ITBO20120323A1 - Metodo di controllo di un motore a combustione interna - Google Patents

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ITBO20120323A1
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combustion engine
engine
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Marco Panciroli
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Magneti Marelli Spa
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Description

D E S C R I Z I O N E
“METODO DI CONTROLLO DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNAâ€
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo di controllo di un motore a combustione interna, in particolare sovralimentato.
ARTE ANTERIORE
Come à ̈ noto, alcuni motori a combustione interna sono provvisti di un sistema di sovralimentazione a turbocompressore, il quale à ̈ in grado di aumentare la potenza sviluppata dal motore sfruttando l’entalpia dei gas di scarico per comprimere l’aria aspirata dal motore e quindi aumentare il rendimento volumetrico dell’aspirazione.
Un sistema di sovralimentazione a turbocompressore comprende un turbocompressore provvisto di una turbina, la quale à ̈ disposta lungo un condotto di scarico per ruotare ad alta velocità sotto la spinta dei gas di scarico espulsi dal motore, e di un compressore, il quale à ̈ portato in rotazione dalla turbina ed à ̈ disposto lungo il condotto di alimentazione dell’aria per comprimere l’aria aspirata dal motore.
Solitamente, quando da una condizione di coppia oppure potenza motrice modesta (bassi regimi di rotazione e velocità contenuta) si verifica una improvvisa e rapida richiesta di aumento considerevole della coppia oppure potenza motrice (cioà ̈ quando il pilota affonda decisamente il pedale dell’acceleratore ad esempio per eseguire un sorpasso) à ̈ presente un ritardo del turbo (“turbo-lag†) abbastanza evidente. Questo fenomeno conosciuto come ritardo del turbo o risposta del turbo rappresenta la tendenza dei motori dotati di turbocompressore nel mancare di risposta in potenza all'azionamento veloce del comando acceleratore ed à ̈ particolarmente fastidioso nel caso di applicazioni su vetture sportive in cui il sistema di sovralimentazione a turbocompressore consente di raggiungere prestazioni elevate.
Il ritardo del turbo à ̈ causato principalmente dal momento di inerzia del rotore che si verifica in occasione di una improvvisa e rapida richiesta di maggiore coppia oppure potenza motrice, e dal fatto che il volume complessivo del circuito posto a valle del compressore deve aumentare la pressione al suo interno.
Nel corso degli anni sono state proposte diverse soluzioni per cercare di ridurre il ritardo del turbo e migliorare ulteriormente le prestazioni dei motori dotati di turbocompressore. Ad esempio, à ̈ possibile utilizzare un turbocompressore a geometria variabile oppure un turbocompressore comprendente una pluralità di turbine in una configurazione in serie o in parallelo, ecc. Tutte le soluzioni fin qui note sono però particolarmente svantaggiose in termini di costi e di ingombro complessivo. DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un metodo di controllo di un motore a combustione interna, in particolare sovralimentato mediante un turbocompressore, il quale metodo di controllo sia di facile ed economica implementazione.
Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di controllo di un motore a combustione interna, in particolare sovralimentato mediante un turbocompressore 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 illustra schematicamente una preferita forma di attuazione di un motore a combustione interna sovralimentato mediante un turbocompressore e provvisto di una centralina elettronica di controllo che implementa un metodo di controllo realizzato secondo la presente invenzione;
- la figura 2 illustra per diversi regimi, in un piano caratteristico giri motore / ETASP il confronto fra le prestazioni del motore a combustione interna sovralimentato mediante un turbocompressore in una prima configurazione normale ed in una seconda realizzata secondo la presente invenzione;
- la figura 3 Ã ̈ uno schema a blocchi che rappresenta schematicamente il funzionamento del metodo di controllo realizzato secondo la presente invenzione di un motore a combustione interna sovralimentato e provvisto di valvole di aspirazione comandate con legge di alzata variabile; e
- la figura 4 Ã ̈ uno schema a blocchi che rappresenta schematicamente il funzionamento del metodo di controllo realizzato secondo la presente invenzione di un motore a combustione interna sovralimentato e provvisto di valvole di aspirazione comandate con legge di alzata fissa.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 Ã ̈ indicato nel suo complesso un motore a combustione interna sovralimentato mediante un sistema 2 di sovralimentazione a turbocompressore.
Il motore 1 a combustione interna comprende quattro cilindri 3, ciascuno dei quali à ̈ collegato ad un collettore 4 di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione (non illustrata) e ad un collettore 5 di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico (non illustrata). Il collettore 4 di aspirazione riceve aria fresca (cioà ̈ aria proveniente dall’ambiente esterno) attraverso un condotto 6 di aspirazione, il quale à ̈ provvisto di un filtro 7 aria ed à ̈ regolato da una valvola 8 a farfalla. Lungo il condotto 6 di aspirazione à ̈ disposto un intercooler 9 avente la funzione di raffreddare l’aria aspirata. Al collettore 5 di scarico à ̈ 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 ed almeno un silenziatore (non illustrato) disposto a valle del catalizzatore 11.
Il sistema 2 di sovralimentazione del motore 1 a combustione interna comprende un turbocompressore 12 provvisto di una turbina 13, che à ̈ 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 à ̈ disposto lungo il condotto 6 di aspirazione ed à ̈ collegato meccanicamente alla turbina 13 per venire trascinato in rotazione dalla turbina 13 stessa così da aumentare la pressione dell’aria alimentata nel condotto 6 di alimentazione.
Lungo il condotto 10 di scarico à ̈ previsto un condotto 15 di bypass, il quale à ̈ 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 à ̈ disposta una valvola 16 di wastegate, la quale à ̈ atta a regolare la portata dei gas di scarico che fluiscono attraverso il condotto 15 di bypass ed à ̈ pilotata da un attuatore 17. Lungo il condotto 6 di scarico à ̈ previsto un condotto 18 di bypass, il quale à ̈ collegato in parallelo al compressore 14 in modo da presentare le proprie estremità collegate a monte e a valle del compressore 14 stesso. Lungo il condotto 18 di bypass à ̈ disposta una valvola 19 Poff, la quale à ̈ atta a regolare la portata dell’aria che fluisce attraverso il condotto 18 di bypass ed à ̈ pilotata da un attuatore 20.
La trattazione che precede fa esplicito riferimento ad un motore 1 a combustione interna sovralimentato mediante un turbocompressore 12. In alternativa, il metodo di controllo sopra descritto può trovare vantaggiosa applicazione in un qualsiasi motore a combustione interna sovralimentato, mediante ad esempio un compressore dinamico o volumetrico.
Secondo una prima variante, il motore 1 a combustione interna à ̈ provvisto di una macchina elettrica connessa meccanicamente al turbocompressore 12 e predisposta per il recupero dell’energia dei gas di scarico; secondo questa variante, à ̈ possibile sia erogare la coppia motrice necessaria assorbendo energia elettrica, sia frenare erogando energia elettrica.
In alternativa à ̈ possibile applicare il metodo di controllo di seguito descritto ad un motore a combustione interna sovralimentato del tipo descritto nella domanda di brevetto EP-A1-2096277 e comprendente una turbina, un compressore meccanicamente indipendente dalla turbina, un generatore elettrico portato in rotazione dalla turbina per generare corrente elettrica ed un motore elettrico che porta in rotazione il compressore.
