ES2262711T3 - Metodo para estimar la cantidad de aire en un motor de combustion interna equipado con un circuito de recirculacion de gas de escape. - Google Patents
Metodo para estimar la cantidad de aire en un motor de combustion interna equipado con un circuito de recirculacion de gas de escape.Info
- Publication number
- ES2262711T3 ES2262711T3 ES02000704T ES02000704T ES2262711T3 ES 2262711 T3 ES2262711 T3 ES 2262711T3 ES 02000704 T ES02000704 T ES 02000704T ES 02000704 T ES02000704 T ES 02000704T ES 2262711 T3 ES2262711 T3 ES 2262711T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- clean air
- mass
- gas
- lambda
- present
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
- F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
- F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
- F02D41/0072—Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
- F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
- F02D41/1458—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with determination means using an estimation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1413—Controller structures or design
- F02D2041/1415—Controller structures or design using a state feedback or a state space representation
- F02D2041/1416—Observer
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Método para estimar la cantidad de aire limpio (maira, mairs) presente en los colectores de admisión y de escape (3, 5) de un motor de combustión interna (1) con un circuito de recirculación (9, 10) mediante un observador (O), que se aplica a un sistema (S), que modela el sistema físico constituido por los colectores de admisión y de escape (3, 5); el sistema (S) a observar se obtiene a partir de ecuaciones diferenciales, que regulan los procesos de mezcla de los gases, y a partir de una ecuación que representa el comportamiento del sensor lambda (13); el método se caracteriza porque las variables de estado (x) de dicho sistema (S) son una masa (maira) de aire limpio que está presente en el colector de admisión (3), una masa (mairs) de aire limpio que está presente en el colector de escape (5) y una masa (mairlam) de aire limpio equivalente a la lectura de oxígeno que lleva a cabo un sensor lambda (13); siendo las variables de entrada (u) de dicho sistema (S) un caudal (dmthr/dt) de aire que suministra una válvula de mariposa (7), y un caudal (dmfuel/dt) de combustible que se inyecta en el cilindro (2) y siendo la variable de salida (y) de dicho sistema (S) una masa (moxylam) de oxígeno, que es equivalente a la lectura de oxígeno que lleva a cabo el sensor lambda (13).
Description
Método para estimar la cantidad de aire en un
motor de combustión interna equipado con un circuito de
recirculación de gas de escape.
La presente invención se refiere a un método
para estimar la cantidad de aire limpio presente en los colectores
de admisión y de escape de un motor de combustión interna con un
circuito de recirculación (se conoce también como "circuito
EGR").
Como es sabido, el sistema de control de un
motor de combustión interna debe admitir en cada cilindro y en cada
ciclo una cantidad de combustible (es decir, gasolina o gasóleo) y
una cantidad de comburente (es decir, de aire que contiene
aproximadamente un 20% de oxígeno), determinadas de tal menara que
hagan que la combustión tenga lugar en condiciones óptimas, para
maximizar el rendimiento y reducir la generación de sustancias
contaminantes.
En motores de combustión interna, la cantidad de
aire limpio que se admite en cada cilindro depende únicamente de la
posición de la válvula de mariposa, mientras que en motores de
combustión interna con circuito de recirculación, se recircula una
parte de los gases presentes en el colector de escape y se admite en
el colector de admisión, y de esta manera la cantidad de aire
limpio que se admite en cada cilindro depende tanto de la posición
de la válvula de mariposa como del caudal y composición de los
gases de recirculación. En particular, el caudal del gas que se
recircula puede alcanzar el 30% del caudal de la válvula de
mariposa, y el porcentaje de aire limpio en los gases de escape
puede alcanzar el 50%; es por lo tanto evidente que hasta el 15% del
aire limpio presente en el colector de admisión se puede obtener a
partir de la tubería de recirculación.
Para permitir que el sistema de control de un
motor de combustión interna con un circuito de recirculación
funcione correctamente, es necesario proporcionar al propio sistema
de control una estimación de la cantidad de aire limpio presente en
los colectores de admisión y de escape, para permitir que el sistema
de control accione tanto la válvula de mariposa como la válvula de
recirculación, con el fin de admitir en cada cilindro la cantidad
óptima de aire limpio, de acuerdo con la cantidad de combustible que
se proporciona.
Se sabe que para determinar una estimación en
tiempo real de la cantidad de aire limpio presente en los colectores
de admisión y de escape se puede emplear un par de sensores de
oxígeno lineales, que se disponen respectivamente en el colector de
admisión y en el colector de escape; sin embargo, esta solución es
relativamente costosa, debido al elevado coste de los sensores de
oxígeno lineales.
También se ha propuesto estimar la cantidad de
aire limpio presente en el colector de escape mediante la señal del
sensor lambda que se dispone en la tubería de escape; sin embargo,
la señal del sensor lambda que se dispone en la tubería de escape
tiene retrasos que son muy largos (típicamente de aproximadamente
200 ms) en relación con la duración de un ciclo del motor (variable
entre 10 y 100 ms), y por lo tanto no permite que el sistema de
control tenga niveles de control dinámico del rendimiento
relativamente buenos (en particular en respuesta a
variaciones
bruscas).
bruscas).
