ES2264083T3 - Metodo para detectar un fallo de encendido en un motor de combustion interna analizando la aceleracion angular del arbol motor. - Google Patents
Metodo para detectar un fallo de encendido en un motor de combustion interna analizando la aceleracion angular del arbol motor.Info
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Abstract
Un método para detectar un fallo de encendido en un motor de combustión interna (1) analizando la aceleración angular (acc) del árbol de transmisión (4), en el que el valor (acc) de la aceleración angular del árbol de transmisión (4) se estima en posiciones angulares predeterminadas de este árbol de transmisión (4), el valor absoluto (acc) de la aceleración angular del árbol de transmisión (4) se compara con un valor umbral predeterminado (S), y la presencia de un fallo de encendido se detecta si el valor absoluto (acc) de la aceleración angular del árbol de transmisión (4) es mayor que el umbral predeterminado (S), caracterizado porque cuando se detecta la presencia de un fallo de encendido, es decir, cuando un valor absoluto (acc) de la aceleración angular del árbol de transmisión (4) es mayor que el valor umbral (S), un conjunto de valores (acc) de la aceleración angular del árbol de transmisión (4) después del valor (acc) de la aceleración angular del árbol de transmisión en el que se ha detectado el fallo de encendido se filtra para eliminar el componente oscilatorio generado por el fallo de encendido con respecto al valor (acc) de la aceleración angular del árbol de transmisión (4), comparándose sólo los valores filtrados de la aceleración angular del árbol de transmisión (4) con el valor umbral (S) para detectar la presencia de cualquier fallo de encendido posterior al fallo de encendido detectado.
Description
Método para detectar un fallo de encendido en un
motor de combustión interna analizando la aceleración angular del
árbol motor.
La presente invención se refiere a un método
para detectar un fallo de encendido en un motor de combustión
interna analizando la aceleración angular del árbol de
transmisión.
En un motor de combustión interna con ignición
controlada, el término fallo de encendido o de arranque indica un
fenómeno de combustión incorrecta en uno o más cilindros; el fallo
de arranque se conoce en particular como fallo de encendido cuando
se debe a una energía que es inadecuada o escasa de la chispa
generada por la bujía, y se conoce como fallo de inyección cuando se
debe a un suministro de combustible que es inadecuado o escaso.
La presencia de un fallo de encendido es
particularmente dañina ya que la combustión incorrecta es
perjudicial para el rendimiento del motor, aumenta el nivel de
emisiones contaminantes desde el motor y puede provocar un daño
permanente al catalizador. Por esta razón, las normas europeas sobre
límites de emisión para vehículos automóviles exigen que el fallo de
encendido se detecte eficazmente y que los conductores estén
informados de la presencia de un fallo de encendido mediante una luz
indicadora en el salpicadero. En particular, es necesario bajo las
normas europeas sobre los límites de emisión de vehículos
automóviles, indicar un aumento en los niveles de emisión
contaminante cuando el número de fallos de encendido en un primer
intervalo (por ejemplo 100 TDC - puntos muertos superiores) es mayor
de un primer umbral, y para indicar un deterioro permanente del
catalizador cuando el número de fallos de encendido en un segundo
intervalo (por ejemplo, 200 TDC - puntos muertos superiores) es
mayor que un segundo umbral.
Actualmente, el fallo de encendido se detecta
indirectamente, es decir, analizando el valor instantáneo de la
aceleración angular del árbol de transmisión o el valor instantáneo
del par motor, ya que un análisis directo de la combustión mediante
los detectores dispuestos dentro de cada cilindro no es practicable
por razones de coste.
El método más extendido para detectar fallos de
encendido implica analizar la aceleración angular del árbol de
transmisión; en particular, la señal suministrada por la rueda
fónica se usa para calcular el valor de la aceleración angular del
árbol de transmisión a posiciones angulares predeterminadas de este
árbol de transmisión, y el fallo de encendido se detecta si el valor
absoluto de la aceleración angular del árbol de transmisión es mayor
que un valor umbral predeterminado.
