ES2284115T3 - Procedimiento y dispositivo para el funcionamiento de un motor de combustion interna con un turbocompresor de gases de escape. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el funcionamiento de un motor de combustión interna (1) con un turbocompresor de gases de escape (5, 10, 15), en el que se calcula una masa de gases de escape en un volumen (20) entre al menos una válvula de salida (25) del motor de combustión interna (1) y una turbina (5) del turbocompresor de gases de escape (5, 10, 15), en el que se calcula una presión después e al menos una válvula de salida (25) desde la masa de gases de escape por medio de la ecuación general del gas, en el que la masa de gases de escape se calcula a través de integración de la diferencia entre la corriente de masas de gases de escape que afluye desde al menos una válvula de salida (25) hacia el volumen (20) y la corriente de masas de gases de escape que sale desde el volumen (20), en el que la corriente de masas de gases de escape que sale desde el volumen (20)se forma al menos a través de la corriente de masas de gases de escape que sale desde la turbina (5), caracterizado porque la corriente de masas de gases de escape que sale desde el volumen (20) se forma, además, a través de una corriente de masas de gases de escape, que sale a través de un canal de retorno de gases de escape (200).
Description
Procedimiento y dispositivo para el
funcionamiento de un motor de combustión interna con un
turbocompresor de gases de escape.
La invención parte de un procedimiento y de un
dispositivo para el funcionamiento de un motor de combustión
interna de tipo de las reivindicaciones independientes.
Para diferentes fines, como por ejemplo para el
cálculo de los gases residuales en la cámara de combustión del
motor de combustión interna se necesita el conocimiento de la
presión en la dirección de la circulación después de la o de las
válvulas de salida. Esta presión se designa también como contra
presión de los gases de escape. Para ahorrar los costes para 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
a partir de la caída de la presión en la instalación de escape la
presión en la dirección de la circulación de los gases de escape
después de la o de las válvulas de salida. En motores con
turbocompresores de gases de escape, en la dirección de la
circulación, después de la o de las válvulas de salida se encuentra
una turbina del turbocompresor de gases de escape. En una
derivación hacia la turbina se asienta una trampilla, que puede ser
regulada por una regulación de la presión de carga para el control
de la corriente de masas de gases de escape a través de la turbina.
Para la determinación de la contra presión de los gases de escape,
hay que tener en cuenta la caída de la presión en la turbina con la
derivación.
El procedimiento de acuerdo con la invención y
el dispositivo de acuerdo con la invención con las características
de las reivindicaciones independientes tienen, en cambio, la ventaja
de que se calcula una masa de gases de escape en un volumen entre
al menos una válvula de salida del motor de combustión interna y
una turbina del turbocompresor de gases de escape y de que se
calcula una presión después de al menos una válvula de salida a
partir de las masas de gases de escape por medio de la ecuación
general del gas. De esta manera se puede calcular sin sensor de
presión adicional la contra presión de los gases de escape con alta
exactitud tanto para condiciones de funcionamiento estacionarias
como también parta condiciones de funcionamiento dinámicas del
motor de combustión interna.
A través de las medidas indicadas en las
reivindicaciones dependientes son posibles desarrollos ventajosos y
mejoras del procedimiento indicado en la reivindicación
principal.
Es especialmente ventajoso que la masa de gases
de escape sea calculada a través de la integración de la diferencia
entre la corriente de masas de gases de escape que afluyen desde al
menos una válvula de salida hasta el volumen y la corriente de
masas de gases de escape que salen desde el volumen. De esta manera,
se puede determinar de una forma especialmente sencilla y precisa
la masa de gases de escape utilizada para el cálculo de la contra
presión de los gases de escape en el volumen entre al menos una
válvula de salida del motor de combustión interna y la turbina del
turbocompresor de gases de escape.
Se consigue otra ventaja cuando la corriente de
masas de gases de escape que sale desde el volumen se forma al
menos por la corriente de masas de gases de escape que sale desde la
turbina. De este modo se puede determinar de una manera
especialmente sencilla y precisa, especialmente para el caso en el
que no está previsto un retorno de los gases de escape, la masa de
gases de escape utilizada para la determinación de la contra
presión de los gases de escape en el volumen entre al menos una
válvula de salida del motor de combustión interna y la turbina del
turbocompresor de los gases de escape.
Se consigue otra ventaja cuando la turbina
comprende una derivación y la corriente de masas de gases de escape
que sale desde la turbina se forma a partir de la suma de una
corriente normalizada constante de las masas a través de la turbina
propiamente dicha y de una corriente normalizada de las masas, que
depende de una sección transversal de la abertura de la derivación
a través de la derivación. De esta manera, se tienen en cuenta
tanto la corriente de masas de gases de escape a través de la
derivación como también la corriente de masas de gases de escape a
través de la turbina y de este modo se determina de una forma
especialmente exacta la masa de gases de escape a determinar. De
esta manera se puede tener en cuenta la influencia de la derivación
sobre la presión de los gases de escape.
