ES2205608T3 - Metodo de control de la inyeccion y del encendido de la mezcla aire-combustible de un motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

PROCEDIMIENTO PARA CONTROLAR LA INYECCION E IGNICION DE LA MEZCLA DE AIRE/COMBUSTIBLE EN UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA (2) PARA ACELERAR EL CALENTAMIENTO DE UN CONVERSOR CATALITICO (6) SITUADO JUNTO AL CONDUCTO DE DESCARGA DE GAS DE ESCAPE (5) DEL MOTOR. EL PROCEDIMIENTO CONSTA DE LAS FASES DE SUMINISTRAR UNA MEZCLA RICA A UN PRIMER NUMERO DADO DE CILINDROS DEL MOTOR CON LO QUE LA RELACION DE AIRE/COMBUSTIBLE ASUME UN VALOR INFERIOR AL DE LA RELACION AIRE/COMBUSTIBLE ESTEQUIOMETRICA; SUMINISTRAR UNA MEZCLA POBRE AL RESTO DE LOS CILINDROS, CON LO QUE LA RELACION AIRE/COMBUSTIBLE ASUME UN VALOR SUPERIOR A LA DE LA RELACION ESTEQUIOMETRICA AIRE/COMBUSTIBLE Y, DE ESTA MANERA, TODA LA RELACION AIRE/COMBUSTIBLE DL MOTOR ES BASICAMENTE ESTEQUIOMETRICA; Y RETRASAR EL MOMENTO DE LA EXPLOSION EFECTIVA (TEFF)DE LA COMBUSTION EN RELACION A UN EFECTO DE EXPLOSION NOMINAL (T) EN AL MENOS UNA PARTE DE LOS CILINDROS A LOS QUE SE LES SUMINISTRA UNA MEZCLA RICA, DE MANERA QUE SE PRODUZCA UNA COMBUSTION RESIDUAL EN EL CONDUCTO DE ESCAPE (5) Y ACELERE EL CALENTAMIENTO DEL CONVERSOR CATALITICO.

Description

Método de control de la inyección y del encendido de la mezcla aire-combustible de un motor de combustión interna.

La presente invención se refiere al método para controlar la inyección y el encendido de la mezcla en un motor de combustión interna.

La presente invención tiene una aplicación ventajosa en el campo de la automoción, a la que hacen referencia específica las consideraciones siguientes, aunque sin pérdida de sus características generales.

En el campo de la automoción, se conoce el uso de convertidores catalíticos colocados a lo largo de la descarga de gases de escape, los cuales se usan para reducir las sustancias contaminantes presentes en tales gases. Como es conocido, la operación correcta del convertidor catalítico está sometida al hecho de que el convertidor logre una temperatura operativa predefinida, mientras la eficiencia máxima del convertidor, es decir, la capacidad de reducir de forma óptima las sustancias contaminantes, está vinculada al hecho de que la relación de aire y combustible de la mezcla suministrada al motor se mantenga cerca del valor estequiométrico, o dentro de una banda predeterminada que incluye el valor estequiométrico.

Para acelerar el calentamiento del convertidor catalítico después de un arranque en frío del motor, o para elevar rápidamente la temperatura del convertidor a su nivel operativo, se conoce el uso de un método de control de la inyección y el encendido de la mezcla, por lo que, en cada ciclo del motor, cada cilindro recibe una mezcla no estequiométrica, en particular una mezcla rica caracterizada por un valor de relación aire/combustible menor que la relación estequiométrica, y para cada cilindro el momento de explosión de la combustión se retarda con relación al momento de explosión inicial de tal manera que la combustión como tal se produzca cuando las válvulas de escape estén abiertas en parte. Según dicho método, la combustión no se produce totalmente dentro de la cámara de combustión y un porcentaje de combustible se quema dentro del conducto de descarga dando origen a una combustión residual que proporciona calor al convertidor catalítico, acelerando así el proceso de calentamiento del convertidor catalítico propiamente dicho.

El método de control conocido antes descrito, aunque favorece que el convertidor catalítico alcance su temperatura, implica inicialmente grandes consumos de combustible y en el segundo caso emisiones considerables de sustancias contaminantes del conducto de escape, es decir, a la atmósfera, puesto que la relación de aire/combustible de la mezcla suministrada al motor difiere considerablemente en comparación con el valor estequiométrico.

EP0499207 describe un aparato de control para acelerar el calentamiento de un catalizador dispuesto dentro de un tubo de escape conectado a un motor de combustión interna. El aparato de control determina primero una cantidad de inyección de combustible y una temporización del encendido del motor en base a una condición operativa del motor, tal como la presión del aire de admisión del motor y la velocidad rotacional del motor. El aparato de control también es sensible a información de temperatura del catalizador para regular la cantidad de inyección de combustible y la temporización del encendido según la información de temperatura del catalizador. Cuando la temperatura del catalizador no llega efectivamente a la temperatura de emisiones puras, el aparato de control ajusta alternativamente la cantidad de inyección de combustible a un lado rico y un lado pobre y además retarda intermitentemente la temporización del encendido. Esta operación de control de la inyección y el encendido permite la aceleración del calentamiento del catalizador suprimiendo el deterioro de las emisiones del motor.

US5655365 describe un método de operar un motor de combustión interna incluyendo retardar el encendido de una mezcla de gas/combustible dentro de al menos un cilindro del motor a después del punto muerto superior (ATDC) con respecto al ciclo de combustión de dicho cilindro al menos único del motor. Aunque así se retarda el encendido, la velocidad de suministro de combustible a dicho cilindro al menos único se incrementa a un nivel superior al requerido cuando el motor está operando normalmente.

La finalidad de la presente invención es proporcionar unos medios de control de la inyección y el encendido de la mezcla en un motor de combustión interna, que carece de las desventajas descritas anteriormente, es decir, que permite la aceleración del calentamiento del convertidor catalítico minimizando al mismo tiempo la emisión de sustancias contaminantes presentes en los gases de escape.

Según la presente invención, se facilita un método para controlar la inyección y el encendido de la mezcla en un motor de combustión interna como el expuesto en la reivindicación 1.

