ES2211719T3 - Metodo para la correccion del avance de la chispa para un motor de combustion interna con un transformador de fase continua en la admision y/o en el escape. - Google Patents

Abstract

Método para corrección del avance de la chispa para un motor de combustión interna (1) con sincronización de válvula continuamente variable de las válvulas de admisión/escape; para cada cilindro (2), comprendiendo el método calcular un valor teórico (Aath) del avance óptimo de la chispa de acuerdo con el punto de accionamiento, calcular un primer valor de corrección (AAC1), que es calculado de acuerdo con la masa (% de EGR) de gas quemado atrapado en el cilindro (2) al final de la fase de entrada, y calcular el valor real (Aaeff) del avance de la chispa añadiendo dicho primer valor de corrección (AAC1) de forma algebraica al valor teórico (Aath) del avance de la chispa; estando caracterizado el método porque la masa (% EGR) del gas quemado atrapada en el cilindro (2) al final de la fase de admisión se estima de acuerdo con la velocidad de rotación (RPM), de acuerdo con la válvula de sincronización (VVT) en la admisión y/o escape, y de acuerdo con la diferencia de presión (P) entre el colector de escape (5) y el colector de admisión (3).

Description

Método para la corrección del avance de la chispa para un motor de combustión interna con un transformador de fase continua en la admisión y/o en el escape.

La presente invención se refiere a un método para la corrección del avance de la chispa para un motor de combustión interna con sincronización de válvula variable de las válvulas de admisión y/o de escape.

Como se conoce en un motor endotérmico el avance óptimo de la chispa depende de la velocidad de rotación y de la carga del motor (que, en sistemas con combustión con una relación de mezcla estequiométrica, depende de la masa de aire recogida durante la fase de admisión). La combustión cebada con avance de la chispa óptimo correspondiente con la generación del par máximo (excluyendo el caso fenómenos de detonación), mientras que la combustión cebada con cualquier otro avance corresponde con el deterioro de la actuación de combustión.

Además de la masa de aire recogida durante la fase de admisión, la cantidad de gas quemado residual (que es atrapada dentro del cilindro al final de la fase de escape, y está en general inerte en lo que se refiere a la combustión) juega un papel determinante en la definición del avance óptimo, puesto que tanto la cantidad como la calidad del combustible presente en el cilindro al final de la fase de admisión afecta a la velocidad de propagación de la parte delantera de la llama y a la temperatura de combustión. En particular, la velocidad de propagación del frontal de la llama (que afecta de una manera determinante al avance de llama aplicable) para la misma masa nueva (de aire) recogida, se reduce a medida que se incrementa el porcentaje de gas quemado presente en la cámara de combustión.

La presencia de un transformador de fase continua en la admisión/escape modifica tanto la cantidad como la calidad del combustible recogido, y, por tanto, la velocidad de propagación del frontal de la llama. De hecho, en motores que tienen dispositivos de sincronización de admisión/escape con transformación continua para la misma velocidad de rotación del motor, es posible obtener la misma cantidad de masa de aire recogida en el cilindro, con diferentes válvulas de sincronización de admisión/escape, y los diferentes valores de sincronización de admisión/escape corresponden con una masa diferente de gas inerte que es atrapada en el cilindro al final de la fase de escape.

A partir de la información precedente, es evidente que con el fin de determinar un valor correcto del avance que debe aplicarse, es necesario tener en cuenta también la masa de gas inserte que es atrapada en el cilindro al final de la fase de admisión. En los motores de combustión interna conocidos, se hace uso del diseño acotado (o planos dimensionados), que son determinados en la fase del diseño, son almacenados en la memoria de una unidad de control, y pueden suministrar el valor correcto de avance de acuerdo con el punto de accionamiento (que se define por la velocidad de rotación y por la carga del motor), y de acuerdo con las sincronizaciones de admisión/escape (que están contenidas dentro de sus valores mínimo y máximo).

