ES2264047T3 - Procedimiento y dispositivo para hacer funcionar un motor de combustion interna con un turbocompresor de gases de escape. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para hacer funcionar un motor de combustion interna con un turbocompresor de gases de escape.Info
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Abstract
Procedimiento para hacer funcionar un motor de combustión interna (1) con un turbocompresor de gases de escape (5, 10, 15, estableciéndose una masa de gases de escape en un volumen (20) entre al menos una válvula de escape (25) del motor de combustión interna (1) y una turbina (5) del turbocompresor de gases de escape (5, 10, 15), estableciéndose una presión después de al menos una válvula de escape (25) a partir de la masa de gases de escape por medio de la ecuación general de los gases, en donde la masa de gases de escape se establece mediante integración de la diferencia entre la corriente másica de gases de escape, que afluye al volumen (20) desde al menos una válvula de escape (25), y la corriente másica de gases de escape que sale del volumen (20), estando formada la corriente másica de gases de escape que sale del volumen (20) al menos por la corriente másica de gases de escape que sale de la turbina (5), caracterizado porque la turbina (5) comprende una derivación (30) y porque la corriente másica de gases de escape que sale de la turbina (5) está formada por la suma entre una corriente másica normalizada constante, a través de la propia turbina (5), y una corriente másica normalizada a través de la derivación (30), que depende de una sección transversal de apertura de la derivación (30).
Description
Procedimiento y dispositivo para hacer funcionar
un motor de combustión interna con un turbocompresor de gases de
escape.
La invención se basa en un procedimiento y en un
dispositivo para hacer funcionar un motor de combustión interna
según el género de las reivindicaciones independientes.
Para diferentes finalidades, como por ejemplo
para calcular el gas residual en la cámara de combustión del motor
de combustión interna, se necesita conocer la presión en la
dirección de circulación después de la válvula o de las válvulas de
escape. Esta presión se designa también como contrapresión de los
gases de escape. Para ahorrar los costes de un sensor de presión se
modela esta presión. En el caso de un motor de aspiración el modelo
calcula, a partir de la presión ambiental y de la caída de presión
en la instalación de escape, la presión en la dirección de
circulación del gas de escape después de la válvula o las válvulas
de escape. En el caso de motores con turbocompresores de gases de
escape se encuentra en la dirección de circulación, después de la
válvula o las válvulas de escape, una turbina del turbocompresor de
gases de escape. En una derivación hacia la turbina se asienta una
clapeta, que puede graduarse mediante un regulador de presión de
carga para controlar la corriente másica de gases de escape a través
de la turbina. Para determinar la contrapresión de los gases de
escape debe tenerse en cuenta la caída de presión en la turbina con
la derivación.
Del documento XP-0102508542 se
conoce determinar la masa gaseosa en el tubo de aspiración entre la
válvula de escape y la turbina, mediante formación diferencial entre
corriente másica de gases de escape que entran y salen y
convertirla, por medio de la ecuación general de los gases, en la
contrapresión de gases de escape detrás de la válvula de escape.
El procedimiento conforme a la invención y el
dispositivo conforme a la invención con las particularidades de las
reivindicaciones independientes tienen frente a esto la ventaja, de
que la turbina comprende una derivación y que la corriente másica de
gases de escape que sale de la turbina está formada por la suma
entre una corriente másica normalizada constante, a través de la
propia turbina, y una corriente másica normalizada a través de la
derivación, que depende de una sección transversal de apertura de la
derivación.
De este modo puede establecerse sin sensor de
presión adicional la contrapresión de gases de escape, con elevada
precisión, tanto para condiciones de funcionamiento estacionarias
como dinámicas del motor de combustión
interna.
interna.
Mediante las medidas mencionadas en las
reivindicaciones subordinadas son posibles perfeccionamientos y
mejoras ventajosos del procedimiento indicado en la reivindicación
principal.
Es especialmente ventajoso que la masa de gases
de escape se establezca mediante la integración de la diferencia
entre la corriente másica de gases de escape que afluye en el
volumen desde al menos una válvula de escape y la corriente másica
de gases de escape que sale del volumen. De este modo puede
determinarse la masa de gases de escape utilizada para establecer la
contrapresión de gases de escape, de forma especialmente sencilla y
precisa, en el volumen entre al menos una válvula de escape del
motor de combustión interna y la turbina del turbocompresor de gases
de escape.
Se obtiene otra ventaja si la corriente másica
de gases de escape que sale del volumen está formada al menos por la
corriente másica de gases de escape que sale de la turbina. De este
modo puede determinarse de forma especialmente sencilla y precisa,
en especial para el caso de que no esté prevista ninguna
realimentación de gases de escape, la masa de gases de escape
utilizada para establecer la contrapresión de gases de escape, en el
volumen entre al menos una válvula de escape del motor de combustión
interna y la turbina del turbocompresor de gases de escape.
