamento della velocità (£>5angolare istantanea del dente 6 i-esimo della ruota 5 fonica è illustrato nella figura 2b per un punto motore a 2000 rpm di velocità ω angolare istantanea e in funzione dell'angolo motore.
Analogamente, la velocità ω5*angolare istantanea del dente 6 i-esimo della ruota 5* fonica viene fornita dalla seguente equazione:
ω5*= àcq / Ti [2]
ω5*velocità angolare del dente 6 i-esimo della ruota 5* fonica [rad/s] ;
Δ«ι ampiezza angolare del dente 6 i-esimo della ruota 5* fonica [rad];
Ti durata del dente 6 i-esimo della ruota 5* fonica [s],
L'andamento della velocità ω5*angolare istantanea del dente 6 i-esimo della ruota 5* fonica è illustrato nella figura 2a per un punto motore a 2000 rpm di velocità ω angolare istantanea e in funzione dell'angolo motore.
Le sopra elencate grandezze rilevate dal sensore 7 vengono trasmesse alla centralina 8 di controllo. In una fase preliminare di messa a punto, viene associato a ciascun riferimento angolare (cioè a ciascun dente 6 iesimo della ruota 5 fonica) della ruota 5 fonica un corrispondente riferimento angolare (cioè un corrispondente dente 6 i-esimo della ruota 5* fonica) della ruota 5* fonica.
1/ andamento della velocità ω5*angolare istantanea del dente 6 i-esimo della ruota 5* fonica illustrato nella figura 2a è del tutto simile all'andamento della velocità ω5*angolare istantanea del dente 6 i-esimo della ruota 5 fonica. Si può quindi semplificare e considerare una velocità ω angolare del dente 6 i-esimo calcolata attraverso la velocità ω5*angolare istantanea oppure la velocità ω5*angolare istantanea.
La centralina 8 di controllo può quindi calcolare la torsione ΔΘ relativa istantanea attraverso la formula che segue:
Δθ = ω * (T5- T5* )[3]
ω velocità angolare media del dente 6 i-esimo della ruota 5 fonica [rad/s];
ΔΘ torsione relativa istantanea [rad];
T5istante temporale in cui il passaggio del dente 6 i-esimo della ruota 5 fonica viene rilevato dal rispettivo sensore 7 [s]; e
T5*istante temporale in cui il passaggio del dente 6 i-esimo della ruota 5* fonica viene rilevato dal rispettivo sensore 7* [s].
L'andamento della torsione ΔΘ relativa istantanea calcolata attraverso la formula [3] è illustrato nella figura 3 in funzione dei denti 5 della ruota 5 fonica per un punto motore a 2000 rpm di velocità ω angolare istantanea media. E' possibile notare come la torsione ΔΘ relativa istantanea sia variabile in funzione della distanza dei cilindri 2 dal punto di applicazione della coppia, cioè dal volano (non illustrato); in altre parole, la torsione ΔΘ relativa istantanea è massima per il cilindro I, cioè il più distante dal volano, ed è minima per il cilindro IV, cioè il più vicino al volano.
In una fase preliminare di settaggio e messa a punto del motore che tipicamente avviene durante la fase di sviluppo del motore al banco, vengono misurati i valori di coppia Ti media prodotta da ciascun cilindro 2 durante la fase di combustione attraverso dei sensori di pressione che misurano direttamente la pressione all'interno della camera di combustione di ciascun cilindro 2,
Una volta misurati i valori di coppia Ti media prodotta da ciascun cilindro 2 è possibile determinare per ciascun cilindro 2, un coefficiente Ki di correlazione fra la coppia Ti media prodotta durante la combustione e la torsione Δθι media del cilindro 2 in esame. La relazione può essere espressa come segue:
Ki = Ti / Δθ±con i = 1 ...n [4]
Δθ±torsione media in funzione del cilindro 2;
TÌcoppia media prodotta in funzione del cilindro 2;
Ki coefficiente di correlazione fra la coppia Ti media prodotta durante la combustione e la torsione ΔΘ media in funzione del cilindro 2; e n numero di cilindri 2,
E' importante evidenziare che per determinare il coefficiente Ki di correlazione di ciascun cilindro 2 viene utilizzata la torsione Δθι media del cilindro 2 in esame; in questo modo è possibile stabilire per ciascun cilindro una correlazione fra la coppia Ti media e la torsione Δθι media prodotte durante la combustione sull'arco angolare corrispondente alla fase di combustione. In particolare, la correlazione fra la coppia Ti media e la torsione Δθ±media prodotte durante la combustione sull'arco angolare corrispondente alla fase di combustione di ciascun cilindro 2 è sostanzialmente lineare.