Se ha observado, sin embargo, que este método no
es muy fiable, puesto que el valor absoluto de la aceleración
angular del árbol de transmisión puede superar también el valor
umbral como resultado de causas no relacionadas con un fallo de
encendido como, por ejemplo, el acoplamiento o desacoplamiento del
compresor de la instalación de aire acondicionado, la rugosidad de
la carretera o incluso deceleraciones bruscas. Además, en el caso de
un fallo de encendido único, el valor de la aceleración angular del
árbol de transmisión puede suplementarse mediante oscilaciones de
torsión que provocan que el valor absoluto de la aceleración angular
del árbol de transmisión sea mayor que el valor umbral en diversos
instantes sucesivos; en este caso, un fallo de encendido único se
detecta erróneamente como una pluralidad de fallos de encendido
sucesivos.
Una primera solución a los problemas analizados
anteriormente se describe en la Solicitud de Patente Europea
EP-0637728-A1 que describe un método
para detectar un fallo de encendido en un motor de combustión
interna analizando la aceleración angular del árbol de transmisión;
para tratar de eliminar la influencia de las perturbaciones, se
procesa el valor de la aceleración angular del árbol de transmisión
creando un índice denominado de ciclicidad, comparado con los
umbrales apropiados, indica la presencia de un fallo de
encendido.
Sin embargo, el método para detectar un fallo de
encendido como se describe en la Solicitud de Patente Europea
EP-0637728-A1 tiende erróneamente
también a detectar una pluralidad de fallos de encendido sucesivos
en lugar de un único fallo de encendido como resultado de las
oscilaciones del valor de la aceleración angular o del árbol
accionado por un fallo de encendido.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un método para detectar un fallo de encendido en un
motor de combustión interna analizando la aceleración angular del
árbol de transmisión, que no tiene los inconvenientes descritos
anteriormente, y en particular es sencillo y económico de producir y
puede reducir al mínimo los porcentajes de detecciones incorrectas y
fallos de encendido.
La presente invención se refiere a un método
para detectar un fallo de encendido en un motor de combustión
interna analizando la aceleración angular del árbol de transmisión
como se indica en la reivindicación 1.
La presente invención se describirá ahora
haciendo referencia a los dibujos adjuntos, que muestran una
realización no limitante de la misma, en los que:
La Fig. 1 es una vista en diagrama, en alzado
lateral y sección transversal, de un motor de combustión interna
provisto con una unidad de control que pone en práctica el método de
detección de fallo de encendido de la presente invención;
La Fig. 2 es un diagrama que muestra la
variación del valor de la aceleración angular del árbol de
transmisión como función de la posición angular de este árbol de
transmisión en presencia de un único fallo de encendido;
La Fig. 3 es un diagrama que muestra un conjunto
de ocho valores corregidos usados por la unidad de control de la
Fig. 1;
La Fig. 4 es un diagrama que muestra la
variación del valor de la aceleración angular del árbol de
transmisión de la Fig. 2 después de la aplicación de un proceso de
filtrado usando los ocho valores de corrección de la Fig. 3;
La Fig. 5 es un diagrama que muestra la
variación del valor de la aceleración angular del árbol de
transmisión como función de la posición angular de este árbol de
transmisión en presencia de un doble fallo de encendido;
La Fig. 6 es un diagrama que muestra la
variación del valor de la aceleración angular del árbol de
transmisión de la Fig. 5 después de la aplicación de un proceso de
filtrado usando los ocho valores de corrección de la Fig. 3.
