ES2625769T3 - Procedimiento y dispositivo de mando de un arranque de un motor térmico - Google Patents

Procedimiento y dispositivo de mando de un arranque de un motor térmico Download PDF

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Abstract

Procedimiento de mando de arranque de un motor térmico de combustión interna, comprendiendo este procedimiento: - el mando de un arranque (56) asistido del motor (4) térmico en el cual un motor (20) eléctrico arrastra en rotación el árbol (6) del motor (4) térmico, y alternativamente, - el mando de un arranque autónomo (54) del motor (4) térmico en el cual se explota únicamente la rotación residual del árbol (6) del motor (4) mantenido en rotación por su inercia desde la última parada del motor (4). caracterizado por que el procedimiento comprende: - la predicción (46) del número de puntos muertos superiores que quedan antes de alcanzar un régimen del motor nulo, y - la elección (52) entre el mando del arranque asistido (56) o autónomo (54) en función de este número predicho de puntos.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento y dispositivo de mando de un arranque de un motor termico
La invencion concierne a un procedimiento y un dispositivo de mando de un arranque de un motor termico de combustion interna.
Procedimientos conocidos comprenden:
• el mando de un arranque del motor termico en el cual un motor electrico arrastra en rotacion el arbol del motor termico, y alternativamente,
• el mando de un arranque autonomo del motor termico en el cual se explota unicamente la rotacion residual del arbol del motor mantenido en rotacion por su inercia desde la ultima parada del motor.
El arranque autonomo es un arranque sin recurrir a un motor electrico de tipo arrancador o alterno-arrancador para arrastrar el arbol del motor termico en rotacion. Este se hace posible por el hecho de que, a causa de su inercia, el arbol del motor continua girando durante algunos instantes (por ejemplo algunos centenares de milisegundos) despues de la peticion de parada del motor.
El depositante conoce procedimientos en los que la eleccion entre un arranque asistido o autonomo se hace en funcion del regimen del motor actual, vease por ejemplo el documento WO 2008/110910 A1. El regimen del motor es el numero de vueltas por minuto del arbol del motor termico.
A continuacion, el regimen del motor es comparado con un umbral para permitir o no el arranque autonomo del motor termico. Dado que el tiempo de respuesta del motor no es instantaneo, este umbral esta sobredimensionado. Esto conduce a realizar arranques asistidos en situaciones en las que un arranque autonomo hubiera sido posible. Esto por tanto acelera el desgaste del motor electrico utilizado para arrastrar el arbol del motor termico.
La invencion pretende poner remedio a este inconveniente proponiendo un procedimiento de mando del arranque de un motor termico que comprende:
• la prediccion del numero de puntos muertos superiores que quedan antes de alcanzar un regimen del motor nulo, y
• la eleccion entre el mando del arranque asistido o autonomo en funcion del numero predicho de puntos muertos superiores.
Elegir entre los arranques asistidos y autonomos en funcion de la prediccion del numero de puntos muertos superiores restantes antes de alcanzar un regimen del motor nulo permite mandar de modo mas fino la eleccion del rearranque del motor que un mando realizado a partir del regimen actual. Asf, se reduce el numero de arranques asistidos inutiles y por tanto el desgaste del motor electrico utilizado durante estos arranques asistidos. Como recuerdo, el punto muerto superior corresponde a la posicion del piston en el interior de un cilindro en la que el volumen de la camara de combustion en este cilindro es el mas pequeno.
Los modos de realizacion de este procedimiento pueden comprender una o varias de las caractensticas siguientes:
• la eleccion es realizada comparando el numero predicho de puntos muertos superiores que faltan para un umbral predeterminado;
• el umbral predeterminado es funcion del sistema de combustion y del gobierno del motor termico;
• el numero predicho de puntos muertos superiores que quedan antes de llegar a un regimen del motor nulo es obtenido con la ayuda de la relacion siguiente:
NpMH = Parte_entera
' n.J.Ni2 .Nci]'' 7200. Ci
V
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donde:
- Npmh es el numero predicho de puntos muertos superiores que faltan para llegar a un regimen del motor nulo,
- J es la inercia del arbol del motor termico,
- Ci es el par actual del arbol del motor (igual al par de perdidas en la fase de parada del motor),
- Ni es el regimen del motor medido en el punto muerto superior, y
- Ncil es el numero de cilindros del motor.
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La invencion tiene igualmente por objeto un soporte de registro de informaciones que comprende instrucciones para la puesta en practica del procedimiento de mando anterior, cuando estas instrucciones son ejecutadas por un calculador electronico.