Es ventajoso que la corriente normalizada de las
masas a través de la derivación sea calculada en función de la
sección transversal de la abertura de la derivación a partir de una
curva característica. De este modo no se necesita ninguna
instalación sensora adicional para la determinación de la corriente
normalizada de masas a través de la derivación, de manera que se
puede ahorrar gasto.
Además, es ventajoso que se tengan en cuenta las
desviaciones de las condiciones normalizadas en la determinación de
la corriente de masas de gases de escape que sale desde la turbina a
través de al menos un factor de corrección para la temperatura, la
presión, y/o la velocidad de la circulación. De este modo se tienen
en cuenta también las condiciones de funcionamiento o bien las
condiciones ambientales actuales del motor de combustión interna
durante el cálculo de la contra presión de gases de escape, de
manera que ésta se puede determinar con una exactitud especial.
Es especialmente ventajoso que la corriente de
masas de gases de escape que sale desde el volumen se forma,
además, a través de una corriente de masas de gases de escape, que
sale a través de un canal de retorno de los gases de escape. De
este modo, en el cálculo de masas de los gases de escape en el
volumen entre al menos una válvula de salida del motor de
combustión interna y la turbina del turbocompresor de gases de
escape se puede tener en cuenta la utilización del canal de retorno
de los gases de escape y, por lo tanto, el volumen entre al menos
una válvula de salida del motor de combustión interna y la válvula
de retorno de los gases de escape, de manera que también en este
caso se puede calcular de una manera correcta la contra presión de
gases de escape.
Es especialmente ventajoso que se forme un
factor de corrección para la presión a partir de un cociente de la
presión calculada después de al menos una válvula de salida y una
presión normalizada. De este modo, se reacopla la contra presión
calculada de los gases de escape para el cálculo de la corriente de
masas de gases de escape que sale desde la turbina. Además, es
ventajoso que el factor de corrección para la velocidad de la
circulación sea calculado a partir de una curva característica en
función de un cociente de una presión después de la turbina en el
caso de la corriente de masas de gases de escape que sale desde la
turbina o bien de una presión del tubo de aspiración en el caso de
la corriente de masas de gases de escape que sale a través del
canal de retorno de gases de escape y de la presión calculada
después de al menos una válvula de salida. También de esta manera
se realiza un reacoplamiento de la contra presión calculada de los
gases de escape para el cálculo de la corriente de masas de gases
de escape que sale desde la turbina o bien a través del canal de
retorno de gases de escape.
Un ejemplo de realización de la invención se
representa en el dibujo y se explica en detalle en la descripción
siguiente.
En este caso:
La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un
motor de combustión interna con turbocompresor de gases de escape
y
La figura 2 muestra un primer diagrama de la
función para la ilustración del procedimiento de acuerdo con la
invención y del dispositivo de acuerdo con la invención sin retorno
de gases de escape, y
La figura 3 muestra un segundo diagrama de la
función para la ilustración del procedimiento de acuerdo con la
invención y del dispositivo de acuerdo con la invención con retorno
de los gases de escape.
En la figura 1, el número 1 identifica un motor
de combustión interna, especialmente de un automóvil. 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 a modo de ejemplo que el motor de
combustión 50 está configurado como motor Otto. A través de una
alimentación de aire 55 se alimenta aire fresco al motor Otto 50.
La dirección de la circulación del aire fresco se representa en este
caso en la figura 1 a través de flechas. En la alimentación de aire
55 está dispuesto un medidor de masas de aire 60, por ejemplo un
medidor de masas de aire de película caliente, que mide la
corriente de masas de aire alimentada y transmite el resultado de
la medición a un control de motor 110 para el procesamiento
posterior. A continuación del medidor de masas de aire 60 en la
dirección de la circulación está dispuesta, en la alimentación de
aire 55, una trampilla de estrangulamiento 65, cuyo grado de
apertura es ajustado por el control del motor 110. A continuación de
la trampilla de estrangulamiento 65 está dispuesta en la dirección
de la circulación, de acuerdo con la figura 1, una válvula de
inyección 70, a través de la cual se inyecta combustible, y que es
activada por el control del motor 110 para la realización de una
cantidad de inyección predeterminada, por ejemplo para el
mantenimiento de una relación predeterminada de la mezcla de aire y
combustible. El aire fresco y el combustible llegan a través de una
válvula de entrada 75 a la cámara de combustión del motor Otto 50.
La sección de alimentación de aire 55 entre la trampilla de
estrangulamiento 65 y la válvula de entrada 75 se designa también
como tubo de aspiración 80. La mezcla de aire y combustible, que se
encuentra en la cámara de combustión del motor Otto 50, es
encendida por medio de una bujía de encendido no representada en la
figura 1 y acciona de una manera conocida uno o varios pistones del
motor Otto 50. El gas de escape, que se produce durante la
combustión, es expulsado a través de una válvula de salida 25 a una
sección de gases de escape 105 del motor de combustión interna 1.