La invención se describe con referencia ahora a los dibujos anexos, que ilustran un ejemplo operativo no restrictivo, donde:

La figura 1 es un diagrama que ilustra un dispositivo para controlar la inyección y el encendido de la mezcla en un motor de combustión interna que implementa el método según la presente invención.

La figura 2 muestra un diagrama de bloques que define las condiciones de aplicabilidad del método.

\newpage

La figura 3 muestra un diagrama de bloques de las operaciones implementadas según el método según la presente invención.

Y las figuras 4 y 5 representan una aplicación del método en unión con un motor de cuatro tiempos.

Con referencia a la figura 1, la referencia 1 indica un dispositivo regulador electrónico general para un motor de combustión interna 2 (ilustrado como un diagrama), en concreto un motor de gasolina.

El motor 2 incluye un número dado N de cilindros (no ilustrados) cada uno de los cuales define, según su extremo superior específico, una cámara de combustión dentro de la que se puede inyectar un flujo de gasolina por medio de un dispositivo de inyección 3 (ilustrado como un diagrama).

Además, el motor 2 tiene un colector de entrada 4 para proporcionar un flujo de aire a los cilindros y un conducto de escape 5 a lo largo del que son transportados los gases de escape de la combustión expulsados de las cámaras de combustión. A lo largo del conducto 5 está situado un convertidor catalítico 6 (de tipo conocido), diseñado para reducir las sustancias contaminantes presentes en los gases de escape.

El motor 2 incluye un dispositivo de encendido 8 (de tipo conocido) diseñado para controlar el encendido de las bujías (no ilustradas) de los varios cilindros para controlar el momento de explosión de la combustión de la mezcla dentro de cada una de las cámaras de combustión.

El dispositivo de control 1 está diseñado para controlar el dispositivo de inyección 3 para regular la inyección de gasolina a los cilindros y el dispositivo 8 para determinar los momentos de explosión de las fases de combustión, y como se puede ver más claramente a continuación, también está diseñado para implementar una estrategia de control para los dispositivos 3 y 8 diseñados para acelerar el calentamiento del convertidor catalítico 6 después del llamado "arranque en frío" del motor 2.

El dispositivo de control 1 incluye un sensor de oxígeno 9 situado a lo largo del conducto de escape 5 hacia arriba del convertidor catalítico 6 y diseñado para generar en la salida una señal "Vout" relacionada con la composición estequiométrica de los gases de escape y, en consecuencia, con la relación de aire/gasolina (A/F) de toda la mezcla suministrada al motor 2.

El dispositivo 1 también incluye un circuito de conversión 10, que está conectado como una entrada a la salida del sensor 9, y está diseñado para convertir la señal Vout a un parámetro \lambdam representativo de la relación de aire/gasolina A/F de la mezcla completa suministrada al motor 2 y definido como

\lambda m=\frac{(A/F)meas}{(A/F)stoich}

donde (A/F)meas representa el valor de la relación de aire/gasolina medido por el sensor 9 y correlacionado con la señal Vout, y (A/F)stoich representa el valor de la relación estequiométrica de aire/gasolina igual a 14,57. En concreto, si el valor de parámetro \lambdam es superior a la unidad (\lambdam > 1), la relación de aire/gasolina A/F medida es mayor que la relación estequiométrica de aire/gasolina, es decir, en conjunto, está presente una cantidad insuficiente de gasolina y la mezcla suministrada al motor 2 se define como pobre, mientras que si el valor del parámetro \lambdam es menor que unidad (\lambdam < 1), la relación medida de aire/gasolina A/F es menor que la relación estequiométrica de aire/gasolina, hay una presencia general de gasolina en cantidad excesiva y la mezcla suministrada al motor 2 se denomina rica.

El dispositivo 1 incluye finalmente una unidad electrónica de control de motor 11, que está conectada al circuito de conversión 10 para recibir el parámetro \lambdam en la entrada, y está diseñado para controlar el dispositivo de encendido 8 por medio de la emisión de señales teff_{1}, ..., teff_{i}, ..., teff_{N} indicativas de los momentos de explosión efectiva de la combustión dentro de los cilindros (donde teff_{i} representa el momento de explosión en el cilindro i ordinal dado), el dispositivo de inyección 3 por la emisión de señales Qeff_{1}, ..., Qeff_{i}, ..., Qeff_{N} que son indicativas de la cantidad efectiva de gasolina a suministrar a los cilindros (donde Qeff_{i} muestra la cantidad de gasolina a suministrar al cilindro i ordinal).

El sensor de oxígeno 9 es preferiblemente, aunque no necesariamente, del tipo lineal (por ejemplo, en forma del sensor UEGO), es decir, diseñado para generar una señal de salida como Vout (en términos de voltaje o corriente) proporcional a la concentración de oxígeno presente en los gases de escape.

El circuito de conversión 10 incluye dos convertidores 12 y 13 colocados en serie, de los que el convertidor 12 está conectado como entrada a la salida del sensor 9 para recibir la señal Vout, y es capaz de transformar la señal Vout en el parámetro \lambdam por medio de su propia característica de conversión C. Por otra parte, el convertidor 13 es un convertidor analógico/digital que recibe en entrada el parámetro \lambdam y está conectado como una salida a una unidad central 11 para suministrar el valor digitalizado del parámetro \lambdam a la unidad central 11.

La unidad central electrónica 11 incluye dos bloques de cálculo funcionales, representados como 14 y 15, de los que el bloque 14 recibe como entrada el parámetro \lambdam y genera como señales de salida Qeff_{1}, ..., Qeff_{i}, ..., Qeff_{N} para controlar el dispositivo de inyección 3, mientras que el bloque 15 genera señales de salida teff_{1}, ..., teff_{i}, ..., teff_{N} para controlar el dispositivo de encendido 8. Por otra parte, la unidad central 11 recibe como entrada una pluralidad de señales de información P medidas en el motor 2 (por ejemplo, el número de revoluciones, la presión de colector de entrada 4 y/o la capacidad de aire, la temperatura del líquido refrigerante de motor, la temperatura del aire, la posición de la válvula de mariposa, etc), junto con señales de información externas al motor (por ejemplo, el retardo de tiempo desde el momento de arranque, la posición del pedal acelerador, las señales de la caja de cambio del vehículo, etc).