La figura 4 illustra la correlazione fra la coppia Τ±media e la torsione Δθι media prodotte durante la combustione per ciascun cilindro 2. Chiaramente, è possibile notare come il coefficiente Ki di correlazione dei cilindri 2 sia variabile in funzione della distanza dei cilindri 2 stessi dal punto di applicazione della coppia, cioè dal volano (non illustrato).
Una volta determinati i coefficienti KÌdi correlazione per ciascun cilindro 2, è possibile utilizzare tali coefficienti Ki di correlazione durante il normale funzionamento del motore 1 a combustione interna per determinare la coppia Ti_reaiistantanea effettiva erogata da ciascun cilindro 2.
In particolare, la coppia Ti_reaiistantanea effettiva erogata da ciascun cilindro 2 può essere calcolata come segue :
1i_real=<K>i * ^0av_i con i = 1 ... n [5] media della torsione relativa per ciascun cilindro 2 calcolata mediante la formula [3]; coppia istantanea effettiva erogata da ciascun cilindro 2;
coefficiente di correlazione fra la coppia Ti media prodotta durante la combustione e la media della torsione relativa ΔΘ per ciascun cilindro 2 calcolata mediante la formula [3]; e numero di cilindri 2.
Viene di seguito descritta la modalità utilizzata dalla centralina 8 di controllo per stimare 1'indice MFB50 di combustione in ciascun cilindro 2 utilizzando le informazioni fornite dai sensori 7, 7* accoppiati rispettive ruote 5, 5* foniche. L'indice MFB50 (50% Mass Fraction Burnt ) di combustione rappresenta l'angolo motore (cioè l'angolo di manovella) in corrispondenza del quale all'interno del cilindro 2 è stato bruciato il 50% della massa di combustibile.
Dapprima viene eseguita una analisi frequenziale dell'andamento della torsione ΔΘ relativa istantanea calcolato attraverso la formula [3] e illustrato nella figura 3 in funzione dei denti 5 della ruota 5 fonica per un punto motore a 2000 rpm di velocità ω angolare istantanea media. In particolare, viene realizzata una analisi di Fourier applicando la trasformata di Fourier alla torsione ΔΘ relativa istantanea sull'arco angolare corrispondente alla fase di combustione di ciascun cilindro 2. In questo modo è possibile determinare una pluralità di armoniche Ωηdella torsione ΔΘ relativa istantanea.
La generica armonica Ωηdella torsione ΔΘ relativa istantanea è un numero complesso, caratterizzato da un proprio modulo |Ωη |e da una propria fase Arg^n). L'armonica di interesse dipende dal numero di cilindri 2 del motore 1 a combustione interna e dal tipo di stima che si vuole ricavare. Più in dettaglio, si è verificato sperimentalmente che l'armonica Ωχ della torsione ΔΘ relativa istantanea caratteristica del processo di combustione e significativa nella determinazione dell'indice MFB50 di combustione è la prima armonica calcolata sull'intervallo angolare corrispondente alla fase di combustione, caratterizzata da un proprio modulo |Ωχ |e da una propria fase Arg^ i).
