ITTO930646A1

ITTO930646A1 - Metodo di diagnosi di malfunzionamenti del circuito ad alta pressione di impianti di iniezione ad alta pressione per motori a combustione interna

Info

Publication number: ITTO930646A1
Application number: IT000646A
Authority: IT
Inventors: Stefano Maria Borrione; Riccardo Buratti; Paolo Tubetti
Original assignee: Ct Ricerche Fiat Societa Consortile Per Azion
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1995-03-03
Also published as: EP0668966A1; IT1261575B; JPH08503053A; JP3727339B2; DE69409222D1; WO1995006814A1; EP0668966B1; DE69409222T2; ITTO930646A0

Description

D E S C R I Z I O N E

La presente invenzione riguarda un metodo di diagnosi di malfunzionamenti del circuito ad alta pressione di impianti di iniezione ad alta pressione per motori a combustione interna.

E' noto un sistema di iniezione ad alta pressione comprendente, a grandi linee, un serbatoio per il combustibile ed un circuito di alimentazione di iniettori ad alta pressione comprendente a sua volta una pompa per l'alimentazione di combustibile ad alta pressione ad un collettore di accumulo alimentante una pluralit? di iniettori. La pompa ? dotata di una elettrovalvola regolatrice di pressione, in modo da fornire il combustibile ad una pressione prefissabile.

In tale sistema di iniezione ? essenziale verificare continuamente il circuito ad alta pressione, per evitare che la staratura del sensore di pressione, il bloccaggio o malfunzionamento degli organi di regolazione o degli iniettori e perdite nel circuito pregiudichino la funzionalit? dell'impianto di iniezione.

Scopo della presente invenzione consiste nel realizzare un metodo di diagnosi di malfunzionamenti in grado di evidenziare eventuali malfunzionamenti subito dopo che questi si sono verificati.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un metodo di diagnosi di malfunzionamenti del circuito ad alta pressione di impianti di iniezione ad alta pressione per motori a combustione interna, detto circuito includendo una pompa ad alta pressione atta ad alimentare combustibile ad una pressione di valore controllato tramite cicli di regolazione, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di monitorare grandezze correlate alla pressione generata da detta pompa in cicli di regolazione successivi, confrontare l'andamento di dette grandezze in detti cicli di regolazione successivi con valori di riferimento e generare segnali di guasto nel caso che detto andamento non presenti una relazione prefissata con detti valori di riferimento.

Per una migliore comprensione della presente invenzione ne viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra uno schema generale dell'impianto idraulico di un sistema di iniezione cui ? applicato il sistema di diagnosi secondo il trovato;

- la figura 2 illustra un dettaglio del regolatore di pressione previsto nell'impianto di figura 1;

- la figura 3 presenta uno schema a blocchi relativo al metodo dell'invenzione;

- la figura 4 presenta l'andamento delle pressioni massima e minima di riferimento in funzione del numero di giri;

- le figure 5A, 5B e 5C mostrano gli andamenti della pressione e del duty-cycle in seguito al blocco in posizione aperta di un iniettore in tre differenti condizioni operative; e

- la figura 6 presenta uno schema relativo alla relazione pressione/duty-cycle utilizzato nella verifica di congruenza.

Con riferimento alla figura 1, verr? ora descritto a grandi linee un impianto di iniezione ad alta pressione per motori a combustione interna. L'impianto, indicato con 1, comprende un serbatoio 2 a pressione atmosferica collegato, attraverso una linea di mandata 5, ad una pompa 6 a pistoni radiali. Alla pompa 6 ? associata una elettrovalvola regolatrice di pressione (o regolatore di pressione) 7 collegata, tramite una linea di scarico 8, con il serbatoio 2.

