ES2214515T3 - Metodo y aparato para medir el indice de octano. - Google Patents
Metodo y aparato para medir el indice de octano.Info
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Abstract
SE PROPORCIONA UN APARATO Y METODO PARA AUTOMATIZAR MEDICIONES DE NUMEROS OCTANOS DE UNA MAQUINA DE DETONACION. UN PRIMER Y SEGUNDO COMBUSTIBLE DE REFERENCIA QUE TIENE DISTINTOS NUMEROS OCTANOS DE DETONACION Y UN COMBUSTIBLE DE PRUEBA QUE TIENE UN NUMERO OCTANO DESCONOCIDO SE PROPORCIONAN CADA UNO A LA ENTRADA DE COMBUSTIBLE DE UN MOTOR A UNA SERIE DE NUMEROS BAJOS. PARA CADA INDICE DE FLUJO SE CALCULA UNA INTENSIDAD DE DETONACION MEDIA Y DE LAS SERIES RESULTANTES DE INTENSIDADES DE DETONACION MEDIAS, UN INDICE DE FLUJO DARA UNA INTENSIDAD DE DETONACION MAXIMA QUE SE CALCULA UTILIZANDO TECNICAS DE COLOCACION DE CURVA.
Description
Método y aparato para medir el índice de
octano.
Este invento se refiere a un método y un aparato
para determinar el índice de octano de un combustible. En un
aspecto, este invento se refiere a un método ejecutado por ordenador
para determinar el índice de octano de un combustible. En otro
aspecto, este invento se refiere a un aparato que comprende un
sistema automatizado para determinar el índice de octano de un
combustible.
Hay muchos métodos normalizados para determinar
el índice de octano de varios combustibles. Como ejemplos de estos
métodos normalizados se incluyen el Método de la ASTM (American
Society por Testing Materials)
D-2699-95 como método de
investigación de combustibles para motores y el método de la ASTM
D-2700-95 como método para motores
de determinación del índice de octano de combustibles para motores y
para aviación. Para determinar el índice de octano de un
combustible de prueba de acuerdo con los métodos de la ASTM, se hace
funcionar un motor ASTM-CFR con el combustible de
prueba y con al menos dos combustibles de referencia, bajo
condiciones en las cuales se origine la máxima detonación. Se
utiliza un transductor de la presión para vigilar la presión en el
cilindro y producir una señal de voltaje que es proporcional al
régimen de cambio en esa presión. Se utiliza un medidor de la
detonación para filtrar, integrar y amplificar la salida del
transductor de la presión, para producir una señal de voltaje que
sea proporcional a la intensidad de la detonación. Esta señal se
utiliza para accionar un medidor de la detonación, el cual da una
lectura de escala relativa a la intensidad de la detonación. Se
utiliza una comparación de las lecturas en el medidor de la
detonación producidas mediante la combustión de combustibles de
referencia con una lectura en el medidor de la detonación producida
por la combustión del combustible de prueba para estimar el índice
de octano del combustible de prueba.
Los métodos de la ASTM y la mayoría de los demás
métodos normalizados requieren que el motor sea hecho funcionar bajo
condiciones de máxima detonación para cada combustible que esté
siendo proporcionado al motor. En el método de la ASTM, se halla la
relación de aire/combustible que da por resultado la máxima
intensidad de la detonación por un método de aproximaciones
sucesivas. Se mueve, subiéndolo y bajándolo, el nivel del
combustible en la cubeta de flotación del carburador, y se anota la
respuesta del medidor de la detonación. En este se consume una
cantidad considerable de combustible (al menos de
300-400 ml). Además, la determinación de la
relación de aire/combustible que dé por resultado la máxima
detonación y la lectura en el medidor de la detonación son tareas
subjetivas, que están expuestas a error por parte del operador.
Para entrenar a un operador para que determine la relación de
aire/combustible que dé por resultado la máxima intensidad de la
detonación y para que lea con precisión el medidor de la detonación,
se requiere una sustancial inversión, tanto de tiempo como de
dinero.
Por lo tanto, sería deseable poder disponer de un
método y un aparato capaces de determinar el índice de octano de
combustibles, con los que se use menos combustible que el que se usa
en los métodos de la ASTM normalizados. Sería también deseable
poder disponer de un método y un aparato para medir el índice de
octano de un combustible, con los que se elimine el error subjetivo
del operador que se sufre en los métodos anteriores y se reduzcan
los costes de entrenamiento de los operadores.
Del documento US 4,331,024 es conocido un sistema
de medición del índice de octano en el que se utilizan combustibles
de referencia primero y segundo, y un combustible de prueba, en el
que se determina el índice de octano del combustible de prueba sobre
la base de mediciones del régimen de cambio de la presión en el
cilindro en el motor de prueba. Estos regímenes de cambio están
ligados a una condición específica de flujo constante, que no
necesariamente debe ser la condición de flujo para la cual tienen
lugar las intensidades de la detonación correctas.
Además, del documento US 4,010,358, es conocido
un sistema para medir el índice de octano en el cual las
intensidades de la detonación adquiridas para los diferentes
caudales son almacenadas en unos medios de memoria, y son luego
comparadas entre sí por medios de cálculo. Sin embargo, esta
solución está expuesta a una cierta imprecisión en cuanto a que los
valores máximos de las intensidades son medidos simplemente durante
una búsqueda del ajuste correcto para las condiciones del flujo.
Es por lo tanto un objeto del invento el hacer
posible un sistema de medición del índice de octano que, comparado
con los de la técnica anterior, proporcione una más refinada
adquisición de datos.
