ES2270939T3 - Un metodo y un dispositivo para vigilar la relacion aire/combustible de la mezcla de aire y vapor que se alimenta desde la salida de un acumulador de vapores de combustible. - Google Patents
Un metodo y un dispositivo para vigilar la relacion aire/combustible de la mezcla de aire y vapor que se alimenta desde la salida de un acumulador de vapores de combustible. Download PDFInfo
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Abstract
Un dispositivo para vigilar la relación combusti- ble/aire de la mezcla de aire y vapor que se alimenta desde la salida de un acumulador de vapores de combustible, en el que un acumulador (3) de vapores de combustible recibe (3a) vapores de combustible procedentes de un depósito (7) y es- tá provisto de una entrada (3b) de aire; alimentando dicho acumulador (3) de combustible, en la salida (34), una mez- cla de aire y vapores alimentada (12) a un motor (13), com- prendiendo el dispositivo medios (16) de cálculo electróni- cos que reciben, en la entrada, al menos información corre- lacionada con el caudal Qa de aire aspirado en dicho acumu- lador (3), caracterizándose el dispositivo porque dichos medios de cálculo electrónicos calculan, sobre la base de, al menos, dicho caudal Qa de aire, el porcentaje p de vapor alimentado desde la salida con rela- ción al total de vapor y aire aspirados en el acumulador; porque dichos medios (16) de cálculo electrónicos tam- bién calculan el caudal Qaº deaire que se alimentaría en la salida del citado acumulador (3) en ausencia de vapor procedente de dicho acumulador (3); calculándose dicho por- centaje p de vapor sobre la base de dicho caudal Qa de aire y de dicho caudal Qaº de aire.
Description
Un método y un dispositivo para vigilar la
relación aire/combustible de la mezcla de aire y vapor que se
alimenta desde la salida de un acumulador de vapores de
combustible.
El presente invento se refiere a un método y a
un dispositivo para vigilar la relación aire/combustible de la
mezcla de aire y vapor que se alimenta desde la salida de un
acumulador de vapores de combustible.
Es sabido que la reciente normativa antipolución
establece que los automóviles estén provistos de un acumulador de
vapores (bote) diseñado para absorber los vapores de combustible que
se desprenden, mientras el vehículo está aparcado, del combustible
líquido contenido en el depósito de combustible del vehículo. Un
acumulador de este tipo comprende, generalmente, una envuelta que
contiene una estructura de carbón activado destinada a absorber los
vapores del combustible. También está previsto un sistema de
evaporación destinado a llevar a cabo una etapa de desorción de
vapores (o barrido) del acumulador, en el que el combustible
almacenado en el carbón activado es desorbido y alimentado al motor,
en particular, es alimentado al colector de admisión del motor. Este
sistema de evaporación comprende, generalmente, un conducto de
descarga que se extiende entre una salida del acumulador y el
colector de admisión con el fin de utilizar el vacío creado en el
colector de admisión cuando el motor está funcionando y proporcionar
un flujo de aire y vapor hacia el colector de admisión. El sistema
de evaporación comprende, además, un conducto de admisión diseñado
para permitir la admisión de aire en dicho acumulador.
Los sistemas de evaporación de tipo conocido,
tienen la desventaja de que el flujo de aire y vapor alimentado
desde la salida tiene una composición variable e indeterminada; en
particular, no es posible determinar el porcentaje de vapor
alimentado al colector con respecto al total de vapor y aire
aspirados al acumulador. Por tanto, durante la etapa de barrido del
acumulador, una mezcla de aire y combustible es alimentada al
colector de admisión, sin que se conozca la composición porcentual
de dicha mezcla. Por esta razón, durante la etapa de barrido antes
mencionada, la mezcla final de aire y combustible que se alimenta al
motor, puede desviarse de la relación estequiométrica lo cual,
evidentemente, conlleva un deterioro de las emisiones del motor y
del funcionamiento del convertidor
catalítico.
catalítico.
El objeto del presente invento es proporcionar
un dispositivo para vigilar la relación combustible/aire de la
mezcla de vapores que se alimenta desde la salida de un acumulador
de vapores de combustible. El documento US-5.609.141
describe un control del combustible que se evapora como se establece
en el preámbulo de la reivindicación 1.
Este objeto se consigue merced al presente
invento porque éste se refiere a un dispositivo para vigilar la
relación combustible/aire de la mezcla de aire y vapor que se
alimenta desde la salida de un acumulador de vapores de combustible
del tipo descrito en la reivindicación 1.