In generale, le forme di attuazione sopra descritte sono accumunate dal fatto di presentare un volume d’aria fra il compressore 14 ed i cilindri 3. La massa di aria intrappolata in ciascun cilindro 3 per ogni ciclo motore, può essere regolata mediante la rispettiva valvola di aspirazione (non illustrata), per mezzo di un dispositivo di attuazione valvola con legge di apertura variabile come ad esempio camless elettromagnetico o elettroidraulico. Oppure in alternativa, la massa di aria intrappolata in ciascun cilindro 3 per ogni ciclo motore à ̈ regolata mediante l’interposizione di una valvola 27, preferibilmente a farfalla, fra il compressore 14 e le valvole di aspirazione. Oppure come ulteriore alternativa, à ̈ possibile prevedere sia un dispositivo di attuazione valvola con legge di apertura variabile sia l’inserimento di una valvola 27, preferibilmente a farfalla, fra il compressore 14 e le valvole di aspirazione.
Il motore 1 a combustione interna à ̈ controllato da una centralina 21 elettronica di controllo, la quale sovrintende al funzionamento di tutte le componenti del motore 1 a combustione interna tra le quali il sistema 2 di sovralimentazione. In particolare, la centralina 21 elettronica di controllo pilota gli attuatori 17 e 20 della valvola 16 di wastegate e della valvola 19 Poff. La centralina 21 elettronica di controllo à ̈ collegata a dei sensori 22 che misurano la temperatura Toe la pressione Polungo il condotto 6 di aspirazione a monte del compressore 14, a dei sensori 23 che misurano la temperatura e la pressione lungo il condotto 6 di aspirazione a monte della valvola 8 a farfalla, ed a dei sensori 24 che misurano la temperatura e la pressione all’interno del collettore 4 di aspirazione. Inoltre, la centralina 21 elettronica di controllo à ̈ collegata ad un sensore 25 che misura la posizione angolare (e quindi la velocità di rotazione) di un albero motore del motore 1 a combustione interna ed un sensore 26 che misura la fase delle valvole di aspirazione e/o di scarico. É altresì importante evidenziare che non sono necessari sensori atti a misurare la velocità di rotazione del turbocompressore 12.
Viene di seguito descritta la strategia implementata dalla centralina 21 elettronica di controllo per comandare il motore 1 a combustione interna sovralimentato. In particolare, la centralina 21 elettronica di controllo à ̈ predisposta per aumentare la portata massica e volumetrica di aria e/o gas di scarico che attraversano il compressore 14 e la turbina 13, rispetto alla portata di aria effettivamente utilizzata dal motore 1 a combustione interna sovralimentato nella combustione per generare la potenza desiderata. Per implementare la suddetta strategia di controllo, la centralina 21 elettronica di controllo à ̈ predisposta per differenziare la gestione dei cilindri 3, in particolare, per differenziare la portata di aria aspirata e aria intrappolata da ciascun cilindro 3, e per differenziare la modalità di funzionamento.
In parole, la strategia prevede di generare la coppia obiettivo richiesta dal guidatore del veicolo solo con una parte dei cilindri 3 in combustione, mentre i rimanenti cilindri 3 aspirano quanto più aria possibile. Ad esempio, in un motore 1 a combustione interna sovralimentato con quattro cilindri 3, due cilindri 3 sono attivi e realizzano la coppia desiderata aspirando una massa di aria che à ̈ circa doppia rispetto alla massa di aria che aspirerebbero in condizioni di funzionamento normali (vale a dire nel caso in cui fossero attivi tutti i quattro cilindri 3). I rimanenti due cilindri 3 non sono attivi e vengono comandati per aspirare il massimo dell’aria ma non sono coinvolti nella combustione.
Si sono verificate sperimentalmente su un banco di prova per un motore 1 a combustione interna sovralimentato e provvisto di quattro cilindri 3 (in terza marcia) le prestazioni del motore 1 a combustione interna in due diverse configurazioni; di cui, una prima configurazione con quattro cilindri 3 attivi nella combustione (di seguito indicata configurazione normale) ed una seconda configurazione con due cilindri 3 attivi nella combustione e due cilindri 3 che sono comandati in aspirazione, ma non sono coinvolti nella iniezione e nella combustione (di seguito indicata configurazione scavenging).
Secondo quanto illustrato nella figura 2 per i diversi regimi, nel piano caratteristico giri motore (in RPM compresi fra 900 e 1800) / ETASP (in cui ETASP à ̈ il rendimento di aspirazione, definito dal rapporto fra la massa di aria intrappolata per ciascun ciclo per ciascun cilindro 3 e la massa di aria che riempie la cilindrata nella configurazione normale) nella configurazione scavenging à ̈ possibile osservare un incremento della sovralimentazione fino a 210 mbar. Un incremento della sovralimentazione di 210 mbar à ̈ pari a circa due/tre volte la sovralimentazione che si può ottenere nella configurazione normale. Nella configurazione scavenging, il rendimento ETASP di aspirazione, definito dal rapporto fra la massa di aria intrappolata per ciascun ciclo e per ciascun cilindro 3 e la massa di aria che riempie la cilindrata nella configurazione normale à ̈ un valore medio sui quattro cilindri 3, ossia à ̈ circa la metà di quello nei cilindri 3 attivi.
Ipotizzando la condizione di un motore 1 a combustione interna sovralimentato a regime costante di giri (ad es.
3000 rpm) il motore 1 a combustione interna sovralimentato nella configurazione normale con i quattro cilindri 3 attivi in combustione aspira una portata massica Mc che consente di erogare una potenza Pc, con una pressione di sovralimentazione p_c ed una coppia Cc trasmessa alle ruote motrici. Il punto di funzionamento c nella configurazione normale à ̈ individuato nel piano che rappresenta le curve caratteristiche del compressore 14 (solitamente fornite dal costruttore del turbocompressore 12), per una determinata velocità Nc di rotazione e a cui corrisponde una determinata posizione della valvola 16 di waste gate WGc.
Si à ̈ verificato che il motore 1 a combustione interna sovralimentato nella configurazione scavenging con due cilindri 3 attivi in combustione aspira una portata massica Ma e consente di raggiungere una pressione di sovralimentazione p_a e, al contempo, consente di erogare la stessa potenza Pc e la stessa coppia Cc trasmessa alle ruote motrici della configurazione normale.
In particolare, la portata massica Ma della configurazione scavenging à ̈ maggiore della portata massica Mc della configurazione normale e la valvola 16 di waste gate WGc sarà più chiusa rispetto alla configurazione normale (in altre parole WGa < WGc.)
Considerando la variante in cui la portata massica Ma della configurazione scavenging à ̈ circa doppia rispetto alla portata massica Mc della configurazione normale, si à ̈ verificato che à ̈ possibile ottenere una pressione di sovralimentazione p_a nella configurazione scavenging che à ̈ circa doppia rispetto alla pressione di sovralimentazione p_c della configurazione normale. E’ importante evidenziare che questo incremento della pressione di sovralimentazione può essere raggiunto erogando la stessa potenza Pc e trasmettendo la stessa coppia Cc alle ruote motrici rispetto alla configurazione normale.