No obstante, el uso del diseño acotado es particularmente costoso puesto que con el fin de memorizarlos en la unidad de control del motor, este diseño acotado requiere una cantidad de memoria que es relativamente muy grande. Adicionalmente, la lógica utilizada para este diseño acotado es completamente diferente de la lógica ejecutada por la unidad de control de los motores con un circuito EGR externo (es decir, con un circuito de recirculación de gas combustible externo), y, por tanto, el desarrollo de este diseño acotado no puede deducirse de ningún modo del conocimiento creado durante el diseño de la lógica de control del motor con un circuito EGR externo, un hecho que es claramente un requerimiento para más tiempo durante la etapa de diseño y de ajuste.

El documento DE19844085 describe un método para controlar un motor de combustión interna dependiendo de una presión de gas de escape; en particular, el motor de combustión interna tiene un tracto de entrada, al menos un cilindro, un tracto de gas de escape y válvulas de entrada y salida, que son asignadas al cilindro. Se determina una presión de gas de escape en el cilindro durante el solapamiento de la válvula de las válvulas de entrada y salida como una función de un valor estimado de una presión de gas de escape, que se realiza por la combustión de una mezcla de aire/combustible en el cilindro, y una variable que caracteriza el centro de gravedad del solapamiento de las válvulas de entrada y salida. Al menos se deriva una señal de accionamiento para controlar un accionador del motor de combustión interna desde la presión de gas de escape, o el motor de combustión interna es supervisado como una función de la presión de gas de escape.

El objeto de la presente invención es proporcionar un método para la corrección del avance de la chispa para un motor de combustión interna con sincronización de válvula continuamente variable de las válvulas de admisión/escape, que está libre de los inconvenientes mencionados anteriormente, y en particular, es fácil y económico de producir.

De acuerdo con la presente invención, está previsto un método para la corrección del avance de la chispa para un motor de combustión interna con sincronización de válvula continuamente variable de las válvulas de admisión/escape, como se describe en la reivindicación 1.

La presente invención se describirá a continuación con referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran una forma de realización sin limitación, en la que

La figura 1 es un diagrama de bloques del modelaje de un motor de combustión interna.

La figura 2 es un diagrama de bloques de una unidad de cálculo que funciona de acuerdo con el método que es el objeto de la presente invención.

La figura 3 es una vista detallada de un bloque de la unidad de cálculo en la figura 2; y

La figura 4 es una curva que hace una correlación de las dos cantidades utilizadas por la unidad de cálculo en la figura 2.

En la figura 1, 1 indica como conjunto un motor de combustión interna con un transformador de fase continuo de un tipo conocido en la admisión/escape; en la figura 1, el motor 1 es representado por medio de modelaje ilustrado por un diagramada de bloques y se conoce de acuerdo con la bibliografía.

El motor 1 comprende cuatro cilindros 2 (representados por los bloques identificados por el término "cilindro"), que están conectados por medio de las válvulas de entrada respectivas (no ilustradas) hasta un colector de entrada 3 (representado por el bloque identificado por el término "colector de entrada"), que es regulado por una válvula de mariposa 4 respectiva (representada por el bloque identificado por el término "estrangulamiento") y están conectados por medio de las válvulas de escape respectivas (no ilustradas) hasta un colector de escape 5 (representado por el bloque identificado por el término "colector de escape"), conectado a un dispositivo de escape 6 para los gases quemados (representado por el bloque identificado por el término "escape"). Cada cilindro 2 está provisto con una bujía de encendido de chispa respectiva 7, que está controlada por un sistema de control 8, y puede dar lugar de una manera conocida a la formación de chispas de los gases comprimidos dentro del cilindro respectivo 2, después de finalizar la etapa de compresión.

Como se ilustra en el modelaje en la figura 1, parte (identificada por el término "caudal de flujo de masa de entrada") de los gases descargados desde los cilindros 2 son re-admitidos dentro del colector de entrada 3, mientras que la parte restante (identificada por el término "caudal de flujo de masa de escape") de los gases descargados desde los cilindros es admitida dentro del colector de escape 5. Adicionalmente, el colector de entrada recibe una cantidad de aire nuevo (identificado por el término "caudal de flujo de masa de entrada"), a través de la válvula de mariposa 4.

