ES2207483T3 - PROCEDURE FOR REGULATING THE RALENTI SPEED OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE. - 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.Procedure for regulating idling in an internal combustion engine for cars, comprising the following steps: - supervision of at least one parameter of engine operation, and - correction of the amount of air and fuel supplied to the engine as a function of the variations of said operating parameter, in order to maintain the engine rotation speed substantially equivalent to a preset reference value; said procedure being characterized in that it establishes an estimated value of a torque applied to the engine based on an angular acceleration value detected during an internal combustion engine cycle and to make a correction of the amount of air and fuel supplied to the engine as a function of the variations of said estimated torque value.

Description

Procedimiento para regular la velocidad de ralentí de un motor de combustión interna.Procedure to regulate the speed of Idle of an internal combustion engine.

La presente invención se refiere a un procedimiento para regular la velocidad de ralentí de un motor de combustión interna para automóviles.The present invention relates to a procedure to regulate the idle speed of an engine internal combustion for cars.

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.Modern cars are equipped with a variety of accessory devices, such as, for example, the compressor for the air conditioning system, the alternator and corresponding electrical charges, which, in together they generate a strong torque applied to the output shaft the motor. The resistance torque value varies depending on the operating conditions of each of the accessories individual. During engine idle speed of internal combustion, the variation of the resistant torque produced by accessory devices tend to produce a variation in the engine speed

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.Modern car engines are normally equipped with an electronic regulation unit that is able to correct the amount of air and fuel that is fed to the engine to keep the engine speed as much as possible constant possible during idle speed. In the traditional solutions the electronic regulation unit detects the engine speed and correct the variations according to a preset speed regime, varying the amount of air and fuel injected or varying the advance to the ignition of engine. Regulatory systems of the traditional type do not receive information on the heavy duty applied to the engine and effect corrections depending on engine speed variation produced by the variation of the resistant torque. In practice, the correction is made after the presence of a variation in the resistant pair. As the engine presents a certain degree of inertia, a delay occurs from the moment the resistant torque varies until the moment the unit electronic regulation detects a variation in the speed of the engine. To prevent the engine from stopping over time required by the electronic engine regulation unit to enter the correction, the preset number of revolutions of the motor must be relatively high, so that the inertia of the engine compensates for the response time of the control system of the slow motion.

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.The problem on which this is based invention is the reduction of the number of revolutions of the idle speed of an internal combustion engine while the engine is prevented from stopping due to a sharp increase in heavy duty torque produced by accessory devices.

Según la presente invención, este objetivo se alcanza mediante un procedimiento que presenta las características previstas en las reivindicaciones.According to the present invention, this objective is achieved through a procedure that presents the characteristics provided in the claims.

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:The present invention is described below. in detail referring to the attached drawings, which include exclusively by way of non-limiting example, and in the which:

la figura 1 es una vista esquemática de un motor de combustión interna dotado de una regulación electrónica de ralentí, yFigure 1 is a schematic view of an engine of internal combustion equipped with an electronic regulation of idle, and

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.Figure 2 is a graph illustrating the variation of the pressure in the combustion chamber of a cylinder and the torque variation applied to the crankshaft during a 360º cycle of the same.

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.In Figure 1 it is indicated with the reference numerical 10 a four-cylinder internal combustion engine and four stroke, equipped with a crankshaft 12, on which a flywheel 14 associated with a sensor 16, of type for example electromagnetic, whose function is to detect angular velocity snapshot of crankshaft 12. Engine 10 features a manifold of intake 18 in which a throttle valve 20 is located regulated by the user through the accelerator pedal. Parallel to the throttle valve 20 there is a bypass of manifold 22, where a second valve is located throttle 24 which is operated by an electric actuator 26. In the intake manifold 18, a plurality of injectors 28 corresponding to the different engine cylinders 10. A timing shaft 30 regulates the opening and closing of the intake and exhaust valves (no represented). Mounted on distribution shaft 30 is a time handwheel associated with a sensor 34 that supplies a signal indicating the motor stroke 10. A regulation unit electronics 36 receives signals from angular velocity sensor 16 and of the stroke sensor 34. The electronic control unit 36 it is programmed to regulate, among other things, the operation of the 10 engine idling. Based on the information provided by sensors 16 and 34, the electronic control unit 36 corrects the air flow sucked by the engine 10 in conditions of idle by opening or closing the valve throttle 24 by means of actuator 26. Simultaneously with the correction of the sucked air flow, the regulation unit 36 corrects the amount of fuel injected through the modification of the opening time of the injectors 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:The mechanical balance of a thermal engine considered as a rigid body can be expressed through values in the cycle as follows:

C_{ine} = C_{ind} - C_{res} - C_{car}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:that is, the inertia pair C_ {ine} is equal to the difference in torque developed by the C_ {ind} gases and the internal resistant pairs C_ {res} and the load pair C_ {car} applied to engine crankshaft. The inertia pair C_ {ine} is It can be divided into two components: C_ {ine} = C_ {rot} + C_ {alt}, where C_ {rot} is the inertia pair due to the rotating masses and C_ {alt} is the pair due to the masses in alternative movement The C_ {alt} pair is proportional to the square of the angular motor speed and is negligible to the engine idle speed Therefore, it can be assumed approximately that C_ {alt} = 0 obtaining:

C_{rot} = C_{ind} - C_{res} - C_{car}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}.In the treatment of real-time data by the electronic regulation unit of an engine, the power required should be minimized, without loss of the content of the information required for regulation. According to this invention, electronic regulation unit 36 is programmed to acquire, at idle, the information corresponding to the pair total resistance given by the sum of the components C_ {rot} + C_ {res} + C_ {car}.