El tiempo de apertura y el tiempo de cierre de la válvula de entrada
75 y de la válvula de salida 25 se pueden regular por el control
del motor 110 en el caso de un control de válvulas totalmente
variable. De una manera alternativa, el tiempo de apertura y el
tiempo de cierre de la válvula de entrada 75 y de la válvula de
salida 25 se pueden regular a través de un árbol de levas asociado
respectivo de una manera conocida por el técnico. La dirección de
la circulación de los gases de escape en la sección de gases de
escape 105 está identificada de la misma manera por medio de
flechas. A continuación de la válvula de salida 25 en la dirección
de la circulación de los gases de escape está dispuesta una turbina
5 de un turbocompresor de gases de escape, que se puede eludir por
medio de una derivación 30. La derivación 30 comprende a tal fin una
válvula de derivación 90, cuyo grado de apertura puede ser regulado
de la misma manera por el control del motor 110 para la consecución
de una presión de carga predeterminada. El volumen de la sección de
gases de escape 105 entre la válvula de salida 25 y la turbina 5 se
identifica en la figura 1 con el signo de referencia 20. En el
volumen 20 puede estar dispuesto, como se representa en la figura 1,
de una manera opcional un sensor de temperatura 85, que mide la
temperatura en el volumen 20 y transmite el valor de medición al
control del motor 110. La turbina 5 del turbocompresor de gases de
escape, que está accionada por la corriente de masas de gases de
escape, acciona a través de un árbol 10 un compresor 15 del
turbocompresor de gases de escape en la alimentación de aire 55
para la compresión del aire alimentado al motor de combustión
interna 1. El medidor de las masas de aire 60 está conectado en
este caso delante del compresor 15 en la dirección de la circulación
del aire fresco. A continuación de la turbina 5 en la dirección de
la circulación de los gases de escape está dispuesto, por ejemplo,
un catalizador 100. Entre la turbina 5 y el catalizador 100 puede
estar dispuesto de una manera opcional un sensor de presión 95, que
mide la presión entre la turbina 5 y el catalizador 100 y transmite
el resultado de la medición al control del motor 110.
De acuerdo con el número de los cilindros del
motor Otto 50 pueden estar previstas una o varias válvulas de
entrada 75 y una o varias válvulas de salida 25. Además, en lugar de
la inyección de tubo de aspiración representada en la figura 1 se
puede llevar a cabo 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, se puede
prescindir de la trampilla de estrangulamiento y de la bujía de
encendido no representada en la figura 1.
En la figura 2 se representa un diagrama de la
función para el cálculo de la presión en la dirección de la
circulación de los gases de escape después de la válvula de salida
25. Esta presión se designa también como contra presión de los
gases de escape y se representa a continuación a través de la
abreviatura pabnav. El conocimiento de la contra presión de los
gases de escape es necesario especialmente para el cálculo de los
gases residuales en la cámara de combustión del motor Otto 50. Un
integrador 40 reproduce el comportamiento de acumulación de masas
del volumen 20 entre la válvula de salida 25 y la turbina 5. Esta
parte de la sección de gases de escape 105 entre la válvula de
salida 25 y la turbina 5 se designa también como codo de gases de
escape y el volumen 20 como volumen del codo. La variable de entrada
del integrador 40 es la diferencia \Lambdamikr entre la corriente
de masas de gases de escape masas, que afluye al volumen 20 desde la
válvula de salida 25 y la corriente de masas de gases de escape
mstuby que sale desde la derivación 30. La diferencia \Lambdamikr
se forma en este caso en un primer elemento de substracción 115. La
corriente de masas de los gases de escape msas que afluye desde la
válvula de salida 25 se puede calcular en el control del motor 110
a partir de la corriente de masas de aire medida por el medidor de
masas de aire 60 y la corriente inyectada de masas de combustible.
La corriente inyectada de masas de combustible es, como se ha
descrito, una variable conocida en el control del motor 110, puesto
que se predetermina por el control del motor 110 para la regulación
de una relación predeterminada de la mezcla de aire y combustible en
función de la corriente de masas de aire medida. La determinación
de la corriente de masas de gases de escape msas, que afluye desde
la válvula de salida 25 al volumen 20 se lleva a cabo a partir de
la corriente de masas de aire medida por el medidor de masas de
aire 60 y la corriente de masas de combustible inyectada conocida
en el control del motor 110 de una manera conocida por el técnico
con la ayuda de un modelo.