El siguiente artículo describe un método para
estimar la cantidad de aire limpio presente en los colectores de
admisión y de escape de un motor de combustión interna con un
circuito de recirculación mediante un observador que se aplica al
sistema, que modela el sistema físico constituido por el colector de
admisión y el de escape. "EGO Sensor Based Robust Output Control
of EGR in Diesel Engine" – Alois Amstutz and Luigi R. Del RE –
8425 IEEE TRANSACTION ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY, IEEE INC. NEW
YORK, US, vol. 3, no. 1,1 de marzo de 1995
(1995-03-01), páginas
39-48, XP000508609, ISSN:
1063-6563.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un método para estimar la cantidad de aire limpio
presente en los colectores de admisión y de escape de un motor de
combustión interna con un circuito de recirculación, que carece de
los inconvenientes descritos anteriormente, y en particular que se
acciona de forma sencilla y económica.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un método para estimar la cantidad de aire limpio
presente en los colectores de admisión y de escape de un motor de
combustión interna con un circuito de recirculación, como se indica
en las reivindicaciones adjuntas.
La presente invención se describirá a
continuación con referencia al dibujo adjunto, que muestra una
realización no limitante de la misma, donde la figura adjunta es
una vista esquemática de un motor de combustión interna con un
circuito de recirculación que funciona de acuerdo con el método que
es el objeto de la presente invención.
En la figura 1, 1 indica el conjunto de un motor
de combustión interna que está provisto de cuatro cilindros 2 (de
los cuales uno se muestra en la figura 1), cada uno de los cuales
está conectado a un colector de admisión 3 por medio de una
respectiva válvula de admisión 4, y a un colector de escape 5 por
medio de una respectiva válvula de escape 6. El colector de
admisión 3 recibe aire limpio (es decir, aire que se obtiene del
medio externo, y que contiene aproximadamente un 20% de oxígeno),
por medio de una válvula de mariposa 7, que se puede regular entre
una posición de cierre y una posición de máxima apertura. A partir
del colector de escape 5 se extiende una tubería de escape 8, que
termina en un silenciador (que es conocido y no se muestra), para
emitir a la atmósfera los gases producidos por la combustión, y una
tubería de recirculación 9, que conecta el colector de escape 5 con
el colector de admisión 3, y que se regula mediante una válvula de
recirculación 10, que se puede regular entre una posición de cierre
y una posición de máxima apertura.
De acuerdo con una realización preferida, el
combustible (por ejemplo, gasolina, gasóleo, metano, LPG, etc.) se
inyecta directamente en cada cilindro 2, por medio de un inyector
respectivo 11 de un tipo esencialmente conocido; de acuerdo con una
realización diferente, que no se muestra y el inyector 11 o los
inyectores 11 se disponen en el interior del colector de admisión
3.
El motor 1 comprende adicionalmente una unidad
de control 12, que en particular controla en cada ciclo la válvula
de mariposa 7, la válvula de recirculación 10 y los inyectores 11,
para llenar los cilindros 2 con una cantidad de mezcla de comburente
(aire limpio) y combustible, en una proporción que se determina de
acuerdo a las condiciones operativas del motor 1, y es dependiente
de las órdenes que se reciben del conductor. Hay un sensor lambda 13
conectado a la unidad de control 12, que se dispone físicamente en
la tubería de escape 8, y puede determinar de una forma conocida la
cantidad de oxígeno presente en los gases que contiene la propia
tubería de escape 8.
La unidad de control 12 está provista de un
dispositivo estimador 14, que puede suministrar a la propia unidad
de control 12 una estimación instante a instante de la masa
m_{aira} de aire limpio presente en el colector de admisión 3, y
una estimación de la masa m_{airs} de aire limpio presente en el
colector de escape 5; en particular, el dispositivo estimador 14
puede suministrar a la unidad de control 12 instante a instante una
estimación del porcentaje %_{aira} de aire limpio presente en el
colector de admisión 3, y una estimación del porcentaje %_{airs}
de aire limpio presente en el colector de escape 5, comparados con
las masas totales correspondientes de gas m_{colla} y m_{colls}
presentes respectivamente en el colector de admisión 5 y en el
colector de escape 5. En otras palabras:
%_{aira} = 100
* (m_{aira} /
m_{colla})
%_{airs} = 100
* (m_{airs} /
m_{colls})
Para estimar instante a instante la masa
m_{aira} de aire limpio presente en el colector de admisión 3 y
la masa m_{airs} de aire limpio presente en el colector de escape
5, el sistema físico constituido por los colectores de admisión 3 y
de escape 5 se modela con las ecuaciones diferenciales que regulan
el proceso de mezcla de los gases en los propios colectores de
