ES2240169T3

ES2240169T3 - Procedimiento y dispositivo para el control de un motor de combustion interna con un sistema de aire.

Info

Publication number: ES2240169T3
Application number: ES00965845T
Authority: ES
Inventors: Gerhard Engel; Manfred Birk; Thomas Bleile; Frank Meier; Benedikt Kraus; Peter Rupp; Wolfgang Kraemer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2005-10-16
Anticipated expiration: 2020-09-13
Also published as: JP4646178B2; EP1247016A1; RU2002120461A; WO2001048363A1; US6715287B1; JP2003518581A; EP1247016B2; RU2264550C2; EP1247016B1; ES2240169T5; DE50010016D1; DE19963358A1

Abstract

Procedimiento para el control de un motor de combustión interna con un sistema de aire, en el que por medio de al menos un modelo se determina al menos una variable, que caracteriza el sistema de aire, a partir de al menos una variable de ajuste y de al menos una variable de medición, que caracteriza el estado del aire del medio ambiente, caracterizado porque el modelo comprende al menos un primer modelo parcial y un segundo modelo parcial, en el que las variables de salida son determinadas por medio de un modelo parcial a partir de las variables de entrada, porque como variables de entrada del primer modelo parcial se tienen en cuenta, además de al menos una variable de salida de un segundo modelo parcial, adicionalmente la variable de ajuste y la variable de medición, en el que como variable de ajuste se tiene en cuenta al menos una variable, que caracteriza la cantidad de combustible a inyectar.

Description

Procedimiento y dispositivo para el control de un motor de combustión interna con un sistema de aire.

Estado de la técnica

La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para el control de un motor de combustión interna con un sistema de aire.

Un procedimiento y un dispositivo para el control de un motor de combustión interna con un sistema de aire se conocen, por ejemplo, a partir del documento DE 197 56 619. Allí se describe un sistema para el funcionamiento de un motor de combustión interna, especialmente en un automóvil, en el que el aire es alimentado a través de una válvula de estrangulamiento, que está dispuesta en un tubo de aspiración, hasta una cámara de combustión, en el que se calcula la corriente cuantitativa a través de la válvula de estrangulación. En este caso, en un conducto de retorno de los gases de escape está dispuesta una válvula, en la que la corriente cuantitativa es determinada de la misma manera a través de la válvula en el conducto de retorno de los gases de escape. A partir de las dos corrientes de las cantidades de aire se determina la corriente de las cantidades de aire en la cámara de combustión. En esta instalación es problemático que las diferentes variables, que son necesarias para el cálculo, solamente se pueden detectar con dificultad por medio de sensores. Por lo tanto, es un inconveniente que se requiere un gran número de sensores para la detección de las diferentes variables.

Otro procedimiento y un dispositivo para el control de un motor de combustión interna con un sistema de aire se conocen a partir del documento EP-A-0 845 586. Por medio de un modelo se calcula la presión en el sistema de aspiración a partir de diferentes variables, como la presión después de la válvula de estrangulación, la presión y la temperatura del aire del medio ambiente así como a partir de variables de ajuste, como por ejemplo de la válvula de estrangulación, de la válvula de retorno de los gases de escape y/o de la válvula de entrada. A partir de estas variables y de otras variables se modela el sistema de aire.

Ventajas de la invención

Con el modo de proceder según la invención es posible determinar al menos una variable, que caracteriza el sistema de aire. En este caso, solamente son necesarias unas pocas variables de medición, que se pueden detectar fácilmente por medio de sensores sencillos y económicos. Por otra parte, se necesitan variables que están presentes internamente en el aparato de control durante el control del motor de combustión interna.

Es especialmente ventajoso que el modelo comprende al menos un primer modelo parcial y un segundo modelo parcial, que determinan, a partir de las variables de entrada, variables de salida, en el que como variables de entrada del primer modelo parcial se tienen en cuenta, además de al menos una variable de salida de un segundo modelo parcial, adicionalmente, la variable de ajuste y/o las variables de medición. Como variable de ajuste se tiene en cuenta al menos una variable, que caracteriza la cantidad de combustible a inyectar.

Especialmente sencilla es la formación del modelo cuando como variable de ajuste se utilizan, además, una relación de la exploración del retorno de los gases de escape ATV, que caracteriza la señal de activación para un regulador para influir sobre el retorno de los gases de escape, y una relación de la exploración del cargados LTV, que caracteriza la señal de activación para un regulador para influir sobre la característica de una turbina. De una manera preferida, además de la cantidad de combustible ME, se utiliza adicionalmente la relación de exploración de retorno de los gases de escape ATV y/o la relación de exploración del cargador. Esto se realiza independientemente de si el motor de combustión interna está equipado con un sistema de retorno de gases de escape y/o con un cargador.

Como variable de medición se utilizan una variable del número de revoluciones (N), que caracteriza el número de revoluciones del motor de combustión interna, una temperatura del medio ambiente (T1), que caracteriza la temperatura del aire del medio ambiente, y/o una presión del medio ambiente (P1), que caracteriza la presión del aire del medio ambiente. De una manera preferida, se utilizan el número de revoluciones, la temperatura del medio ambiente y la presión del medio ambiente.

Las configuraciones y desarrollos ventajosos y convenientes de la invención están caracterizados en las reivindicaciones dependientes.

Dibujo

A continuación se explica la invención con la ayuda de las formas de realización representadas en el dibujo. La figura 1 muestra una representación esquemática del motor de combustión interna junto con el sistema de aire. La figura 2 muestra el modelo completo del sistema de aire como diagrama de bloques y las figuras 3 a 8 muestran diferentes modelos parciales como diagramas de bloques.

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Descripción de los ejemplos de realización

A continuación se describe el modo de proceder según la invención en el ejemplo de un motor de combustión Diesel. Pero la invención no está limitada a la utilización en motores de combustión interna, sino que se puede aplicar en otros motores de combustión interna, especialmente en motores de combustión interna de gasolina de inyección directa.

Un motor de combustión interna 100 es alimentado, a través de un conducto de aire fresco de alta presión 102 con una cantidad determinada de gases ML22, que contiene una proporción determinada de oxígeno MO22. La variable MO22 se designa también como porcentaje de combustible antes de la combustión. El conducto de aire fresco de alta presión 102 está constituido por dos partes. Una primera parte está designada con 102 a, y una segunda parte está designada con 102 b. La primera parte corresponde al conducto hasta la mezcla de los gases de escape. La segunda parte 102 b corresponde al conducto después de la mezcla de los gases de escape. En la primera parte 102 a puede estar montado un refrigerador del aire de carga 104. El aire en la primera parte del conducto de aire fresco de alta presión 102 a posee una temperatura T2 y una presión P2.

A través de un conducto de aire fresco de baja presión 108, el aire del medio ambiente llega hasta un compresor 106 y circula entonces a través del refrigerador de aire de carga 104 hasta el conducto de aire fresco de alta presión 102. A través del compresor, la cantidad de aire ML21 con la porción de oxígeno MO21 circula hasta el conducto de aire fresco de alta presión 102. La cantidad de aire ML21 con la porción de oxígeno MO21, que circula a través del conducto de aire fresco de baja presión 108, corresponde a la cantidad de aire con la porción de oxígeno correspondiente, que circula a través del compresor 106 o bien a través del refrigerador del aire de carga 104. La temperatura T1 y la presión P1, que predominan en el conducto de aire fresco de baja presión 108, corresponden a las condiciones del medio ambiente, es decir, a la presión del medio ambiente y a la temperatura del medio ambiente.

Delante del motor de combustión interna 100 circula la cantidad de aire ML31 con la porción de oxígeno MO31 hacia un conducto de gases de escape de alta presión 110. La variable MO31 se designa también como porción de oxígeno después de la combustión. En el conducto de gases de escape de alta presión 110 predomina la temperatura T3 y la presión P3. Estos valores son designados también como presión de los gases de escape P3 y temperatura de los gases de escape T3.

Una cantidad de aire ML32 llega desde el conducto de gases de escape de alta presión 110 hacia una turbina 112, siendo designada aquélla también como cantidad de aire a través de la turbina. Desde la turbilla 112, el gas de escape llega a un conducto de gases de escape de baja presión 114, que se designa también como conducto de escape 114. En el conducto de gases de escape de baja presión predomina la temperatura T4 y la presión P4.