En el bloque 14 se suministra el parámetro \lambdam digitalizado a la entrada 19a de un dispositivo de filtro 19, que está diseñado para garantizar la filtración del parámetro \lambdam para eliminar los componentes de señal de frecuencia alta, y está conectado como salida con una primera entrada 21a de un dispositivo selector 21 para suministrar el parámetro \lambdam filtrado al dispositivo selector 21 propiamente dicho. El dispositivo selector 21 también tiene una segunda entrada 21b conectada directamente a la salida del convertidor analógico/digital 13 para recibir directamente el parámetro \lambdam digitalizado, y una salida común 21u que conecta selectiva y alternativamente con la primera entrada 21a o la segunda entrada 21b.

En particular, las entradas primera y segunda 21a, 21b del dispositivo 21 están diseñadas para comunicar alternativamente con la salida 21u en base al valor de un flip-flop que habilita la señal A suministrada al dispositivo selector 21 de un dispositivo de control 22 diseñado para determinar las condiciones habilitantes de la estrategia de control definida por la presente invención.

El dispositivo de control 22 recibe como entrada una parte de las señales de información P y está diseñado para dar un valor lógico alto a la señal A para controlar la conexión entre la entrada 21a y la salida 21u a condición de que se hayan verificado las condiciones de aplicabilidad del método, es decir, cuando el convertidor catalítico 6 es capaz de alcanzar rápidamente la temperatura operativa especificada después de un arranque en frío del motor 2. Además, el dispositivo 22 está diseñado para impartir a la señal A un valor lógico bajo para controlar la conexión entre la entrada 21b y la salida 21u en caso de que no se hayan confirmado las condiciones de aplicabilidad del método, o en general si el convertidor catalítico 6 ya ha alcanzado su temperatura operativa.

La salida 21u del dispositivo selector 21 está conectada a la entrada sustractora 23a de un nodo de suma 23, que también tiene una entrada de suma 23b, a la que se suministra un parámetro \lambdao representativo de una relación objetiva de aire/gasolina definida como:

\lambda o=\frac{(A/F)object}{(A/F)stoich}

donde (A/F)object representa el valor de la relación objetiva de aire/gasolina al que se llegará y (A/ F)stoich representa el valor de la relación estequiométrica de aire/gasolina igual a 14,57.

El parámetro \lambdao se genera en la salida (de manera conocida) de una placa electrónica 24 a la que se suministra en entrada al menos parte de dichas señales de información P (por ejemplo, la velocidad de rotación del motor (rpm), la carga aplicada al motor 2, etc).

A la placa 24 también se le ha suministrado la señal habilitante A para permitir la generación de un parámetro objetivo específico \lambdao que permite la calibración durante el procedimiento de calentamiento del convertidor 6.

El nodo 23 genera en consecuencia como una salida un parámetro de error \Delta \lambda proporcionado por la diferencia entre el parámetro objetivo \lambdao y el parámetro \lambdam obtenido del dispositivo selector 21, o \Delta \lambda = \lambdao - \lambdam.

El nodo 23 tiene una salida 23u conectada a una entrada de un circuito de procesado 27, por ejemplo un circuito diseñado para efectuar una transformación de multiplicación e integración de la señal suministrada de entrada. El circuito 27 tiene una salida 27u en la que está presente un parámetro correcto K02. En el ejemplo de implementación aquí ilustrado, el parámetro K02 viene dado por el procesado proporcional integrado del parámetro de error \Delta \lambda; así, es claro que el parámetro de corrección K02 del circuito cerrado se puede calcular por medio de varias operaciones desarrolladas a partir del parámetro de error \Delta \lambda y usando algoritmos de cálculo más complejos en comparación con los aquí mostrados.

El parámetro de corrección de circuito cerrado K02 se suministra como una entrada a un circuito de corrección 29, que también está provisto de una pluralidad de parámetros Qt_{1}, ..., Qt_{i}, ..., Qt_{N} como entradas representativas de la cantidad de gasolina a suministrar por el dispositivo de inyección 3 a los cilindros relevantes para obtener funcionamiento óptimo del motor 2. Los parámetros Qt_{1}, ..., Qt_{i}, ..., Qt_{N} se calculan (de manera conocida) en circuito abierto por medio de un circuito electrónico 30 (incluyendo, por ejemplo, una o varias placas electrónicas) que reciben como entrada al menos parte de dichas señales de información P.

El circuito de corrección 29 está diseñado para correlacionar de manera conocida los parámetros Qt_{1}, ..., Qt_{i}, ..., Qt_{N} (calculados en circuito abierto) con un parámetro de corrección K02 (calculado en circuito cerrado) al objeto de calcular una pluralidad de parámetros Qcl_{1}, ..., Qcl_{i}, ..., Qcl_{N} representativos de la cantidad de gasolina a suministrar a los cilindros relevantes calculada en circuito cerrado.

Según un ejemplo de implementación no restrictiva, cada parámetro i ordinal Qcl_{i} indicado se calcula por la multiplicación de un parámetro correspondiente Qt_{i} para el parámetro de corrección K02, es decir desarrollando la operación siguiente:

Qcl_{1} = Qt_{i} * K02

Los parámetros Qcl_{i}, ..., Qcl_{i}, ..., Qcl_{N} se suministran a otro circuito de corrección 31, que también recibe como entrada la señal habilitante A generada por el dispositivo de control 22, y genera como salida los parámetros Qeff_{1}, ..., Qeff_{i}, ..., Qeff_{N} a transmitir al dispositivo de inyección 3; el circuito 31 está diseñado para desarrollar una operación de corrección (ilustrada con detalle a continuación) para los parámetros Qcls_{1}, ..., Qcl_{i}, ..., Qcl_{N} exclusivamente cuando señal A asume un valor lógico alto, es decir, a condición de que las condiciones de aplicabilidad del método de control sean válidas.