In uso, nel momento in cui, su richiesta del guidatore à ̈ necessario aumentare la coppia Cc erogata alle ruote motrici, la centralina 21 elettronica di controllo à ̈ predisposta per comandare il passaggio dalla modalità di funzionamento scavenging alla modalità di funzionamento normale. In altre parole, tutti i quattro cilindri 3 diventano attivi in combustione ed à ̈ possibile erogare immediatamente la potenza corrispondente alla portata Ma di aria già disponibile e trasmettere la coppia richiesta alle ruote motrici. In questo modo à ̈ possibile ridurre in modo considerevole il ritardo della risposta del turbocompressore 12 (fenomeno noto come turbo_lag) dal momento che il circuito aria del motore 1 a combustione interna sovralimentato à ̈ già pressurizzato ed il turbocompressore 12 à ̈ già a regime (in altre parole vengono quasi azzerate le inerzie e il tempo di pressurizzazione dell’intero circuito di sovralimentazione).
Come noto, la zona utile del campo di funzionamento del compressore 14 à ̈ limitata, nella parte sinistra del piano portata massica ridotta / rapporto di compressione, da una linea di pompaggio che delimita una zona proibita ed à ̈ costituita dal luogo dei punti in cui l’equilibrio aerodinamico interno del compressore 14 viene rotto e si ha un periodico, rumoroso e violento rifiuto di portata alla bocca, con effetti che possono essere distruttivi per la palettatura del compressore 14 stesso.
Anche in prossimità della linea di pompaggio e ipotizzando la condizione di un motore 1 a combustione interna sovralimentato a regime costante di giri (ad es.
3000 rpm) nella configurazione normale, à ̈ possibile verificare che i quattro cilindri 3 attivi in combustione aspirano una portata massica Mc che consente di erogare una potenza Pc, con una pressione di sovralimentazione p_c ed una coppia Cc trasmessa alle ruote motrici. Il punto di funzionamento c nella configurazione normale à ̈ individuato sulla linea di pompaggio nel piano che rappresenta le curve caratteristiche del compressore 14 (solitamente fornita dal costruttore del turbocompressore 12), per una determinata velocità Nc di rotazione e a cui corrisponde una determinata posizione della valvola 16 di waste gate WGc.
Il motore 1 a combustione interna sovralimentato nella configurazione scavenging con due soli cilindri 3 attivi in combustione aspira una portata massica Ma e consente di raggiungere una pressione di sovralimentazione p_a e, al contempo, consente di erogare la stessa potenza Pc e la stessa coppia Cc trasmessa alle ruote motrici nella configurazione normale. Il punto di funzionamento a nella configurazione scavenging à ̈ individuato sulla linea di pompaggio nel piano che rappresenta le curve caratteristiche del compressore 14. In particolare, si à ̈ verificato che la portata massica Ma della configurazione scavenging à ̈ maggiore della portata massica Mc della configurazione normale.
Appare subito evidente che anche in questo caso à ̈ possibile ottenere una pressione di sovralimentazione p_a della configurazione scavenging che à ̈ maggiore della pressione di sovralimentazione p_c della configurazione normale senza che si verifichi il pompaggio. E’ importante evidenziare che questo incremento della pressione di sovralimentazione può essere raggiunto erogando la stessa potenza Pc e trasmettendo la stessa coppia Cc alle ruote motrici rispetto alla configurazione normale.
In un motore 1 a combustione interna sovralimentato del tipo fin qui descritto sono compresi un numero W di cilindri 3, di cui Wa sono i cilindri 3 attivi che generano in combustione la coppia motrice richiesta mentre con Ws sono indicati i rimanenti cilindri 3 che non generano in combustione la coppia motrice richiesta e sono azionati solo per aspirare una massa di aria.
Secondo una preferita variante, sia il numero W di cilindri 3, sia il numero Wa di cilindri 3 attivi sono pari e opportunamente in fase per limitare le oscillazioni che vengono trasmesse all’albero motore.
La catena che dalla richiesta di coppia motrice dell’utilizzatore che agisce sul pedale acceleratore à ̈ in grado di fornire la massa di aria di combustione di ciascun cilindro 3 à ̈ illustrata nella figura 3 e può essere schematizzata come segue:
a) l’utilizzatore agisce sul pedale acceleratore e attraverso delle mappe memorizzate nella centralina 21 elettronica di controllo à ̈ possibile determinare la coppia motrice Ceobj richiesta all’albero motore; b) la coppia motrice Ceobj richiesta all’albero motore viene sommata alle coppie di friction, di pompaggio e degli ausiliari in modo da ottenere la coppia motrice Ciobjt indicata positiva totale richiesta all’albero motore;
c) viene quindi calcolata la coppia motrice Ciobj’ effettiva per ciascun cilindro 3 attivo dal rapporto fra la coppia motrice Ciobjt effettiva totale richiesta all’albero motore ed il numero Wa di cilindri 3 attivi in combustione;
d) la coppia motrice Ciobj’ indicata positiva per ciascun cilindro 3 attivo viene divisa dal rendimento di EGR (se presente), dal rendimento di titolo e dal rendimento dell’anticipo di accensione,fornendo così la coppia indicata positiva di riferimento Cmiobj per ciascun cilindro 3 attivo; e) dalla coppia indicata positiva di riferimento Cmiobj per ciascun cilindro attivo à ̈ possibile determinare la massa mobj di aria di combustione per ciascun cilindro 3 attivo.
In particolare, al passo e) la massa mobj di aria di combustione per ciascun cilindro 3 attivo à ̈ calcolata dal consumo (in aria) indicato positivo del motore Csrif(Ciobj,n) in condizioni di riferimento, ossia con titolo stechiometrico A/F stech e anticipo ottimo, per ciascun cilindro 3, come segue:
Cs sia il consumo specifico indicato positivo
Cs = mc / Lu
= mc / (Cmi * 4Ï€)
= m / (A/F)stech * Cmi * 4Ï€) [1]
in cui:
Lu: lavoro meccanico indicato positivo per ciascun ciclo e per ciascun cilindro 3;
mc: massa di combustibile per ciascun ciclo e per ciascun cilindro 3;
m: massa di aria per ciascun ciclo e per ciascun cilindro 3; e
Cmi: la coppia indicata positiva per ciascun cilindro 3.
Dalla equazione [1] Ã ̈ possibile ricavare:
m = Cs (Cmi, n) * (A/F)stech * Cmi * 4Ï€
ovvero à ̈ possibile mappare direttamente il consumo di aria per cilindro 3 in funzione della coppia Cmi indicata positiva per cilindro 3 e della velocità n motore:
m = f3 (Cmi, n)= Csrif(Cmi,n)
Dove f3 o Csrif rappresenta la funzione tramite cui determinare la massa mobj di aria di combustione per ciascun cilindro 3 attivo che deve essere bruciata insieme alla massa mc di combustibile in condizioni di rapporto stechiometrico e anticipo ottimo per riuscire ad ottenere la coppia motrice Ciobj indicata positiva di riferimento desiderata per ciascun cilindro 3 attivo (con egr nullo ovvero con rendimento di egr unitario).
In modo analogo, Ã ̈ possibile determinare la coppia motrice Ciobj effettiva per ciascun cilindro 3 attivo in funzione della massa mobj di aria di combustione per ciascun cilindro 3 attivo come segue:
Ciobj = g (mobj, n)
Dove g rappresenta la funzione tramite cui determinare la coppia motrice Ciobj indicata positiva (di riferimento) per ciascun cilindro 3 attivo in condizioni di rapporto stechiometrico e anticipo ottimo ed egr nullo bruciando la massa mobj di aria di combustione per ciascun cilindro 3 attivo insieme alla massa mc di combustibile.
