ES2237873T3 - Procedimiento de determinacion de la progresion del par en un motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Se presenta un procedimiento para determinar la progresión del par resistente de la carga (Tc(t)) en un motor de combustión interna (1), que comprende, para cada ciclo de combustión del motor, los pasos de detectar (15, 23) la progresión de la velocidad angular instantánea (v(t)) del cigüeñal (6) en al menos un intervalo de tiempo dado (I) del ciclo de combustión; determinar (24, 25, 26, 27) la progresión de la presión (p(t)) dentro de los cilindros (3) del motor (1) para el ciclo de combustión sobre la base de la progresión de la velocidad angular instantánea (v(t)); y determinar (19) la progresión del par resistente de la carga (Tc(t)) para el ciclo de combustión sobre la base de la progresión de la velocidad angular instantánea (v(t)) y de la presión (p(t)) dentro de los cilindros (3).

Description

Procedimiento de determinación de la progresión del par en un motor de combustión interna.

La presente invención se refiere a un procedimiento para determinar la progresión del par de carga en un motor de combustión interna.

Se conocen procedimientos para determinar la progresión del par de carga aplicado a un motor de combustión interna durante un ciclo de combustión del motor, por medio los cuales la progresión del par de carga se obtiene tanto en función de la progresión de la velocidad angular del motor durante el propio ciclo del combustión como en función de la progresión de la presión dentro de al menos un cilindro (véase por ejemplo el documento EP-A-0 615 117).

En particular, dichos procedimientos prevén el uso de al menos un sensor, fuera del bloque del motor, para poder reconstruir la progresión de la progresión dentro del cilindro. De hecho, en algunos casos, un sensor de presión está montado directamente dentro de la cámara de combustión del cilindro para emitir una señal indicativa de la presión interna. En otros casos, la presión dentro del cilindro se obtiene por medio de un acelerómetro piezoeléctrico montado en el bloque del motor, opuesto al cilindro, para emitir una señal eléctrica representativa del bloque del motor, la cual, como es conocido, está directamente relacionada con la progresión de la presión interna (véase por ejemplo el documento US-A-5 400 648).

El documento EP-A-0 940 568 publicado el 08.09.1999 describe un procedimiento para determinar la progresión de la presión dentro de un cilindro en función de la progresión de la velocidad angular del motor durante el ciclo de combustión.

Por lo tanto, dichas procedimientos para determinar el par de carga requieren un sensor fuera del bloque del motor, lo cual no implica genéricamente costes significativos debidos al sensor como tal, las operaciones de instalación y cualquier modificación que se debe realizar en el bloque del motor con objeto de suministrar los asientos apropiados para recibir dicho sensor. Además, tanto el sensor de presión como el acelerómetro, en vista de las condiciones hostiles del medio en el cual operan, están sometidos a tensiones continuas mecánicas y/o térmicas que podrían afectar adversamente el funcionamiento correcto de los mismos, así como reducir su vida del trabajo promedio.

El objeto de la presente invención es el de suministrar un procedimiento para determinar la progresión del par de carga en un motor de combustión interna, que no tenga los inconvenientes descritos anteriormente y por medio del cual sea posible determinar el par de carga sin modificar el bloque del motor y sin ayuda de sensores fuera del propio bloque del motor.

Según la presente invención, se suministra un procedimiento para determinar el par de carga en un motor de combustión interna, caracterizado porque comprende las etapas detectar la progresión de un parámetro físico que indica la velocidad angular instantánea de dicho motor; determinar la progresión de la presión dentro de al menos un cilindro de dicho motor en función de la progresión de dicho parámetro físico; y determinar la progresión de dicho par de carga como función de la progresión de dicho parámetro físico y la progresión de dicha presión inter-
na.

La presente invención se describirá a continuación con referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran un ejemplo no limitativo de una forma de realización de la misma, en los que:

La figura 1 muestra en forma esquemática, con piezas retiradas por motivos de claridad, un motor de combustión interna provisto con un dispositivo de proceso que implementa el procedimiento según la presente invención.

La figura 2 muestra en forma esquemática un diagrama de bloques de las operaciones realizadas por un primer circuito que forma parte del dispositivo de proceso según la figura 1.

La figura 3 muestra un diagrama cartesiano que representa los puntos de operación del motor según la figura 1.

La figura 4 muestra la progresión de la presión dentro de un cilindro del motor en función de la posición angular de un cigüeñal durante un ciclo de combustión.

