PT1491733E

PT1491733E - Dispositivo e método de controlo para um motor de combustão interna.

Info

Publication number: PT1491733E
Application number: PT04102853T
Authority: PT
Inventors: Marco Panciroli
Original assignee: Magneti Marelli Powertrain Spa
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2007-07-09
Also published as: CN1573030A; ITBO20030391A1; BRPI0402568B1; US7092812B2; EP1491733A1; ATE360745T1; CN100462527C; US20050027433A1; ES2285355T3; DE602004006054D1; DE602004006054T2; PL1491733T3; EP1491733B1; BRPI0402568A

Description

PE 1491733 - 1 -

DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO E MÉTODO DE CONTROLO PARA DM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA" A presente invenção diz respeito a um método de controlo para um motor de combustão interna, destinado a ser usado num motor de combustão interna.

Num motor de combustão interna existem múltiplos componentes que se movimentam entre duas posições terminais. Entre estes componentes móveis contam-se as válvulas, que são geralmente movidas por uma árvore de carnes. Conjuntamente com esta tecnologia, que se encontra vastamente consolidada no sector da engenharia automóvel, estão actualmente a ser experimentados sistemas alternativos para actuação de válvulas. Em particular, os Requerentes do presente pedido de Patente estão a fazer experiências com uma unidade de actuação electro-hidráulica para as válvulas de um motor de combustão interna do modelo que é descrito pela Patente europeia 1 233 152, pedida em nome dos Requerentes. Esta unidade electro-hidráulica é comandada por uma unidade electrónica e torna possível fazer variar, com grande precisão, os momentos de abertura e fecho de cada válvula, em conformidade com um ciclo que é estabelecido como uma função da velocidade angular da cambota e de outros parâmetros operacionais, assim ΡΕ1491733 - 2 - melhorando substancialmente o desempenho do motor de combustão interna. A unidade electro-hidráulica que está actualmente a ser ensaiada inclui, para cada válvula de admissão ou de escape do motor, um dispositivo de actuação electro-hidráulica composto por: (i) um actuador hidráulico adequado para mover a válvula na direcção axial, desde a sua posição de fecho até à sua posição de máxima abertura, vencendo a acção de um elemento elástico apropriado para manter esta válvula na posição fechada; e (ii) uma válvula distribuidora hidráulica preparada para regular o fluxo de óleo pressurizado que se dirige para este actuador hidráulico, e que dele sai, de maneira a controlar o deslocamento da válvula entre a posição de fecho e a posição de máxima abertura.

Com o objectivo de disponibilizar o óleo pressurizado, a unidade electro-hidráulica que está a ser ensaiada dispõe de um circuito hidráulico constituído por um tanque de recolha de óleo, dentro do qual é armazenado o óleo a ser fornecido ao actuadores, e por uma unidade de bombagem preparada para fornecer óleo pressurizado para os diversos distribuidores, retirando-o directamente do tanque de recolha. A unidade electro-hidráulica descrita na Patente europeia 1 233 152 consiste numa válvula distribuidora de corrediça que pode assumir uma primeira posição operacional, na qual põe o actuador hidráulico linear em comunicação directa com o tanque de recolha de fluido, uma ΡΕ1491733 - 3 - segunda posição operacional, na qual isola o actuador hidráulico linear de maneira a evitar que o fluxo de fluido entre e saia deste actuador, e uma terceira posição operacional, na qual põe o actuador hidráulico linear em comunicação directa com um ramal que contém o fluido pressurizado. A unidade, consoante é descrita, apresenta a grande vantagem da sua estrutura ser particularmente simples, o que garante um elevado grau de fiabilidade ao longo do tempo, permitindo assim a sua utilização no sector da engenharia automóvel.

No entanto, a vasta gama de ajustamentos que são possiveis, em resultado da actuação hidráulica das válvulas, requer um controlo do motor que seja capaz de monitorizar a circunstância do funcionamento do motor em geral, e da actuação das válvulas em particular, se estar de facto a realizar de acordo com o ciclo estabelecido.