admisión 3 y de escape 5:
en las
que:
dm_{th}/dt es el caudal de aire que suministra
la válvula de mariposa 7, que está compuesto íntegramente por aire
limpio, ya que se obtiene directamente a partir de la atmósfera;
dm_{EGR}/dt es el caudal de gas en la tubería
de recirculación 9 que, ya que se obtiene a partir del colector de
escape 5, contiene una fracción de aire limpio igual a m_{airs}/
m_{colls};
dm_{eng}/dt es el caudal de gas que se
suministra al cilindro 2 que, ya que se obtiene a partir del
colector de admisión 3, contiene una fracción de aire limpio igual
a m_{aira}/m_{colla};
dm_{fuel}/dt es el caudal de combustible que
se inyecta en el cilindro 2, combustible que consume una cantidad
de aire igual a su masa multiplicada por la proporción
estequiométrica AF_{stech} (que en el caso de aire/gasolina es
igual a 14,56); y
dm_{out}/dt es el caudal de gas en la tubería
de escape 8 que, ya que se obtiene a partir del colector de escape
5, contiene una fracción de aire limpio igual a
m_{airs}/m_{colls.}
Para simplificar las ecuaciones que se han
proporcionado anteriormente, se asume que no hay acumulación de
masa en el colector de escape 5; en otras palabras, se asume que en
el colector de escape 5, la variación del porcentaje %_{airs} de
aire limpio está causada exclusivamente por la variación de las
concentraciones que aporta el cilindro 2, y no se ve afectada por
la variación de acumulación de masa. Esta hipótesis es realista, y
no introduce errores significativos, ya que el colector de escape 5
generalmente tiene un volumen reducido (que es significativamente
menor que el volumen del colector de admisión 3), y se resume en la
siguiente ecuación:
\frac{dm_{out}}{dt} =
\frac{dm_{eng}}{dt} + \frac{dm_{fuel}}{dt} -
\frac{dm_{EGR}}{dt}
En base a esta hipótesis, las ecuaciones
diferenciales que regulan el proceso de mezcla de los gases en los
colectores de admisión 3 y de escape 5 se transforman en:
Además de la modelación del sistema físico
constituido por los colectores de admisión 3 y de escape 5 que se
ha descrito anteriormente, se modela el transporte de gas a través
de la tubería de escape 8, hasta el sensor lambda 13, incluyendo el
retraso de la respuesta del propio sensor lambda 13; el subsistema
se aproxima con un filtro de primer orden, representado por la
siguiente ecuación:
\frac{dm_{airlam}}{dt} = -
\frac{1}{t_{\lambda}} \cdot (m_{airlam} -
m_{airs})
en la
que:
m_{airlam} es la masa de aire equivalente a la
lectura de oxígeno que ha llevado a cabo el sensor lambda 13; y
t \lambda es la constante temporal del filtro
de primer orden, es decir, aproximadamente un tercio del tiempo de
respuesta del sensor lambda 13.
Se debe señalar que la masa equivalente
m_{airlam} de aire limpio no tiene significado físico, ya que no
se produce un aumento de la densidad de la masa de gas en el sensor
lambda 13; la masa m_{airlam} de aire limpio equivalente
representa la masa de aire que se obtendría en un colector
hipotético situado en el punto de conexión del sensor, y lleno con
gas con una masa equivalente a la masa total m_{colls} de gas
presente en el colector de escape 5. La masa m_{airlam} de aire
limpio equivalente se asocia con la medida \lambda del sensor
lambda 13, mediante una proporción estadística conocida.
Aplicando la ecuación de estado de los gases al
colector de admisión 3, y al colector de escape 5, se obtienen las
siguientes ecuaciones:
m_{colla} =
\frac{P_{colla} \cdot V_{colla}}{R \cdot
T_{colla}}
m_{colls} =
\frac{P_{colls} \cdot V_{colls}}{R \cdot
T_{colls}}
en las
que:
P_{colla} es la presión del gas en el colector
de admisión 3, que se mide en tiempo real mediante un sensor 15 de
un tipo conocido que se dispone en el propio colector de admisión
3;
T_{colla} es la temperatura del gas en el
colector de admisión 3; que se mide en tiempo real mediante el
sensor 15;
V_{colla} es el volumen interno del colector
de admisión 3, que es constante y conocido a partir de los datos de
diseño del propio colector de admisión 3;
P_{colls} es la presión en el colector de
escape 5, que se mide en tiempo real mediante un sensor 16 de un
tipo conocido que se dispone en el propio colector de escape;
T_{colls} es la temperatura del gas en el
colector de escape 5; que se mide en tiempo real mediante el sensor
16;
V_{colls} es el volumen interno del colector
de escape 5, que es constante y conocido a partir de los datos de
diseño del propio colector de escape 5;
R es la constante de los gases presentes en los
colectores de admisión 3 y de escape 5. La constante R varía según
varía la composición de los gases presentes (en particular cuando
varía el peso molecular de los gases presentes); sin embargo, la
variación de la constante R entre el aire limpio y el gas de
combustión es muy reducida, y en la primera aproximación de las
ecuaciones anteriores, siempre es posible usar un único valor medio
de la constante igual a 287 Pa m^{3}/º K Kg.
