ES2923439T3 - Dispositivo y método de control para un motor de combustión interna de encendido por chispa - Google Patents

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Abstract

Método de control de un motor de combustión interna (E) de encendido por chispa basado en el cálculo de una masa de aire estimada a la entrada del motor de combustión interna, calculada a partir de una señal de presión conveniente de dicho aire medido. La invención permite obtener dicha señal de presión conveniente como la suma de una señal de presión medida y previamente filtrada en paso bajo y una señal de presión estimada mediante un modelo y previamente filtrada en paso alto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo y método de control para un motor de combustión interna de encendido por chispa
Campo técnico de la invención
La invención se refiere al campo de los dispositivos y métodos de control de motores de combustión interna.
Estado de la técnica
Los sistemas de control de motores desarrollados de acuerdo con la arquitectura conocida como "basada en par". Esto implica que:
- el motor se considera como un actuador de par;
- el control electrónico (en adelante denominado "control") del motor recibe solicitudes de par del vehículo, por ejemplo, del conductor, servomecanismos, la transmisión, los frenos, etc...
- las solicitudes de revoluciones del motor también se traducen, dentro del control, en un par equivalente para alcanzar el número de revoluciones por minuto que se solicitan.
El control de motor lleva a cabo un arbitraje entre las diferentes solicitudes recibidas de acuerdo con algunos criterios predeterminados y ajusta el suministro del motor en consecuencia. Por ejemplo, de acuerdo con un sistema de prioridad o con base en el valor del par solicitado o par equivalente.
En los motores de encendido por chispa, el control regula la posición de la válvula de mariposa a lo largo del colector de admisión y, en consecuencia, la masa de combustible a inyectar en el/los cilindro/s de acuerdo con la relación estequiométrica.
En los motores de encendido por compresión, el control regula la inyección de la masa de combustible a inyectar en el/los cilindro/s.
Los conductores NO controlan directamente la entrega del par, sino que simplemente hacen una solicitud de entrega de par al control y este último provoca la entrega de par por parte del motor en función de las condiciones de funcionamiento del mismo y de las solicitudes de todos los demás dispositivos del vehículo.
Para un motor de combustión interna de encendido por chispa, se aplica la siguiente ecuación:
Par = K*Massa_aria (1)
donde K es un parámetro que tiene en cuenta algunas constantes físicas, entre las que se encuentran las propiedades del combustible, y también tiene en cuenta las características geométricas del motor de combustión interna, entre las que se encuentran la relación de compresión, el número de cilindros, el número de carreras.
Además, K tiene en cuenta la eficiencia volumétrica del motor de combustión interna, que es una función del punto de trabajo (por lo tanto, la velocidad de rotación del motor de combustión interna y el par entregado).
Por tanto, para alcanzar un par objetivo predeterminado "Coppia_Obj", se necesita una masa de aire objetivo "Massa_aria_Obj" de acuerdo con la misma ecuación (1):
Coppia_Obj = K*Massa_aria_Obj (2)
Para obtener Massa_aria_Obj, se debe ajustar el flujo de aire que ingresa al motor. Este flujo se regula típicamente mediante la apertura de una electroválvula de mariposa, fijando un ángulo de apertura objetivo en función de la masa de aire objetivo Massa_aria_Obj, que a su vez es función de dicho par objetivo Coppia_Obj.
Después de esta apertura, el Massa_aria_Obj queda atrapado en la cámara de combustión de los cilindros.
El Coppia_Obj se obtiene a través de la combustión del combustible con tal Massa_aria_Obj.
Para asegurar la estequiometría de la combustión y, por lo tanto, optimizar la propia combustión y respetar la normativa sobre emisiones contaminantes, la inyección de la masa de combustible debe calcularse en función de la masa de aire real captada por el motor, Massa_aria_stim.
Por lo tanto, la masa de aire debe medirse de manera precisa y fiable.
Para ello se suele utilizar un algoritmo denominado "velocidad-densidad", que calcula la masa de aire que entra en el motor de combustión interna a partir de la presión y la temperatura del aire aspirado y del rendimiento volumétrico del motor de combustión interna correspondiente a la velocidad de rotación del motor de combustión interna, suponiendo que el aire que ingresa al motor actúa como un gas perfecto.
Este algoritmo se puede simplificar mediante la siguiente ecuación:
Massa_aria_stim = f (Press_aria_Mis, Temp_aria_Mis, Speed_Mis) (3) Donde Massa_aria_stim es la masa de aire estimada que ingresa al motor de combustión interna, Press_aria_Mis y Temp_aria_Mis son la presión y la temperatura del aire, respectivamente, medidas en el colector de admisión y Speed_Mis \ es la velocidad de rotación medida del motor de combustión interna.