Es otro objeto de este invento el desarrollar un
método y un aparato para determinar el índice de octano de
combustible que sea el más económico para operar, en términos de la
cantidad de combustible utilizada durante la determinación.
Es todavía otro objeto de este invento el
proporcionar un método y un aparato para determinar el índice de
octano de un combustible que elimine el error subjetivo del operador
introducido por los demás métodos.
De acuerdo con el presente invento, se
proporcionan un método y un aparato para determinar el índice de
octano de un combustible de prueba. Los datos que caracterizan a un
par de combustibles de referencia son entrados en un ordenador. A
continuación, el ordenador envía una primera señal a una válvula
selectora conectada para funcionamiento al ordenador, de modo que al
recibir la primera señal la válvula selectora cambia a una primera
posición en la cual se introduce el primer combustible de referencia
en una bomba de caudal regulable en comunicación de flujo de fluido
con un motor. El ordenador está también conectado para
funcionamiento a la bomba de caudal regulable, de modo que puede
establecer el caudal con el cual sea bombeado el fluido desde la
bomba de caudal regulable al motor. El motor tiene medios para
establecer una señal de presión representativa del régimen de cambio
de la presión en el cilindro, unidos operativamente al mismo durante
la combustión del combustible. La señal de presión es enviada al
ordenador, el cual utiliza la señal para calcular el nivel de máxima
detonación para el primer combustible de referencia. Después de que
haya sido determinado el nivel de máxima detonación para el primer
combustible de referencia, se envía una segunda señal a la válvula
selectora. En respuesta a la segunda señal, la válvula selectora
cambia a una segunda posición para permitir que sea introducido el
segundo combustible de referencia en la bomba de caudal regulable.
A continuación, el ordenador recibe una señal de presión y calcula
el nivel de máxima detonación para el segundo combustible de
referencia. Después de calcular el nivel de máxima detonación para
el segundo combustible de referencia, el ordenador envía una tercera
señal a la válvula selectora. Al recibir la tercera señal, la
válvula selectora cambia a una tercera posición, en la cual se
introduce un combustible de prueba en dicha bomba de caudal
regulable, y por consiguiente en la cámara de combustión del motor.
Se envía al ordenador una señal de presión y el ordenador calcula el
nivel de máxima detonación para el combustible de prueba. Al
calcular el nivel de máxima detonación para el primer combustible de
referencia, el segundo combustible de referencia y el combustible de
prueba, el ordenador calcula un índice de octano del combustible de
prueba para el combustible de prueba por interpolación lineal,
usando el nivel de máxima detonación del combustible de prueba, el
nivel de máxima detonación del primer combustible de referencia, y
el nivel de máxima detonación del segundo combustible de
referencia.
El nivel de máxima detonación para cada
combustible se determina por pasos, que comprenden: enviar una serie
de señales de flujo para cambiar el caudal de fluido de modo que
cada combustible sea entregado para combustión dentro del motor a
una pluralidad de caudales a partir de un caudal inicial
predeterminado y cambiando el caudal hacia un caudal que sea
probable que produzca una intensidad de máxima detonación; enviar a
cada caudal una señal de presión desde el motor al ordenador en
donde la señal de presión es representativa del régimen de cambio de
la presión en el cilindro en el motor durante la combustión del
combustible dentro del motor; adquirir para cada caudal una
pluralidad de disposiciones ordenadas de datos en respuesta a la
señal, en que la pluralidad de disposiciones ordenadas de datos
contienen datos centrados alrededor de la parte de combustión del
ciclo del motor; calcular una intensidad de la detonación media a
partir de la pluralidad de disposiciones ordenadas de datos para
cada caudal; comparar la intensidad de la detonación media para cada
caudal, aparte del caudal inicial, con la intensidad de la
detonación media obtenida para el caudal anterior, para determinar
si se ha hallado una intensidad de la detonación media máxima para
la pluralidad de caudales; calcular una expresión polinómica para la
distribución de la intensidad de la detonación media para la
pluralidad de caudales una vez que se haya hallado la intensidad de
la detonación media máxima; calcular la máxima intensidad de la
detonación de la expresión polinómica, determinando el caudal
asociado; y ajustar el caudal al caudal asociado, para obtener
disposiciones ordenadas de datos a partir de los cuales se calcule
el nivel de máxima detonación para el combustible.
Resultarán evidentes objetos y ventajas
adicionales del invento a la vista de la descripción detallada que
sigue de las realizaciones preferidas del invento, tal como se han
ilustrado en los dibujos, en los cuales:
La Fig. 1 es una ilustración esquemática
simplificada de un aparato para determinar el índice de octano de un
combustible de acuerdo con el presente invento.
La Fig. 2 es una ilustración de una bomba de
caudal regulable adecuada y del sistema de entrada de combustible
para el aparato ilustrado en la Fig. 1.
La Fig. 3 es una vista recortada del sistema de
entrada de combustible ilustrado en la Fig. 2.
Las Figs. 4 y 5 son un organigrama que ilustra
el método preferido para determinar el índice de octano de un
combustible de acuerdo con el presente invento.
La Fig. 6 es una ilustración gráfica de las
intensidades de la detonación medias para diferentes ajustes de la
bomba para un combustible de prueba.
