ES2276903T3 - Sistema de control del funcionamiento de un motor diesel de vehiculo automovil. - Google Patents
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Abstract
Sistema de control del funcionamiento de un motor diesel de vehículo automóvil, equipado con medios de admisión de gases frescos (2) en el mismo y de medios (7) de alimentación de carburante adaptados para llevar a cabo una fase de inyección de carburante en por lo menos algunos de los cilindros del motor durante la fase de expansión de los mismos, caracterizado porque incluye medios de control (12) de los medios de admisión de gases (2) para controlar la masa de gases admitida en el cilindro o cada cilindro correspondiente, con objeto de controlar la temperatura en el mismo a un nivel de temperatura dado en el momento de la inyección o las post-inyecciones y y optimizar la combustión del carburante inyectado en el mismo durante dicha fase de expansión.
Description
Sistema de control del funcionamiento de un
motor diesel de vehículo automóvil.
La presente invención se refiere a un sistema y
un procedimiento de control del funcionamiento de un motor diesel de
vehículo automóvil.
El documento DE 199 27 485 A divulga un sistema
de control del funcionamiento de un motor diesel de vehículo
automóvil, equipado con medios de admisión de gas fresco en el mismo
y medios de alimentación de carburante adaptados para poner en
aplicación una fase de inyección de carburante en por lo menos
algunos de los cilindros del motor, durante la fase de expansión de
los mismos, de conformidad con el preámbulo de la reivindicación
1.
Dichos motores diesel están equipados con medios
de admisión de gas fresco y medios de alimentación de
carburante.
El uso, en este tipo de motores, de sistemas de
inyección de carburantes con control electrónico, ha permitido
desarrollar fases de funcionamiento particulares de dichos medios de
alimentación, como por ejemplo fases de inyección de carburante en
por lo menos algunos de los cilindros del motor durante la fase de
expansión del mismo.
También pueden emplearse inyecciones múltiples,
también denominadas "post-inyecciones" o
"inyecciones tardías", que se utilizan especialmente en
asociación con medios de descontaminación integrados en las líneas
de escape de dichos motores, como por ejemplo filtros de partículas,
trampas de Nox, etc.
En efecto, dichos medios de descontaminación han
sido desarrollados para reducir las emisiones contaminantes ligadas
al funcionamiento de este tipo de motores, por ejemplo atrapando las
partículas.
Dichos medios de descontaminación deben
regenerarse periódicamente, poniéndose en práctica dicha fase de
regeneración mediante una combustión de las partículas, por ejemplo
en el caso de un filtro de partículas o un funcionamiento a riqueza
1, por ejemplo en el caso de una trampa de Nox.
Así, por ejemplo, se han desarrollado distintos
medios para activar la combustión de las partículas atrapadas en un
filtro.
Así es como por ejemplo se puede añadir al
carburante un aditivo que se deposita en dichos medios de
descontaminación, con objeto de reducir la temperatura de combustión
de las partículas.
Las inyecciones de carburante durante la fase de
expansión de los cilindros del motor permiten incrementar la
temperatura de los gases de escape, para aumentar la temperatura de
las partículas hasta su temperatura de combustión.
Por lo tanto, se entiende que se inyecte
carburante en una o varias veces en el transcurso de la fase de
expansión del o de cada cilindro correspondiente tras la inyección
denominada principal.
Pero, la combustión de dicho carburante, es
decir el plazo de inflamación y la fracción quemada, depende de las
condiciones de temperatura y presión reinantes en el cilindro en el
momento de la inyección del mismo.
Dado que el carburante se inyecta después del
punto muerto alto, la presión en el cilindro ha descendido ya de
forma significativa, por lo que la temperatura desempeña un papel
principal en el proceso de combustión.
La temperatura (y la presión) en el momento de
la inyección del carburante depende:
- a)
- de la posición de dicha inyección en el ciclo motor (y con relación a las demás inyecciones);
- b)
- de la energía presente en el gas en dicho momento, procedente de la combustión de las anteriores inyecciones:
- 1)
- cantidad inyectada, posición en el ciclo y fracción quemada;
- 2)
- cantidad de gas fresco admitido en el cilindro al principio del ciclo;
- 3)
- temperatura de los gases frescos admitidos en el cilindro al principio del ciclo.