La descripción anterior se puede resumir en un
sistema de tercer orden S, con coeficientes variables que
recapitulan las ecuaciones:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Como variables de estado del sistema S, se
selecciona la masa m_{aira} de aire limpio presente en el colector
de admisión 3, la masa m_{airs} de aire limpio presente en el
colector de escape 5, y la masa m_{airlam} de aire limpio
equivalente a la lectura de oxígeno que ha llevado a cabo el sensor
lambda 13; estas variables de estado se describen mediante el vector
x:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Como variables de entrada del sistema S, se
seleccionan el caudal dm_{thr}/dt de aire que suministra la
válvula de mariposa 7, y el caudal dm_{fuel}/dt de combustible que
se inyecta en el cilindro 2; estas variables de entrada se describen
mediante el vector u:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Finalmente, como variable de salida del sistema
S se seleccionan la masa m_{airlam} de aire limpio equivalente a
la lectura que ha llevado a cabo el sensor lambda 13; esta variable
de salida se describe mediante el vector y:
y =
[m_{airlam}]
\newpage
Las matrices A (u) y B de coeficientes y el
vector C de coeficientes también se definen:
Se debe señalar que uno de los elementos de la
matriz A depende del caudal dm_{fuel}/dt de combustible que se
inyecta en el cilindro 2, es decir, de una de las entradas u; sin
embargo, esta dependencia es relativamente baja, ya que en el
cálculo del coeficiente de la matriz A, el caudal dm_{fuel}/dt de
combustible que se suministra en el cilindro 2 se suma al caudal
dm_{engl}/dt de aire que se suministra al cilindro 2, que es
numéricamente mucho más significativo que el caudal dm_{fuel}/dt
del propio combustible. Esencialmente por lo tanto, los valores
propios son estables, y se ven poco influidos por las entradas u, y
por resta razón en la siguiente descripción, se desprecia la
dependencia de la matriz A sobre las entradas u; sin embargo debe
señalarse que los valores propios varían si el punto de aproximación
varía.
Para resumir la información precedente, el
sistema S se recapitula mediante las ecuaciones:
El sistema S de ecuaciones diferenciales que
determina las condiciones estacionarias (deriva cero y balance de
masa en el colector de admisión 3) proporciona la siguiente
ecuación, que asocia la medida \lambda del sensor lambda 13
(normalmente contenida entre 0,9 y 3) con la salida y del sistema
dinámico S:
\lambda \cdot
AF_{stech}=
\frac{\frac{dm_{thr}}{dt}}{\frac{dm_{fuel}}{dt}}
m_{airlam}(\lambda) = m_{colls}
\cdot \frac{AF_{stech} \cdot (\lambda - 1)}{1+ \lambda \cdot
AF_{stech}}
Las ecuaciones anteriores son suficientes para
resumir para un observador O el estado x del sistema S, que (como
puede determinarse fácilmente a partir de la bien conocida teoría de
observadores) puede observarse cuando el siguiente factor
determinante es distinto de cero:
y esta condición de distinto de
cero siempre se aplica cuando el motor 1 está en
movimiento.
Si se resume el sistema S, se obtiene lo
siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
donde las matrices x e
y son los valores estimados de x e y (donde y es m_{airlam}
(\lambda) que se ha descrito anteriormente) A, B y C son las
matrices del sistema real S que se han descrito anteriormente, y el
vector K es la ganancia del observador O, por medio de la cual se
fijan los polos del propio observador
O.
La forma final del observador O en el espacio de
estado es:
\vskip1.000000\baselineskip
El observador O que se ha descrito anteriormente
es un observador O del estado de la composición del gas en el
sistema de admisión/escape del motor 1, se implementa de una forma
conocida en el dispositivo estimador 14, y se puede activar en
cuanto se pone en marcha el motor 1. Ensayos experimentales han
demostrado que es ventajoso esperar a que el motor 1 alcance la
estabilidad térmica antes de activar el observador O.
La salida del observador O consiste en las
estimaciones m_{airs} y m_{airs} de las masas de
aire limpio presentes respectivamente en el colector de admisión 3
y en el colector de escape 5; estas estimaciones se pueden expresar
en forma de un porcentaje, ya que, a partir de la ecuación de los
gases que se ha proporcionado anteriormente, se conocen las masas
totales m_{colla} y m_{colls} que están presentes
respectivamente en el colector de admisión 3 y en el colector de
escape 5. El dispositivo estimador 1 puede suministrar de esta
forma en tiempo real a la unidad de control 12 una estimación del
porcentaje %_{aira} de aire limpio presente en el colector de
admisión, y una estimación del porcentaje %_{airs} de aire limpio
presente en el colector de escape 5, en relación a las
correspondientes masas totales m_{colla} y m_{colls} de gas
presentes respectivamente en el colector de admisión 3 y en el
colector de escape 5.
Durante el funcionamiento del motor 1, la unidad
de control 12 usa las estimaciones de los porcentajes %_{aira} y
%_{airs} de aire limpio presentes en el colector de admisión 3 y
en el colector de escape 5, para controlar la válvula de mariposa
7, la válvula de recirculación 10 y los inyectores 11, para llenar
los cilindros 2 con una cantidad de mezcla de comburente (aire
limpio) y combustible en una proporción que se determina de acuerdo
con las condiciones operativas del motor 1, y de acuerdo con las
órdenes que se reciben a partir del conductor.