In particolare, si è verificato sperimentalmente che l'indice MFB50 di combustione è correlato alla fase Arg(Qi) della armonica Ωχdella torsione ΔΘ relativa istantanea.
In una fase preliminare di settaggio e messa a punto del motore che tipicamente avviene durante la fase di sviluppo del motore al banco, vengono misurati i valori dell'indice MFB50 di combustione per ciascun cilindro 2 attraverso dei sensori di pressione che misurano direttamente la pressione all'interno della camera di combustione di ciascun cilindro 2.
Una volta misurati i valori dell'indice MFB50 di combustione per ciascun cilindro 2 è possibile determinare per ciascun cilindro 2, un coefficiente P±di correlazione fra 1'indice MFB50 di combustione del cilindro 2 e la fase Arg^ x) della armonica Ωχdella torsione ΔΘ relativa istantanea. La relazione può essere espressa come segue:
Pi = MFBSOi / Arg^ x) i con i = 1 ...n [6] MFBSOi indice MFB50 di combustione in funzione del cilindro 2;
Arg (Ωχ)i fase Arg(Ωχ)della armonica Ωχdella torsione ΔΘ relativa istantanea in funzione del cilindro 2;
P±coefficiente di correlazione fra 1'indice MFB50 di combustione e la fase Α^ (Ωχ)della armonica Ωχdella torsione ΔΘ relativa istantanea per ciascun cilindro 2; e
n numero di cilindri 2.
E' importante evidenziare che per determinare il coefficiente Pi di correlazione di ciascun cilindro 2 viene utilizzata la fase Arg(Qi) della armonica Ωχdella torsione ΔΘ relativa istantanea del cilindro 2 in esame; in questo modo è possibile stabilire per ciascun cilindro 2 una correlazione tra l'indice MFB50 di combustione e la fase Arg(Qi) della armonica Ωχdella torsione ΔΘ relativa istantanea durante la combustione sull'arco angolare corrispondente alla fase di combustione. In particolare, la correlazione tra l'indice MFB50 di combustione e la fase Arg^ i) della armonica Ωχdella torsione ΔΘ relativa istantanea durante la combustione sull'arco angolare corrispondente alla fase di combustione di ciascun cilindro 2 è sostanzialmente lineare.
La figura 5 illustra la correlazione fra 1'indice MFB50 di combustione e la fase Arg^ x) della armonica Ωχdella torsione ΔΘ relativa istantanea durante la combustione per ciascun cilindro 2. Chiaramente, è possibile notare come il coefficiente Pi di correlazione dei cilindri 2 sia variabile in funzione della distanza dei cilindri 2 stessi dal punto di applicazione della coppia, cioè dal volano (non illustrato).
Una volta determinati i coefficienti Pi di correlazione per ciascun cilindro 2, è possibile utilizzare tali coefficienti Pi di correlazione durante il normale funzionamento del motore 1 a combustione interna per determinare l'indice MFBSOreaidi combustione effettivo per ciascun cilindro 2.
In particolare, l'indice MFBSOreaidi combustione effettivo per ciascun cilindro 2 può essere calcolato come segue:
MFB50i = Pi * Arg(Hi)i con i = 1 ...n [7] MFB50i_reaiindice di combustione effettivo in funzione del cilindro 2;
Arg^ i)i fase Arg(Qi) della armonica Ωχ della torsione ΔΘ relativa istantanea in funzione del cilindro 2;
Pi coefficiente di correlazione fra 1'indice MFB50 di combustione e la fase Arg(Ox) della armonica Ωχ della torsione ΔΘ relativa istantanea per ciascun cilindro 2; e
n numero di cilindri 2.