La figura 5 muestra en forma esquemática un segundo circuito que forma parte del dispositivo de proceso según la figura 1.

La figura 6 muestra la progresión del par trasmitido al cigüeñal en función de la posición angular del cigüeñal durante un ciclo de combustión.

La figura 7 muestra un diagrama de circuitos de un bloque que forma parte de un segundo circuito según la figura 5.

Y la figura 8 muestra una progresión del par de carga reconstruido según el procedimiento de la presente invención.

Con referencia a la figura 1, la referencia 1 denota en su totalidad un motor de combustión interna de "cuatro tiempos" del tipo conocido, que comprende una base de soporte 2, una pluralidad de cilindros 3 (de los cuales solamente se muestra uno) que están soportados por la base 2 y definen, en sus extremos superiores, unas cámaras de combustión 4 respectivas. Cada cilindro 3 tiene, montado internamente, un pistón 5 respectivo que está conectado al cigüeñal 6 por medio de una biela 7 conectora perspectiva, en la forma conocida y que es amovible axialmente dentro del propio cilindros 3 entre una posición superior de final del desplazamiento (conocida como "centro muerto superior") y una posición de final del desplazamiento (conocida como "centro muerto inferior").

El motor 1 comprende un colector 8 de toma conectado a los cilindros 3 con objeto de suministrar un flujo del agente de combustión (aire) dentro de los propios cilindros 3, un dispositivo 9 para suministrar combustible dentro de los cilindros 3, un dispositivo de ignición 12 para disparar el combustible dentro de las cámaras 4 y un colector de escape 13 conectado a los cilindros 3 para emitir los gases quemados.

El motor 1 está controlado por una unidad 14 de control central que coopera con una pluralidad de sensores dentro del bloque del motor para recibir señales de datos de entrada representativas de los parámetros físicos del motor 1, como por ejemplo, la posición de la válvula de mariposa, la temperatura del líquido refrigerante, etc. En particular, según lo mostrado en la figura 1, la unidad 14 de control central está conectada a un sensor 15 de velocidad del cigüeñal 6 que emite una señal de velocidad v(t) que representa la velocidad angular instantánea del eje 6 y un sensor de presión 16 dispuesto a lo largo del conducto de toma 8 para producir una señal de presión Pc(t) representativa de la presión dentro del propio colector 8.

Según la presente invención, la unidad 14 de control central comprende un dispositivo de proceso 17 que recibe en su entrada la señal v(t) de velocidad angular instantánea del eje 6 y es capaz de emitir una señal Tc(t) representativa del par de carga aplicado al motor para cada ciclo de combustión del motor.

El dispositivo de proceso 17 comprende un circuito 18 que recibe en su entrada la señal v(t) de velocidad angular y es capaz de emitir una señal P(t) indicativa de la presión dentro del cilindro 3. El dispositivo 17 comprende, además, un circuito 19 que recibe en su entrada la señal v(t) y la señal P(t) y es capaz de emitir la señal Tc(t).

A continuación se describirá con referencia a la figura 2 el circuito 18 que es capaz de reconstruir la progresión de la presión P(t) dentro del cilindro 3 durante un ciclo de combustión del motor.

Con referencia a la figura 2, un bloque INICIO inicial está seguido por un bloque 22 en el cual el punto de operación existente del motor 1 se determina en relación a un conjunto de parámetros de operación del propio motor 1.

En el ejemplo ilustrado, el punto de operación existente está determinado por dos parámetros de operación: las rpm del motor (número de revoluciones por minuto) y la presión media Pcm dentro del conector de entrada 8. En particular, el punto de operación existente se determina en base a los valores de la presión media Pcm y las rpm del motor con relación al ciclo de combustión anterior al ciclo existente, estando disponibles dichos valores porque se calculan mediante el promedio de la señal Pc(t) y la señal v(t).

Resultará obvio que es posible determinar el punto de operación existente con relación a un número diferente de parámetros de operación o simplemente con relación a un par diferente de los propios parámetros.