El sistema de control 8 está provisto con una unidad de cálculo 9, que, en uso, puede calcular para cada cilindro 2 un valor real respectivo Aaeff del avance de la chispa, tal como para obtener desde el propio cilindro 2 la máxima actuación correspondiente a la máxima generación del par motor (excluyendo el caso de fenómenos de detonación).

Como se ilustra en la figura 2, la unidad de cálculo 9 comprende un bloque de cálculo 10, que puede calcular de una manera conocida para cada cilindro 2 un valor teórico respectivo Aath del avance de la chispa, de acuerdo con el punto de accionamiento actual. La unidad de cálculo 9 comprende adicionalmente dos bloques de cálculo 11 y 12, que pueden calcular los dos valores respectivamente AAC1 y AAC2 de corrección del avance de la chispa; los valores de corrección AAC1 y AAC2 son añadidos de manera algebraica para el valor teórico AAth, por medio de dos bloques de adición respectivos 13 y 14, con el fin de obtener un valor real Aeaff del avance de chispas.

Antes de que se aplique al motor 1, el valor de avance de la chispa real Aaeff es procesado por medio de una función de saturación, que se lleva a cabo en un bloque de saturación 15, con el fin de mantener el propio valor real Aaeff dentro de un intervalo limitado, o bien por debajo (valor mínimo) o por arriba (valor máximo).

El valor de corrección AAC1 es calculado en el bloque de cálculo respectivo 11, de acuerdo con la velocidad de rotación RPM del motor 1, y de acuerdo con el porcentaje de masa EGR de gas quemado atrapado en el cilindro 2 al final de la etapa de entrada; el porcentaje de masa EGR de gas quemado es expresado convencionalmente como un porcentaje en relación con la masa total del gas presente en el cilindro 2 al final de la fase de entrada. El bloque de cálculo 11 puede asociarse con cada pareja de valores de velocidad de rotación RPM/% de masa EGR de gas quemado de un valor de corrección respectivo AAC1, de acuerdo con las metodologías que se conocen, puesto que son, en general, similares a las utilizadas en los motores de combustión interna que están provistos con un circuito EGR, es decir, con un circuito de recirculación de gas de combustión externa (EGR = Exhaust Gas Recirculation)(Recirculación de Gas de Escape).

El valor de corrección AAC2 es calculado en el bloque de cálculo respectivo 12 sobre la base del valor de relación entre el par motor generado CMI y el par motor máximo CMIMAX; en particular, el bloque de cálculo 12 que ejecuta una curva parabólica, que es conocida en la bibliografía por el nombre de "curva individual", se ilustra a modo de ejemplo en la figura 4, y hace una correlación de acuerdo con una relación bi-unívoca de cada valor del par motor generado CMI requerido y el par motor máximo CMIMAX con un valor de corrección respectivo AAC2 del avance de la chispa. De hecho, es bien conocido que es posible hacer una correlación del avance de la chispa aplicado con el par motor generado CMI, por medio de una curva, dicha "curva individual", independiente de del punto de accionamiento y el tipo parabólico.

De manera similar a lo que tiene lugar generalmente en los motores de combustión interna con un circuito EGR externo, existe determinación en el porcentaje de EGR de gas inerte contenido en la mezcla de gas atrapada en un cilindro 2 del estado variable de la mezcla, que, por medio del valor de corrección AAC1, contribuye a definir el valor real Aaeff del avance de la chispa. En la práctica, el porcentaje EGR de gas inerte determina la desviación de avance de chispa (valor de corrección AAC1) que se aplica a la "curva individual" (valor de corrección AAC2) descrita previamente con el fin de garantizar la validez de la "curva individual".

El porcentaje de masa EGR del gas quemado es estimado en el bloque estimador respectivo 16, de acuerdo con la velocidad de rotación RPM del motor 1, de acuerdo con el valor VVT de sincronización en la admisión y/o el escape del motor 1 (válvula VVT expresada por la corrección angular aplicada a la fase de válvula), y de acuerdo con la diferencia de presión \DeltaP entre el colector de escape 5 y el colector de admisión 3.