El presente invento se refiere, también, a un
método de vigilar la relación combustible/aire de la mezcla de aire
y vapor que se alimenta desde la salida de un acumulador de vapores
de combustible del tipo descrito en la reivindicación 5.
Se describirá ahora el invento con referencia a
los dibujos adjuntos, que ilustran una realización preferida, no
restrictiva, en los que:
la Figura 1 ilustra esquemáticamente un
dispositivo para vigilar la relación combustible/aire de la mezcla
de aire y vapor que se alimenta desde la salida de un acumulador de
vapores de combustible diseñado de acuerdo con el presente invento,
y
la Figura 2 ilustra un diagrama de bloques de
las operaciones llevadas a cabo por el dispositivo de la Fig. 1.
En la Figura 1, el número de referencia 1
designa, generalmente, un dispositivo para vigilar la relación
combustible/aire de la mezcla de aire y vapor que se alimenta desde
la salida de un acumulador de vapores de combustible.
En particular, el acumulador 3 de vapores de
combustible (de tipo conocido - también conocido como BOTE) tiene
una primera entrada 3a conectada, mediante un conducto 5, con un
depósito 7 de combustible, y una segunda entrada 3 conectada con un
conducto de admisión 8 que, en su extremo libre 8a, proporciona una
admisión de aire. Además, el acumulador 3 de vapores tiene una
salida 34 que comunica, a través de un conducto 10, con el colector
de admisión 12 (ilustrado parcialmente) de un motor de gasolina
(ilustrado esquemáticamente).
Una válvula 14 de solenoide está prevista en el
conducto 10 para cortar el flujo de aire y vapores de combustible
procedente del acumulador 3 y dirigido hacia el colector de admisión
12. En particular, la válvula de solenoide 14 es controlada de
acuerdo con un modo de funcionamiento (de tipo conocido) en el que
los ciclos de apertura y cierre de la válvula de solenoide
mencionada se repiten reiteradamente; además, el período de tiempo
de apertura puede controlarse de manera continua con el fin de
regular el flujo de aire y vapores dirigidos al colector de
admi-
sión 12.
sión 12.
El dispositivo 1 para vigilar la relación
combustible/aire comprende, además, un procesador electrónico 16 que
controla, a través de un activador (no mostrado) el tiempo que duran
los ciclos de apertura/cierre de la válvula de solenoide 14. En
particular, es posible controlar el ciclo de trabajo K de la válvula
de solenoide 14, que se define como la relación existente entre el
tiempo de apertura T_{activa} de la válvula y el tiempo total de
apertura y cierre T_{activa} + T_{inactiva}, es decir:
K =
T_{activa}/(T_{activa} +
T_{inactiva})
Un perceptor 18 de caudal, en comunicación con
el procesador electrónico 16, está previsto en el conducto 8 y está
destinado a medir el flujo de aire aspirado por el conducto 8 hacia
el acumulador 3 de vapores. El procesador 16 comunica, además, con
un procesador 19 de control del motor, destinado a controlar la
unidad de inyección 19i del motor 13. Sin embargo, es evidente que
los procesadores 16 y 19, que se muestran separados en la Figura 1,
podrían estar integrados en un solo elemento.
Es sabido que, cuando un vehículo está aparcado
(no mostrado) el combustible 10 (gasolina) contenido en el depósito
7 se evapora parcialmente y pasa por el conducto 5 al acumulador 3,
en el que se deposita. Durante la carrera de admisión del motor 13,
se crea un vacío en el colector de admisión 12 que, a través del
conducto 10, devuelve los vapores de combustible del acumulador 3 al
colector de admisión 12. Además, este vacío participa en la
aspiración del aire que pasa por el conducto 8 y es alimentado a la
entrada 3b del acumulador 3.
En particular, en la descripción siguiente, la
referencia
- \bullet
- Qv1 designa el caudal de vapores de combustible procedentes del depósito 7 (dichos vapores Qv1 son alimentados al acumulador 3 a través del conducto 5);
- \bullet
- Qv2 designa el caudal de vapores de gasolina liberados (desorbidos) por el acumulador 3;
- \bullet
- Qv designa los vapores alimentados desde la salida del acumulador 3 - por tanto, Qv viene dada por la suma de los vapores liberados por el acumulador y los vapores que se desprenden del depósito, es decir: Qv = Qv1 + Qv2;
- \bullet
- Qa designa el caudal de aire alimentado al acumulador 3 a través del conducto de admisión 8 (el caudal Qa es detectado por el perceptor 18), y
- \bullet
- Qm designa el caudal de la mezcla de aire y vapor alimentada al colector 12 a través del conducto 10; Qm es igual a Qa + Qv y comprende el aire aspirado al acumulador y los vapores de combustible liberados por el acumulador 3.
