ES2280921T3 - Procedimiento y sistema de control del funcionamiento de un motor de combustion interna de vehiculo automovil. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de control del funcionamiento de un motor de combustión interna de vehículo automóvil por medio de estrategias lógicas y de parámetros característicos del motor memorizados en una unidad de control electrónico (3), la cual recibe en tiempo real informaciones sobre el estado del motor y de la voluntad (24) del conductor del vehículo y emite señales de pilotaje o de regulación para medios accionadores del motor, procedimiento en el que se utiliza una información sobre el régimen de giro instantáneo del motor, caracterizado por el hecho de que se efectúa un filtrado de las oscilaciones de la señal de régimen de giro instantáneo del motor provocadas por la cadena cinemática del vehículo, en cada modificación del régimen del motor, en una estrategia lógica cualquiera para el control del funcionamiento del motor.
Description
Procedimiento y sistema de control del
funcionamiento de un motor de combustión interna de vehículo
automóvil.
El presente invento se refiere al control del
funcionamiento de un motor de combustión interna de vehículo
automóvil.
Tales controles de funcionamiento consisten en
gestionar el motor de combustión interna por medio de diferentes
captadores y dispositivos accionadores asociados a un conjunto de
las leyes de mando o estrategias lógicas, memorizado en un
calculador montado en el vehículo automóvil, denominado "unidad de
control electrónico" (UCE). La unidad de control electrónico
contiene también en memoria diferentes parámetros de caracterización
o calibraciones del motor de combustión. La unidad de control
electrónico recibe informaciones que proceden del conjunto de los
captadores con los el vehículo que está equipado, de forma que
permitan al calculador conocer en tiempo real el estado del motor.
La unidad de control electrónico recibe también informaciones
relativas a la voluntad del conductor para la conducción del
vehículo. Esta voluntad se traduce en señales que corresponden a
acciones, por ejemplo sobre el pedal del acelerador o el pedal de
freno del vehículo automóvil. A partir de estas magnitudes físicas
diferentes recibidas por el calculador contenido en la unidad de
control electrónico, ésta es capaz de pilotar o regular el conjunto
de los dispositivos accionadores del motor para un funcionamiento
óptimo.
Entre las informaciones esenciales para el
control del funcionamiento de un motor figura en particular la
información sobre el régimen de giro instantáneo del motor. En
efecto, la mayor parte de los valores de referencia necesarios para
el control del funcionamiento de un motor de combustión interna son
cartografiados en función de la señal del régimen del motor. Así
son, en particular los diferentes valores del par, de la cantidad de
carburante, de los parámetros de avance de la inyección, o del
encendido, de las señales de presión de sobrealimentación en el
caso de un motor sobrecomprimido, de las señales de presión de
alimentación en un carril común de alimentación de carburante,
señales de caudal de aire, de riqueza, etc. Además, la señal de
régimen de giro instantáneo del motor es a menudo utilizada en
algoritmos de cálculo, como por ejemplo el algoritmo de cálculo del
caudal de aire alimentado al motor. En fin, se utiliza además la
señal del régimen de giro instantáneo del motor como un valor de
medida en diferentes bucles de regulación, por ejemplo en un
regulador del régimen de marcha lenta del motor.
En resumen, se encuentran al menos tres tipos de
utilización de la información sobre el régimen de giro instantáneo
del motor para el control del funcionamiento del motor, a saber:
- -
- en la elaboración de los valores de referencia necesarios para el control de funcionamiento del motor,
- -
- en algoritmos de cálculo,
- -
- en bucles de regulación.
La información relativa al régimen de giro
instantáneo del motor se obtiene generalmente por una medida por
medio de un captador de efecto Hall, que permite medir el tiempo
entre dos dientes de un blanco fijado en el cigüeñal del motor de
combustión. El calculador de inyección suministra una información
del régimen de giro instantáneo del motor que se calcula cada
cuarto de giro del motor. Esta información puede ser objeto de un
cálculo de media en una media vuelta de giro.