Se obtiene una ventaja adicional si la turbina
comprende una derivación y la corriente másica de gases de escape
que sale de la turbina está formada por la suma entre una corriente
másica normalizada constante, a través de la propia turbina, y una
corriente másica normalizada a través de la derivación, que depende
de una sección transversal de apertura de la derivación. De este
modo se tienen en cuanta tanto la corriente másica de gases de
escape a través de la derivación como la corriente másica de gases
de escape a través de la turbina y, de este modo, se determina con
especial precisión la masa de gases de escape a determinar. De este
modo puede tenerse en cuenta la influencia de la derivación en la
contrapresión de gases de escape.
Es ventajoso que la corriente másica normalizada
a través de la derivación se establezca a partir de una curva
característica, en dependencia de la sección transversal de apertura
de la derivación. De este modo no se requiere un sistema sensorial
adicional para establecer la corriente másica normalizada a través
de la derivación, con lo que puede ahorrarse complejidad.
Asimismo es ventajoso que se tengan en cuenta
desviaciones de las condiciones normalizadas a la hora de establecer
la corriente másica de gases de escape que sale de la turbina,
mediante un factor de corrección para temperatura, presión y/o
velocidad de corriente. De este modo se tienen en cuenta condiciones
de funcionamiento o ambientales actuales del motor de combustión
interna a la hora de establecer la contrapresión de gases de escape,
de tal modo que ésta puede establecerse con especial precisión.
Es especialmente ventajoso que la corriente
másica de gases de escape que sale del volumen esté formada además
por una corriente másica de gases de escape, que sale a través de un
canal de realimentación de gases de escape. De este modo puede
tenerse en cuenta a la hora de establecer la masa de gases de escape
en el volumen, entre al menos una válvula de escape del motor de
combustión interna y la turbina del turbocompresor de gases de
escape, el uso del canal de realimentación de gases de escape y con
ello el volumen entre al menos una válvula de escape del motor de
combustión interna y la válvula de realimentación de gases de
escape, de tal manera que la contrapresión de gases de escape
también en este caso puede calcularse correctamente.
Es especialmente ventajoso si un factor de
corrección está formado por un cociente entre la presión establecida
después de al menos una válvula de escape y una presión normalizada.
De este modo se reacopla la contrapresión de gases de escape
establecida para calcular la corriente másica de gases de escape que
sale de la turbina. Es asimismo ventajoso que el factor de
corrección para la velocidad de circulación se establezca a partir
de una curva característica en dependencia de un cociente entre una
presión después de la turbina, en el caso de la corriente másica de
gases de escape que sale de la turbina o una presión del tubo de
aspiración en el caso de la corriente másica de gases de escape que
sale a través del canal de realimentación de gases de escape, y la
presión establecida después de al menos una válvula de escape.
También en este caso se materializa un reacoplamiento de la
contrapresión de gases de escape establecida para calcular la
corriente másica de gases de escape que sale de la turbina o a
través del canal de realimentación de gases de escape.
En el dibujo se ha representado un ejemplo de
ejecución, que se explica con más detalle en la siguiente
descripción.
Aquí muestran
la figura 1 un esquema de conexiones en bloques
de un motor de combustión interna con turbocompresor de gases de
escape y
la figura 2 un primer diagrama funcional para
ilustrar el procedimiento conforme a la invención y el dispositivo
conforme a la invención sin realimentación de gases de escape y
la figura 3 un segundo diagrama funcional para
ilustrar el procedimiento conforme a la invención y el dispositivo
conforme a la invención con realimentación de gases de escape.
En la figura 1 designa 1 un motor de combustión
interna, por ejemplo de un vehículo de motor. El motor de combustión
interna 1 comprende un motor de combustión 50, que puede estar
configurado por ejemplo como motor Otto o como motor diesel. A
continuación se supone por ejemplo que el motor de combustión 50
está configurado como motor Otto. A través de un conducto de
alimentación de aire 55 se alimenta al motor Otto 50 aire fresco. La
dirección de circulación del aire fresco se ha representado con ello
en la figura 1 mediante flechas. En el conducto de alimentación de
aire 55 se ha dispuesto un medidor de masa de aire 60, por ejemplo
un medidor de masa de aire de película caliente, que mide la
corriente másica de aire alimentada y reconduce el resultado de la
medición a un control del motor 110 para su tratamiento ulterior. A
continuación del medidor de masa de aire 60 en la dirección de
circulación se ha dispuesto en el conducto de alimentación de aire
55 una compuerta de estrangulación 65, cuyo grado de apertura se
ajusta mediante el control del motor 110. A continuación de la
compuerta de estrangulación 65 en la dirección de circulación se ha
dispuesto conforme a la figura 1 una válvula de inyección 70, a
través de la cual se inyecta combustible, y que se activa mediante
el control del motor 110 para materializar una cantidad de inyección
prefijada, por ejemplo para mantener una relación de mezcla
aire/combustible prefijada. El aire fresco y el combustible llegan a
través de una válvula de admisión 75 hasta una cámara de combustión
del motor Otto 50. El tramo del conducto de alimentación de aire 55
entre la compuerta de estrangulación 65 y la válvula de admisión 75
se designa también como tubo de aspiración 80. La mezcla de
aire/combustible situada en la cámara de combustión del motor Otto
50 se enciende mediante una bujía no representada en la figura 1 y
acciona, de forma conocida, uno o varios émbolos del motor Otto 50.