El porcentaje de masa EGR de gas quemado que es atrapado en un cilindro 2 al final de la fase de entrada es estimado por medio de una superficie tridimensional e(RPM, \DeltaP, VVT) en el campo de la velocidad de rotación RPM, valor VVT de sincronización en la admisión y/o escape, y la diferencia \DeltaP de presión entre el colector de escape 5 y el colector de admisión 3.

La ejecución en el bloque estimador 16 de la superficie tridimensional e(RPM, \DeltaP, VVT) es pesada en términos de ocupación de la memoria, y, por tanto, en términos de coste del propio bloque estimador 16. Con el fin de reducir el peso de ejecución de la superficie de tridimensional e(RPM, \DeltaP, VVT) en el bloque estimador 16, sin perder significativamente la consistencia de los datos obtenidos, se ha decidido parametrizar la superficie tridimensional e(RPM, \DeltaP, VVT) con respecto a la velocidad de rotación RPM del motor 1, por medio de proyecciones ortográficas de la superficie tridimensional e(RPM, \DeltaP, VVT), en el dominio de la diferencia \DeltaP de presión y valor de sincronización VVT.

Las superficies bidimensionales que son derivadas de las proyecciones ortográficas de la superficie tridimensional e(RPM, \DeltaP, VVT) son redefinidas posteriormente desde una sola superficie bidimensional h(\DeltaP, VVT) en el dominio de la diferencia de presión \DeltaP y la válvula de sincronización; la orientación de la superficie bidimensional h(\DeltaP, VVT) en el dominio tridimensional de la velocidad de rotación RPM, válvula de sincronización VVT, y diferencia de presión \DeltaP, depende de la velocidad de rotación RPM del motor. En otras palabras, la superficie tridimensional e(RPM, \DeltaP, VVT) es representada por medio del producto de una superficie bidimensional h(\DeltaP, VVT) en el dominio de la válvula de sincronización VVT, y la diferencia \DeltaP de presión, y un vector g(RPM) en el dominio de la velocidad de rotación RPM.

La reconstrucción descrita anteriormente de la superficie tridimensional e(RPM, \DeltaP, VVT), por medio del producto de una sola superficie bidimensional h(\DeltaP, VVT) y un vector g(RPM) se lleva a cabo por medio de los métodos de cálculo numérico que convergen en aproximaciones sucesivas, y mediante la aplicación del criterio del error mínimo cuadrático.

La descripción precedente es resumida por las siguientes ecuaciones:

% EGR = e(RPM, \DeltaP, VVT) \approx g (RPM) * h(\DeltaP, VVT)

El análisis de la superficie tridimensional e(RPM, \DeltaP, VVT) por medio del producto de la superficie bidimensional h(\DeltaP, VVT) y el vector g(RPM) puede llevarse a cabo directamente en el bloque estimador 16, con ocupación de la memoria que es relativamente reducida Como se ilustra en la figura3, el bloque estimador 16 comprende dos bloques de cálculo 17 y 18, que ejecutan respectivamente la superficie bidimensional h(\DeltaP, VVT) y el vector g(RPM), y un bloque multiplicador 19, que puede multiplicar entre sí los valores emitidos desde los bloques 17 y 18.

En general, la construcción de la superficie tridimensional e(RPM, \DeltaP, VVT) tiene lugar en la etapa de diseño de la unidad de cálculo 9, por medio del uso de una serie de ensayos experimentales llevados a cabo sobre el motor 1. No obstante, en el caso específico de motores que están provistos con sistemas continuos para la transformación de la fase de admisión/escape, no es posible llevar a cabo la medición directa de la cantidad % EGR de gas quemado atrapado en un cilindro 2; es necesario por tanto utilizar un modelo del motor 1, con el fin de determinar indirectamente una estimación de la cantidad de % EGR de gas quemador atrapado en un cilindro 2, en varios puntos del motor.