En los sistemas de control empleados hasta
ahora, las cantidades y las posiciones de las distintas inyecciones
están ajustadas para condiciones de presión y temperatura a la
entrada del motor fijadas durante la puesta a punto del mismo.
De este modo se fijan las condiciones a) y
b)-1 mencionadas anteriormente.
Dichas cantidades y posiciones de las
inyecciones múltiples se fijan de manera a conservar el mismo par
motor para una solicitud de conductor dada entre modos de
funcionamiento con y sin inyección tardía.
En las condiciones de circulación normales de un
vehículo, las condiciones de presión y, sobretodo, de temperatura a
la entrada del motor, están influenciadas por las condiciones
exteriores, de manera que el proceso de combustión de las distintas
cantidades de carburante inyectadas se ve modificado, lo que puede
provocar inestabilidad en la combustión, mayores emisiones de
hidrocarburos, variaciones de par, etc.
En algunas zonas de funcionamiento del motor,
esto puede llegar hasta la no combustión del carburante
post-inyectado.
Para resolver dichos problemas y con objeto de
reducir el impacto de las condiciones externas sobre la combustión
del carburante inyectado en fase de expansión de los cilindros, se
han instalado sistemas de control de la temperatura de los gases a
la entrada del motor, incluyendo por ejemplo dichos sistemas
intercambiadores de calor y/o sistemas de corrección de los ajustes
de motor por ejemplo en función de la temperatura exterior.
Pero dichos sistemas son relativamente costosos
y pueden plantear problemas de integración en las arquitecturas de
los vehículos actuales.
Además, para cargas de motor muy débiles e
incluso en condiciones de temperatura y presión nominales, no es
posible quemar debidamente el carburante
post-inyectado siguiendo en iso-par,
debido a una energía residual en los gases de escape demasiado débil
después de la o las primeras inyecciones.
Por lo tanto, el objeto de la invención consiste
en resolver dichos problemas.
A tal efecto, la invención tiene por objeto un
sistema y un procedimiento de control del funcionamiento de un motor
diesel de vehículo automóvil, según las reivindicaciones 1 y 11.
La invención se entenderá mejor mediante la
lectura de la siguiente descripción, realizada únicamente a título
de ejemplo y con referencia al dibujo adjunto que representa un
esquema sinóptico que ilustra la estructura general de un sistema de
control según la invención.
En efecto, en dicha figura se reconoce un
sistema de control de funcionamiento de un motor diesel de vehículo
automóvil en el que el motor lleva la referencia general 1.
De manera clásica, dicho motor está asociado a
la entrada a unos medios de admisión de gases frescos designados
mediante la referencia general 2 y, a la salida, a unos medios de
escape designados mediante la referencia general 3. Se pueden
integrar en dichos medios de escape unos medios de descontaminación,
como por ejemplo un filtro de partículas, una trampa de Nox,
etc.
En el ejemplo ilustrado en dicha figura, el
motor está asociado asimismo a un turbocompresor designado mediante
la referencia general 4, cuya porción de turbina 5 está asociada a
los medios de escape del motor y cuya porción de compresor 6 está
asociada a los medios de admisión de gas en el mismo.
El motor está asimismo asociado a unos medios de
alimentación de carburante designados mediante la referencia general
7 en dicha figura, adaptados para poner en práctica una fase de
inyección de carburante en por lo menos algunos de los cilindros del
motor, durante la fase de expansión de los mismos.
Esta fase de funcionamiento denominada "fase
de post-inyección de carburante" se pone en
práctica por ejemplo cuando cabe regenerar los medios de
descontaminación integrados en la línea de escape de dicho motor,
incrementando la temperatura de los gases de escape del mismo o la
riqueza.
En el caso del uso de un filtro de partículas,
se puede añadir además un aditivo al carburante. Dicho aditivo está
destinado a depositarse en dichos medios de descontaminación con
objeto de reducir la temperatura de combustión de las partículas
atrapadas en los mismos.
Por supuesto, se pueden plantear otros
medios.
Los medios de admisión de los gases frescos en
el motor incluyen de forma clásica un sistema de admisión de aire
designado mediante la referencia general 8, un plenum de admisión
designado mediante la referencia general 9 y unos medios que forman
válvula y designados mediante la referencia general 10.
Se podrían plantear asimismo sensores de
temperatura y presión de gas a la entrada del motor, así como medios
de medición del caudal másico de gases frescos admitidos.