El bloque 22 está seguido por el bloque 23 en el cual un número N dado de valores de la señal v(t) indicativos de la velocidad angular instantánea son muestreados; dichos valores muestreados, que son indicados en lo que sigue mediante v_{0}, v_{1}, ..., v_{N-1} se refieren a un intervalo de tiempo I que está dentro del ciclo de combustión y que comprende el instante en el cual el pistón 5 está localizado en el centro muerto superior durante la ignición. En el ejemplo mostrado, el intervalo I se corresponde a dichos intervalos de tiempo en los cuales la posición angular \theta del eje 6 (figura 1) se encuentra dentro de un intervalo angular I_{\theta} (figura 4) que tiene una amplitud igual a 180 grados y está centrado en la posición angular en la cual el pistón 5 está localizado en el centro muerto superior.

El bloque 22 está seguido por el bloque 24 en el cual se calcula la transformada discreta de Fourier v(j\Omegam) de la señal v(t) de velocidad angular "muestreada" o considerada en el intervalo I según la expresión:

(1)V(j\Omega m) = \sum\limits^{N-1}_{n=0}\upsilon n\text{*}e^{-j(\Omega m-n)}

en la cual \Omegam es la frecuencia angular definida como

(2)\omega_{m} = \frac{2\cdot\pi\cdot m}{N}

en la cual N es el número anteriormente mencionado de los valores muestreados de la señal v(t) muestra cada en el intervalo I y m es el número de la armónica emésima (m-th) presente en la propia señal v(t).

El bloque 24 seguido por el bloque 25 en el cual, como se explicará a continuación, una función de respuesta frecuencial H(j\Omegam) relativa al punto de operación existente del motor I y que expresa la relación entre la progresión de la señal de velocidad angular v(t) y la señal de presión p(t) dentro del cilindro 3 en el dominio de las frecuencias angulares se calcula. Como se explicará con más claridad a continuación, una función de respuesta funcional H(j\Omegam) dada se asocia con cada punto de operación del motor.

Pero lo que 25 es seguido por el bloque 26 en del cual, en base al conocimiento de la transformada de Fourier V(j\Omegam) y la función de respuesta frecuencial H(j\Omegam), la transformada discreta de Fourier P(j\Omegam) de la señal P(t) representativa de la presión dentro del cilindro 3 se calcula, según la expresión:

(3)P(j\Omega m) = \frac{V(j\Omega m)}{H(j\Omega m)}

El bloque 26 es seguido por un bloque 27 en el cual se realiza la operación antitransformación según la transformada de Fourier P(j\Omegam) para obtener la evolución de la señal P(t) para la presión dentro del cilindro 3 en el intervalo de tiempo I. En particular, la operación antitransformación se realiza según la expresión conocida:

(4)pn = \frac{1}{N} \sum\limits^{N-1}_{m=0}P(j\Omega m)\cdot e^{j(\Omega m-n)} \hskip0.5cm con \ n= 0...N-1

en la que P_{0}, P_{1}, ..., P_{N-1} indican los valores reconstruidos de la presión dentro del cilindro 3 en el instante en que los valores v_{0}, v_{1}, ..., v_{N-1} dentro del intervalo I son muestreados.

De dicha forma, por medio de la señal P(t) y en particular por medio de los valores P_{0}, P_{1}, ..., P_{N-1}, el circuito 18 (figura 1) suministra en su salida la progresión de la presión P(t) dentro del cilindro 3 en el intervalo de tiempo I y, básicamente, para todo el ciclo de combustión, la progresión de la propia presión interna fuera del intervalo y durante las etapas de toma y escape siendo conocidas de antemano.

Según lo descrito anteriormente, la relación (3) es por lo tanto clave para ser capaz de reconstruir la señal P(t) de presión interna a partir de la salida de la señal v(t) de velocidad angular por el sensor 15. La relación (3) está basada en la existencia de una correlación lineal, que ha sido probada experimentalmente, entre la progresión de la velocidad v(t) angular instantánea y la presión P(t) dentro del cilindro 3 en el intervalo I. Experimentalmente, se ha notado que, con objeto de reconstruir la señal P(t) con un grado razonable de aproximación, será posible tomar en consideración solamente un determinado número de armónicas, por ejemplo las primeros siete armónicas; como resultado de la expresión (4), por medio de la cual es posible determinar la progresión de la presión interna, que se vuelve:

pn = \frac{1}{7} \sum\limits^{6}_{m=0}P(j\Omega m)\cdot e^{j(\Omega m-n)} \hskip0.5cm con \ n= 0...N-1

El cálculo de la función H(j\Omegam) que se ha llevado a cabo en el bloque 25, se realizó en base al conocimiento de una pluralidad de defunciones H_{R}(j\Omegam) de referencia de la respuesta frecuencial, cada una de las cuales se refiere a un punto R de operación de referencia respectiva del motor 1 y se almacena dentro del dispositivo de proceso 17.