La corrección realizada por el circuito 31 está diseñada efectivamente para modificar la cantidad de gasolina calculada en circuito cerrado Qcl_{i}, ..., Qcl_{i}, ..., Qcl_{N} en base al valor de dos parámetros, indicados como Grich y Glean, que son parámetros calibrados en ganancia y que sirven como correctores para incrementar o reducir la cantidad de gasolina Qcl_{i}, ..., Qcl_{i}, ..., Qcl_{N} a suministrar a los cilindros para acelerar el calentamiento del convertidor catalítico 6.

El bloque 15 incluye un circuito de cálculo 32 (logrado adecuadamente por una placa electrónica), que recibe como entrada al menos parte de las señales de información P y genera como salida, en respuesta a entradas y de manera conocida, una pluralidad de señales t_{1}, ..., t_{i}, ..., t_{N} indicativas del momento de explosión inicial de la combustión dentro de los cilindros (donde t_{i} representa el momento de explosión inicial en el cilindro i ordinal). El bloque 15 también incluye un circuito de corrección 33, que recibe como entrada señales t_{1}, ..., t_{i}, ..., t_{N} procedentes del circuito de cálculo 32, o la señal A generada por el dispositivo de control 22, y genera teff_{1}, ..., teff_{i}, ..., teff_{N} como señales de salida a transmitir al dispositivo de encendido 8; el circuito 33 está diseñado para garantizar la corrección de las señales t_{1}, ..., t_{i}, ..., t_{N} exclusivamente cuando la señal A muestra un valor lógico alto, es decir, después de la verificación de las condiciones de aplicabilidad de dicho método de control.

La corrección efectuada por el circuito 33 está diseñada de hecho para modificar los momentos de explosión nominales t_{1}, ..., t_{i}, ..., t_{N} en base al valor de dos parámetros de temporización, indicados como Tlean y Trich, siendo estos parámetros los que permiten la calibración y sirven de correctores para acelerar o retardar el momento de explosión efectiva teff_{1}, ..., teff_{i}, ..., teff_{N} con relación a sus momentos nominales efectivos.

La figura 2 muestra una fase preliminar del método según la presente invención diseñada para verificar la existencia de las condiciones de aplicabilidad del método relevante.

Con referencia especial a la figura 2, comenzando en un bloque (INICIO), se llega después a un bloque 100, que desarrolla una serie de operaciones para controlar los valores reales de una pluralidad de señales de información P. En particular, el bloque 100 registra:

* la temperatura T1 del aire aspirado al colector de entrada 4;

* la temperatura T2 del líquido refrigerante del motor 2; y

* el tiempo "temp" registrado desde el arranque del motor 2.

El bloque 100 va seguido del bloque 110 que compara los parámetros registrados en el bloque 100 con valores de referencia al objeto de activar o inhibir el método anterior. En particular, el bloque 110 desarrolla las operaciones de control siguientes:

T1ref 1 < T1 < T1ref2 (1)

T2ref1 < T2 < T2ref2 (2)

Tref1 < temp < tref2 (3)

donde T1ref1, T1ref2, T2ref1, T2ref2, tref1, tref2 representan valores de referencia almacenados en el dispositivo de control 22.

El bloque 110 va seguido de un bloque 120 donde se verifican todas las desigualdades (1), (2) y (3), de otro modo (salvo una desigualdad no satisfecha), el bloque 110 va seguido del bloque 130. El cumplimiento simultáneo de todas las desigualdades anteriores (1), (2) y (3) implica que el motor 2 está en un estado de operación inmediatamente después de un arranque "en frío" y en consecuencia implica que el convertidor catalítico 6 todavía no ha alcanzado la temperatura operativa indicada.

El bloque 120 (detallado a continuación) realiza una verificación de la inyección y el encendido diseñada para lograr el calentamiento rápido del convertidor catalítico 6 a la vez que se mantiene la relación estequiométrica de aire/gasolina A/F de la mezcla suministrada al motor 2 durante tales operaciones de calentamiento. Después de la selección de bloque 120, la señal habilitante A tiene que asumir el valor lógico alto relevante y, en consecuencia, la salida 21u del dispositivo selector 21 se conecta a la entrada 21a que suministra al nodo de suma 23 el parámetro filtrado \lambdam; de esta manera, durante las operaciones de control destinadas a lograr un calentamiento rápido del convertidor catalítico 6, se usa un parámetro filtrado \lambdam.

El bloque 130 realiza una verificación de tipo conocido de la inyección y el encendido manteniendo la naturaleza estequiométrica de la relación de aire/gasolina suministrada al motor 2 durante la operación del motor 2 de manera que el convertidor catalítico 6 llegue a la temperatura operativa.

El bloque 120 que implementa el método de control objeto de la presente invención se detalla ahora con referencia a la figura 3.

Desde un bloque inicial (INICIO) se llega a un bloque de inicialización, por lo que los cilindros se subdividen en dos subconjuntos Srich y Slean: el subconjunto Srich incluye los cilindros a los que se debe suministrar una mezcla rica, es decir, caracterizados por una relación de aire/gasolina A/F menor que la relación estequiométrica, mientras que el subconjunto Slean incluye los cilindros a los que se debe suministrar una mezcla pobre, es decir, una relación de aire/gasolina A/F más alta que la relación estequiométrica. En la forma operativa ilustrada, el subconjunto Srich incluye un cilindro único, por ejemplo, i ordinal, mientras que el subconjunto Slean incluye los cilindros N-1 restantes.

El bloque 200 va seguido del bloque 201 que, por medio del circuito 30, calcula las cantidades de gasolina Qt_{1}, ..., Qt_{i}, ..., Qt_{N} que deberán ser suministradas a los cilindros individuales. También en el bloque 201, usando el circuito 32, se calculan las señales t_{1}, ..., t_{i}, ..., t_{N} indicativas de los momentos de explosión iniciales de las combustiones de cilindro.

El bloque 201 va seguido del bloque 202 en el que, en base al valor del parámetro \lambdao en la salida de la placa 24 (y aproximadamente igual al valor de las relaciones estequiométricas), y en base al valor del parámetro \lambdam en la salida del dispositivo de filtro 19, el parámetro de error \Delta \lambda = \lambdao - \lambdam se calcula primero por medio del nodo de suma 23, y el parámetro de corrección K02 se calcula después por medio del circuito 27. El parámetro K02 se aplica después a las cantidades Qt_{1}, ..., Qt_{i}, ..., Qt_{N} por medio del circuito de corrección 29 para llegar en el circuito cerrado a las cantidades Qcls_{1}, ..., Qcl_{i}, ..., Qcl_{N} a inyectar a los cilindros individuales.

