ES2208155T3 - Procedimiento para determinar el llenado de los cilindros en motores de combustion no estrangulados. - Google Patents

Procedimiento para determinar el llenado de los cilindros en motores de combustion no estrangulados.

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Abstract

Procedimiento para determinar el llenado de los cilindros en motores de combustión no estrangulados que comprenden válvulas con impulsión variable, con los pasos siguientes: - establecer al menos una magnitud del motor, - determinar un caudal de aire normalizado, referido a un decalaje de admisión y/o de salida fijo o determinado, en función de la al menos una magnitud del motor, - determinar la influencia del decalaje de admisión real existente con respecto al decalaje de admisión fijo o conocido sobre el caudal del aire y calcular un caudal de aire corregido.

Description

Procedimiento para determinar el llenado de los cilindros en motores de combustión no estrangulados.
La invención concierne a un procedimiento para determinar el llenado de los cilindros en motores de combustión no estrangulados que comprenden válvulas con impulsión variable.
En los motores estrangulados se mide el llenado (masas de aire) de los cilindros del motor. Para las transiciones dinámicas se calcula paralelamente el llenado por medio de un modelo de llenado y se equilibra dicho llenado con la medición antes citada. Asimismo, a través de la presión del tubo de aspiración y un decalaje variable de las levas se puede realizar una corrección del llenado calculado.
Sin embargo, el modelo de llenado anteriormente descrito no puede utilizarse para motores no estrangulados. En efecto, no existe ninguna correlación entre la presión del tubo de aspiración y el llenado de los cilindros. No obstante, el conocimiento de llenado de los cilindros es necesario para el funcionamiento dinámico de motores con impulsión de válvula variable y para las funciones de diagnosis y de seguridad.
Por tanto, el cometido de la presente invención consiste en indicar un procedimiento para determinar el llenado de los cilindros en motores de combustión no estrangulados, que permita una determinación del llenado lo más exacta posible.
Este problema se resuelve con las características citadas en la reivindicación 1.
En particular, se determina primeramente un caudal de aire normalizado, referido a un decalaje de admisión y de salida fijo o conocido, en función de al menos una magnitud del motor. Las magnitudes del motor son, por ejemplo, el número de revoluciones y la altura de la carrera de las válvulas. Asimismo, se determina la influencia del decalaje de admisión real existente con respecto al decalaje de admisión fijo o conocido supuesto y se calcula un caudal de aire corregido. En particular, con el modo de proceder antes citado la influencia de decalajes de admisión (y en las formas de ejecución ventajosas) también decalajes de salida sobre el proceso de aspiración de un motor con impulsión de válvula variable se describe teniendo en cuenta "efectos" geométricos y físicos. Se tienen que aplicar aquí únicamente datos del caudal de aire con decalajes determinados, por ejemplo en forma de campos característicos. En un campo característico puede estar depositado también el caudal de aire aspirado para decalajes de admisión y salida fijos (por ejemplo, 120/120) y para condiciones normales (por ejemplo, 0ºC y 1013 mbar).
En este contexto, se hace notar aún que el caudal de aire normalizado no tiene que calcularse ineludiblemente a partir de un decalaje fijo. Puede escogerse también de un campo característico para un decalaje cualquiera. La función tiene en cuenta entonces la influencia de la desviación entre decalaje real y decalaje nominal. La admisión para el decalaje nominal puede proceder, por ejemplo, de un campo característico dependiente de la carga.
En motores con impulsión de válvula variable se efectúa la estrangulación, como es sabido, a través de la válvula de admisión. Por este motivo, la masa de aire que circula por la válvula de admisión es proporcional a la superficie de estrangulación liberada y depende de la presión diferencial. Estos efectos se tienen en cuenta según una forma de ejecución ventajosa para determinar la influencia del decalaje de admisión real. Por tanto, en caso de que el decalaje de admisión se desvíe del decalaje normal, la influencia de un decalaje de admisión modificado sobre el caudal de aire viene descrita por la proporción de superficie y la proporción de presión diferencial. Esto se presenta con más precisión en el ejemplo de ejecución siguiente.
El decalaje de salida tiene también influencia sobre el llenado de los cilindros. Para determinar exactamente el llenado de los cilindros se describe preferiblemente la influencia del decalaje de salida por medio de la relación de la superficie de válvula de salida después del punto muerto superior. Se explica seguidamente con más detalle una forma de ejecución especial de la invención haciendo referencia a los dibujos. Los dibujos muestran en:
la figura 1, un diagrama de bloques esquemático de una forma de ejecución del procedimiento según la invención,
la figura 2, un diagrama que muestra las repercusiones del decalaje de admisión sobre la masa de aire,
la figura 3, un diagrama que muestra la superficie de admisión debajo de la curva para un ciclo de aspiración, y
la figura 4, un diagrama que muestra la influencia de las válvulas de salida sobre el llenado.
Se explica un procedimiento especial para determinar el llenado de un cilindro según la invención con referencia a la figura 1, que representa un diagrama de bloques esquemático de un procedimiento de esta clase.