En particular, al representar los puntos de operación R en el plano (rpm, Pcm) de los puntos de operación posibles del motor (figura 3), la función H(j\Omegam) referente al punto de operación existente (indicado por cada K el plano (rpm, Pcm) se calcula tomando en cuenta un subgrupo S de los puntos R. Este subgrupo S comprende los puntos de referencia R más cercanos al punto K de operación existente.

La función H(j\Omegam) referente al punto K se calcula determinando la media ponderada de las funciones de referencia H_{R}(j\Omegam) referentes a los puntos R que pertenecen al subgrupo S, según la expresión:

(5)H(j\Omega m) = \sum\limits_{R\varepsilon S} H_{R}(j\Omega m)\cdot D_{R}

en la que D_{R} es el peso asociado con el punto R y es una función de la distancia entre el propio punto R en el plano (rpm, Pcm).

En particular, en el ejemplo ilustrado en la figura 3, los puntos de referencia R están dispuestos para formar una cuadrícula G y el subgrupo S comprende los cuatro puntos R que rodean el punto de operación existente K.

En resumen, el cálculo de la función H(j\Omegam) referente al punto de operación existente del motor se realiza de dicha forma (figura 3), como sigue:

- el punto K de operación existente se determina en el plano (rpm, Pcm) (bloque 22);

- el subgrupo S se determina al definir los puntos de referencia R más cercanos al punto K;

- los pesos D_{R} se calculan como una función de las distancias euclidianas entre dichos puntos R y el punto K en el plano (rpm-Pcm); y

- la función H(j\Omegam) se calcula en base a las funciones de referencia H_{R}(j\Omegam) asociadas con los puntos R del subgrupo S según la expresión (5).

De lo anterior se puede ver, por lo tanto, que en base al conocimiento de las funciones H_{R}(j\Omegam) de respuesta frecuencial en los puntos R de la cuadrícula G será posible determinar la progresión de la presión P(t) dentro del cilindro 3 durante el ciclo de combustión, una vez que la progresión de la velocidad angular v(t) en el intervalo I se conoce.

Las funciones H_{R}(j\Omegam) de referencia en los puntos de referencia R, almacenadas en el dispositivo de proceso 17, expresan cada una la relación entre la transformada de Fourier V(j\Omegam) de la señal v(t) de velocidad angular y la transformada de Fourier P(j\Omegam) de la señal P(t) de presión interna cuando el motor 1 está en el punto de operación R, a saber:

H_{R}(j\Omega m) = \frac{V(j\Omega m)}{P(j\Omega m)}

Dichas funciones H_{R}(j\Omegam) de respuesta frecuencial se obtienen con referencia a un motor de muestra que tiene las mismas características geométricas y estructurales que el motor 1 (por ejemplo la longitud de la biela de conexión, la longitud del árbol, el área del pistón, etc.). De hecho, dicho motor de muestra estaba equipado con un sensor de presión montado dentro de la cámara de combustión del cilindro para producir directamente en su salida la señal P(t)
de presión dentro del cilindro. Una vez que los parámetros operativos del motor de muestra han sido fijados de forma que el punto de operación asociado coincida con el punto de operación de referencia R, las progresiones de la velocidad v(t) angular instantánea y la presión interna P(t) para el intervalo de observación I se detectan directamente en el motor muestra. En este punto, las transformadas de Fourier V(j\Omegam) y P(j\Omegam) de la velocidad angular v(t) y la presión interna P(t), respectivamente, se calculan y entonces se obtiene la función H_{R}(j\Omegam) que relaciona el punto R simplemente a partir de la relación:

H_{R}(j\Omega m) = \frac{V(j\Omega m)}{P(j\Omega m)}

A continuación, todas las funciones H_{R}(j\Omegam) de referencia de respuesta funcional se determinan con referencia al motor muestra. Dichas funciones H_{R}(j\Omegam) se almacenan en el dispositivo de proceso 17 del motor, de forma que será posible determinar la progresión temporal de la presión dentro del cilindro 3 sin instalar ningún sensor de presión dentro de la cámara de combustión 4.

Con referencia a la figura 5, el circuito 19 (figura 1) será capaz de determinar la progresión del par motor Tc(t) a partir de la velocidad angular v(t) (medida por medio del sensor 15) y a partir de la presión interna P(t) (determinada por medio del circuito 18), que se describirá a continuación.