Con referencia ahora a los dibujos, y en
particular a la Fig. 1, se proporciona un combustible de
calentamiento desde el suministro 11, a través de medios de conducto
12, a la válvula selectora 13; se proporciona un combustible de
referencia de alto índice de octano desde el suministro 15 a través
de medios de conducto 16 a la válvula selectora 13; se proporciona
un combustible de referencia de bajo índice de octano desde el
suministro 18 a través de medios de conducto 19 a la válvula
selectora 13; y se proporciona un combustible de prueba desde el
suministro 20 a través de medios de conducto 21 a la válvula
selectora 13. Los suministros para los diversos combustibles pueden
estar bajo presión, si se desea, o bien se puede utilizar el flujo
por gravedad. No obstante, debido al uso de la bomba de caudal
regulable, tal como se describe en lo que sigue, no es necesario que
los diversos combustibles estén a presión. Se selecciona un
combustible particular a través del uso de la válvula selectora 13,
y se proporciona a través de medios de conducto 24 a la bomba 25.
El combustible que fluye a través de los medios de conducto 24 es
proporcionado desde la bomba 25. a través de medios de conducto 26,
al motor 29, para su combustión.
Un transductor de la presión asociado al motor 29
vigila la presión en el cilindro en el motor 29 y produce una señal
de voltaje 33 que es proporcional al régimen de cambio de la presión
en el cilindro. La señal 33 es procesada por el ordenador 35 para
deducir la intensidad de la detonación media para el combustible
particular que sea proporcionado al motor 29 para cada caudal
proporcionado por la bomba de caudal regulable 25. El ordenador 35
se usa también para controlar la posición de la válvula selectora 13
y, por consiguiente, qué combustible pasa al motor, mediante la
señal de voltaje 36. Además, el ordenador envía una señal de
voltaje 34 para controlar el régimen al cual bombea la bomba de
caudal regulable 25 combustible al motor 29.
Se puede utilizar cualquier válvula selectora
adecuada para suministrar los diversos combustibles al motor.
Preferiblemente, la válvula selectora tiene al menos tres entradas,
una para el combustible de referencia de alto índice de octano, una
para el combustible de referencia de bajo índice de octano, y una
para el combustible de prueba. La válvula selectora deberá tener
una salida que, dependiendo de la posición de la válvula selectora,
está en contacto de flujo de fluido con el combustible de referencia
de alto índice de octano, con el combustible de referencia de bajo
índice de octano, o con el combustible de prueba. Como se ha
ilustrado en la Fig. 1, la válvula selectora tiene cuatro entradas,
estando la cuarta entrada en contacto de flujo de fluido con el
combustible de calentamiento y, por consiguiente, la válvula
selectora tiene una cuarta posición en la que la salida está en
contacto de flujo de fluido con el combustible de calentamiento.
Además, en lugar del combustible de calentamiento, o bien además de
los cuatro combustibles en contacto de flujo de fluido con la
válvula selectora de la Fig. 1, un segundo combustible de prueba
podría estar en contacto de flujo de fluido con la válvula selectora
13, de la misma manera que los demás combustibles y, por
consiguiente, el sistema podría determinar los índices de octano de
esos dos combustibles de prueba.
En la Fig. 2 se ha ilustrado una bomba de caudal
regulable 25 temporizada adecuada. En la Fig. 2, la bomba de
caudal regulable 25 se ha ilustrado como una bomba sin válvulas, tal
como las fabricadas por la firma Fluid Metering, Inc., de Oyster
Bay, New York (EE,UU. ). La bomba comprende la unidad de cojinete
40, el émbolo 42, el cilindro 44, la lumbrera de entrada 46, la
salida 48 y los medios de giro 50. La unidad de cojinete 40 está
alimentada por el motor 29. La unidad de cojinete 40 y el motor 29
están acoplados de modo que acomoden un volumen preciso y una
temporización precisa de entrega de combustible. La entrega de
combustible está temporizada con la carrera de admisión del motor 29
mediante un eje 41 de velocidad mitad (la mitad de la velocidad del
motor). La unidad de cojinete 40 es capaz de hacer girar y
desplazar con movimiento alternativo sincrónicamente al émbolo 42.
Un conducto en el émbolo conecta las lumbreras de entrada y de
salida alternadamente con una cámara de bombeo contenida dentro del
cilindro 44, es decir, una lumbrera en la parte de presión del ciclo
de bombeo y la otra en el ciclo de aspiración. Este diseño para la
bomba reduce al mínimo el volumen muerto, debido a la conFiguración
del émbolo y de la cámara de bombeo.
El cilindro 44 está montado sobre medios de giro
50 de tal manera que los medios de giro 50 pueden ser ajustados para
cambiar el ángulo con el que el émbolo 42 encuentra a la unidad de
cojinete 40. Además, el émbolo 42 está conectado a la unidad de
cojinete 40 de modo que permite que sea cambiado el ángulo. El
ángulo con el que el émbolo 42 encuentra a la unidad de cojinete 40
controla la longitud de la carrera del émbolo 42, para controlar así
el caudal y, por consiguiente, el volumen de entrega de
combustible.
Por consiguiente, para cambiar el caudal de
combustible, el ordenador 35 envía una señal a los medios de giro
50. En respuesta a esta señal, los medios de giro 50 aumentan o
disminuyen el ángulo con el que el émbolo 42 encuentra a la unidad
de cojinete 40, y con ello cambia el caudal.
El fluido que entra por la lumbrera 46 desde la
válvula selectora por el conducto 24 es bombeado a su través a la
lumbrera 48 con el caudal seleccionado, y entra en el conducto 26.
El combustible que fluye a través del conducto 26 entra en el
sistema 56 de entrada de combustible a través de la lumbrera 55. El
sistema 56 de entrada de combustible está conectado en la salida 58
al motor 29, y está conectado a una línea de admisión de aire en la
entrada 60.