En la Fig. 1, un motor de combustión interna de
gasolina se muestra en general en 1 y comprende cuatro cilindros 2,
cada uno de los cuales aloja un pistón respectivo 3 conectado
mecánicamente a un árbol de transmisión 4 para transmitir la fuerza
generada por la combustión de la gasolina en el cilindro 2 al árbol
de transmisión 4. Una rueda fónica 5 provista con 60 dientes 6 y
acoplada al detector 7 adaptado para detectar el intervalo de tiempo
entre el paso de dos dientes consecutivos 6 está enchavetada sobre
el árbol de transmisión 4. El motor 1 comprende adicionalmente una
unidad de control 8, que está conectada al detector 7 y está
adaptada para detectar un fallo de encendido en los cilindros
2.
A continuación se describen los métodos usados
por la unidad de control 8 para detectar el fallo de encendido,
usando la información suministrada por los detectores 7 acoplados a
la rueda fónica 5.
Para cada rotación completa del árbol de
transmisión 4 (y por lo tanto de la rueda fónica 5), como muchos
valores acc de la aceleración angular del árbol de transmisión 4 se
estiman porque hay cilindros 2 realizando la combustión durante una
rotación completa del árbol de transmisión 4; con referencia al
motor 1 mostrado en la Fig. 1, se estiman, por lo tanto, dos valores
acc de la aceleración angular del árbol de transmisión 4 para cada
rotación completa del árbol de transmisión 4.
En cada rotación completa del árbol de
transmisión 4, se identifican dos (igual al número de cilindros 2
que realiza la combustión durante una rotación completa del árbol de
transmisión 4) secciones de medida angular que tienen la misma
amplitud, se mide el tiempo que tarda el árbol de transmisión 4 para
desplazarse a cada una de las secciones de medida angular, y se
calcula el valor acc de la aceleración angular del árbol de
transmisión 4 en el instante i-ésimo aplicando la siguiente
fórmula
acc_{i} =
\frac{T_{i+1} -
T_{i}}{T_{i}^{3}}
en la
que:
acc_{i} es la aceleración angular del árbol de
transmisión 4 en el instante i-ésimo;
T_{i+1} es el tiempo que tarda el árbol de
transmisión 4 en atravesar la sección de medida angular
(i+1)-ésimo;
T_{i} es el tiempo que tarda el árbol de
transmisión 4 en atravesar la sección de medida angular i-ésimo.
El tiempo que tarda el árbol de transmisión 4 en
atravesar cada sección de medida angular se mide usando la señal
suministrada por la rueda fónica 5; a modo de indicación, cada
sección de medida angular tiene una amplitud angular igual a un
número de dientes 6 de la rueda fónica 5 de entre 3 y 12.
Preferiblemente, cada sección de medida angular coincide
sustancialmente con la carrera de expansión de un pistón respectivo
3 o está al menos parcialmente superpuesto sobre la carrera de
expansión de un pistón respectivo 3.
La Fig. 2 es un diagrama que muestra la
variación del valor acc de la aceleración angular del árbol de
transmisión 4 como una función de la posición angular de este árbol
de transmisión 4, en presencia de un único fallo de encendido. La
Fig. 5 es un diagrama que muestra la variación del valor acc de la
aceleración angular del árbol de transmisión 4 como una función de
la posición angular de este árbol de transmisión 4 en presencia de
un doble fallo de encendido.
Se entenderá a partir de las Figuras 2 y 5 que,
después de un fallo de encendido, el valor acc de la aceleración
angular del árbol de transmisión 4 presenta una secuencia de altos
valores que tienden gradualmente a perder intensidad, es decir, que
tienen una curva de tipo oscilatorio amortiguado.
La norma (o valor absoluto) de cada valor acc de
la aceleración angular del árbol de transmisión 4 se compara con un
valor umbral predeterminado que es preferiblemente una función del
punto del motor actual; la presencia de un fallo de encendido se
detecta si el valor absoluto acc de la aceleración angular del árbol
de transmisión 4 es mayor que el valor umbral predeterminado S.
