ITUB20159230A1 - Metodo per rilevare l'insorgere di fenomeni di detonazione in un motore a combustione interna - Google Patents

Description

"METODO PER RILEVARE L'INSORGERE DI FENOMENI DI DETONAZIONE IN UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA"

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione è relativa ad un metodo per rilevare 1'insorgere di fenomeni di detonazione in un motore a combustione interna.

ARTE ANTERIORE

Un motore a combustione interna ad accensione comandata comprende un numero di cilindri, ciascuno dei quali è provvisto di un pistone che scorre ciclicamente all'interno del cilindro e di una candela che viene ciclicamente pilotata da una centralina elettronica per fare scoccare una scintilla tra i propri elettrodi e determinare quindi 1'accensione dei gas compressi all'interno del cilindro stesso. La centralina di controllo comprende una memoria, in cui vengono memorizzate una serie di mappe che forniscono i valori di pilotaggio delle candele in funzione del punto motore corrente; in particolare, per ciascuna candela le mappe forniscono il valore dell'anticipo di accensione, cioè il valore dell'intervallo angolare che intercorre tra l'accensione, cioè tra lo scocco della scintilla tra gli elettrodi della candela, ed il punto morto superiore del pistone; se il valore dell'anticipo di accensione è zero, allora l'accensione, cioè lo scocco della scintilla tra gli elettrodi della candela, avviene esattamente in corrispondenza del punto morto superiore del pistone.

I valori dell'anticipo di accensione memorizzati nella mappe contenute nella centralina di controllo vengono determinati nella fase di messa a punto del motore per cercare di garantire una buona combustione in tutte le possibili condizioni di funzionamento in modo tale da avere un buon rendimento termico del motore e contemporaneamente salvaguardare l'integrità del motore stesso, cioè evitare la presenza di eccessivi fenomeni di detonazione all'interno dei cilindri. La detonazione è una combustione di tipo esplosivo di parte della miscela aria-carburante che ha luogo prima che essa sia raggiunta dal fronte della fiamma generato dalla candela; in seguito alla detonazione si crea una serie di onde di pressione che attraversano la camera di combustione andando a urtare con violenza contro le pareti metalliche. La detonazione avviene quando all'interno della camera si superano determinati valori critici di temperatura e di pressione (che possono variare anche considerevolmente da motore a motore) e, quando avviene a regimi medio-bassi spesso causa una tipica rumorosità metallica, chiaramente avvertibile e conosciuta come "battito in testa".

La detonazione si verifica di norma quando l'anticipo di accensione è eccessivo, quando si impiega un carburante con numero di ottano troppo basso (il potere antidetonante di un carburante viene appunto indicato dal suo numero di ottano) o, nei motori sovralimentati, quando la pressione di sovralimentazione è troppo alta.

L'andamento della combustione è influenzato da molti fattori (tra i più importanti le caratteristiche del carburante, la temperatura della testata del motore, il degrado delle candele) il cui effetto è sostanzialmente impossibile da prevedere con precisione. Per tale motivo risulta necessario rilevare l'eventuale presenza di eccessiva detonazione e, in caso di eccessiva detonazione in un cilindro, la centralina di controllo deve provvedere a ridurre per tale cilindro il valore dell'anticipo di accensione in modo tale da eliminare la detonazione nel cilindro stesso (in questo modo la massima pressione nel cilindro si riduce e viene raggiunta più tardi rispetto al punto morto superiore, rendendo "meno probabile" l'evento detonante).

Tuttavia, in termini di efficienza della combustione, ridurre l'anticipo di accensione di un cilindro corrisponde ad una perdita di rendimento termodinamico: la massa d'aria al cilindro e di conseguenza anche la massa di combustibile iniettata vengono mantenute costanti, ma, riducendo l'anticipo di accensione, si riduce il rendimento di combustione, ovvero la frazione di energia chimica convertita in energia meccanica. Ciò evidentemente ha ripercussioni negative sul consumo di combustibile e sulla generazione di sostanza inquinanti.

Per questo motivo disporre di una strategia che consenta di controllare in modo efficace i fenomeni di detonazione risulta di fondamentale importanza.