El bloque 202 va seguido de un bloque 203 en el que se corrige la cantidad de gasolina Qcls_{1}, ..., Qcl_{i}, ..., Qcl_{N} con la ayuda del circuito de corrección 31 para obtener las cantidades de gasolina Qeff_{1}, ..., Qeff_{i}, ..., Qeff_{N} a suministrar efectivamente a los cilindros individuales. En particular, la corrección realizada por el circuito 31 está diseñada para garantizar que en el cilindro que forma el subconjunto Srich se suministre una mezcla más rica, mientras que en los cilindros que forman el subconjunto Slean respectivo se suministran mezclas pobres; en efecto, la cantidad de gasolina Qeff_{1} a suministrar al cilindro que forma el subconjunto Srich, se obtiene aplicando el parámetro de ganancia Grich (mayor que cero) a la cantidad de gasolina correspondiente Qcl_{i} según la expresión:

(4)Qeff_{i} = Qcl_{i} * (1+ Grich)

mientras que la cantidad de gasolina Qeff_{j} (donde j\varepsilon {1, ..., N}, j \neq i) a suministrar a cada cilindro que forma el subconjunto Slean se obtiene aplicando el parámetro de ganancia Glean (inferior a cero) a la cantidad de gasolina correspondiente Qcl_{j} según la expresión:

(5)Qeff_{j} = Qcl_{j} * (1+ Glean)

De esta forma se suministra una mezcla rica al cilindro que forma el subconjunto Srich, mientras que se suministra una mezcla pobre a los cilindros que forman el subconjunto Slean. Los parámetros Grich y Glean se calibran de tal manera que la mezcla en conjunto suministrada al motor 2 sea esencialmente estequiométrica.

El bloque 203 va seguido de un bloque 204 en el que se efectúa la corrección de los momentos de explosión iniciales t_{1}, ..., t_{i}, ..., t_{N} de la combustión en los cilindros por medio del circuito de corrección 33 para obtener los momentos de explosión efectiva teff_{1}, ..., teff_{i}, ..., teff_{N}. La corrección realizada por el circuito 33 se diseña de manera que en el cilindro que forma el subconjunto Srich el momento de encendido efectivo teff_{i} de la combustión se retarde con relación al momento de explosión inicial relativo t_{1}, mientras que en cada cilindro que forma el subconjunto Slean, el momento teff_{1} de explosión efectiva de combustión se anticipa con relación al momento nominal relevante t_{j}; en efecto, el momento de encendido efectivo teff_{1} en el cilindro que forma el Srich se obtiene por la aplicación del parámetro de temporización Trich (mayor que cero) al momento nominal relevante t_{1} según la expresión:

(6)teff_{i} = t_{i} + Trich

\newpage

mientras que el momento de encendido efectivo teff_{j} (donde j\varepsilon {1, ..., N}, j \neq i) en cada cilindro que forma Slean, se obtiene aplicando el parámetro de tiempo Tlean (inferior a cero) al momento nominal correspondiente t_{j} según la expresión:

(7)teff_{j} = t_{j} + Tlean

De esta forma, la combustión en el cilindro que forma el subconjunto Srich, se retarda en relación al momento de encendido nominal, mientras que la combustión en los cilindros que forman el subconjunto Slean, se anticipa con relación a los momentos nominales relevantes.

El parámetro Trich se calibra de manera que la combustión en el cilindro que forma el subconjunto Srich, se produzca cuando las válvulas de escape (no ilustradas) asociadas con el cilindro estén abiertas en parte: de esta forma, no toda la combustión se produce dentro de la cámara de combustión relevante y un porcentaje de la cantidad de combustible Qeff_{i} suministrado al cilindro se quema dentro del conducto de escape 5 dando origen a una combustión residual que proporciona calor al convertidor catalítico 6, acelerando así el proceso de calentamiento del convertidor 6.

Por otra parte, el parámetro Tlean se calibra de manera que la combustión en los cilindros que forman el subconjunto Slean, se produzca totalmente dentro de las cámaras de combustión relevantes y proporcione, a lo largo del conducto de escape 5, gases de combustión ricos en oxígeno capaces de favorecer dicha combustión residual: de esa forma, los cilindros que forman el subconjunto Slean, se comportan de forma similar a una bomba de oxígeno colocada a lo largo del conducto de escape 5.

Las operaciones realizadas dentro de los bloques de 201 a 204 permiten un control de las cantidades de gasolina efectivas Qeff_{1}, ..., Qeff_{i}, ..., Qeff_{N} a suministrar a los cilindros con relación a un ciclo del motor 2 y al mismo tiempo permiten un control de los momentos teff_{1}, ..., teff_{i}, ..., teff_{N} de explosión de combustión efectiva con relación a dicho ciclo. Tales operaciones se repiten durante cada ciclo del motor 2 de manera que se verifiquen las condiciones de aplicabilidad del método, es decir, hasta que la señal habilitante A asuma un valor lógico alto y, en consecuencia, el convertidor catalítico 6 no ha llegado a la temperatura operativa especificada.

Según el método de la presente invención, en cada ciclo se realiza una actualización de la composición de los subconjuntos Srich y Slean para definir los cilindros a los que, en el ciclo sucesivo del motor 2, hay que suministrar una mezcla rica y, respectivamente, una mezcla pobre. La actualización se efectúa para evitar que el mismo cilindro siempre reciba una mezcla rica en todos los ciclos del motor 2, y está diseñada para garantizar que todos los cilindros sean gestionados de la misma manera en un dado número de ciclos para garantizar una cierta estabilidad de par obtenido del motor 2 durante el calentamiento rápido del convertidor catalítico 6. Para ello, en el bloque siguiente 204, la actualización de las composiciones de los subconjuntos Slean y Srich se logra por el bloque 205 según un procedimiento de rotación de cilindro predefinido. En particular, dicho procedimiento de rotación predefinido garantiza que, en un número de ciclos de motor 2 igual a un número N predeterminado de cilindros, a cada cilindro se le suministre una mezcla rica exclusivamente en un ciclo (es decir, cada cilindro forma parte del subconjunto Srich exclusivamente durante un ciclo) y se le suministra la mezcla pobre durante los ciclos restantes (o dicho cilindro es parte del subconjunto Slean en los ciclos restantes).