In condizioni generali al punto b) la coppia motrice Ceobj richiesta all’albero motore viene sommata alle coppie di pompaggio, di friction e degli ausiliari in modo da ottenere la coppia motrice Ciobjt indicata positiva totale richiesta all’albero motore come segue:
Ciobjt = Ceobj friction
= g (mobj, n) * etalambda (lambda) * etasa (sa_ottimo-sa) * etaegr* wa
In cui, con friction si intende la somma delle coppie di friction meccaniche, delle perdite di pompaggio e degli ausiliari ed in cui etasa à ̈ il rendimento di combustione relativo all’anticipo di accensione attuato (ossia in funzione dello scostamento rispetto all’anticipo ottimo che à ̈ memorizzato all’interno di apposite mappe nella centralina 21 elettronica di controllo), mentre etalambda à ̈ il rendimento in funzione del titolo. Etaegr à ̈ il rendimento in funzione della massa di egr.
Secondo una variante à ̈ possibile determinare la coppia motrice Ciobj effettiva per ciascun cilindro 3 attivo in funzione della massa mobj di aria di combustione per ciascun cilindro 3 attivo come segue:
Ciobj = k(n) * mobj offset(n).
Secondo una prima variante, il motore 1 a combustione interna sovralimentato comprende delle valvole di aspirazione che sono comandate dalla centralina 21 elettronica di controllo in modo indipendente per ciascun cilindro 3 con alzata variabile. Ad esempio, ciascuna valvola à ̈ provvista di un attuatore elettroidraulico oppure, alternativamente, di un attuatore elettromagnetico per comandare la chiusura e/o l’alzata.
All’interno della centralina 21 elettronica di controllo à ̈ memorizzata una mappa in funzione del punto motore che à ̈ individuato dal numero di giri (rpm) e dal carico (che, secondo una preferita variante coppia motrice Ciobjt indicata totale richiesta all’albero motore, o dal rendimento di aspirazione ETASP introdotto in precedenza). Per ciascun punto motore, la mappa fornisce il numero Wa di cilindri 3 attivi, la modalità di azionamento delle elettrovalvole (tipicamente, da scegliere fra late LO opening, early EC closing, ecc) e la relativa pressione all’interno del collettore 5 comune.
I cilindri 3 che non sono attivi e che quindi non vengono impiegati nella combustione possono invece essere utilizzati per aspirare una massa d’aria che, come descritto in precedenza, può consentire di migliorare le prestazioni in termini di sovralimentazione del motore 1 a combustione interna. Anche in questo caso all’interno della centralina 21 elettronica di controllo à ̈ memorizzata una mappa in funzione del punto motore che à ̈ individuato dal numero di giri (rpm) e dal carico (che, secondo una preferita variante coppia motrice Ciobjt indicata totale richiesta all’albero motore, o dal rendimento di aspirazione ETASP). Per ciascun punto motore, la mappa fornisce per i cilindri 3 non attivi la massa Mscav di lavaggio obiettivo che rappresenta la quantità di aria che ottimizza le prestazioni del motore 1 a combustione interna sovralimentato, e la modalità dei cilindri spenti.
La catena che dalla richiesta di coppia motrice dell’utilizzatore che agisce sul pedale acceleratore à ̈ in grado di fornire la massa Mscav di lavaggio obiettivo di ciascun cilindro 3 à ̈ illustrata nella figura 3 e può essere schematizzata come segue:
- l’utilizzatore agisce sul pedale acceleratore e attraverso delle mappe memorizzate nella centralina 21 elettronica di controllo à ̈ possibile determinare la coppia motrice Ciobjt indicata totale richiesta all’albero motore (ottenuta dalla coppia motrice Ceobj richiesta all’albero motore sommata alle coppie di friction e di pompaggio e degli ausiliari);
- la coppia motrice Ciobjt indicata totale richiesta all’albero motore consente di determinare attraverso il regime motore rpm e la mappa definita in precedenza, il valore di pressione obiettivo Pobj a monte della valvola di aspirazione, che saturata alla pressione Pa atmosferica, fornisce la pressione Ptobj_eng di sovralimentazione obiettivo. Il valore di pressione Ptobj_eng di sovralimentazione obiettivo viene sommata a una riserva RDS di sovralimentazione che consente di ottimizzare le prestazioni del motore 1 a combustione interna. Per una migliore comprensione della strategia di controllo di un motore a combustione interna sovralimentato mediante una riserva di sovralimentazione si fa esplicito riferimento a quanto descritto nella domanda di brevetto italiano BO2011A000400. Il valore di pressione Ptobj_eng minima di sovralimentazione obiettivo che viene sommata a una riserva RDS di sovralimentazione, consente quindi di determinare il valore di pressione Ptobj di sovralimentazione obiettivo;
- dalla coppia motrice Ciobjt indicata totale richiesta all’albero motore à ̈ possibile determinare secondo quanto descritto in precedenza (dalle mappe con il regime rpm) il numero dei cilindri Wa attivi, la modalità di azionamento delle elettrovalvole (tipicamente, da scegliere fra late LO opening, early EC closing, ecc), la modalità di azionamento dei cilindri non attivi e la massa Mscav di lavaggio;
- infine, dalla massa Mscav di lavaggio obiettivo à ̈ possibile ricavare la massa Mscav di lavaggio obiettivo per ciascuno dei cilindri non attivi.
La coppia motrice Ciobj’ indicata positiva per ciascun cilindro 3 attivo viene determinata dal rapporto fra la Ciobjt coppia indicata positiva totale all’albero motore e il numero di cilindri attivi Wa; Wa essendo determinato dalle mappe sopracitate in funzione anche del regime motore rpm. Tale coppia indicata per ciascun cilindro Ciobj’ divisa dal rendimento di EGR – se presente –, del rendimento di titolo e dell’anticipo di accensione) fornisce la coppia indicata positiva di riferimento Cmiobj, che dalla mappa del consumo specifico Csrif (o f3) determina la massa mobj di aria obiettivo per ciascun cilindro attivo. La massa di lavaggio Mscav obiettivo per ciascuno dei cilindri 3 non attivi può essere semplicemente ottenuta dal rapporto fra la massa Mscav di lavaggio obiettivo ed il valore che corrisponde al numero di cilindri 3 non attivi (vale a dire, il numero di cilindri complessivo meno il numero Wa di cilindri attivi) moltiplicato per il numero di giri (rpm) moltiplicato per 0,5.
Infine, all’interno della centralina 21 elettronica di controllo sono memorizzati due modelli di riempimento (del tipo, ad esempio, speed density) mediante i quali determinare rispettivamente l’angolo da attuare per le elettrovalvole che comandano, rispettivamente il numero Wa di cilindri attivi ed i rimanenti cilindri non attivi.
In particolare, un primo modello di riempimento à ̈ realizzato per determinare l’angolo Vanga con cui devo pilotare le elettrovalvole poste in corrispondenza dei cilindri attivi. Il modello di riempimento prevede una pluralità di dati in input, fra i quali: la massa mobj di aria di combustione per ciascun cilindro 3 attivo, il numero di giri (rpm), la modalità di azionamento delle elettrovalvole (tipicamente, da scegliere fra late LO opening, early EC closing, ecc), il valore di pressione P a monte della valvola di aspirazione all’interno del collettore 5 comune, ed altre condizioni al contorno (quali ad esempio, la temperatura dell’aria nel collettore 5 comune e la temperatura del liquido refrigerante utilizzato nel motore 1 a combustione interna sovralimentato).