A questo proposito, il documento EP-A-2180178 descrive un metodo di controllo di un motore a combustione interna che prevede di determinare una finestra di rilevazione espressa in gradi di angolo motore ed avente un angolo motore di inizio ed un angolo motore di fine. In particolare, l'angolo motore di inizio e l'angolo motore di fine che delimitano la finestra di rilevazione sono definiti in funzione del ritardo di trasmissione espresso in gradi motore fra un sensore di pressione acustico (tipicamente un microfono) e i cilindri. Il ritardo di trasmissione è a sua volta calcolato in funzione della velocità di rotazione dell'albero motore e della distanza esistente tra il sensore di pressione acustico e i cilindri. Il metodo prevede poi di rilevare e memorizzare l'intensità delle onde di pressione acustiche generate dalla combustione dei cilindri mediante il sensore di pressione acustico e nella finestra di rilevazione e di determinare 1'insorgere di fenomeni di detonazione attraverso l'analisi dell'intensità delle onde di pressione acustiche nella finestra di rilevazione. Appare evidente che un metodo di determinazione del tipo appena descritto non è sufficientemente robusto dal momento che sono necessarie informazioni fornite dal controllo motore (ad esempio la velocità di rotazione dell'albero motore) ed eventuali errori su tali informazioni renderebbero del tutto inaffidabile la stima sull'insorgere di eventuali fenomeni detonanti e perché tale ritardo non è mai fisso sia per l'incertezza sulle grandezze in gioco per la determinazione del ritardo sia perché possono sorgere fenomeni legati a riflessione dell'onda sonora.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è fornire un metodo per rilevare 1'insorgere di fenomeni di detonazione in un motore a combustione interna, il quale metodo sia privo degli inconvenienti dello stato dell'arte e, in particolare, sia di facile ed economica implementazione. Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo per rilevare 1'insorgere di fenomeni di detonazione in un motore a combustione interna sovralimentato 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 un motore a combustione interna sovralimentato provvisto di una unità di controllo che implementa il metodo per il controllo della detonazione oggetto della presente invenzione;

- la figura 2 è una ulteriore vista schematica del motore a combustione interna sovralimentato della figura 1;

- la figura 3 è una vista schematica di un cilindro del motore a combustione interna della figura 1; e - la figura 4 illustra il confronto fra il valore di pressione rilevato all'interno di un cilindro mediante un apposito sensore durante un ciclo di combustione e l'andamento di un indice calcolato secondo il metodo oggetto della presente invenzione in funzione dell'angolo motore; e

la figura 5 illustra graficamente la correlazione fra un indice rilevato all'interno di un cilindro mediante un apposito sensore durante un ciclo di combustione e 1'indice calcolato secondo il metodo oggetto della presente invenzione in funzione dell'angolo motore della figura 4.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un motore a combustione interna sovralimentato mediante un sistema di sovralimentazione a turbocompressore .