Con el fin de reconstruir correctamente la superficie tridimensional e(RPM, \DeltaP, VVT), es necesario utilizar modelaje del motor 1, que hace posible definir una estimación del último que es compatible con las reacciones del motor observadas; es decir, en relación con las estimulaciones de entrada medibles, el modelo del motor 1 puede dar lugar a respuestas que pueden aproximarse a las respuestas reales medidas.

Uno de los modelos del motor que puede utilizarse para la construcción de la superficie tridimensional e(RPM, \DeltaP, VVT) es el ilustrado en la figura 1, que es conocido, en sí mismo en la bibliografía, y consta de una serie de sub-modelos que representan el circuito de entrada, el llenado de la cámara de combustión, el proceso de combustión, vaciado de la cámara de combustión, y el circuito de escape. En particular, la reconstrucción de la estimación de % EGR de la substancia inerte atrapada en un cilindro se lleva a cabo por medio de un modelo simplificado de los fenómenos de mecánica de fluido de llenado-vaciado del cilindro 2, y de la combustión; el resultado obtenido no puede representar, en términos absolutos, la cantidad real de la substancia inerte atrapada en el cilindro al final de la fase de entrada, pero puede proporcionar de forma más realista una indicación cualitativa de esto, no obstante, que es suficiente ya para permitir el cálculo suficientemente exacto del valor real Aaeff del avance de la chispa.

El modelo matemático del motor es definido por una serie de ecuaciones (que son conocidas, y no se dan de forma detallada), que están en correlación entre sí las cantidades características del motor 1; cada ecuación comprende un número de coeficientes numéricos, cuyo valor es determinado por medio de una serie de ensayos experimentales sobre el motor. En particular, por medio de una red de adquisiciones en los puntos de trabajo de la velocidad de rotación RPM y el par del motor generador CMI, existe identificación del valor de los coeficientes, tal como para obtener en simulación reacciones del motor que están muy próximas a las reacciones del motor reales.

A partir de lo precedente, es evidente que el uso del indicador % EGR de la velocidad de gas inerte hace posible aplicar la corrección AAC1 del avance de la chispa de una manera que es similar, en general, al que se aplica para motores con un circuito EGR externo, haciendo posible, por tanto, reutilizar las mismas estrategias de control del motor que las creadas para sistemas con un circuito EGR externo, con ventajas obvias de normalización de las estrategias de control del motor.

En general, en un motor de combustión interna, además de la masa de aire recogida durante la etapa de admisión, la cantidad de gas residual quemado (que es atrapado dentro del cilindro en el extremo de la fase de escape), y es en general inerte en lo que se refiere a la combustión), además forma parte también de la determinación de la definición del avance óptimo de la chispa, puesto que tanto la cantidad como la calidad del combustible presente en el cilindro al final de la fase de admisión afectan a la velocidad de propagación del frontal de la llama y la temperatura de combustión. En particular, la velocidad de propagación del frontal de la llama que afecta a la forma de determinar el avance de la chispa aplicable para la misma nueva masa (de aire) recogida, se reduce a medida que se incrementa el porcentaje del gas quemado presente en la cámara de combustión.

La presencia de un transformador de fase continua en la admisión/escape modifica tanto la cantidad como la calidad del combustible recogido, y, por tanto, la velocidad de propagación del frontal de la llama. De hecho, en motores con dispositivos de sincronización de admisión/escape son variables continuamente para la misma velocidad de rotación del motor, es posible obtener la misma cantidad de masa de aire recogida en el cilindro, con diferentes valores de sincronización de admisión/escape, y los diferentes valores de sincronización de admisión/escape se corresponden con diferente masa de gas inerte atrapada en el cilindro al final de la etapa de escape.

De acuerdo con la descripción precedente, el valor teórico Aath del avance de la chispa es corregido de acuerdo con una estimación de la velocidad de propagación del frontal de la llama, y la estimación de la velocidad de propagación del frontal de la llama se lleva a cabo utilizando la masa de gas quemado atrapada en el cilindro al final de la fase de entrada como un estado variable.