En el caso de una diferencia positiva
\Lambdamikr, fluyen más gases de escape hasta el volumen 20 que
la cantidad que se descarga. La masa de gases de escape mikr en el
volumen 20 se incrementa entonces como variable de valida del
integrador 40. En el caso de una diferencia negativa, entonces se
descarga más masa de gases de escape que la masa que afluye. Si la
diferencia \Lambdamikr es igual a cero, entonces la admisión de
gases de escape en el volumen 20 es de la misma magnitud que la
descarga de gases de escape y se mantiene constante la masa de
gases de escape mikr en el volumen 20.
Con la ecuación general del gas se convierte la
masa de gases de escape mikr en el volumen 20 en la presión pabnav
en la dirección de la circulación hacia la válvula de salida 25.
Esta contra presión de los gases de escape se obtiene, por lo tanto,
con la ayuda de la ecuación general del gas:
pabnav = mikr *
R * Tikr /
Vkr
En este caso, R es la constante general del gas,
Tikr es la temperatura del gas en el volumen 20 y Vkr es el volumen
20, por ejemplo en m^{3}. La temperatura del gas o la temperatura
de los gases de escape Tikr en el volumen 20 se puede medir o bien
por el sensor de temperatura 85 o, para ahorrar el sensor de
temperatura 85, en el control del motor 110 a través de un modelo
de una manera conocida por el técnico a partir de la corriente
inyectada de masas de combustible, la corriente de masas de gases de
escape msas, que afluye desde la válvula de salida 25 hasta el
volumen 20 y en el caso del motor Otto 50 en función del grado de
rendimiento del ángulo de encendido. El volumen Vkr del codo de
gases de escape 20 puede ser memorizado en el control del motor 110
como variable conocido. Lo mismo se aplica de una manera
correspondiente para la constante general del gas R. En el diagrama
de la función según la figura 2, están previstos entonces medios 45
para el cálculo de la contra presión de los gases de escape pabnav
en forma de un primer elemento de multiplicación 45, que multiplica
la masa de gases de escape mikr en la salida del integrador 40 con
el cociente R * Tikr / Vkr. El resultado es la contra presión de
los gases de escape pabnav. La contra presión de los gases de escape
pabnav se reacopla para el cálculo de la corriente de masas de
gases de escape que sale desde el volumen 20. Con la hipótesis de
que la turbina 5 y la derivación 30 se pueden describir en lo que se
refiere al comportamiento de la circulación de los gases de escape
en forma de un estrangulamiento, se aplica en condiciones normales
que la corriente normalizada de masas msntuby, que sale desde el
volumen 20 a través de la turbina 5 y la derivación 30, se compone
de la suma de la corriente normalizada de masas msntu a través de la
turbina 5 y la corriente normalizada de masas msnby a través de la
derivación 30. La corriente normalizada de masas msntu a través de
la turbina 5 y la corriente normalizada de masas msnby a través de
la derivación 30 son sumadas en un primer elemento de adición 120 y
de esta manera forman la corriente normalizada de masas msntuby que
sale a través de la turbina 5 y la derivación 30. Las condiciones
normales están previstas, por ejemplo, de la siguiente manera:
La presión normal pabnav_norm en la dirección de
la circulación de los gases de escape después de la válvula de
salida 25 es 1013 hPa. La temperatura normal de los gases de escape
Taikr_norm en el codo 20 es 273 K. La velocidad de la circulación
normal en el volumen 20 es igual a la velocidad del sonido.
Para el cálculo de la contra presión de gases de
escape pabnav se supone que tanto la turbina 5 como también la
derivación 30 con la válvula de derivación 90 se pueden describir en
cada caso de acuerdo con la técnica de circulación como un
estrangulamiento. Tanto la turbina 5 como también la derivación 30
con la válvula de derivación 90 tienen la presión y la temperatura
en común delante y detrás del estrangulamiento respectivo.
En la turbina 5, la corriente normalizada de
masas msntu en condiciones normales en el control del motor 110 es
conocida y constante. La corriente normalizada de masas msnby de la
derivación 30 es una función de la sección transversal de la
apertura en la zona de la válvula de derivación 90. La posición de
la válvula de derivación 90, que puede estar configurada según la
figura 1 como trampilla de estrangulamiento, es una función de la
carrera de un elemento de regulación o del regulador no representado
en la figura 1 para la regulación de la posición de la válvula de
derivación 90. Esta carrera es predeterminada por el control del
motor 110 para la regulación de una presión de carga predeterminada.