Il motore 1 a combustione interna comprende quattro iniettori 2 che iniettano il combustibile in quattro cilindri 3 (l'iniezione del combustibile può essere direttamente nei cilindri 3 oppure in un collettore 4 di aspirazione), ciascuno dei quali è collegato ad un collettore 4 di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione (illustrata in dettaglio nella figura 3 e meglio descritto in seguito) e ad un collettore 5 di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico (illustrata in dettaglio nella figura 3 e meglio descritta in seguito), Il collettore 4 di aspirazione riceve aria fresca (cioè aria proveniente dall'ambiente esterno) attraverso un condotto 6 di aspirazione, il quale è provvisto di un filtro 7 aria ed è regolato da una valvola 8 a farfalla. Lungo il condotto 6 di aspirazione a valle del filtro 7 aria, è disposto anche un debimetro 7* (meglio noto come Air Flow Meter) il quale è atto a rilevare la portata d'aria aspirata dal motore 1 a combustione interna. ;Lungo il condotto 6 di aspirazione è disposto un intercooler 9 avente la funzione di raffreddare l'aria aspirata. Al collettore 5 di scarico è collegato un condotto 10 di scarico che alimenta i gas di scarico prodotti dalla combustione ad un sistema di scarico, il quale emette i gas prodotti dalla combustione nell'atmosfera e comprende normalmente almeno un catalizzatore 11 (eventualmente provvisto di un filtro anti-particolato) ed almeno un silenziatore (non illustrato) disposto a valle del catalizzatore 11. ;Il sistema di sovralimentazione del motore 1 a combustione interna comprende un turbocompressore 12 provvisto di una turbina 13, che è disposta lungo il condotto 10 di scarico per ruotare ad alta velocità sotto l'azione dei gas di scarico espulsi dai cilindri 3, ed un compressore 14, il quale è disposto lungo il condotto 6 di aspirazione ed è collegato meccanicamente alla turbina 13 per venire trascinato in rotazione dalla turbina 13 stessa così da aumentare la pressione dell'aria presente nel condotto 6 di alimentazione. ;Lungo il condotto 10 di scarico è previsto un condotto 15 di bypass, il quale è collegato in parallelo alla turbina 13 in modo da presentare le proprie estremità collegate a monte e a valle della turbina 13 stessa; lungo il condotto 15 di bypass è disposta una valvola 16 di wastegate, la quale è atta a regolare la portata dei gas di scarico che fluiscono attraverso il condotto 15 di bypass ed è pilotata da una elettrovalvola 17. ;Il motore 1 a combustione interna è controllato da una centralina 22 elettronica di controllo, la quale sovrintende al funzionamento di tutte le componenti del motore 1 a combustione interna. La centralina 22 elettronica di controllo è collegata ad un sensore che misura la temperatura e la pressione dell'aria presente nel collettore 4 di aspirazione, ad un sensore che misura la velocità di rotazione del motore 1 a combustione interna, ed ad un sensore (tipicamente una sonda lineare ad ossigeno di tipo UHEGO o UEGO - di tipo noto e non descritto in dettaglio) che misura il rapporto aria/combustibile dei gas di scarico a monte del catalizzatore 11. ;Secondo quanto illustrato nella figura 2, i quattro cilindri 3 sono disposti in linea e ciascun cilindro 3 alloggia un rispettivo pistone 30 meccanicamente collegato mediante una biella ad un albero 31 motore a gomiti per trasmettere all'albero 31 motore stesso la forza generata dalla combustione all'interno del cilindro 3. ;E' inoltre previsto un sistema 32 di controllo che comprende almeno un sensore 33 collegato alla centralina 22 di controllo. ;In particolare, secondo una prima variante, il sensore 33 è un sensore del livello di pressione acustico, cioè un microfono 33, il quale è collegato alla centralina 22 di controllo ed è atto a rilevare l'intensità del segnale sonoro generato dal movimento dei cilindri 3. Il microfono 33 è disposto in modo da rilevare 1'intensità S del segnale sonoro emesso dai cilindri 3; in particolare il microfono è disposto in una posizione affacciata ai e in prossimità dei cilindri 3 e riparata dal rumore ambientale tale da non risentire in modo eccessivo del rumore ambientale (prodotto ad esempio dal clacson, dalla rotazione del turbocompressore 12, ecc). ;Infine, il sistema 32 di controllo comprende un ulteriore sensore 34 collegato alla centralina 21 di controllo e disposto in una posizione tale da rilevare esclusivamente il rumore ambientale e tale da non essere interessato dal rumore generato dalla combustione dei cilindri 3. ;Il sensore 34 è preferibilmente un sensore del livello di pressione acustico, cioè un microfono 34. ;Secondo quanto illustrato nella figura 3, ciascun cilindro 3 è collegato al