En un campo característico KFLM-1212, 410, está depositado el caudal de aire aspirado para un decalaje de admisión y de salida fijo y en las condiciones normales de 0ºC y 1013 mbar. El decalaje de admisión y de salida fijo es en el presente caso de 120/120. Entre las magnitudes de entrada del motor número de revoluciones N, 400, y carrera real de la válvula de admisión evhub-ist, 402, se escoge del campo característico KFLM-1212 un caudal de aire archivado para estos datos. Este caudal de aire depende aún del accionamiento de la válvula de admisión, es especialmente proporcional a la superficie de estrangulación liberada y depende también de la presión diferencial a través de la válvula de admisión. En este contexto, se alude a la ecuación de estrangulación según Bernoulli. Por consiguiente, son necesarias aún correcciones en el caudal de aire calculado a partir del campo característico KFLM-1212. En el presente caso, se determina de la manera siguiente un factor de corrección que se refiere al decalaje de la válvula de admisión: Se supone que la influencia sobre la masa de aire es la relación entre la superficie de aspiración multiplicada por la porción de presión diferencial de un decalaje real, por un lado, y la superficie de aspiración multiplicada por la porción de presión diferencial con un decalaje normal, por otro lado. El decalaje normal se refiere aquí al decalaje con el cual se ha medido el campo característico KFLM-1212 de la masa de aire. Por el contrario, el decalaje real designa el decalaje en el funcionamiento dinámico o en el funcionamiento en frío.
En la figura 1 se han representado tres bloques que reproducen las influencias determinadas sobre el llenado, a saber, el estado real, el estado normal y la influencia salida. El estado real designa aquí la influencia del decalaje real actual, como se ha designado más arriba, el estado normal designa la influencia del decalaje normal, como se ha designado más arriba, y la influencia salida designa la influencia del decalaje de salida sobre el llenado de los cilindros.
Se alude en primer lugar a la influencia bajo el decalaje real (estado real): El valor real de la carrera de la válvula de admisión evhub-ist, 10, es puesto a disposición de campos característicos diferentes 20, 30, 40 y 50. En el campo característico 20 (KLEVFLMX) está almacenada la máxima superficie de aspiración derivada de la evolución de la carrera, integrada a lo largo del ángulo del cigüeñal. Por tanto, en el campo característico 20 se selecciona la máxima superficie de aspiración.
Sin embargo, la apertura de válvula situada delante del punto muerto superior no contribuye al llenado de los cilindros, ya que en esta fase el pistón empuja al gas residual en dirección al canal de aspiración. Para tener en cuenta este efecto se calcula en el campo característico 30 (KFEVFLKW) la superficie de apertura de válvula situada delante del punto muerto superior en función de la apertura del ángulo de admisión y la carera de válvula evhub-ist. La apertura de la válvula de admisión resulta del valor de decalaje real de la válvula de admisión esprist, 48, que se resta del instante de apertura de la válvula de admisión antes del punto de la carrera máxima. Este valor resulta del campo característico 40 (WEOEVESP), que obtiene también como magnitud de entrada el valor real de la carrera de la válvula de admisión evhub-ist. La unidad con los números de referencia 42, 44 y 46 sirve para adaptar el valor de la superficie de apertura de válvula situada delante del punto muerto superior al campo característico 30.
Dado que el gas residual empujado antes del punto muerto superior hacia el canal de aspiración es aspirado de nuevo únicamente después del proceso de aspiración (modelo de tapón), se duplica la superficie de válvula de admisión situada delante del punto muerto superior y se resta ésta de la superficie de apertura de válvula máxima (numero de referencia 32).
Por tanto, después de la substracción 34 se presenta en conjunto la superficie de aspiración efectiva.
Como paso siguiente se describe la influencia de la presión diferencial. La posición de las superficies de aspiración efectivas, referido al ángulo del cigüeñal, tiene influencia sobre la masa de aire aspirada. Esta dependencia se describe en el campo característico 60 (KLZYLVOL). En el campo característico 60 está depositado, en función del ángulo del cigüeñal, el volumen del cilindro al aspirar después del punto muerto superior. La entrada en esta curva característica es el instante en que se cierra la válvula de admisión, el cual depende de la carrera de dicha válvula de admisión y del decalaje. Estos datos se escogen del campo característico 50 (WESNESPR). En este campo característico está depositado el instante de cierre de la válvula de admisión después del punto de la carrera máxima con división en grados del cigüeñal. Como magnitud de entrada para el campo característico 50 sirve también el valor real de la carrera de la válvula de admisión evhub-ist, 10.
Con la medida últimamente citada se tienen en cuenta durante la aspiración dos efectos que describen la presión diferencial sobre la válvula de admisión durante la aspiración. Por un lado, se tiene en cuenta un "pretensado" del cilindro debido a una apertura tardía de la válvula de admisión. La masa de aire es incrementada por la presión diferencial mayor así ocasionada durante la aspiración, lo que se tiene en cuenta por medio del mayor volumen del cilindro con decalaje creciente. Por otro lado, una interrupción de la aspiración por un cierre temprano de la válvula de admisión conduce, con menores decalajes, a una disminución del volumen del cilindro. También se tiene esto en cuenta.