La sección transversal de la abertura de la derivación 30 en la
zona de la válvula de derivación 90 depende de esta carrera del
regulador. El dispositivo 35 de acuerdo con la invención según el
diagrama de la función de acuerdo con la figura 2 está realizado,
por ejemplo, en el control del motor 110 por medio de software y/o
de hardware. El dispositivo 35 comprende una curva característica
MSNPG, que está identificada en la figura 2 con el signo de
referencia 150 y que presenta como variable de entrada la carrera
del regulador de la válvula de derivación 90 y como variable de
salida la corriente normalizada de masas msnby a través de la
derivación 30. La curva característica MSNPG describe de esta
manera la relación entre la corriente normalizada de masas msnby a
través de la derivación 30 en función de la carrera del regulador
de la válvula de derivación 90. La curva característica MNSPG se
puede aplicar, por ejemplo, en un banco de pruebas en las
condiciones normales mencionadas. La corriente normalizada de masas
msnby que se forma en función de la carrera del regulador de la
válvula de derivación 90, predeterminada en cada caso por el
control del motor 110, se puede determinar para la aplicación de la
curva característica MSNPG a través de un medidor de la corriente
de masas en el volumen 20 o a través del medidor de las masas de
aire 60 y la masa de combustible conocida en el estado estacionario
del motor de combustión interna.
Si al menos una de las condiciones de
funcionamiento o de las condiciones ambientales del motor de
combustión interna 1 se desvía de las condiciones normales
mencionadas, entonces con la ayuda de uno o varios factores de
corrección se tienen en cuenta la desviación o las desviaciones en
el cálculo de la corriente de masas de gases de escape que sale a
través de la turbina 5 y la derivación 30. A través de un factor de
corrección ftaikr se puede tener en cuenta una desviación de la
temperatura actual respecto de la temperatura normal. El primer
factor de corrección ftaikr se forma de la siguiente manera:
ftaikr = \surd
\frac{\overline{/ \
Taikr\_norm}}{Taikr}
En este caso, Taikr es la temperatura actual de
los gases de escape en el codo 20 y corresponde, por lo tanto, a la
temperatura Tikr de la ecuación (1).
El primer factor de corrección ftaikr se
multiplica a través de un segundo elemento de multiplicación 125
con la corriente normalizada de masas msntuby que sale a través de
la turbina 5 y la derivación 30.
Un segundo factor de corrección fpabnav tiene en
cuenta la derivación de la contra presión de gases de escape pabnav
calculada actualmente respecto de la presión normal pabnav_norm. El
segundo factor de corrección se forma de la siguiente manera:
fpabnav =
\frac{pabnav}{pabnav\_norm}
El segundo factor de corrección fpabnav se forma
por medio de un primer elemento de división 140 a través de
división de la contra presión calculada de los gases de escape
pabnav a través de la presión normal pabnav_norm de 1013 hPa en
este ejemplo y se multiplica en un tercer elemento de multiplicación
130 por la salida del segundo elemento de multiplicación 125.
Además, está previsto un tercer factor de
corrección fklaf, que tiene en cuenta la desviación de la
velocidad actual de la circulación de los gases de escape en el
volumen 20 respecto de la velocidad del sonido. El tercer factor de
corrección fklaf se da en este caso de la siguiente manera:
fklaf =
\frac{\text{velocidad actual de la circulación}}{\text{velocidad del
sonido}}
El tercer factor de corrección fklaf depende de
la relación de la presión pvkat en la sección de gases de escape
105 en la dirección de la circulación de los gases de escape después
de la turbina 5 y delante del catalizador 100 con respecto a la
contra presión calculada de los gases de escape pabnav en la
dirección de la circulación de las fases de escape después de la
válvula de salida 25 y delante de la turbina 5. Esta dependencia es
tenida en cuenta según el dispositivo 35 en la figura 2 a través de
la curva característica KLAF, que está identificada también a
través del signo de referencia 155. Suministra como variable de
salida el tercer factor de corrección fklaf. Como variable de
entrada se alimenta su cociente pvkat/pabnav, que se forma en un
segundo elemento de división 145. La presión pvkat en la dirección
de la circulación de los gases de escape después de la turbina 5 y
delante del catalizador 100 se puede detectar a través del sensor de
la presión 95. Si no está presente ningún catalizador, en oposición
al ejemplo de realización descrito aquí de acuerdo con la figura 1,
entonces en esta presión se trata de la presión que está presente en
la dirección de la circulación de los gases de escape después de la
turbina 5, que se designa entonces, en general, también con pntu. En
el presente ejemplo, pntu es igual a pvkat.
La presión pvkat entre la turbina 5 y el
catalizador 100 en la sección de gases de escape 105 se puede
calcular también, de manera que el sensor de presión 95 no es
necesario en este caso. La presión pvkat se calcula en este caso
con:
pvkat = pu +
\Delta
p
En este caso, pu es la presión ambiental, que se
puede medir, por ejemplo, a través de un sensor de la presión
ambienta. \Deltap es la diferencia de la presión entre la presión
ambiental en el orificio de escape y la presión entre la turbina 5
y el catalizador 100 en la sección de gases de escape 105. La
diferencia de la presión \Deltap se puede calcular, por ejemplo,
en función de la corriente de masas de gases de escape msas, que
abandona la válvula de salida 25 en el volumen 20, con la ayuda de
una curva característica aplicada, por ejemplo, en un banco de
pruebas. En la aplicación de esta curva característica se puede
calcular para corrientes determinadas de masas de gases de escape
msas con la ayuda de un sensor de presión utilizado para la
aplicación en cada caso la diferencia de la presión \Deltap
aplicada y se puede utilizar para la actualización de la curva
característica.