La señal de régimen de giro instantáneo del
motor es la imagen de la aceleración del motor y del vehículo
automóvil. El par motor se aplica a la carretera por medio de un
embrague o de un convertidor cuando el vehículo está equipado con
una caja de velocidades automática, después a través de una caja de
velocidades, de un dispositivo de transmisión y de los neumáticos
del vehículo en contacto con la calzada. Este conjunto constituye
una cadena cinemática que tiene inercias, no linealidades debidas a
holguras, rozamientos, etc, así como resonancias. De esto resulta,
en el caso de una variación de par pedida al motor, una respuesta
sobre la señal de régimen de giro instantáneo del motor que no es
lineal y que hace aparecer un cierto número de oscilaciones en cada
modificación del régimen del
motor.
motor.
Se ha pensado en limitar el efecto de estas
oscilaciones a fin de que el conductor y los pasajeros del vehículo
las sientan menos. Para esto se han utilizado estrategias de acuerdo
de conducción que permitan modular el par motor. En el caso de un
motor Diesel, se puede añadir también un término corrector a la
demanda de par realizada por el conductor, en función del régimen
del motor, de la derivada primera y de la derivada segunda del
régimen del motor. El término corrector interviene sobre el caudal
del carburante inyectado en el caso de un motor Diesel, y sobre el
avance del encendido en el caso de un motor de gasolina.
En los dos casos, el término corrector no es
diferente de cero más que si el conjunto de la cadena cinemática
del vehículo se encuentra en un modo oscilatorio. Se constata que
estas estrategias no suprimen las oscilaciones, sino que se
contentan con limitar los efectos.
El documento US 4817568 describe un captador de
régimen de giro de un motor con un medio de filtrado de los ruidos
presentes en la señal representativa del régimen de giro.
El presente invento tiene como objeto impedir la
propagación de las oscilaciones de la señal de régimen de giro
instantáneo del motor con el fin de suprimir o reducir muy
ampliamente las oscilaciones que podueran resultar de ellas sobre
la elaboración de las señales de referencia necesarias para la
gestión del funcionamiento del motor, para impedir perturbaciones
en los algoritmos de cálculo así como perturbaciones en los bucles
de regulación, y por tanto desviaciones en los seguimientos de los
valores de referencia.
Para esto, el procedimiento de control del
funcionamiento de un motor de combustión interna de vehículo
automóvil aplica estrategias lógicas y utiliza parámetros
característicos del motor que se memorizan en una unidad de control
electrónico. La unidad de control electrónico recibe informaciones
sobre el estado del motor en tiempo real y sobre la voluntad del
conductor del vehículo. Emite señales de pilotaje o de regulación
para los medios accionadores del motor. El procedimiento utiliza en
particular una información sobre el régimen de giro instantáneo del
motor. Se realiza un filtrado de las oscilaciones de la señal de
régimen de giro instantáneo del motor provocadas por la cadena
cinemática del vehículo en cada modificación del régimen del motor
antes de utilizar dicha señal a título de información sobre el
régimen de giro del motor en una estrategia lógica cualquiera para
el control del funcionamiento del motor.
De esta manera se evita la propagación de las
oscilaciones de la señal de régimen de giro instantáneo del motor
en el conjunto de las estrategias lógicas que utilizan esta
información. Las oscilaciones son en efecto filtradas
inmediatamente aguas abajo de la emisión de la señal
correspondiente.
Preferentemente, el filtrado de las oscilaciones
provocadas por la cadena cinemática se efectúa de una forma tal que
no se genera, o prácticamente no se genera un retraso en la
transmisión de la señal.
Para este fin se pueden prever diferentes tipos
de filtrado.
Se puede ventajosamente proceder a un filtrado
numérico. Se puede utilizar para este fin un filtro de paso alto,
por ejemplo un filtro de 2º orden.
En otro modo de aplicación, se detectan
eventuales oscilaciones de la señal de régimen de giro instantáneo
del motor y se limita la derivada de dicha señal en caso de
detección positiva.
Un sistema de control del funcionamiento de un
motor de combustión interna de vehículo automóvil según el invento
comprende una unidad de control electrónico en la cual se memorizan
diferentes estrategias lógicas y parámetros característicos del
motor. La unidad de control electrónico es capaz de recibir en
tiempo real informaciones sobre el estado del motor y sobre la
voluntad del conductor del vehículo y de emitir señales de pilotaje
o de regulación para los medios accionadores del motor, siendo una
de las informaciones recibidas una información sobre el régimen
instantáneo de giro del motor. El sistema comprende un medio de
filtrado de las oscilaciones de la señal de régimen de giro
instantáneo del motor, provocadas por la cadena cinemática del
vehículo en cada modificación del régimen del motor dispuesto aguas
arriba de la entrada de dicha señal, en una estrategia lógica
cualquiera para el control del funcionamiento del motor.