I metodi di stima dell'indice MFBSOreaidi combustione effettivo per ciascun cilindro 2 e della coppia Ti_reaiistantanea effettiva erogata da ciascun cilindro 2 fin qui descritti possono essere implementati con qualsiasi trasduttore di posizione angolare o sensore di posizione alternativo alle due ruote 5, 5* foniche. Ad esempio, è possibile utilizzare due encoder disposti in corrispondenza di rispettive estremità dell'albero 4 motore,
I metodi di stima dell'indice MFB50reaidi combustione effettivo per ciascun cilindro 2 e della coppia Ti_reaiistantanea effettiva erogata da ciascun cilindro 2 descritti in precedenza possono trovare vantaggiosa applicazione con un qualsiasi numero di sensori di posizione.
Secondo una possibile variante (non illustrata), il motore 1 a combustione interna comprende una pluralità di ruote 5 foniche, di cui una coppia di ruote 5 foniche calettate in corrispondenza di rispettive estremità dell'albero 4 motore e le rimanenti calettate all'albero motore e interposte fra due cilindri 2 adiacenti.
In particolare, secondo una possibile variante (non illustrata) all'albero 4 motore sono calettate cinque ruote 5 foniche. Il motore 1 a combustione interna comprende due ruote 5 foniche di estremità calettate in corrispondenza di rispettive estremità dell'albero 4 motore (cioè, una prima ruota 5 fonica di estremità calettata alla estremità dell'albero 4 motore in corrispondenza del volano e una seconda ruota 5 fonica di estremità calettata alla estremità dell'albero 4 motore in corrispondenza della cinghia di distribuzione) e tre ruote 5 foniche intermedie. Una prima 5 ruota fonica intermedia è interposta fra il cilindro 2 indicato con I ed il cilindro 2 indicato con II; una seconda 5 ruota fonica intermedia è interposta fra il cilindro 2 indicato con II ed il cilindro 2 indicato con III; e infine una terza 5 ruota fonica intermedia è interposta fra il cilindro 2 indicato con III ed il cilindro 2 indicato con IV. Le cinque ruote 5 foniche sono provviste dello stesso numero N (ad esempio 60) di denti 6 e sono accoppiate a rispettivi sensori 7, atti a rilevare il tempo intercorso tra il passaggio di due denti 6 consecutivi .
La centralina 8 di controllo può quindi calcolare la torsione Δθι relativa istantanea per ciascun cilindro 2 attraverso la formula che segue:
Δθί= ω * (Τ' - T") con i = 1 ... n [8] ω velocità angolare media del dente 6 i-esimo [rad/s] calcolata mediante la formula [1] oppure [2];
Δθι torsione relativa istantanea del cilindro 2 in esame [rad];
T',T" istanti temporali in cui il passaggio del dente 6 i-esimo viene rilevato dai sensori 7 affacciati alle due ruote 5 foniche adiacenti al cilindro 2 in esame [s]; e
n numero di cilindri 2.
Per il cilindro 2 indicato con I, sono coinvolti nella determinazione della torsione ΔΘ relativa istantanea la seconda ruota 5 fonica di estremità calettata alla estremità dell'albero 4 motore in corrispondenza della cinghia di distribuzione e la prima 5 ruota fonica intermedia è interposta fra il cilindro 2 indicato con I ed il cilindro 2 indicato con II; per il cilindro 2 indicato con II, sono coinvolti nella determinazione della torsione ΔΘ relativa istantanea la prima 5 ruota fonica intermedia è interposta fra il cilindro 2 indicato con I ed il cilindro 2 indicato con II e la seconda 5 ruota fonica intermedia è interposta fra il cilindro 2 indicato con II ed il cilindro 2 indicato con III; per il cilindro 2 indicato con III, sono coinvolti nella determinazione della torsione ΔΘ relativa istantanea la seconda 5 ruota fonica intermedia è interposta fra il cilindro 2 indicato con II ed il cilindro 2 indicato con III e la terza 5 ruota fonica intermedia è interposta fra il cilindro 2 indicato con III ed il cilindro 2 indicato con IV; infine, per il cilindro 2 indicato con IV, sono coinvolti nella determinazione della torsione ΔΘ relativa istantanea la terza 5 ruota fonica intermedia è interposta fra il cilindro 2 indicato con III ed il cilindro 2 indicato con IV e la prima ruota 5 fonica di estremità calettata alla estremità dell'albero 4 motore in corrispondenza del volano.