El gas de escape que se produce durante la combustión es expulsado a
través de una válvula de escape 25 en un ramal de gases de escape
105 del motor de combustión interna 1. Los tiempos de apertura y
cierre de la válvula de admisión 75 y de la válvula de escape 25
pueden ajustarse mediante el control del motor 110 en el caso de un
control de válvula totalmente variable. Alternativamente pueden
ajustarse los tiempos de apertura y cierre de la válvula de admisión
75 y de la válvula de escape 25 mediante un árbol de levas asociado
en cada caso, en la forma conocida por los técnicos. La dirección de
circulación del gas de escape en el ramal de gases de escape 105
está marcado igualmente mediante flechas. Dispuesta a continuación
de la válvula de escape 25 en la dirección de circulación del gas de
escape se ha dispuesto una turbina 5 de un turbocompresor de gases
de escape, que puede rodearse mediante una derivación 30. La
derivación 30 comprende para esto una válvula de derivación 90,
cuyo grado de apertura puede ajustarse igualmente mediante el
control de motor 110 para conseguir una presión de carga prefijada.
El volumen del ramal de gases de escape 105 entre la válvula de
escape 25 y la turbina 5 se ha marcado en la figura 1 con el símbolo
de referencia 20. En el volumen 20 puede estar dispuesto
opcionalmente, como se ha representado en la figura 1, un sensor de
temperatura 85 que mide la temperatura en el volumen 20 y reconduce
el valor medido al control del motor 110. La turbina 5 del
turbocompresor de gases de escape accionada por la corriente másica
de gases de escape impulsa a través de un árbol 10 un compresor 15
del turbocompresor de gases de escape en el conducto de alimentación
de aire 55, para comprimir 3 el aire alimentado al motor de
combustión interna 1. El medidor de masa de aire 60 está con ello
preconectado al compresor 15 en la dirección de compresión del aire
fresco. Dispuesto a continuación de la turbina 5 en la dirección de
circulación del gas de escape se encuentra por ejemplo un
catalizador 100. Entre la turbina 5 y el catalizador 100 puede estar
dispuesto opcionalmente un sensor de presión 95, que mide la presión
entre la turbina 5 y el catalizador 100 y reconduce el resultado de
la medición al control del motor 10.
Según el número de cilindros del motor Otto 50
pueden estar previstas una o varias válvulas de admisión 75 y una o
varias válvulas de escape 25. Asimismo, en lugar de la inyección de
tubo de aspiración representada en la figura 1 puede producirse una
inyección directa de combustible en la cámara de combustión del
motor Otto 50. En el caso de la configuración del motor de
combustión 50 como motor diesel puede prescindirse de la compuerta
de estrangulación 65 y a la bujía no representada en la figura
1.
En la figura 2 se ha representado un diagrama
funcional para establecer la presión en la dirección de circulación
del gas de escape después de la válvula de escape 25. Esta presión
se designa también como contrapresión de gases de escape y a
continuación se representa mediante la abreviatura pabnav. El
conocimiento de la contrapresión de gases de escape se necesita en
especial para establecer el gas residual en la cámara de combustión
del motor Otto 50. Un integrador 40 reproduce el comportamiento de
almacenamiento de masa del volumen 20 entre la válvula de escape 25
y la turbina 5. Este tramo del ramal de gases de escape 105 entre la
válvula de escape 25 y la turbina 5 se designa también como codo de
gases de escape y el volumen 20 también como volumen de codo. La
magnitud de entrada del integrador 40 es la diferencia \Deltamikr
entre la corriente másica de gases de escape msas que afluye al
volumen 20 desde la válvula de escape 25, y la corriente másica de
gases de escape mstuby que sale a través de la turbina 5 y de la
derivación 30. La diferencia \Deltamikr se forma con ello en un
primer elemento de resta 115. La corriente másica de gases de escape
msas que afluye desde la válvula de escape 25 puede calcularse en el
control del motor 110 a partir de la corriente másica del aire,
medida por el medidor de masa de aire 60, y la corriente másica de
combustible inyectada. La corriente másica de combustible inyectada
es, como se ha descrito, una magnitud conocida en el control del
motor 110, ya que es prefijada por el control del motor 110 para
ajustar una relación prefijada de mezcla de aire/combustible en
dependencia de la corriente másica de aire medida. El
establecimiento de la corriente másica de gases de escape msas, que
afluye al volumen 20 desde la válvula de escape 25, a partir de la
corriente másica de aire medida por el medidor de masa de aire 60 y
de la corriente másica de combustible conocida inyectada en el
control del motor 110, se produce con ayuda de un modelo en la forma
conocida por los técnicos.