El sistema 56 de entrada de combustible puede
verse mejor en la Fig. 3. El fluido que entra por la lumbrera 55
fluye hacia arriba a través del conducto 62 y entra en el tubo de
Venturi 64. El aire entra en la cámara 66 a través de la entrada 60
con un caudal constante, y fluye a través del tubo de Venturi 64 y
se mezcla con el combustible en el mismo. A continuación, la mezcla
de aire/combustible sale de la cámara 66 a través de la salida 58 y
se introduce en el motor 29 para su combustión.
La bomba 25, junto con el sistema 56 de entrada
de combustible, constituyen un sistema capaz de controlar de modo
preciso la mezcla de aire/combustible. Una bomba sin válvulas, tal
como las fabricadas por la firma Fluid Metering, In., tiene una
reproducibilidad del volumen de aproximadamente el 0,1% entre ciclos
de la carrera. Cambiando el ángulo con el que el émbolo 42
encuentra a la unidad de cojinete 40, se cambia el caudal de
combustible y, por consiguiente, la relación de aire a combustible
en la mezcla de aire/combustible producida por el sistema de entrada
de combustible. El uso de la bomba sin válvulas ilustrada
proporciona un control preciso del régimen de bombeo, permitiendo
para ello pequeños cambios en el ángulo con el que el émbolo 42
encuentra al motor 40 y, por consiguiente, pequeños cambios en el
régimen de bombeo.
Para la determinación del índice de octano se
puede utilizar cualquier motor adecuado. El motor 29 es
preferiblemente el motor de ASTM_CFR que se requiere en el método de
la ASTM normalizado para determinar el índice de octano. El motor
de ASTM-CFR es un motor de un cilindro, de cuatro
ciclos, que cumple los requisitos de la norma
D-2600-05 de la ASTM e incluye
también un transductor de la presión D1. Para otras pruebas
normalizadas se pueden requerir otros motores.
Volviendo ahora a la Fig. 1, en funcionamiento,
el combustible de calentamiento que fluye desde el suministro 11 es
utilizado para calentar el motor 29 y puede utilizarse para
cualesquiera calibraciones que se requieran. Uno de los
combustibles de referencia puede usarse para fines de calentamiento,
si se desea, o bien se puede usar gas natural. Si se usa gas
natural para calentar el motor, es preferible que el mismo sea
entregado directamente a la entrada del motor y no que fluya a
través de la válvula selectora 13 ni de la bomba de caudal regulable
25.
La información relativa a los combustibles de
referencia, tal como la de su índice de octano, es entrada en el
ordenador a través de un dispositivo 32 de entrada de datos
apropiado. El ordenador 35 está en comunicación con un barómetro
apropiado y por consiguiente recibe automáticamente la información
de la presión barométrica a través de la señal 37. Además, el
ordenador recibe información sobre la temperatura (o temperaturas)
del motor a través de la señal 38. Después de que se haya calentado
el motor, el ordenador calcula la relación de compresión apropiada
usando la información de los combustibles, la presión barométrica, y
la temperatura del motor. Los ajustes iniciales de la bomba son
entrados por el operador, o bien pueden ser estimados por el
ordenador. El combustible de referencia de alto índice de octano,
el combustible de referencia de bajo índice de octano y el
combustible de prueba son luego proporcionados, sucesivamente, al
motor 29. El combustible de referencia de alto índice de octano, el
combustible de referencia de bajo índice de octano y el combustible
de prueba pueden ser proporcionados al motor 29 en cualquier orden,
pero preferiblemente se proporciona al motor 29 el combustible de
referencia de alto índice de octano, luego el combustible de
referencia de bajo índice de octano, y después el combustible de
prueba.
Para la mayoría de los fines, se puede usar una
dispersión de cuatro del índice de octano entre los combustibles de
referencia. Algunos de los conjuntos de combustibles de referencia
más generalmente usados son los de 80/84, 84/88, 90/94, 94/98 y
96/100. El par de 90/94 de combustibles de referencia es el más
frecuentemente usado cuando se someten a prueba combustibles según
el método de la ASTM D-2699-95, y
los pares de combustibles de referencia 80/84 y 84/88 son los más
frecuentemente usados cuando se someten a prueba combustibles por el
método de la ASTM D-27000-95. Para
estimar el índice de octano, los combustibles de referencia no
tienen que abarcar a los combustibles de prueba, por ejemplo: el par
de combustibles de referencia de 90/94 puede usarse para calibrar
combustibles de prueba en el margen de índices de octano de
aproximadamente 88 a aproximadamente 95, y el par de combustibles de
referencia 96/100 puede usarse para calibrar combustibles de prueba
en el margen de índices de octano de aproximadamente 95 a
aproximadamente 100. No obstante, con objeto de adaptarse a los
métodos de la ASTM y para obtener resultados más precisos, los
combustibles de referencia deberán abarcar a los combustibles de
prueba y por lo tanto tal abarcamiento es preferible, por ejemplo:
es preferible que el par de combustibles de referencia de 94/98 sea
usado para calibrar combustibles de prueba en el margen de índices
de octano de 94/98. Preferiblemente, el combustible de referencia
de alto índice de octano y el combustible de referencia de bajo
índice de octano deberán cumplir los requisitos para el combustible
de los métodos de la ASTM D-2699-95
y D-2700-95, si se está determinando
el índice de octano de investigación o el índice de octano del
combustible del motor de una gasolina.