Una volta determinati i coefficienti KÌdi correlazione per ciascun cilindro 2 come descritto nella trattazione che precede, è possibile utilizzare tali coefficienti Ki di correlazione durante il normale funzionamento del motore 1 a combustione interna per determinare la coppia Ti_reaiistantanea effettiva erogata da ciascun cilindro 2.
In particolare, la coppia Ti_realistantanea effettiva erogata da ciascun cilindro 2 può essere calcolata come segue :
Ti_real = Ki *<(>D * (T' T") con i = 1 ... n [9] Ti reai coppia istantanea effettiva erogata dal cilindro 2 in esame;
Kì coefficiente di correlazione fra la coppia Ti media prodotta durante la combustione e la torsione relativa istantanea del cilindro 2 in esame ;
ω velocità angolare media del dente 6 i-esimo [rad/s] calcolata mediante la formula [1] oppure [2];
Τ',T" istanti temporali in cui il passaggio del dente 6 i-esimo viene rilevato dai sensori 7 affacciati alle due ruote 5 foniche adiacenti al cilindro 2 in esame [s]; e
n numero di cilindri 2.
Analogamente, una volta determinati i coefficienti Pi di correlazione per ciascun cilindro 2 come descritto nella trattazione che precede, è possibile utilizzare tali coefficienti Pi di correlazione durante il normale funzionamento del motore 1 a combustione interna per determinare l'indice MFB50i_reai di combustione effettivo per ciascun cilindro 2 per mezzo della torsione Δθι relativa istantanea per ciascun cilindro 2 calcolata attraverso la formula [8].
Il metodo di stima sopra descritto può venire utilizzato in un motore a combustione interna privo di sensori 15 di pressione che misurano direttamente la pressione all' interno dei cilindri 2 per stimare l'indice MFB50 di combustione e la coppia Ti_reaiistantanea effettiva erogata da ciascun cilindro 2.
In alternativa, il metodo di stima dell'indice MFB50 di combustione e della coppia Ti_realistantanea effettiva erogata da ciascun cilindro 2 può trovare vantaggiosa applicazione in un motore a combustione interna provvisto di sensori 15 di pressione che misurano direttamente la pressione all'interno dei cilindri 2.
In particolare, secondo una variante illustrata nella figura 6, una parte dei cilindri 2 è provvisto di sensori 15 di pressione che misurano direttamente la pressione all'interno dei cilindri 2 stessi per stimare l'indice MFB50 di combustione e la coppia Ti_reaiistantanea effettiva riferiti ai cilindri 2 privi dei sensori di pressione che misurano direttamente la pressione all'interno dei rimanenti cilindri 2; in altre parole, in alcuni cilindri 2 provvisti dei sensori 9 di pressione l'indice MFB50 di combustione e la coppia Ti_reaiistantanea effettiva vengono calcolati mediante la misura diretta della pressione all' interno dei cilindri 2 stessi, mentre negli altri cilindri 2 privi dei sensori 9 di pressione 1'indice MFB50 di combustione e la coppia Ti_reaiistantanea effettiva vengono stimati mediante il metodo descritto in precedenza.