El par de carga C_{car} puede descomponerse en dos componentes:The load torque C_ {car} can be broken down into two components:

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_ {af}: load outside the engine considered in itself, that is, decoupled from the drive (for example, hydraulic steering, air conditioning, loads electrical).

C_{at}: carga aplicada después del volante de inercia (masa del coche en las diversas marchas y condiciones de carga).C_ {at}: load applied after the steering wheel inertia (mass of the car in the various gears and conditions of load).

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.With the vehicle stationary (in neutral) the component C_ {at} is null and the torque due to the load applied to the C_ {car} crankshaft is equivalent to the external load to the engine due to direct regulated accessory devices or indirectly by the engine.

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}.The following is explained, referring to Figure 2, the procedure according to which the regulation unit electronics 36 acquires information related to the resistant torque applied to the crankshaft. The graph indicated by P offers a schematic indication of the pressure variation within the combustion chamber during a cycle corresponding to a 360º revolution of the crankshaft. The maximum pressure curve P occurs immediately before the indicated top dead center in the figure as PMS (TDC). Figure 2 also indicates the variation of the torque applied by the expanding gases on the crankshaft. The pair has a negative value in the angular range of the crankshaft between 0 (PMS) and -180º and positive value in the interval between 0 (PMS) and + 180º. The minimum value of the resistant torque C _ {\ text {min}} represents, from the physical point of view, the Total resistant torque value: C _ {\ text {min}} = C_ {res} + C_ {af} (in neutral operating conditions). He average value of torque C, during a 360º cycle, from the point of physical sight represents the torque of inertia of the rotating masses 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:The instantaneous torque C is proportional to the instant crankshaft acceleration. Consequently, according to the present invention, the electronic regulation unit 36 is program to acquire by means of sensor 16 and the steering wheel of inertia 14 acceleration data representing the torque C _ {\ text {min}} = C_ {res} + C_ {af} and the C_ {rot} pair. He instantaneous acceleration value can be calculated using a type expression:

A_{i}=\frac{\Delta\omega}{\Delta t}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.where A_ {i} is the instantaneous acceleration in one point of the cycle and \ Delta \ omega is the speed variation angular measured in the corresponding time interval \ Deltat to the point of the cycle considered.

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.The minimum torque value can be estimated as the mean value of acceleration in the interval? (figure 2), whose position is established based on the position angle of the flywheel.

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.In short, during each 360º cycle of the engine, the electronic regulation unit 36 acquires by means of speed sensor 14, 16 resistant torque information estimated, given by the sum of two components of the acceleration: a first calculated as the average acceleration value of the crankshaft calculated over a 360º angle of the crankshaft and a second acceleration calculated as the instantaneous minimum value in an interval? [alpha] immediately before the point dead superior. Actually, the two accelerations are not consistent with regard to scale factors, since the First it is calculated as the instantaneous value C_ {res} + C_ {af} while C_ {rot} is calculated as the average value. Therefore, the two components are properly weighted using parameters of calibration. These parameters also compensate for delays in regulation and mechanical and hydrodynamic inertia of the system.

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.Based on the data representing the torque value C_ {rot} + C_ {res} + C_ {af}, the unit of electronic regulation 36 corrects the air flow and in the amount of fuel injected according to an application established experimentally in order to keep the engine speed The regulation system based on the torque value detection exceeds the regulation system of the Traditional type based on the detection of the turning speed. He additional regulation system quickly compensates for situations in which load variations occur, since it monitors directly the physical magnitude that is the cause of the variations angular velocity

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.Naturally, without changing the principle of invention, construction details and embodiments they can vary widely with respect to the invention as it is describes and illustrated in this document, without departing, without However, the scope of the present invention, as defined in the appended claims.

Claims (3)

1. Procedimiento para regular la marcha en ralentí en un motor de combustión interna para automóviles, que comprende las etapas siguientes:1. Procedure to regulate the march in idle in an internal combustion engine for cars, which It comprises the following stages: - supervisión de por lo menos un parámetro de funcionamiento del motor, y- supervision of at least one parameter of engine operation, and - 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;- correction of the amount of air and fuel supplied to the engine based on variations in said operating parameter, in order to maintain the engine speed substantially equivalent to a value preset reference; 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.said procedure being characterized in that it establishes an estimated value of a torque applied to the engine based on an angular acceleration value detected during a cycle of the internal combustion engine and to make a correction of the amount of air and fuel supplied to the engine as a function of the variations of said estimated torque value. 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.2. Method according to claim 1, characterized in that the estimated value of the torque applied to the crankshaft is set based on the first value of the angular acceleration measured in a range (Δα) immediately preceding the position of the engine in the neutral position higher and a second acceleration value calculated as the average value during a motor cycle. 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.3. The method according to claim 2, characterized in that the first acceleration value mentioned above is an indicative value of the minimum acceleration value during a motor cycle.