Um método de controlo para um motor de combustão interna é já conhecido através do documento US 5 797 360, onde um motor de combustão interna está equipado com: (i) uma unidade electromagnética integrando pólos electro-magnéticos para comando de cada válvula, a qual dispõe de uma armadura; e (ii) um dispositivo de controlo para detectar o impacto desta armadura de encontro a um pólo, de maneira a calcular a velocidade de impacto e a registar o instante em que o impacto tem lugar. Um tal método de - 4 - ΡΕ1491733 controlo provou ser eficiente com uma unidade electromagnética para comando das válvulas porque a válvula e a respectiva armadura se encontram rigidamente ligadas, mas já não deverá merecer tanta confiança num motor de combustão interna para o qual as válvulas sejam comandadas por uma unidade electro-hidráulica, onde a válvula e o distribuidor hidráulico estão ligados por intermédio de um fluido. 0 objectivo da presente invenção é o de proporcionar um método de controlo para um motor de combustão interna capaz de monitorizar o funcionamento do motor, dispondo de uma unidade electro-hidráulica para comandar as válvulas de uma maneira simples e económica.

De acordo com a presente invenção, é proporcionado um método de controlo para um motor de combustão interna em conformidade com a reivindicação 1. A presente invenção refere-se a um motor de combustão interna.

De acordo com a presente invenção, é proporcionado um motor de combustão interna em conformidade com a reivindicação 13. A presente invenção será seguidamente descrita fazendo referência aos desenhos anexos, que ilustram configurações não limitativas da mesma, onde: ΡΕ1491733 - 5 - a Figura 1 é uma vista esquemática de um motor equipado com um dispositivo de controlo da presente invenção; a Figura 2 é uma vista esquemática de um motor equipado com uma variante do dispositivo de controlo da Figura 1.

Na Figura 1, um motor de combustão interna é genericamente identificado por M e integra uma cabeça de motor T e uma unidade de actuação electro-hidráulica 1 para actuação das válvulas 2. A Figura 1 mostra uma única válvula 2 acoplada a uma respectiva sede 2A colocada na cabeça de motor T; deverá ser no entanto percebido que a unidade de actuação electro-hidráulica 1 está preparada para comandar todas as válvulas de admissão e de escape do motor M. Nesta descrição, a abertura da válvula 2 é definida como a fase de transição desta válvula 2 desde a posição de fecho até à posição de máxima abertura; o fecho da válvula 2 é definido como a fase de transição da válvula 2 desde a posição de máxima abertura até à posição de fecho; e define-se a fase de retenção como sendo a fase durante a qual a válvula 2 permanece na posição de máxima abertura. Os termos verbais 'abrindo', 'fechando' e 'retendo' a válvula 2 terão consequentemente o mesmo significado.

Da unidade 1 faz parte um circuito hidráulico 3 e um dispositivo de controlo 4. Por sua vez, o circuito hidráulico 3 é constituído por um circuito 5, comum a todas ΡΕ1491733 - 6 - as válvulas 2, e por uma multiplicidade de dispositivos de actuação 6, estando cada um deles associado com uma correspondente válvula 2. Na Figura 1, por questões de simplicidade, somente está representado um dispositivo 6 associado com a sua correspondente válvula 2. 0 circuito 5 é constituído por um tanque de recolha 7 para óleo à pressão atmosférica, uma unidade de bombagem 8 e dois ramais 9 e 10 que são alimentados com fluido pressurizado, e ao longo dos quais se encontram sequencialmente dispostos, respectivamente, os reguladores de pressão 11 e 12 e os correspondentes acumuladores de pressão 13 e 14. Os dois ramais 9 e 10 do circuito 5, a jusante dos respectivos acumuladores 13 e 14, estão ligados aos correspondentes dispositivos de actuação 6, cada um dos quais é constituído por um selector de comando 15, uma válvula distribuidora de corrediça 16 e um actuador hidráulico 17 que está rigidamente ligado à válvula 2. 0 selector 15 está ligado ao ramal 10, ao tanque 7 e a um ramal 18 que liga o selector 15 à válvula distribuidora de corrediça 16, de maneira a comandar esta válvula distribuidora de corrediça 16. A válvula de corrediça 16 está ligada ao ramal 9, ao tanque 7, a um ramal de alimentação 19 para o actuador 17 e a um ramal 20 que sai do actuador 17. O selector 15 consiste numa válvula de três vias comandada por um electroíman 23 e uma mola 24, e está ΡΕ1491733 - 7 - preparado para assumir duas posições: (i) quando o electroiman 23 não está excitado, a mola 24 mantém o selector numa primeira posição em que o ramal 10 fica fechado, enquanto o ramal 18 fica ligado ao tanque 7 (Figura 1); (ii) quando o electroiman 23 é excitado, vai vencer a força da mola 24 e colocar o selector 15 numa segunda posição, na qual o ramal 10 fica ligado ao ramal 18. A válvula distribuidora de corrediça 16 consiste numa válvula de quatro vias comandada por um êmbolo 25 e uma mola 26, e está preparada para assumir essencialmente quatro posições operacionais representadas por Pl, P2, P3 e P4 na Figura 1. Se bem que a válvula de corrediça 16 tenha quatro posições operacionais Pl, P2, P3 e P4, em termos práticos ela só tem duas posições estáveis, concretamente as posições terminais representadas respectivamente por Pl e P4 na Figura 1. As posições operacionais P2 e P3 constituem posições transitórias entre as posições operacionais opostas Pl e P4. Na posição operacional Pl, o ramal 20 está ligado ao tanque 7, enquanto que o ramal 9 e o ramal 19 ficam desligados; na posição operacional P2 todas as ligações se encontram desligadas; na posição operacional P3 o ramal 9 está ligado ao ramal 19, enquanto que o ramal de saída 20 se encontra fechado: por esta razão, a posição operacional P3 é definida como a posição de actuação; a posição operacional P4 volta a mostrar as mesmas características que a posição operacional P2. ΡΕ1491733 - 8 -

