ES2207483T3 - Procedimiento para regular la velocidad de ralenti de un motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para regular la marcha en ralentí en un motor de combustión interna para automóviles, que comprende las etapas siguientes: - supervisión de por lo menos un parámetro de funcionamiento del motor, y - corrección de la cantidad de aire y combustible suministrados al motor en función de las variaciones de dicho parámetro de funcionamiento, con el fin de mantener la velocidad de giro del motor equivalente sustancialmente a un valor de referencia preestablecido; estando dicho procedimiento caracterizado porque establece un valor estimado de un par aplicado al motor en función de un valor de aceleración angular detectado durante un ciclo del motor de combustión interna y para efectuar una corrección de la cantidad de aire y combustible suministrados al motor en función de las variaciones de dicho valor de par estimado.

Description

Procedimiento para regular la velocidad de ralentí de un motor de combustión interna.

La presente invención se refiere a un procedimiento para regular la velocidad de ralentí de un motor de combustión interna para automóviles.

Los modernos automóviles están dotados de una variedad de dispositivos accesorios, tales como, por ejemplo, el compresor para el sistema de acondicionamiento de aire, el alternador y las cargas eléctricas correspondientes, los cuales, en su conjunto generan un par resistente aplicado al árbol de salida del motor. El valor del par resistente varía en función de las condiciones de funcionamiento de cada uno de los accesorios individuales. Durante la velocidad de ralentí del motor de combustión interna, la variación del par resistente producido por los dispositivos accesorios tiende a producir una variación en el número de revoluciones del motor.

Los motores modernos para automóviles están dotados normalmente de una unidad de regulación electrónica que es capaz de corregir la cantidad de aire y combustible que se alimenta al motor para mantener el número de revoluciones del motor lo más constante posible durante la velocidad de ralentí. En las soluciones tradicionales la unidad de regulación electrónica detecta el número de revoluciones del motor y corrige las variaciones según un régimen de revoluciones preestablecido, variando la cantidad de aire y combustible inyectado o variando el avance al encendido del motor. Los sistemas de regulación del tipo tradicional no reciben información sobre la carga resistente aplicada al motor y efectúan las correcciones en función de la variación de velocidad del motor producida por la variación del par resistente. En la práctica, la corrección se efectúa después de haber detectado la presencia de una variación en el par resistente. Como el motor presenta un cierto grado de inercia, se produce un retardo desde el momento en que varía el par resistente hasta el momento en que la unidad de regulación electrónica detecta una variación en la velocidad del motor. Para impedir que el motor se pare durante el tiempo requerido por la unidad de regulación electrónica del motor para introducir la corrección, el número preestablecido de revoluciones del motor debe ser relativamente alto, de forma que la inercia del motor compense el tiempo de respuesta del sistema de regulación del ralentí.

El problema en el que se basa la presente invención es la reducción del número de revoluciones de la velocidad de ralentí de un motor de combustión interna mientras que se impide que el motor se pare debido a un brusco incremento del par resistente producido por dispositivos accesorios.

Según la presente invención, este objetivo se alcanza mediante un procedimiento que presenta las características previstas en las reivindicaciones.

La presente invención se describe a continuación en detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos, que se incluyen exclusivamente a título de ejemplo no limitativo, y en los cuales:

la figura 1 es una vista esquemática de un motor de combustión interna dotado de una regulación electrónica de ralentí, y

la figura 2 es un gráfico que ilustra la variación de la presión en la cámara de combustión de un cilindro y la variación de par aplicado al cigüeñal durante un ciclo de 360º del mismo.