El diagrama de control de la técnica anterior de la figura 1 se basa en la ecuación (3) mencionada anteriormente.
La señal de masa de aire estimada Massa_aria_stim se utiliza entonces como señal de referencia para controlar el ángulo de apertura de la válvula de mariposa y, en consecuencia, la inyección de combustible en los cilindros.
Preferiblemente, el ángulo de apertura de la válvula de mariposa se controla por retroalimentación con base en un error entre dicho ángulo objetivo y un ángulo de apertura medido de la misma válvula de mariposa, mediante un sensor de ángulo relativo. En condiciones transitorias, la respuesta del sensor de presión de aire es lenta, de modo que el cálculo de la masa de aire que realmente ingresa al motor produce valores alterados o erróneos.
Esto conduce a un error en la dosificación del combustible, con un comportamiento no ideal del motor de combustión interna en estados transitorios.
En el documento EP2017452 A1 se divulga un método para estimar una carga de aire.
Si no está específicamente excluido por la descripción detallada a continuación, la información contenida en esta parte debe considerarse como parte integral de la propia descripción detallada.
Breve descripción de la invención
El objeto de la invención es mejorar el control del motor durante los estados transitorios.
Al tratarse de la estimación de la masa de aire medida mediante el algoritmo de densidad de velocidad, que es función de la presión del aire en el colector de admisión, la idea básica de la invención es la de utilizar, como señal de la presión de aire en el colector de admisión, la suma de:
- Una señal de presión realmente medida en el colector de admisión y previamente filtrada en paso bajo,
- Una señal de presión estimada en el colector de admisión y previamente filtrada en paso alto.
La estimación de dicha señal de presión se obtiene mediante un modelo, que utiliza preferentemente el mismo algoritmo de densidad de velocidad, combinándolo con la señal del par objetivo a entregar por el motor de combustión interna. Dado que el método se lleva a cabo de manera continua, las presiones medidas y estimadas mencionadas anteriormente se representan mediante señales eléctricas o numéricas respectivas.
Los filtrados de paso alto y paso bajo se realizan preferentemente con una misma frecuencia de corte, de modo que el control del motor parezca continuo con un comportamiento ideal del motor de combustión interna.
De hecho, la señal de estimación de presión está perfectamente unida a la señal de presión medida.
Por lo tanto, la invención se refiere a un método para controlar un motor de combustión interna de encendido por chispa de acuerdo con la descripción anterior.
La invención también se refiere a una unidad de procesamiento programada para llevar a cabo dicho método.
Además, la invención se refiere a un motor de combustión interna de encendido por chispa provisto de la unidad de procesamiento mencionada, que controla su funcionamiento. Además, la invención se refiere a un vehículo o instalación fija que comprende el motor de combustión interna mencionado.
Las reivindicaciones describen realizaciones preferidas de la invención, que forman de esta manera una parte integral de la descripción.
Breve descripción de las figuras
Otros objetos y ventajas de la invención se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción detallada de una realización de la misma (y de las variantes relativas) y de los dibujos adjuntos que se proporcionan para fines meramente explicativos y no limitativos, donde:
La figura 1 muestra un diagrama de control de la técnica anterior basado en el algoritmo de densidad de velocidad; la figura 2 muestra el diagrama de control mencionado anteriormente modificado de acuerdo con la invención;
la figura 3 muestra parte del diagrama de control de la figura 2 de forma detallada;
la figura 4 muestra un motor de combustión interna provisto de una unidad de procesamiento programada para implementar el diagrama de control de la figura 2.
En las figuras, los mismos números y las mismas letras de referencia indican los mismos elementos o componentes. Para los fines de la invención, el término "segundo" componente no implica la presencia de un "primer" componente. De hecho, estos términos solo se utilizan para mayor claridad y no deben interpretarse de manera limitativa.
Los elementos y características contenidos en las diferentes realizaciones preferentes, incluyendo los dibujos, pueden combinarse entre sí, sin que por ello se salga del ámbito de protección de la presente solicitud de patente, tal y como se define en las reivindicaciones.
Descripción detallada de las realizaciones
Con referencia a la figura 4, un motor de combustión interna de encendido por chispa E está provisto de inyectores J para inyectar combustible en al menos un cilindro relativo 1 - 4, con un colector de admisión IN, a lo largo del cual se aloja una válvula de mariposa V, con un sensor de temperatura T y con un sensor de presión P.