La señal P(t) de presión interna se suministra a un circuito de conversión 30 del tipo conocido, que es capaz de emitir una señal Tt(t) indicativa del par trasmitido al cigüeñal 6. Este circuito 30 de conversación será capaz de determinar la progresión del par trasmitido Tt(t) al aplicar la ley conocida del mecanismo del árbol a la presión interna P(t).

La señal v(t) de velocidad angular, por otra parte, se suministra a una entrada del sumador de un nodo sumador 31 que tiene, además, una entrada del restador conectada a la salida 32u del bloque 32 que modela de la forma conocida la conducta dinámica del sistema de carga-motor a partir del punto de vista rotacional. En particular, el bloque 32 tiene dos entradas 32a y 32b, la entrada 32a de la cual recibe la salida de la señal Tt(t) del par transmitido por el circuito 30 de conversión, mientras que la entrada 32b recibe una señal Tc_{st}(t) la cual, como se verá claramente en lo que sigue, representa el par de carga estimado. El bloque 32 es capaz de generar en su salida 32u una señal V_{st}(t) indicativa de la velocidad angular estimada en el eje 6 en base a los valores asumidos por las señales Tt(t) del par transmitido y TC_{st}(t)
para el par de carga estimado.

El nodo 31 es capaz de suministrar en su salida una señal \Deltav(t) definida por la diferencia entre las salida de la señal v(t) del sensor 15 y la señal v_{st}(t) indicativa de la velocidad angular estimada en base al modelo de carga-motor. Estas señal \Deltav(t) representa el error en la velocidad angular que existe entre la velocidad angular v realmente medida y la velocidad angular v_{st} estimada en base al par Tt(t) transmitido reconstruido y el par de carga estimado TC_{st}(t).

La señal de error \Deltav se suministra a un circuito estimador 33 que será capaz de procesarla para suministrar la señal TC_{st} del par de carga estimada en su entrada 33u. Las salida 33u se vuelve a alimentar a la entrada 32b del bloque 32 para permitir que el propio bloque 32 reciba la señal TC_{st} de par de carga estimado.

El circuito estimador 33 (descrito en detalle lo que sigue) está diseñado para operar de tal manera que el estimado del par de carga TC_{st} se cambia de forma que la velocidad v_{st} angular estimada tiende a alcanzar la velocidad v angular medida.

Además, la salida 33u está conectada a un filtro 34 de paso bajo diseñado para eliminar los componentes del espectro de alta frecuencia de la señal TC_{st} para emitir la señal Tc, a saber el par de carga reconstruido que se aplica realmente al motor.

La figura 7 muestra el diagrama de circuitos del circuito estimador 33 que se forma usando la técnica de modo deslizante y, en el ejemplo ilustrado, es del tipo proporcional-integral. En particular, el circuito 33 tiene un bloque multiplicador 36 que recibe en su entrada la señal \Deltav, que es capaz de multiplicar dicha señal por un parámetro C_{1} que podrá ser calibrado y está conectado en su salida a un nodo sumador 37.

Además, el circuito 33 tiene dos bloques 38 y 39 que están dispuestos en serie y el bloque 38 del cual recibe en su entrada la señal \Deltav y suministra en su salida el "signo" de la diferencia entre la señal v de velocidad medida y la señal v_{st} de velocidad angular estimada. El bloque 39, por otra parte, es un bloque multiplicador que será capaz de multiplicar la salida del bloque 38 por un parámetro C_{2} que podrá ser calibrado, antes de suministrarla al nodo sumador 37.

Finalmente, el circuito 33 tiene un integrador 40 y un multiplicador 41 que están dispuestos en serie y el integrador 40 del cual recibe en su entrada la salida del bloque 38, mientras que multiplicador 41 será capaz de multiplicar la señal de salida del propio integrador 40 por un parámetro C_{3} que podrá ser calibrado y posteriormente suministrarla al nodo sumador 37. La salida del nodo 37 define la salida 33u del circuito estimador 33 y suministra el par de carga TC_{st} estimado que es posteriormente calculado según la expresión:

Tc_{st} = C_{1} \cdot \Delta v + C_{2} \cdot signo(\Delta v) + C_{3} \cdot \int signo(\Delta v)

en la cual "signo" es la función signo perteneciente al bloque 38.