La Figura 2 ilustra operaciones realizadas por
el procesador electrónico 16 que trabaja de acuerdo con el presente
invento.
Inicialmente, se alcanza un bloque 100, en el
que se lleva a cabo la detección de una pluralidad de datos, que
incluyen:
- \bullet
- el caudal de aire Qa aspirado hacia el acumulador 3 (esta información es obtenida por medio de la señal generada por el perceptor 18);
- \bullet
- el vacío \DeltaP que es creado en el colector de admisión 12 (esta información puede ser obtenida por medio de un perceptor de presión 22 dispuesto en el colector de admisión 12);
- \bullet
- el ciclo de trabajo K con el que se controla la conmutación de la válvula de solenoide 14.
El procesador electrónico 16 también está
provisto de una memoria (no mostrada) en la que se almacenan los
valores de una pluralidad de parámetros, que incluyen:
- \bullet
- el peso específico del aire, \gammaa;
- \bullet
- el peso específico de los vapores de combustible, \gammav; y
- \bullet
- la sección de paso A de la válvula de solenoide 14.
El bloque 100 va seguido por un bloque 110 en el
que se calcula el caudal de aire Qaº que pasaría por la válvula de
solenoide 14 (es decir, el caudal de aire en la salida del
acumulador 3 y dirigido hacia el colector 12) en ausencia de vapor
procedente del acumulador 3.
(1)Qa^{o} =
KA\sqrt{\frac{\Delta P}{\gamma
a}}
en donde \DeltaP representa el
vacío en el colector de admisión 12, \gammaa representa el peso
específico del aire, A representa la sección de paso de la válvula
de solenoide 14, y K tiene en cuenta el ciclo de trabajo con el que
se controla la conmutación de la válvula
14.
El bloque 110 va seguido por un bloque 120 en el
que se calcula la relación entre el caudal de aire Qa alimentado al
acumulador 3 y el caudal de aire Qaº que pasaría por la válvula de
solenoide 14 en ausencia de vapores procedentes del acumulador, es
decir: Qa/Qaº.
El bloque 120 va seguido por un bloque 130 en el
que se calcula el porcentaje P de vapores alimentado al colector 12
en relación con el total de vapores y aire aspirados al acumulador,
es decir:
(2)p =
\frac{Qv}{Qv + Q
a}
El cálculo de p se lleva a cabo sobre la base de
las siguientes cantidades:
- \bullet
- la relación Qa/Qaº entre el caudal de aire Qa alimentado al acumulador 3 y el caudal de aire Qaº que pasaría a través de la válvula de solenoide 14 en ausencia de vapores procedentes del acumulador 3;
- \bullet
- el peso específico del aire, \gammaa; y
- \bullet
- el peso específico del vapor, \gammav.
En particular, el cálculo de p se lleva a cabo
de acuerdo con la siguiente fórmula (3):
(3)p =
0,5\left[2-\left(1-\frac{\gamma v}{\gamma
a}\right)\left(\frac{Qa}{Qa^{o}}\right)^{2}\right]-0,5\sqrt{\left[2-\left(1-\frac{\gamma
v}{\gamma a}\right)\left(\frac{Qa}{Qa^{o}}\right)^{2}\right]^{2}
-4\left[1-\left(\frac{Qa}{Qa^{o}}\right)^{2}\right]}
El bloque 130 va seguido por un bloque 140 que
alimenta el valor, previamente calculado, de p al procesador 19 de
control del motor, que asegura la dosificación de la cantidad de
combustible alimentado por los inyectores 19i, teniendo en cuenta el
valor de p en la forma siguiente.
Una vez conocido el valor de p, calculado
mediante la expresión (3) en el bloque 130, y de Qa (medido por el
perceptor 18), es posible calcular el valor de Qv a partir de la
expresión (2). Como la dosificación total del motor debe ser
estequiométrica, el valor QF del caudal de gasolina alimentada por
la inyección puede calcularse mediante la fórmula siguiente:
14,56 =
\frac{Ga + Qa\gamma a}{GF + Qv\gamma
v}
en la
que:
- Ga es el caudal másico de aire aspirado por el motor y medido por el caudalímetro del vehículo, y
- GF es el caudal másico de gasolina inyectada en el colector de admisión por los inyectores.
