ES2299380B1 - Procedimiento para el funcionamiento de un motor de combustion interna y motor de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el funcionamiento de un motor de combustión interna y motor de combustión interna, en el que al menos una parte de la cámara de combustión de al menos un cilindro del motor de combustión interna (10) es precalentado por medio de un dispositivo calefactor (15), y en el que el motor de combustión interna (10) se pone en marcha por medio de un motor de arranque eléctrico (20). De acuerdo con la invención, se lleva a cabo una activación del dispositivo calefactor (15) y/o del motor de arranque (20) en función de un estado de carga y/o de otras variables de funcionamiento de una batería (40) que alimenta energía eléctrica al dispositivo calefactor (15) y al motor de arranque (20).
Description
Procedimiento para el funcionamiento de un motor
de combustión interna y motor de combustión interna.
La invención se refiere a un procedimiento para
el funcionamiento de un motor de combustión interna, en el que al
menos una parte de la cámara de combustión de al menos un cilindro
del motor de combustión interna es precalentado por medio de un
dispositivo calefactor, y en el que el motor de combustión interna
se pone en marcha por medio de un motor de arranque eléctrico.
La invención se refiere, además, a un motor de
combustión interna de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación
8 de la patente.
Se conocen procedimientos del tipo mencionado al
principio así como motores de combustión interna correspondientes y
presentan el inconveniente de que especialmente en un estado de
carga reducida de una batería que alimenta el dispositivo
calefactor y el motor de arranque, no se garantiza un arranque
seguro del motor de combustión interna. Además, en los
procedimientos convencionales, a partir de una activación
predeterminada fijamente del dispositivo y/o del motor de arranque
resulta una duración de vida útil insuficiente del dispositivo
calefactor o bien de componentes del dispositivo calefactor así
como un desgaste innecesariamente grande de una batería
utilizada.
Por lo tanto, el cometido de la presente
invención es mejorar un procedimiento y un dispositivo del tipo
mencionado al principio, en el sentido de que es posible un
arranque seguro del motor de combustión interna también en el caso
de un estado de carga reducido de una batería asociada al motor de
combustión interna, y en el sentido de que se reduce al mismo
tiempo el desgaste del dispositivo calefactor y/o de la
batería.
Este cometido se soluciona en un procedimiento
del tipo mencionado al principio de acuerdo con la invención porque
se lleva a cabo una activación del dispositivo calefactor y/o del
motor de arranque en función de un estado de carga y/o de otras
variables de funcionamiento de una batería que alimenta energía
eléctrica al dispositivo calefactor y al motor de arranque.
La consideración de acuerdo con la invención del
estado de carga de la batería posibilita una toma de energía
eléctrica precisa, adaptada al estado de carga de la batería, desde
la batería, con el fin de alimentar el dispositivo calefactor y/o el
motor de arranque. De esta manera, en el caso de un estado de carga
especialmente bajo de la batería, se puede evitar, por ejemplo,
especialmente una activación simultánea del dispositivo calefactor
y del motor de arranque, de manera que también en un estado crítico
de este tipo se evita una bajada de la tensión de la batería por
debajo de una tensión mínima admisible.
De la misma manera, es posible con ello, por
ejemplo, prescindir, en el caso de un estado de carga bueno por
encima de la media al menos parcialmente de una activación del
dispositivo calefactor, porque el arranque del motor de combustión
interna se puede llevar a cabo en este caso simplemente a través de
una activación suficientemente larga del motor de arranque. En este
caso se eleva la duración de vida del dispositivo calefactor o bien
de componentes del dispositivo calefactor en una medida
correspondiente.
Como otra solución del cometido de la presente
invención se indica un motor de combustión interna de acuerdo con
la reivindicación 8 de la patente.
Las configuraciones ventajosas de la presente
invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Otras ventanas, características y detalles de la
invención se deducen a partir de la descripción siguiente, en la
que con referencia al dibujo se describe en detalle un ejemplo de
realización de la invención. En este caso, las características
mencionadas en las reivindicaciones y en la descripción son
esenciales de la invención en cada caso de forma individual por sí
o en combinación discrecional.