También la curva característica KLAF se puede
aplicar, por ejemplo, en un banco de pruebas o a partir de la misma
se puede derivar una curva característica de salida conocida en la
literatura. En este caso, se puede calcular la presión pvkat en la
dirección de la circulación después de la turbina 5 y delante del
catalizador 100 por medio del sensor de presión 95 y se puede
calcular la presión pabnav con la ayuda del dispositivo 35 o de un
sensor de presión separado en el volumen 20. Se pueden predeterminar
diferentes relaciones de la presión pvkat/pabnav a través de la
activación adecuada del grado de apertura de la válvula de
derivación 90 por el control del motor 10. Para diferentes
relaciones de presión predeterminadas pvkat/pabnav se puede
calcular entonces en la aplicación, por ejemplo, con la ayuda de un
medidor de la corriente de masas de aire en el volumen 20 la
velocidad de la circulación de los gases de escape y se puede poner
en relación con la velocidad del sonido, para obtener para los
valores predeterminados pvkat/pabnav el tercer factor de corrección
fklav asociado en cada caso y para actualizar de esta manera la
curva característica KLAF.
El tercer factor de corrección fklaf es
multiplicado en un cuarto elemento de multiplicación 135 con la
salida del tercer elemento de multiplicación 130, de manera que en
la salida del cuarto elemento de multiplicación 135 se obtiene la
corriente de masas de gases de escape mstuby que sale, en general,
desde el volumen 20 a través de la turbina 5 y la derivación 30 en
las condiciones actuales de funcionamiento y en las condiciones
ambientales actuales del motor de combustión interna 1, cuya
corriente de masas de gases de escape se resta en el primer
elemento de substracción 115 desde la corriente de masas de gases de
escape msas que sale desde la válvula de salida 25 hacia el volumen
20.
En las relaciones de la presión pvkat/pabnav
< 0,52, la curva característica KLAF suministra el valor 1. Los
gases de escape circulan con la velocidad del sonido a través del
volumen 20. A medida que se incrementa la relación de la presión
pvkat/pabnav, se reduce la velocidad de la circulación de los gases
de escape en el volumen 20, hasta que alcanza el valor cero en una
relación de la presión pvkat/pabnav = 1. Si a diferencia del
ejemplo descrito aquí, no está presente ninguna derivación alrededor
de la turbina 5, entonces se suprime el primer elemento de adición
120 y la variable de entrada del primer elemento de multiplicación
125 es la corriente normalizada de masas msntu a través de la
turbina 5.
La constante de tiempo del integrador 40 es, por
ejemplo, un segundo. La constante de tiempo se puede seleccionar en
este caso de tal forma que representa el tiempo de estabilización
del integrador 40 en las condiciones normales descritas. Este
tiempo de estabilización se puede calcular, por ejemplo, de la misma
manera en un banco de pruebas cuando existen condiciones normales,
especialmente en lo que se refiere a la temperatura y la presión.
En este caso, después del ajuste de un punto de trabajo constante
del motor de combustión interna para diferentes constantes de
tiempo predeterminada, se calcula aquélla en la que la contra
presión de los gases de escape pabnav alcanza más rápidamente un
valor estable.
La descripción realizada hasta ahora se limita a
un caso sin retorno de los gases de escape. A continuación se
describe la determinación de la contra presión de los gases de
escape pabnav en un motor de combustión interna 1 con retorno de
los gases de escape. A tal fin está previsto, como se representa con
línea de trazos en la figura 1, un canal de retorno de los gases de
escape 200, que se deriva desde la sección de gases de escape 105
entre la válvula de salida 25 y la turbina 5, que comprende una
válvula de retorno de los gases de escape 205 y desemboca en el
tubo de aspiración 80 entre la trampilla de estrangulamiento 65 y la
válvula de entrada 75. La dirección de la circulación de los gases
de escape retornados e el canal de retorno de gases de escape 200
se representa en la figura 1 por medio de flechas de trazos. La
válvula de retorno de los gases de escape 205 es activada por el
control del motor 110 de tal forma que resulta una tasa deseada de
retorno de los gases de escape. Adicionalmente, en el tubo de
aspiración 80 puede estar dispuesto un sensor de presión 210 del
tubo de aspiración, que mide la presión en el tubo de aspiración y
transmite e resultado de la medición en forma de una señal de
medición al control del motor 110.