Cada combustible es entregado al motor con una
serie de caudales diferentes mediante la bomba de caudal regulable
25. Primero se entrega un combustible al motor 29 con un caudal
inicial predeterminado, del que se sabe que es o bien más alto o
bien más bajo que el caudal que producirá el nivel de máxima
detonación para ese combustible. A continuación, se entregan los
combustibles al motor con caudales sucesivamente decrecientes o
crecientes, respectivamente. Aunque se puede utilizar un caudal
inicial que sea o bien más alto o bien más bajo que el nivel de
máxima detonación, se prefiere usar el caudal inicial que sea más
bajo que el caudal del nivel de máxima detonación y, por lo tanto,
se describirá el invento en términos de elegir el caudal inicial más
bajo. No obstante, ha de quedar entendido que se puede usar ya sea
el caudal inicial más bajo o ya sea el caudal inicial más alto.
El combustible entregado al motor 29 es sometido
a combustión, y el transductor de la presión en el motor 29 envía la
señal 33, la cual es representativa del régimen de cambio de la
presión en el cilindro en el motor, al ordenador 35, donde se
utiliza la señal para deducir una intensidad de la detonación media
para el combustible para un caudal particular, como se describe con
más detalle aquí en lo que sigue. Después de que el ordenador haya
recibido datos suficientes para calcular la intensidad de la
detonación media del combustible para un caudal, el mismo envía una
señal 34 a la bomba de caudal regulable 25 que da por resultado un
aumento del caudal de combustible. Para el caudal aumentado, el
ordenador recibirá de nuevo una señal 33 y determinará una
intensidad de la detonación media.
Después de que haya sido determinada la
intensidad de la detonación media, el ordenador determina si uno de
los caudales ha dado por resultado una intensidad de la detonación
media máxima, si se compara con las intensidades de la detonación
medias para los otros caudales. Después de que se haya hallado una
intensidad de la detonación media máxima para los caudales sometidos
a prueba, el ordenador calcula un caudal de fluido basado en la
distribución de intensidades de la detonación medidas para todos los
caudales, que dará la intensidad de la detonación máxima, o bien el
nivel de máxima detonación, restablece la bomba a ese caudal, y
recibe una disposición ordenada de datos para la detonación para ese
caudal, a partir de lo cual calcula el nivel de máxima detonación
para el fluido. El ordenador presenta los valores de la detonación
para cada caudal y el nivel de máxima detonación resultante en el
dispositivo de presentación 39, el cual puede ser un terminal de
vídeo. Después de que haya sido calculado el nivel de máxima
detonación, el ordenador envía una señal 36 a la válvula selectora
13. En respuesta a la señal 36, la válvula selectora 13 cambia a
una posición diferente y, en consecuencia, introduce uno de los
otros combustibles en la bomba 25, para su entrega al motor 29.
Así, sucesivamente, se ajusta la válvula selectora 13 para entregar
primero el combustible de referencia de alto índice de octano, luego
el combustible de referencia de bajo índice de octano, y finalmente
el combustible de prueba, a la bomba 25 y, por consiguiente, al
motor 29. Típicamente, no se requieren más de aproximadamente 50 ml
de cada combustible para hallar el nivel de máxima detonación de
cada combustible.
Después de que se haya determinado el índice de
octano del combustible de prueba, el ordenador puede ser programado
para volver a calcular los ajustes de bomba iniciales, usando la
información obtenida para refinar el ajuste inicial de la bomba y, a
continuación, repetir el proceso para determinar el índice de octano
del combustible de prueba. Aunque no es necesario, esta segunda
determinación del índice de octano del combustible de prueba puede
dar por resultado un valor más preciso.
Con referencia ahora a las Figs. 4 y 5, se ha
ilustrado en ellas un organigrama del método del presente invento
usado para determinar el índice de octano del combustible de prueba.
En un primer paso, se entran los datos relativos a los índices de
octano de referencia y las descripciones de las muestras, y se toman
los datos ambientales para determinar la presión barométrica y la
temperatura del motor. Se usa esa información para calcular los
ajustes iniciales de la bomba y calibrar el modelo, en el paso 102.
Después de la calibración, se selecciona el primer combustible en el
paso 104, típicamente el combustible de referencia de alto índice de
octano. Esto se efectúa enviando para ello la señal 36 apropiada a
la válvula selectora 13. En el paso 106, el ordenador establece la
bomba de caudal regulable en el caudal inicial, enviando para ello
una señal 34 apropiada a la bomba de caudal regulable 25. Si no se
ha calculado la intensidad de la detonación media para el caudal
inicial, entonces el ordenador prosigue al paso 108. Si se ha
calculado, el ordenador envía la señal 34 apropiada a la bomba 25,
para aumentar los ajustes de la bomba de caudal regulable
temporizada de modo que se aumente el caudal de combustible en el
paso 107 y se proceda después al paso 108. Una vez que se haya
establecido la bomba de caudal regulable de modo que el combustible
esté entrando en el motor con el caudal apropiado, el ordenador, en
el paso 108. adquiere una disposición ordenada de datos sobre la
intensidad de la detonación, en respuesta a la señal 33 procedente
del transductor de la presión en el motor 29, como se ha ilustrado
en la Fig. 2. Usando la disposición ordenada de datos obtenida en
el paso 108, el ordenador calcula, en el paso 110, una intensidad de
la detonación media para el combustible con el caudal presente. El
ordenador calcula la intensidad de la detonación media promediando
para ello los resultados de la detonación de una pluralidad de
acontecimientos de combustión en el cilindro del motor.
Generalmente, se promedian veinte o más acontecimientos de
combustión, típicamente aproximadamente 32 acontecimientos de
combustión. Después de obtenida una intensidad de la detonación
media y de presentada la intensidad de la detonación media en el
paso 111, el ordenador pasa al paso 114, donde determina si se ha
hallado una detonación media máxima entre los valores de la
detonación media que haya obtenida.