collettore 4 di aspirazione mediante due valvole 35 di aspirazione (solo una delle quali è illustrata nella figura 3) e al collettore 5 di scarico mediante due valvole 36 di scarico (solo una delle quali è illustrata nella figura 3). ;La posizione di ciascuna valvola 36 di scarico e di ciascuna valvola 35 di aspirazione è controllata mediante un generico dispositivo 37 di controllo di apertura valvole che comanda le valvole 36 di scarico e le valvole 35 di aspirazione gestendone angolo di apertura ed alzata. Il dispositivo 37 di controllo di apertura valvole utilizza un tradizionale albero 38 a camme che riceve il moto dell'albero 31 motore e per ciascuna valvola 35 di aspirazione può comprendere un attuatore 39 idraulico elettrocontrollato interposto tra uno stelo della valvola 35 di aspirazione e l'albero 38 a camme. In modo analogo, il dispositivo 37 di controllo di apertura valvole utilizza un tradizionale albero 40 a camme che riceve il moto dell'albero 31 motore e per ciascuna valvola 36 di scarico può comprendere un attuatore idraulico elettrocontrollato interposto tra uno stelo della valvola 36 di scarico e il rispettivo albero 40 a camme. Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 3, l'iniezione è di tipo diretto e quindi ciascun cilindro 3 è provvisto di un rispettivo iniettore 2 e di una candela 42, la quale è disposta attraverso il cielo del cilindro 3 in posizione centrale tra le valvole 35 di aspirazione e le valvole 36 di scarico e viene ciclicamente attivata per determinare l'accensione dei gas compressi all'interno del cilindro 3 al termine di ciascuna fase di compressione. ;Come noto, il ciclo completo di combustione è realizzato dalla successione di quattro fasi. Nella fase di aspirazione, il pistone 30 si trova inizialmente nel punto morto superiore e scende fino al punto morto inferiore generando una depressione all'interno del cilindro 3 che, a mano a mano che la rispettiva valvola 35 di aspirazione si apre, richiama l'aria dal collettore 4 di aspirazione; durante la fase di aspirazione e/o la successiva fase di compressione e/o la successiva fase di espansione viene iniettato combustibile nella camera di combustione del cilindro 3. Nella fase di compressione, il pistone 30 risale fino al punto morto superiore comprimendo la miscela di aria e combustibile che si trova all'interno del cilindro 3 e provocando un aumento di pressione e di temperatura; nella fase di espansione o nella parte finale della precedente fase di compressione, gli elettrodi della candela 42 provocano una scintilla che accende la miscela di aria e combustibile all'interno del cilindro 3 dando inizio alla combustione vera e propria che produce un aumento di temperatura e pressione mentre il pistone 30 viene spinto fino al punto morto inferiore. Nella fase di scarico il pistone 30 risale fino al punto morto superiore per espellere attraverso la rispettiva valvola 36 di scarico i gas combusti che vengono immessi nel collettore 5 di scarico. ;Viene di seguito descritta la strategia per riconoscere l'insorgere dei fenomeni di detonazione durante un ciclo completo di combustione implementata dalla centralina 22 di controllo in funzione dei segnali acquisiti dai sensori 33 e 34. ;La centralina 22 di controllo è innanzitutto predisposta per acquisire il segnale proveniente sia dal sensore 33 sia dal sensore 34. ;La centralina 22 di controllo riceve in ingresso i segnali rilevati sia dal sensore 33 sia dal sensore 34, i quali vengono campionati ed elaborati per dare origine ad una sequenza finita di L campioni, cioè ad un segnale tempo-discreto. Tale sequenza finita di L campioni, ossia il segnale tempo discreto, viene poi elaborato operando un algoritmo noto come trasformata DFT discreta di Fourier (Discrete Fourier Transform). Tale procedimento si applica per ogni ciclo motore che è definito dal segnale di camma. Quindi ogni ciclo motore presenterà m trasformate DFT discreta di Fourier, con m definito in fase di messa a punto. Le trasformate DFT discrete di Fourier forniscono una versione campionata dello spettro dei segnali sonori rilevati sia dal sensore 33 sia dal sensore 34, ossia restituiscono i valori in termini di modulo (cioè ampiezza) e fase (cioè posizione) che lo spettro dei segnali sonori rilevati sia dal sensore 33 sia dal sensore 34 assume in corrispondenza di determinate frequenze equispaziate. In altre parole ancora, le trasformate DFT discrete di Fourier rappresentano campionamenti in frequenza dello spettro dei segnali sonori rilevati sia dal sensore 33 sia dal sensore 34. ;All'interno della centralina 22 di controllo sono quindi memorizzati due vettori, ciascuno dei quali comprende un numero L di elementi (chiamati anche bin) che rappresentano il campionamento in frequenza dello spettro dei segnali sonori rilevati rispettivamente dal sensore 33 e dal sensore 34, In altre parole, un bin rappresenta il passo di discretizzazione della trasformata DFT discreta di Fourier. Il numero L di bin è opportunamente scelto in modo da soddisfare entrambe le esigenze di rapidità e precisione nella risposta. Ciascuno dei due vettori fornisce per ogni ciclo motore, un numero di trasformate DFT discrete di Fourier che è variabile in funzione della lunghezza del vettore stesso. ;Secondo una preferita variante, le trasformate DFT discrete di Fourier dei segnali sonori rilevati sia dal sensore 33 sia dal sensore 34 sono calcolate in modo sincrono per i due sensori indicati con 33 e 34. ;E' stato possibile notare sperimentalmente che per valori medio-bassi delle frequenze è presente un considerevole rumore ambientale mentre ad alte frequenze gli effetti del rumore ambientale si riducono considerevolmente; inoltre le frequenze legate alla detonazione sono interessate dal rumore ambientale. ;La centralina 22 di controllo è quindi predisposta per rimuovere il rumore ambientale dalla trasformata DFT discreta di Fourier del segnale sonoro rilevato dal sensore 33 attraverso la trasformata DFT discreta di Fourier del segnale sonoro generato dal sensore 34. ;In particolare, la centralina 22 di controllo è configurata in modo tale da calcolare il rapporto fra il contenuto dello spettro di ciascuna trasformata DFT discreta di Fourier del segnale sonoro rilevato dal sensore 33 e il contenuto dello spettro della rispettiva trasformata DFT discreta di Fourier del segnale sonoro rilevato dal sensore 34. Tale rapporto è indicato come indice KI di rumore nella trattazione che segue. ;L'indice KI di rumore è espresso mediante il rapporto: ;KI = E335-40kHZ / E345-4OkHZ [1] ;KI indice di rumore; ;E33s-40kHz somma dei moduli della trasformata discreta di Fourier del segnale sonoro rilevato dal sensore 33 nell'intervallo di frequenza fra 5 e 40 kHz; e ;;^345-40kHz somma dei moduli della trasformata discreta di Fourier del segnale sonoro rilevato dal sensore 34 nell'intervallo di frequenza fra 5 e 40 kHz. ;Dal momento che vengono calcolati m valori dell'indice KI di rumore e quindi di E, ciò che rappresenta E dipende dall'istante in cui viene calcolato poiché la combustione avviene solo in un limitato istante temporale quindi solo parte di quei m valori presenta il contributo della combustione. ;Poiché ciascuno dei due vettori fornisce per ogni ciclo motore una pluralità di trasformate DFT discrete di Fourier, per ciascun ciclo motore sono disponibili m trasformate DFT discrete di Fourier in cui m è variabile in funzione della lunghezza del vettore stesso e, analogamente, per ciascun ciclo motore sono disponibili m indici KI di rumore, in cui m è variabile in funzione della lunghezza del vettore stesso. ;Dopo avere calcolato gli m indici KI di rumore associati ad uno stesso ciclo motore è quindi possibile calcolare un indice ECICLOdi rumore complessivo associato a ciascun ciclo motore. Il ciclo motore è univocamente definito dal sensore di camma. In particolare, l'indice ;ECICLOdi rumore complessivo può essere espresso mediante la sommatoria che segue: ;;;<E>CICLO-∑<KI>Ì[1] ;;Ϊ=1 ;;KIÌindice di rumore associato a ciascuna trasformata DFT discrete di Fourier di un ciclo motore; ;ECICLOindice di rumore complessivo associato ad un ciclo motore; e ;m numero di trasformate DFT discrete di Fourier di un ciclo motore. ;Una volta calcolato l'indice ECICL0di rumore complessivo associato a ciascun ciclo motore, per ciascun trasformata DFT discreta di Fourier dello stesso ciclo motore è possibile calcolare un indici KIHdi rumore normalizzato . ;L'indice KINdi rumore normalizzato è espresso dal rapporto che segue: ;KIJJ= KIi / ECICLOcon i = 1, ...m [3] ;KIJJindice di rumore normalizzato associato a ciascuna trasformata DFT discrete di Fourier di un ciclo motore; ;KIÌindice di rumore associato a ciascuna trasformata DFT discreta di Fourier di un ciclo motore; ;ECICLOindice di rumore complessivo di un ciclo motore; e ;m numero di trasformate DFT discrete di Fourier di un ciclo motore. ;L'indice KINdi rumore normalizzato assume valori compresi fra 0 e 1 in un ciclo motore ed il suo andamento è illustrato nella figura 4b al variare dell'angolo motore. ;Nella figura 4a è invece illustrato l'andamento del segnale rilevato da un apposito sensore di pressione dal cui segnale è possibile rilevare un indice caratteristico e cioè la massima ampiezza (MAPO - Maximum Amplitude Pressure Oscillation) della intensità delle onde di pressione generate dalla combustione nei cilindri 3 del