Según la forma presente de realización, el bloque 205 garantiza la actualización de los subconjuntos Srich y Slean de la siguiente manera:

- mientras que en el ciclo efectivo del motor 2 el subconjunto Srich contiene uno de los primeros cilindros N-1, por ejemplo el i ordinal, en el ciclo siguiente el subconjunto Srich solamente contendrá el cilindro siguiente a dicho cilindro particular, es decir el cilindro (i+1) ordinal, mientras que el subconjunto Slean incluirá el cilindro restante, es decir, todos los cilindros menos el (i+1) ordinal;

- mientras que, por otra parte, en el ciclo efectivo del motor 2 el subconjunto Srich incluye el cilindro N ordinal, en el ciclo siguiente el subconjunto Srich solamente incluirá el primer cilindro, mientras que el subconjunto Slean incluirá los cilindros restantes, es decir, todos cilindros menos el primero. En otros términos, la actualización efectuada por el bloque 205 garantiza un "desplazamiento rotacional hacia delante" del cilindro al que suministrar la mezcla rica, mientras que el subconjunto Slean siempre es complementario del subconjunto Srich. La salida del bloque 205 va seguida de un bloque 206 en el que las condiciones de aplicabilidad del método se verifican una vez más, haciéndose una prueba para ver si el convertidor catalítico 6 ha logrado su temperatura operativa o no. Esto se efectúa registrando, como en el bloque 100, los valores de las señales T1, T2 y Temp y verificando sucesivamente, como en el bloque 110, que se cumplen las desigualdades (1), (2) y (3).

Cumplidas las desigualdades (1), (2) y (3) (es decir, la señal habilitante A asume una vez más un nivel lógico alto), hay un retorno al bloque 201 con los subconjuntos Srich y Slean debidamente actualizados y se repiten las operaciones descritas anteriormente, de otro modo (salvo una desigualdad no cumplida), el bloque 130 resulta operativo y se realiza dicha prueba de inyección y encendido de tipo conocido puesto que el convertidor catalítico 6 ha logrado su temperatura operativa.

En las figuras 4 y 5 se ilustra la aplicación del método anterior de prueba con referencia a un motor de cuatro cilindros 2. Como se ha descrito previamente, el resultado es que, en cada ciclo del motor 2, la cantidad efectiva Qeff_{k} de gasolina a inyectar en el cilindro k ordinal se calcula según la expresión siguiente:

Qeff_{k} = Qcl_{k} * (1+ G)

donde G es un parámetro de ganancia igual a Glean (donde Glean < 0) siempre que el cilindro k ordinal es parte del subconjunto Slean, o es igual a Grich (donde Grich > 0) siempre que el cilindro k ordinal es parte del subconjunto Srich.

De forma similar, de la descripción anterior resulta que el momento de explosión efectiva teff_{k} de combustión en el cilindro k ordinal se calcula según la expresión

teff_{k} = t_{k} + T

donde T es un parámetro de tiempo igual a Tlean (donde Tlean < 0) mientras que el cilindro k ordinal forma parte del subconjunto Slean, o es igual a Trich (donde Trich > 0) siempre que el cilindro k ordinal forme parte del subconjunto Srich.

La figura 4 ilustra los valores asumidos para el parámetro G, cilindro tras cilindro, según la secuencia de ciclos del motor 2, mientras que la figura 5 ilustra los valores asumidos para el parámetro T, cilindro tras cilindro, según la secuencia de ciclos reales. Es claro por las figuras 4 y 5 que, en cualquier ciclo, un cilindro único es parte del subconjunto Srich, y en consecuencia, el parámetro G relativo asume el valor Grich y el parámetro T asume el valor Trich, mientras que los otros tres cilindros son parte del subconjunto Slean y en consecuencia los parámetros relativos G asumen valores Glean y los parámetros relativos T asumen los valores Tlean. Se observará así que el cilindro al que se suministra una mezcla rica se hace girar ciclo tras ciclo según el procedimiento de rotación predeterminado antes descrito.

Durante todo el proceso de calentamiento rápido del convertidor catalítico 6, el dispositivo selector 21 conecta la entrada 21a con la salida 21b que suministra el parámetro filtrado \lambdam a la entrada sustractora 23a del nodo de suma 23. La filtración del parámetro \lambdam en la salida del convertidor analógico/digital 13 se efectúa principalmente como resultado del hecho de que el sensor de oxígeno 9, que está situado en general cerca de las salidas de los cilindros y que es especialmente sensible, tiende a indicar las variaciones bruscas de la relación de aire/gasolina de la mezcla suministrada a los cilindros individuales; tales variaciones son de hecho de tipo considerable puesto que un cilindro único durante dos ciclos sucesivos de motor 2 puede recibir primero una mezcla rica y después una mezcla pobre o viceversa. En consecuencia, es posible que la señal Vout en la salida de sensor 9 pueda tener componentes de frecuencia alta que sean representativos no tanto de una variación de la relación de aire/gasolina de la mezcla suministrada totalmente al motor 2, sino de las variaciones inesperadas en los cilindros individuales. Por lo tanto, tales componentes se deben excluir y por esa razón se ha previsto el dispositivo de filtración 19. También se observará que mientras que el sensor de oxígeno 9 se calibra de manera que no dé aviso de las variaciones de la relación de mezcla de aire/gasolina suministrada a un cilindro único, sino exclusivamente de las variaciones de la relación de aire/gasolina de la mezcla en conjunto suministrada al motor 2, puede no preverse el dispositivo 19, y la salida del convertidor 13 se conectaría directamente a la entrada 23a del nodo de suma 23. Por lo tanto, en ese caso, el dispositivo de control 22 se conectaría en salida exclusivamente a los circuitos de corrección 31 y 33 para proporcionarles la señal habilitante A.