La invencion tiene igualmente por objeto un dispositivo de mando del arranque de un motor termico de combustion interna, comprendiendo este dispositivo una unidad de mando apta:
• para mandar un arranque asistido del motor termico en el cual un motor electrico arrastra en rotacion el arbol del motor termico y alternativamente,
• para mandar un arranque autonomo del motor termico en el cual se explota unicamente la rotacion residual del arbol del motor mantenido en rotacion por su inercia desde la ultima peticion de parada del motor,
• para predecir el numero de puntos muertos superiores que quedan antes de llegar a un regimen del motor nulo, y
• para elegir entre el mando del arranque asistido o autonomo en funcion de este numero predicho de puntos.
Finalmente, la invencion tiene igualmente por objeto un vetuculo que comprende el dispositivo de mando anterior.
La invencion sera comprendida mejor con la lectura de la descripcion que sigue dada unicamente a tftulo de ejemplo no limitativo y hecha refiriendose a los dibujos anejos, en los cuales:
• la figura 1 es una ilustracion esquematica de la arquitectura de un vetuculo equipado con un dispositivo de mando del arranque de un motor termico, y
• la figura 2 es un organigrama de un procedimiento de mando del arranque del motor termico del vetuculo de la figura 1.
En lo que sigue de esta descripcion, las caractensticas y funciones bien conocidas por el especialista en la materia no se describen en detalle.
La figura 1 representa parcialmente en vista desde arriba la parte delantera de un vetuculo 2. Por ejemplo, el vetuculo 2 es un vetuculo automovil tal como un coche. Este vetuculo 2 esta equipado con un motor termico 4 de combustion interna. Este motor 4 esta equipado con un arbol 6 que arrastra en rotacion ruedas motrices 8, 10 del vetuculo 2.
Tfpicamente, el motor 4 es un motor de cuatro tiempos equipado con cuatro cilindros 12 a 15. En dicho motor, el arbol 6 da dos vueltas para realizar un ciclo completo de un piston en el interior del cilindro. El arbol 6 presenta una inercia indicada por J y considerada como constante. Bajo el efecto de esta inercia, el arbol 6 puede continuar girando durante varios centenares de milisegundos despues de la peticion de parada del motor 4.
El arbol 6 esta conectado mecanicamente a un arbol 18 de un motor electrico 20 por intermedio de una correa de arrastre 22. El motor 20 esta concebido para arrastrar en rotacion el arbol 6 a fin de permitir el arranque de motor 4. Tfpicamente, el motor 20 es un arrancador o un alterno-arrancador. Cuando el motor 20 es utilizado para el arranque del motor 4 se habla entonces de arranque asistido.
El vetuculo 2 comprende igualmente un dispositivo 26 de mando del arranque del motor 4. Este dispositivo 26 esta equipado con una unidad 28 de mando del arranque del motor 4. Por ejemplo, esta unidad 28 esta realizada a partir de uno o varios calculadores electronicos programables aptos para ejecutar instrucciones registradas en un soporte de registro de informaciones. A tal efecto, la unidad 28 esta conectada a una memoria 30 que contiene las instrucciones necesarias para ejecutar, entre otros, el procedimiento de la figura 2.
En particular, la memoria 30 comprende una cartograffa PM y un umbral S1. La cartograffa PM asocia a cada regimen Ni del motor 4 un par Ci de perdidas. Este par de perdidas corresponde al par ejercido sobre el arbol 6 por el conjunto de las fuerzas que frenan la rotacion de este arbol. Tfpicamente, se trata esencialmente de fuerzas de rozamiento y de pares resistivos ejercidos por diferentes accesorios arrastrados en rotacion por el arbol 6. Por ejemplo, el accesorio es un alternador, un motor de una climatizacion u otro.
Esta cartograffa PM es construida por ejemplo experimentalmente. A tal efecto, se mide el par Ci de este motor para diferentes regfmenes Ni del motor.
El umbral S1 corresponde a un numero de puntos muertos superiores que faltan antes de que el regimen del motor sea nulo por encima del cual es posible un arranque autonomo del motor 4. Este umbral esta asociado al sistema de combustion y de gobierno del motor (motor de inyeccion directa o indirecta, gestion de las interrupciones para la inyeccion, ..).
Este umbral S1 es fijo para el motor considerado.