En la Figura 1 se indica con la referencia numérica 10 un motor de combustión interna de cuatro cilindros y cuatro tiempos, dotado de un cigüeñal 12, en el que está montado un volante de inercia 14 asociado a un sensor 16, de tipo por ejemplo electromagnético, cuya función es detectar la velocidad angular instantánea del cigüeñal 12. El motor 10 presenta un colector de admisión 18 en el que se encuentra una válvula estranguladora 20 regulada por el usuario por medio del pedal del acelerador. Paralelamente a la válvula estranguladora 20 existe una derivación del colector 22, en donde se encuentra una segunda válvula estranguladora 24 que está accionada por un actuador eléctrico 26. En el colector de admisión 18 se encuentran dispuestos una pluralidad de inyectores 28 correspondientes a los distintos cilindros del motor 10. Un árbol de distribución 30 regula la apertura y cierre de las válvulas de admisión y de escape (no representadas). Montado en el árbol de distribución 30 se encuentra un volante de tiempos asociado a un sensor 34 que suministra una señal que indica la carrera del motor 10. Una unidad de regulación electrónica 36 recibe señales del sensor de velocidad angular 16 y del sensor de la carrera 34. La unidad de regulación electrónica 36 se programa para regular, entre otras cosas, el funcionamiento del motor 10 en ralentí. Sobre la base de la información proporcionada por los sensores 16 y 34, la unidad de regulación electrónica 36 corrige el flujo de aire aspirado por el motor 10 en condiciones de ralentí procediendo a la apertura o cierre de la válvula estranguladora 24 por medio del actuador 26. Simultáneamente con la corrección del flujo de aire aspirado, la unidad de regulación 36 corrige la cantidad de combustible inyectado mediante la modificación del tiempo de apertura de los inyectores 28.

El equilibrio mecánico de un motor térmico considerado como un cuerpo rígido puede expresarse por medio de valores en el ciclo tal como sigue:

C_{ine} = C_{ind} - C_{res} - C_{car}

es decir, el par de inercia C_{ine} es igual a la diferencia del par desarrollado por los gases C_{ind} y los pares resistentes internos C_{res} y el par de la carga C_{car} aplicado al cigüeñal del motor. El par de inercia C_{ine} se puede dividir en dos componentes: C_{ine} = C_{rot} + C_{alt}, en donde C_{rot} es el par de inercia debido a las masas en giro y C_{alt} es el par debido a las masas en movimiento alternativo. El par C_{alt} es proporcional al cuadrado de la velocidad angular del motor y es despreciable a la velocidad de ralentí del motor. Por tanto, puede suponerse aproximadamente que C_{alt} = 0 obteniéndose:

C_{rot} = C_{ind} - C_{res} - C_{car}

En el tratamiento de los datos en tiempo real por la unidad de regulación electrónica de un motor, la potencia requerida debe reducirse al mínimo, sin perdida del contenido de la información requerida para la regulación. Según la presente invención, la unidad de regulación electrónica 36 se programa para adquirir, en ralentí, la información correspondiente al par resistente total dado por la suma de los componentes C_{rot} + C_{res} + C_{car}.

El par de carga C_{car} puede descomponerse en dos componentes:

C_{af}: carga exterior al motor considerado en sí mismo, esto es, desacoplado del accionamiento (por ejemplo, dirección hidráulica, acondicionamiento de aire, cargas eléctricas).

C_{at}: carga aplicada después del volante de inercia (masa del coche en las diversas marchas y condiciones de carga).

Con el vehículo parado (en punto muerto) el componente C_{at}es nulo y el par debido a la carga aplicada al cigüeñal C_{car} es equivalente a la carga externa al motor debida a los dispositivos accesorios regulados directa o indirectamente por el motor.

A continuación se explica, haciendo referencia a la figura 2, el procedimiento según el cual la unidad de regulación electrónica 36 adquiere la información relativa al par resistente aplicado al cigüeñal. El gráfico indicado por P ofrece una indicación esquemática de la variación de presión dentro de la cámara de combustión durante un ciclo correspondiente a una revolución de 360º del cigüeñal. El máximo de la curva de presión P se produce inmediatamente antes del punto muerto superior indicado en la figura como PMS (TDC). La figura 2 indica también la variación del par aplicado por los gases en expansión sobre el cigüeñal. El par tiene valor negativo en el intervalo angular del cigüeñal entre 0 (PMS) y -180º y valor positivo en el intervalo entre 0 (PMS) y +180º. El valor mínimo del par resistente C_{\text{mín}} representa, desde el punto de vista físico, el valor del par resistente total: C_{\text{mín}} = C_{res} + C_{af} (en condiciones de funcionamiento en punto muerto). El valor medio del par C, durante un ciclo de 360º, desde el punto de vista físico representa el par de inercia de las masas giratorias C_{rot}.