Se pueden prever diferentes tipos de medios de
filtrado. A título de ejemplos no limitativos, se mencionarán los
filtros numéricos, por ejemplo del tipo de paso alto, sobre todo de
2º orden.
Se puede igualmente utilizar un dispositivo de
detección de eventuales oscilaciones de la señal de régimen de giro
instantáneo del motor y un dispositivo de limitación de la derivada
de dicha señal en caso de detección positiva.
El invento se comprenderá mejor por el estudio
de algunos modos de realización descritos de ningún modo limitativos
e ilustrados por los dibujos anejos, en los cuales:
- la figura 1 representa esquemáticamente un
ejemplo de diferentes elementos de un sistema de control del
funcionamiento de un motor de combustión interna;
- la figura 2 ilustra una parte de las
estrategias lógicas memorizadas en la unidad de control electrónico
ilustrada en la figura 1;
- la figura 3 muestra un ejemplo de filtro que
puede utilizarse para la puesta en práctica del procedimiento del
invento; y
- la figura 4 muestra otro ejemplo de
dispositivo de filtrado que puede utilizarse en el marco del
presente invento.
En la figura 1 se encuentra representado
esquemáticamente un motor de combustión interna 1, del tipo Diesel,
alimentado de aire comprimido por un grupo turbocompresor 2 mandado
por señales emitidas por una unidad de mando electrónico UCE,
referenciada como 3 en su conjunto.
De forma más precisa, el aire fresco alimentado
en 4 atraviesa un filtro de aire 5, después a la salida del filtro
5, un caudalímetro 6 que suministra en la conexión 6a una señal de
medida que puede ser utilizada en la unidad de mando electrónico
UCE 3. El aire penetra a continuación en un compresor 7 montado en
un árbol común 8 con una turbina de recuperación 9. El conjunto es
ventajosamente de geometría variable, por ejemplo por una
modificación mandada de las aletas de la turbina 9. El aire
comprimido salido del compresor 7 es llevado por el conducto 10 a
la entrada de un intercambiador de calor 11 que recupera una parte
de las calorías que proceden de la compresión. El aire comprimido,
que es así refrigerado, atraviesa una válvula 12 de recirculación
antes de ser llevado por el conducto 13 a la caja de admisión 14 del
motor 1. Los gases de escape salidos de la caja de escape 15 son
llevados por el conducto 16 a la turbina 9, que recupera la mayor
parte de su energía, de forma que arrastre en rotación el compresor
7.
Una parte de los gases de escape es llevada por
el conducto 17 a la válvula de recirculación 12, de forma que se
mezcle parcialmente con el aire que alimenta el motor.
A la salida de la turbina 9, los gases de escape
son llevados por el conducto 18 a un colector de escape 19 que
puede tener ventajosamente un dispositivo catalizador de eliminación
de polución y un filtro de partículas. Los gases salidos del
colector de escape 19 escapan a continuación por el conducto 20.
El carburante se inyecta en los cuatro cilindros
del motor 1 por cuatro boquillas de inyección 21 mandadas por las
conexiones 22 que transmiten las señales de mando salidas de la
unidad de mando electrónico 3. Ésta tiene especialmente un
calculador 23 que recibe en tiempo real informaciones sobre el
estado del motor. El calculador 23 recibe, por ejemplo, la señal 6a
salida del caudalímetro 6. Puede recibir otras señales procedentes
de captadores de presión y de temperatura no representados, que
miden los parámetros del motor 1 en cada instante. El calculador 23
recibe igualmente por la conexión 24 una señal que corresponde a la
posición del pedal del acelerador 25 accionado por el conductor.
Esta señal corresponde por tanto a la voluntad del conductor del
vehículo que demanda al motor un cierto par de arrastre.
La información sobre el régimen de giro
instantáneo del motor es medida por un captador 26, siendo la señal
transmitida por la conexión 27 a un dispositivo de filtrado 28 antes
de ser llevada por la conexión 29 a una de las entradas del
calculador 23 de la unidad de control electrónico 3.