Cuando se detecta un fallo de encendido, es decir, cuando un valor
absoluto de la aceleración angular del árbol de transmisión 4 supera
el valor umbral S, se filtra un conjunto de ocho valores acc de la
aceleración angular del árbol de transmisión 4 posteriores al valor
acc de la aceleración angular del árbol de transmisión 4 al que se
ha detectado el fallo de encendido para eliminar el componente
oscilatorio provocado por el fallo de encendido respecto al valor
acc de la aceleración angular del árbol de transmisión 4; sólo los
ocho valores acc filtrados de la aceleración angular del árbol de
transmisión 4 se comparan después con el valor umbral S para
detectar la presencia de cualquier fallo de encendido posterior al
fallo de encendido detectado.
Se entenderá que el número de valores acc de la
aceleración angular del árbol de transmisión 4 a los que se aplica
el filtro puede ser distinto de ocho y generalmente está entre tres
y doce: se eligen preferiblemente ocho, teniendo en cuenta que, en
general, el fenómeno oscilatorio del valor acc de la aceleración
angular del árbol de transmisión 4 desaparece en esta duración.
Los ocho valores acc de la aceleración angular
del árbol de transmisión 4 que siguen al valor acc de la aceleración
angular del árbol de transmisión 4 en el que se ha detectado el
fallo de encendido se filtran por adición algebraica de un conjunto
correspondiente de ocho valores de corrección para estos valores;
estos valores de corrección se obtienen en la etapa de diseño y
desarrollo del motor 1 analizando la oscilación generada por un
fallo de encendido con respecto al valor acc de la aceleración
angular del árbol de transmisión 4. Los valores de corrección
pueden calcularse, por ejemplo, restando un conjunto correspondiente
de valores acc de la aceleración angular del árbol de transmisión en
presencia de un fallo de encendido de un conjunto de valores acc de
la aceleración angular del árbol de transmisión 4 en
condiciones
estándar.
estándar.
A modo de Ejemplo, la Fig. 3 es un diagrama que
muestra un conjunto de ocho valores de corrección como una función
de la posición angular del árbol de transmisión 4.
En otras palabras, el método descrito
anteriormente para mejorar la capacidad para diagnosticar un fallo
de encendido implica el aislamiento de la perturbación oscilatoria
que tiene lugar con respecto al valor acc de la aceleración angular
del árbol de transmisión 4 después de un único fallo de encendido y
el uso sucesivo de esta perturbación oscilatoria para filtrar un
conjunto de ocho valores acc de la aceleración angular del árbol de
transmisión 4 después de cada fallo de encendido.
La Fig. 4 es un diagrama que muestra la
variación del valor acc de la aceleración angular del árbol de
transmisión 4 de la Fig. 2 después de la aplicación del proceso de
filtrado, es decir, después de que los ocho valores de corrección de
la Fig. 3 se hayan añadido algebraicamente a los valores acc de la
aceleración angular del árbol de transmisión 4 de la Fig. 2. La Fig.
6 es un diagrama que muestra la variación del valor acc de la
aceleración angular del árbol de transmisión 4 de la Fig. 5 después
de la aplicación del proceso de filtrado, es decir, después de que
los ocho valores de corrección de la Fig. 13 hayan añadido
algebraicamente a los valores acc de la aceleración angular del
árbol de transmisión 4 de la Fig. 5.
Se entenderá a partir de un examen de las
Figuras 4 y 6 que el método de filtrado descrito anteriormente
permite una detección sin errores de los fallos de encendido únicos
o múltiples; en la práctica, el filtrado descrito anteriormente hace
posible eliminar la posibilidad de la unidad de control 8 que
confunde un fallo de encendido único con un fallo de encendido
múltiple.