A continuación se describirá la operación del circuito 19 que es capaz de reconstruir el par de carga Tc(t) a partir de la velocidad angular v(t) medida y la presión interna P(t).

Una vez que se conoce la presión P interna reconstruida, el par trasmitido Tt se determina por medio del circuito conversor 30 y se suministra al bloque 32 que modela el sistema motor-carga.

En este punto, la entrada 32b del bloque 32 suministra un primer par Tc de carga de prueba que es, por ejemplo, calculado como un valor desplazado con respecto al par Tt trasmitido reconstruido. El bloque 32, en respuesta a dichas entradas, suministra en su entrada un primer estimado de la velocidad angular, a saber la velocidad angular que debería tener el eje 6 con objeto de equilibrar el par Tc trasmitido reconstruido con el par Tc de carga de prueba.

El nodo sumador 31 calcula posteriormente el error de velocidad \Deltav existente entre la velocidad medida y la velocidad estimada y suministra este error al circuito estimado 33. A su vez, el circuito 33 procesa este error de velocidad \Deltav para emitir una segunda señal del par de carga de prueba que será realimentada a la entrada 32b del bloque 32. Esta realimentación dará como resultado la corrección del estimado de la salida de la velocidad angular del bloque 32. En este punto, las operaciones descritas anteriormente se repiten hasta que el error de velocidad \Deltav se vuelve aproximadamente 0.

Cuando la velocidad angular estimada (salida del bloque 32) es igual a la velocidad angular medida, la salida del par de carga estimado del circuito 33 es aproximadamente igual al par de carga que se aplica realmente al motor y, consecuentemente, el proceso para determinar el par de carga termina.

Debe enfatizarse que la rápida convergencia del proceso que da como resultado que el par de carga se obtenga (a saber, la convergencia rápida, hacia cero, del error de velocidad \Deltav) se asegura con el circuito estimador 33 (figura 7), cuya acción de control, como se ha especificado anteriormente, se expresa por la relación:

Tc_{st} = C_{1} \cdot \Delta v + C_{2} \cdot signo(\Delta v) + C_{3} \cdot \int signo(\Delta v)

De hecho, el término C_{1} . \Deltav tiene la función de forzar que el estimado de par de carga cambie para hacer nulo el error de velocidad \Deltav tan rápido como sea posible, mientras que los términos C_{2} . signo(\Deltav) y C_{3} . \int signo(\Deltav) asociados con el signo del error \Deltav realiza una actuación de control dirigida a asegurar que, tras un cierto número de oscilaciones alrededor del valor final del estimado para el par de carga, el par de carga estimado coincida con el propio valor final.

De lo que se ha descrito anteriormente puede apreciarse que en el motor 1, que está concebido para que sea un motor para vehículos de producción en masa, sea posible determinar la progresión del par de carga aplicado al motor, ciclo tras ciclo, en base solamente a la medida de la velocidad angular del cigüeñal y sin la ayuda de cualquier sensor en el exterior del bloque del motor, como por ejemplo un sensor de presión montado directamente dentro de la cámara de combustión o un acelerómetro piezoeléctrico.

Según lo ilustrado con referencia a las figuras 4, 6 y 8, por medio del procedimiento según la presente invención será posible reconstruir la progresión de la presión dentro del cilindro (figura 4), el par transmitido al cigüeñal 6 (figura 6) y al par de carga (figura 8), con un grado excelente de aproximación. De hecho, representado gráficamente como una línea continua de las progresiones de la presión interna P y el par transmitido (Tt) como una función de la posición angular \theta del eje 6, será posible notar que dichas progresiones no se desvían significativamente de las progresiones que se han obtenido al medir directamente dichos parámetros (mostrados con líneas discontinuas en las figuras 4 y 6). Similarmente, con referencia a la figura 8, que se representa gráficamente como una línea continua, la progresión reconstruida del par de carga Tc como una función de tiempo, será posible notar que esta progresión no se desvía significativamente de la progresión real que se obtiene al medir el par de carga (mostrado con líneas discontinuas).

Como resultado del procedimiento descrito, será posible por lo tanto determinar la evolución de la presión interna, el par trasmitido y el par de carga sin tener que incurrir en costes debidos a la instalación de sensores fuera del propio bloque del motor y en base solamente a las medidas de la velocidad angular del cigüeñal. Esto asegura que el procedimiento podrá ser aplicado a motores producidos en masa de una forma simple y de bajo coste.