Los gases de escape retornados participan como
gas inerte en la combustión en la cámara de combustión del motor de
combustión 50 y reduce la temperatura de la combustión y, por lo
tanto, la formación de NOx. El canal de retorno de gases de escape
200 representa en este caso otra salida desde la sección de gases de
escape 105 y la válvula de retorno de gases de escape 205 se
comporta como una pantalla. La corriente de masas de gases de
escape conducida a través del canal de retorno de gases de escape
200 desde la sección de gases de escape 105 se puede determinar,
por lo tanto, de una manera similar a la corriente de masas de gases
de escape a través de la turbina 5 y la derivación 30. Solamente es
diferente la velocidad de la circulación, porque en este caso es
retorno de los gases de escape es una función de la relación de la
presión entre la presión del tubo de aspiración psr y la contra
presión de los gases de escape pabnav. La presión del tubo de
aspiración psr se puede medir en este caso a través del sensor de
presión 210 del tubo de aspiración o se puede modelar de una manera
conocida por el técnico a partir de otras variables de
funcionamiento del motor de combustión interna 1. Para la corriente
de masas de gases de escape msagr, que se conduce fuera de la
sección de gases de escape 105 a través del canal de retorno de los
gases de escape 200, se aplica:
msagr = msnagr
(Hub_agr) * ftaikr * fpabnav * flklaf (psr /
pabnav)
En este caso, msnagr es una corriente
normalizada de masas de los gases de escape, que se obtiene de
acuerdo con una curva característica predeterminada por el
fabricante de la válvula de retorno de los gases de escape 205 en
las condiciones normales mencionadas anteriormente en función de la
carrera Hub_agr de la válvula de retorno de los gases de escape. La
carrera Hub_agr de la válvula de retorno de los gases de escape 205
es ajustada por el control del motor 110 para la consecución de la
tasa deseada de retorno de los gases de escape y se conoce, por lo
tanto, en el control del motor 110, de manera que el control del
motor 110 puede calcular a partir de la carrera
Hub-agr con la ayuda de la curva característica
predeterminada por el fabricante y conocida en el control del motor
110, la corriente normalizada de masas de los gases de escape msnagr
a través del canal de retorno de los gases de escape 200.
De acuerdo con el diagrama de la función según
la figura 3, el retorno de los gases de escape es tenido en cuenta
para la determinación de la contra presión de los gases de escape
pabnav. El diagrama de la función según la figura 3 se modifica a
partir del diagrama de la función según la figura 2, identificando
en la figura 3 los mismos signos de referencia los mismos elementos
que en la figura 2. De acuerdo con el diagrama de la función según
la figura 3, en este caso, a diferencia del diagrama de la función
según la figura 2, la diferencia \Deltamikr alimentada al
integrador 20, como diferencia formada en el primer elemento de
substracción 115 entre la corriente de masas de gases de escape
msas, que afluye desde el volumen 20 desde la válvula de salida 25,
se resta de la salida del tercer elemento de multiplicación 130. En
este caso, en el tercer elemento de multiplicación 130 se
multiplica 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 corresponde en este caso al segundo factor
de corrección fpabnav, que se forma a través de la división de la
contra presión de los gases de escapa por la presión normal
pabnav_norm = 1013 hPa. La salida del segundo elemento de
multiplicación 125 se forma a través de la multiplicación de la
salida de un segundo elemento de adición 225 con el primer factor
de corrección ftaikr, que se calcula de acuerdo con la ecuación (2).
En el segundo elemento de adición 225 se suma la salida del cuarto
elemento de multiplicación 135 con la salida de un quinto elemento
de multiplicación 220. La salida del cuarto elemento de
multiplicación 135 se forma a través de la multiplicación de la
corriente normalizada de masas msntuby formada como en la figura 2
y que sale desde el volumen 20 a través de la turbina 5 y la
derivación 30, por el tercer factor de corrección fklaf, siendo
formado el tercer factor de corrección fkalf como en la figura 2
por medio de la curva característica KLAF, que está identificada por
medio del signo de referencia 155. La salida del quinto elemento de
multiplicación 220 se forma a través de la multiplicación de la
corriente normalizada de masas de gases de escape msnagr por la
salida de una tercera curva característica 230. La tercera curva
característica 230 se designa en la figura 3 también con KLAF 1 y se
puede aplicar de una manera similar a la curva característica KLAF
en un banco de pruebas o se puede derivar a partir de la curva
característica de salida conocida en la literatura. La tercera curva
característica 230 puede corresponder en este caso especialmente a
la curva característica KLAF, es decir, que puede estar igualmente
actualizada. Proporciona como señal de salida un cuarto factor de
corrección flklaf para la velocidad de la circulación de los gases
de escape en el canal de retorno de los gases de escape 200 según la
ecuación (4). De una manera correspondiente, a la tercera curva
característica 230 se alimenta como variante de entrada el cociente,
formado en un tercer elemento de división 215, de la presión del
tubo de escapa psr dividida por la contra presión de los gases de
escape pabnav. El cuarto factor de corrección flklaf depende, por lo
tanto, de la relación de la presión del tubo de aspiración psr con
respecto a la contra presión calculada de los gases de escape
pabnav según la tercera curva característica 230. De esta manera, a
través del diagrama de la función según la figura 3 se tienen en
cuenta tanto la corriente de masas de los gases de escape a través
de la turbina 5 y la derivación 30 como también la corriente de
masas de los gases de escape a través del canal de retorno de los
gases de escape 200 en la determinación de la masa de los gases de
escape mikr en el volumen 20.