Un secondo modello di riempimento à ̈ realizzato per determinare l’angolo Vangs con cui devo pilotare le elettrovalvole poste in corrispondenza dei cilindri non attivi. Il modello di riempimento prevede una pluralità di dati in input, fra i quali: la massa Mscav di lavaggio obiettivo per ciascuno dei cilindri 3 non attivi, il numero di giri (rpm), la modalità di azionamento delle elettrovalvole poste in corrispondenza dei cilindri 3 non attivi, il valore di pressione P a monte della valvola di aspirazione all’interno del collettore 5 comune, ed altre condizioni al contorno (quali ad esempio, la temperatura dell’aria nel collettore 5 comune e la temperatura del liquido refrigerante utilizzato nel motore 1 a combustione interna sovralimentato).
Secondo una preferita variante, per determinare le friction e il lavoro di pompaggio, si tiene in considerazione il numero Wa di cilindri 3 attivi ed il numero di cilindri 3 non attivi.
Appare evidente come la strategia di controllo fin qui descritta debba essere adattata alle condizioni di funzionamento in regime transitorio (o comunque in condizioni di funzionamento diverse dalle condizioni di funzionamento standard o in stazionario).
In particolare, in fase di transitorio il metodo prevede di determinare ad ogni predeterminata fase di calcolo la coppia effettiva potenziale che à ̈ calcolata come segue:
Ce_pot_temp = g(mamax,n)*etasa*etalambda*etaegr*wtempfriction(wtemp,w)
In cui:
Ce_pot_temp: coppia effettiva potenziale, che corrisponde alla coppia che può essere realizzata con la massima aria intrappolabile nel cilindro alla pressione e temperatura correnti;
n: giri motore;
mamax: quantità massima di aria che può essere intrappolata nel cilindro 3 e che viene calcolata mediante il modello di riempimento alla equazione precedente con il valore di pressione corrente ed il valore di temperatura corrente;
g: rappresenta la funzione tramite cui determinare la coppia motrice Ciobj indicata positiva (di riferimento) per ciascun cilindro 3 attivo in condizioni di rapporto stechiometrico e anticipo ottimo ed egr nullo, bruciando la massa mamax di aria di combustione per ciascun cilindro 3 attivo, insieme alla massa mc di combustibile
friction: somma delle friction meccaniche e delle perdite di pompaggio;
wtemp: numero corrente di cilindri 3 in combustione, ovvero à ̈ il numero corrente di cilindri attivi.
In una condizione iniziale si pone:
Wtemp=Warif
in cui:
Wtemp: numero temporaneo di cilindri 3 in combustione, ovvero numero temporaneo di cilindri attivi; e
Warif: numero di cilindri 3 di riferimento determinato in funzione in funzione del punto motore come descritto in precedenza.
La centralina 21 elettronica di controllo procede quindi con il verificare la condizione:
Ceobj ≤ Ce_pot_temp
In cui:
Ce_pot_temp: coppia effettiva potenziale; e
Ceobj: la coppia motrice richiesta all’albero motore. Nel caso in cui la suddetta condizione sia verificata, allora si pone:
Wa = Wtemp = Warif
in cui Wtemp e Warif hanno il significato introdotto in precedenza alla equazione e Wa rappresenta il numero di cilindri 3 attivi comandati, quindi correnti.
Nel caso in cui la suddetta condizione non sia verificata (vale a dire, che la coppia Ceobj motrice richiesta all’albero motore à ̈ maggiore della coppia Ce_pot_temp effettiva potenziale, allora viene incrementato il numero corrente di cilindri 3 in combustione, ovvero il numero corrente di cilindri 3 attivi. Ovvero:
Wtemp = Wtemp ∆
in cui ∆ rappresenta il numero di cilindri 3 attivi aggiuntivi che vengono coinvolti nella combustione.
Anche in questo caso, secondo una preferita variante, il numero ∆ di cilindri 3 attivi aggiuntivi à ̈ pari, preferibilmente pari a 2, e opportunamente in fase per limitare le oscillazioni che vengono trasmesse all’albero motore.
Una volta che à ̈ stato incrementato il numero corrente di cilindri 3 in combustione, ovvero il numero corrente di cilindri 3 attivi, viene nuovamente verificata la condizione Ceobj ≤ Ce_pot_temp ed il processo viene arrestato solo nel momento in cui tale condizione à ̈ vera oppure nel momento in cui il numero corrente di cilindri 3 comandati in combustione Wa, ovvero il numero comandati corrente di cilindri attivi Wa à ̈ pari al numero W di cilindri 3.
Mediante il metodo fin qui descritto à ̈ possibile convergere alla situazione con il numero di Wa di cilindri 3 attivi che consente di ottimizzare le prestazioni del motore 1 a combustione interna sovralimentato, ossia convergere a Warif. Se in regime transitorio o in condizioni non standard il numero Warif di cilindri 3 attivi di riferimento dovesse non essere sufficiente a generare la coppia richiesta dal guidatore, la centralina 21 elettronica di controllo à ̈ comunque predisposta per comandare l’accensione di parte o tutti i rimanenti cilindri 3 per un intervallo di tempo tale da consentire di generare la coppia motrice richiesta.
Secondo una possibile variante, l’equazione introdotta in precedenza per la determinazione della coppia Ce_pot_temp effettiva richiesta potenziale à ̈ sostituita dalla equazione in cui il rendimento etaegr à ̈ sostituito con il rendimento etaegrmax massimo che consente di ottimizzare la coppia motrice erogata. In particolare:
Ce_pot_temp = g(mamax,n)*etasa*etalambda*etaegrmax *wtemp-friction(wtemp,w)
In cui:
Ce_pot_temp: coppia effettiva richiesta potenziale, che corrisponde alla massima coppia che può essere richiesta;
n: giri motore;
mamax: quantità massima di aria che può essere intrappolata nel cilindro 3 e che viene calcolata mediante il modello di riempimento precedente con il valore di pressione corrente ed il valore di temperatura corrente; e g: funzione tramite cui determinare la coppia motrice Ciobj indicata positiva (di riferimento) per ciascun cilindro 3 attivo in condizioni di rapporto stechiometrico e anticipo ottimo ed egr nullo bruciando la massa mamax di aria di combustione per ciascun cilindro 3 attivo, insieme alla massa mc di combustibile.
friction: somma delle friction meccaniche e delle perdite di pompaggio;
Wtemp: numero corrente di cilindri 3 in combustione, ovvero à ̈ il numero corrente di cilindri attivi.
Secondo questa variante, à ̈ possibile minimizzare il numero Wa di cilindri attivi utilizzando nella formula il rendimento di egr che massimizza la coppia motrice erogata; ciò à ̈ possibile se l’attuatore egr à ̈ sufficientemente veloce.
Secondo una ulteriore variante, à ̈ possibile utilizzare una equazione in cui il rendimento etaegr à ̈ sostituito con il rendimento etaegrmax massimo che consente di ottimizzare la coppia motrice erogata ed il rendimento etasa à ̈ sostituito con l’anticipo ottimo etasamax che consente di ottimizzare il rendimento allo scopo di ridurre il numero Wa di cilindri 3 attivi.