En el caso de una diferencia positiva
\Deltamikr afluye más gas de escape al volumen 20 del que sale del
mismo. La masa de gases de escape mikr en el volumen 20 como
magnitud de salida del integrador 40 aumenta después. En el caso de
una diferencia negativa \Deltamikr sale más gas de escape del
volumen 20 del que afluye al mismo. La masa de gases de escape mikr
en el volumen 20 disminuye después. Si la diferencia \Deltamikr es
igual a cero, la afluencia de gases de escape al volumen 20 es igual
de grande que la salida de gases de escape y la masa de gases de
escape mikr en el volumen 20 permanece constante.
Con la ecuación general de los gases se
convierte la masa de gases de escape mikr en el volumen 20 en la
presión pabnav en la dirección de circulación, después de la válvula
de escape 25. Esta contrapresión de gases de escape pabnav se
obtiene de este modo con ayuda de la ecuación general de los
gases:
(1)pabnav =
mikr * R *
Tikr/Vkr
Con ello R es la constante general de los gases,
Tikr la temperatura del gas en el volumen 20 y Vkr el volumen 20 por
ejemplo en m^{3}. La temperatura del gas o la temperatura de gases
de escape Tikr en el volumen 20 puede o bien medirse con el sensor
de temperatura 85 o, para ahorrarse el sensor de temperatura 85,
calcularse en el control de motor 110 a través de un modelo en la
forma conocida por el técnico a partir de la corriente másica de
combustible inyectada, la corriente másica de gases de escape msas
que afluye desde la válvula de escape 25 en el volumen 20 y, en el
caso del motor Otto 50, en dependencia del rendimiento del ángulo de
encendido. El volumen Vkr del codo de gases de escape 20 puede estar
almacenado en el control de motor 110 como magnitud conocida. Lo
correspondiente es aplicable a la constante general de los gases R.
En el diagrama funcional conforme a la figura 2 se han previsto
después medios 45 para establecer la contrapresión de gases de
escape pabnav en forma de un primer elemento de multiplicación 45,
que multiplican la masa de gases de escape mikr a la salida del
integrador 40 por el cociente R * Tikr/Vkr. El resultado es la
contrapresión de gases de escape pabnav. La contrapresión de gases
de escape pabnav se reacopla para el cálculo de la corriente másica
de gases de escape que sale del volumen 20. Suponiendo que la
turbina 5 y la derivación 30 pueden describirse con relación al
comportamiento de circulación del gas de escape en forma de un
estrangulador, se aplica en condiciones normalizadas que la
corriente másica normalizada msntuby, que sale del volumen 20 a
través de la turbina 5 y de la derivación 30, se compone de la suma
de la corriente másica normalizada msntu a través de la turbina 5 y
la corriente másica normalizada msnby a través de la derivación 30.
La corriente másica normalizada msntu a través de la turbina 5 y la
corriente másica normalizada msnby a través de la derivación 30 se
suman en un primer elemento sumador 120 y forman de este modo la
corriente másica normalizada msntuby, que sale a través de la
turbina 5 y de la derivación 30. Las condiciones normalizadas se
prefijan por ejemplo de la forma siguiente:
La presión normalizada pabnav_norm en la
dirección de circulación del gas de escape después de la válvula de
escape 25 es de 1.013 hPa. La temperatura de gases de escape
normalizada Taikr_norm en el codo 20 es de 273 Kº. La velocidad de
circulación normalizada en el volumen 20 es igual a la velocidad del
sonido.
Para el cálculo de la contrapresión de gases de
escape pabnav se asume que, tanto la turbina 5 como la derivación 30
con la válvula de derivación 90 pueden describirse, en cuanto a
técnica de circulación, en cada caso como un estrangulador. Tanto la
turbina 5 como la derivación 30 con la válvula de derivación 90
tienen común la presión y la temperatura antes y después del
estrangulador respectivo.
En el caso de la turbina 5 es conocida y
constante la corriente másica normalizada msntu, en condiciones
normalizadas, en el control de motor 110. La corriente másica
normalizada msnby de la derivación 30 depende de la sección
transversal de apertura en la región de la válvula de derivación 90.