Do actuador linear hidráulico 17 fazem parte um cilindro 27, um êmbolo 28 ligado à válvula 2 e uma mola 29 apropriada para manter a válvula 2 na posição fechada.

Da válvula de corrediça 16 fazem parte um casquilho 30, uma corrediça 31 que desliza no casquilho 30 e dois batentes terminais 32 e 33 que definem as correspondentes posições operacionais estáveis Pl e P4. O dispositivo de controlo 4 consiste numa unidade electrónica de controlo 40 que determina o instante de abertura e o instante de fecho de cada válvula 2, em função dos dados detectados provenientes do motor M como, por exemplo, o número de rotações e outros parâmetros operacionais. A unidade 40 comanda assim o electroiman 23 de maneira a provocar, em cascata, a actuação do selector 15, da válvula distribuidora de corrediça 16 e do actuador linear 17. O dispositivo de controlo 4 integra ainda um acelerómetro 42 montado na válvula distribuidora de corrediça 16 e um acelerómetro 43 montado na cabeça de motor T. A unidade 40, da mesma maneira que comanda o electroiman 23 também controla os reguladores de pressão 11 e 12 e a secção de passagem do orifício 22, com secção variável, e regista os sinais fornecidos pelos acelerómetros 42 e 43 com o intuito de modificar o ciclo estabelecido em circuito fechado, em função dos sinais fornecidos pelos acelerómetros 42 e 43. ΡΕ1491733 - 9 -

Os sinais registados pelo acelerómetro 42 estão essencialmente correlacionados com as vibrações provocadas pelos impactos da corrediça 31 de encontro aos batentes 32 e 33, enquanto que os sinais registados pelo acelerómetro 43 estão correlacionados com as vibrações geradas pelos impactos da válvula 2 de encontro à respectiva sede 2A. A amplitude da vibração está correlacionada com a energia dissipada no impacto, e portanto com a massa e com a velocidade da corrediça 31 e da válvula 2 respectivamente.

Durante o funcionamento, a unidade de controlo 40 excita o electroiman 23 de acordo com um ciclo estabelecido, com o fim de provocar, em cascata, a actuação do selector 15, da válvula distribuidora de corrediça 16 e do actuador linear 17. Os sensores 42 e 43 detectam os correspondentes sinais Sc e Sv e a unidade 40 processa estes sinais Sc e Sv com o intuito de calcular a velocidade de impacto Vic da corrediça 31 de encontro aos respectivos batentes 32 e 33, e a velocidade de impacto Viv da válvula 2 de encontro à respectiva sede 2A. As velocidades de impacto da corrediça 31 são representadas por Vic independentemente de elas consistirem numa velocidade de impacto de encontro ao batente 32 ou de encontro ao batente 33. A unidade 40 regista o momento tc de fecho da válvula 2: o momento tc representa o instante em que tem lugar o impacto entre a válvula 2 e a correspondente sede 2A. A unidade de controlo 40 também regista os momentos tpi e tP2 que representam os instantes em que a corrediça 31 choca de encontro ao batente 32 e ao batente 33, respectivamente. -10- ΡΕ1491733

Tomando por base estes dados tc, tpi, tP2, Vic, e Viv, a unidade de controlo 40 consegue modificar os comandos do electroiman 23 em circuito fechado. Além disso, a unidade de controlo 40 consegue detectar quaisquer anomalias operacionais, como por exemplo excessivo atrito ou enfraquecimento das molas, por intermédio de um único sensor para cada componente móvel.