Dichos sensores están designados mediante la
referencia general 11 en dicha figura y permiten entregar a unos
medios de tratamiento de información designados mediante la
referencia general 12, información correspondiente de temperatura,
presión y caudal.
Dichos medios de tratamiento de información 12
están en realidad adaptados para controlar el funcionamiento del
turbocompresor, de los medios de alimentación de carburante y de los
medios que forman válvula, como se describe más adelante en
detalle.
En efecto, dichos medios están adaptados para
controlar los medios de admisión de gas en el motor, con objeto de
controlar la masa de gas admitida en el o cada cilindro
correspondiente, con objeto de controlar la temperatura en el mismo
y optimizar la combustión del carburante inyectado en el mismo
durante dicha fase de expansión.
Esto permite, en su caso, no utilizar un
intercambiador de calor a nivel de los medios de admisión de gas en
el motor, lo que se traduce por una ganancia en términos de coste y
facilidad de integración del sistema en un vehículo.
Además, esto permite asimismo asegurar en su
caso una combustión estable del carburante inyectado mediante un
sistema de post-inyección múltiple incluso en puntos
de funcionamiento con muy escasa carga del motor.
Como se ha indicado anteriormente, para
controlar la temperatura de los gases en el momento de la o las
inyecciones tardías, la unidad de tratamiento de información 12 está
adaptada para controlar los medios de admisión, con el fin de
controlar la masa de gas admitida en el cilindro
correspondiente.
En efecto, para cantidades y posiciones de
inyección dadas, la energía disponible para generar la temperatura
deseada en el momento de la post-combustión es la
misma.
La temperatura de los gases en el momento de la
post-inyección depende entonces de la temperatura y
de la masa de gases admitidos en el cilindro al principio del
ciclo.
Así, por ejemplo, para incrementar dicha
temperatura, se puede decidir la reducción de la masa de gas
admitida por ejemplo a muy escasa carga y/o en ambiente frío en el
entorno del vehículo, y utilizando el turbocompresor.
Se puede así controlar la descarga de dicho
turbocompresor vía la presión de consigna del mismo.
Si dicho comando no es suficiente, se puede
utilizar asimismo un comando de los medios que forman válvula 10 en
la entrada del motor, para asegurar una reducción de la presión de
los gases en la entrada del mismo en caso de que la primera
actuación sobre el turbocompresor no fuera suficiente.
Además para reducir la temperatura de los gases
en el cilindro, se puede incrementar la masa de los gases admitida,
actuando por ejemplo de forma opuesta sobre los accionadores
indicados anteriormente.
De este modo, para posiciones y cantidades de
carburante inyectado dadas, se puede añadir la masa de gas admitido
en función de las condiciones exteriores o de la temperatura a la
entrada del motor, con el fin de mantener un nivel de temperatura
dado en el momento de la o las post-inyecciones, lo
que permite optimizar la combustión en el cilindro.
En el ejemplo descrito con referencia a la
figura, se puede comprobar que la unidad de tratamiento de
información 12 está adaptada para controlar el turbocompresor y los
medios que forman válvula.
Dicha unidad de tratamiento de información puede
recibir información desde un sensor de temperatura del gas a la
entrada del motor, de un sensor de presión del gas a la entrada del
motor, y/o de un sensor de caudal másico de gas fresco admitido,
situado por ejemplo aguas arriba del turbocompresor.
De este modo, para un punto de funcionamiento
dado del motor, en régimen y en carga, la unidad de tratamiento de
información 12 puede estar adaptada para comparar la temperatura de
los gases a la entrada del motor, según la medición, con un valor
nominal de temperatura de puesta a punto del sistema de
post-inyección.
En función de la diferencia correspondiente de
temperatura, dicha unidad de tratamiento de información está
adaptada para calcular una corrección por ejemplo cartografiada, de
descarga o de presión de sobrealimentación, con objeto de controlar
por orden de prioridad:
- 1)
- la descarga de la turbina del compresor; y
- 2)
- los medios que forman válvula, para alcanzar la nueva consigna.
Por supuesto, se pueden plantear otros modos de
realización, y se puede estimar la temperatura a la entrada del
motor a partir de la temperatura en el entorno del vehículo, gracias
a un modelo de estimación de temperatura.
Asimismo, se pueden tener en cuenta variaciones
de presión atmosférica. Por supuesto, se pueden plantear otras
disposiciones.