La posición de la válvula de derivación 90, que puede estar
configurada conforme a la figura 1 como compuerta de estrangulación,
depende de la carrera de un elemento de ajuste o ajustador no
representado en la figura 1, para ajustar la posición de la válvula
de derivación 90. Esta carrera se prefija mediante el control de
motor 110 para ajustar una presión de carga prefijada. La sección
transversal de apertura de la derivación 30 en la región de la
válvula de derivación 90 depende de esta carrera del ajustador. El
dispositivo 35 conforme a la invención conforme al diagrama
funcional según la figura 2 se materializa, en cuanto a software y/o
hardware, por ejemplo en el control de motor 110. El dispositivo 35
comprende una curva característica MSNPG, que está caracterizada en
la figura 2 con el símbolo de referencia 150 y que presenta, como
magnitud de entrada, la carrera del ajustador de la válvula de
derivación 90 y como magnitud de salida la corriente másica
normalizada msnby a través de la derivación 30. La curva
característica MSNPG describe de este modo la relación entre la
corriente másica normalizada msnby a través de la derivación 30 en
dependencia de la carrera del ajustador de la válvula de derivación
90. La curva característica MSNPG puede aplicarse por ejemplo a un
banco de pruebas en las condiciones normalizadas citadas. La
corriente másica normalizada msnby que se forma, en dependencia de
la carrera del ajustador de la válvula de derivación 90 prefijada en
cada caso por el control de motor 110, puede establecerse para la
aplicación de la curva característica MSNPG mediante un medidor de
corriente másica en el volumen 20, o mediante el medidor de masa de
aire 60 y la masa de combustible conocida en estado estacionario del
motor de combustión interna.
Si varía al menos una de las condiciones de
funcionamiento o ambientales del motor de combustión interna 1 de
las citadas condiciones normalizadas, con ayuda de uno o varios
factores de corrección se tienen en cuenta la variación o las
variaciones en el cálculo de la corriente másica de gases de escape
que sale a través de la turbina 5 y de la derivación 30. A través de
un primer factor de corrección ftaikr puede tenerse en cuenta una
variación de la temperatura actual respecto a la temperatura
normalizada. El primer factor de corrección ftaikr se forma de la
manera siguiente:
(2)ftaikr =
\sqrt{\frac{Taikr\_norm}{Taikr}}
Con ello Taikr es la temperatura de gases de
escape actual en el codo 20 y se corresponde con ello con la
temperatura Tikr de la ecuación (1).
El primer factor de corrección ftaikr se
multiplica, a través de un segundo elemento de multiplicación 25,
por la corriente másica normalizada msntuby que sale a través de la
turbina 5 y de la derivación 30.
Un segundo factor de corrección fpabnar tiene en
cuenta la variación de la contrapresión de gases de escape actual
establecida pabnav respecto a la presión normalizada pabnav_norm. El
segundo factor de corrección de corrección se forma de la manera
siguiente:
(3)fpabnav =
\frac{pabnav}{pabnav\_norm}
El segundo factor de corrección fpabnav se forma
por medio de un primer elemento de división 140 mediante la división
de la contrapresión de gases de escape pabnav establecida entre la
presión normalizada pabnav_norm de 1.013 hPa en este ejemplo y se
multiplica, en un tercer elemento de multiplicación 130, por la
salida del segundo elemento de multiplicación 125.
Asimismo se ha previsto un tercer factor de
corrección fklaf, que tiene en cuenta la variación de la velocidad
de circulación actual del gas de escape en el volumen 20 respecto a
la velocidad del sonido. El tercer factor de corrección fklaf se
obtiene con ello de la manera siguiente:
(4)fklaf =
\frac{\text{velocidad actual de circulación}}{\text{velocidad del
sonido}}
El tercer factor de corrección fklaf depende de
la relación entre la presión pvkat en el ramal de gases de escape
105 en la dirección de circulación del gas de escape, después de la
turbina 5 y delante del catalizador 100, y la contrapresión de gases
de escape pabnav establecida en la dirección de circulación del gas
de escape, después de la válvula de escape 25 y delante de la
turbina 5. Esta dependencia se tiene en cuenta conforme al
dispositivo 35 en la figura 2 mediante la curva característica KLAF,
que también se ha marcado mediante el símbolo de referencia 155.
Como magnitud de salida entrega el tercer factor de corrección
fklaf. Como magnitud de entrada se le alimenta el cociente
pvkat/pabnav, que se forma en un segundo elemento de división 145.
La presión pvkat en la dirección de circulación del gas de escape
después de la turbina 5 y delante del catalizador 100 puede
detectarse mediante el sensor de presión 95. Si al contrario que en
el ejemplo de ejecución aquí descrito según la figura 1 no se
dispone de ningún catalizador, se trata en esta presión de la
presión existente en la dirección de circulación del gas de escape
después de la turbina 5, que se designa después en general con pntu.
En el presenta ejemplo pntu es igual a pvkat.
La presión pvkat entre la turbina 5 y el
catalizador 100 en el ramal de gases de escape 105 también puede
calcularse, de tal modo que el sensor de presión 95 no es necesario
en este caso. La presión pvkat se calcula con ello mediante:
(5)pvkat = pu +
\Deltap
Con ello es pu la presión ambiente, que puede
medirse por ejemplo mediante un sensor de presión ambiente.