Según una variación no ilustrada del método de control antes descrito para cada ciclo del motor 2, el subconjunto Srich contiene un número N1 específico de cilindros (con N1 < N, N1 > 1), mientras que el subconjunto Slean contiene un número específico N2 de cilindros (con N2 < N y N1 + N2 \leq N): esto significa que para cada ciclo del motor 2 un número N1 de cilindros recibe una mezcla rica, mientras que un número N2 de cilindros recibe una mezcla pobre, de tal manera que la relación de aire/gasolina de la mezcla totalmente suministrada al motor 2 sea esencialmente estequiométrica.

Según tales variaciones los subconjuntos Slean y Srich siguen actualizándose en cada ciclo del motor 2 según un procedimiento de rotación predeterminado para los cilindros; procedimiento que puede diferir del antes descrito, y se diseña de tal manera que se garantice que todos los cilindros sean gestionados igualmente en un número dado de ciclos del motor 2.

También será claro que, para lograr el procedimiento de calentamiento rápido del convertidor 6, no es necesario retardar el momento de explosión de la combustión en todos los cilindros que forman el subconjunto Srich, y basta retardar el momento de explosión en parte de dichos cilindros. De forma similar, para favorecer dicha combustión residual, no hay que anticipar el instante de explosión de la combustión en cada uno de los cilindros que forman el subconjunto Slean, y que basta anticipar ese momento de explosión exclusivamente en una parte de dichos cilindros.

Finalmente, es claro que se puede hacer modificaciones en el método de control antes descrito sin salirse por ello del alcance de protección de la presente invención. Por ejemplo, es posible que la corrección realizada por los circuitos de corrección 31 y 33 se inhiba para un número de ciclos del motor 2 a pesar de la verificación de las condiciones de aplicabilidad de la estrategia diseñada para acelerar el calentamiento del convertidor catalítico 6. En esos ciclos, los momentos de explosión efectiva de la combustión en cilindros pueden ser los nominales, mientras que la cantidad efectiva de gasolina suministrada a los cilindros se calculará en circuito cerrado.

Se deberá recalcar que dicha estrategia para calentar el convertidor catalítico se aplica ante todo cuando el motor está funcionando en condiciones mínimas, donde es sabido que los momentos nominales de encendido de cilindro t_{1}, ..., t_{i}, ..., t_{N} se retardan en relación a los momentos de encendido t_{1opt}, t_{iopt}, t_{Nopt} que garantizarían la distribución del par máximo por parte de cada cilindro.

Las condiciones necesarias para acelerar el calentamiento del convertidor catalítico y garantizar los momentos de encendido efectivo teff_{k} de los cilindros a los que se suministra mezcla rica, se retardan con respecto a los momentos de encendido nominales relativos t_{k}.

El retardo en los momentos de encendido efectivo en los cilindros ricos implica una pérdida de par en comparación con la que se obtendría si dichos momentos coincidiesen con los momentos de encendido nominales. En consecuencia, es necesario que dicho retardo se determine de manera que se logre un compromiso entre la necesidad de acelerar todo lo posible el proceso de calentamiento y la necesidad de evitar cualquier introducción de fallos para compensar el par que podría sentir el conductor, poniendo en peligro, por lo tanto, la conducibilidad del vehículo.

Así, si el momento de encendido efectivo se retardase en los cilindros ricos y los momentos de encendido efectivo en los cilindros pobres fuesen los momentos de encendido nominales, esto conduciría, no obstante, a acelerar el proceso de calentamiento, pero la necesidad de obtener un par adecuadamente equilibrado impondría el mantenimiento de retardos generales bastante limitados, con la consecuencia de que el convertidor catalítico todavía tendería a calentarse de forma bastante lenta.

Por otra parte, si en lugar de retardar los momentos de encendido efectivo en los cilindros ricos, se anticipan los momentos de encendido en los cilindros pobres de manera que puedan aproximarse a los momentos t_{JOPT} que garanticen la distribución de par máximo, es posible recuperar el par. Esto permite retardos de encendido relativamente consistentes en los cilindros ricos de manera que se obtengan encendidos de combustión cuando los pistones relevantes estén situados más allá del punto muerto superior. Procediendo de esta forma es posible que el proceso de calentamiento del convertidor catalítico tenga lugar mucho más rápidamente, excluyendo por lo tanto la generación de variaciones de par sentidas por el conductor.

De esto se deduce que el procedimiento de anticipación de los momentos de encendido efectivo en los cilindros pobres da lugar al procedimiento que permite un marcado aumento de la aceleración del calentamiento del convertidor catalítico.

En efecto, comprobaciones experimentales realizadas por el solicitante han demostrado que la anticipación del encendido de los cilindros pobres permite una reducción marcada del intervalo de tiempo necesario para elevar la temperatura del convertidor catalítico (al punto de dividir por la mitad dicho intervalo) frente a una reducción mucho menos considerable dado que el momento de encendido del cilindro pobre se mantiene igual al momento nominal de encendido.

Claims (12)

1. Método de controlar la inyección y el encendido de la mezcla de aire/combustible en un motor de combustión interna (2) para acelerar el calentamiento de un convertidor catalítico (6) situado a lo largo del conducto de escape (5) del motor (2), incluyendo el motor (2) un número dado (N) de cilindros, un dispositivo de inyección (3) para suministrar combustible a los cilindros y un dispositivo de encendido (8) para controlar la iniciación de la combustión de los cilindros, incluyendo el método los pasos siguientes:

a) suministrar a un primer subconjunto (Srich) de un número dado (N) de cilindros una mezcla rica en la que la mezcla de aire/combustible asume un valor bajo en comparación con una mezcla estequiométrica de aire/combustible; y

b) suministrar a un segundo subconjunto (Slean) de un número dado (N) de cilindros una mezcla pobre en la que la mezcla de aire/combustible asume un valor alto en comparación con una mezcla estequiométrica de aire/combustible, y de tal manera que la mezcla de aire/combustible de la mezcla general suministrada al motor (2) sea esencialmente estequiométrica; caracterizándose el método por incluir el paso siguiente:

c) retardar el momento efectivo de explosión de combustión (teff) con relación a un momento nominal de explosión (t) en al menos parte de los cilindros a los que se suministra la mezcla rica de tal manera que se produzca una combustión residual a lo largo del conducto de escape (5) y acelere el calentamiento de dicho convertidor catalítico (6); siendo dichos subconjuntos primero y segundo (rich) de una naturaleza cardinal igual a uno.