En el dibujo:
La figura 1 muestra un diagrama de bloques
simplificado de un motor de combustión interna de acuerdo con la
invención, y
La figura 2 muestra un diagrama de flujo de una
primera forma de realización de la presente invención.
La figura 1 muestra un diagrama de bloques
simplificado de un motor de combustión interna 10 de acuerdo con la
invención, en el que se trata, por ejemplo, de un motor de
combustión interna de encendido automático con inyección
directa.
Para el acondicionamiento de al menos una cámara
de combustión, no reproducida en la figura 1, del motor de
combustión interna 10, el motor de combustión interna 10 presenta
un dispositivo calefactor 15, que es accionado de forma preferida
eléctricamente y que se utiliza especialmente en el caso de un
arranque en frío del motor de combustión interna 10 así como en el
caso de un arranque en caliente o, en general, a temperaturas
ambientales muy bajas, con el fin de precalentar en una medida
suficiente al menos una parte la cámara de combustión interna
respectiva, de manera que un encendido seguro de una mezcla de
combustible y aire que se encuentra en la cámara de combustión.
En el dispositivo calefactor 15 se puede tratar,
por ejemplo, de un sistema, que presenta de una manera preferida
una bujía de incandescencia de tipo espiga accionada eléctricamente
por cada cámara de combustión, en la que la bujía de incandescencia
de tipo espiga se proyecta al menos parcialmente en la cámara de
combustión respectiva y calienta al menos parcialmente a ésta o bien
a una mezcla de gas que se encuentra en ella.
Además del dispositivo calefactor 15, el motor
de combustión interna 10 presenta también un motor de arranque
eléctrico 20 para el arranque del motor de combustión interna de
una manera conocida en sí.
Al motor de combustión interna 10 está asociado,
además, un aparato de control 30, que controla el arranque del
motor de combustión interna 10 así como otros tipos de
funcionamiento del motor de combustión interna 10. A tal fin, se
alimentan al aparato de control 30 unas variables de funcionamiento
del motor de combustión interna 10 como variables de entrada, que
están simbolizadas en la figura 1 en forma de flechas.
La activación del dispositivo calefactor 15 y
del motor de arranque 20 a través del aparato de control 30 está
simbolizada a través de conexiones 15aa, 20aa correspondientes.
Las instrucciones o algoritmos que son
necesarios para el control del motor de combustión interna están
depositados de una manera preferida en una memoria de programa de
una unidad de cálculo no reproducida del aparato de control 30.
Para la alimentación de consumidores eléctricos,
como por ejemplo del motor de arranque 20 y del dispositivo
calefactor 15 así como del aparato de control 30, al motor de
combustión interna 10 está asociada una batería 40. Los cables o
bien las líneas correspondientes, que son necesarios para la
alimentación de corriente, no se reproducen en la figura 1.
Para garantizar un arranque del motor de
combustión 10 que conserva el dispositivo calefactor 15 y la
batería 40 y al mismo tiempo seguro del motor de combustión interna
10, especialmente también en condiciones de arranque en frío, se
lleva a cabo el procedimiento de acuerdo con la invención descrito a
continuación, cuyas etapas del procedimiento están indicadas en el
diagrama de flujo reproducido en la figura 2.
Antes del comienzo del motor de combustión
interna 10 se calcula en la etapa 100 en primer lugar el estado de
carga de la batería 40. El estado de carga de la batería 40 permite
sacar conclusiones sobre una capacidad residual disponible
momentáneamente de la batería, es decir, especialmente sobre la
cantidad de electricidad almacenada en la batería 40, que está a la
disposición de los consumidores eléctricos, como por ejemplo el
dispositivo calefactor 15 y el motor de arranque 20.