In particolare:
Ce_pot_temp=g(mamax,n)*etasamax*etalambda*etaegrmax*wt emp-friction(wtemp,w)
Secondo una ulteriore variante, à ̈ possibile utilizzare una equazione in cui il rendimento etaegr à ̈ sostituito con il rendimento etaegrmax massimo che consente di ottimizzare la coppia motrice erogata, l’anticipo etasa à ̈ sostituito con l’anticipo ottimo etasamax e il titolo etalambda à ̈ sostituito con il titolo etalambdamax che consente di ottimizzare la coppia motrice erogata allo scopo di ridurre il numero Wa di cilindri 3 attivi. In particolare:
Ce_pot_temp=g(mamax,n)*etasamax*etalambdamax*etaegrmax *wtemp-friction(wtemp,w)
Appare inoltre importante sottolineare che, durante una fase di transitorio la massa Mscav di lavaggio obiettivo che rappresenta la quantità di aria che ottimizza le prestazioni del motore 1 a combustione interna può essere opportunamente incrementata (o decrementata) rispetto ad una massa Mscavrif di lavaggio obiettivo di riferimento definita in funzione del punto motore dalla centralina 21 elettronica di controllo.
Ad esempio, la massa Mscav di lavaggio obiettivo viene calcolata come segue:
Mscav = Mscavrif (C,n) ∆(derivata(Ciobjt)).
In cui:
Mscavrif (C,n): massa di lavaggio obiettivo di riferimento, in funzione del punto motore determinato dal carico e dal regime di rotazione; e
Ciobjt: coppia motrice indicata totale richiesta all’albero motore.
Secondo una seconda variante, il motore 1 a combustione interna sovralimentato comprende delle valvole di aspirazione a farfalla che sono comandate dalla centralina 21 elettronica di controllo con legge di alzata fissa e/o un dispositivo VVT (Variable Valve Timing) che agisce idraulicamente sull’albero che aziona le valvole d'aspirazione a farfalla modificandone l'inclinazione rispetto all'albero motore.
All’interno della centralina 21 elettronica di controllo à ̈ memorizzata una mappa in funzione del punto motore che à ̈ individuato dal numero di giri (rpm) e dal carico (che, secondo una preferita variante à ̈ espressa dalla coppia motrice Ciobjt indicata totale richiesta all’albero motore o dal rendimento di aspirazione ETASP). Per ciascun punto motore, la mappa fornisce l’angolo di fasatura delle valvole in fase di aspirazione, l’angolo di fasatura delle valvole in fase di scarico e la massa di EGR esterno.
Inoltre all’interno della centralina 21 elettronica di controllo à ̈ memorizzata una mappa in funzione del punto motore che à ̈ individuato dal numero di giri (rpm) e dal carico (che, secondo una preferita variante à ̈ espressa dalla coppia motrice Ciobjt indicata totale richiesta all’albero motore oppure dal rendimento di aspirazione). Per ciascun punto motore, la mappa fornisce il numero Warif di cilindri 3 attivi di riferimento. In una fase preliminare, il numero Waobj obiettivo di cilindri 3 attivi à ̈ posto uguale al numero Warif di cilindri 3 attivi di riferimento. Occorre inoltre evidenziare che non à ̈ possibile comandare la massa Mscav di lavaggio obiettivo per ciascuno dei cilindri 3 non attivi.
All’interno della centralina 21 elettronica di controllo à ̈ memorizzato un modello di riempimento (del tipo, ad esempio, speed density) mediante il quale determinare rispettivamente la massa di aria intrappolata per ciascun cilindro 3 ad ogni ciclo. In particolare, il modello di riempimento prevede una pluralità di dati in input, fra i quali: il numero di giri (rpm), l’angolo di fasatura delle valvole in fase di aspirazione, l’angolo di fasatura delle valvole in fase di scarico il valore di pressione P a monte della valvola di aspirazione all’interno del collettore 5 comune ed altre condizioni al contorno (quali ad esempio, la temperatura dell’aria nel collettore 5 comune e la temperatura del liquido refrigerante utilizzato nel motore 1 a combustione interna sovralimentato).
Secondo una preferita variante, per determinare le friction, il lavoro di pompaggio, si tiene in considerazione il numero W di cilindri 3 ed il numero Waobj obiettivo di cilindri 3 attivi.
Appare evidente come la strategia di controllo fin qui descritta debba essere adattata alle condizioni di funzionamento in regime transitorio (o comunque in condizioni di funzionamento diverse dalle condizioni di funzionamento standard o in stazionario).
In particolare, il metodo prevede di determinare ad ogni predeterminata fase di calcolo la coppia effettiva che à ̈ calcolata come segue:
Ce=g(ma,n)*etasa*etalambda*etaegr*wtempfriction(wtemp,w)
In cui:
Ce: coppia effettiva;
n: giri motore;
ma: massa di aria intrappolata per ciascun cilindro 3 ad ogni ciclo che viene calcolata mediante il modello di riempimento alla equazione;
g: funzione tramite cui determinare la coppia motrice Ciobj indicata positiva (di riferimento) per ciascun cilindro 3 attivo in condizioni di rapporto stechiometrico e anticipo ottimo ed egr nullo bruciando la massa ma di aria di combustione per ciascun cilindro 3 attivo, insieme alla massa mc di combustibile;
friction: somma delle friction meccaniche e delle perdite di pompaggio; e
wtemp: numero temporaneo di cilindri 3 in combustione, ovvero à ̈ il numero temporaneo di cilindri attivi.
In una condizione iniziale si pone il numero Wtemp corrente di cilindri 3 in combustione, ovvero numero corrente di cilindri attivi, uguale al numero Warif di cilindri 3 di riferimento determinato in funzione in funzione del punto motore.
La centralina 21 elettronica di controllo procede quindi con il determinare il rendimento etasa di anticipo che sarebbe necessario per ottenere la coppia effettiva obiettivo con il numero Wtemp temporaneo di cilindri 3 in combustione. Per determinare il rendimento etasa di anticipo che sarebbe necessario per ottenere la coppia effettiva obiettivo, vengono mantenuti la massa ma di aria intrappolata per ciascun cilindro 3 ad ogni ciclo calcolata mediante il modello di riempimento alla equazione ed il rendimento etaegr di EGR ed il titolo etalambda correnti. In una fase preliminare di settaggio e messa a punto, vengono stabiliti i valori minimo e massimo per il rendimento etasa di anticipo, che sono indicati rispettivamente con etasamin e etasamax. Nel caso in cui il rendimento etasa di anticipo sia compreso fra i valori minimo e massimo indicati rispettivamente con etasamin e etasamax del rendimento di anticipo, allora il numero Wa di cilindri 3 attivi à ̈ posto uguale al numero Wtemp temporaneo di cilindri 3 in combustione, ovvero al numero temporaneo di cilindri attivi, ovvero ancora al numero Warif di cilindri 3 di riferimento determinato in funzione in funzione del punto motore.
Nel caso in cui la suddetta condizione sia verificata, allora si pone Wa uguale a Wtemp e a Warif, in cui Wtemp e Warif hanno il significato introdotto in precedenza alla equazione e Wa rappresenta il numero di cilindri 3 comandati attivi.
Nel caso in cui la suddetta condizione non sia verificata (vale a dire, nel caso in cui il rendimento etasa di anticipo non sia compreso fra i valori minimo e massimo indicati rispettivamente con etasamin e etasamax del rendimento di anticipo) possono presentarsi due situazioni.