De acordo com uma variante não mostrada na Figura 1, cada sensor está associado a um filtro com o fim de filtrar o sinal Sc ou Sv, de maneira a eliminar a influência das vibrações provocadas por outros componentes móveis e por ruidos de fundo. A influência dos outros componentes móveis depende do grau de sensibilidade do sensor e da posição segundo a qual este sensor está montado.

De acordo com a variante de Figura 2, os sensores 42 e 43 foram omitidos, e o dispositivo de controlo 4 inclui, para além da unidade 40, um acelerómetro 44 montado na cabeça T do motor M. Na sua essência, o acelerómetro 44 está preparado para detectar um sinal global correlacionado com todas as vibrações geradas no motor M, no decurso do funcionamento deste motor Μ. O sinal S contém a informação relativamente a todas as vibrações geradas durante o funcionamento do motor M e vai sendo sucessivamente filtrado com o intuito de isolar o sinal associado com uma das válvulas 2, ou com uma das corrediças 31. Por esta razão, o dispositivo de controlo 4 integra filtros Fl, F2, -11- ΡΕ1491733 F3, até FN, para isolar os sinais Sc, Sv, Svi, até Svn· Assim que o sinal global S tenha sido filtrado, ou melhor, dividido numa multiplicidade de sinais Sc e Sv, a unidade de controlo 40 irá funcionar conforme se descreveu fazendo referência à Figura 1. A variante da Figura 2 é particularmente simples pelo facto de envolver a montagem de um único sensor 44 no motor M. Esta simplicidade construtiva torna-se ainda mais evidente quando o sensor 44 é constituído por um sensor de detonação, ou seja um sensor que já vem habitualmente montado na cabeça T do motor M para detectar ondas de choque anómalas geradas por uma combustão incorrecta da mistura ar-combustível. Neste caso, será suficiente proporcionar um outro filtro para separar o sinal gerado pela detonação do motor relativamente às grandezas atrás descritas.

De acordo com uma variante que não é mostrada, o dispositivo 4 inclui uma série de sensores, não necessariamente associados a uma corrediça 31 ou a uma válvula 2, capazes de registar correspondentes sinais globais correlacionados com as vibrações transmitidas pelos componentes móveis. Como no caso precedente, a filtragem dos sinais globais isola o sinal e a energia associada com cada impacto. A título de exemplo, o dispositivo 4 poderá incluir o sensor de detonação 44 e um acelerómetro adicional. -12- ΡΕ1491733

Poderá ser necessário montar outros sensores, em virtude do facto de um único sensor poder ser insuficiente para permitir o isolamento de todos os sinais associados com um único impacto enquanto que, simultaneamente, a instalação de um sensor especifico para cada elemento móvel se tornaria excessivamente dispendiosa.