La turbina 112 acciona, a través de un árbol 111, el compresor 106. El número de revoluciones NL del árbol es designado como número de revoluciones del cargador. Por medio de un regulador del cargador 113 se puede influir sobre la curva característica de la turbina y, por lo tanto, de todo el cargador. Para la activación se impulsa el regulador del cargador 113 con una señal de activación LTV, que tiene como consecuencia una regulación del cargador en la medida de una carrera LH. La variable LH se designa también como carrera del cargador y la variable LTV se designa también como relación de exploración del cargador.

Entre el conducto de gases de escape de alta presión 110 y el conducto de aire fresco de alta presión 102 existe una comunicación, que se designa como conducto de retorno de los gases de escape 116. A través de este conducto de retorno de los gases de escape 116 circula la cantidad de aire MA, que contiene la porción de oxígeno MOA. La sección transversal del conducto de retorno de los gases de escape 116 se puede controlar de una manera preferida por medio de una válvula de retorno de los gases de escape 118. Para la activación se impulsa el regulador de retorno de los gases de escape 118 con una señal de activación ATV, que tiene como consecuencia la regulación de la válvula de retorno de los gases de escape 118 en la medida de una carrera AH. La variable AH se designa también como carrera de retorno de los gases de escape y la variable LTV se designa también como relación de exploración del retorno de los gases de escape.

De una manera preferida, el número de revoluciones N en el cigüeñal y/o en el árbol de levas del motor de combustión interna es detectado por medio de un sensor del número de revoluciones 101. Por otro lado, están previstos miembros de ajuste de las cantidades 103, que determinar la cantidad de combustible ME a inyectar, que es alimentada al motor de combustión interna. A tal fin, se impulsan los miembros de ajuste 103 con una señal de cantidad ME.

Para el control exacto del motor de combustión interna o bien de los miembros de ajuste 118 y 113 deben ser conocidas varias de las magnitudes representadas. En particular, debe ser conocida la cantidad de oxígeno o bien la porción de oxígeno MO22, que se alimenta al motor de combustión interna. La cantidad de combustible determina junto con la cantidad de combustible inyectada ME las emisiones de los gases de escape, especialmente las emisiones de hollín en los motores de combustión Diesel. Por otro lado, es ventajoso que se conozcan los diferentes valores de la presión y de la temperatura. Además, es ventajoso que se conozca el número de revoluciones del cargador NL. Estas variables se pueden utilizar para la supervisión de todo el sistema y/o para el control y la regulación.

Es especialmente ventajoso que estas variables no sean detectadas de forma directa sino por medio de un modelo y/o de uno o varios modelos parciales. En este caso, no se necesitan sensores correspondientes.

Según la invención, ahora está previsto que por medio de al menos un modelo se determinen una de las variables o varias de las variables, que caracterizan el sistema de aire, a partir de una o de varias de las variables de ajuste, especialmente para la cantidad de combustible ME empleada, la variable de ajuste para la válvula de retorno de los gases de escape ATV y la variable de ajuste LTV para la turbina 112 y al menos una variable de medición que está relacionada con la temperatura del medio ambiente T1 y/o con la presión del medio ambiente P1. Es especialmente ventajoso que una o varias de las variables, que caracterizan el sistema de aire, sean determinadas a partir de la cantidad de combustible ME a inyectar, a partir del número de revoluciones N, y a partir de una variable que caracteriza la temperatura del medio ambiente T1 y la presión del medio ambiente P1, siendo utilizadas adicionalmente la variable de ajuste de la válvula de retorno de gases de escape 118 y la variable de ajuste del cargador 112. A este respecto, es especialmente ventajoso que no sea necesaria la detección de la cantidad de combustible a inyectar, puesto que esta variable ya se conoce de antemano y se utiliza para el control del motor de combustión interna. A este respecto, se utiliza especialmente una variable interna que está presente en el aparato de control. De la misma manera se conoce el número de revoluciones N del motor de combustión interna, puesto que éste es indispensable igualmente para el control del motor de combustión interna. Lo mismo se aplica de una manera correspondiente para la temperatura y para la presión T1 y P1. Lo mismo se aplica de una manera correspondiente para los miembros de ajuste 118 y 112.

Es especialmente ventajoso que se formen diferentes modelos parciales para los sistemas parciales, en los que cada modelo parcial calcula diferentes variables de entrada y a partir de éstos calcula diferentes variables de salida. En este caso, está previsto que se formen diferentes variables de entrada de diferentes modelos a través de las variables de salida de otros modelos. Como variables de entrada de todo el modelo, en la suma de los diferentes modelos parciales, solamente son necesarias variables de medición que se pueden detectar fácilmente o bien variables de ajuste conocidas.

El modelo total del sistema de aire y la división en los modelos parciales del sistema de aire se representan en la figura 2.

En los motores modernos de combustión interna, se plantean requerimientos cada vez más altos a los valores de los gases de escape y a los valores de consumo. El turbocargador con geometría variable de las turbinas permite, a través de la regulación de las paletas de guía de las turbinas, una adaptación al punto actual de funcionamiento del motor. De esta manera, se puede evitar una reacción retardada del turbocargador y al mismo se puede mejorar el rendimiento del motor de combustión interna. A la vez se retorna a través del conducto de retorno de los gases de escape una cantidad de gases de escape regulada exactamente hasta el conducto de aire fresco de alta presión, con lo que se reducen en una medida considerable las emisiones de óxido nítrico.

De esta manera, en los motores modelos de combustión interna se obtiene un sistema de aire, que se caracteriza por un alto grado de acoplamiento interior y por no linealidades fuertes. Las variables esenciales del sistema de aire, como por ejemplo la presión en el conducto de gases de escape de alta presión, que se designa también como contrapresión de los gases de escape P3, o la cantidad de los gases de escape MA retornada actualmente, solamente se pueden determinar de una manera muy costosa según la técnica de medición o no se pueden determinar en absoluto. No están disponibles sensores correspondientes o solamente están disponibles con costes muy altos.

En los sistemas actuales, las señales de los sensores son utilizadas exclusivamente durante la regulación del sistema de aire. Es decir, que la señal de las cantidades de aire con respecto a la cantidad de aire ML21, que circula a través del conducto de aire fresco de alta presión 108, solamente se utiliza para el control o regulación de la posición de la válvula de retorno de los gases de escape 118. La presión de la carga medida P2 solamente sirve para ejercer una influencia sobre el regulador de la turbina 112.

Los acoplamientos transversales condicionados por el sistema no son tenidos en cuenta en los sistemas actuales y, por lo tanto, repercuten como variable de ajuste en los circuitos de regulación individuales.

Con el procedimiento según la invención y con el dispositivo según la invención se describe la dinámica del sistema conocida de una manera aproximada con modelos. En este caso, se abstrae el comportamiento real, de tal manera que los modelos remanentes se pueden calcular en tiempo real en el aparato de control del motor. A pesar de la simplificación de los modelos, en este caso se garantiza que se reproduzcan de una manera correcta los efectos físicos esenciales para la regulación y los acoplamientos entre los sistemas individuales.

Según la invención, las relaciones físicas son simplificadas en gran medida. El modelo según la invención de todo el sistema de aire, que comprende varios modelos parciales, se puede utilizar para la solución de las diferentes tareas. Así, por ejemplo, las señales no medibles del sistema de aire o bien las señales del sistema de aire que solamente se pueden medir con dificultad se pueden calcular de una manera aproximada a partir de los datos de los sensores o de las variables de ajuste presentes. Las informaciones de los sensores existentes se pueden combinar de una manera óptima y de esta manera se puede reducir la inseguridad de la medición. Las variables medidas y las variables detectadas se pueden filtrar sin pérdidas de fases, es decir, sin perjuicio de la dinámica. En el caso de fallo de un sensor, está disponible un valor de sustitución físicamente conveniente. Por otro lado, las estructuras de las funciones se pueden simplificar en gran medida, siendo procesadas variables modeladas, no medibles. Por ejemplo, se puede realizar una supervisión del cargador a través de la evaluación del número de revoluciones estimado del cargador.

En la figura 2 se representa el modelo total con la ayuda de un diagrama de bloques. De una manera esencial, el modelo total contiene diferentes modelos parciales para los componentes individuales del sistema de aire. Un modelo parcial para el compresor 106 se designa con 206. Un modelo parcial 202, que modela el conducto de aire fresco de alta presión 102, está designado como conducto modelo de aire fresco de alta presión. El refrigerador del aire de carga es tenido en cuenta al mismo tiempo en el modelo del compresor 206. Otro modelo parcial 200 modela el motor de combustión interna 100 y se designa también como modelo de los cilindros. Otro modelo 212 se designa como modelo de las turbinas y modela el comportamiento de la turbina 112. Otro modelo parcial 218 modela el conducto de retorno de gases de escape y se designa también como modelo de retorno de los gases de escape 218. Otro modelo parcial 214 modela el conducto de escape 114 y se designa también como modelo de conducto de gases de escape de baja presión.