Secondo una variante, all'albero 4 motore sono calettate due ruote 5A, 5B foniche. Ciascuna ruota 5A, 5B fonica è calettata in corrispondenza di una estremità dell'albero 4 motore; la ruota 5A fonica è calettata sulla estremità dell' albero 4 motore in corrispondenza della cinghia di distribuzione e affacciata al cilindro indicato con I mentre la ruota 5B fonica è calettata sulla estremità dell'albero 4 motore in corrispondenza del volano e affacciata al cilindro indicato con IV. Ciascuna ruota 5A, 5B fonica è provvista di un numero N (ad esempio 60) di denti 6 (uguale fra le due ruote 5A, 5B foniche) ed è accoppiata ad un rispettivo sensore 7A, 7B il quale è atto a rilevare il tempo intercorso tra il passaggio di due denti 6 consecutivi. Inoltre, il motore 1 a combustione interna comprende uno oppure due sensori 9 di pressione alloggiati all'interno di uno oppure due cilindri 2; i sensori 9 di pressione sono alloggiati all'interno dei cilindri 2 indicati con III e/o IV. Si è infatti dimostrato sperimentalmente che la stima dell'indice MFB50 di combustione realizzata mediante il metodo descritto in precedenza è meno accurata per i cilindri 2 indicati con III e IV rispetto ai cilindri 2 indicati con I e II; Risulta infatti vantaggioso alloggiare i sensori 9 di pressione in quei cilindri 2 per i quali il metodo di stima dell'indice MFB50 di combustione e/o della coppia Ti_reaiistantanea effettiva risulta meno preciso oppure affidabile.
Nel caso del cilindro 2 indicato con III oppure IV, il metodo prevede di acquisire il valore di pressione all'interno del cilindro 2 in esame attraverso il rispettivo sensore 9 di pressione per determinare l'indice
MFBSOREALdi combustione reale e/o la coppia TREAL istantanea reale in funzione del valore di pressione acquisito.
L'indice MFB50REALdi combustione reale e/o la coppia TREAL istantanea reale vengono quindi confrontati rispettivamente con l'indice MFB50ESTdi combustione stimato e/o con la coppia TESTistantanea stimata attraverso il metodo di stima descritto nella trattazione che precede.
Nel caso in cui la differenza in valore assoluto fra la coppia TREAListantanea reale e la coppia TESTistantanea stimata sia maggiore di un valore Δκlimite, la centralina 8 di controllo procede ad aggiornare il coefficiente KÌdi correlazione fra la coppia TESTistantanea stimata e la torsione ΔΘ media calcolata mediante la formula [4] del cilindro 2 indicato con III. In particolare, il coefficiente KÌdi correlazione del cilindro 2 indicato con III viene aggiornato in modo tale che la coppia TREAListantanea reale e la coppia TESTistantanea stimata siano fra loro uguali.
Secondo una preferita variante, la correzione applicata al coefficiente KÌdi correlazione del cilindro 2 indicato con III viene propagata anche ai coefficienti KÌdi correlazione dei rimanenti cilindri 2 indicati con I, II e IV. Vantaggiosamente, la correzione applicata al coefficiente KÌdi correlazione del cilindro 2 indicato con III viene propagata ai rimanenti cilindri 2 con una legge di propagazione lineare che tenga conto della distanza dei cilindri 2 dal punto di applicazione della coppia, cioè dal volano.
Analogamente, nel caso in cui la differenza in valore assoluto fra l'indice MFB50REALdi combustione reale e 1'indice MFB50ESTdi combustione stimato sia maggiore di un valore ΔΡlimite, la centralina 8 di controllo procede ad aggiornare il coefficiente Pi di correlazione fra l'indice MFB50ESTdi combustione stimato e la fase Arg(Oi) della armonica Ωχ della torsione ΔΘ media calcolata mediante la formula [4] del cilindro 2 indicato con III, In particolare, il coefficiente Pi di correlazione del cilindro 2 indicato con III viene aggiornato in modo tale che l'indice MFBSOREALdi combustione reale e l'indice
MFBSOESTdi combustione stimato siano fra loro uguali.
Secondo una preferita variante, la correzione applicata al coefficiente Pidi correlazione del cilindro 2 indicato con III viene propagata anche ai coefficienti P±di correlazione dei rimanenti cilindri 2 indicati con I, II e IV. Vantaggiosamente, la correzione applicata al coefficiente P±di correlazione del cilindro 2 indicato con III viene propagata ai rimanenti cilindri 2 con una legge di propagazione lineare che tenga conto della distanza dei cilindri 2 dal punto di applicazione della coppia, cioè dal volano.