De este modo, la mezcla final de aire y
combustible que se alimenta al motor 13 no se desvía de la relación
estequiométrica incluso ni durante la etapa de barrido del
acumulador 3.
Se describirá ahora, brevemente, el
procedimiento matemático cuyo resultado fue la definición de la
fórmula para el cálculo de p.
El caudal de la mezcla de aire y vapor que
circula hacia el colector 12 a través del conducto 10 puede
expresarse de acuerdo con la ley de Bernouilli, mediante la fórmula
siguiente:
(4)Qm =
KA\sqrt{\frac{\Delta P}{\gamma
m}}
en donde \DeltaP representa el
vacío en el colector de admisión 12, \gammam representa el peso
específico de la mezcla de aire y vapor, A representa la sección de
paso de la válvula de solenoide 14, y K tiene en cuenta el ciclo de
trabajo con el que se controla la conmutación de la válvula de
solenoide
14.
\newpage
Además, el peso específico de la mezcla de aire
y vapor puede expresarse por medio de la siguiente ecuación:
(5)\gamma m =
\frac{Qa\gamma a + Qv\gamma v}{Qa +
Qv}
A su vez, el caudal de aire Qaº que pasaría por
la válvula de solenoide 14 en ausencia de vapores procedentes del
acumulador, puede expresarse, de acuerdo con la ley de Bernouilli,
como:
(6)Qa^{o} =
KA\sqrt{\frac{\Delta P}{\gamma
a}}
en donde \DeltaP representa el
vacío en el colector de admisión 12, \gammaa representa el peso
específico del aire, A representa la sección de paso de la válvula
de solenoide 14, y K tiene en cuenta el ciclo de trabajo con el que
se controla la conmutación de la válvula de solenoide
14.
Combinando (4) con (6), se llega a:
(7)Qm =
Qa^{o}\sqrt{\frac{\gamma a}{\gamma
m}}
y expresando la definición de
p
p =
\frac{Qv}{Qv + Qa} = \frac{Qv}{Qm} = \frac{Qm - Qa}{Qm} = 1 -
\frac{Qa}{Qm} = 1 - \frac{Qa}{Qa^{o}\sqrt{\gamma
a}}\sqrt{\frac{Qa\gamma a + Qv\gamma
v}{Qm}}
a
saber:
(8)p =
1-\frac{Qa}{Qa^{o}\sqrt{\gamma a}}\sqrt{\frac{Qa\gamma a}{Qm} +
p\gamma
v}
de
donde:
(9)p =
1-\frac{Qa}{Qa^{o}\sqrt{\gamma
a}}\sqrt{\frac{(Qm-Qv)\gamma a}{Qm} + p\gamma
v}
(10)p =
1-\frac{Qa}{Qa^{o}\sqrt{\gamma a}}\sqrt{(1-p)\gamma
a + p\gamma
v}
(11)p =
1-\frac{Qa}{Qa^{o}\sqrt{\gamma a}}\sqrt{\gamma a - p(\gamma a -
\gamma
v)}
por tanto, a partir de la expresión
(11), puede obtenerse el valor de p
como:
p =
0,5\left[2-\left(1-\frac{\gamma v}{\gamma
a}\right)\left(\frac{Qa}{Qa^{o}}\right)^{2}\right]-0,5\sqrt{\left[2-\left(1-\frac{\gamma
v}{\gamma a}\right)\left(\frac{Qa}{Qa^{o}}\right)^{2}\right]^{2}
-4\left[1-\left(\frac{Qa}{Qa^{o}}\right)^{2}\right]}
Claims (8)
1. Un dispositivo para vigilar la relación
combustible/aire de la mezcla de aire y vapor que se alimenta desde
la salida de un acumulador de vapores de combustible, en el que un
acumulador (3) de vapores de combustible recibe (3a) vapores de
combustible procedentes de un depósito (7) y está provisto de una
entrada (3b) de aire; alimentando dicho acumulador (3) de
combustible, en la salida (34), una mezcla de aire y vapores
alimentada (12) a un motor (13), comprendiendo el dispositivo medios
(16) de cálculo electrónicos que reciben, en la entrada, al menos
información correlacionada con el caudal Qa de aire aspirado en
dicho acumulador (3),
caracterizándose el dispositivo
porque dichos medios de cálculo electrónicos
calculan, sobre la base de, al menos, dicho caudal Qa de aire, el
porcentaje p de vapor alimentado desde la salida con relación al
total de vapor y aire aspirados en el acumulador;
porque dichos medios (16) de cálculo
electrónicos también calculan el caudal Qaº de aire que se
alimentaría en la salida del citado acumulador (3) en ausencia de
vapor procedente de dicho acumulador (3); calculándose dicho
porcentaje p de vapor sobre la base de dicho caudal Qa de aire y de
dicho caudal Qaº de aire.
2. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios (16) de
cálculo electrónicos calculan dicho porcentaje p en función de la
relación Qa/Qaº entre dicho caudal Qa de aire y dicho caudal Qaº de
aire.
3. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque
dichos medios (16) de cálculo electrónicos calculan dicho porcentaje
p de acuerdo con la expresión:
\vskip1.000000\baselineskip
p =
0,5\left[2-\left(1-\frac{\gamma v}{\gamma
a}\right)\left(\frac{Qa}{Qa^{o}}\right)^{2}\right]-0,5\sqrt{\left[2-\left(1-\frac{\gamma
v}{\gamma a}\right)\left(\frac{Qa}{Qa^{o}}\right)^{2}\right]^{2}
-4\left[1-\left(\frac{Qa}{Qa^{o}}\right)^{2}\right]}
\vskip1.000000\baselineskip
en donde \gammaa representa el
peso específico del aire y \gammav representa el peso específico
del
vapor.
4. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios (16) de
cálculo electrónicos calculan dicho caudal Qaº de aire por medio de
la expresión:
\vskip1.000000\baselineskip
Qa^{o} =
KA\sqrt{\frac{\Delta P}{\gamma
a}}
\vskip1.000000\baselineskip
en donde \DeltaP representa el
vacío en el colector de admisión (12) conectado a dicho acumulador
(3), \gammaa representa el peso específico del aire, A representa
la sección de paso de una válvula de corte (14) interpuesta entre
dicho acumulador (3) y el citado colector (12), y K tiene en cuenta
el ciclo de trabajo con el que se controla dicha válvula de corte
(14), estando destinada esta última a estrangular el flujo de aire y
de vapor alimentado hacia dicho colector de admisión
(12).
5. Un método de vigilar la relación
combustible/aire de la mezcla de aire y vapor que se alimenta desde
la salida de un acumulador de vapores de combustible,
que comprende la etapa de:
- detectar el caudal Qa de aire aspirado
alimentado a la entrada de dicho acumulador (3),
caracterizado porque comprende las etapas
de:
- calcular el porcentaje p de vapor en la mezcla
de aire y vapor alimentada en la salida de dicho acumulador
basándose en, al menos, dicho caudal Qa de aire, calculándose dicho
porcentaje p con relación al total de vapor y aire aspirados en el
acumulador;
- calcular el caudal Qaº de aire que se
alimentaría en la salida del citado acumulador (3) en ausencia de
vapor procedente de dicho acumulador (3); calculándose dicho
porcentaje p de vapor sobre la base de dicho caudal Qa de aire y de
dicho caudal Qaº de aire.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5,
caracterizado porque dicho porcentaje p se calcula en función
de la relación Qa/Qaº entre dicho caudal Qa de aire y dicho caudal
Qaº de aire.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 5
o la reivindicación 6, caracterizado porque dicho porcentaje
p se calcula de acuerdo con la expresión:
p =
0,5\left[2-\left(1-\frac{\gamma v}{\gamma
a}\right)\left(\frac{Qa}{Qa^{o}}\right)^{2}\right]-0,5\sqrt{\left[2-\left(1-\frac{\gamma
v}{\gamma a}\right)\left(\frac{Qa}{Qa^{o}}\right)^{2}\right]^{2}
-4\left[1-\left(\frac{Qa}{Qa^{o}}\right)^{2}\right]}
en donde \gammaa representa el
peso específico del aire y \gammav representa el peso específico
del
vapor.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 5,
caracterizado porque dicho caudal Qaº de aire se calcula por
medio de la expresión:
Qa^{o} =
KA\sqrt{\frac{\Delta P}{\gamma
a}}
en donde \DeltaP representa el
vacío existente en el colector de admisión (12) conectado a dicho
acumulador (3), \gammaa representa el peso específico del aire, A
representa la sección de paso de una válvula de corte (14)
interpuesta entre dicho acumulador (3) y el citado colector (12) y K
tiene en cuenta el ciclo de trabajo con el que se controla dicha
válvula de corte (14), estando destinada esta última a estrangular
el flujo de aire y de vapor alimentado hacia dicho colector de
admisión
(12).
Applications Claiming Priority (2)
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