Claims (17)

1. Un procedimiento para la determinación de la progresión del par de carga en un motor (1) de combustión interna, que comprende las etapas de:

a) detectar la progresión de un parámetro físico que indica la velocidad angular (v(t)) instantánea de dicho motor (1);

b) determinar la progresión de la presión (P(t)) dentro de al menos un cilindro (3) de dicho motor (1) en función de la progresión de dicho parámetro físico; y

c) determinar la progresión de dicho de par de carga (Tc(t)) en función de la progresión de dicho parámetro físico y de la progresión de dicha presión interna (P(t)).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho parámetro físico es la velocidad angular (v(t)) instantánea del cigüeñal (6).

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicha etapa de determinar la presión interna (P(t)) según el apartado b) comprende, para cada ciclo de combustión del motor (1), las subetapas de:

c) determinar (22) el punto de operación existente (K) del motor (1) en función de un conjunto de parámetros (rpm, Pcm) de operación del motor (1);

d) detectar (23) la progresión de la velocidad (v(t)) angular instantánea del cigüeñal (6);

e) determinar (25), respecto al punto (K) de operación existente, una función de transferencia (H(j\Omegam)) para dicha presión (P(t) dentro del cilindro (3) y una velocidad (v(t)) angular instantánea; y

f) obtener (24, 26, 27) la progresión de la presión (P(t)) dentro de dicho cilindro (3) a partir de la progresión de la velocidad (v(t)) angular instantánea y a partir de la función de transferencia H(j\Omegam) relacionar el punto (K) de operación existente.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que dicha función de transferencia (H(j\Omegam)) es una función de respuesta frecuencial para dicha presión interna (P(t)) y la velocidad (v(t)) angular instantánea.

5. Procedimiento según la reivindicación 3 o 4, en el que dicha etapa de detectar (23) la progresión de la velocidad (v(t)) angular instantáneas según el apartado d) se realiza mediante el muestreo (23), para cada ciclo de combustión del motor (1), de dicha velocidad v(t)) angular instantáneas en una pluralidad de instantes de muestreo, obteniéndose una pluralidad de valores medidos (v_{0}, v_{1}, ..., v_{N-1}).

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que dicha a subetapa de obtener (24, 26, 27) la progresión de la presión instantánea (P(t)) según el apartado f) comprende las subetapas adicionales de:

g) calcular (24) la transformada discreta de Fourier de la velocidad angular (V(j\Omegam)) en base a la pluralidad de los valores medidos (v_{0}, v_{1}, ..., v_{N-1});

h) aplicar (26) la función de transferencia a dicha transformada de Fourier de la velocidad angular (V(j\Omegam)) para obtener la transformada de Fourier de la presión (P(j\Omegam)) dentro del cilindro (3);

i) calcular (27) la antitransformada de Fourier de la transformada de Fourier de la presión interna (P(j\Omegam)) para obtener una pluralidad de valores estimados de la presión interna (P_{0}, P_{1}, ..., P_{N-1}) en dichos instantes para muestrear la velocidad angular (v(t)) instantánea, definiendo dicha pluralidad de valores estimados de la presión interna (P_{0},
P_{1}, ..., P_{N-1}) la progresión de la presión (P(t)) dentro del cilindro (3).

7. Procedimiento según la reivindicación 5 o 6, en el que el muestreo de dicha velocidad angular (v(t)) instantánea se realiza, para cada ciclo de combustión del motor (1), en un intervalo de tiempo (I) durante el cual el pistón (5) asociado con el cilindro (3) se mueve a una vecindad predefinida del centro muerto superior durante la fase de ignición del motor (1).

8. Procedimiento según las reivindicaciones 3 a 7, que comprende adicionalmente las etapas preliminares adicionales de:

l) determinar una pluralidad de puntos (R) de operación de referencia del motor (1), siendo cada uno de los cuales una función de dichos parámetros de operación (rpm, Pcm) para el motor (1); y

m) determinar para cada punto (R) de operación de referencia una función de transferencia de referencia (H_{R}(j\Omegam)) respectiva para la presión (P(t)) dentro del cilindro (3) y la velocidad (v(t)) angular instantánea del cigüeñal (6).

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que dichos parámetros de operación (rpm, Pcm) del motor (1) comprenden la velocidad (rpm) angular media del cigüeñal (6) y la presión media (Pcm) en el colector de toma (8) del motor (1).