La figura 2 ilustra, a título de ejemplo,
diferentes elementos que permiten el tratamiento de una demanda del
conductor en el caso de un vehículo equipado con un motor Diesel,
como está ilustrado en la figura 1. Se encuentra en la figura el
dispositivo de filtrado 28 capaz de suprimir las oscilaciones que
pueden aparecer en la señal N de régimen instantáneo de giro del
motor, tal como es medido por el captador 26. La señal del régimen
del motor después del filtrado N_{f} aparece en la conexión 29 y
es llevada a las entradas de varias cartografías memorizadas en la
unidad de control electrónico 3. La primera cartografía 30 recibe en
entrada por la conexión 24 la señal de posición del pedal del
acelerador 25, que corresponde a la demanda del conductor. En su
segunda entrada, la cartografía 30 recibe la señal filtrada del
régimen de giro instantáneo del motor N_{f}. La señal de salida
de la cartografía 30 que aparece en la conexión 31 es un valor de
referencia del caudal de carburante que debe ser inyectado en el
motor. Se procede, sin embargo, a diversas limitaciones de este
valor de referencia. Para esto, una segunda cartografía 32,
igualmente memorizada en la unidad de control electrónico 3, recibe
en una de sus entradas la señal filtrada del régimen de giro del
motor N_{f} y en su segunda entrada 33 la relación de transmisión
de la caja de velocidades. La señal de salida de la cartografía 32
es llevada por la conexión 34 a un bloque limitador 35 que recibe en
una segunda entrada la salida 31 de la cartografía 30. El bloque
limitador 35 adopta el valor mínimo recibido en sus dos entradas.
De esto resulta una limitación del par motor, que permite evitar el
deterioro del motor o de la transmisión.
Una segunda limitación del valor de referencia
salida de la cartografía 30 se realiza por medio de una tercera
cartografía 36, igualmente memorizada en la unidad de control
electrónico 3. La cartografía 36 recibe en una de sus entradas el
valor filtrado del régimen de giro del motor N_{f}, y en su
segunda entrada la señal que procede de la conexión 6a que
representa el caudal de aire fresco que alimenta el compresor 7. La
señal de salida de la cartografía 36, que aparece en la conexión
37, es llevada a un segundo bloque limitador 38 que determina de
nuevo el valor mínimo de sus dos entradas, siendo la primera la
salida del primer bloque limitador 35. La cartografía 36, asociada
al bloque limitador 38, realiza por tanto una limitación del valor
de referencia del caudal de carburante para impedir la aparición de
humos en el escape.
La señal de salida del bloque limitador 38, que
aparece en la conexión 39, es llevada a un bloque 40 que define,
por ejemplo, una estrategia de acuerdo de conducción y que recibe
además la señal no filtrada del régimen de giro del motor N. La
salida 41 del bloque 40 constituye la señal de mando del caudal de
carburante inyectado en el motor.
El examen de la figura 1 muestra la existencia
de varios bucles de regulación susceptibles de transmitir las
oscilaciones de la señal a la demanda de par motor o a la señal del
caudal de carburante inyectado. En ausencia de filtrado, resulta
así una propagación de las oscilaciones sobre el valor de referencia
del par o del caudal de carburante.
La introducción del dispositivo de filtrado 28,
inmediatamente después del captador 26, permite impedir la
propagación de estas oscilaciones en las diferentes estrategias
lógicas de la unidad de control electrónica.
La salida del dispositivo de filtrado 28 permite
disponer de una información sobre el régimen de giro instantáneo
del motor del cual han sido suprimidas todas las oscilaciones o del
cual han sido fuertemente limitadas todas las oscilaciones.
\newpage
Para efectuar el filtrado de esta señal es
importante no introducir un retraso en las transmisiones de la
señal. Se pueden utilizar diversos métodos de filtrado.
A título de ejemplo, la figura 3 muestra un modo
de realización que utiliza un filtrado numérico. La señal medida
del régimen de giro del motor N es llevada a la entrada positiva de
un adicionador 42, el cual recibe en su entrada negativa la señal
filtrada por un filtro 43 que, en el ejemplo ilustrado, es un filtro
de paso alto de segundo orden cuya función de transferencia en
variable de Laplace es del tipo
k^{2}{}_{N} \
\text{*} \ p^{2} / (1 + T_{N} \ \text{*} \
p)^{2}
en la que k_{N} es la ganancia
del filtro, y T_{N} es la constante de tiempo del
filtrado.