Preferiblemente, los objetivos del caudal de la
válvula de recirculación 10 (o válvula EGR) y de la válvula de
mariposa 7 se indican como el caudal objetivo dm_{airtobj}/dt de
aire limpio que se requiere en el cilindro 2, y como la proporción
objetiva EGR_EFF_OBJ entre el caudal dm_{airtobj}/dt de gas que se
suministra mediante la tubería de recirculación 9 y el caudal total
dm_{eng}/dt de gas que se suministra al cilindro 2; determinándose
estos objetivos de una forma conocida mediante la unidad de control
12, de acuerdo con el punto de aproximación, para optimizar la
combustión en el cilindro 2.
El caudal objetivo dm_{airtobj}/dt y la
proporción objetiva EGR_EFF_OBJ se traducen en un caudal objetivo
dm_{throbj/}dt de aire a través de la válvula de mariposa 7, y en
un caudal objetivo dm_{EGRobj}/dt de gas a través de la tubería
de recirculación 9, para controlar la válvula de mariposa 7 y la
válvula de recirculación 10 directamente; implementándose esta
traducción de los objetivos por medio de las siguientes
ecuaciones:
Debe señalarse que en el cálculo del caudal
objetivo dm_{EGRobj}/dt de aire a través de la tubería de
recirculación 9 hay un término de corrección de tipo proporcional
que se origina por la diferencia entre un valor objetivo
%_{airobj} del porcentaje de aire limpio presente en el colector
de admisión 3 y el valor percentil real %_{aira} del aire limpio
presente en el colector de admisión 3; este término de corrección de
tipo proporcional constituye esencialmente un regulador
proporcional, y se usa para garantizar un pico de caudal a través de
la tubería de recirculación 9, para permitir el vaciado rápido o el
llenado rápido del colector de admisión 3, de acuerdo con los
objetivos que determina la unidad de control 12. En otras palabras,
este término de corrección proporcional (que se puede calibrar
usando el factor de multiplicación k_{p}) hace posible acelerar
las dinámicas de llenado de la mezcla de aire limpio y gas inerte en
el colector de admisión 3, y con ello en el cilindro 2.
Además, debe señalarse que en las ecuaciones que
se han descrito anteriormente, que hacen posible calcular el caudal
objetivo de aire dm_{throbj/}dt a través de la válvula de mariposa
7, y el caudal objetivo de gas dm_{EGRobjt}/dt a través de la
tubería de recirculación 9, están presentes las estimaciones de los
porcentajes %_{aira} y %_{airs} de aire limpio, constituyendo
estas estimaciones los términos de estimación dinámicos del
observador O.
El control que se ha descrito anteriormente de
los objetivos hace posible suministrar a los activadores de las
válvulas de mariposa 7 y de la válvula de recirculación 10 objetivos
de posicionamiento que están constantemente en línea con el estado
actual que suministra el observador O, y consecuentemente, tanto en
condiciones transitorias como estacionarias, el control de los
objetivos que se han descrito anteriormente asegura la perfecta
coherencia con el caudal objetivo dm_{airtobj}/dt y con la
proporción objetiva EGR_EFF_OBJ.
El observador O asocia entre sí esencialmente
todos los valores principales de control del motor 1 (a excepción
de la válvula de avance); de acuerdo con una realización preferida,
la unidad de control 12 lleva a cabo de forma cíclica una revisión
de las estimaciones de los valores principales de control del motor
1. En otras palabras, la unidad de control 12 verifica que las
estimaciones que suministra el observador O de los valores
principales de control del motor 1 coinciden, obviamente con un
cierto intervalo de tolerancia, con los valores de los mismos
valores de control que determinan otros dispositivos de medición y/o
estimación. Por ejemplo, el valor estimado \lambda de la
medida del sensor lambda 13 se compara con el valor real \lambda
de la medida del sensor lambda 13, cuando el valor real \lambda
está disponible (normalmente con un retraso de
100-300 ms); si hay una diferencia entre los dos
valores mayor que la tolerancia que se acepta, la unidad de control
12 corrige las estimaciones, y busca las causas que han dado origen
a la diferencia entre los dos valores. Por medio de esto, la unidad
de control 12 puede tanto llevar a cabo un autodiagnóstico
(verificando si el valor estimado y el valor medido coinciden) como
llevar a cabo una autocorrección (modifica sus propias estimaciones
para intentar obtener coincidencia entre el valor estimado y el
valor medido).
De acuerdo con una realización preferida, la
unidad de control 12 usa el valor estimado \lambda de la
medida del sensor lambda 13 que suministra el dispositivo estimador
14 para controlar el motor 1, en combinación con o como una
alternativa para el valor real \lambda de la medida del sensor
lambda 13; el uso del valor estimado \lambda de la medida
del sensor lambda 13 y el valor real \lambda de la medida del
sensor lambda 13 tiene dos ventajas indiscutibles, ya que el valor
estimado \lambda no se ve afectado por retrasos en la
medida (por otra parte el valor real \lambda tiene retrasos que
varían entre 100 y 330 ms, para un ciclo del motor entre 10 y 100
ms) y el valor estimado \lambda podría estar disponible
para cada cilindro individual 2. A partir de la descripción
anterior es evidente que usando el valor estimado \lambda
de la medida del sensor lambda 13 que suministra el dispositivo
estimador 14, la unidad de control podría implementar el control
independiente de la cuenta para cada cilindro individual 2.