In questo modo, durante il normale funzionamento del motore 1 a combustione interna, è possibile aggiornare in tempo reale sia il coefficiente Ki di correlazione fra la coppia TESTistantanea stimata e la torsione ΔΘ media sia il coefficiente P± di correlazione fra l'indice MFBSOESTdi combustione stimato e la fase Arg(fìi) della armonica Ωχ della torsione ΔΘ media per tenere conto dell'invecchiamento delle due ruote 5A, 5B foniche e della conseguente deriva nella determinazione della torsione ΔΘ media attraverso i segnali provenienti dalle due ruote 5A, 5B foniche.
Il metodo di stima sopra descritto presenta numerosi vantaggi, in quanto è efficiente cioè permette di stimare lo squilibrio di coppia con una notevole precisione, efficace cioè permette di stimare sia l'indice MFB50 di combustione sia la coppia T±-realistantanea effettiva senza impegnare una eccessiva potenza di calcolo, in modo rapido ed economico cioè evitando l'installazione di componenti aggiuntivi costosi rispetto a quelli normalmente presenti in un moderno motore a combustione interna (quali, ad esempio, i sensori di pressione in camera di combustione) e semplicemente inserendo un componente dal costo molto contenuto quale un sensore di posizione come la ruota 5 fonica .

Claims (1)

  1. RIVENDICAZIONI 1.- Metodo di stima dell'indice MFB50 di combustione e/o della coppia (Ti_reai; TEST) istantanea generata dai cilindri (2) di un motore (1) a combustione interna provvisto di un albero (4) motore accoppiato ad almeno una coppia di sensori di posizione (5,5*; 5A, 5B) disposti in corrispondenza della estremità dell'albero (4) motore; il metodo di stima prevede di; acquisire i segnali provenienti dai due sensori di posizione (5,5*; 5A, 5B); determinare la torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore in funzione dei segnali provenienti dai due sensori di posizione (5,5*; 5A, 5B); e stimare l'indice MFB50 di combustione e/o la coppia (Ti_reai; TEST) istantanea generata dai singoli cilindri (2) del motore (1) a combustione interna in funzione della torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore. 2.- Metodo secondo la rivendicazione 1 e comprendente l'ulteriore fase di stimare l'indice MFB50 di combustione e/o la coppia (Ti_reai; TEST) istantanea generata da ciascun cilindro (2) in funzione della torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore generata durante la combustione sull'arco angolare corrispondente alla fase di combustione di ciascun cilindro (2). 3.- Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2 e comprendente le ulteriori fasi di; determinare la velocità (ω) angolare dell'albero (4) motore in funzione dei segnali provenienti dai due sensori di posizione (5,5*; 5A, 5B); e determinare la torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore in funzione velocità (ω) angolare dell'albero (4) motore. 4.- Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui i sensori di posizione (5,5*; 5A, 5B) sono encoder oppure sensori a ruota fonica; il metodo prevede di: associare un riferimento angolare di un primo sensore (5; 5A) di posizione a ciascun riferimento angolare di un di un secondo sensore (5*; 5B) di posizione; determinare la torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore in funzione della differenza fra l'istante temporale in cui viene rilevato il passaggio del riferimento angolare del primo sensore (5; 5A) di posizione e l'istante temporale in cui viene rilevato il passaggio del riferimento angolare del secondo sensore (5*; 5B) di posizione. 5,- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti e comprendente le ulteriori fasi di: determinare per ciascun cilindro (2) durante una fase preliminare di messa a punto un primo coefficiente (Ki) di correlazione fra la coppia (Ti_reai; TEST) istantanea generata da ciascun cilindro (2) e la torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore; e stimare la coppia (Tì-reai; TEST) istantanea generata da ciascun cilindro (2) in funzione del corrispondente primo coefficiente (Κχ) di correlazione, 6,- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti e comprendente le ulteriori fasi di: determinare per ciascun cilindro (2) durante una fase preliminare di messa a punto un secondo coefficiente (P±) di correlazione fra 1'indice MFB50 di combustione di ciascun cilindro (2) e la torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore; e stimare l'indice MFB50 di combustione di ciascun cilindro (2) in funzione del corrispondente secondo coefficiente (Pi) di correlazione. 