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que la velocidad (rpm) angular media del cigüeñal (6) y la presión (Pcm) media en el colector de toma (8) definen un plano (rpm-Pcm) de puntos de operación posibles del motor (1), estando representado cada uno de dichos puntos de operación del motor (1) por un punto respectivo en el plano (rpm-Pcm), definiendo los puntos de operación de referencia (R) del motor (1) una cuadrícula (G) en dicho plano (rpm-Pcm).

11. Procedimiento según una cualquiera de la reivindicaciones 8 a 10, en el que dicha función de trasferencia (H(j\Omegam)) de la presión interna (P(t)) y dicha velocidad (v(t)) angular instantánea del cigüeñal (6) en el punto (K) de operación existente del motor (1) se calcula procesando dichas funciones (H_{R}(j\Omegam)) de trasferencia de referencia.

12. Procedimiento según la reivindicación 10 y 11, que comprende además la etapa de definir en dicha cuadrícula (G) un subgrupo (S) de puntos (R) de operación de referencia que comprenden los puntos (R) de operación de referencia que están más cercanos al punto (K) de operación existente en dicho plano (rpm-Pcm), siendo calculada la función de trasferencia (H(j\Omegam)) en el punto (K) de operación existente como la media ponderada de las funciones (H_{R}(j\Omegam)) de trasferencia de referencia relativas a los puntos (K) operación de referencia de dicho subgrupo (S), actuando cada función (H_{R}(j\Omegam)) de trasferencia de referencia en la media ponderada con un peso que es función de la distancia euclidiana entre el punto (R) de operación de referencia correspondiente y el punto (K) de operación existente.

13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha etapa de determinar la progresión de dicho par de carga (Tc(t)) como una función de la progresión de la velocidad (v(t)) angular instantánea y la presión interna (P(t)) comprende las subetapas de obtener (30) la progresión del par (Tt(t)) trasmitido al cigüeñal (6) a partir de la progresión de la presión (P(t)) dentro del cilindro (3).

14. Procedimiento según la reivindicación 13, que comprende además las etapas de:

n) asignar un par de cargas (TC_{st}) de prueba a una primera entrada (32b) de un bloque (32) que modela la conducta dinámica del sistema definido por la combinación del motor y la carga, teniendo dicho bloque (32) una segunda entrada (32a) que recibe dicho par (Tc) transmitido al cigüeñal;

o) estimar (32), por medio de dicho bloque (32), la velocidad angular del cigüeñal (V_{st}) como una función del par (TC_{st}) de carga de prueba y en par (Tt) trasmitido al cigüeñal (6), siendo la velocidad angular estimada la velocidad en la cual el cigüeñal (6) debería desplazarse con objeto de equilibrar el par trasmitido (Tt) con el par de carga de prueba (TC_{st});

p) comparar (31) la velocidad (v) angular medida con la velocidad angular estimada (V_{st}) generando una señal (\Deltav) de error de la velocidad;

q) corregir (33) el par (TC_{st}) de carga de prueba por medio de un circuito estimador (33) que recibe en su entrada la señal (\Deltav) de error de velocidad y que es capaz de estimar el par (TC_{st}) de carga en base a la propia señal (\Deltav) de error de la velocidad; y

r) representar las etapas según los apartados o), p) y q) hasta que la señal (\Deltav) de error de velocidad sea aproximadamente igual a cero, de forma que el par (TC_{st}) de carga de prueba emitido por el circuito estimador (33) sea aproximadamente igual al par de carga aplicado realmente al motor.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, que comprende adicionalmente la etapa de filtrar (34) el par (TC_{st}) de carga estimado emitido por dicho circuito estimador (33) con objeto de eliminar los componentes del espectro de alta frecuencia.

16. Procedimiento según la reivindicación 14 o 15, en el que dicha etapa según el apartado q) se realiza mediante el proceso de dicha señal (\Deltav) de error de velocidad proporcionalmente (36, 39) e integralmente (41) por medio de dicho circuito estimador (33).

17. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que el par (TC_{st}) de carga estimado se calcula por el circuito estimador (33) en función de la señal (\Deltav) de error de velocidad según la expresión:

Tc_{st} = C_{1} \cdot \Delta v + C_{2} \cdot signo(\Delta v) + C_{3} \cdot \int signo(\Delta v)

en la que signo (\Deltav) representa la función signo del error (\Deltav) de velocidad y C_{1}, C_{2} y C_{3} son parámetros que pueden ser calibrados.