Pasando ahora a la Fig. 6, se ha representado en
ella una ilustración gráfica de las intensidades de la detonación
medias. La Fig. 6 es un gráfico de la intensidad de la detonación
media en función del ajuste de la bomba de combustible. Tanto la
intensidad de la detonación media como el ajuste de la bomba de
combustible están en escalas elegidas arbitrariamente para
representar digitalmente la señal analógica recibida del transductor
de la presión, y la señal enviada a la bomba de combustible para
controlar el caudal de la bomba de combustible. El ordenador
calcula primero la intensidad de la detonación media para el caudal
inicial 200. Después calcula los valores de la intensidad de la
detonación media 202, 204, 206, 208 y 210. Después de cada valor de
la intensidad de la detonación media 202, 204, 206, 208 y 210, el
ordenador compara con el valor de la intensidad de la detonación
anterior obtenido, para determinar si la intensidad de la detonación
media anterior es mayor o menor que la nueva intensidad de la
detonación media. Cuando encuentra que las intensidades de la
detonación medias están decreciendo en vez de aumentar, el ordenador
determina que ha hallado una intensidad de la detonación media
máxima. Preferiblemente, el programa determinará que se ha obtenido
una intensidad de la detonación media máxima comparando para ello la
intensidad de la detonación media presente con la mayor intensidad
de la detonación media anterior, hasta que la intensidad de la
detonación media presente haya disminuido en una cantidad
predeterminada con respecto a la mayor intensidad de la detonación
media anterior. Así, el valor 206 representa la mayor intensidad de
la detonación media obtenida. Al obtener el valor 208 el ordenador
compara el valor 208 con el valor 206. Si la disminución de
intensidad de la detonación entre los valores 208 y 206 no es mayor
que la cantidad predeterminada, se obtiene entonces un nuevo valor
210. Si la disminución entre los valores 206 y 210 es mayor que la
cantidad predeterminada, entonces el ordenador continúa en el paso
118 en la Fig. 5.
Con referencia ahora de nuevo a las Figs. 4 y 5,
si el ordenador no ha hallado un valor de la intensidad de la
detonación media máxima, entonces retorna al paso 108 para adquirir
otra disposición ordenada de datos para un caudal de bombeo más
alto. Si en el paso 114 se ha hallado una intensidad de la
detonación media máxima, entonces el ordenador pasa al paso 118,
para calcular una ecuación para una curva que se adapte los puntos
de intensidad de la detonación media obtenidos cuando se representa
gráficamente la intensidad de la detonación media en función del
caudal de combustible. El ordenador calculará la curva usando un
método de mínimos cuadrados apropiado para calcular una expresión
polinómica de tercer orden para la curva. Con el fin de asegurar
una adaptación exacta de la curva, es deseable que se obtengan al
menos tres puntos de intensidad de la detonación media antes de la
intensidad de la detonación media máxima. Después de calcular la
expresión polinómica de tercer orden para una cura que se ajuste a
los valores de la intensidad de la detonación media, el ordenador
presentará la curva en el paso 118, y continuará luego en el paso
120, donde calculará el máximo de la curva y hará uso de ese máximo
para determinar un caudal del combustible que dé por resultado una
intensidad de la detonación máxima ("nivel de máxima
detonación"). El cálculo del nivel de máxima detonación puede
comprenderse mejor con referencia a la Fig. 6. En la ilustración
gráfica, la curva 212 representa la expresión polinómica de tercer
orden para los valores de detonación media obtenidos. Tomando la
derivada de esa expresión polinómica, el ordenador puede calcular el
valor 214. A partir del valor 214, el ordenador puede obtener el
ajuste de la bomba o el caudal de combustible correspondiente que
produzca el nivel máximo.
Una vez calculado el caudal que dé por resultado
el nivel de máxima detonación, el ordenador restablece la bomba de
caudal regulable a ese caudal, en el paso 122, y adquiere una vez
más una disposición ordenada de datos en respuesta a una señal
procedente del transductor de la presión en el motor 29, en el paso
124. A partir de esa disposición ordenada de datos, se calcula el
nivel de máxima detonación para el combustible en el paso 126, y se
presenta luego en un dispositivo de presentación apropiado, en el
paso 127. El ordenador pasa entonces al paso 128 y determina si han
sido sometidos a prueba todos los combustibles. Si no lo han sido,
el ordenador retorna al paso 104, para seleccionar el combustible
siguiente. Cuando el combustible de referencia de alto índice de
octano, el combustible de referencia de bajo índice de octano, y el
combustible de prueba, han sido todos sometidos a prueba, el
ordenador calcula el índice de octano para el combustible de prueba
en el paso 130. Puesto que los índices de octano del combustible de
referencia de alto índice de octano y del combustible de referencia
de bajo índice de octano son conocidos y se han hallado los niveles
de máxima detonación para ambos combustibles de referencia y para el
combustible de prueba, el índice de octano del combustible de prueba
puede deducirse directamente, comparando para ello el nivel de
máxima detonación del combustible de prueba con los niveles de
máxima detonación del combustible de prueba con los niveles de
máxima detonación del combustible de referencia de alto índice de
octano y del combustible de referencia de bajo índice de octano y
usando interpolación lineal. Después de calcular el índice de
octano en el paso 130, el ordenador presenta el índice de octano en
el paso 132 en un terminal de vídeo apropiado, o bien imprimiendo
una copia en papel. Además, se puede establecer el ordenador para
presentar un gráfico de la intensidad de la detonación media en
función del caudal, como se ha ilustrado en la Fig. 6, así como
otros datos, tales como la temperatura del motor, la presión
barométrica, y los índices de octano de los combustibles de
referencia.