El filtro de paso alto 43 del segundo orden
permite aislar las oscilaciones de la señal de régimen del motor
rechazando las bajas frecuencias. Estas oscilaciones que aparecen en
la entrada negativa del adicionador 42 son así sustraídas de la
información del régimen del motor con oscilaciones a fin de obtener
la señal del régimen del motor desprovista de oscilaciones N_{f}.
Tal dispositivo de filtrado es particularmente sencillo de poner en
práctica.
La figura 4 ilustra una variante de realización
en la cual se eliminan por limitación de la derivada las
oscilaciones de la señal de régimen del motor.
Este modo de realización se basa en la detección
de las oscilaciones de la señal de régimen del motor. Cuando se
detectan tales oscilaciones se activa un dispositivo de limitación
de la derivada de la señal de régimen del motor. La señal de
régimen del motor medida N es así llevada a la entrada de un
dispositivo de detección de las oscilaciones 44, así como a la
entrada de un dispositivo de limitación de la pendiente o de la
derivada 45. Si el dispositivo de detección 44 detecta la presencia
de oscilaciones, se aplica el dispositivo de limitación de la
derivada 45 a fin de obtener un efecto de filtrado sobre la señal de
régimen del motor N_{f}. En ausencia de detección de las
oscilaciones por el dispositivo 44, la señal medida N es simplemente
transmitida, sin corrección, a la salida del dispositivo.
La detección de las oscilaciones puede hacerse,
por ejemplo, por detección de la frecuencia de las oscilaciones.
El interés de tal dispositivo de filtrado es no
tener ningún retraso en la transmisión de la señal.
Claims (8)
1. Procedimiento de control del funcionamiento
de un motor de combustión interna de vehículo automóvil por medio
de estrategias lógicas y de parámetros característicos del motor
memorizados en una unidad de control electrónico (3), la cual
recibe en tiempo real informaciones sobre el estado del motor y de
la voluntad (24) del conductor del vehículo y emite señales de
pilotaje o de regulación para medios accionadores del motor,
procedimiento en el que se utiliza una información sobre el régimen
de giro instantáneo del motor, caracterizado por el hecho de
que se efectúa un filtrado de las oscilaciones de la señal de
régimen de giro instantáneo del motor provocadas por la cadena
cinemática del vehículo, en cada modificación del régimen del motor,
en una estrategia lógica cualquiera para el control del
funcionamiento del motor.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que se procede a un filtrado
numérico de las oscilaciones de la señal de régimen de giro
instantáneo del motor.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que se utiliza un filtro de
paso alto de 2º orden.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que se detectan eventuales
oscilaciones de la señal de régimen de giro instantáneo del motor y
porque se limita la derivada de dicha señal en caso de detección
positiva.
5. Sistema de control del funcionamiento de un
motor de combustión interna de vehículo automóvil, que comprende
una unidad de control electrónico (3) en la que se memorizan las
diferentes estrategias lógicas y los parámetros característicos del
motor, siendo capaz la unidad de control electrónico de recibir
informaciones (6a) en tiempo real sobre el estado del motor y sobre
la voluntad del conductor del vehículo y de emitir señales (22) de
pilotado o de regulación para los medios accionadores del motor,
siendo una de las informaciones recibidas una información sobre el
régimen de giro instantáneo del motor, caracterizado por el
hecho de que comprende un medio de filtrado (28) de las
oscilaciones de la señal de régimen de giro instantáneo del motor
provocadas por la cadena cinemática del vehículo en cada
modificación del régimen del motor dispuesto aguas arriba de la
entrada de dicha señal en una estrategia lógica cualquiera para el
control del funcionamiento del motor.
6. Sistema según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que el medio de filtrado es un
filtro numérico (43) de las oscilaciones de la señal del régimen de
giro instantáneo del motor.
7. Sistema según la reivindicación 6,
caracterizado por el hecho de que el filtro numérico es un
filtro de paso alto de 2º orden.
8. Sistema según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que comprende un dispositivo de
detección (44) de eventuales oscilaciones de la señal del régimen
de giro instantáneo del motor, y un dispositivo de limitación (45)
de la derivada de dicha señal en caso de detección positiva.
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