La pompa 6 alimenta il combustibile ad alta pressione ad un collettore di accumulo 10, attraverso una linea 11. Il collettore di accumulo 10, avente lo scopo di distribuire il combustibile agli iniettori e di smorzare le oscillazioni di pressione dovute alle pompate e alle aperture degli iniettori, ? costituito da un corpo di acciaio preferibilmente a forma di parallelepipedo nel quale ? stata ricavata una cavit? cilindrica estendentesi per tutta la lunghezza del collettore stesso e collegata alla linea 11 attraverso un foro centrale 12. Il collettore 10 presenta inoltre quattro fori 13 distribuiti lungo l'intero collettore e collegati a quattro condotti di alimentazione 14 ad alta pressione (fino a 1500 bar) per quattro iniettori 15 di un motore 16. Ogni iniettore ? inoltre collegato ad un condotto di ricircolo 17 per il combustibile (utilizzato per il funzionamento dell'iniettore) che viene scaricato nel serbatoio 2.

Ad una estremit? del collettore di accumulo 10 ? infine previsto un sensore di pressione 18, di tipo noto.

Convenientemente, il regolatore di pressione 7 ? realizzato come mostrato in figura 2, e comprende un corpo 20 definente una sede conica 21 per un otturatore sferico 22. Su quest'ultimo, attraverso un puntale 23, agisce la forza combinata di una molla 24 e di un solenoide 25 che coopera con un nucleo 26 solidale ad un'asta 27 a sua volta solidale al puntale 23. L'otturatore 22 separa fra loro un condotto di ingresso 28, collegato al corpo della pompa 6, ad un condotto di scarico 29, collegato alla linea 8. Variando la corrente alimentata al solenoide 25 ? possibile modulare la forza esercitata sull'otturatore sferico 22 in direzione di chiusura e quindi la pressione sull'uscita della pompa 6.

La modulazione di pressione viene ottenuta alimentando il solenoide 25 con una corrente di cui viene modulato il duty-cycle ad una frequenza fissa di oscillazione (tecnica PWM-Pulse Width Modulation) e utilizzando un anello di regolazione chiuso che tiene conto della pressione effettiva, misurata attraverso il sensore di pressione 18 e del valore di pressione desiderato.

Il metodo secondo l'invenzione ha lo scopo di verificare periodicamente la funzionalit? degli elementi dell'impianto 1, e precisamente di verificare: capacit? della pompa 6 di generare la pressione richiesta; corretta tenuta del regolatore 7; assenza di trafilamenti sul circuito; presenza di iniettori bloccati aperti; corretto funzionamento del circuito elettrico di comando del regolatore 7; sensibilit? e funzionalit? del sensore di pressione 18.

Secondo un esempio di realizzazione preferito, rappresentato schematicamente in figura 3, vengono effettuate periodicamente quattro prove: prova su pressione massima misurata (blocco 30); prova su pressione minima misurata (blocco 31); prova su duty-cycle di comando del regolatore di pressione (blocco 32); e prova su congruenza tra pressione misurata e duty-cycle (blocco 33).

In dettaglio, la prova di pressione massima misurata (blocco 30) consiste nel verificare che la pressione misurata dal sensore 18 nel collettore 10 non superi un valore massimo ammissibile, ad esempio di 1600 bar, calibrabile dall'esterno, in un numero prefissato di verifiche consecutive (ad esempio cinque). Il superamento del valore massimo ammissibile (rappresentato dalla linea A di figura 4) ? indice dei seguenti tipi di guasto: sensore 18 starato (errore di misura) p regolatore 7 bloccato chiuso (guasto del regolatore che impedisce o riduce eccessivamente il deflusso di combustibile in pressione dal condotto 28 al condotto 29 del regolatore 7).

La prova di pressione minima misurata (blocco 31) consiste nel verificare che la pressione misurata non sia inferiore ad un valore minimo ammissibile in un numero prefissato di verifiche consecutive, ad esempio cinque. Il valore minimo ammissibile varia a seconda del regime del motore, come mostrato dalla curva B di figura 4. La misura di un valore di pressione inferiore al valore ammissibile ? indice dei seguenti tipi di guasto: un iniettore bloccato aperto; pompa guasta (non garantisce la portata necessaria) ; perdite nel circuito dovute a trafilamenti; sensore starato. In particolare, si sottolinea che la crescita del valore minimo ammissibile con il regime del motore ? importante per riconoscere la presenza di un iniettore bloccato aperto; infatti, ad alti regimi, anche quando un iniettore ? bloccato aperto, la pressione pu? non scendere al di sotto di valori che invece sono accettabili e corrispondono a una condizione di buon funzionamento nel caso di regime basso del motore.