Claims (13)
1. Método para estimar la cantidad de aire
limpio (m_{aira}, m_{airs}) presente en los colectores de
admisión y de escape (3,5) de un motor de combustión interna (1) con
un circuito de recirculación (9, 10) mediante un observador (O),
que se aplica a un sistema (S), que modela el sistema físico
constituido por los colectores de admisión y de escape (3,5); el
sistema (S) a observar se obtiene a partir de ecuaciones
diferenciales, que regulan los procesos de mezcla de los gases, y a
partir de una ecuación que representa el comportamiento del sensor
lambda (13);
el método se caracteriza porque las
variables de estado (x) de dicho sistema (S) son una masa
(m_{aira}) de aire limpio que está presente en el colector de
admisión (3), una masa (m_{airs}) de aire limpio que está
presente en el colector de escape (5) y una masa (m_{airlam}) de
aire limpio equivalente a la lectura de oxígeno que lleva a cabo un
sensor lambda (13); siendo las variables de entrada (u) de dicho
sistema (S) un caudal (dm_{thr}/dt) de aire que suministra una
válvula de mariposa (7), y un caudal (dm_{fuel}/dt) de
combustible que se inyecta en el cilindro (2) y siendo la variable
de salida (y) de dicho sistema (S) una masa (m_{oxylam}) de
oxígeno, que es equivalente a la lectura de oxígeno que lleva a cabo
el sensor lambda (13).
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en
el que dichas ecuaciones diferenciales que regulan los procesos de
mezcla de los gases son:
en las
que:
m_{aira} es la masa de aire limpio presente en
el colector de admisión (3);
m_{colla} es la masa total de gas presente en
el colector de admisión (3);
m_{airs} es la masa de aire limpio presente en
el colector de escape (5);
m_{colls} es la masa total de gas presente en
el colector de escape (5);
dm_{thr}/dt es el caudal de aire que
suministra una válvula de mariposa (7);
dm_{EGR}/dt es el caudal de gas de la tubería
de recirculación (9);
dm_{eng}/dt es el caudal de gas que se
suministra al cilindro (2);
dm_{fuel}/dt es el caudal de combustible que
se inyecta en el cilindro (2);
AF_{stech} es la proporción estequiométrica;
y
dm_{out}/dt es el caudal de gas en la tubería
de escape (8).
3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, en
el que dichas ecuaciones diferenciales que regulan los procesos de
mezcla de los gases se simplifican como:
4. Método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el comportamiento de dicho sensor
lambda (13) se modela con un filtro de primer orden, que se
representa mediante la siguiente ecuación:
\frac{dm_{airlam}}{dt} = -
\frac{1}{t_{\lambda}} \cdot (m_{airlam} -
m_{airs})
en la
que:
m_{airs} es la masa de aire limpio presente en
el colector de escape (5);
m_{airlam} es una masa de aire limpio
equivalente a la lectura de oxígeno que lleva a cabo dicho sensor
lambda (13); y
t_{\lambda} es la constante de tiempo del
filtro de primer orden, es decir, aproximadamente un tercio del
tiempo de respuesta del sensor lambda (13).
5. Método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho sistema (S) de tercer orden
a observar se representa mediante las ecuaciones:
en las
que:
x es un vector que representa las variables de
estado del sistema (S)
y es un vector que representa las variables de
salida del sistema (S);
u es un vector que representa las variables de
entrada del sistema (S);
A es la matriz de estado del sistema (S);
B es la matriz de las entradas del sistema (S);
y
C es la matriz de las salidas del sistema
(S).
6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en
el que dicha masa total (m_{colla}) de gas presente en el
colector de admisión (3) y dicha masa total (m_{colls}) de gas
presente en el colector de escape (5) se determinan aplicando la
ecuación de los gases, conociendo el volumen (V_{a}, V_{s}) de
los colectores de admisión y de escape (3,5) y midiendo la presión
(P_{a}, P_{s}) y la temperatura (T_{a}, T_{s}) de los gases
presentes en los colectores de admisión y de escape (3,5).
7. Método de acuerdo con la reivindicación 5 y
la reivindicación 6, en el que una medida (\lambda) de dicho
sensor lambda (13) se asocia con la variable de salida de dicho
sistema (S) mediante la ecuación:
m_{airlam}(\lambda) = m_{colls}
\cdot \frac{AF_{stech} \cdot (\lambda - 1)}{1+ \lambda\cdot
AF_{stech}}
en la
que:
m_{airlam} es una masa de aire limpio
equivalente a una lectura de oxígeno que lleva a cabo dicho sensor
lambda (13);
AF_{stech} es la proporción estequiométrica;
y
m_{colls} es la masa total de gas presente en
el colector de escape (5).
8. Método de acuerdo con las reivindicaciones 6,
7 y 8, en el que dicho observador (O) tiene la siguiente forma
final:
en la
que:
x e y son los valores estimados de
los vectores x e y, respectivamente de las variables de estado y de
la salida del sistema (S);
A es la matriz de estado del sistema (S);
B es la matriz de entradas del sistema (S);
C es la matriz de las salidas del sistema (S);
y
K es el vector de ganancia del observador (O),
por medio del cual se fijan los polos del propio observador (O).