Las variables de entrada de todo el modelo son de una manera preferida la relación de exploración LTV, con la que se impulsa el regulador del cargador 113, la cantidad de combustible inyectada ME, el número actual de revoluciones del motor N, la relación de exploración ATV, con la que se impulsa el regulador de retorno de los gases de escape 116, la presión atmosférica P1 y la temperatura del aire del medio ambiente T1. Estas variables de entrada se designan en la figura 2 con cuadrados pequeños.

En lugar de estas variables, se pueden utilizar también señales que caracterizan estas variables. Así, por ejemplo, en lugar de la cantidad de combustible inyectada se puede utilizar también la cantidad de combustible a inyectar o una señal, que indica la duración de la inyección. En lugar de las relaciones de exploración, se puede utilizar, por ejemplo, directamente la carrera de los reguladores.

Como variable de salida se puede utilizar cualquier variable calculada en el modelo, en el caso de que ésta sea necesaria durante el control del motor de combustión interna. Especialmente ventajosa es la utilización de las siguientes variables de salida. Éstas son la presión de carga P2, que corresponde a la presión en el conducto de aire fresco de alta presión 102, la contrapresión de los gases de escape P3, que corresponde a la presión en el conducto de los gases de escape de alta presión 110 entre la turbina 112 y el motor de combustión interna 100, la carrera LH del regulador del cargador 113 de la turbina 112, el número de revoluciones NL del cargador, la corriente de las cantidades de aire ML21 a través del compresor 106, la temperatura de los gases de escape T3 delante de la turbia, la contrapresión de los gases de escape P4, que corresponde a la presión P4 en el conducto de escape después de la turbina, la carrera AH del regulador de retorno de los gases de escape 118, la corriente de las cantidades de aire MA a través del conducto de retorno de los gases de escape 116, la porción de oxígeno M031 después de la combustión y la porción de oxígeno antes de la combustión MO22.

A través de simple conversión, por ejemplo con constantes de normalización, se pueden determinar todavía otras señales, que caracterizan las variables correspondientes.

Algunas de estas variables determinadas a través del modelo no se pueden medir o sólo de una manera muy costosa en el motor de combustión interna. Para otras variables, como por ejemplo la presión de carga P2, existen señales de los sensores. A través de la comparación de la variable medida y de la variable calculada por medio del modelo, se puede compensar el modelo con la situación actual.

Las variables de salida del modelo o bien de los modelos parciales están marcadas con círculos y con elipses, respectivamente.

En la figura 3 se representa de forma detallada el modelo del compresor, que tiene en cuenta también las propiedades del refrigerador del aire de carga. Como variables de entrada, el compresor procesa señales que caracterizan diferentes variables. Éstas son el número de revoluciones del cargado NL, la temperatura del medio ambiente T1, que corresponde a la temperatura delante del compresor, la presión del medio ambiente P1, que corresponde a la presión delante del compresor, y la presión de carga P2, que corresponde a la presión después del compresor. A partir de estas señales se determinan diferentes variables de salida. Éstas son esencialmente la potencia mecánica PL, absorbida sobre el árbol 111, la temperatura del aire de carga T2, que corresponde a la temperatura del gas comprimido después del refrigerador del aire de carga, así como la cantidad de aire ML21, que circula a través del compresor o bien a través del conducto de aspiración.

El número de revoluciones del cargador NL es alimentado a un dispositivo de determinación de la corriente volumétrica 300. La presión del medio ambiente P1 es alimentada a un dispositivo de determinación de la densidad 310 y a un dispositivo de determinación de la entalpía 320. La presión de carga P2 llega de la misma manera hacia el dispositivo de determinación de la entalpía 320. La temperatura del medio ambiente T1 delante del compresor es conducida a un dispositivo de determinación de la temperatura 380, al dispositivo de determinación de la entalpía 320 y al dispositivo de determinación de la densidad 310. La señal de salida del dispositivo de determinación de la corriente volumétrica 300 y la señal de salida del dispositivo de determinación de la densidad 310 llegan hacia un dispositivo de determinación de la corriente de masas 330, que determina como señal de salida la corriente de masas del aire ML21. La señal de salida del dispositivo de determinación de la entalpía 320 llega, por una parte, hacia el dispositivo de determinación del volumen 300 y hacia el dispositivo de determinación de la energía 350. Con la señal de salida del dispositivo de determinación de la energía 350 se impulsa el dispositivo de determinación de la potencia 340 y un dispositivo de determinación de la temperatura 360. El dispositivo de determinación de la potencia 340 es alimentado adicionalmente con la corriente de masas de aire ML21. El dispositivo de determinación de la potencia 340 suministra la señal PL que está relacionada con la potencia mecánica consumida en el árbol. El dispositivo de determinación de la temperatura 360 impulsa el moldeo de refrigerador del aire de carga 370, que impulsa de nuevo el dispositivo de determinación de la temperatura 380. El dispositivo de determinación de la temperatura 380 determina la señal de la temperatura T2.

La corriente volumétrica, que circula a través del compresor, se calcula en función del número de revoluciones del cargador y de la diferencia de la entalpía entre el lado de baja presión y el lado de alta presión, es decir, entre el conducto de aire fresco de alta presión 102 y el conducto de aire fresco de baja presión 108. La diferencia de la entalpía es acondicionada por el dispositivo de determinación de la entalpía 320. En este caso, la corriente volumétrica se eleva con el número de revoluciones del cargador y se reduce a medida que se eleva la diferencia de la entalpía. Esta relación se reproduce en el dispositivo de determinación del volumen 300 por medio de un campo característico o de un cálculo. Por medio de diferentes constantes se lleva a cabo una adaptación a las propiedades específicas del compresor.

El dispositivo de determinación de la densidad 310 determina, a partir de la presión P1 y de latemperatura T1 delante del compresor, la densidad del gas delante del compresor en el conducto de aire fresco de baja presión 108. El dispositivo de determinación de la cantidad 330 determina a través de la multiplicación de la corriente volumétrica con la densidad de la corriente de masas del aire ML21 a través del compresor.

El dispositivo de determinación de la entalpía 320 determina la diferencia de la entalpía del gas delante y detrás del compresor en función de la temperatura T1 delante del compresor y en función de la relación de la presión P1 delante del compresor y en función de la presión P2 después del compresor. Adicionalmente se tienen en cuenta diferentes constantes, como la constante del gas y el exponente de isótropos.

Por medio de la división de la diferencia de la entalpía a través del grado de actuación del compresor, el dispositivo de determinación de la energía 350 determina la energía, que es alimentada a una cantidad determinada del gas comprimido. El grado de actuación del compresor es depositado de una manera preferida en una memoria. En el dispositivo de determinación de la potencia 340 se multiplica la energía por la corriente de masas de aire ML21 que circula a través del compresor. A partir de esta multiplicación se obtiene la potencia mecánica PL que se toma en este momento en el árbol.

El dispositivo de determinación de la temperatura calcula la energía alimentada al gas durante la compresión, el calentamiento del gas en el compresor. A través del refrigerador del aire de carga 104 se extrae de nuevo una parte de este calor desde el gas. Esto tiene en cuenta el modelo de refrigerador del aire de carga 370. La porción del calor, que se extrae desde el gas, es tanto mayor cuanto mayor es la efectividad del refrigerador del aire de carga. Es decir, que en función de la efectividad del refrigerador del aire de carga se reduce la temperatura calculada en el dispositivo de determinación de la temperatura 360. En el dispositivo de determinación de la temperatura 380 se añade a esta temperatura, a la que se calienta el aire en el compresor, la temperatura del gas delante del compresor T1, con lo que se obtiene la temperatura T2 del gas después del compresor o bien después del compresor y del refrigerador del aire de carga. Si el modelo debe adaptarse a un motor sin refrigerador del aire de carga, entonces se coloca la efectividad del refrigerador en cero, es decir, que se resta el valor cero en el modelo del refrigerador del aire de carga 370.