Claims (16)
1. Sistema de control del funcionamiento de un
motor diesel de vehículo automóvil, equipado con medios de admisión
de gases frescos (2) en el mismo y de medios (7) de alimentación de
carburante adaptados para llevar a cabo una fase de inyección de
carburante en por lo menos algunos de los cilindros del motor
durante la fase de expansión de los mismos, caracterizado
porque incluye medios de control (12) de los medios de admisión de
gases (2) para controlar la masa de gases admitida en el cilindro o
cada cilindro correspondiente, con objeto de controlar la
temperatura en el mismo a un nivel de temperatura dado en el momento
de la inyección o las post-inyecciones y optimizar
la combustión del carburante inyectado en el mismo durante dicha
fase de expansión.
2. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de admisión (2) incluyen un
turbocompresor (4) cuyo funcionamiento es comandado por los medios
de control (12) para controlar la masa de gas admitida.
3. Sistema, según la reivindicación 2,
caracterizado porque los medios de control están adaptados
para controlar la descarga del turbocompresor vía la presión de
consigna del mismo.
4. Sistema, según la reivindicación 1, 2 ó 3,
caracterizado porque los medios de admisión (2) incluyen unos
medios que forman válvula (10) de admisión de gas cuyo
funcionamiento es comandado por los medios de control (12) para
controlar la masa de gas admitido.
5. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de control (12) están asociados a medios de medición de la
temperatura de los gases admitidos en el motor.
6. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de control (12) están asociados a medios de medición de la presión
de los gases admitidos en el motor.
7. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de control (12) están asociados a medios de medición del caudal
másico de gas admitido en el motor.
8. Sistema, según la reivindicación 7,
caracterizado porque los medios de medición del caudal másico
de gas admitido en el motor están situados aguas arriba del
turbocompresor.
9. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para un
punto de funcionamiento dado del motor, en régimen y en carga, los
medios de control (12) están adaptados para comparar la temperatura
de los gases a la entrada del motor, con un valor nominal para
determinar una diferencia correspondiente de temperatura y calcular
una corrección de control de los medios de admisión de gas (2) en el
motor.
10. Sistema, según las reivindicaciones 2 ó 3 y
4 y 9, caracterizado porque los medios de control (12) están
adaptados para controlar por orden de prioridad:
- -
- la descarga de la turbina del turbocompresor (4), y
- -
- los medios que forman válvula de admisión (10).
11. Procedimiento de control del funcionamiento
de un motor diesel de vehículo automóvil equipado con medios de
admisión de gases frescos (2) en el mismo y de medios (7) de
alimentación de carburante, adaptados para llevar a cabo una fase de
post-inyección de carburante en por lo menos algunos
de los cilindros del motor, durante la fase de expansión de los
mismos, caracterizado porque incluye una etapa de control de
los medios de admisión de gases para controlar la masa de gases
admitida en el cilindro o cada cilindro correspondiente, con objeto
de controlar la temperatura en el mismo a un nivel de temperatura
dado en el momento de la inyección o las
post-inyecciones, y optimizar la combustión del
carburante inyectado en el mismo durante dicha fase de
expansión.
12. Procedimiento, según la reivindicación 11,
caracterizado porque la etapa de control de los medios de
admisión de gases incluye una etapa de control del funcionamiento de
un turbocompresor (4) asociado al motor.
13. Procedimiento, según la reivindicación 11,
caracterizado porque la etapa de control del funcionamiento
del turbocompresor incluye una etapa de control de la descarga del
mismo vía su presión de consigna.
14. Procedimiento, según una cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque la etapa de
control de los medios de admisión de gases incluye una etapa de
control de medios que forman válvula (10) de admisión de gases en el
motor.
15. Procedimiento, según una cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque la etapa de
control incluye una etapa de compresión, para un punto de
funcionamiento dado del motor en régimen y en carga, de la
temperatura de los gases a la entrada del motor en un valor nominal,
para determinar una diferencia correspondiente de temperatura y una
etapa de cálculo de una corrección de control de los medios de
admisión de gases en el motor.
16. Procedimiento, según la reivindicación 15,
caracterizado porque la etapa de control consiste, por orden
de prioridad, en controlar la descarga de la turbina del
turbocompresor y en controlar los medios que forman válvula de
admisión.
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