motore 1 a combustione interna. Più in generale, il sensore è un sensore di pressione in camera che non rileva esclusivamente la detonazione ma l'andamento della pressione interna al cilindro 3. Attraverso il segnale fornito dal sensore di pressione è possibile ottenere l'indice MAPO dopo una elaborazione del segnale stesso che prevede una fase di filtraggio a 5-20 kHz del segnale di pressione, la finestratura tra il punto morto superiore e 90 gradi (valore tipico) dopo il punto morto superiore. ;Dal confronto fra i due andamenti illustrati nella figura 4, è possibile verificare che l'andamento dell'indice KINdi rumore normalizzato ha una prima significativa variazione della pendenza in corrispondenza dell'evento di chiusura delle valvole 35 di aspirazione dei cilindri 3 attorno ai - 100 gradi motore. ;L'andamento dell'indice KINdi rumore normalizzato ha poi una ulteriore significativa variazione della pendenza in corrispondenza dell'evento detonante nei cilindri 3 fra i 100 e i 250 gradi motore. Entrambi i fenomeni producono una serie di creste nell'andamento del segnale di pressione in camera. In questi fenomeni si nota l'instaurarsi di oscillazioni nel segnale di pressione in camera nel range di frequenze dell'indice KI di rumore. Il fenomeno della detonazione è riconoscibile nell'andamento dell'indice KINdi rumore normalizzato con un ritardo temporale (e quindi anche un ritardo in angolo motore) rispetto a quanto rilevato dall' indice ΜΛΡΟ di massima ampiezza della intensità delle onde di pressione generate dalla combustione nei cilindri 3 - a quanto rilevato dal sensore di pressione in camera. ;E' stato quindi possibile verificare sperimentalmente che la finestra W angolare espressa in gradi motore dell'indice KINdi rumore normalizzato che è associata ad eventuali eventi detonanti nei cilindri 3 è ricavata in corrispondenza del secondo cambio di pendenza dell'indice KIu di rumore normalizzato stesso. In altre parole, la derivata dell'indice KINdi rumore normalizzato nella finestra W angolare compresa fra i 100 e i 250 gradi motore è maggiore rispetto alla derivata dell'indice KINdi rumore normalizzato al di fuori della finestra W compresa fra i 100 e i 250 gradi motore. ;Secondo una preferita variante, una volta individuata la finestra W angolare espressa in gradi motore per il riconoscimento di eventuali eventi detonanti nei cilindri 3, la centralina 22 di controllo procede a confrontare la somma degli indici KIi di rumore associati alle trasformate DFT discrete di Fourier di un ciclo motore nella finestra W angolare con un rispettivo valore TV di soglia stabilito in una fase preliminare di messa a punto. ;In funzione dell'esito del confronto fra la somma degli indici KIi di rumore associati alle trasformate DFT discrete di Fourier di un ciclo motore nella finestra W angolare ed il rispettivo valore TV di soglia, la centralina 22 di controllo è in grado di riconoscere se, in quel ciclo motore, si sono verificati o meno eventi detonanti. In particolare, nel caso in cui la somma degli indici Kli di rumore associati alle trasformate DFT discrete di Fourier di un ciclo motore nella finestra W angolare sia maggiore del valore TV di soglia, la centralina 22 di controllo riconosce che in quel ciclo motore è insorta detonazione. ;Alternativamente, una volta individuata la finestra W angolare espressa in gradi motore per il riconoscimento di eventuali eventi detonanti nei cilindri 3, la centralina 22 di controllo procede a confrontare l'indice KINdi rumore normalizzato associato al cambio di pendenza con un rispettivo valore TV' di soglia stabilito in una fase preliminare di messa a punto. In funzione del confronto fra l'indice KIMdi rumore normalizzato associato al cambio di pendenza ed il valore TV' di soglia, la centralina 22 di controllo è in grado di riconoscere se, in quel ciclo motore, si è verificato o meno un evento detonante. In particolare, nel caso in cui l'indice KINdi rumore normalizzato associato al cambio di pendenza sia maggiore del valore TV' di soglia, la centralina 22 di controllo riconosce che in quel ciclo motore è insorta detonazione. ;Per verificare l'affidabilità del metodo per rilevare l'insorgere dei fenomeni di detonazione descritto nella trattazione che precede, è stato costruito un indice C di correlazione fra l'indice KIÌdi rumore associato a ciascuna trasformata DFT discreta di Fourier di un ciclo motore e 1'indice MAPO di massima ampiezza della intensità delle onde di pressione generate dalla combustione nei cilindri 3 rilevate da un apposito sensore in camera di combustione . ;In particolare, 1'indice C di correlazione è definito come segue: ;;n ;-y) ;c = i=l [4] ;∑ (ri-r)<2>*]T(y,-y)<2>