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La unidad 28 gobierna el arranque del motor 4 de acuerdo con el procedimiento conocido con la expresion inglesa de « stop and start ». Este gobierno del motor 4 consiste en parar automaticamente el motor 4 cuando el vehnculo esta parado y en mandar automaticamente el arranque del motor 4 cuando el conductor desee avanzar. Las condiciones de parada y de arranque automaticos del motor son determinadas a partir de diferentes magnitudes ffsicas medidas en el vetnculo 2 tales como su velocidad, el hundimiento del pedal de acelerador, la introduccion de una marcha u otros.
La unidad 28 es capaz tanto de mandar un arranque autonomo del motor 4 como un arranque asistido del motor 4. Para elegir entre estos dos modos de arranque, la misma pone en practica el procedimiento de la figura 2. Para poner en practica el procedimiento de la figura 2, la unidad 28 esta conectada a un sensor 32 del regimen del motor actual Ni en cada punto muerto superior y a un sensor 34 de la temperatura del motor 4. Por ejemplo, el sensor 34 mide la temperatura del agua de refrigeracion del motor 4.
Se va a describir ahora mas en detalle el funcionamiento del dispositivo 26 en relacion con el procedimiento de la figura 2.
Despues de haber mandado la parada del motor 4, la unidad 28 procede en cada punto muerto superior a una etapa 40 de prediccion del numero de puntos muertos superiores restantes antes de llegar a un regimen del motor nulo. Este numero de puntos muertos superiores antes de llegar a un regimen del motor nulo es indicado por Npmh.
A tal efecto, durante una operacion 44, se mide por el sensor 32 el regimen del motor Ni en el punto muerto superior.
A continuacion, durante una operacion 44, se calcula el par Ci del motor 4. Cuando el motor esta parado y el arbol 6 continua girando por su impulso, el par Ci actual es igual al par de las perdidas. Este par Ci es calculado por tanto utilizando la cartograffa PM y el valor del regimen Ni medido durante la operacion precedente.
En lo que sigue de este procedimiento, se considera que este par Ci es constante a partir del instante i en que se mide el regimen del motor hasta el instante en que el regimen de motor se anula. Con esta hipotesis, durante una operacion 45, se estima la duracion necesaria para llegar al regimen del motor nulo cuando el regimen del motor medido en el punto muerto superior es Ni. La estimacion es construida a partir de la ecuacion de la dinamica siguiente:
Pi — T dwi Ci J- dt
(Ecuacion 1)
donde:
- Ci es el par de perdidas
- J es la inercia del arbol del motor,
- wi es la velocidad de rotacion del motor expresada en radianes por segundo obtenida a partir del regimen del motor Ni medido durante la operacion 42.
Se puede estimar entones, el intervalo ATi de tiempo antes de que el regimen del motor se anule a parir de la relacion siguiente:
ATi = (wi -0). J
Integrando dos veces, durante una etapa 46, la ecuacion de la dinamica (Ecuacion 1) y utilizando el intervalo ATi necesario para alcanzar el regimen del motor nulo, se puede calcular la distancia angular Ri recorrida por el arbol motor desde el instante en que el regimen Ni ha sido medido hasta el instante en que el regimen del motor es nulo.
Ri = 2CT ”2
Se conoce la distancia angular R recorrida por el arbol 6 entre dos puntos muertos superiores sucesivos. Esta distancia R viene dada por la relacion siguiente:
R =
2.2.n
Ncil
donde
Ncil es el numero de cilindros del motor 4, es decir en el caso aqrn representado cuatro, y « 2 » esta fijado por el numero de vueltas del arbol 6 para hacer un ciclo completo.
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Finalmente, durante la etapa 46, se predice el numero Nphm con la ayuda de la relacion siguiente:
Ri
NpMH = ^- = Parte_entera
J. wi2 Ncil
2 '2.2. n
= Parte_entera
2
rc.J.Ni.Ncil 7200. Ci
La parte entera de este calculo corresponde a la estimacion del numero de puntos muertos superiores restantes antes de llegar al regimen nulo. La velocidad angular wi expresada en radianes por segundo contenida en la relacion anterior es convertida en vueltas por minuto Ni.
En paralelo de la etapa 40, durante una etapa 50, la unidad 28 calcula igualmente el valor del umbral S1.
Durante una etapa 52, el numero predicho Npmh es comparado con el valor del umbral S1. Si el numero predicho Npmh sobrepasa o iguala el valor del umbral S1, entones se procede, durante una etapa 54, al mando del arranque autonomo del motor 4. De modo mas preciso, durante una etapa 54, se manda la inyeccion de carburante y de comburente en los cilindros del motor 4 y despues la explosion de esta mezcla de carburante y de comburente en el momento en que el piston llegue al punto muerto superior. Durante la etapa 54 el arbol 6 no es arrastrado en rotacion por un motor electrico.