Para asegurar que la detección de los fallos de
encendido sea muy fiable, los valores de corrección tienen que ser
variables en función del punto del motor. Por esta razón, en la
etapa de diseño del motor 1, se identifica una pluralidad de puntos
salientes del motor, calculándose en cada uno de ellos el
correspondiente conjunto de muestra de valores de corrección;
durante el funcionamiento normal del motor 1, el conjunto de valores
de corrección correspondientes al punto de motor actual se calcula
interpolando el conjunto de muestra de valores de corrección. Como
alternativa, en la etapa de diseño del motor 1, se identifica una
pluralidad de puntos salientes del motor, calculándose en cada uno
de ellos el correspondiente conjunto de muestra de valores de
corrección, y un conjunto de referencia patrón único independiente
del punto de motor se calcula a partir de conjuntos de muestra de
los valores de corrección; durante el funcionamiento normal del
motor 1, el conjunto de valores de corrección correspondiente al
punto de motor actual se calcula a partir de un conjunto de
referencia patrón. En particular, el conjunto de valores acc de la
aceleración angular del árbol de transmisión 4 y el conjunto de
valores de corrección se expresan como aceleración angular del árbol
de transmisión 4 como una función de la posición angular de este
árbol de transmisión 4, mientras que el conjunto de referencia
patrón se expresa como una proporción entre la aceleración angular
del árbol de transmisión 4 y la carga de motor 1 como función del
tiempo. La carga de motor 1 preferiblemente se indica mediante el
flujo de aire nuevo suministrado al motor 1.
Los ensayos experimentales han demostrado que el
uso de un conjunto de referencia patrón de valores de corrección en
lugar de una pluralidad de conjuntos de muestra de valores de
corrección hace posible reducir considerablemente la ocupación de la
memoria de la unidad de control 8 sin efectos sustanciales sobre la
fiabilidad y corrección del método de filtrado.
Claims (15)
1. Un método para detectar un fallo de
encendido en un motor de combustión interna (1) analizando la
aceleración angular (acc) del árbol de transmisión (4), en el que el
valor (acc) de la aceleración angular del árbol de transmisión (4)
se estima en posiciones angulares predeterminadas de este árbol de
transmisión (4), el valor absoluto (acc) de la aceleración angular
del árbol de transmisión (4) se compara con un valor umbral
predeterminado (S), y la presencia de un fallo de encendido se
detecta si el valor absoluto (acc) de la aceleración angular del
árbol de transmisión (4) es mayor que el umbral predeterminado (S),
caracterizado porque cuando se detecta la presencia de un
fallo de encendido, es decir, cuando un valor absoluto (acc) de la
aceleración angular del árbol de transmisión (4) es mayor que el
valor umbral (S), un conjunto de valores (acc) de la aceleración
angular del árbol de transmisión (4) después del valor (acc) de la
aceleración angular del árbol de transmisión en el que se ha
detectado el fallo de encendido se filtra para eliminar el
componente oscilatorio generado por el fallo de encendido con
respecto al valor (acc) de la aceleración angular del árbol de
transmisión (4), comparándose sólo los valores filtrados de la
aceleración angular del árbol de transmisión (4) con el valor umbral
(S) para detectar la presencia de cualquier fallo de encendido
posterior al fallo de encendido detec-
tado.
tado.
2. Un método de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que los valores (acc) de la aceleración
angular del árbol de transmisión (4) posteriores al valor (acc) de
la aceleración angular del árbol de transmisión (4) al que se ha
detectado el fallo de encendido se filtran añadiendo algebraicamente
a estos valores un conjunto correspondiente de valores de corrección
obtenidos en la etapa de diseño y desarrollo del motor (1)
analizando la oscilación generada por un fallo de encendido con
respecto al valor (acc) de la aceleración angular del árbol de
transmisión (4).
3. Un método de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que los valores de corrección se calculan
restando un conjunto de valores correspondientes (acc) de la
aceleración angular del árbol de transmisión (4) en presencia de un
fallo de encendido entre un conjunto de valores (acc) de la
aceleración angular del árbol de transmisión (4) en condiciones
estándar.
4. Un método de acuerdo con la
reivindicación 2 o 3, en el que los valores de corrección son
variables en función de un punto del motor actual.