La prova di duty-cycle di comando del regolatore di pressione (blocco 32) consiste nel verificare che il dutycycle (misurato in percentuale) non superi un valore massimo prefissato K2 (ad esempio 97 %) o non sia inferiore ad un valore minimo prefissato K1 (ad esempio 2 %) in un numero prefissato di verifiche consecutive (ad es. cinque per il valore massimo e 25 per il valore minimo). Infatti, il superamento ripetuto del valore massimo di duty-cycle ? legato al fatto che la pressione misurata in questo periodo ? sempre inferiore al valore di riferimento previsto dal sistema di controllo del regolatore ed ? indice dello stesso tipo di guasti indicato per la prova sul valore minimo, oltre che, eventualmente, del malfunzionamento del circuito elettrico di regolazione del duty-cycle. Viceversa, il permanere del duty-cycle ad un valore molto basso ? legato al fatto che la pressione misurata si mantiene a lungo ad un valore superiore al valore di riferimento previsto dal sistema di controllo del regolatore ed ? indice della staratura del sensore 18 o di un'eccessiva tenuta del regolatore 7.

Tre esempi di guasti dovuti al bloccaggio in posizione aperta di un iniettore sono mostrati nelle,figure 5A, 5B e 5C, relative all'andamento della pressione (con linea tratteggiata) e al duty-cycle (con linea continua) in tre diverse condizioni, in seguito al bloccaggio di un iniettore in corrispondenza del ciclo 2 del motore. In particolare, la figura 5A ? relativa al funzionamento ad alta pressione; in questo caso il guasto viene rilevato per il permanere del duty-cycle oltre il limite prefissato per pi? volte. La figura 5B ? relativa ad una condizione di pressione media; anche in questo caso il guasto viene rilevato in base all'eccessivo valore del duty-cycle, anche se pi? lentamente del caso di figura 5A. La figura 5C ? relativa ad una condizione a bassa pressione; in questo caso il guasto viene rilevato per il rilevamento di un valore troppo basso della pressione per un certo numero di volte.

La prova su congruenza tra pressione misurata e dutycycle (blocco 33) sfrutta il legame fra il duty-cycle (o, pi? precisamente, la corrente efficace alimentata al regolatore 7) e la pressione misurata nel collettore 10. Tale legame ? rappresentabile mediante la curva C di figura 6 espressa come pressione di riferimento PR in funzione della corrente efficace. La curva C ? variabile entro certi limiti a seconda del regolatore utilizzato. Per tenere conto di tale variabilit?, al valore di riferimento PR viene associato un valore di tolleranza superiore ed inferiore T (ad es. 300 bar), per cui si ottengono due curve DI e D2 che delimitano una fascia di ammissibilit?.

La prova di congruenza consiste quindi nel determinare il valore di duty-cycle della corrente di alimentazione dell'elettrovalvola 7 secondo gli algoritmi previsti, convenientemente di tipo proporzionale-integrale,, in funzione della pressione effettiva misurata e della pressione desiderata (quest'ultima calcolata nei modi previsti, ad esempio in base a parametri motoristici, come descritto in un'altra domanda di brevetto a nome della richiedente). Quindi, tramite una mappa, viene determinato il valore di riferimento PR corrispondente al duty-cycle determinato (come da curva C) e si verifica se il valore di pressione misurata dal sensore 18 corrisponda a tale valore di riferimento PR entro la tolleranza prevista (cio? se il valore di pressione misurato rientri nella fascia di tolleranza prevista) . La condizione di guasto che provoca la misura di valori di pressione esterni alla fascia prevista in un certo numero di verifiche consecutive ? essenzialmente la staratura del sensore 18; infatti altri tipi di guasto vengono generalmente rilevati in precedenza dalle altre verifiche, dato che questo tipo di prova ? di tipo lento.