El orden en el que se disponen la válvula de mariposa V, el sensor de temperatura T y el sensor de presión P en la figura 3 no es limitativo y se proporciona a modo meramente de ejemplo. El motor está controlado por una unidad de procesamiento ECU, que comprende una memoria estática para almacenar de manera constante las instrucciones que se deben llevar a cabo.
La unidad de procesamiento ECU está conectada operativamente a dichos sensores de temperatura y presión para operar un control continuo del motor de combustión interna, en particular para controlar la apertura de la válvula de mariposa V y la inyección de combustible por medio de los inyectores J. Además, un sensor SP de velocidad del motor está diseñado para medir dicha velocidad y está conectado operativamente a dicha unidad de procesamiento.
Normalmente se usa una rueda fónica con 60 - 2 dientes, pero también se pueden usar otros sensores.
De acuerdo con la invención, las ecuaciones anteriores (1) y (2) conducen a
Pressione_aria_Obj = f (Massa_aria_Obj, Temp_aria_Mis, Speed_Mis) (4) Donde Massa_aria_Obj evidentemente es una función del par objetivo Coppia_Obj, de modo que la ecuación (4) es una ecuación con una única incógnita, que es Pressione_aria_Obj y se puede reformular de la siguiente manera:
Pressione_aria_Obj = f (Coppia_Obj, Temp_aria_Mis, Speed_Mis) (5) Tal como se le conoce, el símbolo "f" indica una función matemática conocida por un experto en la materia, que está acostumbrado a tratar con modelos de motores de combustión interna.
La señal de presión de aire objetivo Pressione_aria_Obj se calcula de acuerdo con la ecuación (4) o (5) mediante el bloque (5) de la figura 3, que muestra en detalle el macrobloque CALC de la figura 2.
Dicha señal de presión de aire objetiva no es fiable en un estado estable.
Por el contrario, la señal de presión medida Press_aria_Mis no es fiable en un estado transitorio, de modo que dichas señales son filtradas de FPA de paso alto y filtradas de FPB de paso bajo, respectivamente, y se suman para generar una "señal combinada" de presión, que se indica en las figuras 2 y 3 como Press_aria_comb.
Preferentemente, la frecuencia de corte es la misma tanto para el filtrado de paso bajo como para el de paso alto.
Por lo tanto, se obtiene una conjunción ideal entre la señal de presión medida y la señal de presión objetiva, es decir, calculada con la ecuación (4).
En una unidad de procesamiento ECU que trabaja con tiempo discreto, se puede implementar un filtro FPB de paso bajo con una frecuencia de corte predeterminada y dicha señal de presión combinada se puede obtener de la siguiente manera:
Press_aria_comb = Pressione_aria_Obj
FPB (Pressione_aria_Obj) FPB (Pressione_aria_Mis).
En otras palabras, el contenido de baja frecuencia permitido por el filtro de paso bajo se resta del contenido total espectral de la señal de presión objetiva, es decir, calculado de acuerdo con la ecuación (4).
Preferentemente, la frecuencia de corte es igual a 1/TT, donde TT es el tiempo de retraso del sensor de presión. Dicho retraso depende de las características de fabricación del sensor.
La señal de masa de aire estimada Massa_aria_comb se utiliza entonces como señal de referencia para controlar la inyección de combustible en los cilindros.
Esta invención se puede llevar a cabo ventajosamente mediante un programa informático que comprende medios de codificación para realizar una o varias etapas del método, cuando el programa se ejecuta en un ordenador.
Al leer la descripción anterior, un experto en la materia puede llevar a cabo el objeto de la invención sin introducir más detalles de fabricación.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un método de control implementado en un dispositivo de control de un motor de combustión interna (E) de encendido por chispa basado en el cálculo de una masa estimada (Massa_aria_stim) de aire a la entrada del motor de combustión interna, donde dicha masa estimada de aire es una función de:
- una temperatura del aire medida (Temp_aria_mis) de dicho aire,
- una velocidad de rotación medida (Speed_Mis) de dicho motor de combustión interna,
- una presión de dicho aire, donde el método comprende una etapa de estimación de dicha presión (Press_aria_comb) de dicho aire como la suma de:
- - una presión medida (Press_aria_Mis) de dicho aire, filtrada previamente en paso bajo
- - una presión estimada (Pressione_aria_Obj) de dicho aire, filtrada previamente en paso alto y calculada en función de:
+ un par objetivo (Coppia_Obj) requerido del motor de combustión interna,
+ dicha temperatura del aire medida (Temp_aria_mis)
+ dicha velocidad de rotación medida (Speed_Mis).