De acuerdo con la invención, la corriente de masas de aire ML se obtiene a partir de la temperatura T1 y de la corriente volumétrica del aire, que circula a través del compresor. La densidad se determina a partir de la temperatura T1 y a partir de la presión P1 del aire del medio ambiente. La corriente volumétrica del aire se obtiene a partir del número de revoluciones de la carga y de la diferencia de la entalpía en la entrada y en la salida del compresor. En este caso, la diferencia de la entalpía se calcula a partir de la diferencia de la presión y de la temperatura T1 del gas. Esto significa que a partir del número de revoluciones de la carga NL, a partir de la presión del medio ambiente P1, a partir de la presión de carga P2 y a partir de la temperatura del medio ambiente T1, el modelo del compresor determina la corriente de masas de aire ML21, que circula a través del compresor, la potencia del cargado PL y la temperatura del aire de carga.

Es especialmente ventajoso que solamente se miden la temperatura T1 y la presión P1 por medio de sensores, siendo determinadas las demás variables por medio de otros modelos.

En la figura 4 se representa un modelo parcial para el conducto de aire fresco de alta presión, es decir, el modelo para el conducto de aspiración 102 como diagrama de bloques. El conducto de alimentación entre el compresor 106 y la válvula de entrada en el cilindro se modela como depósito, en el que se combinan las variables de estado del gas a través de la ecuación ideal del gas. La velocidad de la circulación del aire fresco y todos los efectos que resultan de ello se ceden a favor de la simplicidad del modelo. Como variables de entrada para este modelo se utilizan de una manera preferida la cantidad de aire ML21, que circula a partir del compresor, la temperatura del aire de carga T2 del gas detrás del refrigerador del aire de carga 104, la cantidad de aire ML22, que circula al motor de combustión interna, la cantidad de aire MA, que es retornado a los gases de escape en el conducto de aire fresco de alta presión 102, la temperatura TA en el retorno de los gases de escape, que corresponde a la temperatura de los gases de escape retornados y la porción de oxigeno MOA en los gases de escape retornados.

A partir de estas variables de entrada se calculan las variables de salida a través de combinaciones motivadas físicamente. Como variables de salida se determinan la presión de carga P2 en el conducto de aire fresco de alta presión 102, la temperatura del aire de carga T2 en el conducto de aire fresco de alta presión y la porción de oxígeno MO2 del aire alimentado al motor de combustión interna.

El modelo parcial para el conducto de aire fresco de alta presión 102 contiene esencialmente un dispositivo de determinación de la cantidad de oxígeno 400, un dispositivo de determinación de la presión 410, un dispositivo de determinación de la temperatura 420 así como una integración 432, que determina la masa total.

El dispositivo de determinación de la cantidad de oxígeno 400 contiene esencialmente un primer dispositivo de determinación de la cantidad de oxígeno 402, un segundo dispositivo de determinación de la cantidad de oxígeno 404 y un tercer dispositivo de determinación de la cantidad de oxígeno 406, cuyas señales de salida se suman por un dispositivo de suma 408 con signos correspondientes y a continuación se integran por medio de una integración 409. Al primer dispositivo de determinación de la cantidad de oxígeno se alimentan la cantidad de aire ML22, que corresponde a la cantidad de aire que llega al motor de combustión interna, y la porción de oxígeno MO22 del aire, que llega al motor de combustión interna. Al segundo dispositivo de determinación de la cantidad de oxigeno 404 se alimenta la señal ML21 con relación a la cantidad de aire suministrada por el compresor. Al tercer dispositivo de determinación de la cantidad de oxígeno se alimentan la señal MOA relacionada con la porción de oxígeno en el conducto de retorno de los gases de escape y la señal MA relacionada con la cantidad de aire que circula en el conducto de retorno de los gases de escape.

A través de la multiplicación de la cantidad de aire respectiva con las porciones de oxígeno, el primero, el segundo y el tercer dispositivo de determinación de la cantidad de oxígeno, determinan las cantidades de oxígeno de las cantidades de aire respectivas. El segundo dispositivo de determinación de la cantidad de oxígeno multiplica en este caso la cantidad de aire ML21 por un factor fijo, que corresponde a la porción de oxígeno en el aire normal del medio ambiente. Las diferentes cantidades de oxígeno son integradas con el signo correcto, es decir, las cantidades de entrada con el signo más y las cantidades de salida con el signo menos.

Por medio de la adición 430 y el integrador 432 se integran de la misma manera con el signo correcto las cantidades de aire, que afluyen al conducto de aire fresco de alta presión y salen desde el mismo. A partir de ello se obtiene la cantidad total de aire momentáneo en el depósito. A partir de esta cantidad total de aire en el deposito y a partir de la porción de oxígeno del conducto de aire fresco de alta presión 102, que se determina por el dispositivo de determinación de la cantidad de oxígeno 400 se obtiene la porción de oxígeno MO22 de la cantidad de aire que circula al motor de combustión interna.

A partir de las corrientes cuantitativas individuales de la temperatura respectiva, a partir del volumen y de la constante del gas R se calcula la modificación de las presiones parciales en el conducto de aire fresco de alta presión 102. El primer dispositivo de determinación de la presión parcial 412 calcula la presión parcial a partir de la cantidad de aire ML21, que afluye a través del compresor 106 y a partir de la temperatura T2 después del refrigerador del aire de carga 104. El segundo dispositivo de determinación de la presión parcial 414 determina la presión parcial a partir de la cantidad de aire ML22, que afluye al motor de combustión interna, y a partir de la temperatura T22, que corresponde a la temperatura de la cantidad de aire, inmediatamente delante del motor de combustión interna. Esta temperatura es designada también como temperatura de mezcla T22. El tercer dispositivo de determinación de la presión parcial 416 determina la presión parcial a partir de la cantidad de aire MA, que circula a través del conducto de retorno de gases de escape 116, y a partir de la temperatura TA en el conducto de retorno de gases de escape. Los cálculos de la presión parcial están configurados de una manera preferida como cálculos que calculan las variables a partir de las variables de entrada según una fórmula.

A medida que aumenta la cantidad de aire y/o a medida que se eleva la temperatura, se incrementa en cada caso la presión parcial. A partir de la suma 418 se suman con el signo correcto las modificaciones de las presiones parciales. Las porciones a alimentar entran con signo positivo y las porciones de salida entran con signo negativo. De esta manera se obtiene la modificación de la presión P2 en el conducto de aire fresco de alta presión. A través de la integración de la modificación de la presión sobre el tiempo se obtiene la presión de carga actual.

A partir de la presión P2 determinada de esta manera en el conducto de aire fresco de alta presión, que ha sido calculada como se ha descrito anteriormente, y a partir de la cantidad de gas calculada por el integrador 432, el dispositivo de determinación de la temperatura 420 determina de forma inmediata la temperatura de mezcla T22 por medio de la ecuación ideal de los gases utilizando las constantes de los gases R.

El modelo del conducto de aire fresco de alta presión determina la presión de carga P2, la porción de oxígeno MO22 del gas, que circula al motor de combustión interna y la temperatura de mezcla T22 a partir de las cantidades de aire ML21, ML22 y MA y sus porciones de oxigeno, que circulan a o desde el conducto de aire fresco de alta presión, a partir de la temperatura del aire de carga T2 y a partir de la temperatura TA en el conducto de retorno de los gases de escape.

Según la invención, la porción de oxígeno MO22 en la cantidad de aire ML22, que circula al motor de combustión interna, se obtiene a partir de la cantidad de aire ML22, a partir de la cantidad de aire ML21, que circula a través del compresor, a partir de la cantidad de aire MA, que circula al conducto de retorno de los gases de escape, a partir de las porciones de oxígeno respectivas y a partir de las diferentes constantes. La presión de cara P2 se obtiene de una manera preferida a través de la integración de los valores absolutos para la modificación de la presión, que se provoca a través de las cantidades de aire de entrada y de salida, respectivamente, y a través de sus temperaturas.

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Es especialmente ventajoso que solamente la temperatura del aire de carga T2 es medida por medio de un sensor, las restantes variables son determinadas por medio de otros modelos. En una configuración especialmente ventajosa, se determina la temperatura del aire de carga por medio del modelo del compresor.

En la figura 5 se representa de forma más detallada el modelo de los cilindros. Como variables de entrada se alimentan señales al modelo de los cilindros 200. éstas son una señal ME, que caracteriza lacantidad de combustible a inyectar o inyectada, la temperatura de mezcla T22, es decir, la temperatura del aire, que es alimentado al cilindro, la presión de carga P2, que corresponde a la presión delante del cilindro, el número de revoluciones N del motor de combustión interna y la porción de oxigeno MO22 del aire que es alimentado al motor de combustión interna.