\Deltap es la diferencia de presión entre la presión ambiente en
la abertura de escape y la presión entre la turbina 5 y el
catalizador 100 en el ramal de gases de escape 105. La diferencia de
presión \Deltap puede establecerse por ejemplo en dependencia de
la corriente másica de gases de escape msas, que abandona la válvula
de escape 25 en el volumen 20, con ayuda de una curva característica
aplicada por ejemplo en un banco de pruebas. En el caso de la
aplicación de esta curva característica puede establecerse, para
corrientes másicas de gases de escape msas prefijadas con ayuda de
un sensor de presión utilizado para la aplicación, en cada caso la
diferencia de presión asociada \Deltap y utilizarse para obtener
la curva característica.
También la curva característica KLAF puede
aplicarse por ejemplo en un banco de pruebas o derivarse de la curva
característica de salida conocida según la bibliografía. Con ello
puede establecerse la presión pvkat en la dirección de circulación
después de la turbina 5 y delante del catalizador 100 por medio del
sensor de presión 95 y la presión pabnav con ayuda del dispositivo
35 o de un sensor de presión separado en el volumen 20. Pueden
prefijarse diferentes relaciones de presión pvkat/pabnav mediante
una activación apropiada del grado de apertura de la válvula de
derivación 90 mediante el control de motor 110. Para las diferentes
relaciones de presión prefijadas pvkat/pabnav puede establecerse
después, en el caso de la aplicación, por ejemplo con ayuda de un
medidor de corriente másica de aire en el volumen 20, la velocidad
de circulación del gas de escape y situarse con relación a la
velocidad del sonido, para obtener para los valores prefijados
pvkat/pabnav el tercer factor de corrección fklav asociado y de este
modo trazar la curva característica KLAF.
El tercer factor de corrección fklav se
multiplica en un cuarto elemento de multiplicación 135 por la salida
del tercer elemento de multiplicación 130, de tal modo que a la
salida del cuarto elemento de multiplicación 135 se obtiene la
corriente másica de gases de escape mstuby, que sale en las
condiciones actuales de funcionamiento o ambientales del motor de
combustión interna 1 en total del volumen 20 a través de la turbina
5 y de la derivación 30, que se resta en el primer elemento de resta
115 de la corriente másica de gases de escape msas que sale de la
válvula de escape 25 en el volumen 20.
En el caso de relaciones de presión pvkat/pabnav
< 0,52 la curva característica KLAF entrega el valor 1. El gas de
escape circula a velocidad del sonido a través del volumen 20.
Conforme aumenta la relación de presión pvkat/pabnav disminuye la
velocidad de circulación del gas de escape en el volumen 20, hasta
que alcanza el valor cero en el caso de una relación de presión
pvkat/pabnav = 1. Si a diferencia del ejemplo aquí descrito no se
dispone de ninguna derivación alrededor de la turbina 5, puede
prescindirse del primer elemento de suma 120 y la magnitud de
entrada del primer elemento de multiplicación 125 es la corriente
másica normalizada msntu a través de la turbina 5.
La constante de tiempo del integrador 40 es por
ejemplo de un segundo. La constante de tiempo puede elegirse con
ello de tal modo, que represente el tiempo de estabilización del
integrador 40 en las condiciones normalizadas ilustradas. Este
tiempo de estabilización puede establecerse por ejemplo igualmente
en un banco de pruebas en las condiciones normalizadas presentes, en
especial con relación a temperatura y presión. Con ello, después de
ajustar un punto de trabajo constante del motor de combustión
interna para diferentes constantes de tiempo prefijadas, puede
establecerse aquel en el que la contrapresión de gases de escape
pabnav alcanza lo más rápidamente posible un valor estable.
La descripción se limita hasta ahora a un caso
sin realimentación de gases de escape. A continuación se describe la
determinación de la contrapresión de gases de escape pabnav, en el
caso de un motor de combustión interna 1 con realimentación de gases
de escape. Para esto, como se ha representado a trazos en la figura
1, se ha previsto un canal de realimentación de gases de escape 200,
que se deriva del ramal de gases de escape 105 entre la válvula de
escape 25 y la turbina 5, comprende una válvula de realimentación de
gases de escape 205 y desemboca en el tubo de aspiración 80 entre la
compuerta de estrangulación 65 y la válvula de admisión 75. La
dirección de circulación del gas de escape realimentado en el canal
de realimentación de gases de escape 200 se ha representado en la
figura 1 mediante flechas a trazos. La válvula de realimentación de
gases de escape 205 se activa de tal modo mediante el control de
motor 110, que se obtiene una tasa de realimentación de gases de
escape deseada. Adicionalmente puede estar dispuesto en el tubo de
aspiración 80 un sensor de presión de tubo de aspiración 210, que
mide la presión en el tubo de aspiración 80 y reconduce el resultado
de la medición en forma de una señal de medición al control de motor
110.