Se podrían escribir muchos tipos de diferentes
programas de software en diferentes lenguajes y formatos, que
permitirían llevar a cabo en un ordenador adecuado sus funciones
requeridas. Aunque se podrían desarrollar muchos programas de
software diferentes para ejecutar las funciones requeridas, a la
presente solicitud va anexo como Apéndice I un programa de software
adecuado escrito para Lab Windows para DOS usando el lenguaje de
programación C y el NI-DAC®, comercializado por la
firma National Instruments Corporation, de Austin, Texas (EE.
UU.).
El invento se ha descrito en particular con
referencia a los métodos de la ASTM normalizados para determinar el
índice de octano de gasolina. Los métodos de la ASTM requieren el
uso del motor ASTM-CFR. Se hace notar de nuevo que
el presente invento es aplicable para todas las mediciones de índice
de octano, usando cualquier motor adecuado.
Se ha descrito el invento en general en términos
de la presente realización preferida. Son posibles variaciones y
modificaciones razonables efectuadas por los expertos en la técnica,
dentro del alcance del invento descrito y de las reivindicaciones
que se acompañan.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Claims (5)
1. Un método ejecutado por ordenador para
determinar el índice de octano de un combustible de prueba, que
comprende los pasos de:
- (a)
- dar de entrada en un ordenador a datos de caracterización de un primer combustible de referencia y de un segundo combustible de referencia;
- (b)
- enviar una primera señal desde dicho ordenador a una válvula selectora conectada para funcionamiento a dicho ordenador, de modo que al recibir dicha primera señal dicha válvula selectora cambie a una primera posición en la cual se introduce dicho primer combustible de referencia en dicha bomba de caudal regulable, en combinación de flujo de fluido con un motor, de modo que el fluido introducido en dicha bomba de caudal regulable es introducido en dicho motor con un caudal, en el que dicha bomba de caudal regulable está conectada para funcionamiento a dicho ordenador, de tal modo que dicho ordenador puede enviar una señal de flujo a dicha bomba de caudal regulable y cambiar con ello dicho caudal;
- (c)
- determinar el nivel de máxima detonación para dicho primer combustible de referencia;
- (d)
- enviar una segunda señal desde dicho ordenador a dicha válvula selectora de modo que al recibir dicha segunda señal dicha válvula selectora cambie a una segunda posición en la cual dicho segundo combustible de referencia es introducido en dicha bomba de caudal regulable;
- (e)
- determinar el nivel de máxima detonación para dicho segundo combustible de referencia;
- (f)
- enviar una tercera señal desde dicho ordenador a dicha válvula selectora de modo que al recibir dicha tercera señal dicha válvula selectora cambie a una tercera posición en la cual sea introducido un combustible de prueba en dicha bomba de caudal regulable;
- (g)
- determinar el nivel de máxima detonación para dicho combustible de prueba; y
- (h)
- calcular un índice de octano de un combustible de prueba para dicho combustible de prueba mediante extrapolación lineal usando el nivel de máxima detonación de dicho combustible de prueba, el nivel de máxima detonación de dicho primer combustible de referencia, y el nivel de máxima detonación de dicho segundo combustible de referencia; y
- (i)
- presentar el índice de octano de dicho combustible de prueba;
en que dicha determinación de cada nivel de
máxima detonación se caracteriza por:
enviar una serie de señales de flujo para cambiar
dicho caudal de combustible de modo que cada combustible sea
entregado para su combustión dentro de dicho motor con una
pluralidad de caudales partiendo de un caudal inicial predeterminado
y cambiando el caudal hacia un caudal que sea probable que produzca
el nivel de máxima detonación;
enviar para cada caudal una señal de presión
desde dicho motor a dicho ordenador, en que dicha sea señal de
presión sea representativa del régimen de cambio de la presión en
el cilindro en dicho motor durante la combustión del combustible
dentro de dicho motor;
adquirir para cada caudal una pluralidad de
disposiciones ordenadas de datos en respuesta a dicha señal, en que
dicha pluralidad de disposiciones ordenadas de datos contiene datos
centrados alrededor de la parte de combustión del ciclo de dicho
motor;
calcular una intensidad de la detonación media a
partir de dicha pluralidad de disposiciones ordenadas de datos para
cada caudal;
comparar dicha intensidad de la detonación media
para cada caudal, distinto a dicho caudal inicial, para dicha
intensidad de la detonación media obtenida para los caudales
anteriores, para determinar si se ha hallado una intensidad de la
detonación media máxima para dicha pluralidad de caudales;
calcular después una expresión polinómica de
tercer orden para la distribución de dicha intensidad de la
detonación media para dicha pluralidad de caudales;
calcular la intensidad de la detonación máxima
tomando para ello la derivada de dicha expresión polinómica de
tercer orden y obteniendo un caudal correspondiente para el
combustible;
ajustar dicho caudal a dicho caudal
correspondiente;
adquirir dicha pluralidad de disposiciones
ordenadas de datos para dicho caudal correspondiente, y
calcular un nivel de máxima detonación a partir
de dicha pluralidad de disposiciones ordenadas de datos para dicho
caudal correspondiente.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
que comprende además:
calcular n nuevo caudal inicial para dicho
combustible de prueba basado en dicho nivel de máxima detonación
para dicho combustible de prueba, repetir los pasos (g) y (h)
para obtener un segundo índice de octano del combustible de prueba
para dicho combustible de prueba en el que se usa dicho segundo
ajuste inicial de la bomba en lugar de dicho ajuste inicial de la
bomba, y calcular un segundo índice de octano para dicho
combustible de prueba.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que uno de dichos combustibles de referencia tiene un índice
de octano mayor que el índice de octano de dicho combustible de
prueba y el otro de dichos combustibles de referencia tiene un
índice de octano menor que el índice de octano de dicho combustible
de prueba.