9. Método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que los objetivos del caudal de una
válvula de recirculación (10) y de una válvula de mariposa (7) se
expresan como un primer caudal objetivo (dm_{airtobj}/dt) de aire
limpio que se requiere en el cilindro (2) y como una proporción
objetiva (EGR_EFF_OBJ) entre un caudal (dm_{EGR}/dt) de gas en la
tubería de recirculación (9) y un caudal (dm_{eng}/dt) de gas que
se suministra totalmente al cilindro (2).
10. Método de acuerdo con la reivindicación 9,
en el que dicho primer caudal objetivo (dm_{airtobj}/dt) y dicha
proporción objetiva (EGR_EFF_OBJ) se traducen en un segundo caudal
objetivo (dm_{throbj}/dt) de aire a través de una válvula de
mariposa (7) y en un tercer caudal objetivo (dm_{EGR}/dt) de gas a
través de una tubería de recirculación (9) para controlar
directamente una válvula de mariposa (7) y una válvula de
recirculación (10); implementándose esta traducción de los objetivos
por medio de las siguientes ecuaciones:
en las
que:
EGR_EFF_OBJ es dicha proporción objetiva;
dm_{airtobj}/dt es dicho primer caudal
objetivo;
dmt_{hrobj}/dt es dicho segundo caudal
objetivo;
dm_{EGRobj}/dt es dicho tercer caudal
objetivo;
%_{aira} es el porcentaje de aire limpio
presente en el colector de admisión (3);
%_{airs} es el porcentaje de aire limpio
presente en el colector de escape (5); y
%_{airobj} es el objetivo del porcentaje de
aire limpio presente en el colector de admisión (3).
11. Método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho observador (O) suministra
un valor estimado (\lambda) de la medida de dicho sensor lambda
(13), usándose dicho valor estimado (\lambda) para controlar dicho
motor (1) como una alternativa para, o junto con el valor real
(\lambda) de la medida del sensor lambda (13).
12. Método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que al menos una estimación de un
valor de control de dicho motor (1), que estima dicho observador
(O), se compara con una medida sucesiva del mismo valor, para
verificar la fiabilidad del observador (O) o de la medida.
13. Método de acuerdo con la reivindicación 12,
en el que un valor estimado (\lambda) por dicho observador (O) de
la medida del sensor lambda (13) se compara con un valor real
(\lambda) de la media del propio sensor lambda (13), para
verificar la fiabilidad del observador (O) o de la medida.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT2001BO000010A ITBO20010010A1 (it) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Metodo per la stima della quantita' di aria fresca presente nei collettori di respirazione e di scarico di un motore a combustione interna c |
| ITBO01A0010 | 2001-01-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2262711T3 true ES2262711T3 (es) | 2006-12-01 |
Family
ID=11438956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES02000704T Expired - Lifetime ES2262711T3 (es) | 2001-01-12 | 2002-01-11 | Metodo para estimar la cantidad de aire en un motor de combustion interna equipado con un circuito de recirculacion de gas de escape. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6718942B2 (es) |
| EP (1) | EP1223328B1 (es) |
| BR (1) | BR0200095A (es) |
| DE (1) | DE60211569T2 (es) |
| ES (1) | ES2262711T3 (es) |
| IT (1) | ITBO20010010A1 (es) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3900080B2 (ja) * | 2002-12-17 | 2007-04-04 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の吸入空気量推定装置 |
| JP2004239128A (ja) * | 2003-02-05 | 2004-08-26 | Mazda Motor Corp | エンジン性能の予測解析方法、予測解析システム及びその制御プログラム |
| FR2851014B1 (fr) * | 2003-02-07 | 2008-03-14 | Renault Sa | Procede d'estimation du rapport air/carburant d'un moteur, procede de controle d'un moteur utilisant celui-ci et dispositif correspondant |
| DE10319330B4 (de) * | 2003-04-29 | 2010-07-08 | Continental Automotive Gmbh | System und Verfahren zum Beeinflussen der Ansauggastemperatur im Brennraum eines Verbrennungsmotors |
| DE10335399B4 (de) * | 2003-08-01 | 2016-02-11 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor |
| ATE391842T1 (de) * | 2004-06-15 | 2008-04-15 | Fiat Ricerche | Verfahren und einrichtung zur bestimmung der ansaugluftmenge einer brennkraftmaschine basierend auf der messung der sauerstoff- konzentration in einem der brennkraftmaschine zugeführten gasgemisch |
| US7987078B2 (en) * | 2006-08-10 | 2011-07-26 | Southwest Research Institute | Dynamic modeling of an internal combustion engine operating with multiple combustion modes |
| US7512479B1 (en) * | 2007-11-19 | 2009-03-31 | Southwest Research Institute | Air fraction estimation for internal combustion engines with dual-loop EGR systems |