Claims (10)

1. Método para corrección del avance de la chispa para un motor de combustión interna (1) con sincronización de válvula continuamente variable de las válvulas de admisión/escape; para cada cilindro (2), comprendiendo el método calcular un valor teórico (Aath) del avance óptimo de la chispa de acuerdo con el punto de accionamiento, calcular un primer valor de corrección (AAC1), que es calculado de acuerdo con la masa (% de EGR) de gas quemado atrapado en el cilindro (2) al final de la fase de entrada, y calcular el valor real (Aaeff) del avance de la chispa añadiendo dicho primer valor de corrección (AAC1) de forma algebraica al valor teórico (Aath) del avance de la chispa; estando caracterizado el método porque la masa (% EGR) del gas quemado atrapada en el cilindro (2) al final de la fase de admisión se estima de acuerdo con la velocidad de rotación (RPM), de acuerdo con la válvula de sincronización (VVT) en la admisión y/o escape, y de acuerdo con la diferencia de presión (\DeltaP) entre el colector de escape (5) y el colector de admisión (3).

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho primer valor de corrección (AAC1) es calculado de acuerdo con la velocidad de rotación (RPM) del motor (1), y de acuerdo con la masa (% EGR) de gas quemado atrapada en el cilindro (2) al final de la fase de entrada.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde se calcula un segundo valor de corrección (AAC2), que depende del valor del par (CMI) generado; siendo añadidos dichos primero y segundo valores de corrección (AAC1, AAC2) de manera algebraica a dicho valor teórico (AAth) del avance de la chispa, con el fin de calcular dicho valor real (Aaeff) del avance de la chispa.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 3, donde dicho segundo valor de corrección (AAC2) se obtiene sobre la base del valor de la relación entre el par motor generado (CMI) y el par motor máximo (CMIMAX), dicho segundo valor de corrección (AAC2) y el valor de dicha relación entre el par motor generado (CM)) y el par motor máximo (CMIMAX) están en correlación hasta otra vía de la curva de un tipo parabólico conocido como la "curva individual".

5. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde antes de que se aplique dicho valor real (Aaeff) del avance de la chispa al motor (1), se procesa por medio de una función de saturación, para mantener el propio valor real (Aaeff) dentro de un intervalo que está limitado tanto por abajo como por arriba.

6. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la masa (% EGR) del gas de ráfaga atrapada en el cilindro (2) en el extremo de la fase de entrada es estimada por medio de una superficie tridimensional (e()) en el dominio de la velocidad de rotación (RPM), válvula de sincronización (VVT) en la admisión/escape, y la diferencia de presión (\DeltaP) entre el colector de escape (5) y el colector de admisión (3).

7. Método de acuerdo con la reivindicación 6, donde dicha superficie tridimensional (e()) es representada por medio del producto de una superficie bidimensional (h()) en el dominio del valor de sincronización en la admisión y/o escape, y la diferencia de presión (\DeltaP) entre el colector de escape (5) y el colector de admisión (3), y un vector (g()) en el dominio de la velocidad de rotación (RPM).

8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, donde el análisis de dicha superficie tridimensional (e()) en el producto de dicha superficie bidimensional (h()) y dicho vector (g()) se lleva a cabo de acuerdo con la técnica de los mínimos cuadráticos.

9. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, donde dicha superficie tridimensional (e()) es construida utilizando un modelo matemático del motor (1), que es definido por una serie de ecuaciones que están en correlación entre sí con los valores característicos del motor (1); comprendiendo cada ecuación un número de coeficientes numéricos, cuyo valor es determinado por medio de una serie de ensayos experimentales sobre el motor (1); proporcionando el modelo matemático la determinación de la masa (% EGR) de gas quemado atrapada en el cilindro (2) al final de la fase de admisión de acuerdo con los valores de la velocidad de rotación (RPM), válvula de sincronización (VVT) en la admisión y/o escape y la diferencia de presión (\DeltaP) entre el colector de escape (5) y el colector de entrada (3).

10. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde el primer valor de corrección (AAC1) depende de la estimación de la velocidad de propagación del frontal de la llama, que se lleva a cabo utilizando la masa (% EGR) de gas quemado atrapada en el cilindro (2) al final de la fase de admisión como un estado variable.