Como variables de salida, el modelo suministra diferentes señales, que caracterizan las siguientes variables. Éstas son la temperatura de los gases de escape T3, cuya señal caracteriza la temperatura del gas en el conducto de gases de escape de alta presión 110, la cantidad de aire ML31, que circula desde el motor de combustión interna hasta el conducto de gases de escape de alta presión 110, la cantidad de aire ML22, que circula al motor de combustión interna, y la porción de oxígeno MO31 de la cantidad de aire ML31, que sale desde el motor de combustión interna.

La cantidad de combustible ME a inyectar llega, por una parte, a un dispositivo de determinación del calentamiento 500, a un punto de adición 510, con signo negativo hacia un punto de adición 520 y hacia un punto de multiplicación 530. La temperatura de mezcla T22 llega, por una parte, a un cálculo de la cantidad de aspiración 540 y, por otra parte, a un punto de adición 550. La presión de carga P2 llega al dispositivo de cálculo de las cantidades de aspiración 540. La señal del número de revoluciones N llega, por una parte, a una corrección del grado de llenado 560 y, por otra parte, a un punto de multiplicación 570. La porción de oxígeno MO22 llega a un punto de combinación 580.

Las señales de salida de la corrección del grado de llenado 560 y del cálculo de las cantidades de aspiración 540 son alimentadas a un punto de multiplicación 590, que impulsa de nuevo el punto de adición 510, el punto de multiplicación 570 y el punto de multiplicación 580.

El punto de adición 550 pone a disposición la temperatura de los gases de escape T3. La señal de salida del punto de multiplicación 530 y la señal de salida del punto de multiplicación 570 llegan a un punto de adición 595, que acondiciona la cantidad de aire ML31. En la salida del punto de multiplicación 570 se encuentra la cantidad de aire ML22. La porción de oxígeno MO31 forma la señal de salida de un punto de multiplicación 585, que divide la señal de salida del punto de adición 520 a través de la señal de salida del punto de adición 510.

En el espacio de la carrera conocido del motor de combustión interna, el dispositivo de cálculo de las cantidades de aspiración 540 calcula a partir de la presión de carga P2 y a partir de la temperatura de la mezcla T2 del aire fresco que afluye al motor de combustión interna, con la ayuda de la ecuación ideal del gas, la cantidad de gas teóricamente posible en el cilindro. Esta cantidad de gas se incrementa y se reduce de una manera proporcional a la presión de la carga P2, cuando se eleva la temperatura del aire. Este relleno teórico del cilindro se corrige por medio del número de revoluciones N actual a partir de la señal de la corrección de relleno 560 en el punto de multiplicación 590, con lo que se tienen en cuenta los efectos dinámicos durante el llenado del cilindro. A partir de la cantidad de gas obtenida de esta manera por carrera y a partir del número de revoluciones N, el punto de combinación 570 calcula de una manera preferida por medio de una multiplicación de las dos variables y/o por medio de una multiplicación con diversas constante, la cantidad de aire ML22, que afluye al motor de combustión interna.

La cantidad de aire ML31, que corresponde a la corriente de las cantidades de los gases de escape, se obtiene a través de la adición de la cantidad de aire ML22, que circula al motor de combustión interna, y a partir de la corriente de las cantidades de combustible en el punto de combinación 595. La corriente de las cantidades de combustible se determina a través de la combinación de la cantidad de combustible ME a inyectar y a partir del número de revoluciones N en el punto de combinación 530. A tal fin, se multiplican las dos señales entre sí y por diferentes constantes.

El dispositivo de determinación del calentamiento 500 calcula el calentamiento de la carga del cilindro en función de la cantidad de combustible inyectada ME y de la cantidad de gas en el cilindro. Cuanto más cantidad de combustible se inyecta y cuando menos gas existe en el cilindro, tanto mayor es el calentamiento. La relación específica del motor entre la cantidad de combustible inyectada ME y el calor alimentado al gas se tiene en cuenta a través de un campo característico. La temperatura de los gases de escape T3 se obtiene entonces a través de la adición en el punto de adición 550 de la señal de salida del dispositivo de determinación del calentamiento 500 y de la temperatura del aire de carga T2.

La cantidad total de gas en el cilindro se obtiene a través de la adición de la cantidad de combustible a inyectar y de la cantidad de gas por carrera, que se acondiciona por el punto de combinación 590 en el punto de adición 510.

A partir del contenido de oxígeno MO22 de la cantidad de aire alimentada al cilindro y a partir de la cantidad total de oxígeno, que corresponde a la señal de salida en el punto de combinación 590, el punto de combinación 580 calcula la cantidad de combustible en el cilindro antes de la combustión. En la primera aproximación, la cantidad de combustible extraída a partir de la carga del cilindro es proporcional a la cantidad de combustible inyectada ME. La cantidad de oxígeno después de la combustión se obtiene a partir de la sustracción de esta cantidad de oxígeno, dependiente de la cantidad de combustible, en el punto de combinación 520, desde la cantidad de oxígeno en el cilindro antes de la combustión. En la salida del punto de combinación 520 se encuentra de esta manera la cantidad de oxígeno después de la combustión. A través de la formación de la relación en el punto de combinación 585 de esta cantidad de oxígeno con la cantidad de gas total, que corresponde a la señal de salida del punto de combinación 510, se obtiene la porción de oxígeno MO31 después de la combustión.

De acuerdo con la invención, a partir de la cantidad de combustible ME a inyectar y a partir de la temperatura de la mezcla T22, se determina la temperatura de los gases de escape. La temperatura de la mezcla corresponde a la temperatura del gas, que circula al motor de combustión interna. La temperatura de los gases de escape corresponde a la temperatura del gas, que abandona el motor de combustión interna. Además, a partir de la temperatura de la mezcla T22 y a partir de la presión de carga P2 del gas que afluye al motor de combustión interna, a partir del número de revoluciones N del motor de combustión interna y a partir de la cantidad de combustible a inyectar ME son calculadas las cantidades de aire ML22 y ML31, que afluyen al motor de combustión interna y que salen desde el motor de combustión interna. Este cálculo se realiza esencialmente porque a partir de la temperatura, a partir de la presión, de la cantidad de combustible, del número de revoluciones y de las constantes conocidas se calculan diferentes variables de cantidades y a continuación se combinan de una manera adecuada entre sí.

En la figura 6 se representa de forma más detallada el modelo de turbinas 212. En el modelo representado aquí, se reproduce una turbina con geometría variable. Como variables de entrada se utilizan de una manera preferida diferentes señales, que caracterizan las siguientes variables de funcionamiento. Éstas son la cantidad de aire ML32, que circula a través de la turbina, la presión P4 en el conducto de escape 114, una señal, que caracteriza la presión después de la turbina, la temperatura de los gases de escape T3, que caracteriza la temperatura de los gases delante de la turbina, la carrera del cargador, que caracteriza la posición de las palas de guía, así como una potencia PL, tomada en el árbol 111, que caracteriza la carga mecánica tomada por el cargador.

A través de la combinación adecuada de estas variables y teniendo en cuenta diferentes constantes físicas así como específicas del sistema, se obtienen diferentes variables de salida. Éstas son la presión de los gases de escape P3, que caracteriza la presión delante de la turbina, la temperatura T4 en el conducto de escape, es decir, después de la turbina y el número de revoluciones del cargador NL.

La carrera del cargador LH, la cantidad de aire ML32 sobre la turbina, la presión P4 en el conducto de escape y la temperatura de los gases de escape T3 se alimentan al dispositivo de determinación de la presión 600. En la salida del dispositivo de determinación de la presión 600 se encuentra la presión de los gases de escape P3. La presión delante de la turbina, que corresponde a la presión de los gases de escape, y la presión después de la turbina, que corresponde a la presión P4, así como la temperatura de los gases de escape T3 son alimentadas a un dispositivo de determinación de la diferencia de la entalpía 610. Su señal de salida llega a un dispositivo de determinación del número de revoluciones del cargador 620, que procesa adicionalmente la cantidad de aire ML32 a través de la turbina y la potencia del cargador PL. Como variable de salida, el dispositivo de determinación del número de revoluciones del cargador 620 suministra el número de revoluciones del cargador NL. La cantidad de aire ML32, que circula a través de la turbina, y la señal de salida del dispositivo de determinación de la diferencia de la entalpía 610 llegan a un dispositivo de determinación de la temperatura 630, que acondiciona como señal de salida la temperatura T4 en el conducto de escape.