Nel primo caso, il rendimento etasa di anticipo à ̈ minore del valore minimo etasamin del rendimento di anticipo. In questo caso, viene decrementato il numero corrente di cilindri 3 in combustione, ovvero il numero corrente di cilindri 3 attivi. Ovvero Wtemp = Wtemp - ∆ in cui ∆ rappresenta il numero di cilindri 3 attivi che vengono sottratti alla combustione. A questo punto, la centralina 21 elettronica di controllo procede quindi nuovamente con il determinare il rendimento etasa di anticipo che sarebbe necessario per ottenere la coppia effettiva obiettivo con il numero Wtemp temporaneo di cilindri 3 in combustione. Il processo si arresta nel momento in cui il rendimento etasa di anticipo sia compreso fra i valori minimo e massimo etasamin e etasamax del rendimento di anticipo. Il numero Wa di cilindri 3 attivi à ̈ posto uguale al numero Wtemp temporaneo di cilindri 3 in combustione, ovvero al numero temporaneo di cilindri attivi, ovvero ancora al numero Warif di cilindri 3 di riferimento determinato in funzione in funzione del punto motore decrementato di un numero di cilindri 3 attivi che vengono sottratti alla combustione.
Nel secondo caso, il rendimento etasa di anticipo à ̈ maggiore del valore massimo etasamax del rendimento di anticipo. In questo caso, viene il numero temporaneo di cilindri 3 in combustione, ovvero il numero temporaneo di cilindri 3 attivi. Ovvero Wtemp = Wtemp ∆ in cui ∆ rappresenta il numero di cilindri 3 attivi che vengono aggiunti alla combustione. A questo punto, la centralina 21 elettronica di controllo procede quindi con il determinare nuovamente il rendimento etasa di anticipo che sarebbe necessario per ottenere la coppia effettiva obiettivo con il numero Wtemp temporaneo di cilindri 3 in combustione. Il processo si arresta nel momento in cui il rendimento etasa di anticipo sia compreso fra i valori minimo e massimo etasamin e etasamax del rendimento di anticipo. Il numero Wa di cilindri 3 attivi à ̈ posto uguale al numero Wtemp temporaneo di cilindri 3 in combustione, ovvero al numero temporaneo di cilindri attivi, ovvero ancora al numero Warif di cilindri 3 di riferimento determinato in funzione del punto motore incrementato di un numero di cilindri 3 attivi che vengono aggiunti alla combustione.
Nel primo caso, il processo si interrompe nel momento in cui il numero Wtemp temporaneo di cilindri 3 in combustione, ovvero il numero temporaneo di cilindri attivi à ̈ pari ad un numero Wmin di cilindri 3 attivi che viene definito in una fase iniziale di settaggio e messa a punto ed à ̈ variabile in funzione pel punto motore.
Nel secondo caso, il processo si interrompe chiaramente nel momento in cui il numero Wtemp temporaneo di cilindri 3 in combustione, ovvero il numero Wtemp temporaneo di cilindri attivi à ̈ pari al numero W di cilindri 3.
Anche in questo caso, secondo una preferita variante, il numero ∆ di cilindri 3 attivi che vengono rispettivamente aggiunti o sottratti alla combustone à ̈ pari, preferibilmente pari a 2, e opportunamente in fase per limitare le oscillazioni che vengono trasmesse all’albero motore.
Mediante il metodo fin qui descritto à ̈ possibile convergere alla situazione con il numero di Wa di cilindri 3 attivi che consente di ottimizzare le prestazioni del motore 1 a combustione interna sovralimentato e determinare anche l’anticipo di accensione necessario (mediante una funzione inversa del rendimento etasa di anticipo che à ̈ memorizzata nella centralina 21 elettronica di controllo).
Secondo una possibile forma alternativa di attuazione, può verificarsi (specie in condizioni stazionarie) il caso in cui l’anticipo SA di accensione sia diverso, in particolare minore, dall’anticipo di accensione di riferimento, vale a dire dall’anticipo di accensione ottimo che consente di minimizzare i consumi. In altre parole può verificarsi che SA < SAottimo, ossia che il rendimento etasa di anticipo sia minore del valore massimo etasamax del rendimento di anticipo. In questo caso, si pone il numero Waobj obiettivo di cilindri 3 attivi pari al numero Warif di cilindri 3 attivi di riferimento determinato in funzione del punto motore incrementato di un numero di cilindri 3 attivi che vengono aggiunti alla combustione solo per un intervallo di tempo di durata limitata e prestabilita. In questo modo à ̈ possibile aumentare gradualmente il numero Waobj obiettivo di cilindri 3 attivi fino a raggiungere la condizione in cui l’anticipo SA di accensione à ̈ circa pari all’anticipo SAottimo di accensione ottimo ed in cui il numero Waobj obiettivo di cilindri 3 attivi à ̈ pari al numero Wa di cilindri 3 attivi.
Secondo una ulteriore variante, à ̈ possibile iniettare una quantità di combustibile nel numero Ws di cilindri (3) non attivi.
Secondo una ulteriore variante, Ã ̈ possibile comandare il numero Ws di cilindri 3 non attivi per la combustione, ma non per la generazione di coppia.
Le due varianti appena descritte consentono essenzialmente di aumentare la temperatura di scarico allo scopo di riscaldare opportunamente il catalizzatore e/o fornire maggiore potenza alla turbina 13 del turbocompressore 12 (in particolare, nel caso di motore ad accensione).
Nella trattazione che precede si à ̈ preso in considerazione il caso di un motore 1 a combustione interna sovralimentato comprendente un numero qualsiasi di cilindri 3. In particolare, la trattazione che precede trova vantaggiosa ma non esclusiva applicazione nel caso di un motore 1 a combustione interna sovralimentato mediante un turbocompressore 12 e provvisto di quattro cilindri 3 con un albero a gomiti sfasati di 180° ed in cui la sequenza di combustione à ̈, nell’ordine, 1 – 3 – 4 – 2. In questo caso, sarebbero cilindri 3 attivi rispettivamente 1 - 4 oppure 3 - 2 oppure ancora 1 – 3 – 4 – 2.
Inoltre, secondo una possibile variante (non illustrata), il motore 1 a combustione interna à ̈ sovralimentato mediante un numero di turbocompressori 12. Ad esempio, nel caso di un motore 1 a combustione interna à ̈ sovralimentato mediante due turbocompressori 12, la centralina 21 elettronica di controllo à ̈ predisposta per comandare come cilindri 3 attivi in combustione i cilindri 3 che sono collegati ad un primo turbocompressore 12; mentre la centralina 21 elettronica di controllo à ̈ predisposta per comandare come cilindri 3 non attivi in combustione i cilindri 3 che sono collegati ad un secondo turbocompressore 12.
La trattazione che precede trova vantaggiosa ma non esclusiva applicazione nel caso di un motore 1 a combustione interna sovralimentato. Il metodo di controllo fin qui descritto può trovare infatti vantaggiosa applicazione nel caso di un motore 1 a combustione interna aspirato.
Un caso particolare si verifica quando la massa Mscav di lavaggio à ̈ nulla, cioà ̈ Mscav = 0 oppure nel caso di motore aspirato; in quest’ultimo caso se Pobj>Patm allora si incrementa il numero di cilindri 3 in combustione nella catena di un valore ∆ prestabilito fino a raggiungere la conduzione in cui Pobj≤Patm.