En el caso contrario, es decir si el numero predicho Npmh es inferior al umbral S1 entonces, durante una etapa 56, la unidad 28 manda el arranque asistido del motor 4. Para esto, la unidad 28 manda el motor 20 para arrastrar en rotacion el arbol 6 y despues, la unidad 28 manda la inyeccion de carburante y de comburente en los cilindros y su explosion en el momento en que se llegue al punto muerto superior de manera que arrastre en rotacion el arbol 6. Cuando el regimen del motor alcanzado es superior a un umbral S2 determinado por el usuario, el motor electrico 20 se para y solo es utilizado el motor termico 4 para arrastrar en rotacion el arbol 6.
Al final de las etapas 54 o 56, el procedimiento vuelve a las etapas 40 y 50 que seran ejecutadas de nuevo durante un proximo arranque del motor 4.
Otros motores que no sean un motor de cuatro tiempos y de cuatro cilindros pueden ser mandados por el dispositivo 26. Por ejemplo, el numero de cilindros puede ser diferente o el numero de vueltas por ciclo puede ser diferente. En este caso, las diferentes relaciones dadas en el caso particular de un motor de cuatro tiempos y de cuatro cilindros son adaptadas a esta nueva configuracion del motor 4.
El par Ci puede ser medido mas bien que estimado a partir del regimen del motor medido.

Claims (7)

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    10
    15
    20
    25
    30
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    40
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de mando de arranque de un motor termico de combustion interna, comprendiendo este procedimiento:
    - el mando de un arranque (56) asistido del motor (4) termico en el cual un motor (20) electrico arrastra en rotacion el arbol (6) del motor (4) termico, y alternativamente,
    - el mando de un arranque autonomo (54) del motor (4) termico en el cual se explota unicamente la rotacion residual del arbol (6) del motor (4) mantenido en rotacion por su inercia desde la ultima parada del motor (4).
    caracterizado por que el procedimiento comprende:
    - la prediccion (46) del numero de puntos muertos superiores que quedan antes de alcanzar un regimen del motor nulo, y
    - la eleccion (52) entre el mando del arranque asistido (56) o autonomo (54) en funcion de este numero predicho de puntos.
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el cual la eleccion es realizada comparando el numero predicho de puntos muertos superiores que faltan para llegar a un umbral predeterminado.
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 2, en el cual el umbral predeterminado es funcion del sistema de combustion y de gobierno del motor (4) termico.
  4. 4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el numero predicho de puntos muertos superiores que faltan para llegar a un regimen del motor no nulo es obtenido con la ayuda de la relacion siguiente:
    NpMH = Parte_entera
    ' n.J.Ni2 .Nci]'' 7200. Ci
    V
    7
    donde- Npmh es el numero predicho de puntos muertos superiores que faltan para llegar a un regimen del motor nulo, J es la inercia del arbol (6) del motor (4) termico, Ci es el par actual del arbol (6) del motor (4) igual al par de perdidas en la fase de parada del motor, Ni es el regimen del motor medido en el punto muerto superior, y Ncil es el numero de cilindros (12 a15) del motor (4).
  5. 5. Soporte (30) de registro de informaciones, caracterizado por que el mismo comprende instrucciones para la ejecucion de un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, cuando estas instrucciones son ejecutadas por un calculador electronico.
  6. 6. Dispositivo de mando de arranque de un motor termico de combustion interna, comprendiendo este dispositivo una unidad de mando apta:
    - para mandar un arranque asistido (56) del motor termico en el cual un motor (20) electrico arrastra en rotacion el arbol (6) del motor (4) termico y alternativamente,
    - para mandar un arranque autonomo del motor (4) termico en el cual se explota unicamente la rotacion residual del arbol (6) del motor (4) mantenido en rotacion por su inercia desde la ultima peticion de parada del motor (4),
    caracterizado por que la unidad de mando (28) es igualmente apta:
    - para predecir (46) el numero de puntos muertos superiores que quedan antes de llegar a un regimen del motor nulo, y
    - para elegir (52) entre el mando del arranque asistido (56) o autonomo (54) en funcion de este numero predicho de puntos.
  7. 7. Vehuculo, caracterizado por que el mismo comprende un dispositivo de mando de arranque de un motor (4) termico de acuerdo con la reivindicacion 6.
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