ES2299794T3 - Procedimiento para la detencion controlada de un motor de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la detención controlada de un motor de combustión interna (9), - en el que tras finalizar el servicio regular del motor de combustión interna (9) se aprovecha e influye sobre el movimiento de giro aún existente durante la marcha inercial del motor de combustión interna (9) mediante intervención pasiva tal que el cigüeñal (11) del motor de combustión interna (9) llega a la parada en una posición angular definida que puede predeterminarse, - influyéndose sobre las condiciones de presión en al menos un cilindro (14) del motor de combustión interna (9) durante la marcha final tal que una variación del trabajo de cambio de carga dependiente de la variación de las condiciones de presión sirve para el control de la marcha final del cigüeñal (11). - y estando previstos medios (16) para captar el movimiento del cigüeñal (11) y un aparato de control (15), en el que está memorizada una evolución de consigna de la marcha final del cigüeñal (11), con la que puede llegarse a una posición de parada predeterminada, con lo que el aparato de control (15) compara la evolución de consigna de la marcha libre con una evolución real de la marcha libre y la desviación entre ambas magnitudes sirve como magnitud de regulación para influir sobre las condiciones de presión en al menos un cilindro (14), influyéndose sobre las condiciones de flujo de un sistema de gases de escape (13) del motor de combustión interna (9), caracterizado porque en un motor de combustión interna (9) turbosobrealimentado por gases de escape se utiliza una válvula de descarga (17) para controlar la contrapresión de los gas de escape y modificar de esta manera el trabajo de desplazamiento, o porque en un motor de combustión interna (9) turbosobrealimentado por gases de escape, el compresor funciona contra una válvula de mariposa (18) cerrada parcialmente, para controlar la presión de los gases de escape y así modificar el trabajo de desplazamiento.
Description
Procedimiento para la detención controlada de un
motor de combustión interna.
La invención se refiere a un procedimiento para
la detención controlada de un motor de combustión interna, en el que
tras finalizar el funcionamiento regular del motor de combustión
interna, mediante una intervención pasiva se aprovecha el
movimiento de giro aún existente en la marcha final del motor de
combustión interna y se influye sobre el mismo tal que el cigüeñal
del motor de combustión interna llega a la parada en una posición
angular definida que puede predeterminarse, influyéndose sobre las
condiciones de presión en al menos un cilindro del motor de
combustión interna en proceso de parada tal que una modificación del
trabajo de cambio de carga dependiente de la modificación de las
condiciones de presión sirve para el control de la marcha final del
cigüeñal y previéndose elementos para la captación del movimiento
del cigüeñal y un aparato de control en el que está memorizada la
evolución de la marcha final del cigüeñal de consigna, con el que
puede llegarse durante la marcha a una posición de parada
predeterminada, tal que el aparato de control compara la evolución
de la marcha final según consigna con la evolución real de la marcha
final y la desviación entre ambas magnitudes sirve como magnitud
reguladora para influir sobre las condiciones de presión en al menos
un cilindro, porque para un motor de combustión interna
turbosobrealimentado por gases de escape se utiliza una válvula de
descarga (Wastegate) para controlar la contrapresión de los gases
de escape y de esta manera modificar el trabajo de desplazamiento o
porque para un motor de combustión interna turbosobrealimentado por
gases de escape funciona el compresor trabajando contra una válvula
de mariposa parcialmente cerrada, para controlar la presión del gas
de escape y modificar así el trabajo de desplazamiento.
Un procedimiento como el indicado se conoce ya
por el documento WO 01/44636 A2.
Cuando finalizan los procesos de combustión en
los cilindros de un motor de combustión interna, tiene lugar
actualmente por lo general un breve periodo de marcha final, que
transcurre sin vigilancia ni control, con lo que los pistones de
los cilindros y la correspondiente posición angular del cigüeñal
llegan a la parada en una posición aleatoria. Una posición de parada
aleatoria no es problemática en absoluto en el marco de los
procedimientos de arranque actuales, en los que el cigüeñal del
motor es girado para el arranque con la ayuda de un arrancador. En
relación con nuevas estrategias para un servicio de
arranque-parada (Start-Stop) como el
que se pretende, en particular en el llamado arranque instantáneo
(Instant Start), se conocen cada vez más procedimientos de arranque
ligados a premisas relativas a la posición de arranque, lo que
significa también: relativas a la posición de parada de los
pistones.