El gas de escape realimentado forma parte como
gas inerte en la combustión en la cámara de combustión del motor de
combustión interna 50 y reduce la temperatura de combustión y con
ello la formación de NOx. El canal de realimentación de gases de
escape 200 representa con ello una descarga adicional desde el ramal
de gases de escape 105 y la válvula de realimentación de gases de
escape 205 se comporta como una pantalla. La corriente másica de
gases de escape conducida a través del canal de realimentación de
gases de escape 200 hacia fuera del ramal de gases de escape 105
puede determinarse por ello, de forma similar a la corriente másica
de gases de escape, a través de la turbina 5 y de la derivación 30.
Sólo es diferente la velocidad de circulación, ya que en el caso de
la realimentación de gases de escape es una función de la relación
de presión entre la presión de tubo de aspiración psr y la
contrapresión de gases de escape pabnav. La presión de tubo de
aspiración psr puede medirse con ello mediante el sensor de tubo de
aspiración 210 o, en la forma conocida por el técnico, modelarse a
partir de otras magnitudes de funcionamiento del motor de combustión
interna 1. Para la corriente másica de gases de escape que se
conduce a través del canal de realimentación de gases de escape 200
hacia fuera del ramal de gases de escape 105, se aplica:
(6)msagr=msnagr(Hub_agr)*ftaikr*fpabnav*flklaf(psr/pabnav)
Con ello msnagr es una corriente másica de gases
de escape normalizada que se obtiene, conforme a una curva
característica prefijada por el fabricante de la válvula de
realimentación de gases de escape 205, en las condiciones
normalizadas antes citadas dependiendo de la carrera Hub_agr de la
válvula de realimentación de gases de escape 205. La carrera Hub_agr
de la válvula de realimentación de gases de escape 205 se ajusta
mediante el control de motor 110 para conseguir la tasa de
realimentación de gases de escape deseada y se conoce de este modo
en el control de motor 110, de tal modo que el control de motor 110
puede establecer a partir de la carrera Hub_agr, con base en la
curva característica prefijada por el fabricante y conocida en el
control de motor 110, la corriente másica de gases de escape msnagr
a través del canal de realimentación de gases de escape 200.
Conforme al diagrama funcional según la figura 3
se tiene en cuenta la realimentación de gases de escape para
determinar la contrapresión de gases de escape pabnav. El diagrama
funcional según la figura 3 se modifica partiendo del diagrama
funcional según la figura 2, marcando en la figura 3 los símbolos de
referencia iguales los mismos elementos que en la figura 2. Conforme
al diagrama funcional según la figura 3 se usa con ello, a
diferencia del diagrama funcional según la figura 2, la diferencia
\Deltamikr alimentada al integrador 40 como diferencia formada en
el primer elemento de resta 115 entre la corriente másica de gases
de escape msas, que afluye al volumen 20 de la válvula de escape 25,
restando la salida del tercer elemento de multiplicación 130. Con
ello se multiplica en el tercer elemento de multiplicación 130 la
salida del segundo elemento de multiplicación 125 con la salida del
primer elemento de división 140. La salida del primer elemento de
división 140 se corresponde con ello con el segundo factor de
corrección, fpabnav, que se forma mediante la división de la
contrapresión de gases de escape pabnav entre la presión normalizada
pabnav_norm = 1.013 hPa. La salida del segundo elemento de
multiplicación 125 se forma mediante la multiplicación de la salida
de un segundo elemento de suma 225 por el primer factor de
corrección ftaikr, que se establece conforme a la ecuación (2). En
el segundo elemento de suma 225 se suma la salida del cuarto
elemento de multiplicación 135 a la salida de un quinto elemento de
multiplicación 220. La salida del cuarto elemento de multiplicación
135 se forma mediante la multiplicación de la corriente másica
normalizada msntuby formada como en la figura 2, que sale del
volumen 20 a través de la turbina 5 y de la derivación 30, por el
tercer factor de corrección fklaf, formándose el tercer factor de
corrección fklaf como en la figura 2 por medio de la curva
característica KLAF, que está marcada con el símbolo de referencia
155. La salida del quinto elemento de multiplicación 220 se forma
mediante la multiplicación de la corriente másica de gases de escape
normalizada msnagr por la salida de una tercera curva característica
230. La tercera curva característica 230 se designa en la figura 3
también con KLAF1 y puede aplicarse, análogamente a la curva
característica KLAF, a un banco de pruebas o derivarse de la curva
característica de salida conocida de la bibliografía. La tercera
curva característica 230 puede corresponderse con ello en especial
con la curva característica KLAF, es decir, puede estar formada
igual. Como señal de salida entrega un cuarto factor de corrección
f1klaf para la velocidad de circulación del gas de escape en el
canal de realimentación de gases de escape 200 conforme a la
ecuación (4). De forma correspondiente se alimenta a la tercera
curva característica 230, como magnitud de entrada, el cociente
formado en un tercer elemento de división 215 formado por la presión
de tubo de aspiración psr dividida entre la contrapresión de gases
de escape pabnav. El cuarto factor de corrección f1klaf depende por
tanto de la relación entre la presión de tubo de aspiración psr y la
contrapresión de gases de escape establecida conforme a la tercera
curva característica 230. De este modo se tiene en cuenta, mediante
el diagrama funcional conforme a la figura 3, tanto la corriente
másica de gases de escape a través de la turbina y de la derivación
30 como la corriente másica de gases de escape a través del canal de
realimentación de gases de escape 200 a la hora de determinar la
masa de gases de escape mikr en el volumen 20.