| DE102010007865B4 (de) * | 2010-02-13 | 2021-09-02 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Verfahren zur Berechnung des einer Verbrennungskraftmaschine zugeführten Luftmassenstroms |
| US11739701B2 (en) * | 2018-11-08 | 2023-08-29 | Marelli Europe S.P.A. | Method to determine the mass of air trapped in each cylinder of an internal combustion engine |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04311643A (ja) * | 1991-04-10 | 1992-11-04 | Hitachi Ltd | エンジンの気筒流入空気量算出方法 |
| EP0719919B1 (en) * | 1994-12-30 | 2003-04-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel metering control system for internal combustion engine |
| JP3510021B2 (ja) * | 1995-09-29 | 2004-03-22 | 松下電器産業株式会社 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
| DE59700375D1 (de) * | 1996-03-15 | 1999-09-30 | Siemens Ag | Verfahren zum modellgestützten bestimmen der in die zylinder einer brennkraftmaschine einströmenden frischluftmasse bei externer abgasrückführung |
| DE19756919A1 (de) * | 1997-04-01 | 1998-10-08 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Gasfüllung eines Verbrennungsmotors |
| DE19734494C1 (de) * | 1997-08-08 | 1998-10-08 | Daimler Benz Ag | Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine |
| DE19750226C1 (de) * | 1997-11-13 | 1998-10-29 | Daimler Benz Ag | Motorregelsystem für einen Dieselmotor |
| DE19830300C2 (de) | 1998-07-07 | 2000-05-18 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs |
| US6095127A (en) | 1999-01-26 | 2000-08-01 | Ford Global Technologies, Inc. | Fuel limiting method in diesel engines having exhaust gas recirculation |
| FR2789731B1 (fr) * | 1999-02-12 | 2001-03-16 | Renault | Procede de determination du debit d'air entrant dans un moteur a combustion interne equipe d'un circuit de recirculation des gaz d'echappement |
| DE10017280A1 (de) * | 2000-04-06 | 2001-10-11 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine |
| US6481423B2 (en) * | 2000-10-12 | 2002-11-19 | Delphi Technologies, Inc. | Dynamic EGR concentration estimation method for a motor vehicle engine |
-
2001
- 2001-01-12 IT IT2001BO000010A patent/ITBO20010010A1/it unknown
-
2002
- 2002-01-11 BR BR0200095-4A patent/BR0200095A/pt not_active Application Discontinuation
- 2002-01-11 US US10/042,299 patent/US6718942B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-01-11 DE DE60211569T patent/DE60211569T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-01-11 ES ES02000704T patent/ES2262711T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2002-01-11 EP EP02000704A patent/EP1223328B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ITBO20010010A0 (it) | 2001-01-12 |
| EP1223328B1 (en) | 2006-05-24 |
| DE60211569D1 (de) | 2006-06-29 |
| DE60211569T2 (de) | 2007-04-26 |
| US6718942B2 (en) | 2004-04-13 |
| US20020152016A1 (en) | 2002-10-17 |
| EP1223328A1 (en) | 2002-07-17 |
| ITBO20010010A1 (it) | 2002-07-12 |
| BR0200095A (pt) | 2002-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7155332B2 (en) | Method for obtaining exhaust gas flow quantity, exhaust gas flow measurement apparatus, and exhaust gas recirculation control system | |
| KR100679133B1 (ko) | 내연 엔진에서의 흡입 가스 온도의 추정 장치 및 방법 | |
| ES2262711T3 (es) | Metodo para estimar la cantidad de aire en un motor de combustion interna equipado con un circuito de recirculacion de gas de escape. | |
| KR100632744B1 (ko) | 내연 기관의 흡입 공기량 추정 장치 | |
| US6715287B1 (en) | Method and device for controlling an internal combustion engine that is provided with an air system | |
| CN104373237B (zh) | 内燃发动机中燃料蒸气的基于传感器的测量和吹扫控制 | |
| JPS6340259B2 (es) | ||
| JPH0524341B2 (es) | ||
| US6711490B2 (en) | Intake air amount computing apparatus and method for the same, and intake pressure computing apparatus and method for the same | |
| US20080098734A1 (en) | Engine Control Method | |
| CN108571391B (zh) | 内燃机的控制装置以及控制方法 | |
| JP3610839B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
| US6109249A (en) | System for operating an internal combustion engine | |
| CN101413450B (zh) | 发动机控制装置 | |
| KR900000147B1 (ko) | 내연기관의 공연비(空燃比) 제어장치 | |
| Hendricks et al. | Mean value si engine model for control studies | |
| CN106460698A (zh) | 用于操作内燃发动机的方法及装置 | |
| JP2003314347A (ja) | 内燃機関の筒内充填空気量検出装置 | |
| CN108506108B (zh) | 电子电路装置及使用电子电路装置的车辆 | |
| JP2000087771A (ja) | ガス燃料内燃機関の供給燃料制御装置 | |
| KR20070059969A (ko) | 내연 엔진 작동 방법 및 장치 | |
| JP2001091370A (ja) | 流体温度推定装置 | |
| JP3551706B2 (ja) | エンジンの吸気制御装置 | |
| JP2005083345A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| JPH05141299A (ja) | 内燃機関の空燃比制御方法 |