Claims (8)
1. Procedimiento para el funcionamiento de un
motor de combustión interna (1) con un turbocompresor de gases de
escape (5, 10, 15), en el que se calcula una masa de gases de escape
en un volumen (20) entre al menos una válvula de salida (25) del
motor de combustión interna (1) y una turbina (5) del turbocompresor
de gases de escape (5, 10, 15), en el que se calcula una presión
después e al menos una válvula de salida (25) desde la masa de
gases de escape por medio de la ecuación general del gas, en el que
la masa de gases de escape se calcula a través de integración de la
diferencia entre la corriente de masas de gases de escape que afluye
desde al menos una válvula de salida (25) hacia el volumen (20) y
la corriente de masas de gases de escape que sale desde el volumen
(20), en el que la corriente de masas de gases de escape que sale
desde el volumen (20)se forma al menos a través de la
corriente de masas de gases de escape que sale desde la turbina (5),
caracterizado porque la corriente de masas de gases de
escape que sale desde el volumen (20) se forma, además, a través de
una corriente de masas de gases de escape, que sale a través de un
canal de retorno de gases de escape (200).
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque las desviaciones de
las condiciones normales durante el cálculo de la corriente de
masas de gases de escape que sale desde la turbina (5) se tienen en
cuenta a través de al menos un factor de corrección para la
temperatura la presión y/o la velocidad de la circulación.
3. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la turbina
(5) comprende una derivación (30) y la corriente de masas de los
gases de escape que sale desde la turbina (5) se forma a partir de
la suma de una corriente normalizada constante de masas a través de
la turbina (5) propiamente dicha y de una corriente normalizada de
masas, en función de una sección transversal de apertura de la
derivación (30), a través de la derivación (30).
4. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizado porque la corriente
normalizada de masas a través de la derivación (30) se calcula en
función de la sección transversal de apertura de la derivación (30)
a partir de una curva característica.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
corriente de masas de los gases de escape, que sale a través del
canal de retorno de los gases de escape (200) se forma a partir de
una corriente normalizada de masas en función de una carrera de una
válvula de retorno de los gases de escape (205) y porque las
desviaciones de las condiciones normales se tienen en cuenta en el
cálculo de la corriente de masas de los gases de escape que sale a
través del canal de retorno de los gases de escape (200) a través
de al menos un factor de corrección para la temperatura, la presión
y/o la velocidad de la circulación.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque se forma un
factor de corrección para la temperatura a partir de la raíz del
cociente de una temperatura normal y de la temperatura actual,
porque se forma un factor de corrección para la presión a partir de
un cociente de la presión calculada después de al menos una válvula
de salida (25) y una presión normal y porque se calcula un factor de
corrección para la velocidad de la circulación a partir de un
cociente de la velocidad de la circulación actual y la velocidad del
sonido.
7. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 6, caracterizado porque el factor de
corrección para la velocidad de la circulación se calcula a partir
de una curva característica en función de un cociente de una
presión después de la turbina (5) en el caso de la corriente de
masas de gases de escape que sale desde la turbina (5) o bien de
una presión del tubo de aspiración en el caso de la corriente de
masas de los gases de escape que sale a través del canal de retorno
de los gases de escape (200) y de la presión calculada después de al
menos una válvula de salida.
8. Dispositivo (35) para el funcionamiento de un
motor de combustión interna (1) con un turbocompresor de gases de
escape (5, 10, 15), en el que están previstos medios (40) para el
cálculo de una masa de gases de escape en un volumen (20) entre al
menos una válvula de salida (25) del motor de combustión interna (1)
y una turbina (5) del turbocompresor de gases de escape (5, 10,
15), en el que están previstos medios (45) para el cálculo de una
presión después de al menos una válvula e salida (25) a partir de la
masa de gases de escape por medio de la ecuación general del gas,
en el que están previstos medios (40), que calculan la masa de gases
de escape a través de la integración de la diferencia entre la
corriente de masas de gases de escape que afluye desde al menos una
válvula de salida (25) hacia el volumen (20) y la corriente de masas
de gases de escape que sale desde el volumen (20), en el que la
corriente de masas de gases de escape que sale desde el volumen
(20) se forma al menos a través de la corriente de masas de gases de
escape que sale desde la turbina (5), caracterizado porque
la corriente de masas de gases de escape que sale desde el volumen
(20) se forma, además, a través de una corriente de masas de gases
de escape, que sale a través de un canal de retorno de gases de
escape (200).
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