A partir de la carrera del cargador LH, que caracteriza la posición de las palas de guía de la turbina, se convierte de una manera preferida por medio de una curva característica la posición de las palas de guía en una superficie efectiva de la sección transversal. En este caso, una posición abierta de las palas de guía corresponde a una superficie grande. Con una superficie efectiva conocida, a partir de la cantidad de aire ML32, a partir de la presión P4 después de la turbina, a partir de la temperatura T3 delante de la turbina así como de diferentes constantes físicas, se calcula por medio del dispositivo de determinación de la presión 600 la presión delante de la turbina P3. Estos cálculos se llevan a cabo en el dispositivo de determinación de la presión 600 con la ayuda de una fórmula.

Una elevación de la corriente cuantitativa, de la temperatura T3 delante de la turbina y de la presión P4 después de la turbina conducen en cada caso a una elevación de la presión P3 delante de la turbina. Una sección transversal efectiva mayor conduce, en cambio, a una caída de la presión P3 delante de la turbina.

A partir de la presión delante de la turbina P3, a partir de la presión después de la turbina P4, de la temperatura T3 delante de la turbina así como a partir de diferentes constantes físicas, el dispositivo de determinación de la diferencia de entalpía 620 determina la diferencia de la entalpía del gas delante y detrás de la turbina. Es decir, que determina la diferencia de la energía por cada cantidad de gas. La diferencia de la entalpía se incrementa con la relación de la presión entre la presión delante y la presión detrás de la turbina y con la temperatura delante de la turbina.

La potencia obtenida en cada momento en la turbina se obtiene como producto a partir de la diferencia de la entalpía, a partir del grado de actuación de las turbinas y de la cantidad de aire ML32 a través de la turbina. La diferencia a partir de la potencia de las turbinas y de la potencia del cargador conduce a una modificación de la energía de rotación del árbol 111, es decir, a una subida o bajada de la velocidad angular y, por lo tanto, del número de revoluciones del cargador NL. Esto se convierte a través de un factor adecuado en la revolución o bien en el número de revoluciones del cargador. A partir de esta variable, el dispositivo de determinación del número de revoluciones del cargador 620 calcula el número de revoluciones del cargador NL. El grado de actuación de las turbinas del cargador se supone en este caso de una manera preferida como variable constante o puede estar depositado en un campo característico.

La determinación de la temperatura determina a partir de la diferencia de la entalpía y el grado de actuación de las turbinas la energía extraída del gas. A través de constantes físicas se combina la energía extraída directamente con la diferencia de la temperatura delante y detrás de la turbina. A partir de la temperatura T3 delante de la turbina y de esta diferencia de la temperatura, el dispositivo de determinación de la refrigeración 630 determina la temperatura T4 después de la turbina.

Según la invención, la presión de los gases de escape P3 se determina a partir de la carrera del cargador LH, a partir de la cantidad de aire ML32, que circula a través de la turbina, a partir de la presión P4 detrás de la turbina y a partir de la temperatura de los gases de escape T3. A partir de la diferencia de la presión a través de la turbina, que se calcula a partir de la presión de los gases de escape P3 y a partir de la presión P4 después de la turbina, y a partir de la temperatura de los gases de escape se determina la diferencia de la entalpía a través de la turbina. A partir de la diferencia de la entalpía y de la temperatura de los gases de escape T3 se obtiene el cálculo de la temperatura T4 en el conducto de escape. A partir de la diferencia de la entalpía, de la potencia del cargador PL y de la cantidad de aire ML32, que circula a través de la turbina, se determina el número de revoluciones del cargador.

En la figura 7 se representa el modelo del conducto de escape, es decir, el conducto de los gases de escape a baja presión. A partir de la cantidad de aire ML32 a través de la turbina, a partir de la presión del medio ambiente P1 y de la temperatura T4 después de la turbina en el conducto de escape, este modelo determina la presión P4 después de la turbina.

El modelo del canal de los gases de escape 214 sirve para modelar los efectos del canal de los gases de escape sobre la presión después de la turbina. Todo el canal de los gases de escape se modela como pantalla concentrada en el espacio. A partir de la superficie efectiva de la pantalla, el modelo 214 determina la presión P4 después de la turbina, que corresponde a la presión por encima de la pantalla, a partir de la cantidad de aire ML32, la presión del medio ambiente P1, que corresponde a la presión debajo de la pantalla, la temperatura T4 por encima de la pantalla así como a partir de dos constantes del combustible.

En este caso, la presión P4 se incrementa después de la turbina a medida que se eleva la cantidad de aire ML32, a medida que se eleva la presión de la atmósfera P1 y a medida que se eleva la temperatura T4 después de la turbina. Una superficie efectiva mayor provoca una caída de la presión después de la turbina. De una manera preferida, la superficie efectiva de la pantalla se considera como constante.

En la figura 8 se representa de una manera detallada el modelo de retorno de los gases de escape 218. El modelo de retorno de los gases de escape tiene en cuenta las modificaciones del sistema de aire, cuandouna parte de los gases de escape llega de nuevo de retorno al canal de aspiración. Como señales de entrada, el modelo de retorno de los gases de escape 218 tiene en cuenta unas señales. Éstas son la presión de los gases de escape P3, que caracteriza la presión en el conducto de los gases de escape de alta presión, la temperatura de los gases de escape T34, la presión de carga P2, la temperatura del aire de carga T2, y la carrera del retorno de los gases de escape AH, que caracteriza la carrera de la válvula de retorno de los gases de escape 118.

A partir de estas variables se determinan las variables de salida a través de una combinación adecuada. Éstas son especialmente la cantidad de aire MA, que circula a través de la válvula de retorno de los gases de escape 118, la temperatura TA, que caracteriza la temperatura de los gases de escape antes de la mezcla con el gas fresco.

La presión de carga P2 y la presión de los gases de escape P3, que caracterizan la diferencia de la presión a través de la válvula de retorno de los gases de escape, son conducidas a un circuito de conmutación 805.

Todas las señales, a excepción de la temperatura del aire de carga T2, son alimentadas a una primera determinación de la cantidad 800. Todas las señales, a excepción de la temperatura de los gases de escape T3, son alimentadas a un segundo dispositivo de determinación de la cantidad 810.

La temperatura de los gases de escape T3 y la temperatura del aire de carga T2 llegan a la primera entrada 831 y a la segunda entrada 832, respectivamente, de un segundo circuito de conmutación 830.

La señal de salida del primer dispositivo de determinación de la cantidad 800 llega hasta la primera entrada 821 y la señal de salida 810 llega a través de una inversión del signo 815 hacia la segunda entrada 822 a un segundo circuito de conmutación 820.

En la salida del primer circuito de conmutación se encuentra la cantidad de aire MA, que circula a través de la válvula de retorno de los gases de escape. En la salida del segundo circuito de conmutación 830 se encuentra la temperatura TA en el conducto de retorno de los gases de escape. Los dos medios de conmutación 820 y 830 son activados en función de la señal de salida del circuito de conmutación 805.

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El dispositivo de determinación de la cantidad 700 o bien 810 determinan la cantidad de aire MA, que circula a través de la válvula de retorno de los gases de escape, con preferencia por medio de una ecuación de estrangulación. La cantidad de aire MA, que circula a través de la válvula de retorno de los gases de escape, depende esencialmente de la presión y de la temperatura delante de la válvula de retorno de los gases de escape y de la presión según la válvula de retorno de los gases de escape y de la superficie efectiva de la válvula de retorno de los gases de escape.

En este caso, la cantidad de aire se eleva a medida que se incrementa la diferencia de la presión y a medida que se incrementa la superficie efectiva. Se reduce a medida que se eleva la temperatura delante de la válvula.

La dirección de la corriente cuantitativa a través de la válvula de retorno de los gases de escape depende de si la presión de los gases de escape P3 en el conducto de gases de escape de alta presión es mayor o menor que la presión de carga P2 en el conducto de aire fresco de alta presión. Por este motivo, están previstos dos dispositivos de determinación de la cantidad. A través de la posición del medio de conmutación 820 se determina cuál de los dos dispositivos predetermina la cantidad de aire. La posición del medio de conmutación 820 depende de la diferencia de la presión a través de la válvula de retorno de los gases de escape. De esta diferencia de la presión y, por lo tanto, también de la dirección de la circulación depende la temperatura TA que predomina en el conducto de retorno de los gases de escape.