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho filtrado de paso bajo y dicho filtrado de paso alto tienen la misma frecuencia de corte.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, donde dicha frecuencia de corte se calcula como el recíproco de un tiempo de retraso de un sensor de presión (P) utilizado para medir dicha presión medida (Press_aria_Mis) de dicho aire.
4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende una etapa de inyección de combustible en dicho motor de combustión interna en función de dicha masa de aire estimada (Massa_aria_stim).
5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde se calcula un ángulo de apertura objetivo de una válvula de mariposa (V) de dicho motor de combustión interna en función de dicho par objetivo (Coppia_Obj) requerido del motor de combustión interna.
6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, donde dicha función, que expresa dicho ángulo de apertura objetivo de dicha válvula, es función de una masa de aire objetivo (Massa_aria_Obj), que a su vez es función de dicho par objetivo (Coppia_Obj).
7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, donde dicho ángulo de apertura objetivo se controla mediante realimentación con base en un error entre dicho ángulo objetivo y un ángulo de apertura medido de dicha válvula de mariposa, por medio de un sensor angular relativo.
8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha masa estimada de aire (Massa_aria_stim) en la admisión del motor de combustión interna se calcula en función de:
- dicha temperatura medida (Temp_aria_mis) de dicho aire,
- dicha velocidad de rotación medida (Speed_Mis) de dicho motor de combustión interna,
- dicha presión de dicho aire,
mediante un algoritmo velocidad-densidad conocido per se.
9. Un dispositivo de control (ECU) de un motor de combustión interna de encendido por chispa (E),
donde el motor de combustión interna (E) comprende
- un colector de admisión (IN) para la conducción de aire a la admisión del motor de combustión interna, donde en el colector de admisión están alojados:
+ una válvula de mariposa (V),
+ un sensor de presión (P) y un sensor de temperatura (T) adaptados para medir respectivamente una presión medida (Press_aria_mis) y una temperatura medida (Temp_aria_mis) de dicho aire,
- un eje de transmisión, al que se asocia un sensor de velocidad (SP) para medir una velocidad de rotación medida (Speed_Mis) de dicho motor de combustión interna,
El dispositivo de control (ECU) que comprende una unidad de procesamiento conectada operativamente a dicha válvula de mariposa (V), dicho sensor de presión (P), dicho sensor de temperatura (T) y dicho sensor de velocidad (SP) y configurado para calcular una masa estimada (Massa_aria_stim) de dicho aire a la entrada del motor de combustión interna mediante un algoritmo de densidad de velocidad, basado en:
- una temperatura del aire medida (Temp_aria_mis) de dicho aire,
- una velocidad de rotación medida (Speed_Mis) de dicho motor de combustión interna,
- una presión de dicho aire,
donde dicha unidad de procesamiento está además configurada para estimar una presión (Press_aria_comb) de dicho aire como una suma de:
- Una primera señal (Press_aria_Mis), generada por dicho sensor de presión (P), filtrada previamente en paso bajo, - Una segunda señal (Pressione_aria_Obj) de presión estimada de dicho aire, filtrada previamente en paso alto, generada en función de:
+ una tercera señal (Coppia_Obj) de par objetivo requerido del motor de combustión interna,
+ una cuarta señal (Temp_aria_Mis) medida de temperatura del aire,
+ una quinta señal (Speed_Mis) de velocidad de rotación medida de dicho motor de combustión interna.
10. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, donde dicha unidad de procesamiento está configurada para llevar a cabo todos los pasos de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8.
11. Un motor de combustión interna de encendido por chispa, que comprende
- un colector de admisión (IN) para la conducción de aire a la admisión del motor de combustión interna, donde en el colector de admisión están alojados:
+ una válvula de mariposa (V),
+ un sensor de presión (P) y un sensor de temperatura (T) adaptados para medir respectivamente una presión medida (Press_aria_mis) y una temperatura medida (Temp_aria_mis) de dicho aire,
- un eje de transmisión, al que se asocia un sensor de velocidad (SP) para medir una velocidad de rotación medida (Speed_Mis) de dicho motor de combustión interna,
- un dispositivo de control (ECU) de acuerdo con la reivindicación 9 o 10.
12. Un vehículo o planta fija que comprende el motor de combustión interna de encendido por chispa de acuerdo con la reivindicación 11.
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