4. Un aparato que comprende:
una primera cubeta de combustible para contener
un primer combustible de referencia que tiene un primer índice de
octano conocido;
una segunda cubeta de combustible para contener
un segundo combustible de referencia que tiene un segundo índice de
octano conocido;
una tercera cubeta de combustible para contener
un primer combustible de prueba que tiene un índice de octano
desconocido;
un motor que tiene una entrada de
combustible;
caracterizado porque comprende además:
una bomba de caudal regulable para entregar
combustible a dicho motor, donde se puede cambiar el caudal de
combustible con el cual es entregado el combustible por dicha
combustible de referencia;
una válvula selectora que tiene una primera
entrada en comunicación de flujo de fluido con dicha primera cubeta
de combustible para recibir dicho primer combustible de referencia,
una segunda entrada en comunicación de flujo de fluido con dicha
segunda cubeta de combustible para recibir dicho segundo
combustible de referencia, una tercera entrada en comunicación de
lujo de fluido con dicha tercera cubeta de combustible para recibir
dicho primer combustible de prueba y una lumbrera de salida en
comunicación de flujo de fluido con dicha primera lumbrera cuando
dicha válvula selectora está en una primera posición, en
comunicación de flujo de fluido con dicha segunda lumbrera cuando
dicha válvula selectora está en una segunda posición, y en
comunicación de flujo de fluido con dicha tercera lumbrera cuando
dicha válvula selectora está en una tercera posición en que dicha
lumbrera de salida está en comunicación de fluido con dicha bomba
de caudal regulable, de tal modo que el combustible es entregado
desde dicha lumbrera de salida a dicha bomba de caudal regulable;
medios para establecer una señal de presión representativa del
régimen de cambio de la presión en el cilindro en dicho motor
durante la combustión del combustible dentro de dicho motor;
un ordenador conectado para funcionamiento a
dichos medios para establecer una señal de presión, de tal modo que
en respuesta dicha señal de presión dicho ordenador adquiera una
pluralidad de disposiciones ordenadas de catos centrados alrededor
de la parte de combustión del ciclo de dicho motor, conectado para
funcionamiento a dicha bomba de caudal regulable de tal modo que
dicho ordenador puede enviar una señal de flujo a dicha bomba de
caudal regulable y cambiar con ello el caudal de combustible que es
entregado por dicha bomba de caudal regulable, y conectado para
funcionamiento a dicha válvula selectora de tal modo que dicho
ordenador pueda cambiar la posición de dicha válvula selectora, en
que dicho ordenador está programado para cambiar la posición de
dicha válvula selectora a dicha primera posición, determinar el
nivel de máxima detonación para dicho primer combustible de
referencia, cambiar la posición de dicha válvula selectora a dicha
segunda posición, determinar el nivel de máxima detonación para el
segundo combustible de referencia, cambiar la posición de dicha
válvula selectora a dicha tercera posición, determinar el nivel de
máxima detonación de dicho combustible de prueba, calcular un
índice de octano de combustible de prueba para dicho combustible de
prueba por extrapolación lineal, usando el nivel de máxima
detonación de dicho combustible de prueba, el nivel de máxima
detonación de dicho primer combustible de referencia y el nivel de
máxima detonación de dicho segundo combustible de referencia, y
presentar dicho índice de octano del combustible de prueba, en que
dicha determinación del nivel de máxima detonación comprende:
enviar una serie de señales de flujo para cambiar
el caudal, de modo que cada combustible sea entregado para su
combustión dentro de dicho motor con una pluralidad de caudales
partiendo de un caudal inicial predeterminado y cambiando el caudal
hacia un caudal que sea probable que produzca dicho nivel de máxima
detonación;
adquirir para cada caudal dicha pluralidad de
disposiciones ordenadas de datos;
calcular una intensidad de la detonación media
para cada caudal a partir de dicha pluralidad de disposiciones
ordenadas de datos;
comparar dicha intensidad de la detonación media
para cada caudal que no sea dicho caudal inicial con dicha
intensidad de la detonación media obtenida para los caudales
anteriores, para determinar si se ha hallado una intensidad de la
detonación media máxima para dicha pluralidad de caudales;
calcular una expresión polinómica de tercer orden
para la distribución de dicha intensidad de la detonación media para
dicha pluralidad de caudales;
calcular la intensidad de la detonación máxima
tomando para ello la derivada de dicha expresión polinómica de
tercer orden y obteniendo un caudal correspondiente para el
combustible;
ajustar dicho caudal a dicho caudal
correspondiente;
adquirir dicha pluralidad de disposiciones
ordenadas de datos para dicho caudal correspondiente; y
calcular un nivel de máxima detonación a partir
de dicha pluralidad de disposiciones ordenadas de datos para dicho
caudal correspondiente.
5. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
4, que comprende además unos medios de admisión de aire para
mezclar combustible y aire antes de la introducción de dicho
combustible en dicho motor, en que en dichos medios de admisión de
aire se hace uso de un tubo de Venturi para mezclar dicho aire y
dicho combustible, y dicho aire entra en dicho tubo de Venturi con
un régimen constante, de tal modo que dicho caudal de combustible
determina la relación de aire a combustible en la mezcla de
aire/combustible resultante.
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