Claims (8)
1. Procedimiento para hacer funcionar un motor
de combustión interna (1) con un turbocompresor de gases de escape
(5, 10, 15, estableciéndose una masa de gases de escape en un
volumen (20) entre al menos una válvula de escape (25) del motor de
combustión interna (1) y una turbina (5) del turbocompresor de gases
de escape (5, 10, 15), estableciéndose una presión después de al
menos una válvula de escape (25) a partir de la masa de gases de
escape por medio de la ecuación general de los gases, en donde la
masa de gases de escape se establece mediante integración de la
diferencia entre la corriente másica de gases de escape, que afluye
al volumen (20) desde al menos una válvula de escape (25), y la
corriente másica de gases de escape que sale del volumen (20),
estando formada la corriente másica de gases de escape que sale del
volumen (20) al menos por la corriente másica de gases de escape que
sale de la turbina (5), caracterizado porque la turbina (5)
comprende una derivación (30) y porque la corriente másica de gases
de escape que sale de la turbina (5) está formada por la suma entre
una corriente másica normalizada constante, a través de la propia
turbina (5), y una corriente másica normalizada a través de la
derivación (30), que depende de una sección transversal de apertura
de la derivación (30).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la corriente másica normalizada a través
de la derivación (30) se establece a partir de una curva
característica, en dependencia de la sección transversal de apertura
de la derivación (30).
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se tienen
en cuenta desviaciones de las condiciones normalizadas a la hora de
establecer la corriente másica de gases de escape que sale de la
turbina (5), mediante al menos un factor de corrección para
temperatura, presión y/o velocidad de corriente.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
corriente másica de gases de escape que sale del volumen (20) está
formada además por una corriente másica de gases de escape, que sale
a través de un canal de realimentación de gases de escape (200).
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque la corriente másica de gases de escape
que sale a través del canal de realimentación de gases de escape
(200) está formada por una corriente másica normalizada en
dependencia de una carrera de una válvula de realimentación de gases
de escape (205), y porque se tienen en cuenta desviaciones de las
condiciones normalizadas a la hora de establecer la corriente másica
de gases de escape que sale a través del canal de realimentación de
gases de escape (200), mediante al menos un factor de corrección
para temperatura, presión y/o velocidad de corriente.
6. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque se forma un
factor de corrección para la temperatura a partir de la raíz
cuadrada del cociente entre una temperatura normalizada y la
temperatura actual, porque se forma un factor de corrección para la
presión a partir de un cociente entre la presión establecida después
de al menos una válvula de escape (25) y una presión normalizada y
porque se establece un factor de corrección para la velocidad de
circulación, a partir de un cociente entre la velocidad de
circulación actual y la velocidad del sonido.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque el factor de corrección para la
velocidad de circulación se establece a partir de una curva
característica en dependencia de un cociente entre una presión
después de la turbina (5), en el caso de la corriente másica de
gases de escape que sale de la turbina (5) o una presión del tubo de
aspiración en el caso de la corriente másica de gases de escape que
sale a través del canal de realimentación de gases de escape (200),
y la presión establecida después de al menos una válvula de escape
(25).
8. Procedimiento para hacer funcionar un motor
de combustión interna (1) con un turbocompresor de gases de escape
(5, 10, 15), estando previstos medios (40) para establecer una masa
de gases de escape en un volumen (20) entre al menos una válvula de
escape (25) del motor de combustión interna (1) y una turbina (5)
del turbocompresor de gases de escape (5, 10, 15), estando previstos
medios (45) para establecer una presión después de al menos una
válvula de escape (25) a partir de la masa de gases de escape por
medio de la ecuación general de los gases, estando previstos medios
(40) que establecen la masa de gases de escape mediante integración
de la diferencia entre la corriente másica de gases de escape, que
afluye al volumen (20) desde al menos una válvula de escape (25), y
la corriente másica de gases de escape que sale del volumen (20),
estando formada la corriente másica de gases de escape que sale del
volumen (20) al menos por la corriente másica de gases de escape que
sale de la turbina (5), caracterizado porque la turbina (5)
comprende una derivación (30) y porque están previstos medios (120)
que forman la corriente másica de gases de escape que sale de la
turbina (5) a partir de la suma entre una corriente másica
normalizada constante, a través de la propia turbina (5), y una
corriente másica normalizada a través de la derivación (30), que
depende de una sección transversal de apertura de la derivación
(30).
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