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.

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ES2264047T3 ES04002651T ES04002651T ES2264047T3 ES 2264047 T3 ES2264047 T3 ES 2264047T3 ES 04002651 T ES04002651 T ES 04002651T ES 04002651 T ES04002651 T ES 04002651T ES 2264047 T3 ES2264047 T3 ES 2264047T3
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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.
Estado de la técnica
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.
Ventajas de la invención
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.
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.
Dibujo
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.
Descripción del ejemplo de ejecución
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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