Bajo arranque instantáneo se entiende el
arranque de un motor de combustión que funciona con inyección
directa del carburante sin utilizar el arrancador. Tras la detención
del motor se realiza el proceso de arranque inyectando en un
cilindro una determinada cantidad de carburante, formando el
carburante una mezcla inflamable con el aire que se encuentra en el
cilindro, llevando esta mezcla mediante un proceso de encendido
(encendido de la bujía) a la explosión y poniendo el motor en
marcha mediante el momento que resulta entonces. La parada
precedente y el arranque siguiente del motor no se realizan entonces
mediante el conductor, sino sólo mediante la intervención del
sistema de control del motor. Este procedimiento de arranque es
adecuado sobre todo para el funcionamiento en ciudad (Stop and Go,
parada y arranque) y sirve para ahorrar carburante y para evitar
emisiones.
La problemática reside entonces en que para el
proceso de arranque deben cumplirse condiciones relativamente
estrictas. Además de una suficiente temperatura de funcionamiento
del motor, es necesario en particular que el pistón del cilindro a
encender se encuentre en una determinada posición. Un proceso de
encendido tiene sentido en general sólo con las válvulas cerradas y
con un movimiento descendente del pistón en un sentido de giro
correcto, es decir, se trata sólo de una posición entre el punto
muerto de encendido y el subsiguiente ángulo de la manivela de unos
180º. La zona se restringe aún más, ya que también se eliminan las
zonas alrededor de los puntos muertos. En el punto muerto superior
se encuentra demasiado poco aire en el cilindro y en el punto muerto
inferior el pistón ya no puede aportar ningún momento. En
definitiva, queda en todo caso una banda muy pequeña en la zona de
unos 90º de ángulo de manivela tras el punto muerto de encendido
para un posible arranque instantáneo (Instant Start). No obstante,
mientras el motor en la detención, como sucede hasta ahora, más
bien se detiene aleatoriamente, sólo puede presuponerse en casos
esporádicos que se cumple la premisa básica para un arranque
instantáneo, es decir el posicionado correcto de un pistón.
En el documento de publicación DE 100 30 001 A1
se diferencia entre una intervención activa y una pasiva para
arrancar con una posición angular determinable de antemano del
cigüeñal. Mientras que para una intervención activa se proponen
medios, por ejemplo un motor eléctrico, mediante los que el cigüeñal
debe ser cargado durante la marcha final con un momento de giro
controlable, el procedimiento genérico en el que se aprovecha y se
ve influido el movimiento de giro residual del cigüeñal no se
especifica allí más en detalle.
En el documento EP 1 367 256 A1 se describe un
procedimiento para mejorar las condiciones de partida para un
arranque sin arrancador de un motor de combustión interna con
inyección directa. Tomando medidas como un ajuste de la válvula de
mariposa, una variación del control de la válvula, la apertura de un
sistema de aire secundario o similares, se cuida de que el motor de
combustión interna aspire durante su marcha final la mayor cantidad
de aire fresco posible en los cilindros y se eliminen los gases de
escape quemados lo más completamente posible. Además, tomando
medidas para el frenado y/o el giro activo del motor de combustión
interna puede lograrse que el cigüeñal quede detenido en una
posición adecuada para el nuevo arranque.
El documento EP 1 074 713 A1 da a conocer un
procedimiento para un rearranque simplificado de un motor de
combustión interna tras su detención. Allí se realiza, mediante una
apertura y cierre coordinados en el tiempo de válvulas de admisión
y escape del motor de combustión interna, una ralentización
específica del cigüeñal. A continuación tiene lugar un bloqueo del
cigüeñal.
La invención tiene como tarea básica lograr un
procedimiento que mediante intervención pasiva posibilite el
arranque a partir de una posición del pistón necesaria para un
arranque instantáneo (Instant Start) tras la detención del motor de
combustión interna.
La solución a esta tarea se logra con un
procedimiento según la reivindicación 1. Perfeccionamientos y
medidas preferentes resultan de las reivindicaciones
subordinadas.