Inoltre, la strategia fin qui descritta può trovare vantaggiosa applicazione se implementata per il controllo di un motore a combustione interna sovralimentato mediante una riserva di sovralimentazione e provvisto un riconoscitore di guida sportiva del tipo descritto nella domanda di brevetto italiano BO2012A000216.
Il metodo fin qui descritto presenta numerosi vantaggi.
In particolare, pur essendo vantaggioso in termini di costi, di facile ed economica implementazione e non comportando un eccessivo onere computazionale aggiuntivo per la centralina 21 elettronica di controllo consente di ridurre il fenomeno di ritardo del turbo (“turbo-lag†) e ottimizzare le prestazioni del motore con turbocompressore 12.

Claims (1)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1.- Metodo di controllo di un motore (1) a combustione interna, in particolare sovralimentato mediante un turbocompressore (12) provvisto di una turbina (13) e di un compressore (14); il motore (1) a combustione interna comprendendo inoltre un un collettore 4 di aspirazione ed un numero (W) di cilindri (3) collegati al collettore di aspirazione ed in cui la massa di aria intrappolata in ciascun cilindro (3) per ogni ciclo motore, à ̈ regolata mediante una rispettiva valvola di aspirazione a farfalla; il metodo di controllo comprende le fasi di: - determinare la coppia (Ci_objt) motrice obiettivo totale richiesta da erogare per il funzionamento del motore (1) a combustione interna; - determinare un numero (Waobj) di cilindri (3) attivi obiettivo da comandare, in uso, per l’iniezione e la combustione; mentre un numero (Ws) di cilindri (3) non sono attivi e non vengono comandati per la combustione e per la generazione di coppia, ma per aspirare una massa di aria; - determinare una pressione (Pobj) del collettore di aspirazione obiettivo tale da garantire la coppia (Ci_objt) motrice obiettivo totale richiesta da erogare per il funzionamento del motore (1) a combustione interna; e - comandare la valvola a farfalla per regolare la pressione (Pobj) del collettore di aspirazione obiettivo in modo da garantire la coppia (Ci_objt) motrice obiettivo totale richiesta da erogare per il funzionamento del motore (1) a combustione interna, per mezzo del numero (Waobj) di cilindri (3) attivi obiettivo da comandare, in uso, per l’iniezione e la combustione. 2.- Metodo secondo la rivendicazione 1 e comprendente, nel caso di un motore (1) a combustione interna sovralimentato, l’ulteriore fase di determinare la pressione (Ptobj) di sovralimentazione obiettivo tale da garantire la pressione (Pobj) del collettore di aspirazione obiettivo. 3.- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti e comprendente le ulteriori fasi di: - determinare un numero (Watemp) temporaneo di cilindri (3) attivi da comandare, in uso, per l’iniezione e la combustione in funzione del punto motore; - determinare il rendimento di anticipo di accensione che sarebbe necessario attuare mediante il numero (Watemp) temporaneo di cilindri (3) attivi per garantire la coppia (Ci_objt) motrice obiettivo totale richiesta da erogare per il funzionamento del motore (1) a combustione interna; e - determinare il numero (Waobj) di cilindri (3) attivi obiettivo in funzione dell’anticipo di accensione che sarebbe necessario attuare mediante il numero (Watemp) temporaneo di cilindri (3) attivi per garantire la coppia (Ci_objt) motrice obiettivo totale richiesta da erogare per il funzionamento del motore (1) a combustione interna. 4.- Metodo secondo la rivendicazione 3, e comprendente in una fase iniziale, le ulteriori fasi di: - determinare un numero (Warif) di riferimento di cilindri (3) attivi da comandare, in uso, per l’iniezione e la combustione in funzione del punto motore; e - inizializzare il numero (Watemp) temporaneo di cilindri (3) attivi da comandare, in uso, per l’iniezione e la combustione in funzione del punto motore al numero (Warif) di riferimento di cilindri (3) attivi. 5.- Metodo secondo la rivendicazione 3 o 4, e comprendente le ulteriori fasi di: - determinare, in una fase preliminare di settaggio e messa a punto, un valore minimo ed un valore massimo del rendimento di anticipo di accensione possibile per realizzare la combustione; - determinare il rendimento di anticipo che sarebbe necessario attuare mediante il numero (Watemp) temporaneo di cilindri (3) attivi per garantire la coppia (Ci_objt) motrice obiettivo totale richiesta da erogare per il funzionamento del motore (1) a combustione interna; - confrontare il rendimento di anticipo di accensione necessario con il valore minimo ed il valore massimo del rendimento di anticipo di accensione possibile per realizzare la combustione; e - determinare il numero (Waobj) di cilindri (3) attivi obiettivo in funzione del confronto fra il rendimento di anticipo di accensione necessario e il valore minimo ed il valore massimo del rendimento di anticipo di accensione possibile per realizzare la combustione. 6.- Metodo secondo la rivendicazione 5 e comprendente l’ulteriore fase di uguagliare il numero (Waobj) di cilindri (3) attivi obiettivo al numero (Watemp) temporaneo di cilindri (3) attivi solo nel caso in cui il rendimento di anticipo di accensione necessario sia compreso all’interno dell’intervallo definito dal valore minimo e dal valore massimo del rendimento di anticipo di accensione possibile. 7.- Metodo secondo la rivendicazione 5 o 6 e comprendente le ulteriori fasi di: - determinare, in una fase preliminare di settaggio e messa a punto, un numero (∆) di cilindri (3) di scostamento da aggiungere oppure sottrarre alla combustione; - aggiornare il numero (Watemp) temporaneo di cilindri (3) attivi per garantire la coppia (Ci_objt) motrice obiettivo totale richiesta da erogare per il funzionamento del motore (1) a combustione interna mediante il numero (∆) di cilindri (3) di scostamento e solo nel caso in cui il rendimento di anticipo di accensione necessario non sia compreso all’interno dell’intervallo definito dal valore minimo e dal valore massimo del rendimento di anticipo di accensione possibile. 8.- Metodo di controllo secondo la rivendicazione 7, in cui il numero (∆) di cilindri (3) di scostamento da aggiungere oppure sottrarre alla combustione à ̈ pari e preferibilmente pari a 2. 9.- Metodo di controllo secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui la massa di aria intrappolata in ciascun cilindro (3) per ogni ciclo motore, à ̈ regolata mediante un dispositivo VVT (Variable Valve Timing) che agisce per variare la fasatura delle valvole d'aspirazione e/o delle valvole di scarico. 10. Metodo di controllo secondo una delle precedenti rivendicazioni e comprendente le ulteriori fasi di - determinare la posizione delle rispettive valvole di aspirazione del numero (Waobj) di cilindri (3) attivi obiettivo da comandare, in uso, per l’iniezione e la combustione sia in fase di aspirazione sia in fase di scarico ed in funzione del punto motore; e - comandare le rispettive valvole di aspirazione del numero (Waobj) di cilindri (3) attivi obiettivo da comandare, in uso, per l’iniezione e la combustione sia in fase di aspirazione sia in fase di scarico. 11.- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti e comprendente l’ulteriore fase di iniettare combustibile nel detto numero (Ws) di cilindri (3) non attivi. 12.- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti e comprendente l’ulteriore fase di comandare il detto numero (Ws) di cilindri (3) non attivi per la combustione ma non per la generazione di coppia.
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