El par instantáneo C es proporcional a la aceleración instantánea del cigüeñal. En consecuencia, según la presente invención, la unidad de regulación electrónica 36 se programa para que adquiera por medio del sensor 16 y del volante de inercia 14 datos de aceleración que representan el par C_{\text{mín}} = C_{res} + C_{af} y el par C_{rot}. El valor de la aceleración instantánea puede calcularse mediante una expresión del tipo:

A_{i}=\frac{\Delta\omega}{\Delta t}

en donde A_{i} es la aceleración instantánea en un punto del ciclo y \Delta\omega es la variación de velocidad angular medida en el intervalo de tiempo \Deltat correspondiente al punto del ciclo considerado.

El valor mínimo de par puede estimarse como el valor medio de la aceleración en el intervalo \Delta\alpha (figura 2), cuya posición se establece en función de la posición angular del volante de inercia.

Resumiendo, durante cada ciclo de 360º del motor, la unidad de regulación electrónica 36 adquiere por medio del sensor de velocidad 14, 16 información sobre el par resistente estimado, dado por la suma de dos componentes de la aceleración: una primera calculada como el valor medio de la aceleración del cigüeñal calculado sobre un ángulo de 360º del cigüeñal y una segunda aceleración calculado como el valor mínimo instantáneo en un intervalo \Delta\alpha inmediatamente antes del punto muerto superior. En realidad, las dos aceleraciones no son coherentes en lo referente a factores de escala, puesto que el primero se calcula como el valor instantáneo C_{res} + C_{af} mientras que C_{rot} se calcula como valor medio. Por tanto, los dos componentes se ponderan adecuadamente mediante parámetros de calibración. Estos parámetros también compensan los retardos en la regulación y las inercias mecánica e hidrodinámica del sistema.

Sobre la base de los datos que representan el valor del par C_{rot} + C_{res} + C_{af}, la unidad de regulación electrónica 36 efectúa correcciones en el flujo de aire y en la cantidad de combustible inyectado según una aplicación establecida experimentalmente con el fin de mantener constante la velocidad de giro del motor. El sistema de regulación basado en la detección del valor del par supera el sistema de regulación del tipo tradicional basado en la detección de la velocidad de giro. El sistema de regulación adicional compensa rápidamente situaciones en las cuales se producen variaciones de carga, puesto que supervisa directamente la magnitud física que es la causa de las variaciones de velocidad angular.

Naturalmente, sin variar el principio de la invención, los detalles constructivos y las formas de realización pueden variar ampliamente con respecto a la invención tal como se describe y se ilustra en el presente documento, sin apartarse, sin embargo, del alcance de la presente invención, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (3)

1. Procedimiento para regular la marcha en ralentí en un motor de combustión interna para automóviles, que comprende las etapas siguientes:

- supervisión de por lo menos un parámetro de funcionamiento del motor, y

- corrección de la cantidad de aire y combustible suministrados al motor en función de las variaciones de dicho parámetro de funcionamiento, con el fin de mantener la velocidad de giro del motor equivalente sustancialmente a un valor de referencia preestablecido;

estando dicho procedimiento caracterizado porque establece un valor estimado de un par aplicado al motor en función de un valor de aceleración angular detectado durante un ciclo del motor de combustión interna y para efectuar una corrección de la cantidad de aire y combustible suministrados al motor en función de las variaciones de dicho valor de par estimado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el valor estimado del par aplicado al cigüeñal se establece en función del primer valor de la aceleración angular medido en un intervalo (\Delta\alpha) inmediatamente anterior a la posición del motor en el punto muerto superior y un segundo valor de la aceleración calculado como el valor medio durante un ciclo del motor.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el primer valor de la aceleración mencionado anteriormente es un valor indicativo del valor mínimo de la aceleración durante un ciclo del motor.