El procedimiento del tipo citado al principio
correspondiente a la invención resuelve la tarea tal que para un
motor de combustión interna turbosobrealimentado por gases de escape
se utiliza una válvula de descarga (Wastegate) para controlar la
contrapresión del gas de escape y de esta manera modificar el
trabajo de desplazamiento o porque para un motor de combustión
interna turbosobrealimentado por gases de escape funciona el
compresor trabajando contra una válvula de mariposa parcialmente
cerrada, para controlar la presión del gas de escape y modificar
así el trabajo de desplazamiento.
Es especialmente ventajoso que en motores que
sin más disponen ya de los componentes necesarios (al menos
esencialmente) esté contenida una función de software puro,
contenida por ejemplo en el aparato central de control del motor,
que posibilite la detención controlada. Para ello pueden preverse
elementos para la captación del movimiento del cigüeñal y un
aparato de control en el que está memorizada la evolución de la
marcha final del cigüeñal según consigna, con la que puede llegarse
en la marcha a una posición de parada predeterminada. El aparato de
control compara entonces la evolución de la marcha final según
consigna con la evolución real de la marcha final y la desviación
entre ambas magnitudes sirve como magnitud reguladora para influir
sobre las condiciones de presión en al menos un cilindro.
Es especialmente ventajoso también, en
particular en relación con la regulación de seguimiento controlada
por software, comenzar influyendo específicamente sobre el
comportamiento en la detención ya durante el proceso de detención,
y realizar la detención, es decir, la desconexión de la inyección, a
partir de un estado definido y conocido. Por ejemplo, el aparato de
control puede realizar la desconexión al llegarse a una velocidad de
giro de vacío prescrita, con el objeto de realizar una marcha final
prescrita.
La invención se describirá a continuación más en
detalle en base a ejemplos de ejecución basándose en las figuras del
dibujo. Se muestra en
Figura 1 un diagrama de flujo con las etapas de
procedimiento a realizar en la forma constructiva preferente para
la detención controlada.
Figura 2 un sistema muy esquematizado para
realizar un procedimiento correspondiente a la invención.
En la figura 1 se representa un ejemplo de
realización de una regulación controlada por software, con la que se
logra la detención controlada deseada. En detalle, tiene lugar en la
etapa 1 una consulta sobre si se cumplen efectivamente ciertas
condiciones de detención, que por ejemplo han de regir como premisas
para una evolución prescrita de la marcha final utilizable. En
particular pueden consultarse la velocidad de giro de vacío, la
temperatura del aceite, la temperatura del medio refrigerante o la
posición del cigüeñal/eje de levas. Si no se dan las condiciones de
parada previamente definidas, memorizadas en el aparato de control,
entonces se continúa con la consulta según la etapa 1.
Si por el contrario la consulta de la etapa 1 da
resultado positivo, entonces sigue a la etapa 1 una etapa 2, en la
que se desconecta la inyección en los cilindros. En la siguiente
etapa 3 se realiza la monitorización del comportamiento durante la
marcha final de los cilindros o bien del cigüeñal en la marcha
inercial. La posición y la velocidad del cigüeñal se vigila de todos
modos de la manera conocida, por ejemplo con sensores de giro Hall.
El comportamiento durante la marcha final puede observarse
alternativamente también en base a una señal del eje de levas.
En la siguiente etapa 4 se realiza una
comparación del comportamiento real durante la marcha libre con una
curva de marcha libre de consigna memorizada en el aparato de
control y una consulta inherente a la misma sobre si no existe
necesidad de una regulación de seguimiento durante la marcha libre.
Si es éste el caso, entonces el comportamiento real durante la
marcha libre es igual al previsto en la marcha libre de consigna
para una posición de parada predeterminada, y entonces tiene lugar
un retroceso a la etapa 3, es decir, el comportamiento durante la
marcha libre sigue siendo sencillamente vigilado mientras siga
siendo correcto.
Si por el contrario la consulta de la etapa 4 no
da resultado positivo, entonces se consulta en la siguiente etapa 5
si la marcha libre real se realiza demasiado rápidamente o
lentamente, es decir, si el valor real del gradiente de la
velocidad del cigüeñal es demasiado grande o demasiado pequeño. En
el caso de una marcha libre demasiado rápida, se inicia según la
siguiente etapa 6A, mediante un órgano de ajuste adecuado que
influye sobre las condiciones de presión en el cilindro, una
reducción más rápida del gradiente de la velocidad del cigüeñal
("frenado"), a continuación de lo cual se realiza un retorno a
la etapa 3, para observar la repercusión de la regulación de
seguimiento realizada.
