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.Info
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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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