La superficie efectiva de la válvula de estrangulación es una función de la carrera del retorno de los gases de escape AH de la válvula de retorno de los gases de escape y se tiene en cuenta de una manera preferida en forma de una curva características aplicable. Si la presión de los gases de escape P3 es mayor que la presión de carga P2, entonces se utiliza la señal de salida del primer dispositivo de determinación de la cantidad como cantidad de aire MA y la temperatura de los gases de escape T3 como temperatura TA. Esto corresponde a la posición de los medios de conmutación que se representa en la figura 8.

En cambio, si la presión de carga P2 es mayor que la presión de los gases de escape P3, entonces se llevan los medios de conmutación a la posición no representada y la señal de salida del segundo dispositivo de determinación de la cantidad 810 determina la cantidad de aire MA o bien la temperatura TA corresponde a la temperatura del aire de carga T2.

Según la invención, la cantidad de aire MA, que circula a través de la válvula de retención de los gases de escape, se obtiene a partir de la diferencia de la presión a través de la válvula de retención de los gases de escape, de la temperatura del aire, que circula a través de la válvula de retención de los gases de escape y a partir de la carrera del retorno de los gases de escape AH. La diferencia de la presión se calcula a partir de la presión de los gases de escape P3 y a partir de la presión de carga P2. En función de la diferencia de la presión se utiliza opcionalmente la temperatura del aire de carga T2 o la temperatura de los gases de escape T3 como temperatura del aire en el conducto de retorno de los gases de escape.

El control del retorno de los gases de escape se puede mejorar esencialmente cuando existe una señal, que caracteriza la cantidad de aire, que circula a través del conducto de retorno de los gases de escape. Un sensor, que suministra una señal de este tipo, es difícil de realizar, porque a través de su posición en la corriente de las cantidades de gases de escape, está expuesto a temperaturas muy altas y a fuerte contaminación.

En los sistemas actuales, se selecciona un modo de proceder indirecto. En este caso, se abre o se cierra una válvula de retorno de los gases de escape accionado con medios neumáticos hasta que la cantidad de aire ML21 medida a través de un sensor alcanza su valor teórico. La cantidad de gases de escape retornada se obtiene a partir de la diferencia entre la cantidad de aire ML22, que circula en el motor de combustión interna, y la cantidad de aire ML21, que circula a través del compresor. Este modo de proceder tiene dos inconvenientes esenciales:

En el caso de cantidades pequeñas de retorno de loa gases de escape, las tolerancias del sensor para la detección de la cantidad de aire conducen a errores muy grandes en el caudal de retorno de los gases de escape. El circuito de regulación para la válvula de retorno de los gases de escape contienen muchos componente, en parte, inertes, de manera que se mantiene limitada la dinámica. Ambos efectos, es decir, grandes tolerancias y una dinámica insuficiente conducen a valores peores de los gases de escape.

En el caso de los reguladores del retorno de los gases de escape con un sensor de recorrido integrado, se regula de una manera muy rápida y exacta con un circuito de regulación subordinado la posición de la válvula.

En la válvula eléctrica de retorno de los gases de escape, la fuerza necesaria es generada a través de un electroimán. En el caso de una regulación subordinada de la posición, se mide la posición actual de la válvula a través de un sensor del recorrido, y se varía la corriente hasta que la válvula ha adoptado la posición deseada. En esta posición final, la corriente es una medida para la fuerza de retención necesaria. Esta fuerza de retención depende esencialmente de la diferencia de la presión delante y detrás de la válvula. La corriente a través de la bobina es una señal de medición para la diferencia de la presión a través de la válvula de retorno de los gases de escape.

A partir de la geometría de la válvula conocida, a partir de la carrera de retorno de los gases de escape y de la diferencia de la presión, se calcula la corriente de las cantidades normalizadas a la temperatura a través de la válvula. La geometría de a válvula está determinada desde el punto de vista de la construcción. La carrera se obtiene a partir del sensor de recorrido integrado. La diferencia de la presión se deriva a partir de la corriente de las bobinas.

La señal de la corriente, que está presente en una válvula eléctrica de retorno de los gases de escape sirve para la determinación de la diferencia de la presión a través de la válvula de retorno de los gases de escape.

A partir de la presión de carga P, de la diferencia de la presión, de la carrera de retorno de los gases de escape AH y de la geometría de la válvula se puede determinar la cantidad de aire MA normalizada a la temperatura, que circula a través de la válvula de retorno de los gases de escape.

Según la invención, este valor sirve como valor teórico en un circuito de regulación subordinado para la cantidad de aire MA. De esta manera, se puede ajustar de una manera rápida y precisa la cantidad de aire normalizada a la temperatura, que circula a través de la válvula de retorno de los gases de escape.

A través de la medición directa de la cantidad de aire MA se pueden conseguir tolerancias más pequeñas del caudal de retorno de loa gases de escape. A través de la regulación subordinada de la cantidad de aire normalizada MA se puede conseguir una mejora esencial de la dinámica.

A través de la diferencia de la presión entre el conducto de gases de escape de alta presión y el conducto de aire fresco de alta presión actúa una fuerza de gas FP sobre la válvula de retorno de los gases de escape. Para mantener la válvula, esta fuerza debe ser compensada a través de la fuerza del electroimán FM. Esta fuerza depende directamente de la corriente a través del imán I_{m}.

De esta manera, se obtiene la ecuación de medición para la diferencia de la presión:

P_{3} - P_{2} = f_{1} (FM) = f_{2} (AH, I_{m})

La relación no lineal f_{2} se determina a través de la medición sobre una instalación de prueba adecuada. A partir de la relación f_{2} conocida, de la carrera AH y de la corriente I_{m} a través del imán se determina la diferencia actual de la presión.

La corriente cuantitativa normalizada a la temperatura a través de la válvula se obtiene según la ecuación del caudal:

MA_{norm} = MA \sqrt{T3} = A(AH)P\psi \left(\frac{P3}{P2}\right)

En este caso significan:

MA_{norm}: corriente de masas normalizada a la temperatura

MA: corriente de masas

P2: presión de carga

P3: presión de los gases de escape

T3: temperatura de los gases de escape

A(AH): coeficiente de estrangulamiento

\Psi: función del caudal de flujo.

La variación del coeficiente de estrangulamiento como función de la carrera así como el desarrollo exacto de la función del caudal de flujo debe determinarse con anterioridad a través de la medición en una instalación de prueba adecuada.

Por medio de la ecuación anterior se calcula la cantidad de aire normalizada a la temperatura. A partir de la cantidad de aire normalizada a la temperatura se determina, junto con un valor medido o estimado para la temperatura de los gases de escape T3, la cantidad de aire MA, que circula a través de la válvula de retorno de los gases de escape. Este cálculo se realiza, por ejemplo, en los dispositivos de determinación de las cantidades 800 y 810.

Para este modo de proceder no son necesarios incondicionalmente otros modelos parciales. Así, por ejemplo, la presión de carga se puede medir directamente y la presión de los gases de escape P3 se puede determinar a partir de la diferencia de la presión y de la presión de carga P2. La diferencia de la presión se determina en este caso de una manera preferida a partir de la carrera de retorno de los gases de escape AH y a partir de la corriente, que fluye a través de la válvula.

La determinación de la carrera del cargador LH a partir de la relación de exploración LTV para el cargador se realiza en el bloque 213. La conversión correspondiente de la señal de activación ATV para la válvula de retorno de los gases de escape en la carrera de retorno de los gases de escape AH de la válvula de retorno de los gases de escape se realiza en el bloque 219 de la figura 2.

El bloque 213 y el bloque 219 están configurados similares en cuanto a su estructura. Los dos bloques se diferencian solamente en el tipo de conversión. Esencialmente, está constituido por un campo característico o bien por una conversión, que convierte la relación de exploración LTV o bien ATV respectiva en una carrera. En una primera etapa se limita la relación de exploración a un valor físicamente conveniente entre 0% y 100%. La dinámica del convertidor electroneumático es asimétrica, es decir, que la carrera del regulador se mueve en una dirección de una manera claramente más rápida que en la otra dirección. Esto se modela a través de un miembro de retardo PT1 asimétrico. Es decir, que para variables de salida ascendentes y descendentes AH y LH están activas diferentes constantes de tiempo. La salida del miembro PT1 sirve como variable de entrada de una curva característica a aplicar. Aquí se convierte la relación de exploración retardada en una carrera relativa entre 0% y 100%. Esta carrera LH o bien AH sirve entonces como variable de entrada de los diferentes modelos.