7.- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti e comprendete le ulteriori fasi di: determinare, mediante una analisi frequenziale della torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore, una prima armonica (Ωχ) del segnale di torsione (ΔΘ) angolare caratterizzata da un proprio modulo (|Ωχ|) e da una propria fase (Arg^ i)); e stimare 1'indice MFB50 di combustione di ciascun cilindro (2) in funzione della fase (Arg^ x) della prima armonica (Ωχ) del segnale di torsione (ΔΘ) angolare. 8.- Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui la fase di realizzare una analisi frequenziale prevede di applicare la trasformata di Fourier alla torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore. 9.- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun cilindro (2) è interposto fra una coppia di sensori di posizione; il metodo prevede, per ciascun cilindro (2), le fasi di: acquisire i segnali provenienti dai due sensori di posizione adiacenti al detto cilindro (2); determinare la torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore generata durante la combustione sull'arco angolare corrispondente alla fase di combustione del detto cilindro (2) in funzione dei segnali provenienti dai due sensori di posizione adiacenti al detto cilindro (2); e stimare l'indice MFB50 di combustione e/o la coppia (Ti_reai; TEST) istantanea generata detto cilindro (2) in funzione della torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore generata durante la combustione sull'arco angolare corrispondente alla fase di combustione del detto cilindro (2). 10.- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i cilindri (2) non sono provvisti di sensori di pressione all'interno delle camere di combustione . 11.- Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui almeno un cilindro (2) è provvisto di un sensore (9) di pressione alloggiato nella camera di combustione; il metodo prevede di: determinare per ciascun cilindro (2) durante una fase preliminare di messa a punto un primo coefficiente (Ki) di correlazione fra la coppia (TREAL) istantanea stimata e la torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore ed un secondo coefficiente (Pi) di correlazione fra 1'indice MFB50 di combustione stimato e la torsione (ΔΘ) angolare dell'albero (4) motore; determinare un indice MFB50 di combustione reale e/o una coppia (TREAL) istantanea reale generata dal cilindro (2) in funzione del segnale proveniente dal sensore (9) di pressione alloggiato nella camera di combustione; determinare un indice MFB50 di combustione stimato e/o una coppia (TREAL) istantanea stimata generata dal cilindro (2) in funzione della torsione (ΔΘ) angolare dell' albero (4) motore; confrontare 1'indice MFB50 di combustione reale e/o la coppia (TREAL) istantanea reale generata dal cilindro (2) con, rispettivamente, 1' indice MFB50 di combustione stimato e/o la coppia (TREAL) istantanea stimata; correggere il primo coefficiente (Κ±) di correlazione ed il secondo coefficiente (P±) di correlazione del cilindro (2) in funzione del confronto fra l'indice MFB50 di combustione reale e/o la coppia (TREAL) istantanea reale generata dal cilindro (2) e rispettivamente, l'indice MFB50 di combustione stimato e/o la coppia (TREAL) istantanea stimata. 12.- Metodo secondo la rivendicazione 11 e comprendente l'ulteriore fase di correggere il primo coefficiente (K±)di correlazione ed il secondo coefficiente (Pi) di correlazione dei rimanenti cilindri (2) sprovvisti di sensori di pressione all'interno delle camere di combustione in funzione del confronto fra l'indice MFB50 di combustione reale e/o la coppia (TREAL)istantanea reale generata dal cilindro (2) e rispettivamente, l'indice MFB50 di combustione stimato e/o la coppia (TREAL)istantanea stimata.
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