Puesto que especialmente también una temperatura
ambiental repercute sobre la capacidad de residual de la batería
40, se tienen en cuenta de la misma manera la temperatura ambiental
así como, dado el caso, otros factores que influyen sobre la
capacidad residual de la batería 40 en la etapa 100 del
procedimiento de acuerdo con la invención.
Los datos correspondientes sobre el estado de
carga de la batería 40 se pueden obtener de acuerdo con la
invención, por ejemplo, desde un aparato de control de la batería
no mostrado, que está en comunicación de datos con el aparato de
control 30 que controla el motor de combustión interna 10, por
ejemplo a través de un Bus CAN 70, y que supervisa de una manera
continua el estado de la batería y una temperatura ambiental o bien
una temperatura de la batería 40 y similares.
Después del cálculo del estado de carga de la
batería 40 se selecciona, de acuerdo con la invención, en la etapa
110 una estrategia de activación para una activación siguiente del
dispositivo calefactor 15 y/o del motor de arranque 20.
Los datos correspondientes sobre el estado de
carga de la batería 40 se pueden obtener de acuerdo con la
invención, por ejemplo, desde un aparato de control de la batería
no mostrado, que está en comunicación de datos con el aparato de
control 30, que controla el motor de combustión interna 10, por
ejemplo a través de un bus CAN 70, y que supervisa de una manera
continua el estado de la batería y una temperatura ambiental o bien
una temperatura de la batería 40 y similar.
Después de la determinación del estado de carga
de la batería 40 se selecciona de acuerdo con la invención en la
etapa 110 una estrategia de activación para una activación
siguiente del dispositivo calefactor 15 y/o del motor de arranque
20.
Esta estrategia de activación puede comprender
especialmente instantes de inicio e instantes finales para la
activación de los sistemas 15, 20 respectivos, por ejemplo para
regular o también excluir una coincidencia de la activación de los
dos sistemas 15, 20.
Además, de acuerdo con la invención, es posible
establecer una potencia eléctrica o bien la curva de tiempo para la
potencia eléctrica, con la que se activan el dispositivo calefactor
15 o bien sus bujías de incandescencia del tipo de espiga. En
particular, en las bujías de incandescencia de tipo de espiga
activadas, moduladas en la anchura del impulso, es posible un
ajuste sencillo de la potencia eléctrica a convertir a través de la
selección de la relación de la anchura del impulso.
La previsión de una potencia eléctrica que se
puede tomar al máximo desde la batería 40 es muy ventajosa
especialmente en las baterías sólo débilmente cargadas o en
condiciones extremas de arranque en frío, porque de esta manera se
puede impedir de una manera efectiva una irrupción de la tensión de
la batería por debajo de una tensión mínima necesaria para el
funcionamiento del motor de combustión interna 10 o bien de sus
componentes, como por ejemplo el aparato de control 30.
Además, durante la selección de la estrategia de
activación en la etapa 110 es muy conveniente tener en cuenta un
calentamiento de la cámara de combustión que se produce
especialmente en virtud de efectos de fricción de la cámara de
combustión. La energía térmica alimentada ya a través del calor de
fricción a la cámara de combustión debe no tiene que alimentarse ya
a la cámara de combustión a través del dispositivo calefactor 15,
de manera que su potencia de calefacción se puede seleccionar más
reducida, con lo que se obtiene entre otras cosas un incremento de
la duración de vida de las bujías de incandescencia del tipo de
espiga.
De una manera especialmente ventajosa, durante
la selección de la estrategia de activación se tienen en cuenta
también los efectos de envejecimiento de los componentes
implicados. En particular, por ejemplo, se puede tener en cuenta un
rendimiento de calefacción que empeora con el transcurso del tiempo
de las bujías de incandescencia del tipo de espiga.