C indice di correlazione;

i trasformata DFT discreta di Fourier nella finestra W angolare con i compreso fra 1 e n;

n numero di cicli motore considerati;

x± i-esimo valore assunto dall' indice MAPO della intensità delle onde di pressione generate dalla combustione nei cilindri 3 rilevate da un apposito sensore in camera di combustione;

y±i-esimo valore assunto dall'indice KI±di rumore associato a ciascuna trasformata DFT discrete di Fourier di un ciclo motore; e

x y valori medi dell'indice MAPO della intensità delle onde di pressione generate dalla combustione nei cilindri 3 rilevate da un apposito sensore in camera di combustione e dell'indice Kli di rumore associato a ciascuna trasformata DFT discrete di Fourier di un ciclo motore .

Per ogni ciclo motore, si confronta il MAPO con l'indice Kli di rumore associato a ciascuna trasformata DFT discrete di Fourier oppure con la somma degli indici Kli di rumore nella finestra W angolare considerata.

Il motore 1 a combustione interna è provvisto del sensore 24 che misura la posizione dell'albero 31 motore a camme; in funzione della posizione dell'albero 31 motore a camme è possibile determinare per quale cilindro 3 si sta analizzando il ciclo combustione e per quale cilindro 3 sono insorti eventuali fenomeni di detonazione.

Nella figura 5 è illustrato 1'indice C di correlazione appena descritto per un veicolo provvisto di un motore a quattro cilindri 3 e 1400 cc di cilindrata. Per i quattro cilindri 3, l'indice C di correlazione assume valori piuttosto elevati superiori al 92% che indicano una ottima correlazione fra l'indice Kli di rumore associato a ciascuna trasformata DFT discrete di Fourier di un ciclo motore e 1'indice MAPO della intensità delle onde di pressione generate dalla combustione nei cilindri 3 rilevate da un apposito sensore in camera di combustione.

Nella trattazione che precede si è fatto esplicito riferimento al caso in cui sia presente un singolo sensore 33 ed un singolo sensore 34, che possono però essere vantaggiosamente sostituiti da un numero di sensori 33' definenti un sensore 33 virtuale ed un numero di sensori 34' definenti un sensore 34 virtuale.

Il metodo per determinare 1'insorgere di fenomeni di detonazione fin qui descritto presenta diversi vantaggi. In particolare, pur essendo vantaggioso in termini di costi, è anche di facile ed economica implementazione. In particolare, il metodo fin qui descritto non richiede informazioni provenienti da un sensore di ruota fonica calettato in corrispondenza della estremità dell'albero 31 e, inoltre, non comporta neppure un aggravio dell'onere computazionale per la centralina 22 di controllo consentendo, al contempo, di riconoscere in modo affidabile e robusto l'insorgere di eventuali fenomeni detonanti utilizzando esclusivamente il contenuto del segnale proveniente dai sensori 33 e 34 ed evitando di utilizzare informazioni fornite dal controllo motore ad esempio per costruire la finestra W angolare che, se compromesse, rischierebbero di inficiare il riconoscimento di fenomeni detonanti. Inoltre, elimina l'incertezza dell'ampiezza angolare di osservazione del fenomeno e 1'inizio di osservazione .