Claims

1. Procedimiento para el control de un motor de combustión interna con un sistema de aire, en el que por medio de al menos un modelo se determina al menos una variable, que caracteriza el sistema de aire,a partir de al menos una variable de ajuste y de al menos una variable de medición, que caracteriza el estado del aire del medio ambiente, caracterizado porque el modelo comprende al menos un primer modelo parcial y un segundo modelo parcial, en el que las variables de salida son determinadas por medio de un modelo parcial a partir de las variables de entrada, porque como variables de entrada del primer modelo parcial se tienen en cuenta, además de al menos una variable de salida de un segundo modelo parcial, adicionalmente la variable de ajuste y la variable de medición, en el que como variable de ajuste se tiene en cuenta al menos una variable, que caracteriza la cantidad de combustible a inyectar.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como variable de ajuste se utiliza una cantidad de combustible (ME), que caracteriza la cantidad de combustible a inyectar, una relación de exploración de retorno de los gases de escape (ATV), que caracteriza la señal de activación para un regulador para ejercer una influencia sobre el conducto de retorno de los gases de escape y/o una relación de exploración del cargador (LTV), que caracteriza la señal de activación para un regulador pata ejercer una influencia sobre la curva característica de un cargador.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como variable de ajuste se utiliza al menos una variable del número de revoluciones (N), que caracteriza el número de revoluciones del motor de combustión interna, una temperatura del medio ambiente (T1), que caracteriza la temperatura del aire del medio ambiente y/o una presión del medio ambiente (P1), que caracteriza la presión del aire del medio ambiente.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un modelo de compresor (206) determina a partir de al menos un número de revoluciones del cargado (NL), a partir de la presión del medio ambiente (P1), a partir de la presión de carga (P2) y a partir de la temperatura del medio ambiente (T1) al menos la cantidad de aire (ML21), que circula a través del compresor, la potencia del cargador (PL) y la temperatura del aire de carga (T2).

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la cantidad de aire (ML21) se determina a partir de la densidad y del volumen del aire, que circula a través del compresor, siendo determinada la densidad a partir de la temperatura del medio ambiente (T1) y a partir de la presión del medio ambiente (P1), y siendo determinado el volumen a partir del número de revoluciones del cargador (NL) y a partir de la diferencia de la entalpía, siendo determinada la diferencia de la entalpía a partir de la presión del medio ambiente (P1) y a partir de la presión de carga (P2).

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un modelo del conducto de aire fresco de alta presión determina al menos la presión de carga (P2), la porción de oxígeno (MO22), la cantidad de aire, que circula en el motor de combustión interna, y la temperatura de la mezcla (T22) a partir de al menos las cantidades de aire (ML21, ML22 y MA) que circulan en el conducto de aire fresco de alta presión, sus porcentajes de oxígeno, la temperatura del aire de carga (T2) y la temperatura (TA) en el conducto de retorno de los gases de escape.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la porción de oxígeno (MO22), que circula en el motor de combustión interna, se determina a partir de las cantidades de aire (ML21, ML22 y MA) que circulan en el conducto de aire fresco de alta presión y sus porciones de oxígeno y al menos una constante y/o porque la presión de carga (P2) se determina a través de la integración de los valores absolutos de las modificaciones de la presión, que se predeterminan a partir de las cantidades de aire de entrada y/o de salida y se predeterminan sus temperaturas.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un modelo de cilindro calcula al menos la temperatura de los gases de salida (T3), la cantidad de aire (ML22), que circula al motor de combustión interna, y la cantidad de aire (ML31), y la cantidad de aire (ML31), que circula desde el motor de combustión interna, y su porción de oxígeno (MO31) a partir de al menos la cantidad de combustible (ME), el número de revoluciones (N), la presión de carga (P2), la temperatura de la mezcla (T22) y la porción de oxígeno (MO22) del aire, que circula en el motor de combustión interna.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque la temperatura de los gases de escapa (T3) se determina a partir de la cantidad de oxígeno (ME) y de la temperatura de la mezcla (T22) y/o porque las cantidades de aire (ML22 y ML31), que circulan en el motor de combustión interna y desde el motor de combustión interna, son determinada a partir de la temperatura (T22) y a partir de la presión (P2) del gas que afluye al motor de combustión interna, del número de revoluciones (N) y/o de la cantidad de combustible (ME).

10. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un modelo de turbinas determina al menos la presión de los gases de escape (P3), el número de revoluciones del cargador (NL) y la temperatura (T4) detrás de la turbina a partir de al menos la carrera del cargador, la temperatura de los gases de escape (T3), la presión (P4) detrás de la turbina, y la cantidad de aire (ML32), que circula a través de la turbina.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque la presión de los gases de escape (P3) se determina a partir de la carrera del cargador (LH), la cantidad de aire (ML32), que circula a través de la turbina, la presión (P4) detrás de la turbina y la temperatura de los gases de escape (T3) y/o porque la diferencia de la entalpía a través de la turbina se determina a partir de la diferencia de la presión a través de la turbina, que se calcula a partir de la presión de los gases de escape (P3) y a partir de la presión (P4) detrás de la turbina, y se determina la presión de los gases de escape, y/o porque la temperatura (T4) en el conducto de escape se determina a partir de la diferencia de la entalpía y de la temperatura de los gases de escape (T3) y/o porque el número de revoluciones del cargador se determina a partir de la diferencia de la entalpía, de la potencia del cargador (PL) y de la cantidad de aire (ML32), que circula a través de la turbina.

12. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un modelo de las turbinas determina al menos la presión de los gases de escape (P3), el número de revoluciones del cargador (NL) y la temperatura (T4) después de la turbina a partir de al menos una carrera del cargador (LH), la cantidad de aire, que circula a través de la turbina, a partir de la presión (P4) después de la turbina y a partir de la temperatura de los gases de escape (T3).

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque la presión de los gases de escape (P3) se determina a partir de la carrera del cargador (LH), a partir de la cantidad de aire (ML32), que circula a través de la turbina, a partir de la presión (P4) detrás de la turbina y a partir de la temperatura de los gases de escape (T3), y/o porque se determina la diferencia de la entalpía a través de la turbina a partir de la diferencia de la presión a través de la turbina y de la temperatura de los gases de escape (T3), y/o porque se determina la temperatura (T4) después de la turbina a partir de la diferencia de la entalpía y de la temperatura de los gases de escape (T3), y/o porque se determina el número de revoluciones a partir de la diferencia de la entalpía, a partir de la potencia del cargador (PL) y a partir de la cantidad de aire (ML32), que circula a través de la turbina.

14. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un modelo del conducto de escape determina la presión detrás de la turbina a partir de al menos la cantidad de aire (ML32), que circula a través de la turbina, a partir de la presión del medio ambiente (P1) y de la temperatura (T4) después de la turbina.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un modelo de retorno de los gases de escape determina la temperatura (TA) y la cantidad de aire (MA), que circula a través del conducto de retorno de los gases de escape, a partir de la carrera de retorno de los gases de escape (AH), de la temperatura (T2, T3) y de la presión (P2, P3) delante y detrás de la válvula de retorno de los gases de escape.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque la cantidad de aire (MA), que circula a través de la válvula de retorno de los gases de escape, se determina a partir de la diferencia de la presión a través de la válvula de retorno de los gases de escape, a partir de la temperatura del aire, que circula a través de la válvula de retorno de los gases de escape, y a partir de la carrera de retorno de los gases de escape (AH), siendo utilizada, en función de la diferencia de la presión, a través de la válvula de retorno de los gases de escape, de una maneras opcional la temperatura del aire de carga (T2) o la temperatura de los gases de escape (T3) como temperatura del aire en el conducto de retorno de los gases de escape.

17. Dispositivo para el control de un motor de combustión interna con un sistema de aire, en el que por medio de al menos un modelo se determina al menos una variable, que caracteriza el sistema de aire, a partir de al menos una variable de ajuste y de al menos una variable de medición, que caracteriza el estado del aire del medio ambiente, caracterizado porque el modelo comprende al menos un primer modelo parcial y un segundo modelo parcial, que determinan las variables de salida a parcial a partir de las variables de entrada, porque como variables de entrada del primer modelo parcial se tienen en cuenta, además de al menos una variable de salida de un segundo modelo parcial, adicionalmente la variable de ajuste y la variable de medición, en el que como variable de ajuste se tiene en cuenta al menos una variable, que caracteriza la cantidad de combustible a inyectar.