De una manera muy especialmente ventajosa, en
otra forma de realización de la presente invención está previsto
que la activación del dispositivo calefactor 15 y/o del motor de
arranque 20 se lleve a cabo en función de un modelo que tiene en
cuenta una temperatura o bien un calentamiento de la cámara de
combustión en virtud de los siguientes parámetros: calentamiento a
través del dispositivo calefactor 15 y/o calentamiento a través del
calor de fricción, que se produce especialmente durante el
funcionamiento del motor de arranque, y/o temperatura ambiente y/o
propiedades de diseño del motor de combustión interna 10.
De la misma manera, en el modelo de acuerdo con
la invención debe tenerse en cuenta un calentamiento del aire
precalentado, por ejemplo, por medio de un calentador de rejilla y
alimentado a la cámara de combustión.
Un modelo correspondiente puede estar previsto,
por ejemplo, en forma de un programa de ordenador en una unidad de
cálculo no mostrada del aparato de control 30 y el calentamiento
previsible de la cámara de combustión o bien el grado del
acondicionamiento previo provocado a través de los componentes 15,
20 individuales se pueden estimar con relación a una combustión
fiable.
Con un modelo de este tipo se puede calcular
especialmente, con las propiedades de diseño conocidas del motor de
combustión interna 10, que se refieren a la línea de calor en la
zona de la cámara de combustión o bien de la culata del cilindro,
cuánta energía eléctrica se puede alimentar a la cámara de
combustión o bien a una mezcla de aire y combustible que se
encuentra allí a través del dispositivo calefactor 15 y/o durante
cuánto tiempo debe activarse el motor de arranque 20, para que
arranque el motor de combustión interna 10 a una temperatura
ambiente dada. La activación de un calentador de rejilla dado el
caso existente se puede realizar de la misma manera en función del
modelo de acuerdo con la invención.
Después de que se ha calculado una estrategia de
activación correspondiente en la etapa 110, se activan a
continuación en la etapa 120 el dispositivo calefactor 15 y/o el
motor de arranque 20 de una manera correspondiente, con lo que se
pone en marcha el motor de combustión interna 10.
A través de la consideración de acuerdo con la
invención del estado de carga de la batería 40 se asegura de una
manera ventajosa que no se sobrecargue especialmente una batería 40
cargada sólo todavía en una medida reducida, durante el arranque
del motor de combustión interna 10 a través de los consumidores
eléctricos 15, 20. Por ejemplo, en tal caso se puede llevar a cabo
en primer lugar una activación del dispositivo calefactor 15 y
después de una activación del dispositivo calefactor 15 se puede
activar el motor de arranque 20, de manera que los dos sistemas 15,
20 no toman al mismo tiempo energía eléctrica desde la batería 40 y
éstos no se cargan de esta manera de forma innecesaria. Por lo
tanto, a través del procedimiento de acuerdo con la invención se
puede conseguir un arranque seguro del motor de combustión interna
10 también en el caso de utilización de una batería muy débil 40,
que no sería posible si se utilizan procedimientos convencionales
con una activación predeterminada fijamente del dispositivo
calefactor 15 y/o del motor de arranque 20.
De la misma manera es concebible que en el caso
de una capacidad residual suficientemente grande de la batería 40,
se lleve a cabo una activación del dispositivo calefactor 15 con
potencia reducida o no se active en absoluto el dispositivo
calefactor 15, porque se puede conseguir un arranque seguro del
motor de combustión interna 10 en este caso solamente a través de
una activación suficientemente larga del motor de arranque 20. Una
estrategia de activación de este tipo repercute de una manera
positiva sobre la duración de vida del dispositivo calefactor
15.
También la consideración del calor del fricción,
que se genera durante el funcionamiento del motor de arranque 20 en
la zona de la cámara de combustión posibilita una regulación más
precisa de la activación de los sistemas 15, 20 y de esta manera
contribuye igualmente al incremento de la duración de vida del
dispositivo calefactor 15.