Por el contrario, en el caso de una marcha final
demasiado lenta, en la etapa 6B siguiente a la etapa 5 se influye
sobre el gradiente de la velocidad del cigüeñal mediante las
correspondientes medidas que actúan sobre las condiciones de
presión en el cilindro tal que el valor real del gradiente de la
velocidad del cigüeñal, mediante una reducción más lenta, se
aproxime de nuevo al valor de consigna del gradiente de velocidad
del cigüeñal, lo cual, tras el retroceso a la etapa 3, se comprueba
en base a la vigilancia del comportamiento real de la marcha libre
con regulación de seguimiento.
Ejemplos de órganos de ajuste y con ello de
magnitudes de ajuste de los que se dispone en los modernos motores
de combustión para poder influir sobre las condiciones de presión en
el cilindro, son:
- -
- ajuste del eje de levas (Cam-Phasing)
- -
- carrera de la válvula en sistemas de carrera variable
- -
- posición de la válvula de mariposa
- -
- posición de la chapaleta de gas de escape
- -
- indicadores de sonido
- -
- posición de la trampilla de derivación
- -
- frenos del motor (freno de presión estática).
En van Basshuysen/Schäfer (Hrsg.), Manual del
motor de combustión, editorial Viewege, 2. edición 2002, se
describen, en particular en el capítulo 10, múltiples posibilidades
de las citadas, así como otras, mediante las que el trabajo de
cambio de carga a aportar por los pistones durante el cambio de
carga de los cilindros, que en particular depende de las condiciones
del flujo en el tramo de aspiración y en el tramo de los gases de
escape del motor, puede aumentarse o reducirse. Por ejemplo, en
motores Otto se alcanza la cantidad de carga necesaria en la zona de
carga parcial para la carga deseada ajustando la válvula de
mariposa, es decir, modificando la sección del flujo. El pistón
debe aspirar, en función de la pérdida de presión en este punto,
contra una presión inferior a la atmosférica. En la zona de marcha
en vacío el incremento del trabajo de aspiración puede significar
hasta un 30% del trabajo desarrollado por el motor. El aumento del
trabajo de cambio de carga resulta no sólo debido a la aspiración de
aire fresco bajo depresión, sino también durante el desplazamiento
de los gases de escape. Aún cuando los gases de escape tienen una
presión más elevada que la atmosférica, los mismos no pueden
abandonar el cilindro a través del escape y el sistema de gases de
escape sin utilizar el trabajo del pistón, siendo determinante la
contrapresión de los gases de escape. También tras finalizar los
procesos de combustión, es decir, durante la marcha inercial,
mantienen estas medidas para influir sobre la aportación de gas
fresco y sobre la eliminación de los gases de escape a través de las
correspondientes pérdidas de trabajo de cambio de carga su
influencia determinante sobre el mayor o menor impedimento del
movimiento restante del pistón y con ello del resto del movimiento
de giro del cigüeñal, con lo que las mismas pueden utilizarse en el
marco de la invención para arrancar desde una posición de parada
deseada.
Otras posibilidades de influir resultan en
motores turbosobrealimentados. Aquí puede por ejemplo utilizarse la
válvula de descarga para controlar la contrapresión de los gases de
escape. Puede pensarse también en hacer trabajar el compresor
contra una válvula de mariposa más o menos cerrada. La rueda del
compresor se frena entonces y a la vez también la rueda de la
turbina y la turbina funcionan para el flujo de gases de escape
como una válvula de estrangulación con la correspondiente influencia
sobre la presión de los gases de escape.
Cuando la consulta de la etapa 4 representada en
la figura 1 no da resultado positivo, puede además comprobarse
también en una etapa 7 si es necesaria una adaptación del
comportamiento de consigna en la marcha final. Esto puede ser
necesario por ejemplo tras un mayor kilometraje del correspondiente
motor. En caso afirmativo, puede realizarse en una etapa 8
siguiente, tras esperar durante la marcha final, una adaptación o
bien puede realizarse el siguiente arranque con apoyo del
arrancador.