5. Un método de acuerdo con la
reivindicación 4, en el que, en la etapa de diseño del motor (1), se
identifica una pluralidad de puntos salientes del motor,
calculándose en cada uno de ellos el correspondiente conjunto de
muestra de valores de corrección, y durante el funcionamiento normal
del motor (1), el conjunto de valores de corrección para el punto de
motor actual se calcula interpolando la muestra de conjuntos de
valores de corrección.
6. Un método de acuerdo con la
reivindicación 4, en el que, en la etapa de diseño del motor (1), se
identifica una pluralidad de puntos de motor salientes, calculándose
en cada uno de ellos el correspondiente conjunto de muestra de
valores de corrección, y se calcula un único conjunto de referencia
patrón independiente del punto del motor a partir de muestras de
conjuntos de valores de corrección, y durante el funcionamiento
normal del motor (1), el conjunto de valores de corrección para el
punto de motor actual se calcula a partir de un conjunto de
referencia
patrón.
patrón.
7. Un método de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que el conjunto de valores (acc) de la
aceleración angular del árbol de transmisión (4), y el conjunto de
valores de corrección se expresan como aceleración angular del árbol
de transmisión (4) como una función de la posición angular del árbol
de transmisión (4), estando expresado el conjunto de referencia
patrón como una proporción entre la aceleración angular del árbol de
transmisión (4) y la carga del motor 1, como una función del
tiempo.
8. Un método de acuerdo con la
reivindicación 7, en el que la carga del motor (1) está indicada por
el flujo de aire nuevo suministrado al motor (1).
9. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que un conjunto de ocho valores (acc)
de la aceleración angular del árbol de transmisión (4) se filtra del
valor (acc) de la aceleración angular del árbol de transmisión (4)
en el que se ha detectado el fallo de encendido.
10. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 9, en el que el valor umbral (S) para la
detección del fallo de encendido es una función del punto del motor
actual.
11. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que, para cada rotación completa del
árbol de transmisión (4), como se estiman muchos valores (acc) de la
aceleración angular del árbol de transmisión (4) por ser cilindros
(2) que realizan la combustión durante una rotación completa del
árbol de transmisión 4.
12. Un método de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que, en cada rotación completa del
árbol de transmisión (4), como se identifican muchas secciones de
medida angular que tienen la misma amplitud al ser cilindros (2) que
realizan la combustión durante una rotación completa del árbol de
transmisión (4), se mide el tiempo que tarda el árbol de transmisión
(4) en atravesar cada sección de medida angular y se calcula el
valor (acc) de la aceleración angular del árbol de transmisión (4)
en el instante i-ésimo aplicando la siguiente fórmula
acc_{i} =
\frac{T_{i+1} -
T_{i}}{T_{i}^{3}}
en la
que:
acc_{i} es la aceleración angular del árbol de
transmisión 4 en el instante i-ésimo;
T_{i+1} es el tiempo que tarda el árbol de
transmisión 4 en atravesar la sección de medida angular
(i+1)-ésimo;
T_{i} es el tiempo que tarda el árbol de
transmisión 4 en atravesar la sección de medida angular i-ésimo.
13. Un método de acuerdo con la
reivindicación 12, en el que el tiempo que tarda el árbol de
transmisión (4) en atravesar cada sección de medida angular se mide
usando la señal suministrada por la rueda fónica (5) que está
provista con un disco que tiene 60 dientes (6), teniendo cada
sección de medida angular una amplitud igual al número de dientes
(6) de la rueda fónica (12) de entre 3 y 12.
14. Un método de acuerdo con la
reivindicación 12 o 13, en el que cada sección angular está al menos
parcialmente superpuesta con respecto a la carrera de expansión de
un pistón respectivo (3).
15. Un método de acuerdo con la
reivindicación 12 o 13, en el que cada sección angular coincide
sustancialmente con la carrera de expansión de un pistón respectivo
3.
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