Un incremento de este tipo de la duración de
vida útil del dispositivo calefactor 15 a través de la aplicación
del procedimiento de acuerdo con la invención es muy ventajoso
especialmente en los motores de combustión interna 10 modernos, en
los que una sustitución de las bujías de incandescencia del tipo de
espiga solamente es posible a través de un desmontaje del motor de
combustión interna 10 de un automóvil correspondiente.
En otra forma de realización muy ventajosa del
procedimiento de acuerdo con la invención está previsto que - a
partir de un tiempo de activación necesario conocido para el
dispositivo calefactor 15 y el motor de arranque - se seleccionen
los instantes de arranque de la activación del sistema 15, 20
respectivo de tal forma que los instantes finales coincidan para la
activación de los dos sistemas 15, 20, estando garantizado en este
instante final un arranque seguro del motor de combustión
interna.
Una estrategia de este tipo es conveniente
especialmente en aquellos motores de combustión interna, en los que
las bombas de alta presión, que forman una presión del combustible
necesaria en un acumulador de presión, están acopladas
mecánicamente de forma directa con el motor de combustión interna, y
en los que la activación del motor de arranque 20 contribuye, por
lo tanto, también a la formación de la presión en el acumulador de
presión, antes de que se ponga en marcha el motor de combustión
interna.
Se puede considerar como tiempo de activación
necesario para el motor de arranque 20 en este caso aquel tiempo,
durante el que el motor de arranque debe accionar el motor de
combustión interna y, por lo tanto, también la bomba de alta
presión, con el fin de formar una presión suficientemente grande del
combustible en el acumulador de presión. El tiempo de activación
necesario para el dispositivo calefactor 15 se obtiene de nuevo a
través de la conducción de calor específico del modelo en la zona
de la cámara de combustión.
A través de la extracción de energía eléctrica
optimizada de acuerdo con la invención a partir de la batería 40 se
trata cuidadosamente, además, la batería 40 y se incrementa su
duración de vida útil.
Además, la activación coordinado de una manera
flexible de acuerdo con la invención del dispositivo calefactor 15
y del motor de arranque 20 posibilita un arranque más rápido del
motor de combustión interna 10 que en los sistemas convencionales,
porque están presentes las condiciones para una combustión óptima
de la mezcla de combustible y aire en la cámara de combustión en un
tiempo más corto después del comienzo del proceso de arranque. De
esta manera, en un motor de combustión interna de acuerdo con la
invención se reducen también las emisiones de substancias nocivas
durante el proceso de arranque.
De una manera especialmente ventajosa, el
procedimiento de acuerdo con la invención se emplea junto con una
llamada instalación automática de arranque, en la que un conductor
de un automóvil debe activar, para el arranque del motor de
combustión interna 10, solamente todavía un elemento de mando
correspondiente, como por ejemplo un botón, con el fin de activar
todos los ciclos que son necesarios para el arranque del motor de
combustión interna 10. En esta variante del procedimiento, por
ejemplo, el aparato de control 30 supervisa el estado de la cabeza
asociada a la instalación automática de arranque e inicia con su
activación los ciclos necesarios.
Además del dispositivo calefactor 15 y el motor
de arranque 20, se pueden incorporar al mismo tiempo también otros
consumidores eléctricos 50, 60 en la estrategia de activación.
Especialmente en el caso de empleo de una calefacción estática 50 o
bien de una calefacción del motor basada en combustible, es
conveniente una consideración de la calefacción del motor de
combustión interna 10 a través de estos sistemas y se puede
realizar de la misma manera que se ha descrito anteriormente con la
ayuda del dispositivo calefactor 15 equipado con bujías de
incandescencia del tipo de espiga.
De una manera especialmente ventajosa, en los
motores de combustión interna, que presentan un acumulador de
presión para combustible, y en los que el acumulador de presión es
alimentado con combustible de una manera habitual a través de una
bomba de alta presión, que está acoplada mecánicamente con el motor
de combustión interna, se puede emplear también una bomba adicional
eléctrica para combustible o un acumulador de presión separado,
relleno con combustible que está a presión, con el fin de poder
inyectar lo más pronto posible combustible con la presión necesaria
a la cámara de combustión y de esta manera acelerar un arranque del
motor de combustión interna. Un sistema adicional de este tipo se
puede incorporar de una manera ventajosa igualmente en los
agregados de activación de acuerdo con la invención.