Por tanto, en lo que antecede, se han determinado las influencias para el decalaje real actual por medio de la superficie de aspiración efectiva y la porción de presión diferencial.
Se efectúa un cálculo correspondiente para el decalaje normal (estado normal). Con los números de referencia 110 a 160 y la parte asociada en la figura 1 se determina de manera análoga la influencia de la superficie de aspiración efectiva y la porción de presión diferencial para el decalaje normal. Diferente es aquí únicamente el que en el número de referencia 148 está depositado el valor nominal de decalaje para la válvula de admisión.
Después de calcular las influencias de los decalajes normal y real, se forma la relación (número de referencia 200) que sirve después como factor para el caudal de aire escogido del campo característico 410.
Como factor de corrección adicional para el caudal de aire escogido en el campo característico 410 se determina la influencia del decalaje de salida. Sirve para esto la parte inferior de la representación de la figura 1. Se forma aquí la relación de la superficie de la válvula de salida después del punto muerto superior en el estado real y en el estado normal (número de referencia 338), la cual se escala mediante una multiplicación con un factor LMASFAK (número de referencia 340). Este valor es restado de un valor prefijado 1 (número de referencia 350) y se determina también como factor para el valor de la masa de aire aspirada 410 (KFLM-1212). Los valores para las diferentes ramas resultan de la apertura de la válvula de salida AVZUNAS (números de referencia 300 y 320) menos los valores reales o nominales de decalaje de la válvula de salida (números de referencia 302 ó 322). Las funciones designadas con los símbolos de referencia 306, 308, 304, 324, 326 y 328 representan cada una de ellas solamente un escalado adecuado para los campos característicos 310, 330.
Con las medidas antes citadas se pueden calcular las influencias del decalaje de la válvula de admisión y de la válvula de salida sobre el caudal de aire aspirado. Multiplicando el caudal de aire calculado a partir del campo característico KFLM-1212 (símbolo de referencia 410) se obtiene así un valor exacto de llenado de cilindros en un motor no estrangulado con impulsión de válvula variable.
En la figura 2 se representa la influencia del decalaje de admisión sobre la masa de aire aspirada. Se muestra aquí para diferentes curvas características que al producirse un aumento del decalaje de admisión aumenta también la masa de aire en formas sustancialmente monótona.
En la figura 3 se representa un diagrama que muestra la superficie de aspiración efectiva. La superficie se obtiene integrando la evolución de la carrera en función del ángulo del cigüeñal desde el instante de apertura de la válvula de admisión hasta el instante de cierre de dicha válvula de admisión (ES). WESNESPR designa aquí el instante "cierre de válvula de admisión" después del punto de la carrera máxima de dicha válvula de admisión en grados y la magnitud WEOEVESPR designa el instante "apertura de válvula de admisión" antes del punto de la carrera máxima. La magnitud ESPR designa el decalaje de la válvula de admisión, es decir, el instante entre el punto muerto superior y la carrera máxima de la válvula de admisión. La superficie total debajo de la curva de la figura 3 da como resultado la máxima superficie de aspiración F_{max}. Se resta de ésta la superficie de apertura de válvula, la cual está delante del punto muerto superior y no contribuye al llenado de los cilindros, ya que en esta fase el pistón empuja F_{Korr} gas residual hacia el canal de admisión. Queda como superficie efectiva F_{Wirk} la superficie registrada en gris en la figura 3 debajo del gráfico.
En la figura 4 se representa la influencia de la posición de la superficie de aspiración efectiva, referido al ángulo del cigüeñal. El diagrama muestra aquí el volumen del cilindro en función del ángulo del cigüeñal después del punto muerto superior. Según el instante de cierre de la válvula de admisión ES, la presión diferencial se modifica con la posición de la superficie de aspiración respecto del ángulo del cigüeñal, lo que viene expresado por la magnitud KLZYLVOL (véase también la figura 1).
En conjunto, se ilustra en el presente caso un procedimiento exacto y sencillo para determinar el llenado de los cilindros en motores de combustión no estrangulados.

Claims (4)

1. Procedimiento para determinar el llenado de los cilindros en motores de combustión no estrangulados que comprenden válvulas con impulsión variable, con los pasos siguientes:
- establecer al menos una magnitud del motor,
- determinar un caudal de aire normalizado, referido a un decalaje de admisión y/o de salida fijo o determinado, en función de la al menos una magnitud del motor,
- determinar la influencia del decalaje de admisión real existente con respecto al decalaje de admisión fijo o conocido sobre el caudal del aire y calcular un caudal de aire corregido.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el caudal de aire normalizado se calcula en función del número de revoluciones del motor y de la altura de la carrera de las válvulas de admisión.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque al determinar la influencia del decalaje de admisión real se tienen en cuenta la superficie de aspiración efectiva y/o la porción efectiva de la presión diferencial.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se determina la influencia del decalaje de salida real existente con respecto al decalaje de salida fijo o conocido sobre el caudal de aire y se calcula un caudal de aire corregido.
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