La ventaja general del procedimiento
correspondiente a la invención consiste en que tras la detención del
motor un cilindro deseado asume exactamente la posición que es
necesaria para un arranque instantáneo. Por lo tanto, el
procedimiento logra sólo entonces las premisas para esta clase de
funcionamiento.
El procedimiento abre además la posibilidad de
que de manera efectiva, es decir, considerando los distintos
cilindros, se elija y se llegue en marcha a una de las varias
posiciones posibles que pueden predeterminarse en función del valor
de la desviación entre ambas magnitudes evolución de la marcha final
de consigna y evolución de la marcha final real.
La figura 2 muestra, en representación muy
esquematizada, un motor de combustión interna 9, cuyo cigüeñal 11
está unido con un engranaje 10. El motor de combustión interna 9
dispone de al menos un cilindro 14, un sistema de aspiración 12,
así como un sistema de gases de escape 13. En el sistema de
aspiración 12 puede estar dispuesta, de manera conocida, por ejemplo
una válvula de mariposa 18, mientras en el sistema de gases de
escape 13 puede estar dispuesta por ejemplo una válvula de descarga
17 conocida. El estado en cuanto a movimiento del cigüeñal 11 puede
determinarse de manera usual mediante una rueda de transmisor (no
representada) y un sensor 16. Las señales de salida del sensor 16,
así como otras señales de servicio del motor 9, se llevan a un
aparato de control 15 mediante conexiones 19 y 20. A través de la
conexión 21, lleva el aparato de control 15 al motor 9 en
particular las señales de control necesarias para la detención
controlada.
Claims (5)
1. Procedimiento para la detención controlada de
un motor de combustión interna (9),
- -
- en el que tras finalizar el servicio regular del motor de combustión interna (9) se aprovecha e influye sobre el movimiento de giro aún existente durante la marcha inercial del motor de combustión interna (9) mediante intervención pasiva tal que el cigüeñal (11) del motor de combustión interna (9) llega a la parada en una posición angular definida que puede predeterminarse,
- -
- influyéndose sobre las condiciones de presión en al menos un cilindro (14) del motor de combustión interna (9) durante la marcha final tal que una variación del trabajo de cambio de carga dependiente de la variación de las condiciones de presión sirve para el control de la marcha final del cigüeñal (11).
- -
- y estando previstos medios (16) para captar el movimiento del cigüeñal (11) y un aparato de control (15), en el que está memorizada una evolución de consigna de la marcha final del cigüeñal (11), con la que puede llegarse a una posición de parada predeterminada, con lo que el aparato de control (15) compara la evolución de consigna de la marcha libre con una evolución real de la marcha libre y la desviación entre ambas magnitudes sirve como magnitud de regulación para influir sobre las condiciones de presión en al menos un cilindro (14),
influyéndose sobre las condiciones de flujo de
un sistema de gases de escape (13) del motor de combustión interna
(9),
caracterizado porque en un motor de
combustión interna (9) turbosobrealimentado por gases de escape se
utiliza una válvula de descarga (17) para controlar la contrapresión
de los gas de escape y modificar de esta manera el trabajo de
desplazamiento, o porque en un motor de combustión interna (9)
turbosobrealimentado por gases de escape, el compresor funciona
contra una válvula de mariposa (18) cerrada parcialmente, para
controlar la presión de los gases de escape y así modificar el
trabajo de desplazamiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la desconexión de la
inyección al detenerse el motor se realiza en cuanto a la evolución
de consigna de la marcha libre a partir de un estado definido y
conocido.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó
2,
caracterizado porque se elige y se llega
durante la marcha a una de las varias posiciones de parada posibles
que pueden determinarse de antemano en función del valor de la
desviación entre ambas magnitudes evolución de la marcha final de
consigna y evolución de la marcha final real.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la evolución de
la marcha final de consigna se adapta adaptivamente a un
comportamiento real modificado de la evolución de la marcha
final.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la detención
controlada del motor de combustión interna (9) sirve como
preparación para un arranque siguiente sin utilizar el arrancador
(Instant Start, arranque instantáneo).
Applications Claiming Priority (2)
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