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Metodo per riconoscere l'insorgere di fenomeni di detonazione in un motore (1) a combustione interna provvisto di un numero di cilindri (3) e comprendente un primo sensore (33) atto a rilevare l'intensità del segnale generato dalla combustione nei cilindri (3) e preferibilmente disposto in una posizione affacciata ai e in prossimità dei cilindri (3); ed un secondo sensore (34) il quale è disposto in una posizione tale da rilevare esclusivamente il rumore ambientale e da non essere interessato dalla combustione nei cilindri (3); il metodo prevede di: rilevare mediante il primo sensore (33) l'intensità del segnale generato dalla combustione nei cilindri (3); rilevare mediante il secondo sensore (34) l'intensità del rumore ambientale; elaborare il segnale rilevato dal detto primo sensore (33) in modo da ottenere una trasformata discreta di Fourier (DFT) che rappresenta un campionamento in frequenza dello spettro del detto segnale; elaborare il segnale rilevato dal detto secondo sensore (34) in modo da ottenere una trasformata discreta di Fourier (DFT) che rappresenta un campionamento in frequenza dello spettro del detto segnale; calcolare un primo indice (KI) per ciascuna trasformata discreta di Fourier (DFT) che identifica un ciclo di combustione in funzione del segnale rilevato dal detto primo sensore (33) e del segnale rilevato dal detto secondo sensore (34) ; e riconoscere 1'insorgere di fenomeni di detonazione per un ciclo di combustione in funzione esclusivamente del primo indice (KI) calcolato per ciascuna trasformata discreta di Fourier (DFT) che identifica il ciclo di combustione stesso. 2,- Metodo secondo la rivendicazione in cui la fase di riconoscere l'insorgere di fenomeni di detonazione per un ciclo di combustione non prevede di utilizzare informazioni fornite dal controllo motore ma esclusivamente da un sensore di camma. 3.- Metodo secondo la rivendicazione 1 oppure 2 e comprendente l'ulteriore fase di calcolare il primo indice (KI) per ciascuna trasformata discreta di Fourier (DFT) attraverso la formula: KI = E335-40kHZ / E345-40kHZ [1] KI primo indice; E335-40kHz somma dei moduli della trasformata discreta di Fourier del segnale generato dalla combustione nei cilindri (3) nell'intervallo di frequenza fra 5 e 40 kHz; e ^345-40kHz somma dei moduli della trasformata discreta di Fourier del segnale rilevato dal detto secondo sensore (34) nell'intervallo di frequenza fra 5 e 40 kHz. 4.- Metodo secondo la rivendicazione 3 e comprendente l'ulteriore fase di calcolare un secondo indice (KIN)per ciascuna trasformata discreta di Fourier (DFT) che identifica un ciclo di combustione mediante la formula che segue: KIN= Kli / ELICLOcon i = 1, ...m [3] KINsecondo indice; Kli primo indice per ciascuna trasformata discreta di Fourier (DFT) di un ciclo motore; ECICLO indice complessivo di un ciclo motore pari alla sommatoria dei primi indici (KI) di ciascuna trasformata discreta di Fourier (DFT) di un ciclo motore; e m numero di trasformate (DFT) discrete di Fourier che individuano un ciclo motore, 5.- Metodo secondo la rivendicazione 4 e comprendente le ulteriori fasi di: identificare una finestra (W) angolare in gradi motore in funzione del secondo indice (KIN)per ciascuna trasformata discreta di Fourier (DFT) che identifica un ciclo di combustione; e riconoscere 1'insorgere di fenomeni di detonazione per un ciclo di combustione esclusivamente all'interno della finestra (W) angolare. 6.- Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui identificare la finestra (W) angolare in gradi motore in corrispondenza di una variazione di pendenza nello spettro del detto secondo indice (KIN). 7.- Metodo secondo la rivendicazione 5 oppure 6 e comprendente le ulteriori fasi di: confrontare la somma della pluralità di detti primi indici (KI) associati alle trasformate discrete di Fourier (DFT) nella finestra (W) angolare con un primo valore (TV) di soglia; e riconoscere 1'insorgere di fenomeni di detonazione per un ciclo di combustione in funzione del confronto fra la somma della pluralità di detti primi indici (KI) associati alle trasformate discrete di Fourier (DFT) nella finestra (W) angolare ed il primo valore (TV) di soglia; in particolare, riconoscere l'insorgere di fenomeni di detonazione per un ciclo di combustione nel caso in cui la somma della pluralità di detti primi indici (KI) associati alle trasformate discrete di Fourier (DFT) nella finestra (W) angolare sia superiore al primo valore (TV) di soglia. 8.- Metodo secondo una delle rivendicazioni da 5 a 7 e comprendente le ulteriori fasi di: confrontare il secondo indice (KIN)associato alla variazione di pendenza con un secondo valore (TV') di soglia; e riconoscere 1'insorgere di fenomeni di detonazione per un ciclo di combustione in funzione del confronto fra secondo indice (KIN)associato alla variazione di pendenza ed il secondo valore (TV') di soglia; in particolare, riconoscere l'insorgere di fenomeni di detonazione per un ciclo di combustione nel caso in cui il secondo indice (KIN)associato alla variazione di pendenza sia superiore al secondo valore (TV') di soglia. 9.- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo sensore (33) e il secondo sensore (34) sono dei microfoni (33, 34).