2. Método según la reivindicación 1, e incluyendo además el paso siguiente:

d) anticipar el momento efectivo de explosión de combustión (teff) de la mezcla con relación al momento nominal de explosión (t) en al menos una parte de los cilindros a los que se suministra mezcla pobre para favorecer dicha combustión residual.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, donde dicho paso c) es un paso en el que el momento efectivo de explosión (teff) se retarda en comparación con el momento nominal de explosión (t) en cada uno de los cilindros a los que se suministra mezcla rica.

4. Método según la reivindicación 3, donde dicho paso (d) es un paso en el que el momento efectivo de explosión (teff) se anticipa en comparación con el momento nominal de explosión (t) en cada uno de los cilindros a los que se suministra mezcla pobre.

5. Método según la reivindicación 4, donde dichos subconjuntos primero y segundo (Srich, Slean) son complementarios entre sí con relación a dicho número específico (N) de cilindros.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, e incluyendo el paso siguiente:

e) actualización cíclica de la composición de dichos subconjuntos primero y segundo (Srich, Slean) según un procedimiento de rotación preestablecido para los cilindros.

7. Método según la reivindicación 6, donde dicho procedimiento preestablecido requiere que en un número de ciclos del motor (2) igual al número dado (N) de cilindros, cada uno de los cilindros reciba una mezcla rica exclusivamente en un ciclo y reciba mezcla pobre en los ciclos restantes.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde dicho paso c) incluye los pasos secundarios siguientes:

c1) cálculo (32) de dicho momento nominal de explosión (t) de la combustión en los cilindros del primer subconjunto (Srich) en base a una pluralidad de señales de información (P) representativas de un paso operativo de funcionamiento del motor (2);

c2) aplicación (33) a dicho momento nominal de explosión (t) de un retardo (Trich) que permite calibración para obtener dicho momento de explosión efectiva (teff);

c3) ordenar a dicho dispositivo de encendido (8) que inicie la combustión en los cilindros del primer subconjunto (Srich) en dicho momento de explosión efectiva (teff).

9. Método según la reivindicación 2, donde dicho paso d) incluye los pasos secundarios siguientes:

d1) cálculo (32) de dicho momento nominal de explosión (t) de la combustión en los cilindros del segundo subconjunto (Slean) en base a una pluralidad de señales de información (P) representativas de un paso operativo de funcionamiento del motor (2);

d2) aplicación (33) a dicho momento nominal de explosión (t) de un retardo (Tlean) que permite calibración para obtener dicho momento de explosión efectiva (teff); y

d3) ordenar a dicho dispositivo de encendido (8) que inicie la combustión en los cilindros del segundo subconjunto (Slean) exactamente en dicho momento de explosión efectiva (teff).

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde dichos pasos a) y b) incluyen los pasos secundarios adicionales siguientes:

- registrar una señal (Vout) representativa de la composición estequiométrica de los gases de escape por medio de medios sensores de oxígeno (9) situados a lo largo del conducto de escape (5) hacia arriba de dicho convertidor catalítico (6);

- conversión (10) de dicha señal (Vout) representativa de la composición estequiométrica en un parámetro medido (\lambdam) representativo de la relación aire/combustible de la mezcla suministrada al motor (2);

- cálculo (24) de un parámetro objetivo (\lambdao) representativo de la relación aire/combustible requerida en base a una pluralidad de señales de información (P) representativas de un paso operativo de funcionamiento del motor (2);

- comparación (23) del parámetro medido (\lambdam) con el parámetro objetivo (\lambdao) calculando un parámetro de error (\Delta \lambda);

- cálculo (30) para cada cilindro, en base a una pluralidad de señales de información (P), de una cantidad teórica respectiva de combustible (Qt) a suministrar probablemente al cilindro por medio de dicho dispositivo de inyección (3) al motor (2);

- procesar (27) dicho parámetro de error (\Delta \lambda) para calcular un parámetro de corrección (K02) destinado a aplicación (29) a cada cantidad teórica de combustible (Qt) para obtener una cantidad respectiva de combustible (Qcl) controlada en un circuito cerrado;

- corregir (31), por medio de un primer parámetro que permite calibración (Grich), la cantidad controlada de combustible (Qcl) referente a cada cilindro del primer subconjunto (Srich), para obtener una cantidad efectiva correspondiente de combustible (Qeff) a inyectar en el cilindro; y corregir (31), por medio de un segundo parámetro que permite calibración (Glean), la cantidad controlada de combustible (Qcl) con relación a cada cilindro del segundo subconjunto (Slean), para obtener una cantidad efectiva correspondiente de combustible (Qeff) a inyectar en el cilindro; también se incluyen los pasos siguientes:

f) filtrar (19) la señal (Vout) representativa de la composición estequiométrica de gases de escape antes de comparar dicho parámetro medido (\lambdam) con dicho parámetro objetivo (\lambdao); permitiendo dicha fase f) la eliminación de componentes eventuales de frecuencia alta de dicha señal (Vout) representativa de la composición estequiométrica.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el registro (100) de valores asumidos por una pluralidad de señales de información (P) se correlaciona con un estado operativo del motor (2), y la generación de una señal habilitante (A) de la implementación de todos los pasos indicados siempre que dichos valores registrados cumplan una relación predeterminada con los respectivos valores de referencia.

12. Método según la reivindicación 11, donde dicha pluralidad de señales de información (P) incluye una primera señal T1 representativa de la temperatura del aire, una segunda señal T2 representativa de la temperatura del líquido refrigerante del motor (2), y una tercera señal temp representativa del retardo de tiempo con relación al arranque del motor; generándose dicha señal habilitante (A) siempre que haya resultados como:

T1ref1 < T1 < T1ref2

T2ref1 < T2 < T2ref2

Tref1 < temp < tref2

donde T1ref1, T1ref2, T2ref1, T2ref2, tref1, tref2 representan dichos valores de referencia.