El procedimiento de acuerdo con la invención es
adecuado, junto al empleo con dispositivos calefactores 15 que
presentan bujías de incandescencia del tipo de espiga, también para
la utilización en motores de combustión interna, que presentan
instalaciones de arranque de llama o los llamados sistemas de
calentadores de rejilla, que precalientan un aire de aspiración
alimentado al motor de combustión interna. En estos sistemas se
lleva a cabo un calentamiento de la cámara de combustión de forma
indirecta a través de la alimentación del aire de aspiración
precalentado a la cámara de combustión.
Claims (9)
1. Procedimiento para el funcionamiento de un
motor de combustión interna (10), en el que se precalienta al menos
una parte de una cámara de combustión de al menos un cilindro del
motor de combustión interna (10) por medio de un dispositivo
calefactor (15), y en el que se pone en marcha el motor de
combustión interna (10) por medio de un motor de arranque eléctrico
(20), caracterizado porque se lleva a cabo un control del
dispositivo calefactor (15) y/o del motor de arranque (20) en
función de un estado de carga y/o de otras variables de
funcionamiento de una batería (40) que alimenta con energía
eléctrica al dispositivo calefactor (15) y al motor de arranque
(20).
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque se determina un
instante inicial y/o un instante final para el control del
dispositivo calefactor (15) y/o del motor de arranque (20) en
función de un estado de carga y/o de otras variables de
funcionamiento de la batería (40).
3. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
potencia de calefacción del dispositivo calefactor (15) se elige en
función de un estado de carga y/o de otras variables de
funcionamiento de la batería (40).
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se tiene
en cuenta un calentamiento de la cámara de combustión, que se
produce durante el control del motor de arranque (20),
especialmente en virtud de efectos de fricción en la zona de la
cámara de combustión, durante el control del dispositivo calefactor
(15) y/o del motor de arranque (20).
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el control
del dispositivo calefactor (15) y/o del motor de arranque (20) y/o
de otros consumidores eléctricos (50, 60) alimentados por la batería
(40) se coordina de tal manera que una corriente de la batería, que
se toma en total de la batería (40) o bien una potencia de la
batería que se toma, en total, de la batería (40), presente una
trayectoria predeterminable en el tiempo.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
activación del dispositivo calefactor (15) y/o del motor de arranque
(20) se realizan en función de un modelo, que tiene en cuenta una
temperatura o bien un calentamiento de la cámara de combustión en
virtud de los siguientes parámetros: calentamiento debido a del
dispositivo calefactor (15) y/o calentamiento debido a través del
calor de fricción, que se produce especialmente durante el
funcionamiento del motor de arranque (20), y/o a la temperatura
ambiente y/o a las propiedades de construcción del motor de
combustión interna (10).
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se
compensan los efectos de envejecimiento del dispositivo calefactor
(15) y/o de componentes del dispositivo calefactor (15) por medio
de un control correspondiente.
8. Motor de combustión interna (10) con un
dispositivo calefactor (15) para el calentamiento previo de una
cámara de combustión de al menos un cilindro del motor de
combustión interna (10) y con un motor de arranque eléctrico (20)
para el arranque del motor de combustión interna (10),
caracterizado porque el motor de combustión interna (10) es
adecuado para la realización del procedimiento de acuerdo con una
de las reivindicaciones anteriores.
9. Motor de combustión interna (10) según la
reivindicación 8, caracterizado porque comprende un aparato
de control (30) para la realización del procedimiento de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 7.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE200510052879 DE102005052879A1 (de) | 2005-11-07 | 2005-11-07 | Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine |
| DE102005052879 | 2005-11-07 |
Publications (2)
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