Lisboa, 27 de Junho de 2007

Claims

ΡΕ1491733 - 1 - REIVINDICAÇÕES 1. Um método de controlo para um motor de combustão interna, em que do motor de combustão interna (M) fazem parte: (i) uma cabeça de motor (T); (ii) uma sede de válvula (2A) instalada nessa cabeça de motor (T); (iii) uma válvula (2) movendo-se entre duas posições terminais e transmitindo um primeiro conjunto de vibrações na localização daquela sede (2A) durante o funcionamento do motor de combustão interna (M); e (iv) uma unidade electro-hidráulica (1) consistindo numa válvula distribuidora hidráulica (16) para comando de mencionada válvula (2); esta válvula distribuidora hidráulica (16) integra uma corrediça (31) que está preparada para assumir duas posições estáveis de encontro a dois batentes opostos (32, 33) e transmite um segundo conjunto de vibrações nas localizações daqueles batentes opostos (32, 33), no decurso do funcionamento do motor de combustão interna; caracterizado por poder providenciar: o registo de um primeiro sinal (Sv; S) correlacionado com uma primeira energia de impacto produzindo aquele primeiro conjunto de vibrações; o cálculo de uma primeira velocidade de impacto (Viv) como função do primeiro sinal (Sv; S); o registo de um primeiro momento (tc) no qual ocorre o primeiro impacto; o registo de um segundo sinal (Sc; S) correlacionado com uma segunda energia de impacto produzindo aquele segundo conjunto de vibrações; o cálculo de uma segunda velocidade de impacto (Vlc) como função do segundo sinal (Sc; S) ; e o - 2 - ΡΕ1491733 registo de um segundo momento (tPi, tP2) no qual ocorre o segundo impacto mencionado.
2. Um método conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado por os mencionados primeiro e segundos sinais (Sv; Sc; S), correlacionados com o primeiro e segundo conjunto de vibrações, serem registados por intermédio de, pelo menos, um sensor (42,43; 44).
3. Um método conforme reivindicado na reivindicação 2, caracterizado por os primeiro e segundo sinais (Sv; Sc; S) serem filtrados, de maneira a isolar as vibrações dos primeiro e segundo conjuntos.
4. Um método conforme reivindicado na reivindicação 2, caracterizado por o sensor (42; 43, 44) consistir num acelerómetro.
5. Um método conforme reivindicado na reivindicação 3, caracterizado por o motor de combustão interna (M) incluir um sensor de detonação (44), em que o método proporciona a utilização deste sensor (44) para registo dos primeiro e segundo sinais (S) .
6. Um método conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado por as posições da corrediça (31) serem interpoladas entre as posições terminais, constituindo uma função do segundo sinal (Sc; S) . ΡΕ1491733 - 3 -
7. Um motor de combustão interna (M) do qual fazem parte: uma cabeça de motor (T); uma sede de válvula (2A) instalada nessa cabeça de motor (T); uma válvula (2) movendo-se entre duas posições terminais e transmitindo um primeiro conjunto de vibrações na localização daquela sede (2A) durante o funcionamento do motor de combustão interna (M) ; uma unidade electro-hidráulica (1) consistindo numa válvula distribuidora hidráulica (16) para comando da mencionada válvula (2); e um dispositivo de controlo (4) para controlar o dito motor de combustão interna (M) ; esta válvula distribuidora hidráulica (16) integra uma corrediça (31) que está preparada para assumir duas posições estáveis, de encontro a dois batentes opostos (32, 33), e transmite um segundo conjunto de vibrações nas localizações daqueles batentes opostos (32, 33), no decurso do funcionamento do motor de combustão interna (M) ; o motor de combustão interna(M) é caracterizado por aquele dispositivo de controlo (4) ser composto por: meios de registo (40, 43; 40, 42; 40; 44) para registar um primeiro sinal (Sv; S) correlacionado com uma primeira energia de impacto produzindo aquele primeiro conjunto de vibrações, e para o registo de um segundo sinal (Sc; S) correlacionado com uma segunda energia de impacto produzindo aquele segundo conjunto de vibrações; meios de cálculo (40) para calcular uma primeira velocidade de impacto (Vlv) em função do primeiro sinal (Sv; S), e para calcular uma segunda velocidade de impacto (Vic) em função do segundo sinal (Sc; S); meios de registo (40, 42; 40, 43; 40; 44) para registar um primeiro momento (tc) no qual ocorre o primeiro impacto, ΡΕ1491733 - 4 - e para registar um segundo momento (tPi; tP2) no qual ocorre o segundo impacto.
8. Um dispositivo conforme reivindicado na reivindicação 7, caracterizado por dos meios de registo (40, 42; 40, 43,; 40; 44) fazer parte pelo menos um sensor (43, 42; 44).
9. Um dispositivo conforme reivindicado na reivindicação 7, caracterizado por os meios de registo (40, 42; 40, 43; 40; 44) integrarem filtros (Fl, F2, F3, até FN) apropriados para filtrar os primeiro e segundo sinais (Sv; sc; S).
10. Um dispositivo conforme reivindicado na reivindicação 8, caracterizado por o sensor (42, 43; 44) consistir num acelerómetro.
11. Um dispositivo conforme reivindicado na reivindicação 9, caracterizado por o motor de combustão interna (M) incluir um sensor de detonação (44), em que o método proporciona a utilização deste sensor (44) sob a forma de um acelerómetro, para registar os primeiro e segundo sinais (S) . Lisboa, 27 de Junho de 2007