L'esito negativo di una qualsiasi delle quattro verifiche descritte (come esemplificato in figura 3 dalla porta OR 35) comporta la generazione di un segnale di guasto e l'arresto del motore (blocco 36).

Con il metodo descritto ? quindi possibile evidenziare condizioni di malfunzionamento del circuito idraulico, altrimenti non rilevabili, quali il bloccaggio in posizione aperta di uno degli iniettori, in modo semplice ed affidabile, discriminando eventuali fattori estranei non legati a guasti che possono comportare una variazione transitoria delle grandezze di controllo del circuito stesso.

Risulta infine chiaro che al metodo qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo di diagnosi di malfunzionamenti del circuito ad alta pressione di impianti di iniezione ad alta pressione per motori a combustione interna, detto circuito includendo una pompa ad alta pressione (6) atta ad alimentare combustibile ad una pressione di valore controllato tramite cicli di regolazione, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di monitorare grandezze correlate alla pressione generata da detta pompa ad alta pressione (6) in cicli di regolazione successivi, confrontare l'andamento di dette grandezze in detti cicli di regolazione successivi con valori di riferimento e generare segnali di guasto nel caso che detto andamento non presenti una relazione prefissata con detti valori di riferimento.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di misurare la pressione alimentata da detta pompa ad alta pressione (6) ad un collettore (10), confrontare detta pressione misurata con un valore massimo di riferimento e generare un segnale di guasto qualora detta pressione misurata sia maggiore di detto valore massimo per un numero prefissato di cicli di regolazione consecutivi.
3 . Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di misurare la pressione alimentata da detta pompa ad alta pressione (6) ad un collettore (10), confrontare detta pressione misurata con un valore minimo di riferimento e generare un segnale di guasto qualora detta pressione misurata sia minore di detto valore minimo per un numero di cicli consecutivi prefissato.
4. Metodo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto valore minimo di riferimento ? variabile in funzione del regime del motore (16).
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti cicli di regolazione comprendono la fase di variare il duty-cycle di una corrente di alimentazione di una elettrovalvola di regolazione pressione (7) associata a detta pompa ad alta pressione caratterizzato dal fatto di misurare la pressione al im entat aa da de tt a pompa alt a pre ssione calcolare il uty-cycle della corrente di alimentazione in base all'errore fra un valore di pressione desiderato e detta pressione misurata, confrontare detto duty-cycle calcolato con un valore minimo ed un valore massimo di riferimento e generare un segnale di guasto qualora detto duty-cycle calcolato sia esterno ad una fascia di ammissibilit? delimitata da detti valori minimo e massimo per un numero prefissato di cicli di regolazione consecutivi.
6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti cicli di regolazione comprendono la fase di variare il duty-cycle di una corrente di alimentazione di una elettrovalvola di regolazione pressione (7) associata a detta pompa ad alta pressione (6), caratterizzato dal fatto di misurare la pressione alimentata da detta pompa ad alta pressione, calcolare il duty-cycle della corrente di alimentazione in base all'errore fra un valore di pressione desiderato e detta pressione misurata, determinare un valore di pressione di riferimento in base a detto duty-cycle calcolato, confrontare detta pressione misurata e detto valore di pressione di riferimento e generare un segnale di guasto qualora detta pressione misurata differisca da detto valore di pressione di riferimento oltre una tolleranza predeterminata per un numero prefissato di cicli di regolazione consecutivi.
7. Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta fase di determinare un valore di pressione di riferimento comprende la lettura di detto valore di pressione di riferimento in una mappa memorizzante valori di pressione in funzione del duty-cycle.
8. Metodo di diagnosi di malfunzionamenti del circuito ad alta pressione di impianti di iniezione ad alta pressione per motori a combustione interna, come descritto con riferimento ai disegni allegati.